CN104639118A

CN104639118A - 时钟信号之间的相位对齐

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Publication number: CN104639118A
Application number: CN201410645427.7A
Authority: CN
Inventors: 安德鲁·高夫
Original assignee: U Blox AG
Current assignee: U Blox AG
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2034-11-10
Also published as: EP2871494A1; US20150131706A1; JP2015094764A; CN104639118B; EP2871494B1; JP6469418B2; US9337887B2

Abstract

本发明涉及时钟信号之间的相位对齐。本发明公开了一种用于确定频率不同的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的方法和系统。所述方法包括：在第二时钟信号的边沿所限定的时间点对第一时钟信号的值进行采样；限定所述第一时钟信号的采样值的序列，其中，所述序列中的连续的采样值通过第二时钟信号的N个周期分开，其中，N是大于1的整数；以及检测该限定的序列中的值的预定模式的发生。

Description

时钟信号之间的相位对齐

技术领域

本发明涉及用于电子信号的时钟信号的一般领域，更具体地，本发明涉及确定不同频率的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐。

背景技术

在采用多个时钟信号的系统中，通常需要能够检测两个时钟何时具有一定的相位关系，即相对于彼此的一定的相位对齐。在现有技术中具有用于实现这一点的公知的技术，且这些技术通常提供高精度。然而，这些技术通常涉及复杂的硬件。

有时，在系统已经实现后，可能需要在两个不同的时钟信号之间的相位对齐或相位对齐的检测。在这种情况下，集成硬件解决方案太晚，尽管可以并入外部电路以根据已知的方法检测时钟信号对齐。这从集成和鲁棒性的角度是不期望的，且进一步增加系统的成本。

在全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)定时产品中，GNSS接收器的精确的同步能力用于产生可以用在定时应用中的定时信号。该信号可以是“秒脉冲(Pulse per Second，PPS)”信号，该信号如同名称所暗示的是1Hz信号，该1Hz信号通过GNSS接收器输出且通过从GNSS卫星接收的传输同步至UTC秒翻转。可替选地，已知使用1kHz信号或“甚至秒”信号(其是0.5Hz但是具体使用均匀编号的秒)。

该脉冲本身通常不足以同步用户设备。该脉冲指示秒翻转何时发生，但是其没有给实际时间的信息。因此，定时信号通常伴随有限定时间点、某年某日和其它参数的串行消息。通过该额外信息，定时信号可以用在精确的定时应用中。

在典型的定时应用中，GNSS接收器将配置成调度定时和串行信号用于同步，如图1所示。用户通常想要从单一时钟源(例如，基准时钟或系统时钟)钟控整个系统。这通常没有问题，只要定时信号本身直接从基准时钟产生。

然而，在一些接收器中，定时信号不直接从基准时钟REF_CLK产生，而是从内部时钟CLK2产生，如图1所示。该内部时钟CLK2可能不运行在与基准时钟REF_CLK相同的频率下。例如，基准时钟可能是26MHz，而内部时钟可能是48MHz。因此，定时信号不同步于基准信号，这可能带来包括下列的多个问题：

-定时信号被用户使用的时间将是定时信号产生之后的下一个26MHz边沿。这有效地增加26MHz锯齿错误至定时信号；

-关闭26MHz基准时钟REF_CLK的系统的输入可以测量作为亚稳态事件的定时信号，这是由于该边沿不同步于其时钟。校正此可以需要多个时钟周期，且因此具有甚至更大的定时误差。此外，如果定时脉冲短，则这可以防止其被观察；

-该系统通常将需要在定时事件之间的精确数量的时钟周期(其中的26,000,000个时钟周期用于使用PPS信号的26MHz的情况)。如果定时信号不同步于26MHz时钟，则这不能保证。

发明内容

提出用于检测两个不同的时钟信号之间的相位关系或对齐的方法和系统，其中，一个时钟信号用于对另一个时钟信号进行采样且采样值用于确定两个时钟信号之间的特定的相位关系或对齐何时发生。因此，实施方式可以用于确定两个时钟信号何时对齐(例如，使得每个时钟信号的上升沿在基本上相同的时间发生)或两个时钟信号何时具有相对于彼此的一定的相位关系。

通过分析第一时钟信号的采样值，其中，在通过第二时钟信号限定的时间点获得所述采样值，可以通过检测采样值中的特定模式的值的发生来确定两个时钟信号之间的特定对齐。

实施方式可以用在现有的系统中，而不需要额外的和/或外部电路。例如，实施方式可以用在软件中和/或使用系统的现有硬件。因此可以减少对额外的硬件或电路的需求。此外，可以满足实施方式的自定义或变型，以适应不同的情况。一些实施方式甚至可以完全以软件实现(例如，作为可以加载到现有的多时钟系统上的计算机程序)。

根据本发明的一方面，提供一种确定不同频率的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的方法，该方法包括下列步骤：在通过第二时钟信号的边沿确定的时间点对第一时钟信号的值进行采样；限定第一时钟信号的采样值的序列，其中，通过第二时钟信号的N个周期分隔序列中的连续的采样值，其中N是大于1的整数；检测所限定的序列中的值的预定模式的发生；以及基于检测到的预定的模式的发生确定第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐。

对第一时钟信号进行采样的步骤可以包括第二时钟信号的每N个周期对第一时钟信号的值进行采样(其中，N是大于1的整数)。换句话说，可以不在第二时钟信号的每个上升沿对第一时钟信号进行采样，而可以在每第N个上升沿对第一时钟信号进行采样(其中，N是大于1的整数)。以这种方式，可以以规则的时间间隔对第一时钟信号进行采样使得采样频率等于第二时钟信号的频率除以N(其中，N是大于1的整数)。

可替选地，对第一时钟信号进行采样的步骤可以包括第二时钟信号的每个周期对第一时钟信号的值进行采样，但是仅采样值的子集用于创建第一时钟信号的样本序列。换句话说，可以在第二时钟信号的每个上升沿对第一时钟信号进行采样，然后通过选择每第N个样本来形成样本序列(其中，N是大于1的整数)。以这种方式，可以在第二时钟信号的频率下对第一时钟信号进行采样(例如，为了容易实施)，但是仅采样值的子集用于形成样本序列。

由于第一时钟信号和第二时钟信号的不同频率，第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐在第二时钟信号的N个周期期间可以改变Δ量。N可以被选择成使得Δ量(即，相位对齐中的变化)小于或等于255°、优选小于或等于225°、更优选小于或等于195°、甚至更优选小于或等于165°、更优选小于或等于30°、更优选小于或等于90°、且甚至更优选小于或等于15°。换句话说，N可以选择成使得在N个周期期间的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的变化(即，Δ量)为最小非零值，该最小非零值是针对第一时钟信号和第二时钟信号可获得的(且该最小非零值又通过第一时钟信号和第二时钟信号的频率来确定)。

值的预定模式可以包括序列中的具有相反值的两个连续的采样值，该相反值指示第一时钟信号和第二时钟信号0°异相或180°异相。

在其它实施方式中，值的预定模式可以包括序列中的三个连续采样值，第一连续采样值和第二连续采样值是相反的值且第三连续采样值等于第二连续采样值。

其它实施方式可以采用其它预定模式，其中，该预定模式取决于在N个周期期间第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的变化。

可以采用实施方式以迭代地确定不同频率的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐。可以通过将N选择为第一值，来获得第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的第一估计，该第一值导致第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐在第二时钟信号的N个周期期间改变第一Δ量。然后，可以通过将N选择为第二值，来获得相位对齐的第二改善的估计，该第二值导致第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐在第二时钟信号的N个周期期间改变第二较小的Δ量。以这种方式，可以快速获得相位对齐的第一粗略的估计，且随后可以获得相位对齐的第二更精确的估计。

附图说明

现将参照附图仅以示例的方式说明本发明的优选实施方式，在附图中：

图1是GNSS接收器与相关联的定时应用的示意性框图；

图2示出在26MHz的基准时钟和48MHz的内部采样时钟之间的相位差的关系和进展；

图3示出相位差和在图2的内部采样时钟的上升沿所测量的图2的基准时钟的相应的采样值的表；

图4示出在30.72MHz的基准时钟和48MHz的内部采样时钟之间的相位差的关系和进展；

图5示出相位差和在图4的内部采样时钟的上升沿所测量的图4的基准时钟的相应的采样值的表；

图6示出相位差和在48MHz的内部采样时钟的上升沿所测量的26MHz的基准时钟的相应的采样值的表；

图7是根据实施方式的方法的流程图；

图8是根据本发明的实施方式的系统的示意性框图；以及

图9是根据所提出的实施方式的比较第一时钟信号和第二时钟信号的频率的方法的流程图。

具体实施方式

示出用以检测不同频率的两个时钟何时处于相位对齐(或者相对于彼此具有特定相位关系)的简单技术。该技术可以主要基于软件，在该情况下，其可以仅需要实现仅一个额外的(或备用的)I/O引脚。

该想法是使用第二时钟信号(例如，CLK2)来采样第一时钟信号(例如，REF_CLK)。取决于两个时钟信号之间的相位关系，该采样操作通常将产生逻辑1(“1”)或逻辑零(“0”)。因此，使用一个时钟信号对另一个时钟信号进行采样将产生一连串的连续的逻辑值，且该值的模式将通过两个时钟信号之间的相位关系来决定。

如果假设第一时钟信号(例如，REF_CLK)(换句话说，被采样的时钟)具有50％的占空比，可以看出当两个时钟之间的相位关系小于180度时，采样值将是逻辑1(“1”)。相反，当该关系大于或等于180度且小于360度时，则相应的采样值将是逻辑零(“0”)。因此，可以理解，例如，在第一时钟信号(即，被采样的时钟)不具有50％的占空比的情况下，当两个时钟之间的相位关系小于不同的阈值(取决于占空比)时，采样值将是逻辑1(“1”)。

不管两个时钟信号之间的起始相位差如何，所产生的采样值的模式将最终每M个样本重复一次，从而再次产生多个逻辑1(“1”)和多个逻辑零(“0”)组成的相同序列。

在任何重复的模式中，第一时钟信号(例如，REF_CLK)的相位将与第二时钟(例如，CLK2)的相位具有唯一关系。因此，通过连续采样时钟之一，将产生两个时钟之间的一组唯一关系。由于模式重复，因此这也确定M个周期后的相位关系。例如，如果在特定的样本处两个时钟之间的相位关系是则M个周期后的两个时钟之间的相位也将是在对采样何时可以进行和不可以进行上存在系统定时限制(例如，由于处理器忙于其它工作)的情况下，可以采用该性能。

在重复的模式内(相对于参考点)任何给定的相位关系的位置(在样本数方面)也将确定相同的样本数后相位进展的程度。例如，如果在样本位置或边沿编号4处的时钟样本的相位关系具有度的相位，则4个样本后的相位将进展度，从而在样本位置或边沿编号8处给出恰好度的相位差。利用该性能以产生两个时钟信号之间的一致的且确定的相位进展。

该相位进展最终将使两个时钟近似对齐且该对齐可以通过检查采样值且识别采样值的特定模式或序列来检测。因此，通过利用一时钟信号采样另一时钟信号，且通过分析在特定的时间点处的采样值，可以确定两个时钟信号之间的对齐。

示例1

图2示出在26MHz的基准时钟REF_CLK(具有50％的占空比)和48MHz的内部时钟CLK2之间的相位差的关系和进展。这两个时钟信号之间的相位差和在内部时钟信号CLK2的上升沿所测量的基准时钟REF_CLK的相应的采样值在图3的表中详细示出。

此处，应当注意，已经针对信号同相的情况假设逻辑1(“1”)且已经进一步假设时钟在一开始时对齐。

两个时钟之间的最小的非零相位差、以及因此相位步阶是±15°(在内部时钟CLK2的上升沿编号11和13处)。在特定的内部时钟CLK2的上升沿编号处的相位差精确地确定该样本(或边沿)编号后相位将进展的程度。例如，在上升沿编号6处，时钟信号之间的相位差是90°，因此，在边沿编号12处相位差将是180°。

此外，可以看出，相位差的模式每24个样本重复一次。因此，在6+24*n(对于任何整数n)个样本后的相位进展也将是180°。

为了找到时钟信号被相位对齐的时间，可以通过使用上述确定的性能使相位进展。

在这个示例中，其中，第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的最小非零变化(即，Δ量)是对于第二时钟的13个周期的15°，则如果每13+24*n个时钟周期进行采样，则相位将从前一测量向前偏移15°。则所测量的相应的样本将是：

…111111111111000000000000111111111111000000000000111111111111…

在每组12个样本后，看到样本中的转换。所看到的样本中的第一个转换是从1到0的转换，其指示时钟信号180°异相。因此，为了确定时钟信号被对齐的时间，仅需要保持观察每13个时钟样本的值(即，选择通过第二时钟信号的N个周期所分开的采样值，其中N等于13)，直到观察到从逻辑0转换到逻辑1。在该点，两个时钟信号之间的相位最接近0°。

应当注意，还可以通过每11+24*n个时钟样本进行采样且等待从1转换到0，来使相位沿看似相反的方向进展。在实践中，这可以理解为沿向前方向进展360-15°，其在行为上等同于进展-15°。当发现该转换时，则将需要通过在13+24*n个样本后进行一次采样而使相位沿向前方向仅步进一次，来获得0°的对齐。换句话说，在相反方向上工作，将超越同相位置，因此需要在另一方向上进展一个步进，使得时钟信号具有可能的最接近的对齐。

示例2

如果采用不同的基准时钟REF_CLK信号，实施方式可以容易地适用于检测内部时钟(CLK2)与新的基准频率(REF_CLK)的对齐。

例如，现考虑使用30.72MHz的基准频率REF_CLK和具有48MHz的频率的先前的内部时钟信号CLK2的系统。图4示出在30.72MHz的基准时钟REF_CLK和48MHz的内部时钟CLK2之间的相位差的关系和进展(再次假设0度的起始位置)。这两个时钟信号之间的相位差和在内部时钟信号CLK2的上升沿所测量的基准时钟REF_CLK的相应的采样值在图5的表中详细示出。

在该示例中，可以看出，相位差的模式每25个时钟周期重复一次且最小的相位步阶(即，第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的最小非零变化)是+14.4°(这在11周期期间发生，即在边沿编号11处)或者345.6°，等于-14.4°(这在14周期期间发生，即在边沿编号14处)。因此，通过每11+25*n或14+25*n个时钟周期进行采样(即，通过将N选择为11或14)，相位将分别向前进展14.4°或345.6°。

另外，确定时钟信号何时具有特定相位差的概念与之前的示例详细描述的相同，除了在采样值的序列中逻辑1(“1”)和逻辑0(“0”)的数量不对称。换句话说，在模式重复前将确定13个逻辑1(“1”)和12个逻辑0(“0”)。因此，该示例示出实施方式可以不限定于偶数的重复序列值或甚至相同数量的逻辑1(“1”)和逻辑0(“0”)。

由于仅相位进展参数已改变，可以仅改变该方法的参数以使该技术适应于新的基准时钟频率。

可以使用公式(公式1)以表征不同频率的两个时钟信号的相位进展：

f_Δt(t)＝[θ(t+Δt)-θ(t)]/2πΔt (1)

该等式1可以重新整理如下：

Δθ＝2πt·f_Δt(t) (2)

其中，Δt是采样时钟信号的周期时间(即周期)，Δθ是对于采样时钟的每个周期的两个信号之间的相位进展，且f_Δt(t)是被采样的时钟信号的频率。

示例3

针对基准时钟信号具有4MHz的频率且采样时钟信号具有96MHz的频率(即，f_Δt＝4MHz,Δt＝1/96MHz)的示例性情况输入值给予0.2618弧度或15°的相移。因此，对于采样时钟信号的每个周期，两个信号之间的相位差将进展15°。这两个时钟信号之间的相位差和在采样时钟信号的上升沿所测量的第一时钟信号的相应的采样值在图6的表中详细示出。由于θ＝θ±360°，因此可以认为在相对相移(而不是绝对相移)方面，即，相位进展如图6的表的第三行所示的重复。

在相位“重复”之前的采样数量可以通过采样时钟频率除以采样时钟和基准时钟的最大公约数而确定。例如，在采样时钟频率是96MHz的情况下，两个时钟(96MHz和4MHz)之间的最大公(频率)约数是4MHz。因此，序列每24个样本重复一次。

选择每第13个样本，时钟之间的相位进展是195°。则所测量的相应的样本将是：

…101010101010010101010101101….

此处，0→1转换不唯一地确定相位对齐。然而，仍可以确定时钟之间的相位何时最接近于0。为此，需要考虑上述样本序列。在这种情况下，通过从逻辑0(“0”)转换到逻辑1(“1”)或从逻辑1(“1”)转换到逻辑0(“0”)不能进行相位对齐，而是通过两个连续的逻辑1(即，序列“11”)进行相位对齐。对此的另一种方法是在序列从逻辑0(“0”)切换到逻辑1(“1”)模式再切换到逻辑1(“1”)再切换到逻辑0(“0”)模式时进行相位对齐。类似地，通过两个连续的逻辑0(即，“00”)给出完全异相的时钟，或在采样序列从逻辑1(“1”)切换到逻辑0(“0”)模式再切换到逻辑0(“0”)再切换到逻辑1(“1”)模式时给出完全异相的时钟。应当注意，在具有一连串的连续的逻辑0(“0”)以及随后的一连串的连续的1的情况下，不存在检测滞后。

示例4

在相位步阶/进展尺寸使得产生一连串的连续的1以及随后的一连串的连续的逻辑0(“0”)的情况下，仅需要检测采样值中的转换。使用较大的相位步阶/进展尺寸，如在上述之前的示例中所见，可能需要检测更复杂的采样值的序列。

例如，使用示例1的时钟信号(26MHz的REF_CLK和48MHz的内部时钟CLK2)且选择每第23个样本，这些时钟之间的相位进展是165°。对于相位进展尺寸是165°的情况，则所测量的相应的样本将是：

…110101010101001010101010110….

此处，在该示例中，通过采样值从逻辑0(“0”)转换到逻辑1(“1”)不能确定相位对齐(例如，0°的相位差)，而是通过从逻辑0(“0”)转换到逻辑1(“1”)随后是连续的逻辑1(换句话说，序列“011”)确定相位对齐。类似地，针对检测这些时钟何时完全异相(例如，180°的相位差)，寻求从逻辑1(“1”)转换到逻辑0(“0”)然后是连续的逻辑0(即，序列“100”)。

应当注意，通过165°的该相位进展尺寸，在转换后的下一个样本到来时才知道对齐。因此，为了精确地检测信号何时被对齐(或完全未对齐)，将需要对逻辑0(“0”)到逻辑1(“1”)转换的数目进行计数，使得检测恰好0(或180度)相位的位置。

示例5

现考虑使用示例1的时钟信号(26MHz的REF_CLK和48MHz的内部时钟CLK2)且选择每第5个样本的另一示例，在这些时钟之间的相位进展是255°。对于相位进展尺寸是255°的这种情况，则所测量的相应的样本将是：

…10110010011001001101100110…

此处，在同步的位置(即，所采样的相位是0度的位置)没有逻辑0(“0”)到逻辑1(“1”)的转换。而是转换发生在一个样本前。因此，在该情况下，这两个时钟之间的对齐的检测又再次不同。此处，唯一的确定序列是模式“110011”。

因此，该示例示出有时出现需要检测的更复杂的模式。

实际考虑

在一些情况下，最接近从逻辑1(“1”)转换到逻辑0(“0”)或从逻辑0(“0”)转换到逻辑1(“1”)的样本可能是错误的。这由于亚稳态可能发生(例如，当时钟被完全对齐时，它们同时上升)且因此采样值可能是不确定的或未限定的。然而，由于所使用的下一个采样值将是采样时钟的多个周期后，此时，测量应当已稳定，因此亚稳态不可能传播。在该情况下，相位对齐将偏离最小的步进尺寸。因此，所提出的技术对亚稳态具有相当的鲁棒性。

在上述示例1和示例2中，已使用最小的相位进展尺寸来使相位沿向前方向或向后方向进展。在实施方式中，优选地，可以使用最小的相位进展/步进尺寸以最小化误差。可以使用公式(公式3)以确定用于任何时钟信号对(具有不同的频率)的最小的相位进展/步进尺寸：

\min {(a_{k})}_{k = 1}^{M - 1} - - - (3)

其中，a_k限定对于k的所有整数值的序列k限定在k＝1(下限)和k＝M-1(上限)之间，其中(gcd＝最大公约数)，且F_clk1是第一时钟(被采样的时钟信号，例如，REF_CLK)的频率且F_clk2是第二时钟信号(进行采样的时钟信号，例如CLK2)的频率。M是在序列重复前的样本数。

例如，利用F_clk1＝30.72MHz、F_clk2＝48MHz，在k＝11时，min(ak)是a(k)＝14.4度(换句话说，48MHz的11个时钟周期意味着在30.72MHz时14.4°的相移)。然而，应当注意，针对该示例，可以使用k＝14，其中，相移为345.6°(或-14.4°)。因此，应当理解，可以使用替选的方程以提供等同于相位向后进展的行为。

然而，本发明也将利用其它的相位差进展工作，其中，具有在亚稳态事件期间的有界误差可能更大的限制。使用较大的相位进展尺寸的优点是将更快地检测同步。因此，其可以用于快速且粗略的检测，然后可以通过利用更小的相位进展尺寸向后重复来改进。

所提出的技术可以使用在两个方向的相位进展。例如，如果采样时钟信号的每N个周期已采样序列(其中，N是大于1的整数)，则可以通过以表示向后的相位进展直到确定逻辑1(“1”)转换为逻辑0(“0”)的方式进展、且随后以表示通过一个采样值(在该点看到/检测到从逻辑0(“0”)转换到逻辑1(“1”))的向前的相位进展(即，沿相反的方向)来更快地实现相位同步。

对于给定的采样频率F_clk1，可以在理论上示出所提出的概念将适用于所有非谐波相关的基准频率f_{REF_CLK}。然而，一些频率在被看到重复前可以呈现出特别长的序列，从而限制其在实际中的应用。例如，仍利用上述示例3，但是利用48MHz的采样时钟频率对16.367667MHz(代替26MHz)的基准频率进行采样在理论上将可行。虽然在该情况下最小的相移近似±22.5×10-6度，导致非常高的相位分辨率，但是序列仅在约1.6千万个周期后重复。该示例表明在相位分辨率和在相位序列重复前所需的样本数之间的权衡。

在上述示例中，通过寻找已经使用第二时钟信号采样的基准时钟信号的采样值的特定模式或序列来实现两个时钟信号之间的相位对齐的检测。在一个实施方式中，序列是从逻辑0(“0”)到逻辑1(“1”)的转换。以类似的方式，可以通过等待直到观察到从逻辑1(“1”)转换到逻辑0(“0”)来检测两个时钟信号之间的180度的相位差。

实际上，时钟的对齐不必局限于完全同相(0°)或完全异相(180°)的极值。针对这样的示例，还可以通过等待从逻辑0(“0”)转换到逻辑1(“1”)(或从逻辑1(“1”)转换到逻辑0(“0”))且对从该转换点的特定的时钟样本数进行计数来使时钟对齐至任意的对齐。例如，在基准时钟是26MHz且采样时钟是48MHz的情况下，可以通过第一等待直到观察到从逻辑0(“0”)转换到逻辑1(“1”)且随后对两个13+24*n的采样时钟周期(其中，n＝0,1,2,3,..等)进行计数来检测30度的对齐，这是因为已经确定采样时钟信号的每13个周期，两个时钟信号之间的相位差进展15°。替选地，可以等待直到检测到从逻辑0(“0”)转换到逻辑1(“1”)且随后从该转换进行第二次采样(因此，此采用边沿数2提供30°的进展的性能)。

现参照图7，示出了根据本发明的一实施方式的确定频率不同的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的方法的流程图。该方法开始于步骤100，在步骤100中，在第二时钟信号的边沿所限定的时间点对第一时钟信号的值进行采样。在这里，用来对第一时钟信号的采样进行定时的第二时钟信号的边沿可以是第二时钟信号的上升沿。

接着，在步骤110中，通过选择第一时钟信号的由第二时钟信号的N个周期所分开的样本，来限定第一时钟信号的样本序列，其中N是大于1的整数。换言之，第一时钟信号的在间隔开N(N>1)个整周期的时间处所获得的样本用来产生采样值的序列。因此，例如，如果在第二时钟信号的每个上升沿对第一时钟信号进行采样，则由每第N个采样值可以产生序列(其中，N>1)。在另一示例中，如果已经在第二时钟信号的每第N(其中，N>1)个上升沿对第一时钟信号采样，则可以由每个样本、或者甚至由每第M个样本产生采样值的序列，M是大于N的整数。

然后，在步骤120中，检测序列中的值的预定模式的发生。如上述的先前实施方式所证明的，这样的检测步骤可以包括检测序列的具有相反的值的两个连续的采样值，或者可以包括检测逻辑零(“0”)到逻辑1(“1”)的转换以及随后的连续逻辑1(“1”)(换言之，序列“011”)。然而，应当明白，要检测的值的精确模式可以取决于各种因素，诸如第一时钟信号的频率和第二时钟信号的频率和/或要检测的所期望的相位对齐。

基于检测到的预定模式的发生，则在步骤130中确定第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐。

尽管以上实施方式已示出了在采样时钟信号的正沿或上升沿进行采样，但应当明白，本发明还可以采用内部时钟的负沿或下降沿。在此情况下，采样数据可不同，但功能性保持相同。

现在参照图8，示出了根据本发明的实施方式的用于确定频率不同的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的系统200的示意性框图。系统200包括采样单元210和数据处理单元220。数据处理单元220包括处理单元225、模式检测单元230和相位对齐确定单元235。

采样单元210接收第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2，且使用第二时钟信号对第一时钟信号进行采样。例如，采样单元210在第二时钟信号的每个上升沿确定第一时钟信号的值。

将采样值从采样单元210提供给数据处理单元220进行处理。更具体地，采样值被提供给数据处理单元220的处理单元225，其中，采样值用来产生第一时钟信号的间隔开第二时钟信号的N个周期的连续样本的序列，其中N是大于1的整数。在产生该序列后，处理单元225将该序列提供给数据处理单元220内的模式检测单元230。模式检测单元230分析该序列，试图检测该序列中的值的预定模式的发生。分析结果被提供给相位对齐确定单元235，该相位对齐确定单元235使用对其提供的结果来确定第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2之间的相位对齐。换言之，相位对齐单元235基于模式检测单元230检测的预定模式的发生来确定第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2之间的相位对齐。

相位对齐单元235将表示所确定的相位对齐的信号输出，以供用户和/或独立的设备/系统使用。例如，输出信号可以仅包括两个时钟对齐时的脉冲信号。

例如，表示所确定的相位对齐的信号可以提供给图1的接收器，从而定时应用的定时(例如，PPS)信号可以与外部时钟频率或基准时钟频率对齐。对于这一点，可以使用基带处理器内的两个寄存器来使定时(例如，PPS)信号与新的时钟频率对齐。当检测到相位对齐时，读取用于存储时钟周期中的当前时间的寄存器(例如，TSW寄存器)和用于记录最后的毫秒时钟脉冲的时间的寄存器(例如，TMS寄存器)，且计算这两个读数之间的差值。当产生定时(例如，PPS)信号的未来发生时，应用该差值以将定时信号对齐于REF_CLK或CLK1。

在包括由独立源提供的两个时钟信号的系统中，尽管能够知道这些信号的近似频率，但由于由不同的源提供，它们可能有小的相对频率误差。因此，会期望更为精确地鉴别这样的信号的实际的相对频率。

已认识到，用于确定第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的所提出的概念还可以扩展至频率测量，尤其是相对频率误差的测量。使用这样的提出的概念，可以确定两个独立的时钟信号之间的相对频率误差。

例如，在具有由第一源提供(例如，由第一晶体提供)的标称频率为26MHz(即，F_ext＝26MHz)的第一时钟信号的系统中，每毫秒(ms)可以使用确定第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的实施方式。对于系统的内部采样时钟信号具有48MHz(即，F_clk2＝48MHz)的标称频率、但由第二源提供(例如，由第二晶体提供)的示例性情况下，要理解，两个振荡器(即，第一时钟信号和内部采样时钟)可以相对于其标称频率而具有小的相对频率误差。

如果每毫秒来相对于内部采样时钟信号(具有48MHz的期望频率)测量第一时钟信号(具有26MHz的期望频率)的相位，则将发现这两个信号之间的相位差缓慢变化(这是由于两个信号之间的小的相对频率误差)。在预定的时间段(诸如，1秒)的过程中，可以将相位差测量值合计，然后将其用来算出该时间段中的频率误差。

因此，例如如果假设，对于每1ms而言，两个信号之间的相位对齐或相位差增加15°(例如，使用之前描述的技术，用于这两个时钟信号的可能的最小相位测量值)，则相位测量值将进展为15°、30°、45°、60°，以此类推。在1秒的时间段中的1000个测量中，将观察到15°的一千(1000)个步进，其等于41.6′(1000*15°/360°)个周期。

相反地，如果以常规方式(通过在时间段中对每个信号的周期数进行计数)比较这两个信号的频率，则在内部采样时钟的48000000个周期期间，将获得26000041个周期的测量。

因此，将明白，对整周期进行计数的常规方法的精度远低于使用相位测量的所提出的概念。更具体地，在以上示例中(其中，对于每1ms，两个信号之间的相位差偏移了15°)，所提出的概念在每个周期之间提供了24(360°/15°)个可能的值的范围，其中不确定度为15°(即，+/-7.5°)。对整周期进行计数的常规方法提供了+/-180°的不确定度360°。

例如，如果第一时钟信号的实际频率为26MHz+1.5Hz误差(即，26000001.5Hz)，且内部采样时钟的实际频率为48MHz+1Hz误差(即，48000001Hz)，可以使用所提出的概念来观察相对误差，在该情况下为0.5Hz。

因此，提出了一种用于相对于一个时钟信号测量另一时钟信号的相对频率误差的概念。该概念可以使用测量两个信号之间的相位对齐的方法(根据本发明的示例性实施方式在上文所描述的)。这样的相位测量方法可以周期性重复，从而能够周期性测量相对频率(因此，例如监控相对频率)或者获得随着时间的进行的相对频率误差的更好的估计。

因此，例如，第一时钟信号可以与高度准确和稳定的第二(参考)时钟信号进行比较。第一时钟信号的任何确定的频率误差然后可以被校正或考虑在内。这可以允许GNSS系统中较快的启动时间。相反，如果GNSS系统提供内部时钟的精确测量，则这样的系统能够用来相对于GNSS源准确地测量外部时钟的频率。

现在参照图9，示出了根据所提出的实施方式的比较第一时钟信号的频率和第二时钟信号的频率的方法的流程图。该方法开始于步骤300，其中，在第一时间点T1处确定第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐。在此，通过使用先前描述的本发明的实施方式(诸如，图7中所示出的方法)来进行确定相位对齐的步骤300。因此，对于第一时间T1，获得第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的测量。

接着，在步骤310中，在第二时间点T2(第二时间点T2为第一时间点T1之后预定量的时间时)处确定第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐。与步骤300相同，使用先前描述的本发明的实施方式(诸如，图7所示出的方法)来进行确定相位对齐的步骤310。因此，对于第二时间T2，获得第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的测量。

因此，应当明白，在进行步骤300和步骤310之后，分别在第一时间T1和第二时间T2处获得第一时钟信号和第二时钟信号之间的两个相位对齐测量。根据这些相位对齐测量，在步骤320中确定从T1到T2的时间段的相位变化。

计算出的相位变化然后可以用来算出在T1到T2的时间段中，第一时钟信号和第二时钟信号之间的相对频率误差。因此，在完成步骤320之后，通过查看每单位时间的相位偏移，即，相位差，可以获得相对频率误差的测量。因此，在步骤325处，可以判定不再需要其他的相位对齐测量，在该情况下，方法结束于步骤330。

然而，如果在步骤325中判定期望有其它的相位对齐测量(例如，来监控相对频率误差的任何变化)，方法进行至步骤340和步骤350。

在步骤340中，在另一时间点T_n(该另一时间点T_n为在先使用的时间点T_n-1之后预定量的时间时)处确定第一时钟信号第二时钟信号之间的相位对齐。和步骤310和步骤320一样，通过使用先前描述的本发明的实施方式(例如，图7中所示出的方法)进行确定相位对齐的步骤340。因此，对于另一时间点T_n，获得第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的测量。

根据这些获得的相位对齐测量，接着在步骤350中确定从T_n-1到T_n的时间段的相位变化。所计算出的相位变化接着可以用来算出在T_n-1到T_n的时间段中，第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位差。因此，在完成步骤350之后，可以获得相对频率误差的更新测量。

然后，方法返回到步骤325，在步骤325，判定是否期望有另外的相位对齐测量。基于判定的结果，该方法接着结束于步骤330或者再次进行至步骤340和步骤350。

因此，应当明白，步骤340和步骤350的重复完成本质上实施相位对齐测量的累积。

相位变化的重复计算可以用来监控随着时间的相对频率误差和/或获得相对频率误差的更准确的读数。

应当明白，提出了一种用于比较第一时钟信号和第二时钟信号的频率的方法，该方法包括以下步骤：确定在第一预定的时间段期间的第一时钟信号和第二时钟信号之间的第一相位变化。

该方法还可包括以下步骤：基于所确定的第一相位变化，计算在第二预定的时间段期间的第一时钟信号和第二时钟信号之间的第二相位变化，第二预定时间段大于第一预定时间段。

确定第一相位变化的步骤可以使用根据本发明的实施方式的确定第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的方法(例如，如先前所描述的)。

第一预定的时间段可以被选择成使得，第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的第一变化(即，Δ量)小于360°，优选地小于或等于255°，更优选地小于或等于225°，甚至更优选地小于或等于195°，甚至更优选地小于或等于165°，更优选地小于或等于30°，更优选地小于或等于90°，甚至更优选地小于或等于15°。换言之，第一预定的时间段可以被选择成使得，第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的变化(或者，被称为“Δ量”)是通过第一时钟信号和第二时钟信号的频率所确定的最小的非零值。

而且，第二预定的时间段可以被选择成使得第一时钟信号和第二时钟信号之间的第二相位变化大于或等于T*360°，其中，T大于或等于1。优选地，T大于或等于10、更优选地大于100、甚至更优选地大于500、甚至更优选地大于1000。换言之，第二预定的时间段可以被选择成使得，第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位变化比在第一预定的时间段期间的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位变化大一个数量级。

还提出了一种用于比较第一时钟信号和第二时钟信号的频率的系统，该系统包括下列步骤：处理单元，所述处理单元用以确定第一预定的时间段期间的第一时钟信号和第二时钟信号之间的第一相位变化。

该系统还可包括：计算单元，所述计算单元用以基于所确定的第一相位变化来计算第二预定的时间段期间的第一时钟信号和第二时钟信号之间的第二相位变化。

该系统可使用用于根据本发明的实施方式(如先前所描述的)确定第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的系统。

在全球导航卫星系统接收器中，可以使用用于比较第一时钟信号的频率和第二时钟信号的频率的概念，由此允许提高精确度。

因此，对于本领域的技术人员明白的是，本发明的一个实施方式的方法的全部或部分可以适当地且有用地实施在逻辑设备或多个逻辑设备中，所述逻辑设备包括用以执行所述方法的步骤的逻辑元件；且明白这样的逻辑元件可以包括硬件部件、固件部件或其组合。

对于本领域的技术人员同样明白的是，根据本发明的一个实施方式的逻辑配置的全部或部分可以适当地以逻辑装置实施，所述逻辑装置包括用以执行所述方法的步骤的逻辑元件，这样的逻辑元件可以包括例如在可编程逻辑阵列或专用集成电路中的诸如逻辑门的部件。这样的逻辑配置还可以使用例如虚拟硬件描述语言(其可以使用固定的或能够传输的载体媒介而存储和传输)实施在用于在这样的阵列或电路中暂时性地或永久性地建立逻辑结构的赋能元件中。

应当明白，上述方法和配置还可以完全地或部分地以运行于一个或多个处理器(在图中未示出)上的软件适当地执行，软件可以以在诸如磁盘或光盘等的任何适当的数据载体(也未在图中示出)上执行的一个或多个计算机程序元件的形式提供。用于传输数据的信道同样可包括所有描述的存储媒介以及信号携带媒介，诸如有线的或无线的信号携带媒介。

通常将方法设想为引起所期望的结果的步骤的自相合序列。这些步骤需要物理量的物理控制。通常，尽管并不一定，但这些量采取能够被存储、传输、组合、比较和控制的电信号或磁信号的形式。有时候，在原理上出于习惯用语的原因，将这些信号称为位、值、参数、项、元件、对象、符号、字符、术语、数字等是方便的。然而，应当注意到，所有这些术语和类似术语要与适当的物理量相关联，且仅仅是应用于这些量的方便的标记。

本发明还可适当地实施为用于与计算机系统一起使用的计算机程序产品。这样的实施可以包括一系列的计算机可读指令，所述计算机可读指令固定于有形媒介上，所述有形媒介诸如计算机可读媒介，例如，CD-ROM、DVD、USB棒、记忆卡、网络区存储装置、互联网访问数据储存库等，所述计算机可读指令能够通过调制解调器或其他接口装置经由有形媒介(包括但不限于光学的或模拟的通信线路)或无形地使用无线技术(包括但不限于微波的、红外的或其他的传输技术)而传输至计算机系统。该系列的计算机可读指令实施本文先前描述的功能的全部或部分。

本领域的技术人员应当明白，这样的计算机可读指令可以以多种与很多计算机架构或操作系统一起使用的编程语言编写。而且，这样的指令可以使用现在的或未来的任何存储技术(包括但不限于半导体、磁学或光学)进行存储，或者可以使用现在的或未来的任何通信技术(包括但不限于光学、红外或微波)来进行传输。预期到，这样的计算机程序产品可以作为具有伴随的印刷的或电子的文件编制的可移除介质(例如，预装载有计算机系统的精缩环绕软件)分配在系统ROM或固定硬盘上，或者从服务器或电子信息显示器上经由网络(例如，因特网或万维网)分配。

在一个替选例中，一个实施方式可以以部署服务的计算机实现的方法的形式实现，该方法包括部署计算机程序代码的步骤，所述计算机程序代码操作以使计算机系统在所述计算机程序代码被部署到计算机基础结构且在计算机基础结构上执行时，执行所述方法的所有步骤。

在另一替选例中，一个实施方式可以以其上具有功能数据的数据载体的形式实现，该功能数据包括功能性的计算机数据结构，当该功能性的计算机数据结构载入到计算机系统中且由此在计算机系统上操作时，能够使计算机系统执行方法的所有步骤。

上述图中的流程图和框图示出了根据各个实施方式的系统、方法、和计算机程序产品的可能的实现的架构、功能、和操作。关于这一点，流程图或框图中的每个框可以表示代码的模块、段或部分，其包括用于实施所规定的逻辑功能的一个或多个可执行的指令。还应当注意到，在一些替选的实施中，每个块中提到的功能可以不按照图中示出的顺序进行。例如，实际上，连续示意出的两个块可以基本上同时执行，或者块可以有时按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应当注意，框图和/或流程图中的每个块以及框图和/或流程图中的块的组合可以通过执行特定的功能或动作的基于专用硬件的系统、专用硬件和计算机指令的组合来实现。

尽管一个或多个实施方式已经详细地予以说明，但本领域的技术人员将明白，可以对这些实施方式进行改动和适应。

可以理解对所公开的实施方式的其他变型，且实施所要求保护的本发明的本领域技术人员根据附图、说明书和所附权利要求书的研究可以实现对所公开的实施方式的其他变型。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他的元件或步骤，不定冠词“一”并不排除复数。单独的处理器或其他单元可以实现权利要求中提到的若干项的功能。以相互不同的从属权利要求提及某些措施的事实并不指示，这些措施的组合不能用来带来优势。权利要求中的任何附图标记不应当看作是对范围的限制。

Claims

1.一种确定频率不同的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的方法，所述方法包括下列步骤：

在所述第二时钟信号的边沿所限定的时间点对所述第一时钟信号的值进行采样；

限定所述第一时钟信号的采样值的序列，其中，所述序列中的连续的采样值通过所述第二时钟信号的N个周期分开，且N是大于1的整数；

检测所限定的序列中的值的预定模式的出现；以及

基于所检测到的所述预定模式的出现，确定所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的相位对齐。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述采样的步骤包括:

所述第二时钟信号的每N个周期，对所述第一时钟信号的值进行采样。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第二时钟信号的N个周期期间，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的所述相位对齐改变Δ量，且N被选择成使得所述Δ量是对于所述第一时钟信号和所述第二时钟信号能够获得的最小的非零值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，对于所述第一时钟信号和所述第二时钟信号能够获得的最小的非零的Δ量等于

其中，a_k对于k的所有的整数值限定了所述序列k界于k＝1和k＝M-1之间，且gcd是最大公约数，F_clk1是所述第一时钟信号的频率，以及F_clk2是所述第二时钟信号的频率。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，N被选择成使得所述Δ量小于120°。

6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述值的预定模式包括所述序列的具有相反值的两个连续的采样值，所述两个连续的采样值由此指示所述第一时钟信号和所述第二时钟信号为0°异相或180°异相。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第二时钟信号的N个周期期间，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的所述相位对齐变化了Δ量，N被选择成使得所述Δ量是165°，

且其中，所述值的预定模式包括所述序列的三个连续的采样值，第一连续的采样值和第二连续的采样值具有相反的值，且第三连续的采样值等于所述第二连续的采样值。

8.一种迭代地确定频率不同的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的方法，所述方法包括以下步骤：

根据前述任一项权利要求确定所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的相位对齐的第一估计，其中N等于第一值P，且所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的所述相位对齐在所述第二时钟信号的P个周期期间变化了第一Δ量；以及

根据前述任一项权利要求确定所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的相位对齐的第二估计，其中N等于不同于所述第一值P的第二值Q，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的所述相位对齐在所述第二时钟信号的Q个周期期间变化了第二Δ量，

其中，所述第一值P和所述第二值Q使得所述第二Δ量小于所述第一Δ量。

9.一种产生全球导航卫星系统GNSS接收器中的定时信号的方法，包括：

根据前述任一项权利要求确定频率不同的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐；以及

基于所确定的相位对齐产生定时信号。

10.一种用于比较第一时钟信号的频率和第二时钟信号的频率的方法，包括以下步骤：

根据前述任一项权利要求在第一时间点确定第一时钟信号和第二时钟信号之间的第一相位对齐；

根据前述任一项权利要求在第二时间点确定第一时钟信号和第二时钟信号之间的第二相位对齐，所述第二时间点为所述第一时间点之后第一预定的时间段时；以及

基于所确定的第一相位对齐和所确定的第二相位对齐，确定所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的相位变化。

11.一种用于确定频率不同的第一时钟信号和第二时钟信号之间的相位对齐的系统，所述系统包括：

采样单元，所述采样单元用于在所述第二时钟信号的边沿所限定的时间点对所述第一时钟信号的值进行采样；

处理单元，所述处理单元用于限定所述第一时钟信号的采样值的序列，其中，所述序列中的连续的采样值通过所述第二时钟信号的N个周期分离，N是大于1的整数；以及

检测单元，所述检测单元用于检测所限定的序列中的值的预定模式的出现；以及

相位对齐确定单元，所述相位对齐确定单元用于基于所检测到的所述预定模式的出现来确定所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的相位对齐。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述采样单元用于以所述第二时钟信号的每N个周期，对所述第一时钟信号的值进行采样。

13.根据权利要求11或12所述的系统，其中，在所述第二时钟信号的N个周期期间，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的所述相位对齐改变Δ量，且N被选择成使得所述Δ量是对于所述第一时钟信号和所述第二时钟信号能够获得的最小的非零值。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，对于所述第一时钟信号和所述第二时钟信号能够获得的最小的非零的Δ量等于其中，a_k对于k的所有的整数值限定了所述序列k界于k＝1和k＝M-1之间，且gcd是最大公约数，F_clk1是所述第一时钟的频率，F_clk2是所述第二时钟信号的频率。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的系统，其中，所述值的预定模式包括所述序列的具有相反值的两个连续的采样值，所述两个连续的采样值由此指示所述第一时钟信号和所述第二时钟信号为0°异相或180°异相。

16.根据权利要求11或12所述的系统，其中，在所述第二时钟信号的N个周期期间，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的所述相位对齐变化了Δ量，N被选择成使得所述Δ量是165°，

17.根据权利要求11到16中任一项所述的系统，其中，

所述系统用于确定根据前述任一项权利要求的所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的相位对齐的第一估计，其中N等于第一值P，且所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的所述相位对齐在所述第二时钟信号的P个周期期间变化了第一Δ量；以及

所述系统还用于确定根据前述任一项权利要求的所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的相位对齐的第二估计，其中N等于不同于所述第一值P的第二值Q，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之间的所述相位对齐在所述第二时钟信号的Q个周期期间变化了第二Δ量，

所述第一值P和所述第二值Q被选择成使得所述第二Δ量小于所述第一Δ量。

18.一种全球导航卫星系统GNSS接收器，包括根据权利要求11到17中任一项所述的系统。

19.根据权利要求18所述的GNSS接收器，还包括至少一个寄存器，所述至少一个寄存器用于存储与所述确定单元所确定的所述相位对齐相关的对齐信息，且所述GNSS接收器用于基于由所述至少一个寄存器所存储的对齐信息产生定时信号。

20.一种计算机程序，包括计算机程序代码部件，所述计算机程序代码部件用于在所述程序运行于计算机上时执行权利要求1到10中任一项中的所有步骤。

21.根据权利要求20所述的计算机程序，实施在计算机可读介质上。