TW523990B - Clock-pulse generator unit, especially used for USB-device - Google Patents

Description

523990 五、發明説明（1 ) 本發明是有關於時脈產生單元，尤其是USB裝置之使 用有關。根據USB規格對於資料傳送速率必須遵守某種 準確度。在全速模式（Full-Speed-Model)中要求+/-0.25%的 準確度。此種準確度只有經由時脈的準確度達成。因此， 此所使用的時脈還必須具有高的準確度。當然此USB匯 流排不包括明顯的時脈線路。因此每一個裝置必須設有自 己的時脈產生器。若不能達成用於時脈信號的準確度，則 此裝置不能與USB相容一致。 時脈信號通常具有在晶片上產生的電路，其中可以達成 + /-3%的準確度。爲了提高準確度而爲熟知的是使用額外 的石英，此種石英振盪器電器例如是由Tietze，Schenk所 著由Springer出版社於1 999年11月所出版之”半導體電 路技術”之第910頁的內容而爲熟知。此石英單元因此是 作爲外部構件而實施。當然，對於多項使用而言須要或値 得期望所有的構件在晶片上。當使用外部的石英時，在晶 片上須要一個或兩個額外的接腳（pin)，其通常非所期望並 且產生額外的成本。另一個問題是石英的大小，其例如在 晶片卡中應該或許可以不超過800微米（// m)的厚度。以 石英是不可能遵守此預設之規格。 因此，本發明之目的是說明一種時脈產生單元，其產生 具有特別準確度的時脈信號。然而即使沒有石英單元也可 以實施。 此目的是藉由一種時脈產生單元而達成，其具有 -內部時脈產生器，其產生具有內部時脈頻率之時脈脈衝， 523990 五、發明説明（2 ) 其大於或等於穩定時脈信號之額定時脈頻率， -脈衝計數器，其與內部時脈產生器連接，並且經由同步 信號，而可設定於起始値中， -脈衝數記憶體，在其中可將在前述同步信號之脈衝之間 所產生之時脈脈衝之總數儲存作爲實際値，以及 -脈衝濾波器，其確定由此在脈衝數記憶體中所儲存的數 目，以及由所產生之時脈信號所過濾出之脈衝數目之時 脈脈衝之固定之額定數，並且須將所產生的時脈信號過 濾，使得可以獲得相對應此額定數之數目的時脈脈衝作 爲穩定的時脈信號。 此根據本發明之時脈產生單元之功能，由於根據USB 規格以規律的間隔（在全速模式中例如每毫（1 (T2)秒）傳送同 步脈衝，其中此同步信號之頻率所具有之準確度較資料傳 送速率所要求的準確度高得多。由此同步信號脈衝之固定 之間隔與所期望之額定頻率而確定在兩個同步信號脈衝之 間時脈產生器必須產生多少個時脈脈衝。藉由比較脈衝之 額定數目與兩個前述同步脈衝之間的脈衝實際數目而可得 知，實際時脈頻率從額定時時脈頻率偏差多少。藉由從內 部所產生的時脈信號過濾掉多餘的脈衝而可將實際時脈頻 率降低至所須額定時脈頻率中。 在有利的配置中，不但可以將介於兩個前述同步信號之 間之脈衝數目算出，而且形成週期之間的平均値。因此更 進一步的降低頻率之振盪寬度。 有利的是根據本發明之時脈產生單元是與像是技術、溫 -4- 523990 五、發明説明（3 ) 度或電流流量等參數無關。因此可以節省用於遵守製造公 差（tolerance)之昂貴的措施。 根據USB規格此準確度之準確度較所須穩定時脈頻率 之準確度，以大於5之因數（Factor)而更準確。因此對於 其餘成份之調整保持足夠大的變化範圍。 此外，當關於在穩定時脈信號中之內部穩定時脈信號， 其頻率以分成數字等級的方式大於操作時脈信號之額定時 脈頻率時，則對於準確度有利。因此設有頻率分割器 (devider)，其由內部穩定的時脈信號產生具有上述額定時 脈頻率之操作時脈信號。 當此脈衝數記憶體及/或同步解碼器之輸出信號及/或信 號解碼器之輸出信號之値被回饋至內部時時脈產生器中並 且此內部時脈產生器之頻率可進一步調整時，則產生進一 步的優點。 本發明其他的細節與配置是在申請專利範圍附屬項中說 明。 本發明以下根據實施例作進一步說明。 圖式之簡單說明 第1圖根據USB標準之兩個裝置之連接。 第2圖是時脈產生單元之第一簡單實施例之方塊圖 (block diagram) ° 第3圖是第2圖之時脈產生單元之第二延伸實施例之方 塊圖。 此USB連接是根據第1圖介於兩個裝置之間實施，其 523990

五、發明説明（4 ) 中一個稱爲USB-HOST(主）1，以及另一個稱爲USB-裝置 2。此USB-主1所扮演的角色例如是個人電腦（PC)或集線 器(HUB)。作爲USB-裝置2可以同樣使用集線器(HUB)或 例如是Tastatur、Maus，掃瞄器，或者還有晶片卡。除了 具有5伏特之連接以及接地連接之外，設有兩個資料線路 D +與D-。藉由此兩個資料線路D +與D-，而在USB-HOST(主）1與USB-裝置2之間進行資料交流。根據實際 情況（像是此u S B -裝置2之電流需求之大小），經由匯流排 連接或經由本身之電壓供應而供應電壓。 根據USB規格是不設有時脈線路。因此每一個USB裝 置必須具有本身的時脈產生器，其（如在說明書之序言中 所詳細說明）必須考慮到高準確度度之要求。爲了將USB-HOST(主）1與USB-裝置2之間的資料交流同步，此USB HOST(主）1在全速模式中在1毫秒（ms)的間隔中發出同步 信號。其全速模式中具有0.05%之準確度。 第2圖說明USB-裝置2之時脈產生單元，其運用所接 受之高準確度的時脈信號，以操控內部產生的時脈信號， 以便達成資料傳送率所要求之準確度。 內部時脈產生器11產生不穩定之時脈信號12,其頻率 高於所力求達成之穩定頻率。爲了由此不穩定的時脈信號 12得到穩定的時脈信號13，而在脈衝濾波器14中抑制各 個脈衝。爲了獲得必須抑制多少時脈的資訊，而算出在同 步信號16之兩個脈衝之間所產生之不穩定時脈信號12的 總數，並與額定脈衝數目比較。 -6- 523990 五 '發明説明（5 ) 同步解碼器15將輸入信號3解碼成在資料線路D + /與 上的同步信號16。藉由同步信號16的脈衝，將脈衝計 數器1 7重設（reset)。然後它藉由不穩定時脈信號1 2之時 脈而高的估算。同時以脈衝計數器17之重設，將目前計 數器之內容寫入於脈衝數記憶體1 8中。此在脈衝數記憶 體中所存在之値因此被寫入時脈脈衝之總數1 2(其介於兩 個上述同步脈衝1 6之間所產生）。此脈衝數記憶體1 8是 與脈衝濾波器14連接，因此脈衝濾波器14可以算出，在 額定脈衝總數與在上一個週期中所產生脈衝總數之間的差 異有多大。而將此總數之脈衝由內部時脈信號12過濾掉 。當此內部時脈產生器11之時脈頻率在兩個同步信號週 期之期間保持相同時，此在脈衝濾波器14之出口上之頻 率因此在第2週期中準確地對應於此額定頻率。 此脈衝濾波器14之輸出信號（因此是此穩定的時脈信號 13)是以有利的形式在基本上高於所須的時脈信號20並且 以分成數目等級的方式存在。藉由頻率分割器19而獲得 此最後所須的操作時脈信號20，其在USB全速中的頻率 是12MHz。當此頻率計數器19是以4:1的比例實現時， 則此用於穩定時脈信號之額定頻率是48MHz。然後此具有 12MHz之操作時脈信號20被供應至同步解碼器15與資料 信號解碼器21。 爲了說明本發明而將以上所開始的數字的例子繼續進行 。若此不穩定時脈信號12之頻率向上偏離3%，因此產生 的頻率爲49·44ΜΗζ。在1毫秒（ms)的同步信號週期間因 523990 五、發明説明（6 ) 此產生49,440個時脈信號，在此期間相對應於48,000個 額定時脈脈衝數48,000之頻率爲48MHz。因此有利地在 相同的期間中必須有1，440個脈衝被抑制去除。因而在此 情況中大約每34個脈衝被過濾去除。 此時資料信號解碼器21借助於12MHz之額定時脈頻率 ，將此經由線路D +與D-而施加的輸入信號3解碼，並且 產生作爲解碼之輸出信號22用於繼續加工處理。 此資料之發出當然同樣地使用相同的1 2MHz之穩定的 時脈頻率下實施。 在第3圖之延伸的實施例中配置內部時脈產生器3 1可 作進一步的調整。在使用同步信號16以及此在脈衝數記 憶體1 8中所儲存的値之下，或是使用資料信號解碼器21 的輸出信號之下將此由內部時脈產生器31所產生的頻率 進一步的調整。因此此介於不穩定時脈信號12與穩定時 脈信號13之間的差異從一開始在基本上較小。 此調整行爲之改善之進一步的可能性在於，不僅可以算 出先前同步信號週期之脈衝總數，而且可以形成在多個先 前週期之間的平均値。因此，此所產生脈衝總數的極端値 在基本上較少。 明顯的，本發明並不受限於USB全速模式，而是還可 使用於低速模式中。當然在此所要求之準確度1.5%在基 本上較容易達成。 此外，只要有足夠準確的同步信號使用’則本發明可使 用於其他的應用中。 523990 五、發明説明（7 ) 符號之說明 1 USB-主 2 USB-裝置 3 輸入信號 1 1;31 內部時脈產生器 12 不穩定時脈信號 13 穩定時脈信號 14 脈衝濾波器 15 同步解碼器 16 同步信號 17 脈衝計，數器 18 脈衝數記憶體 19 頻率分配器 20 操作時脈信號 21 資料信號解碼器 22 輸出信號 -9-

Claims (1)

1. 523990 六、申請專利範圍 1. 一種時脈產生單元，其特徵爲具有 -內部時脈產生器（11; 31)，其產生具有內部時脈頻率 之時脈脈衝（1 2)，其大於或等於穩定時脈信號之額定 時脈頻率， -脈衝計數器（17)，其與內部時脈產生器（11 ; 31)連接 ，並且其藉由同步信號（16)而可設置於起始値中， -脈衝數記憶體（18)，此介於前述同步信號（16)之脈衝 之間所產生的時脈脈衝之總數，可儲存作爲實際値， -脈衝濾波器（14)，其確定此在脈衝數記憶體（18)中所 儲存之數目，以及由所產生的時脈信號所過濾出之 脈衝數目之時脈脈衝之固定額定數，並且須將所產 生之時脈信號912)過濾，使得可以獲得相對應此額 定數之數目之時脈脈衝作爲穩定之時脈信號（13)。 2. 如申請專利範圍第1項之時脈產生單元，其中 此脈衝數記憶體（1 8)包含在兩個上述同步信號（1 6)之 脈衝之間所產生時脈脈衝之總數。 3. 如申請專利範圍第1項之時脈產生單元，其中 此脈衝數記憶體（1 8)包含在多個前述之同步信號（1 6) 之脈衝之間所產生時脈脈衝之平均數。 4. 如申請專利範圍第1項之時脈產生單元，其中 此同步信號（16)藉由同步解碼器（15)由輸入信號（3)算 出，並且此穩定時脈信號（13)與同步解碼器（15)連接。 5. 如申請專利範圍第1項之時脈產生單元，其中 此同步信號（16)是根據USB規格所設之同步信號。 -10- 523990 六、申請專利範圍 6.如申請專利範圍第1項之時脈產生單元，其中 此在脈衝濾波器（14)輸出上之穩定之時脈頻率（1 3)以 數字等級的方式大於所須之操作時脈信號（20)之額定頻 率，其中設有頻率分割器（19)，其將操作時脈信號（20) 藉由分配，由在脈衝濾波器（14)之輸出上的穩定之時脈 信號（13)產生。