TWI312237B - - Google Patents

Description

1312237 r 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明疋屬於種振盪器之頻率校正裝置及其方法， 特別有關於—種用於USB介面的内建式振盪器之頻率校正 裝置及其方法。 【先前技術】 在傳統的裝置上，如鎖相迴路（phasek)ekkx^ _ 架構，係無法對USB資料傳輸規格中資㈣ • 之位it率（bit-rate)進行栓鎖同步的目地。因為鎖相迴路 f要較長且連績的輸入參考時間（inputreferenceci〇ck) 來達到鎖定，固其需要冗長的鎖定時間（L〇cktime)，且所 財的電路必_確’否則易造成時脈上的誤差，以造成 對參考信號誤取的可能。

而美國專利號 US6, 4G7, 641 AUTO-LOCKING OSCILITOR FOR DATA COMMUNICATION係揭露了改善上述問題的技術。 請參閱第-圖習知技術之自動校正振盈器之功能方塊圖， • 其中主要包括調整電路1G1及振Μ⑽。資料流分析模 M 1G4由輸人端112及輸人端116分別接收—資料流及一 日夺脈訊號。資料分析模組送出控制信號c控制粗調電路 106,另輸出控制錢F控制微調電路1〇8。然後粗調電路 106再送出控制信號C1給振盪器1〇2以調整振盪頻率， 微調電路108係輸出控制信號F1給振i器i〇2以調整振 頻率。最後振盪器102輪出及回授其調整好之頻率。又 雖然美國專利號US6, 407, 641所揭露的技術改善了 知的問題，但其中於粗調電路丨06之處理程序中仍需要四 1312237 個位元的輸入參考資* 亦需枓，而於微調電路108之處理程序中 需要去魏冗長參考資料，所以該專利之技術仍 號。且其亦需配傳明封包資料來作為參考信 _降彳崎參考⑽誤取料能。 【發明内容】 之頻ίίΪΪ置;系提供一種介面内建式振盈器 計數誤差的動Ϊ 亦不^使用高頻的時脈去做 資料來作為來考作二f去計數冗長的主機端封包 本發明係St，㈣參考信號誤取的可能。 裝置，包括-延遲鎖定、口 面内建式振蘯器之頻率校正 弟除頻器及—第二除頻器 振羞盗、 收- USB參考信號及 用疾差比較模組接 (DLL)所提供之— 杈彳5 5虎，並根據延遲鎖定迴路 著由計算模組計算該量刀化^的參考信號來輪出-量化值。接 量化碼，然後振蘯器根據量量化值轉換為-而振盪器之振盪頻率钚 馬調正振盪器之振盪頻率。 f組，同時振盈器之^頻回授至誤差比較 _率校正之信號輪出。 —除頻器除頻後提供— 本，明再提供一種咖介面内建 工\:!：括一延遲鎖定迴路(DU)、-:#差之頻率校正 二：、-轉換單元、-計算模挺、、：模組、-多 咖參考信號及 用誤差比較模組比較— 而多工量化器根據延誤差信號， 扣i、之時間分段的參考 1312237 :號：fr,化，並輸出-量化值及-運算參考信 轉換單70接收量倾並將量化值數位化，再藉 接？1算參考信號及數位化後之量化值，並且經 二1化碼運算後輸出—第二量化碼。然後振盛器 据湯瓶专i化碼來5周整該振靈器之振盪頻率。而振盪器之 時振ϋ 第一除頻器除頻後回授至誤差比較模組，同 校正之信號輸ί 第一除頻器除頻後提供一經頻率 方半本另提供—種USB介面内建式振蘯器之頻率校正 著利用一時間分段的炎者考W及一回授信號。接 W㈣參考U來將該USB參考信號及該回 時間料量化後，再運算 ί 後之結果轉換為一量化碼。最刪^ 1化碼杈正一振盪态之振盪頻率。 丁上所^卩由本發明之技術可使元件之内部脈 (_internal/〇Ck)與咖主機端之資料率（Data rate)信號 同步’使純在詩封包的傳輪過財， 將u 時脈誤差群觀至則、的1%簡，而得以確定^^ 穩定性。另本刺係不需制輕石英 喊 如此便可縮小外部面積，且節省了科成本，通 訊傳輸領域上’亦提供良好的撰擇性。 Μ犯的通 為使能更進-步瞭解本發明之特徵 ” J有關本發明之詳細說明與附圖，然而所=式二提 供參考無_，並翻㈣本翻加以限制。 【實施方式】 請參閱第二圖本發明頻率調整時機之時序示意圖‘ 1312237 USB low speed 1. 1之傳輸規格中，每當USB主機端之同 步（synchronization，SYNC)信號進入時，將可得到一個完 整的位元率（bit-rate)大小，以此作為參考信號，與^ 元件端進行誤差時間ΛΤ的計算，得出兩信號之時脈誤 差’然後於下-個信號中，行調校（tuning)，導正 其頻率使信號同步。 接著請參閱第三圖本發明頻率校正裝置之功能方塊 ▲圖。，當外接域端之參考錢資料輸人時，會先進入 秩差比較模組302，而誤差比較模組3〇2將截取其資料位 元率大小，然後與由元件端之振盪器3〇5經第一除頻器3〇6 除頻後之回授信號AT進行頻率誤差之時間比較，進而求得 之誤差時間係藉由延遲鎖定迴路3Q1提供之時間分段的參 考仏號MP來計數及量化，以輸出量化值恥。其中 八 ，的參考信號MP係為若干細微分時點之參考信號，誤丄： 較模組302利用時間分段的參考錢Mp其报細微的時間， 如時鐘般，以計數誤差時間的大小並量化之。 斗」妾著不同誤差時間所產生之量化值施，都將被傳送至 換為:量化碼咖。而缝器305接收量化

St:’：頻至正確位置，然後調整後之頻率經第 二 頻後輸出回授信號AT給誤差比獅 冋時調整後之頻率經第二除頻$ 3〇7除頻 ^ usb元件端。另外控制單元3G4係㈣ 協调糸統中各模組間的動作，當USB主機端之同步 (^ynChr〇nizati〇n, SYNC)信號傳入時，則以控 來啟動誤差比較模組3〇2。而將誤差比較模繞咖 1312237 ^化後，計算模組303的動作時機，將由㈣㈣ct 來〇知。此外’控制單元304亦控制第一除頻哭 靡之除頻時機，及信號上的抓取時間，來確保 μ料的正確流通性。 動运^ ^ t明如何產生上权細微分時點之參考信號來計 =誤差㈣ΛΤ，係為❹延遲鎖定迴路⑽⑽心叩， )的方式，來產生時間分段的參考信號 MP^ult-phase)，得以用低頻之時脈，來獲得極為細小之 ，間因此可避免使用高頻之時脈去計時。❿DLL所產 生为時之一個區段時間的公式為： σΤ = 一 * f Να ------(1) 其中7為預分時之cl〇ck頻率，施為分時點數目，因 此所計异誤差時間的公式則為： ΔΓ Ν\>*στ ------ (2) 所以一個細微區段之時間σΓ，我們則定義為分辨率 (resolution) ’ 現在 use i〇w Speecj 1. 1 之資料位元率為 1. 5MHz即打脈為666. 67ns。若系統規格要求之時脈誤差 ，小於1%，誤差率，為了安全起見，輯上可將分辨率設 定在1/2誤差率，即為0.5%，等於3.33ns。請參與第四 圖本發明延遲鎖定迴路之設計示意圖所示，假設DLL使用/ 為6MHZ之頻率，如為50個分時點。如公式（1)，則將可 以產生^ 33ns之細微時間，因此由誤差比較模組3〇2所得 到=同転度之誤差時間Λτ，對應出額之量化值他（ 分枯點），如公式（2)。 描、、悬到量化值外後，即可經過計算模組303轉換為 ^ 可接收的量化碼NC〇DE。而在計算模組3〇3的 I312237 設計上即要與振1器3G5配合著設計，因此振i器廳接 收到名人變換的畺化碼NCODE後，則會改變原來頻率至與usb ，，端同步的頻率值。請參㈣五圖本發明較佳實施例之 冲异模組與振ill對應辑表所示，我們可以建立起所對 應的設計表格，其分辨率為G 5%，假設振蘯器咖初始 oscillator initial)之中心頻率為12MHz，計算模組3〇3 為6一，則所對應的中心量化碼NC0DE 疋1〇_，然後所對應的振盪器305最高與最低的頻率分 別為卿崎⑴⑴及⑺·咖z(_啸 圍百分率L15.5%’是以在這段區間内的1 =率Cl將可修正至1%以内。而上述之振盡請初 係不限定為12,，且配合量化碼請E的 位兀數之4，可設定誤差範圍百分率之範圍， 分率範圍内的頻率變動量之誤差率，都將可修正至 第六序圖。如 ΛΤ ^ 凡什鲕的振盪益305之頻率回授传 唬產生了誤差，時脈寬度為712ns，與USB主機端二1 料輸入的位元初.施）差距為誤差率6暑當 動系統迴授機制’首先信號會先經過誤差 比較杈組302销兩個信號之誤差時間δτ。因 升（rising)誤差時_T1=25ns，及 噴，.，。然後經過延遲鎖定迴路3〇1 = 日鄭田微時間來計時其誤差時間，延遲鎖定迴路：; 分辨率:為3.33ns，如公式⑵所示，可得△异 25nS/3_33n=7.5’而取^之量化值…(二 10 1312237 係）’而ΔΤ2之求法為70. 33η/3. 33η=21· 12，而取ΛΤ2之 量化值Ν2為21(其為落後關係）。其中正負號係因為相位 領先或落後之關係而產生。接著由計算模組303運算量化 值Ν1及量化值Ν2 ’其將其相加求得量化值Nb為+ 14，再 根據a十异拉組303與振盡器305配合所設計的表格進行跳 碼。請復參閱第六B圖本發明第一較佳實施例之對應設計 表，如第六B圖所示量化碼NCODE會由（100000)跳至 (101110)。而振盪器305之跳頻方式為，即為 11.24MHz+14*(11.24*0.5%) =12.03MHz，所以振盪器 305 的頻率將從11.24MHz增頻至12. 03MHz，經過第一除頻器 306後，回授信號AT之位元率為1.504MHz，結果與USB主 機端1. 5MHz之誤差率縮小至〇· 25%，小於1%之誤差率以内。 请參閱第七A圖本發明第二較佳實施例之時序圖。如 第七A _示USB主機端資料輸入之位元率產生了飄移， 變成 1. 38_z(72Gns)’與 USB 元件端之丨· 5MHz⑽6. 67ns)

相差了-7. 4%的誤差率。相同的，此兩信號會先經由誤差比 較模組302找到ΛΤ1為36ns及ΔΤ2為17.—的誤差時 間。再經延遲鎖定迴路3()1之計時，配合公式（2)之運算， 可得ΔΤ1之求法為36ns/3. 33n=1Q. 81，而取Δτ ^ 值Ν1為-1〇(其為領先關係），而ΛΤ2之求法 17. 33η/3· 33的.2，而取ΛΤ2之量化值Ν2為 算模組3〇3運算量化值N1及量= 振：ΐ: 量化值為—15 ’再根據計算模組3〇3與 振h 305配5所設計的表格進行跳石馬。請複 b 圖本發明第二較佳實施狀職設計表，如第 量化碼圓將會由⑽_跳至⑽隨)，缝】： 11 312237 頻率為 12匪ζ-15*(12*0·5°/〇 =11.1ΜΗζ，由 12MHz 將減類 至11. 1MHz，經第一除頻器306除16後，回授信號AT位 元率變為1. 388MHz，結果與主機端參考資料頻率（data in) 位元率1. 389MHz ’只相差-〇· 18%的誤差百分比，.小於 1%的誤差率。 接著請參閱第八圖本發明另一頻率校正裝置之功能方 塊圖。其中USB主機端參考號資料輸入與回授信號AT係經 過=差比較模組802比較出兩個信號的誤差時間at。將誤 =時間ΛΤ傳送到多工量化器8〇4，而多工量化器8〇4處理 =合延遲鎖定迴路301所產生之時間分段的參考信號 (mu 11 i -phase)，然後偵測（detect)出誤差時間△ τ的量 值Nb，並且判斷出量化值Nb的正負，以得知要增頻或 泉^ j中時間为^又的參考信號MP係為若干細微分時點之 二k號，多工量化器8〇4利用時間分段的參考信號肿 ^細微的時間’如時鐘般，以計數誤差時間的大小並量 。^將量化值Nb經轉換單元8Q5轉 與仙的正負訊號（_，—））傳送至計算“ 叶表，運算新的量 上2 I化竭NCODE跳頻至正確你罢 叫派為305再根據 的振盪頻率。錢位置’以正確的校正振1器305 輪出回授信號AT給誤經第""除頻器襄除頻後 經第二除頻器307除頻後;^組⑽’同時調整」 元件端。員後輪出-經校正之時脈訊 而本發明係利用了卓 若干極細小的分時點⑹.Ph= 3G1產生了 件到不同的時間 經第二除頻器3G7除瓶& ㊣組8G2 ’同時調整後之頻率

號至USB 12 1312237 點，以便量傾錢。㈣夠 點的延遲鎖定迴路架構眾多，、言 > 右干極細小的分時 乎考量到f (clock頻率）及八=多作說明’值是不外 ⑴。在上述的例子’，我們使用了又J見公式 個分時點。若考量到分時點數目過多使得元t/Γ!’-50 以配合多工量化器804的設計來減===多，就可 生分時點數目所需之元件。 夂<路301產 請參閱第九A圖頻率盘八# 示假設現在我們使用/=12M= _'®。如第九A圖所 以如同時鐘之幾分幾秒二之=著=，時點， 804,可記下經—週期後 。-者引述之夕工量化器 鐘，之後再看到第幾個分時點θΗ=頁率（83. 33ns)為一分 ，之頻率50個分時點之動::二秒如：，的可達到 延遲鎖定迴路搭配多工旦 乍杈式。如弟九B圖本發明 工量化器804執行以時;意圖所示，藉由多 第四圖中所設計之5〇個^勺運作方式，將可以產生如同 可提供各種不同頻率==二:此類推， f生。 呀點數目間设计上的選擇 接著請參閱第十圖本至 圖。I先USB主機^ &二/頻率&正方法之動作流程 件端之趣路機制號資料輸入，便啟動元 較模組比較參考十Λ㈣01)。然後利用—誤差比 者間的誤差時間;^、振心頻率之回授信號，而產生兩 定瘦略所提供之十圖步驟S1Q3)。接著利用由延遲鎖 間予以量化（如^:微的分時點將上述兩者_誤差時 轉為數位餐ϋ衫驟S1G5)。然後《化之誤差時間 運鼻，再料算結果賴為量化碼（如第 13 1312237 十圖步驟S107)。而:^、、ι 跳頻至正確的便根據量化碼校正錄頻率， 之振盈頻率經除苐十圖步驟S1G9)。最後校正後 與參考信號‘二頻後，回授至誤差比較模組以提供 輸出-經校正之以彳，正後之振盈頻率經除頻11除頻後 S111)。之㈣k號於_元件端（如第十圖步i 狀=ΐ述之動作流程係可藉由第三圖盘第八圖之斗苜玄 正裝置實現，配合伴卜邮、+、 ^ ^圆/、弟八圖之頻率校 與元件端信號之位f 作原理’可使USB主機端 内，皆可Ϊ多誤差時，在所設計的範圍 率得以同步，讓_ 使讀出頰 資料傳送的正確性，以符所，1%以内’確保 時脈去做計數誤差的動作，也不需要 去植几長的主機端咖封包 ^要 相同情形下，本㈣之加^作為參考彳"號。另外 說 ==時脈之頻率大小’使—= 制二2上S，為本發明較佳的具 式本 ^个知明之所有乾圍應以下述之申技室㈤ 準’凡合於本發明中請專利範圍 乾圍為 施例，皆庳勺八伙！： 精神與其類似變化之實 二=本中’任何熟悉該項技藝! 以下本案圍易思及之變化或料皆可涵蓋在 【圖式簡單說明】 14 1312237 第一圖係為習知技術之自動校正振盪器之功能方塊圖； 第二圖係為本發明頻率調整時機之時序示意圖； 第三圖係為本發明頻率校正裝置之功能方塊圖； 第四圖係為本發明延遲鎖定迴路之設計示意圖； 第五圖係為本發明較佳實施例之計算模組與振盪器對應設 計表； 第六A圖係為本發明第一較佳實施例之時序圖； 第六B圖係為本發明第一較佳實施例之對應設計表； ® 第七A圖係為本發明第二較佳實施例之時序圖； 第七B圖係為本發明第二較佳實施例之對應設計表； 第八圖係為本發明另一頻率校正裝置之功能方塊圖； 第九A圖係為頻率與分時點關係圖； 第九B圖係為本發明延遲鎖定迴路搭配多工量化器之設計 示意圖；及 第十圖係為本發明頻率校正方法之動作流程圖。 【主要元件符號說明】 B [習知技術] 調整電路101 貢料流分析模組10 4 粗調電路106 微調電路108 輸入端112, 116 控制信號C, C1，F，F1 振盪器102 15 1312237 鴒 [本發明] 結束封包 EOP, end-〇f-packet 同步 SYNC , synchronization 誤差時間ΛΤ 延遲鎖定迴路301 誤差比較模組302 計算模組303 控制單元304

> 振盪器305 第一除頻器306 第二除頻器307 回授信號AT

時間分段的參考信號MP 量化值Nb 量化碼NC0DE > 控制信號DT, CT 誤差比較模組802 計算模組803 多工量化器804 轉換單元805 數位碼Nb’

Nb的正負訊號Nb(+,-) 16

Claims (1)

1. 9?年/1月I日修正本 1312237 十、申請專利範圍： 1、 一種USB介面内建式振盪器之頻率校正裝置，包括： 一延遲鎖定迴路（DLL)，係用於提供一時間分段的參考 信號； 一誤差比較模組，係用於接收一 USB參考信號及一回 授信號，並根據該時間分段的參考信號輸出一量化 值； 一計算模組，係用於計算該量化值並將該計算後之量 化值轉換為一量化碼； 一振盪器，係根據該量化碼調整該振盪器之振盪頻率； 一第一除頻器，係將該振盪器之振盪頻率除頻後輸出 該回授信號至該誤差比較模組；及 一第二除頻器，係將該振盪器之振盪頻率除頻後提供 一經頻率校正之信號輸出。 2、 如申請專利範圍第1項所述之頻率校正裝置，其中該 頻率校正裝置係更包括一控制器，係電連接於該誤差 比較模組、該計算模組及該第一除頻器，以控制該誤 差比較模組、該計算模組及該第一除頻器間之作動。 3、 如申請專利範圍第1項所述之頻率校正裝置，其中該 誤差比較模組係根據該時間分段的參考信號將該U S B 參考信號及該回授信號間之誤差時間予以量化而輸出 該量化值。 4、 如申請專利範圍第3項所述之頻率校正裝置，其中該 誤差比較模組係利用該時間分段的參考信號所產生之 分時點，將該USB參考信號及該回授信號間之誤差時 17 1312237 9啤吲/曰修正替換頁 間予以量化而輸出該量化值。 5、如申請專利範圍第1項所述之頻率校正裝置，其中該 量化值係由該計算模組經加減法運算後再轉換為該量 化碼。 6、 如申請專利範圍第1項所述之頻率校正裝置，其中該 計算模組係藉由一對應設計表將計算後之該量化值轉 換為該振盪器所接收之該量化碼。 7、 如申請專利範圍第6項所述之頻率校正裝置，其中該 對應設計表係透過該量化碼位元數的設定，以設計該 振盥器之振盪頻率的修正能力範圍。 8、一種USB介面内建式振盪器之頻率校正裝置，包括： 一延遲鎖定迴路（DLL)，係用於提供一時間分段的參考 信號； 一誤差比較模組，係用於比較一 USB參考信號及一回 授信號，並輸出比較後之一誤差信號； 一多工量化器，係用於根據該時間分段的參考信號將 該誤差信號量化，並輸出一量化值及一運算參考信 號； 一轉換單元，係用於接收該量化值並將該量化值數位 化； 一計算模組，係用於接收該運算參考信號及該數位化 後之量化值，並經過與一第一量化碼運算後輸出一 第二量化碼，其中該第一量化碼係為該第二量化碼 回授至該計算模組之信號； 一振盪器，係根據該第二量化碼調整該振盪器之振盪 18 1312237 年叫丨日修正替換頁 頻率； 一第一除頻器，係將該振盪器之振盪頻率除頻後輸出 該回授信號至該誤差比較模組；及 一第二除頻器，係將該振盪器之振盪頻率除頻後提供 一經頻率校正之信號輸出。 9、 如申請專利範圍第8項所述之頻率校正裝置，其中該 多工量化器係根據該時間分段的參考信號將該誤差信 號予以量化而輸出該量化值。 10、 如申請專利範圍第9項所述之頻率校正裝置，其中 該多工量化器係利用該時間分段的參考信號所產生之 分時點，將該誤差信號予以量化而輸出該量化值。 11、 如申請專利範圍第8項所述之頻率校正裝置，其中 該多工量化器係根據該時間分段的參考信號頻率的不 同，而設計所需之該量化值範圍。 12、 如申請專利範圍第8項所述之頻率校正裝置，其中 該第二量化碼係由該計算模組根據該運算參考信號對 數位化後之該量化值與該第一量化碼執行加減法運算 得之。 13、 如申請專利範圍第8項所述之頻率校正裝置，其中 該計算模組係藉由一對應設計表將計算後之該量化值 轉換為該振盪器所接收之該第二量化碼。 14、 如申請專利範圍第13項所述之頻率校正裝置，其 中該對應設計表係透過該第二量化碼位元數的設定， 以設計該振盪器之振盪頻率的修正能力範圍。 15、 一種USB介面内建式振盪器之頻率校正方法，步驟 19 ϋ?1轉正替換頁 包括： 梅取一 USB參考信號及一回授 偵蜊該USB參考信號及該回授，， 利用—時間分段的參考信號g :差時間； 回授信號間的誤差時間予以量冰參考信號及該 運算量化後之該USB參考传號^ ’ 差時間，將運算後之社及該回授信號之間的誤 -振麵據該量化邮正該 、如申請專利範圍第15項所说夕^振盪頻率。 中該回授信號係為該振盡器之率校正方法，其 除頻後輸出之信號。 湧率經過一除頻器 、如申請專利範圍第15項所述 包括將該振廬器之振蘯頻率經過、、二正方法，更 —經校正之時脈信號。 々項裔除頻後輸出 、如申請專利範圍第15項所述之 中係利用-誤差比較模組操取言亥、二二方法’其 授信號，以γ貞；^該USB參考信二㈣及該回 差時間。 5亥回授信號間的誤 項所述之頻率校正方法，1 考^虎及該回授信號間的誤差時將该_參 如申請專利範圍第19項 里化。 令該時間分段的參考芦號#由^貝率校正方法，其 所提供。 延遲鎖定避路（DLL) 如申請專利範圍第2〇項所述之頻率校正方法，其 1312237 9S年i月/日修正替換頁 中利用一多工量化器針對該延遲鎖定迴路所提供各種 頻率之該時間分段的參考信號而作設計’以設計該 USB參考信號及該回授信號間的分時點數目。 22 、 如申請專利範圍第21項所述之頻率校正方法，其 中利用該多工量化器將該USB參考信號及該回授信號 之間的誤差時間予以量化。 23 、如申請專利範圍第15項所述之頻率校正方法，其 中量化後之該USB參考信號及該回授信號之間的誤差 時間係由一計算模組執行加減法之運算。 24 • 如申請專利範圍第15項所述之頻率校正方法，其 中量化後之該USB參考信號及該回授信號之間的誤差 時間經運算後，係藉由一對應設計表轉換為該量化碼。 25 ，如申請專利範圍第24項所述之頻率校正方法，其 中該對應設計表係藉由該量化碼之位元數來設定該振 盪器之振盪頻率的校正能力範圍。 21