Bei der seriellen Kommunikation digitaler Daten ist die Taktwiederherstellung der Prozess des Extrahierens von Zeitinformationen aus einem seriellen Datenstrom, damit die Empfangsschaltung die übertragenen Symbole dekodieren kann. Die Taktwiederherstellung aus dem Datenstrom wird durch Modifizieren der übertragenen Daten beschleunigt. Überall dort, wo ein serieller Kommunikationskanal das Taktsignal nicht zusammen mit dem Datenstrom überträgt, muss der Takt am Empfänger unter Verwendung der Zeitinformation aus dem Datenstrom regeneriert werden. Taktwiederherstellung ist eine häufige Komponente von Systemen, die über Drähte, optische Fasern oder per Funk kommunizieren.
Einige digitale Datenströme, insbesondere serielle Hochgeschwindigkeitsdatenströme (wie der Rohdatenstrom vom Magnetkopf eines Plattenlaufwerks und serielle Kommunikationsnetzwerke wie Ethernet) werden ohne begleitendes Taktsignal gesendet. Der Empfänger erzeugt einen Takt aus einer ungefähren Frequenzreferenz und richtet den Takt dann mit einer Phasenregelschleife (PLL) an den Übergängen im Datenstrom aus. Dies ist eine Methode zur Durchführung eines Prozesses, der allgemein als Clock and Data Recovery (CDR) bekannt ist. Andere Methoden umfassen die Verwendung einer Verzögerungsregelschleife und eine Überabtastung des Datenstroms.
Oversampling kann blind durchgeführt werden, indem mehrere Phasen einer frei laufenden Uhr verwendet werden, um mehrere Samples des Eingangs zu erstellen und dann das beste Sample auszuwählen. Oder es kann ein Zähler verwendet werden, der von einem Abtasttakt angetrieben wird, der mit einem Vielfachen der Datenstromfrequenz läuft, wobei der Zähler bei jedem Übergang des Datenstroms zurückgesetzt wird und der Datenstrom mit einem vorbestimmten Zählerstand abgetastet wird. Diese beiden Arten von Oversampling werden manchmal als räumlich bzw. zeitlich bezeichnet. Das beste Bitfehlerverhältnis (BER) wird erhalten, wenn die Abtastungen so weit wie möglich von beliebigen Datenstromübergängen entfernt sind. Während die meisten Oversampling-Designs, die einen Zähler verwenden, eine Abtasttaktfrequenz verwenden, die ein gerades Vielfaches des Datenstroms ist, ist ein ungerades Vielfaches besser in der Lage, einen Abtastpunkt weiter von jedem Datenstrom zu erzeugen, und kann dies bei fast der Hälfte der Frequenz eines Designs tun, das ein gerades Vielfaches verwendet. Bei CDRs vom Oversampling-Typ kann das zum Abtasten der Daten verwendete Signal als wiederhergestellter Takt verwendet werden.
Die Taktwiederherstellung hängt sehr eng mit dem Problem der Trägerwiederherstellung zusammen, bei dem eine phasenverriegelte Version des Trägers wiederhergestellt wird, wenn ein unterdrücktes Trägermodulationsschema verwendet wird. Diese Probleme wurden erstmals 1956 in einem Papier behandelt, in dem eine Taktwiederherstellungsmethode eingeführt wurde, die heute als Costas-Schleife bekannt ist. Seitdem wurden viele zusätzliche Methoden entwickelt.
Damit dieses Schema funktioniert, muss ein Datenstrom häufig genug übergehen, um eine Drift im Oszillator der PLL zu korrigieren. Die Grenze, wie lange eine Taktwiederherstellungseinheit ohne Übergang arbeiten kann, wird als CID-Spezifikation (Maximum Consecutive Identical Digits) bezeichnet. Um häufige Übergänge zu gewährleisten, wird eine Art selbsttaktendes Signal verwendet, oft eine lauflängenbegrenzte Codierung; 8b / 10b-Codierung ist sehr verbreitet, während die Manchester-Codierung in alten Revisionen von 802.3 Local Area Networks dem gleichen Zweck dient.