En la comunicación en serie de datos digitales, la recuperación del reloj es el proceso de extraer información de sincronización de un flujo de datos en serie, lo que permite determinar con precisión la sincronización de los datos en el flujo sin información de reloj separada. Es muy utilizado en comunicaciones de datos ; el concepto similar utilizado en sistemas analógicos como la televisión en color se conoce como recuperación de portadora .
Los datos en serie normalmente se envían como una serie de pulsos con restricciones de tiempo bien definidas. Esto presenta un problema para el lado receptor; Si su propio reloj local no está sincronizado con precisión con el transmisor, pueden muestrear la señal en el momento equivocado y, por lo tanto, decodificarla incorrectamente. Esto se puede solucionar con relojes extremadamente precisos y estables, como los relojes atómicos , pero son caros y complejos. Los sistemas de reloj más comunes de bajo costo, como los osciladores de cuarzo , son lo suficientemente precisos para esta tarea durante períodos cortos de tiempo, pero durante un período de minutos u horas la deriva en estos sistemas hará que la sincronización sea demasiado imprecisa para la mayoría de las tareas.
La recuperación del reloj soluciona este problema incorporando información del reloj en el flujo de datos, lo que permite determinar la sincronización del reloj del transmisor. Esto normalmente toma la forma de señales cortas insertadas en los datos que pueden verse fácilmente y luego usarse en un bucle de bloqueo de fase o un oscilador ajustable similar para producir una señal de reloj local que puede usarse para cronometrar la señal en los períodos entre el reloj y el reloj. señales. La ventaja de este método es que se puede compensar una pequeña desviación en el reloj del transmisor, ya que el receptor siempre la igualará, dentro de unos límites.
El término se utiliza con mayor frecuencia para describir la transmisión de datos digitales, en cuyo caso toda la señal es adecuada para la recuperación del reloj. Por ejemplo, en el caso de los primeros módems de 300 bit/s , la temporización de la señal se recuperaba de las transiciones entre las dos frecuencias utilizadas para representar el 1 y el 0 binario. Como algunos datos podían no tener transiciones, se necesitaba una larga cadena de ceros. por ejemplo, se añaden bits adicionales a la señal, los bits de inicio y parada. Estos aseguran que haya al menos dos transiciones cada 1 ⁄ 30 de segundo, suficientes para permitir que el receptor configure con precisión su oscilador local.
El concepto básico también se utiliza en una variedad más amplia de campos, incluidos usos no digitales. Por ejemplo, el pionero Wireless Set Number 10 utilizó la recuperación de reloj para muestrear adecuadamente las señales de voz analógicas de modulación de código de pulso (PCM) que transportaba.
Otro ejemplo de este concepto se utiliza en los sistemas de televisión en color . La información de color se transmite a una frecuencia muy específica que puede variar de una estación a otra. Para que los receptores coincidan con precisión con la propia frecuencia portadora del transmisor , el transmisor envía una breve ráfaga de señal en el espacio no utilizado antes del inicio de una línea de exploración. Esta señal de explosión de color se utiliza para alimentar un oscilador local en el televisor, que luego utiliza esa señal local para decodificar la información de color en la línea. En estos ejemplos, el concepto se conoce como recuperación del portador .
Algunos flujos de datos digitales, especialmente los flujos de datos en serie de alta velocidad (como el flujo de datos sin procesar del cabezal magnético de una unidad de disco y redes de comunicación en serie como Ethernet ) se envían sin una señal de reloj que los acompañe . El receptor genera un reloj a partir de una referencia de frecuencia aproximada y luego alinea en fase el reloj con las transiciones en el flujo de datos con un bucle de bloqueo de fase (PLL). Este es un método para realizar un proceso comúnmente conocido como recuperación de datos y reloj (CDR). Otros métodos incluyen el uso de un bucle bloqueado por retardo y el sobremuestreo del flujo de datos. [1]
El sobremuestreo se puede realizar a ciegas utilizando múltiples fases de un reloj de funcionamiento libre para crear múltiples muestras de la entrada y luego seleccionar la mejor muestra. O bien, se puede utilizar un contador impulsado por un reloj de muestreo que funciona a algún múltiplo de la frecuencia del flujo de datos, con el contador reiniciado en cada transición del flujo de datos y el flujo de datos muestreado en algún conteo predeterminado. Estos dos tipos de sobremuestreo a veces se denominan espacial y temporal respectivamente. [ cita necesaria ] La mejor tasa de error de bits (BER) se obtiene cuando las muestras se toman lo más lejos posible de cualquier transición de flujo de datos. [2] Si bien la mayoría de los diseños de sobremuestreo que utilizan un contador emplean una frecuencia de reloj de muestreo que es un múltiplo par del flujo de datos, un múltiplo impar es más capaz de crear un punto de muestreo más alejado de cualquier transición del flujo de datos y puede hacerlo en casi la mitad del tiempo. frecuencia de un diseño utilizando un múltiplo par. En los CDR de tipo sobremuestreo, la señal utilizada para muestrear los datos se puede utilizar como reloj recuperado.
La recuperación del reloj está muy estrechamente relacionada con el problema de la recuperación de la portadora , que es el proceso de recrear una versión de la portadora con bloqueo de fase cuando se utiliza un esquema de modulación de portadora suprimida . Estos problemas se abordaron por primera vez en un artículo de 1956, que introdujo un método de recuperación de reloj ahora conocido como bucle de Costas . [3] Desde entonces se han desarrollado muchos métodos adicionales.
Para que este esquema funcione, un flujo de datos debe realizar transiciones con suficiente frecuencia para corregir cualquier desviación en el oscilador del PLL. El límite de tiempo que una unidad de recuperación de reloj puede funcionar sin una transición se conoce como especificación máxima de dígitos idénticos consecutivos (CID). Para garantizar transiciones frecuentes, se utiliza algún tipo de señal de sincronización automática , a menudo una codificación de duración limitada ; La codificación 8b/10b es muy común, mientras que la codificación Manchester cumple el mismo propósito en revisiones antiguas de redes de área local 802.3 .
