TW432812B - Circuit and method of frequency synthesizer control with a serial peripheral interface - Google Patents

Description

五 '發明說明（1) 本專利申請書已於1998年11月9日在美國提出，經編定 為第09/188,266號專利申請案β 發明背景說明 本發明大體言之係與電子遠程無線通訊裝置有關’更明 破言之’係與一種和一串聯週邊介面結合之頻率合成器有 關。 在無線通訊業務方面，例如使用呼叫器，細胞式電話系 統，和雙向無線電機等通訊作業，訊息係在一基地台和一 遠端通訊單元’或在兩個以上通訊單元之間傳送。在一呼 叫器通訊應用中，基地台發射一訊息予一呼叫器。該呼叫 器通知用戶已收到一訊息，並依用戶之指令將該訊息顯示 在一顯示螢幕上。 一遠程無線通訊裝詈（例如一啐叫器），其標準構型包括 一接收機’用以接收，降級轉換，並解調變所傳送的訊息 使其轉化為基本頻帶資料。呼叫器由使用人攜帶在各操作 區域之間遊走時，必須能以各種不同的發射頻率接收信號 。因此’其接收機部份乃使闲一頻率合成器，為該接收機 部份以趕式設定其參考頻率。在一中央處理單元（cpu)或 其他類型的微控制器以及相關的記憶體通過—週邊匯流排 並藉由一連接兔一訊息控制方塊（機組）之串聯週邊介面 (S P I )執行通訊操作。該訊息控制方坡接收央自兮接收邻 份收到的訊息，並藉由該SPI將其接收的訊息轉^是該&^丨 進行處理及顯示。該CPU另以通過該週邊藤今沾2 A 现徘並藉由另 一 SPI啟動，制止並設定該頻率合成器之掉柞 你忭頻率。另有

43281： 五、發明說明（2) 一系統時計產生器利用一相位鎖定迴路（PLL)提供系統時 計信號，操作該呼叫器。 大多數呼叫器的電力疋來自電ΐ也。因此，為了發揮電池 的最大使用喜命’如何保存電力乃是一項重要的設計考慮 要項。以先前技術設計的呼叫器中，該訊息控制方塊被啟 動後首先需要知悉該呼叫器目前或遊走通訊地區内當時使 用的诵訊協定。依據該通訊協定，該呼叫器乃可在一個以 一既疋週期重覆發生的預先設定之狹窄視窗出現期間内接 收訊息。該接收訊息視窗的重現率大約在每隔二分鐘或每 隔四分鐘的範圍以内。上述CPU，記憶體，pLL , SfM /訊 息控制方塊，頻率合成器，以及接收機等機組在視窗顯示 期間内操作，分別監控，接收並處理所收到的任何訊息。 該接收訊息視窗消失後，CPU，記憶體，PLL , SPI，頻率 合成器和接收機部份通常即會停止操作或處於休止狀態以 保存電力。但上述訊息控制方塊（機組）則仍繼續操作以保 =對接收訊息視窗循環出現時間的控制。就在接收訊息視 ’該訊息控制方塊就會藉由一中斷控制器發送 Γ。而醒cpu，記憶體，PLL，及spi等機組（方塊 精由4SP1發出指令使頻率合成器和接收機都 伤恢復工作，準備接收任何輸入的訊臬。 喚醒並操作CPIJ，記憶體，PLL ,SPI， 接收機部份黨佶用大晋阽帝山 领半。成Is以及 立n“電力，以監控所收到的訊息，尤 自：；' 種通訊協定的操作更是需要不時的使用接收訊 心視齒，例如，每二秒鐘一次。

第6頁 432812 、發明說明（3) 因此，在監看輸入通訊訊息期間内， 線通訊裝置之電力消H 程無 附圖說明 圖1所示乃係一遠程無線通訊裝置的方塊圖； 圖2所示乃係圖i tFS(:和SPI兩個方塊的詳細圖解。 理想具體實例的詳細說明 路處參理閱方圖上製通訊裝置1〇，係以傳統的積體電 積體電路。該遠程無線通訊裝置可 裝設：：呼叫器，細胞式電話機，雙向無線電•丄： 通訊裝置内。遠程無線通訊裝置u係由一電池電 供依應據電力“收發訊機12藉由天線14收發訊息。收 =頻率對輸入訊息進行降級轉換及解調 變μ在波k16上提供一基本頻帶資料。收發訊機 12的參考頻率疋由-可程式操控的頻率合& _提供。頻 率合成器18有數個接端，用以分別接收以工作頻率送來的 指令^賦能/失能指令，並提供PLL鎖定現況。圖中之頻率 合成器1 8係一PLL，可提供現況資訊，諸如一鎖定檢測信 號。 該基帶資料被送往訊息控制方塊2〇的一個輸入端。訊息 控制電路方塊20的一個輸出端是圖中之^“（現況及控制 匯流排）’用以將控制及指令信號提供至1/〇介面22。該 I/O介面22包括多個雙向暫存器及（或）通過緩衝器，用以 發送及接收各項择制及指令信號。訊息控制方塊2〇輸出的 指令信號中有·一種指令信號是一「收發訊機接通/關斷」

432312 五、發明說明（ο 控制信號，經由該I/O介面22耦合後傳送至收發訊機12。 該「收發訊機接通/關斷」控制信號之第一個數值是使收 發訊機12啟動工作’第二個數值是使收發訊機12停止工作 〇 CPU 28或使用之其他微控制器是遠程無線通訊裝置丨〇的 主控制器。CPU 28藉由一週邊匯流排（PBUS)與記憶體30交 互作用以存儲及擷取資料，指令與指示。記憶體3 〇的設計 結構是一 RAM，ROM或其他適用之儲存裝置。系統時計產生 器34使用一PLL對遠程無線通訊裝置1 〇提供系統時計信號 當遠程無線通 了使其開始操作 出指令及指示。 (SPI) 36被送往 作式介面》並包 ，以及控制暫存 寫記憶體，而各 體。各控制暫存 與相位變化，（i (i i i )構成操作（ 「連繫交換」操 方塊2 0功能型態 協定格式設計。 息期間所使用視 訊裝置1.0開機或進入一新的遊走區時，為 ’ CPU 28立即經由該pbUS從記憶體3〇中取 該等指令及指示藉由串聯之週邊介面 訊息控制方塊20 «SPI 36是一全面雙工操 括一些發射資料暫存器，接收資料暫存器 器。各發射資料暫存器的結構型態係一唯 接收資料暫存器的結構型態係一唯讀記憶 器的功能，包括（i)控制時計信號的極性 1)使發射協疋成為主動格式或從屬格式， 運算）協定（例如：CPlj中斷），（iv)執行 作，及（v)執行錯誤信號處理。訊息控制 是取決於使用人目前所在區域之特定訊息 例如，訊息協定會界定收發訊機12接收訊 窗的規格。接收訊息視窗可依需要以不同

第8頁 五、發明說明（5) 的週期發生’以檢查輸入的訊息’並每隔兩秒鐘重覆發生 。該項啟始程序或處理方式也可為頻率合成器18設定參考 頻率。CPU 28藉由SPI 38將一項指令（FS指令）送往頻率合 成器18。該FS指令被存入頻率合成器18，並按使用人遊走 區域對收發訊機12設定參考頻率。啟始程序完成後，遠程 無線通訊裝置10的所有組件（訊息控制方塊20除外），亦即 ·· CPU 28，記憶體30，PBUS，系統時計產生器34，SPI 36 ，頻率合成器18 ’以及收發訊機12，均被置於停頓狀態， 或失態狀態以降低電力消耗。但，訊息控制方塊2〇仍保持 其活性狀態，繼續按照被CPU 28啟始時訊息協定的規範執 行時序控制功能。 在接收訊息視窗期間内，遠程無線通訊裝置1 〇的部份電 路必須被喚醒或啟動操作以監測輸入的訊息◎但為降低電 力消耗計，必須減少該遠程無線通訊裝置1 〇中仍繼續在接 收訊息視窗期内操作的部份電路之數目。 本發明包括一頻率合成器控制器（FSC)，與卯1 38配合 操作以產生一FS接通/關斷指令，啟動及停止該頻率合成 器1 8之操作。在接收訊息視窗出現之前，該訊息控制方塊 20就會藉由SBUS將一指令傳送至FSC SPI 38 °FSC SPI 38

產生該FS接通及關斷指令，包括自内部各暫存器送來的資 料，時計及選通等信號，並藉由1/()介面22將該FS接通及 關斷指令送往頻率合成器18。該FS關斷指令使得頻率合成 器18得以提供該程式化前參考頻率至收發訊機12於該接收 訊息視窗期間達到鎖定狀態後，FSC SPI 38乃藉由I/O

432312 五、發明說明（6) ' 介面22將PLL鎖定狀態請求訊息傳送至頻率合成器以，頻 率合成器18立即可將一「鎖定」狀態信號經由1/()介面22 送回至FSC SPI 38 ’顯示頻率合成器PLL是否已在充份操 作且已鎖疋在所而要的頻率上操作。如果頻率合成器18並 未到達相位鎖定狀態’在此種情況下，該「鎖定」狀斧信 ，乃促使FSC SPI 38發送一鎖定檢測錯誤信號以中斷g ^ 器40 ’該控制器40隨即產生一錯誤中斷指令以啟動CplJ 28 °CPU 28藉由SPI 38完成介面連接後試行促成頻率合成器 18的錯誤回復操作。如果成功，即可在使用人的顯示器42 上提供一系統錯誤訊息。該項錯誤回復操作包括試行重新 又疋頻率合成器18的操作模式與頻率’並建立相位鎖定狀 態。 訊息控制方途20也將「收發訊機接通/關斷」指令以啟 動故發訊機12。收發訊機12與頻率合成器18係由接收訊息 現窗開啟時進入操作狀態。如收到任何訊息，即對該訊^ 進行降級轉換及解調變處理’使該訊息成為基帶資料並^ 置在波道1 6上。訊息控制方塊2 0監測波道1 6上是否出現任 何接收到的訊息在視窗顯示期間内如收到任何訊息，訊息 控制方塊立即產生一中斷指令，中斷控制器40的操作，由 該控制器40啟動CPU 28，記憶體30，PBUS，SPI 36，及系 統時計產生器34共同處理該訊息。該訊息藉由SPi 36送至 28，最後在遠程無線通訊裝置10的顯示器42上顯示出 來。 拯收訊息視窗消失後，訊息控制方塊2 0乃發送一「收發

第10頁 432312 五、發明說明¢7) 訊機接通/關斷」指令停止該收發訊機12的操祚。訊息控 制方塊ZU也經由SBUS發送一指令至FSC SPI 38以停止頻率 合成器18的操作、ςρτ 38自各内部暫存器中產生FS接 通/關斷指令並將該FS接通/關斷指令藉由I/O介面22送往 頻率合成罴1 ίϊ。該項FS接通/關斷指令停it前述之參考頻 ^ ’迨降低頻率合成器1 8的電力供應。在接收訊息視窗 顯示期間内，大部份時間上都不會收到訊息。因此，在大 部份接收訊息視窗期間内’亦即未收到任何訊息期間内， CPU 28，記憶體30，PBUS，SPI 36，系統時計產峰器；u， 及相關連之各項軟體指令保持非活性狀態，從而可降低消 耗裝置10中夹自電池的電力。 本發明訐可遠程無琛通訊裝置丨〇於接收訊息視窗期間内 監測是否有接收訊息，而無須啟動CPU 28 *記憶體30， ΡβΜ，SPI 36，系統時計產生器34 ’以及相關之各項軟體 才曰，。此等裝置可吸取大量電力。如果僅需啟動頻率合成 器18，則並無必要使用CPU 28 ’記憶體3〇，pMs，spi 於及^時計產生器34的運算及處理電力。藉由提 = FSC，"8中串聯週邊介面内的一項頻率合成器功 犯’即可達成對該頻率合成㈣的必要”而&#啟 =各組件:其他組件僅於實際㈣訊息後始被啟動操作。、 ?程無線通訊裝置1 〇能夠於接收訊息視窗期間 少、 =件的數目之方式保存電力並延長電池壽♦庫乍 秒鐘)操#，則本發明揭露的遠程/生週期(例如每隔兩 幻延程無線通訊裝置所能節省

五、發明說明（8) ' ---—--- 的電力就相當可觀了。 J下Ϊί閱圖2，所顯示者為FSC SPT 38之詳細電路方

Li有2‘…”BUS之匯流介面46部份。該匯流介 搞合至多工器48之第-輸出端。匯流介 面4 6亦忐夠將資料加載於 双於暫存器50内。暫存器50内的資料 叮控制匯流"面46和狀態機器52的操作， 關斷指令所雪l的龄叙β h 促択1 b按通汉 7厅而要的啟動及停止信號數值。狀態機器W之第 出：係耦合至多工器48的第二輸入端，而狀態機器52 ，第一輸出端係耦合至多工器48的一個控制輸入端◊多工 器48的輸出端與spi 54的一個輸入端耦合，spi 54的輸出 ，係與I/O控制器56的一.個輸入端。ϊ/〇控制器56的輸出信 號經由I/O介面22送往頻率合成器18。圖2中亦標有與圖1 中組件相同參考號碼之各組件，也會提供與圖1中各該組 件的相同功能。鎖定檢測器58藉由SMS從訊息控制方塊2〇 處接收一請求信號。頻率合成器I 8輸出的「鎖定」狀態信 號經由I/O介面22送回鎖定檢測器58，由其依上述方式將 鎖定檢測錯誤信號提供至中止控制器4 〇 ^ F S Γ S P丨3 8的操作程序，說明如后。訊息控制方塊2 〇將 一指令信號經由SBUS提供至狀態機52。如以下所述，該狀 態機52可控制多工器48傳送由匯流介面46傳來的PBUS上的 信號，或傳送由狀態機52送來的信號。在啟動過程中，訊 息控制方塊20將相關指令送至狀態機52，多工器48乃根據 該指令通過來自匯流介面46的信號。設定頻率合成器ig操 作型態時所需要的各種指令是由CPU 28通過PBUS及ffi流介

第12頁 -：：ί ο 五、發明說明（9) 面46和多工器48後送至SPI 54 °SPI 54透過I/O控制器56 及I/O介面22將該等操作型態信號傳送至頻率合成器18。 FS指令係被儲存在頻率合成器18之内，因而可就地設定所 需要的參考頻率數值。 頻率合成器18也能夠將狀態資料以及其他資料藉由〖/〇 介面22和I/O控制器56傳送至SPI 54。SPI 54隨後即將該 等狀態信號傳送至匯流介面46，再由該介面將信號經由 PBUS送回至CPU 28或記憶體30。 …

就在接收訊息視窗顯示之前，訊息控制方塊2 〇將一指令 送至狀態機52，指示其控制多工器48轉換成可接收通過狀 態機5 2送來的信號。狀態機5 2將F S接通/關斷指令送至s P I 54 ’由SPI 54將該指令經由I/O控制器56和I/O介面22傳送 至頻率合成器18。頻率合成器18啟動收發訊機12中預先設 定的參考頻率，使收發訊機1 2開始接收任何輸入訊息。訊 息控制方塊20藉由SBUS觸發一指令，用以檢查頻率合成器 18的PLL鎖定狀態如果頻率合成器的pLL是鎖定在參考頻 率’鎖定檢測器5 8就會顯示代表該項狀態的「鎖定i信號 。如果頻率合成器18的？1^未能鎖定在參考頻率上，則有 代表該未鎖定狀態的「鎖定」信號傳回至鎖定檢測器5 8 ，再由該檢測器通知中斷控制器4 〇產生一適當的中斷指令 信號送回CPU 28執行回復及錯誤處理操作。訊息控制方塊 於接收訊息視窗顯示期間内’繼續監視輸入的訊息。視 囪消失後，訊息.控制方塊2 〇即將—指令送至ρ g ς s p I 3 §， 依前述方式停止頻率合成器18的操作。

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五、發明說明（10) FSC SPI 38依據訊息控制方塊20送來的指令信號執行兩 種操作換式中之任一模式操作。方式之一乃是，fsc SPI 38以一串聯週邊介面裝置的方式傳送來自cpu 28的指令信 號，並對頻率合成器18啟動及執行錯誤回復處理以及接收 回送之狀態信號。第二種操作模式乃是，FSC SPI 38相當 於一頻率合成器控制器，啟動及停止頻率合成器18的操作 ，並檢查PLL的頻率鎖定狀態。該頻率合成器控制器能使 遠程無線通訊裝置1 〇於接收訊息視窗期間内監測任何輸入 讯息而不須使用c Ρ ϋ 2 8及相關功能方塊的全部且消耗電力 的處理功能。僅須於收到訊息時再啟動cpij 28。由址可知 ’在串聯週邊介面部份納入此項頻率合成器控制功能有助 於降低遠程無線通訊裝置10的整體電力消耗量。 狀態機器5 2利用内部邏輯功能及控制暫存器產生必需的 k料’地址及控制信號5〇 ’並讀出暫存器5〇送來的FS接通 /關斷指令信號後再響應於訊息控制方塊2 〇送來的指令將 該等讀出的指令信號寫入sp j 54。收到訊息控制方塊2 〇送 來的啟動FSC功能指令後，狀態機52即轉換多工器48的操 作模式使其通過狀態機送來的信號。狀態機52發送一部份 FS接通/關斷控制信號使頻率合成器丨8與81^ 54構成連繫 父換式操作關係。SPI 54隨即送出回答信號，讓狀態機52 知悉SPI 54何時準備接收更多的FS接通/關斷控制信號。 F S接通/關斷控制信號一羥送出 頻率合成器1 8立即展開 至 另 全部操作，於接收訊息視窗顯示期間内將參考頻率提供 收發訊機1 2。.接收訊息視窗消失後，訊息控制方塊2 〇將

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Claims (1)

1. ^32312 六、申請專利範圍 1. 一種精體電路，包括： 一微控制器，具有一個輸出輕合至一匯流排； 一訊息控制電路，具有第一接端耦合至上述匯流排， 第二接端耦合方式係用以接收資料信號，第三接端係用以 提供指令信號：及 一頻率合成器控制電路，具有第一接端耦合至上述匯 流排，第二接端耦合方式係用以接收來自訊息控制電路的 指令信號，第三接端係用以提供頻率合成器控制信號。 2. 根據申請專利範圍第1項之積體電路，其中之頻率合 成器控制電路包括： 一狀態機器，其一輸入端耦合的方式是用以接收訊息 控制電路輸出的指令信號；及 一多工器，其第一輸入端耦合至上述匯流排，其第二 輸入端係耦合至上述狀態機器之第一輸出端，其控制輸入 端係耦合至該狀態機器之第二輸出端，而其輸出接端之一 則耦合至該頻率合成器控制電路之第三接端。 3. 根據申請專利範圍第2項之積體電路，其中之頻率合 成器控制電路另亦包括一串聯週邊介面電路，其第一接端 係耦合至該多工器之輸出端，其第二接端係耦合至該頻率 合成器控制電路之第三接端。 4. 根據申請專利範圍第1項之積體電路，另亦包括： 一接收機，有一輸入端係用以接收發射之實訊；有一 輸出端係耦合至上述訊息控制電路的第二接端；及 一頻率合成器，其中有一輸入端係耦合成可以接收上

   第16頁 六、申請專利範圍 述頻率合成器控制信號，有一輸出端係用以將一參考頻率 提供至該接收機的控制信號輸入端。 5. —種無線通訊裝置_，包括： 一接收機，具有輸入端耦合用以接收發射之資料； 一頻率合成器，具有一輸出端係用以提供一參考頻率 至該接收機之一個控制輸入端； —微控制器1具有一輸出端係耦合至一匯流排； 一訊息控制電路，具有第一接端耦合至上述匯流排， 其第二接端係用以接收發射的資料，而其第三接端係用以 提供各種指令信號；及 一頻率合成器控制電路，具有第一接端耦合至上述匯 流排，第二接端係用以接收上述訊息控制電路送來的各種 指令信號，且第三接端係用以對上述頻率合成器的一個輸 入端提供頻率合成器控制信號。 6. 根據申請專利範圍第5項之無線通訊裝置，其中之頻 率合成器控制電路包括： 一狀態機器，有一輸入端係用以接收訊息控制電路送 來的各種指令信號；及 一多工器，其第一輸入端係耦合至上述匯流排，其第 二輸入端係耦合至該狀態機器之第一輸入端，該多工器之 一個控制輸入端係耦合該狀態機器之第二輸出端，其一個 輸出端係耦合至該頻率合成器控制電路之第三接端。 7. 根據申請專利範圍第6項之無線通訊裝置，其中之頻 率合成器控制.電路另亦包括一串聯週邊介面電路，其第一

   第17頁 六' 申靖專利範® 接端係耦合至該多工器的輸出端，其第二接端係耦合至上 述頻率合成器控制電路的第三接端。 8. —種用以控制一頻率合成器的方法，包括： 經由一匯流排提供由來自一微控制器的第一控制信號 » 提供來自一狀態機器之第二控制信號； 根據一指令信號，選擇第一控制信號或第二控制信號 以提供選定之控制信號；及 將選定的控制信號傳送至該頻率合成器的一個控制輸 入端。 9. 根據申請專利範圍第8項之方法，另亦包括下列步驟 監測各視窗間隔週期之定時狀況以接收一發射資料； 及 選擇第二控制信號以使頻率合成器在視窗出現之前提 供一參考頻率據以接收發射之資料。

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