TWI250442B - Embedded oscillator for USB device and method for generating frequency signals thereof - Google Patents

Description

1250442 五、發明說明（1) 一、 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種供USB裝置所使用之内建振盈器， 特別是關於供USB裝置所使用之高精確度内建振盪器電 路。 二、 【先前技術】 USB介面已成為目前電腦週邊設備廣泛使用的連接方 式，透過USB介面，許多電腦週邊設備，例如顯示器、鍵 盤、印表機、掃描器、投影機、擴大器、耳機、磁碟機、 光碟機等，均可與電腦建立資料交換的管道，極為便 利。USB介面控制器乃成為一種重要的消費性電子產品。 由於USB介面為一種通信介面，透過USB介面連結至電 腦的週邊設備，如何與電腦達成資料傳輸與接收的同步， 乃是設計上相當重要的問題。為達成此一目的，在USB控 制器内建振蓋器，並依其振盪信號，與電腦設備達成同 步，即為一種常用的方式。不過，由於USB介面控制器為 相當簡單、低價之電路產品，使用在該電路内之振盪器自 然也不可能是高精確度的振盪器電路。因此，如何校正該 振盪器之振盪頻率，以達到精確的程度，成為USB介面控 制器產品設計上一大課題。 除此之外，USB介面控制器的内建振盪器在製程當 中，極易受到製程條件，例如溫度等因素影響。結果，所 製成之振盪器，精確度仍待校正。否則無法直接加以應 用〇

1250442 五、發明說明（2) 三、【發明内容】 本發明之目的乃在提供一種新穎的USB裝置用内建振 盪器電路，該振盪器可提供精確之頻率信號。 本發明之另一目的也在提供一種不需複雜的電路，即 可達成之高精確度USB裝置用内建振盪器。 本發明之目的也在提供一種利用簡化的線路及計算即 可達成的高精確度振盪器。 依據本發明之USB裝置用内建振盪器，係供USB介面控 制器或其他連結USB介面之控制器使用，而包括： 一個振盪信號產生器，用以產生特定頻率之振盪信 號； 一個計數器，用以接收由USB介面送來之同步信號， 及該振盪信號產生器之振盪信號，並依據該同步信號，及 在一特定週期内，該振盪信號產生之次數，計算一單位時 間長度； 一振盪信號調整電路，用以依據單位時間長度，調整 該振盪信號，及 一頻率信號產生器，依據經調整之振盪信號產生一頻 率信號，加以輸出。 在本發明之一實例中，該USB介面之同步信號為USB Hub所送出之匯流排同步信號。在本發明另一實例中，該 單位時間為該振盪信號產生器之振盪信號週期。在本發明 另一實例中，該頻率產生器包括一輸出頻率微調模組，用 以產生一 kdivl6頻率信號及/或一 kmod8頻率信號，及一

1250442 五、發明說明（3) 半週信號產生模組，用以產生一半週信號。 四、【實施方式】 以下以實例說明本明之USB裝置用内建振盪器。 第1圖表示本發明USB裝置用内建振盪器之電路方塊 圖。如圖所示，本發明是一種可以内建在USB介面控制 器，或其他連結USB介面之控制器電路之頻率信號產生電 路，該振盪器電路（10)具有： 一個振盪信號產生器（1)，用以產生一振盪信號； 一個計數器（2)，連結該振盪信號產生器（1)及一 USB 介面（5)，用以接收來自USB Hub (未圖示）之同步信 號，及該振盪信號產生器（1)之振盪信號，並據以計算 一單位時間長度；一個振盪信號調整電路（3)，用以依 據該單位時間，調整該振盪信號；及一個頻率信號產生器 (4)，用以依據該調整後之振盪信號，輸出一頻率信 號。 在本發明所使用之振盪信號產生器（1 )，可以是任 何可以產生一頻率信號之信號產生器。一般而言，利用一 組環形振盪器（RC Osci 1 lator)即可持續產生一串穩定 之振盪信號，且其製作成本低廉，設計簡單，適合作為 USB介面控制器之内建振盪器電路使用。其他各種類型之 振盪電路，均可適用在本發明，只要其製作成本合宜，頻 率穩定即可。這種振盪電路之精確度如何，則非所問。 計數器（2)之電路，需能執行本發明所需之單位時 間長度計算。該計數器（2)連接該USB介面（5)，用以

!25〇442 .........................〜〜_ ,.,--- -- ^ —~~~~----— 五、發明說明（4) 接收來自USB Hub之同步信號（D+，D_)。並連接該振皇信 號產生器（1)，以接收其振盡#號。該計數器（2)所接 收之同步信號，可為任何適用之同步信號，只要具有穩定 之頻率，且與該之工作頻率維持穩定的關係即可。一般而 言，由USB Hub送到各USB裝置之匯流排同步信號（Bus timing signal)，即可適用。在此情形下，該計數器 (2)可取每一封包（packet)之前導同步列資料攔 (SYNC f i e 1 d)的週期信號，作為該同步信號使用。該週 期信號的週期為1 _ 3 3 a s，極為穩定，且與該u S B H u b之工 作頻率有關，足以作為本發明之計算基礎。 该计數器（1)取得該同步信號後，在一週期内計算 該振盪信號產生器（1)所產生之振盪信號個數（k_cnt) 叶算每一個振盪信號的週期，作為單位時間長度。例如， 以上述同步列資料欄之週期作為同步信號時，如該振盪電 路（1)為100-140MHz之振盪頻率，則每133// s之週期 内，可產生1 3 2到1 8 5個振盪信號。這時每一個振盪信號的 週期（Trc)約為7. 19 ns— 1 〇· 〇8 ns。第2圖即顯示本發 明之頻率信號計算示意圖，圖中上半部即顯示可利用在本 發明之USB Hub同步信號與振盪信號及單位時間長度關 係。使用其他同步信號，或使用其他振盪信號產生器之情 形下，其波形及時間關係當有所不同，自不待言。 計算出單位時間Trc後，該振盪信號調整電路（3)即 依據該單位時間Trc之長度，計算出產生頻率信號所需之 各種參數。例如，設計之目標頻率為6MHz時，每一個頻率

第10頁 1250442 五、發明說明（5) 信號之週期即為1 66. 6 ns。依據上述Trc，即可簡單計算 出每一目標頻率信號週期與該單位時間T r c之關係。該振 盪信號調整電路（4)依該單位時間Trc長度及該目標頻率 信號週期，計算出產生目標頻率信號所需之參數，包括： kdiv\6 = k_cnt[l: 4] ^:mod8 = k _cnt[3 \ 1] half -k_cnt[0] 第2圖之下半部即顯示本發明產生頻率信號所需參數 與目標頻率信號之關係。圖中顯示，若要產生6MHz頻率信 號，所需使用之各種參數，可由上述方式計算得出。 該頻率信號產生器（4)具有一輸出頻率微調模組 (41)及一半週信號產生模組（42)。輸出頻率微調模組 (41)接收該振盪信號調整電路（3)所產生之目標頻率 有關參數，例如k d i v 1 6參數及該k m 〇 d 8參數，以產生一 kdi vl6頻率信號及一 kmod8頻率信號。該半週信號產生模 組（42)則接收該半週信號，以產生一半週頻率信號，而 輸出該目標頻率信號。 以下說明本發明USB裝置用内建振盪器之工作流程。 第3圖即表示本發明USB裝置用内建振盪器之工作流程圖。 如圖所示，於（301)及（3 0 2)該USB Hub產生一串同步 信號（D +，D _)，而該振盪信號產生器（1)則產生一串振 盪信號。於（3 0 3)該計算器（2)依據該同步信號之週期 (如1 · 33// s)，計數該週期内所收到之振盈信號個數 (k_cnt)，並於（3 0 4)計算出該單位信號Trc之時間長

1250442_ 五、發明說明（6) 度。於此，該單位時間可為該振盪信號之週期。於 (3 0 4)該振盪信號調整電路（3)依據一目標頻率之週 期，及該單位時間T r c，計算產生目標頻率信號所需之參 數（kdivl6、kmod8、half)。於（305)該頻率信號產生 器（4)則依據該振盪信號調整電路（3)產生之參數及振 蘯器（1)之振盪信號，產生正確之頻率信號。 如上所述，本發明之USB裝置用内建振盪器可以利用 簡單的計算，調整該振盪信號產生器之振盪信號頻率，而 產生具高精確度之頻率信號。該頻率信號是以USB Hub之 同步信號為基準，因此可以具有高度的精確度。結果，本 發明並不需使用高精確度之振盪器，即可達到產生高精確 度振盪信號的目的。通常而言，内建環形振盪器最慢的頻 率約為100MHz，其最大誤差為1.5MHz*Trc*0.5 = 0.75%，足 供各種USB介面控制器或連結USB介面之控制器使用。 本發明雖然以USB介面及USB Hub所發出之同步信號為 例，加以說明，但此行業之人士均知，本發明並不限於 USB介面。其他可以產生穩定之同步信號之介面，也可以 使用在本發明。 在本發明下，微控制器内建的振盪器不需是高精確度 的振盪器，也可產生高精確度的頻率信號。該振盪器雖經 製程及應用環境影響，但本發明之振盪器電路之頻率信 號，則不受到影響。此外，微控制器也可不必使用專用接 腳，長時間連接外部時鐘信號，作為微調之依據。不但可 以減少製作成本，且可以減少控制器之接腳數目。實為難

第12頁 1250442 圖式簡單說明 【圖示簡單說明】 第1圖表示本發明USB裝置用内建振盪器之電流方塊 圖。 第2圖即顯示本發明之頻率信號計算示意圖。上半部 顯示可利用在本明之USB Hub同步信號與振盪信號及單位 時間長度關係。下半部顯示本發明產生頻率信號所需參數 與目標頻率信號之關係。 第3圖即表示本發明USB裝置用内建振盪器之工作流程 圖。 【主要元件符號說明】 1 振盪信號產生器 2 計數器 3 振盪信號調整電路 4 頻率信號產生器 5 USB介面 18 振盪器電路 41 輸出頻率微調模組 42 半週信號產生模組

Claims (1)

1250442_ 六、申請專利範圍 1. 一種USB裝置用内建振盪器，係供USB介面控制器或其 他連結USB介面之控制器使用，包括： 一個振盪信號產生器，用以產生特定頻率之振盪信 號； 一個計數器，用以接收由USB介面送來之同步信號， 及該振盪信號產生器之振盪信號，並依據該同步信號，及 在一特定週期内，該振盪信號產生之次數，計算一單位時 間長度； 一振盪信號調整電路，用以依據單位時間長度，調整 該振盪信號，及 一頻率信號產生器，依據經調整之振盪信號產生一頻 率信號，加以輸出。 2. 如申請專利範圍第1項所示之USB裝置用内建振盪器， 其中該USB介面之同步信號為USB Hub所送出之匯流排同步 信號。 3. 如申請專利範圍第1項所示之USB裝置用内建振盪器， 其中該單位時間為該振盪信號產生器之振盪信號週期。 4. 如申請專利範圍第1項所示之USB裝置用内建振盪器， 其中該頻率產生器包括一輸出頻率微調模組，用以產生一 kdivl6頻率信號及/或一 kmod8頻率信號，及一半週信號 產生模組，用以產生一半週信號。 5. —種USB介面裝置用内建振盪器之頻率信號產生方 法，包括： 自USB Hub接收一串同步信號；自一振盪信號產生器

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