CN113703518A - 时钟频率调节装置、方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种时钟频率调节装置、方法、设备及存储介质。该时钟频率调节装置包括：电场收集模块，其配置为收集电场信号；提取模块，其配置为接收所述电场信号，对所述电场信号进行预处理后提取出目标频率信号；调节模块，其配置为接收所述目标频率信号，并根据所述目标频率信号调节时钟源的时钟频率。本申请可以提高时钟源的稳定性、降低成本。
Description
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种时钟频率调节装置、方法、设备及存储介质。
背景技术
在很多片上系统(System On Chip，SOC)的应用中，由于各种原因，例如，为了节省成本，并不会使用晶振电路(有源或无源晶振)，或者标准的时钟电路，而是使用SOC内部的RC振荡器作为时钟源，这种内部RC振荡器存在的缺点就是缺乏长期的稳定性。当温度、电压发生变化，或长时间工作后，时钟频率会发生漂移，从而导致一些对频率敏感的功能异常。相关技术中，对于需要稳定时钟频率的场合，都会通过使用外部晶体作为时钟源，或者使用外部定时事件对内部时钟进行校准，这将会导致成本较高。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种时钟频率调节装置、方法、设备及存储介质，以改善现有方案时钟源缺乏稳定性、成本较高的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种时钟频率调节装置，包括：
电场收集模块，其配置为收集电场信号；
提取模块，其配置为接收所述电场信号，对所述电场信号进行预处理后提取出目标频率信号；
调节模块，其配置为接收所述目标频率信号，并根据所述目标频率信号调节时钟源的时钟频率。
可选地，所述提取模块包括：
信号放大模块，其配置为接收所述电场信号，并将所述电场信号放大到预设幅值范围；
工频滤波模块，其配置为接收放大后的电场信号，并对所述放大后的电场信号进行滤波后得到所述目标频率信号。
可选地，所述信号放大模块包括：
场效应管，其配置为获取所述电场信号；
放大器，其配置为接收所述电场信号并对所述电场信号进行放大；
自动增益控制模块，其配置为接收所述放大后的电场信号并将其幅度控制在所述预设幅值范围。
可选地，所述工频滤波模块包括：
带通滤波器，其配置为接收所述放大后的电场信号，并对所述放大后的电场信号进行带通滤波，提取出所述目标频率信号。
可选地，所述调节模块包括：
工频判定模块，其配置为接收所述目标频率信号，并在判定所述目标频率信号为有效信号时，将判定成功信息提供给所述时钟调节模块；
时钟调节模块，其配置为接收所述判定成功信息，并基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节。
可选地，所述工频判定模块进一步配置为：在所述目标频率信号的上升沿检测计数器的计数值，并根据所述计数值获取所述目标频率信号的频率，若所述目标频率信号的频率符合预设频率范围，则判定所述目标频率信号为有效信号。
可选地，所述时钟调节模块包括：
分频模块，其配置为将所述时钟源的时钟频率分频到目标频率，并将分频后的时钟信号提供给比较模块；
比较模块，其配置为将所述分频后的时钟信号的相位与所述目标频率信号的相位进行比较，根据相位比较结果对所述时钟源的时钟频率进行调节，直至所述分频后的时钟信号的相位与所述目标频率信号的相位一致。
可选地，所述时钟调节模块进一步配置为：当所述工频判定模块判定所述目标频率信号为有效信号时，检测计数器的计数值，将所述计数值与预设计数参考值进行比较，并根据计数比较结果对所述时钟源的时钟频率进行调节，直至所述计数值与预设计数参考值的差值符合预设差值范围。
可选地，所述提取模块设置在片上系统的外部或内部，所述调节模块设置在所述片上系统的内部。
可选地，所述调节模块进一步配置为：在判断所述目标频率信号是有效信号时，调节所述时钟源的时钟频率。
第二方面，本申请实施例提供一种时钟频率调节方法，所述方法包括：
收集电场信号；
对所述电场信号进行预处理后提取出目标频率信号；
若所述目标频率信号为有效信号，则根据所述目标频率信号调节时钟源的时钟频率。
可选地，所述对所述电场信号进行预处理后提取出目标频率信号，包括：
将所述电场信号放大到预设幅值范围；
对所述放大后的电场信号进行滤波后得到所述目标频率信号。
可选地，所述将所述电场信号放大到预设幅值范围，包括：
获取所述电场信号；
对所述电场信号进行放大；
将所述放大后的电场信号并将其幅度控制在所述预设幅值范围。
可选地，所述对所述放大后的电场信号进行滤波后得到所述目标频率信号，包括：
对所述放大后的电场信号进行带通滤波，提取出所述目标频率信号。
可选地，所述若所述目标频率信号为有效信号，则根据所述目标频率信号调节时钟源的时钟频率，包括：
在判定所述目标频率信号为有效信号时，产生判定成功信息；
基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节。
可选地，所述判定所述目标频率信号为有效信号，包括：
在所述目标频率信号的上升沿检测计数器的计数值，并根据所述计数值获取所述目标频率信号的频率，若所述目标频率信号的频率符合预设频率范围，则判定所述目标频率信号为有效信号。
可选地，所述基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节，包括：
将所述时钟源的时钟频率分频到目标频率；
将所述分频后的时钟信号的相位与所述目标频率信号的相位进行比较，根据相位比较结果对所述时钟源的时钟频率进行调节，直至所述分频后的时钟信号的相位与所述目标频率信号的相位一致。
可选地，所述基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节，包括：
检测计数器的计数值，将所述计数值与预设计数参考值进行比较，并根据计数比较结果对所述时钟源的时钟频率进行调节，直至所述计数值与预设计数参考值的差值符合预设差值范围。
第三方面，本申请实施例提供一种设备，包括本申请实施例提供的所述的时钟频率调节装置。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时，使得所述计算机执行本申请实施例提供的时钟频率调节方法中的流程。
在本申请实施例的时钟频率调节装置、方法、设备及存储介质中，由于设置电场收集模块、提取模块和调节模块；电场收集模块配置为收集电场信号；提取模块配置为接收电场信号，对电场信号进行预处理后提取出目标频率信号；调节模块配置为接收目标频率信号，并在判定目标频率信号为有效信号时调节时钟源的时钟频率。通过提取目标频率信号，在目标频率信号为有效信号时，如目标频率信号为稳定的工频频率信号时，根据该目标频率信号调节时钟源的时钟频率，此外，其省去了SOC外部晶体电路或外部输入基准时钟。因此，本申请实施例可以提高时钟源的稳定性、降低成本。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其有益效果显而易见。
图1是本申请实施例提供的时钟频率调节装置的结构框图；
图2是本申请实施例提供的时钟频率调节装置的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的工频判定模块判定目标频率信号的频率的时序示意图；
图4是本申请实施例提供的时钟调节模块调节时钟源的时钟频率的时序示意图；
图5是本申请实施例提供的时钟频率调节方法的流程示意图；
图6是本申请实施例提供的时钟频率调节方法在一个应用场景中的流程示意图；
图7是本申请实施例提供的设备的结构示意图。
具体实施方式
请参照图示，其中相同的组件符号代表相同的组件，本申请的原理是以实施在一适当的运算环境中来举例说明。以下的说明是基于所例示的本申请具体实施例，其不应被视为限制本申请未在此详述的其它具体实施例。
在很多SOC的应用中，由于各种原因，例如，为了节省成本，并不会使用晶振电路(有源或无源晶振)，或者标准的时钟电路，而是使用SOC内部的RC振荡器作为时钟源，这种内部RC振荡器存在的缺点就是缺乏长期的稳定性。当温度、电压发生变化，或长时间工作后，频率会发生漂移，从而导致一些对频率敏感的功能异常。例如，常用的通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)容易因为时钟源频率的偏移而导致传输发生误码。再比如，计时器应用会导致计时不准确等问题。
相关技术中，对于需要稳定时钟频率的场合，一般通过如下方案进行时钟源频率的调节：1.使用外部晶体作为时钟源，缺点是增加了成本，特别是在对成本敏感的方案中，一个晶体会比较显著地增加成本。2.使用外部定时事件对内部时钟进行校准。例如全球定位系统(Global Positioning System，GPS)授时，USB的帧首包(Start of Frame，SOF)等。缺点在于，对于独立工作的系统或设备，需要增加额外的成本搭建相关电路，才能将外部精确定时事件送到系统中来。
可知，相关技术中，目前主流技术方案存在时钟源稳定性问题，某些技术方案存在成本较高的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种时钟频率调节装置，通过引入电场收集模块、提取模块和调节模块，电场收集模块收集周围的电场信号后，通过提取模块对该电场信号进行预处理后提取出母目标频率信号，当该目标频率信号为有效信号时，比如为稳定的功率频率信号时，可以根据该目标频率信号调节时钟源的时钟频率，其省去了SOC外部晶体电路或外部输入基准时钟，从而达到提高时钟源的稳定性、降低成本的效果。以下将分别进行详细说明。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的时钟频率调节装置的结构框图。该时钟频率调节装置电场收集模块10、提取模块20和调节模块30。电场收集模块10的输出端与提取模块20的输入端连接，提取模块20的输出端与调节模块30的输入端连接，调节模块30的输出端输出时钟信号。
需要说明的是，提取模块20可以设置在SOC的外部或设置在SOC的内部，这样可以增加使用的灵活性，以满足不同场景的需求。调节模块30可以设置在SOC的内部，这样便于快速对时钟源的时钟频率进行调节(校准)。
在构思及实现本申请过程中，发明人发现在使用交流电供电的设备附近以及电力线附近总是存在固定频率(在我国为50Hz，在某些国家为60Hz)的工频电场干扰信号(即工频频率信号)。工频一般是指电力系统的发电、输电、变电与配电设备以及工业与民用电气设备采用的额定频率，在我国为50Hz频率，在某些国家为60Hz。该工频频率信号来源于国家电网，具有长期稳定性。且相关技术中大多数是避免和消除工频频率信号对系统的影响，而未有提取工频频率信号用于校准时钟的方案。因此，如果能把固定频率的工频频率信号稳定地提取出来，就可以对SOC内部的时钟源进行校准，从而保证SOC内部时钟源具有长期稳定性。
基于此，本申请实施例中，将电场收集模块10配置为收集电场信号。比如，在一种实施方式中，电场收集模块10可以是天线，通过天线收集(捕获)空间中的电场信号(电磁场干扰信号)，例如收集使用交流电供电的设备周围的电场信号。天线可以是一段长约20cm～40cm的长导线。需要说明的是，为了节省面积，可以将该导线按照图1所示卷曲起来，只要保证天线在收集电场信号时，对固定频率的工频频率信号最敏感即可。
提取模块20，其配置为接收电场信号，对电场信号进行预处理后提取出目标频率信号。比如，提取模块20接收到电场信号后，由于该电场信号比较微弱，因此提取模块20需要对该电场信号进行放大。放大后的电场信号中可能包含各种杂波和其他频率的干扰信号，需要将放大后的电场信号中的各种杂波和其他频率的干扰信号进行滤除，以提取出目标频率信号，提取出目标频率信号后，只放行该目标频率信号通过，便于后续基于该目标频率信号对时钟源的时钟源频率进行调节。需要说明的是，提取出的固定频率(如50Hz、60Hz)的稳定信号，下面以50Hz的工频频率信号为例进行说明。
调节模块30，其配置为接收目标频率信号，并根据目标频率信号调节时钟源的时钟频率。
在一些实施例中，调节模块30进一步配置为：在判断目标频率信号是有效信号时，调节时钟源的时钟频率。比如，调节模块30接收提取模块20输出的目标频率信号后，如固定频率的工频频率信号，检测电路30对该目标频率信号的有效性进行鉴定，确定该目标频率信号的频率是否为固定频率，如50Hz，若确定目标频率信号的频率是固定频率，则判定目标频率信号为有效信号，然后将该有效的目标频率信号作为校准时钟源，开始对SOC内部时钟源(如RC时钟)的时钟信号进行校准。
可以理解的是，本申请实施例中，由于由于设置电场收集模块10、提取模块20和调节模块30；电场收集模块10配置为收集电场信号；提取模块20配置为接收电场信号，对电场信号进行预处理后提取出目标频率信号；调节模块30配置为接收目标频率信号，并在判定目标频率信号为有效信号时调节时钟源的时钟频率。通过提取目标频率信号，在目标频率信号为有效信号时，如目标频率信号为稳定的工频频率信号时，根据该目标频率信号调节时钟源的时钟频率，此外，其省去了SOC外部晶体电路或外部输入基准时钟。因此，本申请实施例可以提高时钟源的稳定性、降低成本。
比如，在一种实施方式中，提取模块20可以包括信号放大模块21和工频滤波模块22，其中，信号放大模块21，其配置为接收电场信号，并将电场信号放大到预设幅值范围。工频滤波模块22，其配置为接收放大后的电场信号，并对放大后的电场信号进行滤波后得到目标频率信号。
具体而言，例如，信号放大模块21可以接收天线收集的空间中的电场信号，将该微弱的电场信号进行放大。需要说明的是，为了便于后级电路进行识别，在将电场信号进行放大后，不是无限制的放大，而是将电场信号放大到合适的幅值范围，以配合后级电路工作。如果放大后的电场信号的幅值过大或过小，都不利于后级电路进行识别。
请参阅图2，图2是本申请实施例提供的时钟频率调节装置的结构示意图。信号放大模块21可以包括场效应管M1、放大器A1和自动增益控制模块AGC，其中，场效应管M1的栅极与电场收集模块10连接，场效应管M1的源极与放大器A1的一个输入端连接，放大器A1的输出端与自动增益控制模块AGC的输入端连接，自动增益控制模块AGC的输出端与放大器A1的另一个输入端连接。放大器A1的输出端还与工频滤波模块22的输入端连接。
其中，场效应管M1，其配置为获取电场信号。例如，电场信号可以为感应电流，利用场效应管M1的栅极高输入阻抗的特性，天线上只要收集到一点微弱的感应电流，场效应管M1的栅极接收到该感应电流后，就可以产生比较高的感应电压，其中，感应电流的大小也反应了天线收集的空间中的电场信号的电场强度。需要说明的是，当时钟频率调节装置远离使用交流电供电的设备时，则收集的感应电流也会变小，甚至收集不到感应电流，因此该时钟频率调节装置与使用交流电供电的设备之间的距离需要保持在合适的范围内。
放大器A1，其配置为接收电场信号并对电场信号进行放大。自动增益控制模块AGC，其配置为接收放大后的电场信号并将其幅度控制在预设幅值范围。例如，当放大器A1接收场效应管M1输出的电场信号后，对该电场信号进行放大，需要说明的是，在对电场信号进行放大时，是对电场信号中处于放大器A1所允许带宽范围内的信号进行放大。
在放大的过程中，放大器A1的输出端会将放大后的电场信号的幅度反馈给自动增益控制模块AGC，自动增益控制模块AGC控制放大器A1对电场信号放大的倍数，控制放大后的电场信号的幅度到一个合适的范围，如将放大后的电场信号的幅度控制在预设幅值范围内。
比如，在一种实施方式中，工频滤波模块22可以包括带通滤波器221，该带通滤波器221配置为接收放大后的电场信号，并对放大后的电场信号进行带通滤波，提取出目标频率信号。由于放大器A1输出的信号可能包含各种杂波和其他频率的干扰信号，为了分离出需要的目标频率信号，如50Hz的工频频率信号，利用带通滤波器221只放行目标频率信号通过，如只放行50Hz的工频频率信号通过。需要说明的是，带通滤波器221可以用无源滤波器，也可以用有源滤波器，以获取更好的性能。
比如，在一种实施方式中，带通滤波器221采用串联RLC振荡电路构成，该带通滤波器221包括电感L、电容C和电阻R，电感L的一端与放大器A1的输出端连接，电感L的另一端通过电容C分别与电阻R的一端和调节模块30的输入端连接，电阻R的另一端接地。
可以理解的是，本申请实施例中，场效应管M1的栅极接收电场信号后，将该电场信号输入到放大器A1进行放大，在电场信号放大的过程中，自动增益控制模块AGC将放大后的电场信号的幅度控制在预设幅值范围内，以利于后级电路进行识别。通过带通滤波器221对放大后的电场信号中的各种杂波和其他频率的干扰信号进行滤除，提取出目标频率信号，如提取出50Hz的工频频率信号，并基于该50Hz的工频频率信号对时钟源的时钟频率进行调节。
比如，在一种实施方式中，调节模块30可以包括工频判定模块31和时钟调节模块32，其中，工频判定模块31配置为接收目标频率信号，并在判定目标频率信号为有效信号时，将判定成功信息提供给时钟调节模块。
具体而言，工频判定模块31用于判定工频滤波模块22(即前级电路)是否捕获了有效的工频频率信号。其基本原理是，使用SOC内部高频主时钟(例如RC时钟电路)来计量前面获取到的目标频率信号，检查是否存在一个时钟信号且频率落在预设频率附近，如50Hz附近(例如限定49～51Hz)。
虽然SOC内部主时钟(时钟源33的时钟)的频率具有一定偏差(例如偏差频率值为8MHz±2.5％)，但是只要判定到获取到的频率在49～51Hz范围内，就可以确定目标频率信号是成功获取到且是有效的。此时，工频判定模块31发起判定成功信息(即判定OK)，通知时钟调节模块32开始对时钟源33的频率进行校准。
工频判定模块31在判定目标频率信号是否为有效信号(有效的工频频率信号)时，具体过程如下：SOC内部的计数器使用SOC内部的主时钟(被校准时钟)作为工作时钟，去计量目标频率信号的频率。只要被校准时钟的偏差不是特别大，一般会落在49～51Hz之间。
请参阅图3，图3是本申请实施例提供的工频判定模块判定目标频率信号的频率的时序示意图。工频判定模块31进一步配置为：在目标频率信号的上升沿检测计数器的计数值，并根据计数值获取目标频率信号的频率，若目标频率信号的频率符合预设频率范围(如49～51Hz)，则判定目标频率信号为有效信号。例如，每当目标频率信号的上升沿到来，则检测计数器的计数值，根据计数值与频率的对应关系，可以推算出目标频率信号的频率。
比如，以被调节的时钟源的时钟信号的标准频率为8MHz为例，被调节的时钟源可以是SOC内部的RC时钟电路，即被校准时钟。按照从左到右的顺序，当图3中用箭头标出的目标频率信号的第1个上升沿到来时，检测到的计数器的计数值为156,862，其对应的频率为51Hz，即推算出的目标频率信号的频率为51Hz；当箭头标出的目标频率信号的第2个上升沿到来时，检测到的计数器的计数值为163,265，其对应的频率为49Hz，即推算出的目标频率信号的频率为49Hz；当箭头标出的目标频率信号的第3个上升沿到来时，检测到的计数器的计数值为200,000，其对应的频率为40Hz，即推算出的目标频率信号的频率为40Hz。判定51Hz和49Hz对应的目标频率信号为有效信号，此时内部RC时钟电路的时钟频率与标准频率接近，其误差在允许的误差范围内。如果计数器的计数值偏大或偏小，甚至超时溢出(表明没有捕获到目标频率信号)，则不给出判定信号。
可以理解的是，若判定目标频率信号的频率为50Hz，则对应的内部RC时钟电路的时钟频率为8MHz，即目标频率信号的频率为50Hz时，则对应的RC时钟电路的时钟频率为标准频率。
时钟调节模块32配置为接收判定成功信息，并基于目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节。例如，当判定目标频率信号有效存在后，时钟调节模块32可以发起调节时钟源33的操作指令，以对时钟源33的时钟频率进行调节。
比如，在一种实施方式中，时钟调节模块32可以包括分频模块321和比较模块322，其中，分频模块321的输入端分别与时钟源33的输出端和工频判定模块31的输入端连接，分频模块321的输出端与比较模块322的一个输入端连接，比较模块322的另一个输入端分别与工频滤波模块221的输出端和工频判定模块31的输入端连接，比较模块322的输出端与时钟源的输入端连接。
分频模块321配置为将时钟源33的时钟频率分频到目标频率，并将分频后的时钟信号提供给比较模块322。比较模块322配置为将分频后的时钟信号的相位与目标频率信号的相位进行比较，根据相位比较结果对时钟源33的频率进行调节，直至时钟信号的相位与目标频率信号的相位一致，即完成对时钟源33的时钟频率的调节。
例如，时钟调节模块32使用数字电路微调时钟源33的时钟频率，使用分频模块321将时钟源33的时钟频率分频到50Hz。其中，分频是指将单一频率信号的频率降低为原来的1/N，就叫N分频，可以采用分频器实现分频。进行分频之后，监控分频后的时钟信号的相位和捕获的目标频率信号的相位，并逐渐将两者的相位调制至一致。当两者相位一致并持续一段时间后，即是判定成功调节(校准)状态。此操作的过程非常类似锁相环(Phase LockedLoop，PLL)但优于PLL。当前级工频判定模块31检测到频率丢失，或频率偏差过大时,可以判定不进行时钟频率调节。SOC内部的时钟源维持当前时钟频率继续运行。
请参阅图4，图4是本申请实施例提供的时钟调节模块调节时钟源的时钟频率的时序示意图。时钟调节模块32进一步配置为：当工频判定模块31判定目标频率信号为有效信号时，检测计数器的计数值，将计数值与预设计数参考值进行比较，并根据计数比较结果对时钟源33的时钟频率进行调节，直至计数值与预设计数参考值的差值符合预设差值范围。
例如，被调节的时钟源的时钟信号的标准频率为8MHz，被调节的时钟源可以是SOC内部的RC时钟电路，即被校准时钟。当判定目标频率信号为有效信号后，如判定目标频率信号为工频频率信号，则开始计量目标频率信号的频率，则开始检测计数器的计数值，将该计数值与预设计数参考值进行对比，如预设计数参考值为150,000，则将计数值与150,000进行对比，如果没有偏差，则计数值就是150,000，此时时钟源的时钟频率是8MHz。
当计数值与预设计数参考值存在偏差时，例如，若检测的计数器的计数值为156,862，由于156,862大于150,000，则计数器的计数值大于预设计数参考值，此时对应的时钟源的时钟频率为8.366MHz。例如，若检测的计数器的计数值为151,234，由于151,234大于150,000，则计数器的计数值大于预设计数参考值，此时对应的时钟源的时钟频率为8.066MHz。例如，若检测的计数器的计数值为149,432，由于149,432小于150,000，则计数器的计数值小于预设计数参考值，此时对应的时钟源的时钟频率为7.969MHz。例如，若检测的计数器的计数值为150,123，由于150,123大于150,000，则计数器的计数值大于预设计数参考值，此时对应的时钟源的时钟频率为8.007MHz。例如，若检测的计数器的计数值为149,990，由于149,990小于150,000，则计数器的计数值小于预设计数参考值，此时对应的时钟源的时钟频率为7.999MHz。通过RC时钟电路的控制端口不断对时钟源的时钟频率进行修正，直至时钟源的时钟频率接近标准频率8MHz。
可以理解的是，当检测的计数器的计数值与预设计数参考值存在偏差时，则得到的时钟源的时钟频率与标准频率是存在偏差的，通过SOC内部的RC时钟电路的控制端口对时钟源的时钟频率进行调节，使得检测的计数器的计数值与预设计数参考值接近，从而使得调节的时钟源的时钟频率与标准频率接近，从而完成对时钟源的时钟频率的调节。
本申请实施例中，时钟源33可以作为片上UART/实时时钟(Real_Time Clock，RTC)等的基准时钟。时钟源33是最终被调节的模块，以时钟源33是SOC内部的RC时钟电路为例，该RC时钟电路带有控制端口，通过该控制端口可以做频率微调。控制端口是RC时钟电路自带的端口，在做频率微调的时候，时钟调节模块32会去判定时钟源输出的时钟频率是偏高还是偏低，例如可以通过判定分频后的时钟信号的相位的方式判定时钟源输出的时钟频率是偏高还是偏低。如果RC时钟电路输出的时钟信号的相位滞后，可以将RC时钟电路的时钟频率提高，以使其追上标准时钟的相位。
例如，标准时钟的时钟频率为8MHz，当RC时钟电路输出的时钟信号的相位滞后时，说明RC时钟电路的时钟频率偏低，此时将RC时钟电路的时钟频率调高，以使该RC时钟电路输出的时钟信号的相位追上标准时钟的相位，以减小RC时钟电路的时钟频率与标准时钟的时钟频率8MHz的偏差。
本申请实施例创新地引入了电场收集模块10、提取模块20和调节模块30，其省去了SOC外部晶体电路或外部输入基准时钟，本申请实施例中的技术方案以低成本保证了SOC内部时钟源的高稳定性。另外，相关技术中大多数都是避免和消除工频电场干扰(即工频频率信号)对系统的影响，即相关技术中将工频电场干扰作为一种干扰信号，需要消除工频电场干扰对系统的影响，而本申请实施例通过提取工频电场干扰，将该工频电场干扰作为有用的信号，基于该工频电场干扰来调节时钟源的时钟频率，避免资源的浪费。
本申请实施例中的时钟频率调节装置应用场景广泛，比如可以应用于长时间校调的电子钟。例如，该电子钟中含有本申请的时钟频率调节装置的结构，该电子钟捕获的工频电场干扰来自于电力线上，而电力线上工频电场干扰的工频频率来自于国家电网，因此，其频率具有长期稳定性，且稳定性远高于一般普通晶振的稳定性。将该电子钟放置在处于工作状态的电子设备附近，例如电脑、电池、电冰箱附近，在第一次对时之后，很长一段时间内都不需要再对电子钟内部的时钟源的时钟频率进行调节了，可以保持很高的计时精度。
再比如，本申请实施例中的时钟频率调节装置可以应用于异步串口(即UART)通信的时钟频率调节。异步串口通信是一种常见的芯片和设备之间的通信协议，其准确性依赖于使用的时钟源。芯片中含有本申请的时钟频率调节装置的结构，该芯片捕获的工频电场干扰来自于电力线上，而电力线上工频电场干扰的工频频率来自于国家电网，因此，其频率具有长期稳定性，且稳定性远高于一般普通晶振的稳定性。将该芯片放置在处于工作状态的电子设备附近，只要设备附近存在工频电场干扰，就可以不停的调节芯片内部的RC时钟电路，避免RC时钟电路因为时间、温度、电压等条件变化而发生时钟频率漂移，导致异步串口通信失效的问题。当然，本申请实施例中的时钟频率调节装置还可以应用于其他时钟频率不稳定的场景，通过本申请实施例中的时钟频率调节装置都能很好地解决时钟频率漂移问题，在此不再赘述。
在图1和图2所描述的时钟频率调节装置的基础上，下面以图5为例，描述本申请实施例的时钟频率调节方法。
请参阅图5，图5为本申请实施例提供的时钟频率调节方法的流程示意图。所述方法可以包括：
401、收集电场信号；
402、对电场信号进行预处理后提取出目标频率信号；
403、若目标频率信号为有效信号，则根据目标频率信号调节时钟源的时钟频率。
在一种实施方式中，402中的所述对所述电场信号进行预处理后提取出目标频率信号，可以包括：
将电场信号放大到预设幅值范围；
对放大后的电场信号进行滤波后得到目标频率信号。
在一种实施方式中，所述将所述电场信号放大到预设幅值范围，可以包括：
获取所述电场信号；
对所述电场信号进行放大；
将所述放大后的电场信号并将其幅度控制在所述预设幅值范围。
在一种实施方式中，所述对所述放大后的电场信号进行滤波后得到所述目标频率信号，可以包括：
对所述放大后的电场信号进行带通滤波，提取出所述目标频率信号。
在一种实施方式中，所述若所述目标频率信号为有效信号，则调节时钟源的时钟频率，可以包括：
在判定所述目标频率信号为有效信号时，产生判定成功信息；
基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节。
在一种实施方式中，所述判定所述目标频率信号为有效信号，可以包括：
在所述目标频率信号的上升沿检测计数器的计数值，并根据所述计数值获取所述目标频率信号的频率，若所述目标频率信号的频率符合预设频率范围，则判定所述目标频率信号为有效信号。
在一种实施方式中，所述基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节，可以包括：
将所述时钟源的时钟频率分频到目标频率；
将所述分频后的时钟信号的相位与所述目标频率信号的相位进行比较，根据相位比较结果对所述时钟源的时钟频率进行调节，直至所述分频后的时钟信号的相位与所述目标频率信号的相位一致。
在一种实施方式中，所述基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节，可以包括：
检测计数器的计数值，将所述计数值与预设计数参考值进行比较，并根据计数比较结果对所述时钟源的时钟频率进行调节，直至所述计数值与预设计数参考值的差值符合预设差值范围。
请参阅图6，图6是本申请实施例提供的时钟频率调节方法在一个应用场景中的流程示意图。该时钟频率调节方法应用在工频电场干扰的场景中，在该应用场景下，该时钟频率调节方法可以包括：
501、天线接收电场信号。
本申请实施例中，可以采用天线接收空间中的电场信号，如接收交流供电的设备周围的电场信号，其具体实施可参见关于时钟频率调节装置中有关电场收集模块的实施例，在此不再赘述。
502、对电场信号进行捕获和放大。
当天线收集电场信号后，对该电场信号进行捕获，由于捕获的电场信号是微弱能量信号，因此需要对该电场信号进行放大，以得到放大后的电场信号。其具体实施可参见关于时钟频率调节装置中有关信号放大模块的实施例，在此不再赘述。
503、对放大后的电场信号进行滤波后，提取工频频率信号。
由于放大后的电场信号中会存在各种杂波和其他频率的干扰信号进行滤除，以提取出需要的工频频率信号。可以采用带通滤波器从放大后的电场信号中提取出工频频率信号。其具体实施可参见关于时钟频率调节装置中有关工频滤波模块的实施例，在此不再赘述。
504、判断提取的工频频率信号是否是有效信号。
在经过滤波后，提取出工频频率信号，判断提取的工频频率信号是否是有效信号，若判断的结果为工频频率信号是有效信号，即工频频率信号的频率符合预设频率范围，以50Hz工频信号为例，如工频频率信号的频率符合49～51Hz范围，则执行505；若判断的结果为工频频率信号不是有效信号，即工频频率信号的频率不符合预设频率范围，则返回502，继续等待有效的工频频率信号到来。其具体实施可参见关于时钟频率调节装置中有关工频判定波模块的实施例，在此不再赘述。
505、发起对时钟源的时钟频率的调节指令。
当判断提取的工频频率信号是有效信号后，发起对时钟源的时钟频率的调节指令。其具体实施可参见关于时钟频率调节装置中有关时钟调节模块的实施例，在此不再赘述。
506、对时钟源的时钟频率进行调节。
以提取的工频频率信号作为基准时钟信号，开始对时钟源的时钟频率进行调节。其具体实施可参见关于时钟频率调节装置中有关时钟调节模块以及时钟源的实施例，在此不再赘述。
本申请实施例通过提取工频电场干扰，将该工频电场干扰作为有用的信号，基于该工频电场干扰来调节时钟源的时钟频率，避免资源的浪费，且可以避免因为时间、温度、电压等条件变化而发生的时钟源的时钟频率的漂移，提高时钟源的稳定性。通过该方法，还可以降低成本。
本申请实施例提供一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时，使得所述计算机执行如本实施例提供的时钟频率调节方法中的流程。
本申请实施例还提供一种设备，图7是本申请实施例提供的设备的结构示意图。图7中，该设备600包括时钟频率调节装置601，该时钟频率调节装置601是本申请实施例中的时钟频率调节装置，该时钟频率调节装置601中通过设置电场收集模块、提取模块和调节模块，可以利用工频电场干扰对时钟源的时钟频率进行调节，以解决时钟频率漂移的问题。
在本申请提供的可读存储介质和设备的实施例中，包含了上述方法各实施例的全部技术特征，说明书拓展和解释内容与上述时钟频率调节方法的各实施例适应性相同，在此不做再赘述。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序代码，当计算机程序代码在计算机上运行时，使得计算机执行如上各种可能的实施例中所述的方法。
本申请实施例还提供一种芯片，包括存储器和处理器，该存储器用于存储程序，处理器用于从存储器中调用并运行程序，使得安装有芯片的设备执行如上各种可能的实施例中的方法。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对时钟频率调节装置的详细描述，此处不再赘述。
本申请实施例提供的所述时钟频率调节方法与上文实施例中的时钟频率调节装置属于同一构思，在所述时钟频率调节装置上可以运行所述时钟频率调节方法实施例中提供的任一方法，其具体实现过程详见所述时钟频率调节方法实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，对本申请实施例所述时钟频率调节方法而言，本领域普通技术人员可以理解实现本申请实施例所述时钟频率调节方法的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来控制相关的硬件来完成，所述计算机程序可存储于一计算机可读取存储介质中，如存储在存储器中，并被至少一个处理器执行，在执行过程中可包括如所述时钟频率调节方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)等。
对本申请实施例的所述时钟频率调节装置而言，其各功能模块可以集成在一个处理芯片中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中，所述存储介质譬如为只读存储器，磁盘或光盘等。
以上对本申请实施例所提供的一种时钟频率调节装置、方法、设备及存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (20)
1.一种时钟频率调节装置，其特征在于，包括：
电场收集模块，其配置为收集电场信号；
提取模块，其配置为接收所述电场信号，对所述电场信号进行预处理后提取出目标频率信号；
调节模块，其配置为接收所述目标频率信号，并根据所述目标频率信号调节时钟源的时钟频率。
2.根据权利要求1所述的时钟频率调节装置，其特征在于，所述提取模块包括：
信号放大模块，其配置为接收所述电场信号，并将所述电场信号放大到预设幅值范围；
工频滤波模块，其配置为接收放大后的电场信号，并对所述放大后的电场信号进行滤波后得到所述目标频率信号。
3.根据权利要求2所述的时钟频率调节装置，其特征在于，所述信号放大模块包括：
场效应管，其配置为获取所述电场信号；
放大器，其配置为接收所述电场信号并对所述电场信号进行放大；
自动增益控制模块，其配置为接收所述放大后的电场信号并将其幅度控制在所述预设幅值范围。
4.根据权利要求2所述的时钟频率调节装置，其特征在于，所述工频滤波模块包括：
带通滤波器，其配置为接收所述放大后的电场信号，并对所述放大后的电场信号进行带通滤波，提取出所述目标频率信号。
5.根据权利要求1至4任一项所述的时钟频率调节装置，其特征在于，所述调节模块包括：
工频判定模块，其配置为接收所述目标频率信号，并在判定所述目标频率信号为有效信号时，将判定成功信息提供给所述时钟调节模块；
时钟调节模块，其配置为接收所述判定成功信息，并基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节。
6.根据权利要求5所述的时钟频率调节装置，其特征在于，所述工频判定模块进一步配置为：在所述目标频率信号的上升沿检测计数器的计数值，并根据所述计数值获取所述目标频率信号的频率，若所述目标频率信号的频率符合预设频率范围，则判定所述目标频率信号为有效信号。
7.根据权利要求5所述的时钟频率调节装置，其特征在于，所述时钟调节模块包括：
分频模块，其配置为将所述时钟源的时钟频率分频到目标频率，并将分频后的时钟信号提供给比较模块；
比较模块，其配置为将所述分频后的时钟信号的相位与所述目标频率信号的相位进行比较，根据相位比较结果对所述时钟源的时钟频率进行调节，直至所述分频后的时钟信号的相位与所述目标频率信号的相位一致。
8.根据权利要求5所述的时钟频率调节装置，其特征在于，所述时钟调节模块进一步配置为：当所述工频判定模块判定所述目标频率信号为有效信号时，检测计数器的计数值，将所述计数值与预设计数参考值进行比较，并根据计数比较结果对所述时钟源的时钟频率进行调节，直至所述计数值与预设计数参考值的差值符合预设差值范围。
9.根据权利要求1所述的时钟频率调节装置，其特征在于，所述提取模块设置在片上系统的外部或内部，所述调节模块设置在所述片上系统的内部。
10.根据权利要求1所述的时钟频率调节装置，其特征在于，所述调节模块进一步配置为：在判断所述目标频率信号是有效信号时，调节所述时钟源的时钟频率。
11.一种时钟频率调节方法，其特征在于，所述方法包括：
收集电场信号；
对所述电场信号进行预处理后提取出目标频率信号；
若所述目标频率信号为有效信号，则根据所述目标频率信号调节时钟源的时钟频率。
12.根据权利要求11所述的时钟频率调节方法，其特征在于，所述对所述电场信号进行预处理后提取出目标频率信号，包括：
将所述电场信号放大到预设幅值范围；
对所述放大后的电场信号进行滤波后得到所述目标频率信号。
13.根据权利要求12所述的时钟频率调节方法，其特征在于，所述将所述电场信号放大到预设幅值范围，包括：
获取所述电场信号；
对所述电场信号进行放大；
将所述放大后的电场信号并将其幅度控制在所述预设幅值范围。
14.根据权利要求12所述的时钟频率调节方法，其特征在于，所述对所述放大后的电场信号进行滤波后得到所述目标频率信号，包括：
对所述放大后的电场信号进行带通滤波，提取出所述目标频率信号。
15.根据权利要求11至14任一项所述的时钟频率调节方法，所述若所述目标频率信号为有效信号，则根据所述目标频率信号调节时钟源的时钟频率，包括：
在判定所述目标频率信号为有效信号时，产生判定成功信息；
基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节。
16.根据权利要求15所述的时钟频率调节方法，其特征在于，所述判定所述目标频率信号为有效信号，包括：
在所述目标频率信号的上升沿检测计数器的计数值，并根据所述计数值获取所述目标频率信号的频率，若所述目标频率信号的频率符合预设频率范围，则判定所述目标频率信号为有效信号。
17.根据权利要求15所述的时钟频率调节方法，其特征在于，所述基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节，包括：
将所述时钟源的时钟频率分频到目标频率；
将所述分频后的时钟信号的相位与所述目标频率信号的相位进行比较，根据相位比较结果对所述时钟源的时钟频率进行调节，直至所述分频后的时钟信号的相位与所述目标频率信号的相位一致。
18.根据权利要求15所述的时钟频率调节方法，其特征在于，所述基于所述目标频率信号对时钟源的时钟频率进行调节，包括：
检测计数器的计数值，将所述计数值与预设计数参考值进行比较，并根据计数比较结果对所述时钟源的时钟频率进行调节，直至所述计数值与预设计数参考值的差值符合预设差值范围。
19.一种设备，其特征在于，包括根据权利要求1至10中任一项所述的时钟频率调节装置。
20.一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序在计算机上执行时，使得所述计算机执行如权利要求11至18中任一项所述的方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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