CN112782474A - 频率检测电路及频率检测方法 - Google Patents

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张允武
陆扬扬
黄海敏
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    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/10—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into a train of pulses, which are then counted, i.e. converting the signal into a square wave

Abstract

本发明公开了一种频率检测电路及频率检测方法，包含基准振荡器、计数器、定时器、寄存器和比较器。本发明中的寄存器中存储有基准数字信号，该基准数字信号表示基准频率，比较器可以获取不同的第二数字信号，每个第二数字信号表示输入信号在第二时间段内的频率与系数的乘积，这样，通过对基准数字信号和不同的第二数字信号进行比较，可以获得输入信号的频率的变化量，即，将比较阈值转嫁到输入信号中，从而间接产生基础频率的变化量。本发明中的频率检测电路具有检测精度高、结构简单、工作速度高等优点。

Description

频率检测电路及频率检测方法
技术领域
本发明涉及频率检测技术，特别涉及一种频率检测电路及频率检测方法，属于集成电路技术领域。
背景技术
频率检测技术的应用非常广泛，一般用来处理芯片的外界模拟信号，即，先将该外界模拟信号转化为包含频率信息的数字信号，再对该数字信号进行数据处理。频率检测技术还可以检测到外界模拟信号微小的变化，对其进行放大，以实现某种操作。例如在电子烟中，若用电容量变化来表示吹吸气流的大小和方向，则可以将电容量转化为携带有频率信息的数字信号，再对该数字信号进行处理，得到电容量及其变化量，从而得到吹吸电流的大小和方向。
为了减小环境、温度等变化对频率检测造成的影响，可以设置一个基础频率，该基础频率在受到环境、温度等影响时不会剧烈变化，从而增加系统的可靠性。然而，当某种状况导致基础频率发生剧烈变化时，需要另外的数据来表示其变化程度，这样可以全面而精确的表达频率状态。现有技术中一般采用诸如乘法器、除法器等运算电路来获得基础频率的变化量。如图1所示中，频率检测电路中包括阈值运算装置和若干运算比较器，阈值运算装置用于实现寄存器单元的信号乘以或除以一个系数的功能。
现有的频率检测电路中包含运算电路，而运算电路会大大增加电路的复杂度，同时会降低电路的运算速度。
发明内容
本发明提供了一种频率检测电路及频率检测方法，能够降低频率检测电路的复杂度，同时提升电路的运算速度，从而解决相关技术中的频率检测电路的复杂度高、运算速度慢的技术问题。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种频率检测电路，所述频率检测电路中包括：基准振荡器、计数器、定时器、寄存器和比较器；
所述计数器的第一输入端为所述频率检测电路的输入端，所述计数器的第二输入端与所述定时器的第三输出端相连，所述计数器的输出端分别与所述寄存器的第一输入端和所述比较器的第一输入端相连；
所述基准振荡器的输出端与所述定时器的第一输入端相连；
所述定时器的第二输入端与所述比较器的输出端相连，所述定时器的第一输出端与所述寄存器的第二输入端相连，所述定时器的第二输出端与所述比较器的第二输入端相连；
所述寄存器的输出端与所述比较器的第三输入端相连，所述寄存器的输出端为所述频率检测电路的输出端；
其中，所述频率检测电路用于确定输入信号的频率的变化量。
一种频率检测方法，用于如上所述的频率检测电路中，所述方法包括：
所述定时器根据所述基准振荡器提供的时钟进行计时；
所述定时器将生成的清零信号输出至所述计数器；
所述计数器根据所述清零信号进行清零操作，统计输入信号的脉冲个数，得到第一数字信号和M个第二数字信号，所述第一数字信号表示所述输入信号在第一时间段内的频率，所述第二数字信号表示所述输入信号在第二时间段内的频率与系数的乘积，不同第二数字信号对应的第二时间段和系数都不同，所述M大于等于2；
所述计数器依次将所述M个第二数字信号输出至所述比较器，所述定时器依次将生成的M个控制信号输出至所述比较器；
所述比较器在每接收到一个控制信号时，将一个第二数字信号与所述寄存器中的基准数字信号进行比较，并输出一个比较结果，所述基准数字信号表示基准频率；
根据所述比较器输出的M个比较结果确定所述输入信号的频率的变化量。
在一种可能的实现方式中，设置M/2个第二时间段小于所述第一时间段的时长，M/2个第二时间段大于所述第一时间段的时长，所述M为偶数。
在一种可能的实现方式中，所述系数的大小与对应的第二时间段的时长的长短成正相关关系。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述比较器输出的M个比较结果确定所述输入信号的频率的变化量，包括：
若所述M个比较结果指示M/2个第二数字信号大于所述第一数字信号，且M/2个第二数字信号小于所述第一数字信号，则确定所述输入信号的频率的变化量小于预定阈值；否则则确定所述输入信号的频率的变化量大于预定阈值。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
若确定所述输入信号的频率的变化量大于预定阈值，则继续检测所述输入信号的频率的变化量；
若在预定周期内，所述输入信号的频率的变化量持续大于预定阈值，则所述定时器将生成的刷新信号输出至所述寄存器，所述计数器将当前统计的所述第一数字信号输出至所述寄存器，所述寄存器将所述基准数字信号更新为所述第一数字信号。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
在所述频率检测电路启动时，所述定时器将生成的刷新信号输出至所述寄存器，所述计数器将所述第一数字信号输出至所述寄存器，所述寄存器将所述第一数字信号确定为所述基准数字信号。
在一种可能的实现方式中，所述基准数字信号与所述第一数字信号的位数相同，且所述基准数字信号与每个第二数字信号的位数相同。
与现有技术相比，本发明采用的技术方案具有如下优点和显著效果：
(1)传统频率检测精度受限于系数的位数，系数的位数越高，则精度越高，而本发明中的频率检测精度不会受到系数位数的影响；
(2)结构更为简单，从而减小了电路复杂度和面积；
(3)没有复杂的乘法器或除法器，电路工作速度更高。
附图说明
图1是现有技术中的频率检测电路的结构；
图2是本发明提出的一种频率检测电路的结构；
图3是本发明提出的一种频率检测方法的流程；
图4是本发明提出的频率检测电路的工作状态图；
图5是本发明提供的频率检测电路的工作波形图。
具体实施方式
如图2所示的一种频率检测电路，其包括基准振荡器210、计数器220、定时器230、寄存器240和比较器250。其中，计数器220的第一输入端为频率检测电路的输入端，计数器220的第二输入端与定时器230的第三输出端相连，计数器220的输出端分别与寄存器240的第一输入端和比较器250的第一输入端相连；基准振荡器210的输出端与定时器230的第一输入端相连；定时器230的第二输入端与比较器250的输出端相连，定时器230的第一输出端与寄存器240的第二输入端相连，定时器230的第二输出端与比较器250的第二输入端相连；寄存器240的输出端与比较器250的第三输入端相连，寄存器240的输出端为频率检测电路的输出端；其中，频率检测电路用于确定输入信号的频率的变化量。
请参考图3，其示出了本发明提出的一种频率检测方法，应用于图2所示的频率检测电路，该频率检测方法可以包括以下步骤：
步骤301，定时器根据基准振荡器提供的时钟进行计时。
步骤302，定时器将生成的清零信号输出至计数器。
其中，清零信号是定时器的第三输出端周期性输出的信号。
本实施例中，将清零信号表示成Pclr信号，且清零信号的产生周期为Tclr，则清零信号的产生频率为1/Tclr。
步骤303，计数器根据清零信号进行清零操作，统计输入信号的脉冲个数，得到第一数字信号和M个第二数字信号，第一数字信号表示输入信号在第一时间段内的频率，第二数字信号表示输入信号在第二时间段内的频率与系数的乘积，不同第二数字信号对应的第二时间段和系数都不同，M大于等于2。
计数器中的数字信号A是逐次增加的，且在每个周期的开始或者结尾处都会由清零信号对数字信号A进行清零操作。在清零操作结束后，计数器开始统计输入信号的脉冲个数，并生成新的数字信号A。其中，数字信号A包括第一数字信号和M个第二数字信号。
本实施例中，可以预先设置M个第二时间段。具体的，设置M/2个第二时间段小于第一时间段的时长，M/2个第二时间段大于第一时间段的时长，M为偶数。
假设第一时间段记为TA，第二时间段分别记为T1、T2、T3等，则半数第二时间段的时长小于TA的时长，另外半数第二时间段的时长大于TA的时长。
请参考图4和5，fA表示输入信号(IN)的频率，f0表示基准频率，也可以说基准频率就是fA在某段时间内的平均值，f1-f4表示输入信号的频率的倍数，即f1＝fA*x1，f2＝fA*x2，f3＝fA*x3，f4＝fA*x4。其中，第一数字信号是根据fA生成的数字信号，第二数字信号是根据f1或f2或f3或f4生成的数字信号。基准数字信号与第一数字信号的位数相同，且基准数字信号与每个第二数字信号的位数相同。
本实施例中，还可以预先设置系数，且系数的大小与对应的第二时间段的时长的长短成正相关关系。根据图4可知，f1与fA的系数x1为TA/T1，f2与fA的系数x2为TA/T2，f3与fA的系数x3为TA/T3，f4与fA的系数x4为TA/T4。
步骤304，计数器依次将M个第二数字信号输出至比较器，定时器依次将生成的M个控制信号输出至比较器。
计数器在每生成一个第二数字信号后，将该第二数字信号输出至比较器。
定时器的第二输出端可以周期性生成控制信号，并将该控制信号输出至比较器。
步骤305，比较器在每接收到一个控制信号时，将一个第二数字信号与寄存器中的基准数字信号进行比较，并输出一个比较结果，基准数字信号表示基准频率。
比较器的比较次数与定时器输出的控制信号的次数相等。即，若定时器在一个周期内只输出一个控制信号，则比较器只需要进行一次比较；若定时器在一个周期内输出多个控制信号，则比较器需要进行多次比较。
比较器在每接收到一个控制信号后，在该控制信号的控制下工作，对寄存器中的基准数字信号和计数器输出的一个第二数字信号进行比较，得到一个比较结果，该比较结果用于指示基准数字信号和第二数字信号的大小。
假设根据f1生成的第二数字信号是A1，根据f2生成的第二数字信号是A2，根据f3生成的第二数字信号是A3，根据f4生成的第二数字信号是A4，且基准数字信号为F，则比较器在第一次接收到控制信号时，将F与A1比较，得到一个比较结果；在第二次接收到控制信号时，将F与A2比较，得到一个比较结果；在第三次接收到控制信号时，将F与A3比较，得到一个比较结果；在第四次接收到控制信号时，将F与A4比较，得到一个比较结果，最终得到4个比较结果。
需要说明的是，在频率检测电路启动时，定时器将生成的刷新信号输出至寄存器，计数器将第一数字信号输出至寄存器，寄存器将第一数字信号确定为基准数字信号。后续，可以根据输入信号的频率对基准数字信号进行更新，详见下文中的描述。
步骤306，根据比较器输出的M个比较结果确定输入信号的频率的变化量。
具体的，若M个比较结果指示M/2个第二数字信号大于第一数字信号，且M/2个第二数字信号小于第一数字信号，则确定输入信号的频率的变化量小于预定阈值；否则则确定输入信号的频率的变化量大于预定阈值。
本实施例中，若确定输入信号的频率的变化量大于预定阈值，则继续检测输入信号的频率的变化量；若在预定周期内，输入信号的频率的变化量持续大于预定阈值，则定时器将生成的刷新信号输出至寄存器，计数器将当前统计的第一数字信号输出至寄存器，寄存器将基准数字信号更新为第一数字信号。
如图4所示，预定周期可以是Tfre，若Tfre之间内，输入信号的频率的变化量持续大于预定阈值，则确定基准频率发生了变化，那么，可以对基准频率进行更新。具体的，定时器的第一输出端可以将产生的刷新信号(Pfre信号)输出至寄存器，计时器将第一数字信号输出至寄存器，寄存器利用第一数字信号对寄存器中的基准数字信号进行更新。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不限于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种频率检测电路，其特征在于，所述频率检测电路中包括：基准振荡器、计数器、定时器、寄存器和比较器；
所述计数器的第一输入端为所述频率检测电路的输入端，所述计数器的第二输入端与所述定时器的第三输出端相连，所述计数器的输出端分别与所述寄存器的第一输入端和所述比较器的第一输入端相连；
所述基准振荡器的输出端与所述定时器的第一输入端相连；
所述定时器的第二输入端与所述比较器的输出端相连，所述定时器的第一输出端与所述寄存器的第二输入端相连，所述定时器的第二输出端与所述比较器的第二输入端相连；
所述寄存器的输出端与所述比较器的第三输入端相连，所述寄存器的输出端为所述频率检测电路的输出端；
其中，所述频率检测电路用于确定输入信号的频率的变化量。
2.一种频率检测方法，其特征在于，用于如权利要求1所述的频率检测电路中，所述方法包括：
所述定时器根据所述基准振荡器提供的时钟进行计时；
所述定时器将生成的清零信号输出至所述计数器；
所述计数器根据所述清零信号进行清零操作，统计输入信号的脉冲个数，得到第一数字信号和M个第二数字信号，所述第一数字信号表示所述输入信号在第一时间段内的频率，所述第二数字信号表示所述输入信号在第二时间段内的频率与系数的乘积，不同第二数字信号对应的第二时间段和系数都不同，所述M大于等于2；
所述计数器依次将所述M个第二数字信号输出至所述比较器，所述定时器依次将生成的M个控制信号输出至所述比较器；
所述比较器在每接收到一个控制信号时，将一个第二数字信号与所述寄存器中的基准数字信号进行比较，并输出一个比较结果，所述基准数字信号表示基准频率；
根据所述比较器输出的M个比较结果确定所述输入信号的频率的变化量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
设置M/2个第二时间段小于所述第一时间段的时长，M/2个第二时间段大于所述第一时间段的时长，所述M为偶数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述系数的大小与对应的第二时间段的时长的长短成正相关关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述比较器输出的M个比较结果确定所述输入信号的频率的变化量，包括：
若所述M个比较结果指示M/2个第二数字信号大于所述第一数字信号，且M/2个第二数字信号小于所述第一数字信号，则确定所述输入信号的频率的变化量小于预定阈值，否则则确定所述输入信号的频率的变化量大于预定阈值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若确定所述输入信号的频率的变化量大于预定阈值，则继续检测所述输入信号的频率的变化量；
若在预定周期内，所述输入信号的频率的变化量持续大于预定阈值，则所述定时器将生成的刷新信号输出至所述寄存器，所述计数器将当前统计的所述第一数字信号输出至所述寄存器，所述寄存器将所述基准数字信号更新为所述第一数字信号。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述频率检测电路启动时，所述定时器将生成的刷新信号输出至所述寄存器，所述计数器将所述第一数字信号输出至所述寄存器，所述寄存器将所述第一数字信号确定为所述基准数字信号。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基准数字信号与所述第一数字信号的位数相同，且所述基准数字信号与每个第二数字信号的位数相同。
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