CN102377413B

CN102377413B - 展频时钟系统及其展频时钟产生器

Info

Publication number: CN102377413B
Application number: CN201010251270.1A
Authority: CN
Inventors: 张耿毓
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2030-08-09
Also published as: CN102377413A

Abstract

一种展频时钟产生器，含三角波产生器、数字波形调变器、三角调变器以及选择器。三角波产生器将多个输入时钟信号的其中之一转换成为原始三角波信号，其中输入时钟信号具有相同的频率与彼此相异的相位。数字波形调变器依照输入控制信号调整原始三角波信号的波形，来产生调变三角波信号与相应于调变三角波信号的第一方波信号。三角调变器累加调变三角波信号的数值来产生第二方波信号，选择器依据第二方波信号与第一方波信号的电压准位，选择输入时钟信号的其中之一作为输出时钟信号，其中输出时钟信号的平均频率与输入时钟信号的频率相异。

Description

展频时钟系统及其展频时钟产生器

技术领域

本发明涉及一种展频时钟产生器，且特别涉及一种可调整频率的展频时钟产生器。

背景技术

在高速电子系统当中，例如无线电话系统、光纤网路系统、微电脑系统，以及高阶系统单芯片(System on a chip；SOC)，其操作速度均已达到十亿赫兹(GHZ)的水准。因此，与这些系统配合的电子装置亦需提升其操作频率来跟上这些高速系统。此外，由于许多电路均整合于同一颗芯片上，使时钟信号遍布整个晶片，导致时钟信号产生偏差现象(Clock skew)。

举例来说，当输入时钟信号驱动晶片，输入时钟信号与内部时钟信号之间会存在变动而不固定的延迟时间，这个变动不固定的延迟时间会造成芯片工作不正常。为了同步系统内部的时钟信号，许多高速电路系统已采用锁相回路(Phase locked loop；PLL)与延迟锁定回路(Delay-locked loop)来消除时钟信号偏差现象。

当转换速率的增加，会影响或破坏周边电子元件效能的电磁干扰效应(Electromagnetic interference)也随之加剧，造成这些周边电子元件无法被使用。由于时钟信号是造成电磁干扰效应的主因，所以如何减少时钟信号所造成的电磁干扰效应实为当务之急。

近来，展频时钟产生器(Spread Spectrum Clock Generator)已被广泛地应用来减少电磁干扰效应。恰如其名，“展频”代表将时钟信号的中心频率作些微的展开，将能量分散至其他频率上而降低主要频率上的能量。由于主要频率上的能量被减少，因而可降低电磁干扰效应。

换句话说，“展频”即是使时钟信号的频率产生些微的变化，从而减少电磁干扰效应。纵然展频的作法可以减少电磁干扰效应，时钟信号的抖动现象(Jitter)却会恶化，使用者必须在降低电磁干扰效应与降低时钟抖动现象之间做出取舍与妥协。

可惜的是，传统的展频时钟产生器仅以倍增的方式来扩展时钟信号的频率，无法连续且弹性地调整时钟信号的展频量，因而无法在降低电磁干扰效应与降低时钟抖动现象之间做出取舍，导致整体效能下降。

因此，需要一个新的展频时钟产生器，能更弹性地调整时钟信号的平均频率。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种展频时钟产生器，可连续且弹性地调整时钟信号的频率。

依据本发明实施例，展频时钟产生器含有三角波产生器、数字波形调变器、三角调变器以及选择器。三角波产生器将多个输入时钟信号的其中之一转换成为原始三角波信号，其中输入时钟信号具有相同的频率与彼此相异的相位。数字波形调变器依照输入控制信号调整原始三角波信号的波形，来产生调变三角波信号与相应于调变三角波信号的第一方波信号。三角调变器电连接至数字波形调变器，三角调变器以累加调变三角波信号的振幅来产生第二方波信号。选择器依据第二方波信号与第一方波信号的电压准位，选择输入时钟信号的其中之一来产生输出时钟信号，其中输出时钟信号的平均频率可相同或相异于输入时钟信号的频率。

因此，本发明的目的在于提供一种展频时钟系统，可连续且弹性地调整时钟信号的频率。

依据本发明另一实施例，展频时钟系统含有振荡器、锁相回路、三角波产生器、数字波形调变器、三角调变器以及选择器。振荡器产生周期信号，锁相回路调变周期信号的频率，来产生多个输入时钟信号，其中输入时钟信号具有相同的频率以及彼此相异的相位。三角波产生器将多个输入时钟信号的其中之一转换成为原始三角波信号。数字波形调变器依照输入控制信号调整原始三角波信号的波形，来产生调变三角波信号与相应于调变三角波信号的第一方波信号。三角调变器电连接至数字波形调变器，此三角调变器以累加调变三角波信号的振幅来产生第二方波信号。选择器依据第二方波信号与第一方波信号的电压准位，选择输入时钟信号的其中之一来产生输出时钟信号，其中输出时钟信号的平均频率可相同或相异于输入时钟信号的频率。

以上实施例的展频时钟产生器与展频时钟系统，能够弹性地调整时钟信号的频率，以妥切地降低电磁干扰效应并与时钟抖动现象。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下：

图1绘示本发明实施方式展频时钟系统的方块图。

图2A至2D绘示本发明实施方式展频时钟系统的信号波形图。

具体实施方式

请同时参照图1以及图2A至2D，其绘示本发明实施方式展频时钟系统的方块图与信号波形图，其中图2A绘示输入时钟信号201d、201e、201f，图2D则绘示输出时钟信号207a、207b与207c的时间与频率关系。

展频时钟系统115含有振荡器113、锁相回路111(Phase locked loop)与展频时钟产生器101。振荡器113产生周期信号S1。锁相回路111调变周期信号S1的频率/相位来产生数个输入时钟信号S5(也就是图2A所绘示的输入时钟信号201d、201e与201f)，其中这些输入时钟信号S5具有相同的频率以及彼此相异的相位。

展频时钟产生器101执行选择的动作选出输入时钟信号S5的其中之一，来产生输出时钟信号S7(也就是图2D当中的输出时钟信号207a、207b或207c)，这些输入时钟信号S5具有相同的频率与彼此相异的相位，输出时钟信号S7的瞬时频率则会随着时间而变化。举例来说，在不同的时间点上，输出时钟信号S7的瞬时频率可分别为210MHz、211MHz与209MHz，如图2D的207b所绘示。

展频时钟产生器101内含三角波产生器103、数字波形调变器105、三角调变器(Sigma delta modulator)107以及选择器109。图2B绘示原始三角波信号203a与两调变三角波信号203b、203c的波形，图2C则绘示具有各种工作周期(Duty cycle)的方波信号205a、205b与205c，这些方波信号分别对应至原始三角波信号203a与两调变三角波信号203b、203c。三角波产生器103将多个输入时钟信号S5的其中之一转换成为原始三角波信号S3(也就是图2B的203a)。

数字波形调变器105依照使用者所调整的输入控制信号CS，调整原始三角波信号S3(也就是图2B的203a)的波形来产生调变三角波信号S4、相应于调变三角波信号的第一方波信号S2(也就是图2C的205b或205c)。倘若当前所选中的输入时钟信号须要被改变，选择器109可以第一方波信号S2为索引(Index)，来选择具有特定相位(也就是领先相位Leading phase或是落后相位lagging phase)的输入时钟信号S5。举例来说，使用者可先依照当前输出时钟信号的平均频率与展频量，调整输入控制信号CS，之后再由数字波形调变器105依据调整后的输入控制信号CS，调整原始三角波信号S3(也就是图2B的203a)的频率及/或振幅，来产生调变三角波信号S4(图2B的203c)与第一方波信号S2(图2C的205c)。

三角调变器107电连接至数字波形调变器105，此三角调变器107累加调变三角波信号S4的振幅，来产生数值为逻辑1或逻辑0的第二方波信号S6。选择器109可以第二方波信号S6为索引，来决定是否需要调变目前的输入时钟信号。在此实施例当中，反馈后的输出时钟信号S7会触发三角调变器107来产生第二方波信号S6。

选择器109依据所接收到的第二方波信号S6与第一方波信号S2的电压准位，选择输入时钟信号S5的其中之一，作为输出时钟信号S7。

以下表一显示了选择器109的运作，并显示第一方波信号S2、第二方波信号S6(三角调变器107所输出)，以及被选择的输入时钟信号S5三个信号之间的关系。根据表一，选择器109会依照第一方波信号S2与第二方波信号S6来选择输入时钟信号S5的其中之一。更详细地说，可先依据第二方波信号S6来决定是否需要调变目前所选择的输入时钟信号S5。倘若第二方波信号S6显示需要调变当前已选中的输入时钟信号S5(也就是表一的状态2与状态4)，接着就可依据第一方波信号S2来决定要选择前一输入时钟信号201d(落后相位)或是后一输入时钟信号201f(领先相位)作为往后的输出时钟信号S7。

举例来说，若当前所选择的输入时钟信号为201e且第二方波信号S6为逻辑1，那么选择器109就会依据第一方波信号S2的逻辑准位，重新选择输入时钟信号S5的其中之一，来取代当前所选中的输入时钟信号201e。在此情况当中，若第一方波信号S2为逻辑0则会选择输入时钟信号201d，若第一方波信号S2为逻辑1则会选择输入时钟信号201f。此外，当第二方波信号S6为逻辑0(也就是表一当中的状态1与3)，则选择器109会维持当前已选中的输入时钟信号201e，作为输出时钟信号S7。

表I

	第一方波信号S2	第二方波信号S6	输出时钟信号S7
				状态1	逻辑0	逻辑0	201e
状态2	逻辑0	逻辑1	201d
				状态3	逻辑1	逻辑0	201e
状态4	逻辑1	逻辑1	201f

若所选择的输入时钟信号产生变化，会改变输出时钟信号S7的周期(Period/cycle)(也就是说，输出时钟信号S7的频率会发生变化)。输出时钟信号S7的平均频率可相同或是相异于输入时钟信号S5的频率，频率相同或是相异端视输入控制信号CS来决定。举例来说，倘若输入时钟信号S5的频率为200MHz，则可利用输入控制信号CS来将输出时钟信号的平均频率调整为210MHz(也就是将图2B当中原始三角波信号203a调整至调变三角波信号203b)。在此范例当中，输出时钟信号S7的频率不是输入时钟信号S5频率的倍数。在其他例子当中，若输入控制信号CS使原始三角波信号203a保持不变，则输出时钟信号S7的平均频率会等于输入时钟信号S5的频率；此外，若三角调变器107尚未被反馈后的输出时钟信号S7触发，输出时钟信号S7的平均频率会等于输入时钟信号S5的频率。因此数字波形调变器105的确可弹性地调整输出时钟信号S7的展频量。

结果如图2D所绘示，输出时钟信号的频率/时间曲线207b的平均频率为210MHz，频率/时间曲线207c(S7)的平均频率为190MHz，此两平均频率均与输入时钟信号的频率200MHz存在些微差距。

根据上述实施例，输出时钟信号的平均频率可与输入时钟信号的频率相同，或可略与输入时钟信号的频率不同而非输入时钟信号频率的倍数，因此可更弹性地展开输出时钟信号的频率。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术任意，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种修改与变型，因此本发明的保护范围当以所附权利要求为准。

Claims

1.一种展频时钟产生器，包含：

三角波产生器，以将多个输入时钟信号的其中之一转换成为原始三角波信号，其中所述多个输入时钟信号具有相同的频率与彼此相异的相位；

数字波形调变器，以依照输入控制信号调整所述原始三角波信号的波形，来产生调变三角波信号与相应于所述调变三角波信号的第一方波信号；以及

三角调变器，电连接至所述数字波形调变器，所述三角调变器以累加所述调变三角波信号的振幅来产生第二方波信号；以及

选择器，以依据所述第二方波信号与所述第一方波信号的电压准位，选择所述多个输入时钟信号的其中之一来产生输出时钟信号，其中所述输出时钟信号的平均频率可相同或相异于所述输入时钟信号的频率。

2.如权利要求1所述的展频时钟产生器，其中，所述数字波形调变器进一步调整所述原始三角波信号的频率，来产生所述调变三角波信号。

3.如权利要求1所述的展频时钟产生器，其中，所述数字波形调变器进一步调整所述原始三角波信号的振幅，来产生所述调变三角波信号。

4.如权利要求1所述的展频时钟产生器，其中，所述输出时钟信号反馈至所述三角调变器，以触发所述三角调变器来产生所述第二方波信号。

5.如权利要求1所述的展频时钟产生器，其中，当所述三角调变器尚未被触发之前，所述输出时钟信号的平均频率会等于所述输入时钟信号的频率。

6.一种展频时钟系统，包含：

振荡器，以产生周期信号；

锁相回路，以调变所述周期信号的频率，来产生多个输入时钟信号，其中所述多个输入时钟信号具有相同的频率以及相异的相位；

三角波产生器，以将所述多个输入时钟信号的其中之一转换成为原始三角波信号；

7.如权利要求6所述的展频时钟系统，其中，所述数字波形调变器进一步调整所述原始三角波信号的频率，来产生所述调变三角波信号。

8.如权利要求7所述的展频时钟系统，其中，所述数字波形调变器进一步调整所述原始三角波信号的振幅，来产生所述调变三角波信号。

9.如权利要求7所述的展频时钟系统，其中，所述输出时钟信号反馈至所述三角调变器，以触发所述三角调变器来产生所述第二方波信号。

10.如权利要求7所述的展频时钟系统，其中，当所述三角调变器尚未被触发之前，所述输出时钟信号的平均频率会等于所述输入时钟信号的频率。