CN105738695A - 一种时钟频率跟踪测量及误差估计实现方法和模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时钟频率跟踪测量及误差估计模块，其特征在于，包括：一个快速时钟计数器，可根据需要设置计数周期，在复位结束后自动开始计数；一个慢速时钟计数器，可根据需要设置计数周期，在复位结束后自动开始计数，其中，当所述快速时钟计数器作为测试时钟，所述慢速时钟计数器则作为被测时钟，当所述慢速时钟计数器作为测试时钟，所述快速时钟计数器则作为被测时钟；一个偏差计数器，当所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器中任一计数先结束时启动所述偏差计数器，所述偏差计数器结束后输出结果并复位所有计数器开始下一轮跟踪测量。

Description

一种时钟频率跟踪测量及误差估计实现方法和模块

技术领域

本发明属于集成电路嵌入式自动化测试技术领域，尤其是一种时钟频率跟踪测量及误差估计实现方法和模块。

背景技术

传统的芯片时钟测量方法是将被测时钟通过芯片管脚输出，然后外接频率计等仪器进行测量，这样的测量方法一般误差较大而且测量时间长。后来为了克服这一缺点进一步发展出内嵌的自测试方案，内嵌方案一般使用一个稳定的测试时钟，在一定的时间周期内，通过测试时钟和被测时钟的计数值以及测试时钟频率推算出被测时钟的频率，进而算出频率误差。但是这种测试方法得出的结果并不直观，而且当测试时钟和测试时间固定时，被测时钟的频率不同会导致测试精度的不同。

本发明就是针对这一问题提出了一种时钟频率跟踪测量及误差估计实现方法和模块，由于测试中被测时钟的频率是有一个预期值的，测试的主要目的是为了判断芯片中时钟频率是否与预期值相符，频率偏差多大。因此我们通过可调的测试时钟计数器，被测时钟计数器和偏差计数器实现一个芯片中不同时钟的跟踪测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种。

为实现上述目的，本发明提供了一种一种时钟频率跟踪测量及误差估计模块，其特征在于，包括：

一个快速时钟计数器，可根据需要设置计数周期，在复位结束后自动开始计数；

一个慢速时钟计数器，可根据需要设置计数周期，在复位结束后自动开始计数，其中，当所述快速时钟计数器作为测试时钟，所述慢速时钟计数器则作为被测时钟，当所述慢速时钟计数器作为测试时钟，所述快速时钟计数器则作为被测时钟；

一个偏差计数器，当所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器中任一计数先结束时启动所述偏差计数器，所述偏差计数器结束后输出结果并复位所有计数器开始下一轮跟踪测量。

一个时钟选择器，用于选择送入所述快速时钟计数器，所述慢速时钟计数器和所述偏差计数器的时钟。

所述偏差计数器设定有上限，如果所述偏差计数器启动后达到上限还没有等到后结束的另一计数器计数结束，则认为误差太大，输出一个标志位并结束测量复位所有计数器。

所述偏差计数器没有达到上限时，在后结束的另一计数器计数结束时停止误差计数，输出误差结果。

所述偏差计数器的上限可以根据容许的最大误差来设置。

所述的时钟频率跟踪测量及误差估计模块，还包括复位模块，使所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器分别开始根据各自的时钟减计数。

所述慢速时钟计数器频率为f₀，所述慢速时钟计数器统计个数为N，所述快速时钟计数器频率为f_s，所述快速时钟计数器统计个数为M，而所述快速时钟计数器的周期偏差为ΔM，被测时钟频率偏差Δf

1)当所述快速时钟计数器为精确时钟时，所述慢速时钟计数器的精确频率应该为：而计算得到的频率为：推出：

2)当所述慢速时钟计数器为精确时钟时，所述快速时钟计数器的精确频率应该为：而计算得到的频率为推出：

本发明又提供了一种时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据测试容许的频率偏差Δf和周期偏差ΔM推出合适的快速时钟计数器的初始值和慢速时钟计数器的初始值；

2)用微控制单元MCU配置快速时钟计数器的初始值和慢速时钟计数器的初始值，选择送入两个计数器的时钟，复位模块使所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器分别开始根据各自的时钟减计数。

3)当所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器中任一计数器计数到零时，启动偏差计数器，偏差计数器使用快时钟递增计数；

4)所述偏差计数器结束后输出结果并复位所有计数器开始下一轮跟踪测量。

所述时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，还包括如下步骤：

4a)设定所述偏差计数器的上限，如果所述偏差计数器启动后达到上限还没有等到后结束的另一计数器计数结束，则认为误差太大，输出一个标志位并结束测量复位所有计数器。

所述时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，还包括如下步骤：

4b)所述偏差计数器没有达到上限，当另一计数器计数到零时，停止偏差计数器，输出当前偏差计数器的值，复位所有计数器开始下一轮测量；

4c)根据偏差计数器的值推算出频率误差。

所述慢速时钟计数器频率为f₀，所述慢速时钟计数器统计个数为N，所述快速时钟计数器频率为f_s，所述快速时钟计数器统计个数为M，而所述快速时钟计数器的周期偏差为ΔM，

1)当所述快速时钟计数器为精确时钟时，所述慢速时钟计数器的精确频率应该为：而计算得到的频率为：推出：

2)当所述慢速时钟计数器为精确时钟时，所述快速时钟计数器的精确频率应该为：而计算得到的频率为推出：

以下将结合附图对本发明的构思、具体实例及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明。提供这些说明的目的仅在于帮助解释本发明，不应当用来限制本发明的权利要求的范围。

附图说明

图1为本发明的模块功能图。

图2为具体实施方式中的时钟选择图。

图3为另一个具体实施方式中的时钟选择图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明为一种时钟频率跟踪测量及误差估计模块，包括：

一个快速时钟计数器，可根据需要设置计数周期，在复位结束后自动开始计数；

一个慢速时钟计数器，可根据需要设置计数周期，在复位结束后自动开始计数，其中，当所述快速时钟计数器作为测试时钟，所述慢速时钟计数器则作为被测时钟，当所述慢速时钟计数器作为测试时钟，所述快速时钟计数器则作为被测时钟；

一个偏差计数器，当所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器中任一计数先结束时启动所述偏差计数器，所述偏差计数器结束后输出误差结果并复位所有计数器开始下一轮跟踪测量。

一个时钟选择器，用于选择送入所述快速时钟计数器，所述慢速时钟计数器和所述偏差计数器的时钟。

所述偏差计数器设定有上限，如果所述偏差计数器启动后达到上限还没有等到后结束的另一计数器计数结束，则认为误差太大，输出一个标志位并结束测量复位所有计数器。偏差计数器的上限可以根据容许的最大误差来设置，这样可以快速判断频率是否精确。

所述偏差计数器没有达到上限时，在后结束的另一计数器计数结束时停止误差计数，输出误差结果并复位所有计数器开始下一轮跟踪测量。

本发明的一种时钟频率跟踪测量及误差估计模块，还包括：复位模块使所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器分别开始根据各自的时钟减计数。

本发明中需要提供一个测试时钟计数器和一个被测时钟计数器，由于两个时钟计数器为异步，相位偏差肯定会引起时钟周期个数的偏差。假设慢速时钟计数器频率为f₀，慢速时钟计数器统计个数为N，快速时钟计数器频率为f_s，快速时钟计数器统计个数为M，而快速时钟计数器的周期偏差为ΔM，

1)当快速时钟计数器为精确时钟时，慢速时钟计数器的精确频率应该为：而计算得到的频率为：推出：

2)当慢速时钟计数器为精确时钟时，快速时钟计数器的精确频率应该为：而计算得到的频率为推出：

本发明又提供了一种时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据测试容许的频率偏差Δf和周期偏差ΔM推出合适的快速时钟计数器的初始值M和慢速时钟计数器的初始值N值；

2)用微控制单元MCU配置好快速时钟计数器的初始值M和慢速时钟计数器的初始值N，选择送入两个计数器的时钟，复位模块使所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器分别开始根据各自的时钟减计数；

3)当所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器中任一计数器计数到零时，启动偏差计数器，偏差计数器使用快时钟递增计数；

4)所述偏差计数器结束后输出结果并复位所有计数器开始下一轮跟踪测量。

本发明提供的时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，还包括如下步骤：

4a)设定所述偏差计数器的上限，如果所述偏差计数器启动后达到上限还没有等到后结束的另一计数器计数结束，则认为误差太大，输出一个标志位并结束测量复位所有计数器。

如果应用在快速测试中，可以通过缩小偏差计数器的上限快速的判断被测频率是否符合测试要求。

本发明提供的时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，还包括如下步骤：

4b)所述偏差计数器没有达到上限，当另一计数器计数到零时，停止偏差计数器，输出当前偏差计数器的值，复位所有计数器开始下一轮测量；

4c)根据偏差计数器的值推算出频率误差。

所述的时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，用于测试的精确时钟可以比被测时钟快或慢，可以根据被测时钟的频率实现不同精度的误差估计。

如图2所示，在北斗导航芯片中使用晶振时钟作为测试时钟，晶振时钟频率为16.667MHz。

测试RTC时钟的情况下，快速时钟为精确时钟。RTC的频率偏差Δf要求为1Hz，周期数偏差ΔM最大为2，f₀为32.768KHz，由此得出M为65536。

晶振时钟f_s为16.667MHz，根据公式推出N≈129，M则取65614。一旦测试开始慢时钟计数器即以129个RTC时钟周期减计数，快时钟计数器从65614开始以晶振时钟减计数，一旦一个计数器计数完成，则开启偏差计数器，在规定偏差中如果未能检测到另一个时钟域的计数器计数完成，则认为测试失败，如果测试成功，则偏差计数器的值作为频率偏差输出。

如图3所示，测试PLL时钟的情况下，慢速时钟为精确时钟。PLL的频率偏差Δf要求为100Hz，周期数偏差ΔM最大为2，射频时钟f₀为16.667MHz，由此得出N为333340。

由于此时f_s为f₀的倍频，M的值即为N的值乘上倍频系数k。一旦测试开始慢时钟计数器即以333340个晶振时钟周期减计数，快时钟计数器从333340乘以k开始以PLL时钟减计数，一旦一个计数器计数完成，则开启偏差计数器，在规定偏差中如果未能检测到另一个时钟域的计数器计数完成，则认为测试失败，如果测试成功，则偏差计数器的值作为频率偏差输出。

综上所述，运用本发明的实现方法可以根据被测时钟的频率快速实现不同精度的误差估计。

Claims (10)

1.一种时钟频率跟踪测量及误差估计模块，其特征在于，包括：

一个快速时钟计数器，可根据需要设置计数周期，在复位结束后自动开始计数；

一个慢速时钟计数器，可根据需要设置计数周期，在复位结束后自动开始计数，其中，当所述快速时钟计数器作为测试时钟，所述慢速时钟计数器则作为被测时钟，当所述慢速时钟计数器作为测试时钟，所述快速时钟计数器则作为被测时钟；

一个偏差计数器，当所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器中任一计数先结束时启动所述偏差计数器，所述偏差计数器结束后输出结果并复位所有计数器开始下一轮跟踪测量。

一个时钟选择器，用于选择送入所述快速时钟计数器，所述慢速时钟计数器和所述偏差计数器的时钟。

2.根据权利要求1所述的时钟频率跟踪测量及误差估计模块，其特征在于，所述偏差计数器设定有上限，如果所述偏差计数器启动后达到上限还没有等到后结束的另一计数器计数结束，则认为误差太大，输出一个标志位并结束测量复位所有计数器。

3.根据权利要求2所述的时钟频率跟踪测量及误差估计模块，其特征在于，所述偏差计数器没有达到上限时，在后结束的另一计数器计数结束时停止误差计数，输出误差结果。

4.根据权利要求2所述的时钟频率跟踪测量及误差估计模块，其特征在于，所述偏差计数器的上限可以根据容许的最大误差来设置。

5.根据权利要求1所述的时钟频率跟踪测量及误差估计模块，其特征在于，还包括复位模块，使所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器分别开始根据各自的时钟减计数。

6.根据权利要求3所述的时钟频率跟踪测量及误差估计模块，其特征在于，所述慢速时钟计数器频率为f₀，所述慢速时钟计数器统计个数为N，所述快速时钟计数器频率为f_s，所述快速时钟计数器统计个数为M，而所述快速时钟计数器的周期偏差为ΔM，被测时钟频率偏差Δf

1)当所述快速时钟计数器为精确时钟时，所述慢速时钟计数器的精确频率应该为：而计算得到的频率为：推出：

2)当所述慢速时钟计数器为精确时钟时，所述快速时钟计数器的精确频率应该为：而计算得到的频率为推出：

7.一种时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据测试容许的频率偏差Δf和周期偏差ΔM推出合适的快速时钟计数器的初始值和慢速时钟计数器的初始值；

2)用微控制单元MCU配置快速时钟计数器的初始值和慢速时钟计数器的初始值，选择送入两个计数器的时钟，复位模块使所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器分别开始根据各自的时钟减计数。

3)当所述慢速时钟计数器和所述快速时钟计数器中任一计数器计数到零时，启动偏差计数器，偏差计数器使用快时钟递增计数；

4)所述偏差计数器结束后输出结果并复位所有计数器开始下一轮跟踪测量。

8.如权利要求7中的时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，其特征在于，还包括如下步骤：

4a)设定所述偏差计数器的上限，如果所述偏差计数器启动后达到上限还没有等到后结束的另一计数器计数结束，则认为误差太大，输出一个标志位并结束测量复位所有计数器。

9.如权利要求8中的时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，其特征在于，还包括如下步骤：

4b)所述偏差计数器没有达到上限，当另一计数器计数到零时，停止偏差计数器，输出当前偏差计数器的值，复位所有计数器开始下一轮测量；

4c)根据偏差计数器的值推算出频率误差。

10.如权利要求9中的时钟频率跟踪测量及误差估计的实现方法，其特征在于，所述慢速时钟计数器频率为f₀，所述慢速时钟计数器统计个数为N，所述快速时钟计数器频率为f_s，所述快速时钟计数器统计个数为M，而所述快速时钟计数器的周期偏差为ΔM，

1)当所述快速时钟计数器为精确时钟时，所述慢速时钟计数器的精确频率应该为：而计算得到的频率为：推出：

2)当所述慢速时钟计数器为精确时钟时，所述快速时钟计数器的精确频率应该为：而计算得到的频率为推出：