CN102866293A - 振荡频率偏移检测方法以及振荡频率偏移检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种振荡频率偏移检测方法以及振荡频率偏移检测电路。其中，振荡频率偏移检测方法包含：接收一振荡信号，其中该振荡信号由一晶体振荡器所产生，该振荡信号具有一振荡频率；根据该振荡信号来产生一自混合信号；求出该自混合信号的振荡一特定频率范围内的最大能量的一自混合频率；以及根据振荡频率以及该最大能量的自混合频率，来计算出该振荡频率的频率偏移量。

Description

振荡频率偏移检测方法以及振荡频率偏移检测电路

技术领域

本发明涉及振荡电路，特别涉及振荡频率偏移检测方法以及电路。

背景技术

图1示出了晶体振荡器(oscillating crystal)的输出振荡频率和温度关系的示意图。在不同的温度下，晶体振荡器所输出的振荡频率会有偏移的现象。这样的曲线会呈现S形，也通称为S曲线。这样的振荡频率偏移会对电子装置造成很大的影响。一种补偿方法为采用温度补偿型(Temperature Compensated)晶体振荡器以改善这个问题，但温度补偿型晶体振荡器的价格相较于一般晶体振荡器相当高。而另一种补偿方法为预先得知S曲线，然后使用另一个晶体振荡器来对其作补偿。然而，这需要相当繁琐的控制机制。

发明内容

本发明的一目的为提供一种振荡频率偏移检测电路与方法，以解决上述的问题。

本发明的一目的为提供一种振荡频率偏移检测电路与方法，在无繁琐的控制机制的状况下来补偿振荡频率偏移。

本发明的一实施例披露了一种检测一晶体振荡器的振荡频率偏移的检测方法，包含：接收一振荡信号，其中该振荡信号由一晶体振荡器所产生，该振荡信号具有一振荡频率；根据该振荡信号来产生一自混合信号；求出该自混合信号的振荡一特定频率范围内的最大能量的一自混合频率；以及根据振荡频率以及该最大能量的自混合频率，来计算出该振荡频率的频率偏移量。

本发明的另一实施例披露了一种振荡频率偏移检测电路，包含：一自混合器，根据一振荡信号来产生一自混合信号，该振荡信号具有一振荡频率；以及一控制电路，计算出该自混合信号在一特定频率范围内的最大能量处的一自混合频率，并根据振荡频率以及该振荡自混合频率，来计算出该频率偏移量。

通过上述的实施例，可以利用简单电路检测出振荡频率偏移就可补偿其振荡频率偏移。

附图说明

图1示出了公知技术中，晶体振荡器的输出频率和温度关系的示意图。

图2示出了根据本发明的一实施例的振荡频率偏移检测电路的电路图。

图3示出了当算出振荡频率偏移后，如何补偿振荡频率偏移的示意图。

图4示出了根据本发明的一实施例的振荡频率偏移检测电路使用于传收电路的电路图。

图5示出了根据本发明的一实施例的振荡频率偏移检测方法的流程图。

图6示出了使用图4的传收电路的电子装置的示意图。

图7示出了图6所示的电子装置的操作流程图。

主要组件符号说明

200检测电路               201频率混合器

203自混合器               205、301增益放大器

207、303模拟数字转换器    209、415傅利叶变换器

211控制电路

305、402、405、409、417频率混合器

400、601信号传收电路401功率放大器

403数字模拟转换器    407功率放大器

411模拟数字转换器    413开关组件

600电子装置          602天线

603温度传感器        605传收电路控制器

607晶体振荡器        609控制电路

611储存装置

具体实施方式

所属领域中的普通人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。且在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”解释成“包含但不限定于”。以外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。

图2示出了根据本发明的一实施例的频率偏移检测电路200的电路图。如图2所示，该检测电路200包含一频率混合器(mixer)201、一自混合器203、一增益放大器205、一模拟数字转换器207、一傅利叶变换器209以及一控制电路211。频率混合器201用以将一振荡频率OF混合至一具有一输入频率f的输入信号IS，来产生一混合信号MS，此振荡频率OF由欲检测的目标所产生。将混合信号MS传输到自混合器203后，利用自混合器203进行自混合产生一自混合信号SMS。然后，自混合信号SMS会从模拟定义域进入数字定义域(例如利用模拟数字转换器207进行转换)，由傅利叶变换器209进行傅利叶变换，然后经由控制电路211根据傅利叶变换后的自混合信号SMS，来求得该自混合信号SMS在2倍振荡频率附近的一特定(固定)范围内的最大振幅(或称能量power)的自混合频率f_{power_max}。之后控制电路211会将此最大能量的自混合频率f_{power_max}除以2，并与振荡频率OF以及输入频率f比较后，来求得振荡频率OF跟一预定频率的频率偏移量。此预定频率是晶体振荡器原先被预期产生的振荡频率。

底下将举例详细说明检测电路200的详细运作方式。

若假设IS的信号为cos(2*pi*f*t)，其中f为输入频率，

则混合信号MS可表示如恒等式(1)：

MS＝IS*OF＝cos(2*pi*f*t)*cos(2*pi*f_OF*t)＝1/2*[cos(2*pi*(f-f_OF)*t)+cos(2*pi*(f+f_OF)*t)]..................恒等式(1)

其中，f_OF表示待测试的振荡晶体所输出的振荡频率(即信号OF的频率)。如此，自混合信号SMS会产生5个频率成分，如以下公式推导：

A＝cos(2πft)，外即为前述的IS输入频率，可为一数字模拟转换器的输出信号的频率。

OF＝cos(2πf_OFt)，此为图2所述中的OF信号。

若OF具有频率偏移f_s，则实际的OF频率会等于预期的OF频率加f_s。

因此，将IS混合OF后，会得到：

$B=\cos \left(2\mathrm{\πft}\right)\·\cos \left[2\mathrm{\π}(f_{\mathrm{OF}}+f_s)t\right]$

$=\frac{1}{2}\left\{\cos \right[2\mathrm{\π}(f-f_{\mathrm{OF}}-f_S)t]+\cos [2\mathrm{\π}(f+f_{\mathrm{OF}}+f_s)t\left]\right\}$

即图2所示的混合信号MS。

而自混合处理的详细计算可如下所示：

若令a＝c＝cos[2π(f-f_OF-f_S)t]

并令b＝d＝cos[2π(f+f_OF+f_S)t]

则B自混合后，可得到

$B\·B=\frac{1}{2}(a+b)\·\frac{1}{2}(c+d)$

$=\frac{1}{4}(\mathrm{ac}+\mathrm{ad}+\mathrm{bc}+\mathrm{bd})$

$\mathrm{ac}=\frac{1}{2}\{1+\cos [2\mathrm{\π}\·2(f-f_{\mathrm{OF}}-f_s)t\left]\right\}$

$\mathrm{ad}=\frac{1}{2}\left\{\cos \right[2\mathrm{\π}\·2(-2f_{\mathrm{OF}}-2f_s)t]+\cos (2\mathrm{\π}\·2\mathrm{ft})\}$

$\mathrm{bc}=\frac{1}{2}\left\{\cos \right[2\mathrm{\π}\·2({2f}_{\mathrm{OF}}+2f_s)t]+\cos (2\mathrm{\π}\·2\mathrm{ft})\}$

$\mathrm{bd}=\frac{1}{2}\{1+\cos [2\mathrm{\π}\·2(f+f_{\mathrm{OF}}+f_s)t\left]\right\}$

$\mathrm{ac}+\mathrm{bd}=1+\frac{1}{2}\left\{\cos \right[2(f-f_{\mathrm{OF}}-f_s)t]+\cos [2\mathrm{\π}\·2(f+f_{\mathrm{OF}}+f_s)t\left]\right\}$

$=1+\frac{1}{2}\left\{\cos \right[2\mathrm{\π}(2f_{\mathrm{OF}}+2f_s-2f)t]+\cos [2\mathrm{\π}(2f_{\mathrm{OF}}+2f_s+2f)t\left]\right\}$

$\mathrm{ad}+\mathrm{bc}=\cos [2\mathrm{\π}\·2(2f_{\mathrm{OF}}+2f_s)t]+\cos (2\mathrm{\π}\·2\mathrm{ft})\}$

因此，根据前述公式，可得知自混合信号SMS会具有5个频率成分

Frequency 1→直流成份...............频率成分(1)

Frequency 2→2f...........................频率成分(2)

Frequency 3→2f_LO+2f_s-2f................频率成分(3)

Frequency 4→2f_LO+2f_s.....................频率成分(4)

Frequency 5→2f_LO+2f_s+2f...............频率成分(5)

根据频率成分(frequency component)(3)、(4)及(5)，若振荡频率f_OF无飘移现象，则混合信号SMS的频率成分(4)会等于2倍振荡频率f_OF。频率成分(3)和(5)则会等于2倍振荡频率f_OF再加上2倍输入频率f。

但若振荡频率f_OF产生了飘移频率fs，则混合信号SMS的频率成分(3)、(4)和(5)除了原本的关系外，还会加上2倍的飘移频率fs。所以频漂的信息可从频率成分(3)、(4)与(5)获得(选择检测其中一个频率即可，取固定范围内的用意就是在此，这3个频率成分都有含频漂的信息)。请留意，若仅检测频率成份(4)，而不检测频率成份(3)和(5)，则不受到输入频率f的影响。在此情况下，图2中的实施例可不输入输入信号IS，仅以具有振荡频率OF的信号进行自混合，也可求出频率偏移。在此情况下，频率混合器201可予以省略。

根据频率成分(3)，(4)及(5)可知，将数字化后的自混合信号SMS在2倍振荡频率f_OF附近固定范围内的最大能量的频率求出后(其中一种方法为对数字化后的自混合信号SMS进行傅利叶变换，如图2所示)，再除以2并跟振荡频率f_OF以及输入频率f比对，便可得到振荡频率偏移fs。由于知道相对应关系，即可适当的运算求出振荡频率偏移。也可使用不同的比对方式，例如：振荡频率f_OF以及输入频率f乘2后再进行比对，便可得2倍的振荡频率偏移2×fs。此类可达成相同目的的简单变化，均应包含在本发明所涵盖的范围之内。

须注意的是，图2中所示的实施例仅用以举例，并非用以限定本发明。举例来说，若信号本身强度已经足够，可以不需要增益放大器205。而且也可用其它电路取代傅利叶变换来求得数字化后的自混合信号SMS在2倍振荡频率f_OF附近固定范围内的最大频率。另一实施例，若另外检测传收电路的温度，则可以得到温度跟振荡频率偏移的相对应关系。此相对应关系可予以储存，然后在需要补偿振荡频率时，使用图3所示的电路予以补偿。如图3所示，将需要补偿的信号OS转换为数字信号后，以e^jωt的形式(其中，ω＝2*pi*(±f_s))将其输入至频率混合器305，以补偿数字化后的信号OS。

图4示出了根据本发明的一实施例的检测电路使用于信号传收电路400的电路图。如图4所示，功率放大器401、频率混合器402以及数字模拟转换器403构成一信号传送路径，而低噪声放大器407、频率混合器409以及模拟数字转换器411形成了一信号接收路径。此外，传收电路400还包含了频率混合器405、开关组件413、傅利叶变换器415以及频率混合器417(也可视为一补偿单元)。在通常状态下，信号传送路径用以传送一传送信号TS，而信号接收路径用以接收一接收信号RS，而开关组件413使信号接收路径耦接到频率混合器417，可在温度变化时，进行补偿。而在频率偏移检测模式下，开关组件413使信号传送路径耦接到傅利叶变换器415，如此，频率混合器402、405以及傅利叶变换器415便形成了图2所示的振荡频率偏移检测电路。可检测振荡频率OF是否有振荡频率偏移。

图5示出了根据本发明的一实施例的振荡频率偏移检测方法的流程图，由于前面的实施例，可轻易理解图5的振荡频率偏移检测方法的流程图，所以省略其说明。请留意，如前所述，可不输入输入信号IS，在此情况下，则步骤501可予以省略，步骤503和505则可修改成：根据振荡信号来产生自混合信号。

图6示出了使用图4的传收电路的电子装置的示意图。如图6所示，电子装置600包含了信号传收电路601、天线602、晶体振荡器607、控制电路609以及储存装置611。其中，信号传收电路601包含了如图4所示的电路结构以及温度传感器603和传收电路控制器605，可在工作状态下进行接收、传送信号，并在检测模式下检测晶体振荡器607的振荡频率偏移。同时，温度传感器603可检测传收电路的温度T，并传送给传收电路控制器605。如此，控制电路609会将振荡频率偏移fs以及感测到的温度T的对应关系储存到储存装置613。当储存装置613储存了频率偏移fs以及感测到的温度T的对应关系后，控制电路609便可直接依据温度T进行频率偏移补偿。

图7示出了图6所示的电子装置的操作流程图。其包含下列步骤：

步骤703

检测传收电路的温度。

步骤705

现今的温度T下的频率是否偏移？若是则进入步骤711，若否则进入步骤707。

步骤707

检测温度T下的振荡频率偏移。

步骤709

储存温度T以及相对应的振荡频率偏移fs的对应关系。然而，步骤709可予以省略，也就是说，可以实时的检测温度T以及相对应的振荡频率偏移，然后不储存而直接进入步骤711，进行补偿。

步骤711

补偿数字定义域中的振荡频率偏移。

本发明的振荡频率偏移检测电路并不限于检测因为温度T所引起的振荡频率偏移。而是其可检测任何因素所引起的频率偏移。

本发明的实施例中，该些电路可有多种实施方式，此为本技术领域所熟知的，例如：控制电路211可利用硬件描述语言(Verilog或是VHDL)来完成整个电路、或是利用中央控制电路(CPU)配合软件、或是微控制电路(controller)配合固件(firmware)皆可直接完成上述运算、流程图等操作。当然，本领域的人士尚可轻易思及其它变化，例如，若将混合信号进行自混合二次，则可于有其它倍振荡频率附近范围内寻找另一个自混合频率，再进行相对应的运算仍可实现本发明；又例如：自混合的对象由混合信号变更为输入信号，再进行相对应的运算也可轻易完成本发明。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种振荡频率偏移检测方法，包含：

接收一振荡信号，其中，所述振荡信号由一晶体振荡器所产生，所述振荡信号具有一振荡频率；

根据所述振荡信号来产生一自混合信号；

求出所述自混合信号的振荡一特定频率范围内的最大能量的一自混合频率；以及

根据所述振荡频率以及该最大能量的自混合频率，来计算出该振荡频率的频率偏移量。

2.根据权利要求1所述的振荡频率偏移检测方法，还包含接收一输入信号，其中，所述输入信号具有一输入频率；其中，根据所述振荡信号来产生所述自混合信号的步骤还包含将所述振荡信号以及所述输入信号进行混合，来产生一混合信号，并对所述混合信号来进行自混合以产生所述自混合信号，且计算所述频率偏移量的步骤包含根据所述振荡频率和所述输入频率，以及所述最大能量的自混合频率，来计算出所述频率偏移量。

3.根据权利要求1所述的振荡频率偏移检测方法，其中，所述晶体振荡器使用于一传收电路上，其中，所述振荡频率偏移检测方法包含：

检测所述传收电路的温度；以及

储存所述温度以及所述频率偏移量的对应关系。

4.根据权利要求1所述的振荡频率偏移检测方法，其中，所述求得振荡最大能量的自混合频率步骤包含：

使所述自混合信号进入一数字定义域；以及

对所述自混合信号施行一傅利叶变换来求得所述振荡最大能量的所述自混合频率。

5.根据权利要求1所述的振荡频率偏移检测方法，其中，所述计算出频率偏移量的步骤包含将所述自混合频率除以2，并与所述振荡频率比较来求得所述频率偏移量。

6.根据权利要求1所述的振荡频率偏移检测方法，其中，所述特定频率范围位于在2倍振荡频率附近的固定范围。

7.一种振荡频率偏移检测电路，包含：

一自混合器，根据一振荡信号来产生一自混合信号，所述振荡信号具有一振荡频率；以及

一控制电路，计算出所述自混合信号在一特定频率范围内的最大能量处的一自混合频率，并根据所述振荡频率和输入频率以及所述自混合频率，来计算出所述频率偏移量。

8.根据权利要求7所述的振荡频率偏移检测电路，还包含：

一频率混合器，用以将所述振荡信号混合至一输入信号，来产生一混合信号，其中，所述输入信号具有一输入频率，且所述自混合器自混合所述混合信号，来产生所述自混合信号；其中，所述控制电路还依据所述振荡频率、所述输入频率以及所述自混合频率，来计算出所述频率偏移量。

9.根据权利要求8所述的振荡频率偏移检测电路，使用于一传收电路。

10.根据权利要求9所述的振荡频率偏移检测电路，所述信号传收器的一信号传送路径共享所述频率混合器。

11.根据权利要求8所述的振荡频率偏移检测电路，所述信号传收器还包括：

一补偿单元；以及

一开关组件，耦接于信号接收路径与所述补偿单元之间。

12.根据权利要求9所述的振荡频率偏移检测电路，还包含：

一温度探测器，检测所述传收电路的温度；以及

一储存装置，用以纪录所述温度以及所述频率偏移量的对应关系。

13.根据权利要求7或9或10所述的振荡频率偏移检测电路，其中，所述特定频率范围位于在2倍振荡频率附近的频率范围。

14.根据权利要求7或9或10所述的振荡频率偏移检测电路，还包含一傅利叶变换器，用以在所述自混合信号进入一数字定义域后，对所述自混合信号施行一傅利叶变换，且所述控制电路根据执行所述傅利叶变换后的所述自混合信号求得所述自混合频率。

15.根据权利要求7或9或10所述的振荡频率偏移检测电路，其中，所述控制电路将所述自混合频率除以2，并与所述振荡频率以及所述输入频率比较来求得所述频率偏移量。

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