具有精确参数转换器的音频时钟再现器

摘要

公开了时钟再现器。在一HDMI系统内，不易完成一信宿元件内的传统锁相环电路，因其漫长的等待时间下，低频输入将造成此传统锁相环电路吸收非必要的噪声。本发明提供具有低信号抖动的时钟再生器，其包含：一输入时钟、一除法器，其将前述输入时钟除以一较慢的时钟、一锁相环电路，其用于再生前述较慢的时钟至一参考时钟、及一参数转换器，其用以调整该除法器及该锁相环电路，故可增加该锁相环电路的调整速度。本发明还提供一种捕获参数的方法，其用以制造新参数，其中此新参数较适用于一HDMI系统内信宿元件的时钟恢复电路。

权利要求

1.一种音频时钟再生器，其供一HDMI信宿元件使用，其中该HDMI信宿元件用以接收一影像时钟、一周期时戳CTS值、一参数N及一第一整数P，此音频时钟再生器包含：一第一除法器，其用以将该影像时钟除以一第二整数M；

一N分频频率合成器，其依据一新参数及一微调参数FINE而锁住一参考时钟的相位；

一第二除法器，其将前述参考时钟除以前述第一整数P而产生一音频时钟；以及一参数转换器，其依据该周期时戳CTS、该参数N及该第一整数P来计算该第二整数M、该新参数及该微调参数。

2.如权利要求1所述的音频时钟再生器，其中，前述参数转换器传输前述第二整数M至前述第一除法器，且依据前述周期时戳CTS及参数N传输前述第一整数P至前述第二除法器。

3.如权利要求1所述的音频时钟再生器，其中，前述参数转换器传输前述第二整数M至前述第一除法器，传输前述第一整数P至前述第二除法器，及依据前述周期时戳CTS及前述参数N传输前述微调参数至前述N分频频率合成器。

4.如权利要求3所述的音频时钟再生器，其中前述N分频频率合成器进一步包含了一控制此N分频频率合成器之调制器，故可以依据前述微调参数FINE实现一分频合成。

5.如权利要求3所述的音频时钟再生器，其中前述微调参数FINE小于一。

6.如权利要求4所述的音频时钟再生器，其中前述第一除法器依据前述周期时戳减低前述影像时钟，且前述N分频频率合成器依据前述参数N同步该影像时钟，又前述调制器依据前述微调参数FINE调整前述影像时钟。

7.一种HDMI信宿元件内的音频时钟恢复电路，其用以接收一影像时钟、一周期时戳值、一参数及一第一整数，其中此时钟恢复电路包含：一个影像时钟；

一音频时钟；

一参数转换器，其决定前述影像时钟及前述音频时钟之间的分数关系；

一N分频频率合成器，其依据前述分数关系，接收前述影像时钟及产生前述音频时钟；且其中，前述分数关系提供前述N分频频率合成器，以减少前述N分频频率合成器的信号抖动。

8.如权利要求7所述的音频时钟恢复电路，其中，其更进一步包含：一个先决架构组，

前述参数转换器依据此先决架构组决定该分数关系。

9.如权利要求7所述的音频时钟恢复电路，其中，前述分数关系至少包含一小数。

10.如权利要求9所述的音频时钟恢复电路，其中，前述N分频频率合成器包含：一相频检测器、一电荷泵、一压控振荡器及一除法器。

11.如权利要求10所述的音频时钟恢复电路，其中，前述N分频频率合成器更进一步包含：一三角波调制器以控制前述除法器，故能依据前述小数调整前述分数关系。

12.如权利要求10所述的音频时钟恢复电路，其中前述除法器依据前述小数调整前述分数关系。

13.如权利要求7所述的音频时钟恢复电路，其中前述分数关系包含了至少一整数及一小数。

14.一种HDMI系统，其包含：

一源元件，其用以传送一影像时钟、一周期时戳值及一参数；以及一信宿元件，其依据前述周期时戳值及前述参数来转换前述影像时钟至一音频时钟，其中，前述信宿元件包含一参数转换器，其用以转换前述周期时戳值及前述参数至多个的准确参数，并且有一N分频频率合成器，其利用前述多个的准确参数来减低该N分频频率合成器的信号抖动。

15.如权利要求14所述的HDMI系统，其中，前述多个的准确参数包含了一整数及一小数。

16.如权利要求15所述的HDMI系统，其中，其更进一步包含：一调制器，其依据前述小数来准确地控制前述N分频频率合成器。

17.如权利要求16所述的HDMI系统，其中，前述调制器为一三角波调制器。

18.如权利要求14所述的HDMI系统，其中，前述多个的准确参数的一包含了多个且是较高比特的前述周期时戳值。

19.如权利要求14所述的HDMI系统，其中前述N分频频率合成器包含了一相频检测器、一电荷泵、一压控振荡器及一除法器。

20.一种用于一HDMI系统内的时钟恢复方法，其包含以下步骤：传送一影像时钟、一周期时戳值及一由源元件产生的参数；

藉由一信宿元件依据前述周期时戳值及前述参数，转换前述影像时钟至一音频时钟，前述信宿元件包含了一参数转换器及一N分频频率合成器；

由前述参数转换器转换该周期时戳值及该参数至多个的准确参数；且利用该多个的准确参数来减低该N分频频率合成器的信号抖动。

21.如权利要求20所述的时钟恢复方法，其中，前述多个的准确参数包含了一整数值及一小数。

22.如权利要求21所述的时钟恢复方法，其中，其更进一步包含以下步骤：由一调整器依据前述小数准确地控制前述N分频频率合成器。

说明书

技术领域

本发明关于一种数字信号传输系统内之时钟再生器，尤其是关于具有锁相环电路的时钟恢复电路。

背景技术

有众多数据传输标准提供给家用装置使用。例如，可使用射频电缆(RFcable)传输天线至电视端的电视信号。S-Video则是另一种电视信号传输标准。亦有数据传输标准可用来传输具有离散原色(split color)的电视信号。这些数据传输标准皆以模拟波型传送。熟悉本领域者普遍明白使用模拟波型传输信号将有噪声产生。
为了克服此缺点以及获得高分辨率影像，许多数字界面已被提出，例如：数字视觉界面(Digital Visual Interface，DVI)，或高分辨率多媒体界面(High-Definition Multimedia Interfaces，HDMI)。此HDMI为首先具有可以传输未压缩(uncompressed)高分辨率影像信号及智能型格式和命令指令(command data)功能的界面。HDMI规格与前述之DVI逆向相容(BackwardCompatible)。此外，对于需要保护其知识产权的电影制造者而言，对此界面亦有相当的偏爱。HDMI亦允许使用者仅利用单一远端控制器摇控多个消费电子元件。
若欲使两端元件的数据以数字方式传输，需有准确的时钟(clock)同步(synchronize)数据信号。接收端元件内通常装置一种时钟恢复电路，以产生一个内部时钟而使内部时钟及接收时钟同步。因此，此接收元件才可以处理及传送此接收的数据而不会有错误。根据HDMI的规格书，一个时钟恢复电路不但要使已接收的影像时钟同步，也需要根据前述已接收影像时钟及一些定义参数，如周期时戳(Cycle Time Stamp，CTS)及参数N，而取出一音频时钟。
由HDMI Licensing，LLC公司于2005年8月22日发表的高分辨率多媒体界面规格书1.2版的第75～79页中，音频取样时钟的捕获与再生的要求已被定义，此揭露文件在此纳入参考文件。
图1表示前述HDMI规格书所指的音频时钟再生器模型。源元件(sourcedevice)11将传输最小差分信号(Transmission Minimized Differential Signaling，TMDS)，或影像时钟至信宿元件(sink device)12。同时，CTS参数及N参数由一音频时钟再生分组(Audio Clock Regeneration Packet)内部由源元件传输至信宿元件；在某些影像源元件中，音频及影像时钟因此被同步。在这两个时钟内存在一个有理数(即整数除以整数)关系。在其他情况中，音频及影像时钟也许是不同步的。根据前述HDMI规格书，此信宿元件12仍可在此环境下工作且拾取一些二元件间的分数关系(fractional relationship)。
此源元件11应先决定影像时钟及一音频参考时钟(128*fs)的分数关系，其中fs为一音频取样率。此源元件包含一个寄存器15，一除法器13，以及一个周期时间计数器14。其中该寄存器保留参数N，该除法器13将前述音频参考时钟除以参数N，以及周期时间计数器14则依据影像时钟来对被除的音频参考时钟周期进行计数。两个时钟之间确切的关系如下方程式所示：
128*fS＝fTMDS_clock*N/CTS
此源元件11通过此HDMI键结传输分子与分母至信宿元件12。然后，此信宿元件12的时钟恢复电路包含一除法器16及一倍频器17，其中此除法器16以参数CTS除以接收的影像(TMDS)时钟，而倍频器17将此被除影像(TMDS)时钟的频率增加至原频率的N倍。最后，一个具有某一音频频宽且具有与接收影像时钟同步的时钟就可捕获及再生。
图2表示一用于实施音频时钟再生功能之选择性架构，此再生功能利用N及CTS的值实行。前述倍频器17被一个常见的锁相环电路所取代，此锁相环电路包含一鉴相器(phase detector)21、一低通滤波器(low-pass filter)22、一压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)23、及一除法器24。在此技术领域具有通常知识者普遍明白传统的锁相环可再生一个同步的时钟。因此，在此未详细介绍此传统锁相环的动作。
如前述HDMI的规格书第76页所描述，参数CTS的振幅会因非同步的时钟而造成大幅的信号抖动。即使此HDMI规格书建议数个N及CTS值，要取得一个具有相对低的信号抖动之音频时钟仍属不易。例如，要由一个25.2MHz的影像时钟(video clock)得到一个32kHz的音频时钟，此N参数于HDMI规格书所建议之值为4096，则CTS参数将是25,200。在信宿元件12中此接收之影像(TMDS)时钟是以CTS参数除之，故在进入此锁相环前将减至1kHz。
前述锁相环不能在低频(例如1kHz)输入下自我调整。鉴相器21检测相位改变且驱动低通滤波器22改变其电压电平，故而此压控振荡器23可通过除法器24送出一反馈时钟至鉴相器21，且更新一与输入时钟(例如1kHz之时钟)同步的输出时钟。通过此一低频的输入时钟，此锁相环电路仅可每毫秒进行一次自我调整，此周期时间正等同于一个1kHz时钟所代表的周期时间。因此，该HDMI规格书100ppm的准确度要求，将因此锁相环只能缓慢调整自已的相位，且因噪声可能在这1ms等待时间内累积而不易达成。
依据此HDMI规格书，上述信宿元件12内时钟恢复电路的选择性实方式并不提供一个低信号抖动的恢复电路。因此，本发明的目标为提供一个可以达成前述HDMI规格书所定义要求的低信号抖动的时钟恢复电路。

发明内容

依据本发明之某一实施例，提供一种时钟再生器，其包含：一除法器、一锁相环电路，以及一参数转换器，其用以依据一影像时钟以产生一恢复音频时钟。该参数转换器重新计算接收参数(例如，前述CTS参数及N参数)，且分配新参数至此除法器及此锁相环电路。此除法器除一输入时钟，而得到一较慢的时钟，其较慢的时钟将在之后由该锁相环电路再生至一参考时钟。通过前述参数转换器的重新计算，此除法器及此锁相环电路可以使用更有弹性的参数，且该锁相环电路的调整速度将可增强。
依据本发明之某一实施例，提供一种时钟再生器，其包含一参数转换器，其用以接收一个第一CTS参数及一个第二N参数，且转换这些接收的参数至一第一转换参数M及一第二转换参数New N；其中此第一转换参数M被送至一除法器，而此第二转换参数New N被送至一锁相环电路。
依据本发明之某一实施例，提供一种时钟再生器，其包含一参数转换器，此参数转换器接收一第一CTS参数及一第二N参数，且转换这些接收的参数至一第一转换参数M、一第二转换参数New N、及一微调参数FINE，其中此第一转换参数M被送至一个除法器，而此第二转换参数New N及此微调参数FINE被送至一锁相环电路。
上述锁相环电路更进一步包含一调制器，此调制器依据前述微调参数FINE控制前述锁相环电路以实施分频(fractional frequency)合成。此输入时钟之频率被前述除法器降低，且被此锁相环电路同步化，并由该调幅器分别根据前述第一转换参数、前述第二转换参数及前述微调参数调整。而前述时钟再生器亦可更进一步包含一音频除法器，其将前述参考时钟除以前述音频时钟。
依据本发明之一实施例，提供一种时钟恢复电路，其包含一参数转换器及一锁相环电路。该时钟恢复电路依据一参数转换器所决定的音频时钟与影像时钟间的分数关系，接收一影像时钟且送出了一恢复音频时钟。其中得到的分数关系，可以增加此锁相环电路的调整速度。
前述时钟恢复电路更进一步包含一组结构(configuration set)。前述参数转换器依据此组结构决定前述分数关系。此分数关可能包含至少一小数。此锁相环电路可能包含一相频检测器(Phase Frequency Detector，PFD)，一电荷泵(Charge Pump，CP)，一压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator)，及一除法器。此时钟恢复电路亦可能使用三角波调变锁相环架构以实施此分频合成。
依据本发明的某一实施例，提供一种高分辨率多某体介面(High-Definition Multimedia Interface，HDMI)，其包含：一源元件及一信宿元件，其信宿元件具有一时钟恢复电路。此源元件传送一影像时钟、一第一CTS参数、及一第二N参数至该信宿元件。此信宿元件依据此第一CTS参数及此第二N参数转换此影像时钟至一音频时钟。该信宿元件包含一参数转换器，其用以处理该第一CTS参数及该第二N参数并产生多个的准确参数。故此时钟恢复电路可依据此准确参数达成较快的调整速度及较小的信号抖动。
前述时钟恢复电路亦可为一三角波调变锁相环电路，其具有一三角波调制器。此三角波调制器接收其中一个准确参数且控制该三角波锁相环电路，故可达成分频合成。又此准确参数亦可能包含最少一个小数。
依据本发明之某一实施例，提供一种于HDMI系统内由一影像时钟恢复音频时钟之方法。此HDMI系统包含一源元件及一信宿元件，其信宿元件更进一步包含一参数转换器及一锁相环电路。首先，此信宿元件传输一影像时钟、一第一参数、及一第二参数至此信宿元件的参数转换器。然后，此参数转换器转换此第一参数及此第二参数至多个准确参数。最后，此锁相环电路利用此准确参数以增加调整速度且获得一具有低信号抖动的再生时钟。
此一由HDMI系统内的影像时钟恢复音频时钟的方法亦可能更进一步包含一调制器以准确地控制前述锁相环电路的反馈回路。此准确参数可能包含最少一整数及一小数，故此调整器可利用此小数以实现分频合成。

附图说明

图1表示一音频时钟再生器模型，此模型发表于前述HDMI规格书。
图2表示前述HDMI规格书建议的信宿元件内的时钟恢复电路的选择性实施方式。
图3是依据本发明之时钟恢复电路的优先实施方式，其可用来获得一低信号抖动；且
图4表示图3所示的参数转换器的细部实施方式。

具体实施方式

图3表示某一实现本发明之时钟再生器的方法。
依据此实施方法，前述时钟再生器包含：一第一除法器31、一第二除法器34、一锁相环30、及一参数转换器37，其中此锁相环电路更进一步包含一相频检测器/电荷泵32(Phase Frequency Detector/Charge Pump，PFD/CP)、一压控振荡器33(Voltage Controlled Oscillator)、及一回路除法器35。在实际上的实现方法，此PFD/CP 32可能被分配至一PFD电路及一CP电路。该时钟再生器接收一输入时钟(TMDS_CLK)，然后再生一音频时钟(128*Fs)，其中此音频时钟与此输入时钟(TMDS_CLK)同步。
前述参数转换器37可能包含了多个的先决参数，其先决参数提供一在前述输入信号(TMDS_CLK)与前述音频时钟(128*Fs)之间的分数关系。依据本发明之一某实施例，提供一参数转换器37，其可能接收许多前述HDMI规格书定义的参数，例如CTS参数及N参数，并且转换这此参数至多个的准确参数。这些准确参数可提供一解决方式，故此锁相环电路可在一较高频的频宽内处理一时钟输入。因此，便可获得一个拥有低信号抖动的再生的音频时钟。
前述锁相环电可因前述先决参数的重组而拥有更好的设计表现。例如，此锁相环电路的输入时钟在前述HDMI规格书内大约为1kHz。在本发明的某一实施方法中，此锁相环电路输入时钟的频率约为256kHz。又因该锁相环电路的PFD/CP32可在每4*10-3ms内，而非1ms内检测此相差，故而该锁相环电路可以快速地调整此输入时钟及此再生音频时钟之间的相差。
前述锁相环电路亦可能为一整数或分数的频率合成器。在某些实施例上，此锁相环电路可能使用一多模数(multi-modulus)或多相位(multi-phase)除法器。习知技艺中，可用各种的频率合成器取代图3中的锁相环电路，因此，此利用其他种锁相环电路或频率合成器的实施细节可以被忽略。
在某些实施方式中，前述锁相环电路30亦可为一三角波调制器锁相环电路，其中此电路可能更进一步包含一三角波调制器36以实施此分频合成。在一实施方式中，此参数转换器37亦可包含三个准确参数，其中这些参数为二整数参数M及NEW N，以及一小数的微调参数FINE。此参数M、NEW N及FINE分别被传送至第一除法器31，回路除法器35，以及SMD调制器36，其中该第一除法器将影像时钟(TMDS_CLK)除以M，该回路除法器35分配藉由参数New N或(New N+1)分配该VCO33的输出，以及反馈至该PFD/CP32，且该三角波调制器36根据小数的微调参数FINE选择参数New N或(NewN+1)。
例如，在习知技艺中，使用前述时钟再生架构时，若输入时钟(TMDS_CLK)为频率14318MHz及参数CTS及N分别为14318和4096，则该锁相环电路的输入频率将是1kHz，而VCO33却拥有4096kHz的输出频率。此1kHz输入将造成此锁相环电路无法维持操作，故而将在这1毫秒内累积噪声，这段时间也就是1kHz信号频率所对应的周期。
相对地，依据本发明的实施方法，前述时钟再生器可以认得前述CTS参数及N参数，并提供一适当转换的参数至该锁相环电路，故而该锁相环电路可以避免极低频的输入频率。在某一实施例中，若前述输入时钟(TMDS_CLK)具有一14.318MHz频率，且该CTS参数及N参数分别为14318及4096，则该S参数及N参数可以被转换至参数M，New N及FINE，其中该转换参数M，New N及FINE分别为55，4027，及0.91451。因此依据接收此转换信号，前述第一除法器31将输入时钟(TMDS_CLK)大约除以260.3kHz，其中此频率大约为先前技艺中所用锁相环电路之输入频率的260倍。故而，此锁相环电路可以加速输入时钟及前述回路除法器35的反馈信号之间相位差的调整速度。此VCO33的输出大约是1048576kHz。该第二除法器34将VCO33的输出频率除至再生音频时钟(128*Fs)。上例仅用于表示，而一般用于识别前述参数的方法将在之后描述。
图4描述前述参数转换器37的详细操作方式。在本发明的某一实施方式中，参数P、CTS及N以数字比特表示。
X＝-P*(N/CTS)，其中参数P为一先决参数，此先决参数由除法器34用于将VCO33的输出频率除至音频频宽内的频率，而参数X则是依据前述方程式所得的计算结果。
前述参数转换器依据前述方程式输出三个转换参数M，New N及FINE。例如，当参数为256，则该转换参数M藉由舍去较低的8比特以包含参数CTS的较高比特；参数New N包含前述参数N及参数X组合的整数部份；而微调参数FINE包含前述参数N及参数X组合的小数部份。尽管该参数P可有其他值，但仍最好选择一个适当数来简化前述参数转换器37计算的复杂度
依据本发明的某一实施例，前述参数转换器37重新计算接收的参数，例如前述参数CTS及参数N；且分配新参数至除法器31及前述锁相环电路。此除法器将一输入时钟除至一较慢时钟，其较慢时钟由前述锁相环电路再生至一比较时钟。利用参数转换器37的重新计算，除法器31及此锁相环电路可以使用更有弹性的参数，且可以增强此锁相环电路的调整速度。又，前述锁相环电路可有较低的信号抖动。
依据本发明的某一实施例，前述时钟再生器可能使用它种锁相环电路。因此，一个时钟再生器可能包含了一参数转换器，其用于接收一第一参数CTS及一第二参数N，再转换这些参数至一第一转换参数M及一第二转换参数New N，其中此第一转换参数M被送至一除法器，而此第二转换参数New N被送至一锁相环电路。经由仔细选择此锁相环电路及参数P的种类，此锁相环架构可被其他类似电路取代。
在某些实施例中，一种具有参数转换器37的时钟恢复电路用于接收一组结构。此参数转换器37决定原时钟(TMDS_CLK)与再生时钟(128*Fs)之间的分数关系。此分数关系可能包含最少一小数。前述锁相环电路亦可包含一相频检测器(Phase Frequency Detector，PFD)、一电荷泵(Charge Pump，CP)、一压控振荡器33及一回路除法器35。该时钟恢复电路可能使用前述三角波调变锁相环架构以实施分频合成。
在某些实施例中，一种HDMI系统内的时钟恢复电路包含一源元件及一信宿元件；其中此信宿元件包含前述时钟恢复电路。此源元件传输前述第一参数CTS及前述第二参数N至该信宿元件。该信宿元件则依据前述第一参数CTS及前述第二参数N转换一影像时钟至一音频时钟。该信宿元件包含一参数转换器，其用以处理第一参数CTS及第二参数N以产生多个准确参数。因此，依据此准确参数，该时钟恢复电路可以有一较快的调整速度及低信号号抖动。
在此揭露一种HDMI系统内藉由影像时钟恢复音频时钟的方法。首先，前述源元件传输影像时钟、一第一参数CTS及一第二参数B至前述HDMI系统内的信宿元件。第二，此信宿元件转换该第一CTS参数及第二参数N至多个准确参数M、New N及FINE，其中此准确参数M被提供至一第一除法器。最后，该锁相环电路利用此准确参数以增加调整速度且获得一具有低信号抖动的再生音频时钟。
在本应用所描述之实施方式仅为此发明之应用范例，并非用以限定本发明。诚然，习知技艺中，在未脱离此附加申请要求范畴内当然可作不同应用。例如，此锁相环电路的电荷泵亦能以一回路滤波电路取代。