专利名称：应用于数字非同步通讯传输系统中自动校准及同步化的方法
技术领域：
本发明涉及数字通讯传输领域，尤其是一种不需要通用非同步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter；UART)，或不具有精确时脉(time-base)的接收端即可达到自动校准及同步化的“应用于数字非同步(Asynchronous)通讯传输系统中自动校准(calibration)及同步化(synchronization)的方法”。
但是在非同步通讯中，发送端与接收端必须保持一精确的时脉(timeslice)，以正确地计数资料，因此，通用非同步收发传输器(UART)，例如精确的时脉产生器或频率锁定装置遂成为非同步通讯系统中保持精确的时脉常用的装置。
然而，由于非同步收发传输器(UART)的成本过高，再者，由于非同步通讯的特性，必须确定发送端与接收端的传输速率(baud rate)相同，因此，有些硬件设备无法提供或难以设定传输速率，造成硬件的传输速率与真正的传输速率不匹配的情况发生。
因此，一种不需非同步收发传输器(UART)，且能达到自动校准及同步化的方法，遂成为一被关注的议题。
本发明所提的应用于数字非同步通讯传输系统中自动校准及同步化的方法，至少包含下列步骤(a)初始化一接收端(Target)系统；(b)接收端侦测到一开始位元(START bit)，的一下降缘(falling edge)信号后开始计数；(c)接收端侦测到开始位元的一上升缘(risins edge)信号后结束计数；(d)储存一计数结果；(e)设定一取样指标(sampling pointer)的时间长度为(计数结果/2)，(f)补偿一延迟时间并经过一等待回路(wait loop)为(计数结果/2)的时间长度；(g)取样并储存第1资料位元；(h)补偿一延迟时间并经过一等待回路(Wait loop)为(计数结果)的时间长度；(i)依序取样并储存依序的资料位元；(j)确定取样并储存8个资料位元；(k)依据该初始化，设置(locating)一字元间距(Inter Character Region)；及重复执行步骤(b)-步骤(k)。
本发明的优点(1)不需要如精确的时脉产生器或频率锁定装置的通用非同步收发传输器(UART)即可以达到自动校准及同步化的目的，可降低传输装置的制造成本；(2)在非同步通讯传输系统中，下一开始位元前，只须就单一信号位元宽度做一次自动校准，即可消除累积的边际错误(margin error)；及(3)适用于非同步通讯传输系统中任何传输速率(baud rate)。
570位元讯框的时间宽度580真正的位元讯框的时间宽度600位元讯框的中央位置610延迟时间620等待回路630误差边际图2为IEEE-232协定标准的位元讯框波形图，通过有线传输的非同步发射讯号，并以9600HZ的频率进行传送。一般而言，接收端利用16倍频率以针对待接收资料进行取样，若以传输速率(baud rate)为9600HZ为例，须9600×16＝153.6KHZ的取样频率，本发明提出一较佳实施例，采用“U”字元当作发送端的传送字元，原因在于“U”字元的二进位代码为“01010101”，其通过传输线传递讯号具有较佳的资料通道平衡特性，如“U”字元以9600HZ的频率进行传送时，每一位元讯框(bit-frame)相当于1/9600＝104us；若以4800HZ的频率进行传送时，每一位元讯框(bit-frame)相当于1/4800＝208us。而一个完整的“U”字元讯框200具有一104us的开始位元210，且每一位元讯框220具有104us的时间间距，图中更显示一具有208us的字元间距(InterCharacter Region)结束区间230。
图3为模拟一资料接收的取样脉冲的波形图，就较佳的稳态取样而言，取样脉冲发生在每一位元讯框的中央位置，亦即104/2＝52us间距，实际上，取样脉冲可能不存在每一位元讯框的中央位置，如果接收端具有一精确的时脉或频率机制，则取样间距是很容易达到的；相对地，如果接收端不具有一精确的时脉或频率机制，则取样间距是很难以达到的。图中所示，模拟一资料接收的取样脉冲300发生在每一位元讯框的中央位置，其中，当接收端侦测到一下降缘(falling edge)信号310后，中断接收端并启始一开始位元320，紧接着第1位元(bit 1)的最低效位元(Least Significant bit；LSB)330至第8位元(0u 8)的最高效位元(Most signifcant bit；MSB)340，直到接收端侦测到一上升缘(edge)信号350后，结束一终止位元360，由于每一位元讯框具有104us的时间间距，因此8个位元具有104us×8＝832us的时间间距370。
图4为本发明的自动校准及同步化的主要流程图，首先初始化一接收端系统(步骤400)；当接收端侦测到一开始位元(START bit)的下降缘(fallingedge)信号后开始计数(步骤401)；当接收端侦测到该开始位元(START bit)上升缘(rising edge)信号后结束计数(步骤402)；接着储存计数结果(步骤403)；并设定一取样指标(sampling pointer)的时间长度为(计数结果/2)(步骤404)，并补偿一延迟时间并经过一等待回路(wait loop)为(计数结果/2)的时间长度(步骤405)；取样并储存第1资料位元(步骤406)；接着补偿一延迟时间并经过一等待回路(wait loop)为(计数结果)的时间长度(步骤407)，依序取样并储存依序的资料位元(步骤408)，确定取样并储存8个资料位元(步骤409)，最后，依据该初始化，设置(locating)一字元间距(Inter Character Region)(步骤410)，其中，该字元间距以初始化结果，设置为一个、一个半或是二个位元讯框宽度，以重复进行下一资料接收流程。
图5为非同步传输系统中通过接收端所产生的取样时脉漂移示意图，其中S1-S8代表8个位元讯框，以其中一位元讯框说明取样时脉漂移状态，当接收端侦测到一下降缘(falling edge)信号500后，中断接收端，此时，接收端开始计数，并产生一反应时间510进入计数，亦即产生一第一延迟时间520，当开始计数真正时间530至接收端侦测到一上升缘(rising edge)信号540后，结束一开始位元，此时，经一反应时间结束计数，亦即产生一第二延迟时间550，完成接收端结束计数560，其中一位元讯框的时间宽度570经漂移后，真正的位元讯框的时间宽度为-(第一延迟时间)+(一位元讯框)+(第二延迟时间)。
图6为非同步传输系统中通过时间变动所产生的取样时脉漂移示意图，经由上述说明，每一位元讯框会产生一延迟现象，因此，就位元讯框的中央位置600而言，每经过一位元讯框就会增加一延迟时间610与一等待回路620，因此，就第2位元讯框而言，未经时间补偿(compensation)的时间t(s2)＝(s1+等待回路+延迟时间)，至第8位元讯框而言，未经时间补偿(compensation)的时间t(s8)＝(s1+等待回路+7×延迟时间)，其中，理想的误差边际630为位元讯框的一半，如果7×延迟时间大于位元讯框的一半，则会导致错误发生。
图7为非同步传输系统中漂移边际与预先取样技术示意图，图中显示经7个延迟时间后，在第8个位元讯框时，产生将近40％的累计误差时间(位于第8个位元讯框起始点的90％)，经预先取样技术以位元讯框的中央位置前20％补偿时间进行补偿，使第8个位元讯框的取样时间接近在第8个位元讯框的中央位置的20％，使其漂移边际更靠近位元讯框的中央位置，因此，较佳者，以预先取样时间＝(计数结果/2)-(计数结果×20％)。其中，计数结果为位元讯框的取样周期。
图8为本发明以8MHZ处理速率所测出的累计延迟时间波形图，说明第1取样脉冲产生在该位元讯框启始的52.33us，当接收到第8位元时，所累计延迟时间产生在该位元讯框启始的58.32us，因此，代表着所累计延迟时间能在下一开始位元前取消。
图9为本发明所提的方法针对第1位元讯框的不同漂移量校准取样时间波形图，其中以8MHZ处理速率、-50％漂移量(4MHZ)及+50％漂移量(12MHZ)分别说明时间误差状态。其中以9600HZ的频率进行传送为例，每一位元讯框(bit-frame)相当于1/9600＝104us，其位元讯框的中央位置为104us/2＝52us，8MHz处理速率的取样时间为52.33us，因此，误差＝(52.33-52)/52＝(+0.6％)；4MHZ处理速率的取样时间为53.36us，因此，误差＝(53.36-52)/52＝(+2.6％)；12MHZ处理速率的取样时间为52.39us，因此，误差＝(52.39-52)/52＝(+0.75％)。
图10为本发明所提的方法针对第8位元讯框的不同漂移量累计延迟时间波形图，8MHZ处理速率的取样时间为58.32us，因此，误差＝(58.32-52)/52＝(+12％)；4MHZ处理速率的取样时间为64.56us，因此，误差＝(64.56-52)/52＝(+24％)；12MHZ处理速率的取样时间为51.40us，因此，误差＝(51.40-52)/52＝(-1％)。
纵然，依据图9及图10所示，虽有最高达+24％的误差存在，但仍然在允许的误差范围内。
图11为本发明所提的方法针对不同漂移量进行取消累计延迟时间波形图，8MHz处理速率的重置时间(re-timing)为51.95us，因此，误差＝(51.95-52)/52＝(-0.09％)；4MHZ处理速率的重置时间为51.88us，因此，误差＝(51.88-52)/52＝(-0.2％)；12MHZ处理速率的取样时间为51.99us，因此，误差＝(51.99-52)/52＝(-0.02％)。因此，通过本发明所提的方法，可将先前24％的误差重置接近0％。
最后，图12为利用一位元错误率测试(Bit Error Rate Test；BERT)程序验证本发明的可行性示意图，此测试中以一“The quick brown fox jumpsover the lazy dog”的字串，测试接收端所回应给发送端的接收结果，由于接收端缓冲大小的限制，因此图中所呈现的讯息包含二个字串，但此验证结果仍说明本发明所提的方法的可行性，确实有不错的结果。
虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种应用于数字非同步通讯传输系统中自动校准及同步化的方法，其特征是至少包含下列步骤(a)初始化一接收端(target)系统；(b)接收端侦测到一开始位元(START bit)，的一下降缘(falling edge)信号后开始计数；(c)接收端侦测到开始位元的一上升缘(risins edge)信号后结束计数；(d)储存一计数结果；(e)设定一取样指标(sampling pointer)的时间长度为(计数结果/2)；(f)补偿一延迟时间并经过一等待回路(wait loop)为(计数结果/2)的时间长度；(g)取样并储存第1资料位元；(h)补偿一延迟时间并经过一等待回路(Wait loop)为(计数结果)的时间长度；(i)依序取样并储存依序的资料位元；(j)确定取样并储存8个资料位元；(k)依据该初始化，设置(locating)一字元间距(InterCharacter Region)；及重复执行步骤(b)-步骤(k)。
2.如权利要求1所述的应用于数字非同步通讯传输系统中自动校准及同步化的方法，其特征是该数字非同步通讯传输系统适用于一点对点(point topoint)的非同步传输系统。
3.如权利要求1所述的应用于数字非同步通讯传输系统中自动校准及同步化的方法，其特征是还包含一具有稳态时脉(time base)的发送端(initiator)系统。
4.如权利要求1所述的应用于数字非同步通讯传输系统中自动校准及同步化的方法，其特征是该开始位元可以选自非同步通讯传输协定标准中的任意一种。
5.如权利要求4所述的应用于数字非同步通讯传输系统中自动校准及同步化的方法，其特征是该非同步通讯传输协定标准可以是一IEEE-232协定标准。
6.如权利要求1所述的应用于数字非同步通讯传输系统中自动校准及同步化的方法，其特征是该字元间距为两字元(character)间的宽度。
全文摘要
一种应用于数字非同步通讯传输系统中自动校准及同步化的方法，至少包含下列步骤(a)初始化一接收端(Target)系统；(b)接收端侦测到一开始位元(START bit)的一下降缘(falling edge)信号后开始计数；(c)接收端侦测到开始位元的一上升缘(risins edge)信号后结束计数；(d)储存一计数结果；(e)设定一取样指标(sampling pointer)的时间长度为(计数结果/2)，(f)补偿一延迟时间并经过一等待回路(wait loop)为(计数结果/2)的时间长度；(g)取样并储存第1资料位元；(h)补偿一延迟时间并经过一等待回路为计数结果的时间长度；(i)依序取样并储存依序的资料位元；(j)确定取样并储存8个资料位元；(k)依据该初始化，设置一字元间距；及重复执行步骤(b)－步骤(k)。
文档编号H04B17/00GK1402464SQ01130739
公开日2003年3月12日 申请日期2001年8月22日 优先权日2001年8月22日
发明者李心贤 申请人:世平兴业股份有限公司