CN101826871B - 频率检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种频率检测装置与方法。其中，频率检测装置包含：频率转换电路及模拟转换电路。频率转换电路接收输入时钟，并依据输入时钟的频率产生对应于输入时钟的频率的模拟信号。模拟转换电路耦合于频率转换电路，接收模拟信号，依据模拟信号以产生对应于输入时钟的频率的判别信号，其中判别信号用以代表输入时钟的频率区间。

Description

频率检测装置与方法

技术领域

本发明是有关一种电子电路，特别是一种频率检测电路。

背景技术

集成电路(IC)的应用上，有时需输入不同的参考频率，再通过所输入的参考频率以完成后续电路的应用。例如，锁相回路(phaselockloop，PLL)便是接收参考频率并利用反馈控制原理，而实现频率及相位同步的技术。

锁相回路接收外部的参考频率，并将电路所输出的频率保持与参考频率同步。当参考频率或相位发生改变时，锁相回路会检测到这种变化，并通过内部的反馈控制来调节输出频率，直到输出频率与参考频率两者重新同步为止。此外，在锁相回路的实际应用上，其输入端可能会耦合不同的参考时钟(或振荡晶体(crystal))，例如14.318MHz或25MHz等，因而可产生不同的参考频率以输入至锁相回路。

有多种原因可能使同一颗集成电路须耦合不同的参考时钟振荡，而接收多种不同的参考频率，于下列举二例作为说明。第一例，原本某特定集成电路采用25MHz的振荡晶体来提供所需的参考频率，某日若25MHz的振荡晶体缺货，此时可改用48MHz的振荡晶体来提供参考频率，再配合除频操作，同样可达到如25MHz振荡晶体的功效。第二例，某特定集成电路本身内建25MHz的振荡电路，假设该集成电路连接于印刷电路板(PCB)后，由于印刷电路板本身已有参考频率为48MHz，因此直接利用主机板的48MHz而作为输入时钟，再配合除频操作，如此可减少25MHz的振荡电路所须的外部元件(例如是：振荡晶体、电容元件)振荡。

由上述说明可知，为了让外部所提供的多种参考频率皆可常运作，传统做法上集成电路需额外设置多的脚位(PIN)用以作为选择机制。假设，若外部所输入的参考频率可能为25MHz或48MHz时，需额外配置一根脚位，再通过传送不同的信号至该脚位，以告知集成电路此时需采用何种参考频率，例如：当所接收到的信号为“1”时选用25MHz，而所接收到的信号为“0”时选用48MHz。然而，采用传统做法，当所需选择的参考频率越多时，所需要额外设置的脚位便会越多，例如：当有五个不同的参考频率需作选择时，就必须额外设置三根脚位。而在电子产品日益要求轻薄化的趋势下，每一根脚位的空间配置变得相当珍贵，因此已逐渐无法允许有额外增设脚位的空间存在。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种频率检测装置与方法。通过本发明所提出的装置或方法，不需额外增设多的脚位，即可自动判别输入时钟为何，使后端电路可配合目前所接收的输入时钟，而加以利用。如此，将大幅节省脚位的配置空间，更加符合电子产品轻薄化的发展趋势。

本发明提出一种频率检测装置包含：频率转换电路及模拟转换电路。频率转换电路接收输入时钟，并依据输入时钟的频率产生对应于输入时钟的频率的模拟信号。模拟转换电路耦合于频率转换电路，接收模拟信号，依据模拟信号以产生对应于输入时钟的频率的判别信号，其中判别信号用以代表输入时钟的频率区间。其中该模拟转换电路包含：至少一比较器，每一该比较器具有第一输入端、第二输入端与输出端，该第一输入端用以接收该模拟信号，该第二输入端接收参考电压，比较该模拟信号与该参考电压而产生该判别信号，并由该输出端输出该判别信号，其中该频率检测装置耦接锁相回路，该锁相回路依据该判别信号以调整该锁相回路的除频。

本发明亦提出一种频率检测方法，包含下列步骤：接收输入时钟，该输入时钟具有一频率；依据该输入时钟的该频率，产生模拟信号；比较该模拟信号与至少一参考电压以产生判别信号，其中该判别信号用以代表该输入时钟的频率区间；以及依据该判别信号，调整一锁相回路的操作，其中该锁相回路依据该判别信号来调整该锁相回路的除频。

有关本发明的较佳实施例及其功效，兹配合图式说明如后。

附图说明

图1为频率检测装置的一实施例示意图。

图2为频率检测装置的一实施例电路图。

图3为频率检测方法的流程图。

[主要元件标号说明]

1：频率检测装置10：频率转换电路

11：第一开关111：第一端

112：第二端12：第二开关

13：第一电容131：第三端

14：第二电容141：第四端

15：充电电压20：模拟转换电路

22、23：比较器221、231：第一输入端

222、232：第二输入端223、233：输出端

30：后端电路

具体实施方式

请参照「图1」，该图所示为频率检测装置的一实施例示意图。本发明所提出的频率检测装置1可耦合于后端电路30，该频率检测装置1包含：频率转换电路10及模拟转换电路20。

频率转换电路10接收输入时钟，于此的输入时钟可为振荡晶体(crystal)所产生的参考时钟。本发明提出的频率检测装置1可判别出输入时钟的频率范围(频率区间)。一实施例中，频率转换电路10接收输入时钟，其中，输入时钟的频率为未知的频率值。频率转换电路10依据输入时钟进行充电，而产生对应于输入时钟的模拟信号。其中，模拟信号的电压值是与输入时钟的频率相对应。

模拟转换电路20耦合于频率转换电路10，在接收该模拟信号后，判别模拟信号的电压范围以产生对应于输入时钟的频率的判别信号，并将判别信号传送至后端电路30。当后端电路30接收到模拟转换电路20所产生的判别信号后，即可依据判别信号，而调整后端电路30的相对应电路以执行后续所需操作。也就是说，通过判别信号代表输入时钟的频率值或频率范围，让后端电路30依据判别信号以执行对应输入时钟所需的后续操作。

一实施例，该模拟转换电路20可以为各种型式的ADC、SLICER或是由数个比较器组成的电路来实现之。

请参照「图2」为频率检测装置的一实施例电路图。于此实施例中，分别举出频率转换电路10与模拟转换电路20的电路图的一实施例，加以说明。

「图2」中的频率转换电路10包含充电电路，而充电电路包含：第一开关11、第一开关12、第一电容13及第二电容14。第一开关11具有第一端111与第二端112，依据输入时钟的频率控制第一开关11的开启与关闭。第一电容13具有第三端131，其中第三端131耦合于充电电压(VDD)15与第一开关11的第一端111。第二电容14具有第四端141，其中第四端141耦合于第一开关11的第二端112。第二开关12一端耦合于第二电容14的第四端141，依据输入时钟的频率控制第二开关12的开启与关闭。其中，当第一开关11开启时，第二开关12关闭；反之，当第一开关11关闭时，第二开关12开启。通过输入时钟(f)来控制第一开关11与第二开关12的开启与关闭，使得第一电容13依据输入时钟而进行充电。于此，第一电容13的第三端131为输出模拟电压(V)的端点，亦即第一电容13所输出的电压即为模拟电压(V)，并由上述说明可知，第一电容13乃依据输入时钟而进行充电，因此模拟电压(V)将与输入时钟(f)有关。

底下以数学式说明模拟电压(V)与输入时钟(f)之间的关联。将频率转换电路10中的第二开关12、第二电容(C2)14与第一开关11视为等效电路，其所产生的等效电阻(R)以数学式表示为：再利用欧姆定律(V＝IR)，并将等效电阻R代入，即可求出模拟电压(V)为：由上式可知，模拟电压(V)与输入时钟(f)间的关系，因此通过模拟电压即可求出原本未知的输入时钟，以利后端电路30的应用。

当然，图2的电路仅是一实施例，本领域技术人员可轻易设计出利用电容与开关的不同连接关系，即可设计出各种不同的频率转换电路10(例如是充电电路、放电电路)。例如：一实施例，该频率转换电路10为充电电路，该充电电路所输出的模拟电压是与该输入时钟的频率成正比关系，换言之，当该输入时钟的频率愈高时，则该充电电路所输出的模拟电压的电压值就愈大。另一实施例，该频率转换电路10为放电电路，该放电电路依据该输入时钟的频率进行放电的操作，故，所输出的模拟电压是与该输入时钟的频率成反比关系，换言之，当该输入时钟的频率愈高时，则该放电电路10所输出的模拟电压的电压值就愈低。

一实施例，模拟转换电路20包含至少一个比较器。利用一个比较器即可区分出该模拟电压的高或低以输出该判别信号。于「图3」中以两个比较器22、23为例作说明，但比较器的数量可依需求而有所增减，并不以此为限。每一个比较器22、23分别具有第一输入端221、231、第二输入端222、232与输出端223、233。第一输入端221、231耦合于第一电容13的第三端131，用以接收模拟电压。第二输入端222、232分别接收参考电压，比较模拟电压与个别的参考电压，而产生判别信号，并由输出端223、233输出判别信号。

举例说明，若后端电路30可因应不同的输入时钟而调整电路，并假设所能接收的输入时钟为25MHz与48MHz。其中，假设V_ref1为对应25MHz时的参考电压，也就是说，当输入时钟为25MHz时，理论上依据上述模拟电压所推导的公式所得的电压值即为V_ref1。同理，假设V_ref2为对应48MHz时的参考电压。因此，当比较器22、23接收到频率转换电路10依据输入时钟而产生的模拟电压后，透过分别比较模拟电压与V_ref1、V_ref2，可得知模拟电压所落入的区间范围，由此即可取得相对应的输入时钟的频率值，进而由比较器22或23的输出端223或233产生对应的判别信号，并传送至后端电路30。如此，后端电路30即可通过判别信号得知输入时钟的频率值，进而选用该输入时钟。

例如，经由比较器的比较结果得知，模拟电压位于25MHz所对应的参考电压(V_ref1)的区间，因此由比较器22的输出端223输出判别信号并送至后端电路30，使后端电路30选用25MHz作为输入时钟，而因应25MHz的输入时钟调整相关电路。

再者，上述的模拟转换电路20可以查表方式(lookuptable)转换模拟电压。可建立模拟电压转换对照表，再经由查询该对照表而完成模拟转换操作，进而取得数字化的判别信号。

此外，上述的后端电路30可为锁相回路(phaselockloop，PLL)。锁相回路在电子电路中扮演重要的角色，特别是在通讯领域。锁相回路应用范围相当广泛，诸如调制、解调、倍频、频率合成、载波同步、位同步等均会应用到锁相回路的观念和技术。锁相回路是一种反馈回路，在回路中，利用反馈信号将输出信号的频率及相位锁定在与输入信号相同的频率及相位上。例如：在无线电通讯中，若因信号在传送中发生载波频率漂移现象时，在接收端使用锁相回路便可使接收端的振荡频率随频率漂移，而达到锁相的目的。

锁相回路于实际应用上，可能会有不同频率值的输入时钟作为参考频率。而通过本发明所提出的频率检测装置1，即可自动判断输入时钟的范围为何，进而产生判别信号用以通知锁相回路。如此，锁相回路即可依据此时的输入时钟，而做出适当的除频操作(frequencydivide)，即，调整锁相回路的除频器(divider)，以输出实际所需的频率值。

请参照「图3」，该图所示为频率检测方法的流程图。本发明所提出的频率检测方法应用于调整电路的除频操作，包含下列步骤。

步骤S10：接收输入时钟，该输入时钟具有一频率。

步骤S20：依据输入时钟的频率，产生模拟信号。于此步骤中，可依据输入时钟的频率对电容进行充放电，以产生模拟信号。

步骤S30：判断模拟信号的范围以产生判别信号，其中判别信号用以代表输入时钟的频率区间。于此步骤中，可包含下列步骤：比较模拟信号与至少一个参考电压，而产生判别信号。

其中，可通过查表方式(lookuptable)转换模拟信号以产生判别信号。

此外，可依据步骤S30所产生的判别信号，用以调整电路的操作。其中，该电路可为锁相回路(phaselockloop，PLL)，且锁相回路依据判别信号来调整锁相回路的除频。

虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种频率检测装置，包含：

频率转换电路，接收输入时钟，并依据该输入时钟的频率产生对应于该输入时钟的频率的模拟信号；及

模拟转换电路，耦合于该频率转换电路，接收该模拟信号，依据该模拟信号以产生对应于该输入时钟的频率的判别信号，其中该判别信号用以代表该输入时钟的频率区间，

其中该模拟转换电路包含：

至少一比较器，每一该比较器具有第一输入端、第二输入端与输出端，该第一输入端用以接收该模拟信号，该第二输入端接收参考电压，比较该模拟信号与该参考电压而产生该判别信号，并由该输出端输出该判别信号，

其中该频率检测装置耦接锁相回路，该锁相回路依据该判别信号以调整该锁相回路的除频。

2.根据权利要求1的频率检测装置，其中该频率转换电路包含充电电路。

3.根据权利要求2的频率检测装置，其中该充电电路包含：

第一开关，具有第一端与第二端，依据该输入时钟的频率控制该第一开关的开启与关闭；

第一电容，具有第三端，该第三端耦合于充电电压与该第一开关的该第一端；

第二电容，具有第四端，该第四端耦合于该第一开关的该第二端；及

第二开关，一端耦合于该第二电容的该第四端，依据该输入时钟的频率控制该第二开关的开启与关闭，且该第一开关开启时该第二开关关闭，该第一开关关闭时该第二开关开启。

4.根据权利要求1、2或3的频率检测装置，其中该模拟转换电路以查表方式转换该模拟信号。

5.一种频率检测方法，包含下列步骤：

接收输入时钟，该输入时钟具有一频率；

依据该输入时钟的该频率，产生模拟信号；

比较该模拟信号与至少一参考电压以产生判别信号，其中该判别信号用以代表该输入时钟的频率区间；以及

依据该判别信号，调整一锁相回路的操作，

其中该锁相回路依据该判别信号来调整该锁相回路的除频。

6.根据权利要求5的频率检测方法，其中产生该模拟信号的步骤，包含：

依据该输入时钟的频率对电容进行充放电，以产生该模拟信号。

7.根据权利要求5的频率检测方法，其中是通过查表方式转换该模拟信号以产生该判别信号。