TWI382184B

TWI382184B - 頻率偵測裝置與方法

Info

Publication number: TWI382184B
Application number: TW098106321A
Authority: TW
Inventors: Chen Chih Huang
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-01-11
Also published as: US20100219865A1; TW201031930A; US8203363B2

Description

頻率偵測裝置與方法

本發明係有關一種電子電路，特別是一種頻率偵測電路。

積體電路(IC)的應用上，有時需輸入不同的參考頻率，再藉由所輸入的參考頻率以完成後續電路的應用。例如，鎖相迴路(phase lock loop，PLL)便是接收一參考頻率並利用回授控制原理，而實現頻率及相位同步的技術。

鎖相迴路接收外部的參考頻率，並將電路所輸出的頻率保持與參考頻率同步。當參考頻率或相位發生改變時，鎖相迴路會偵測到這種變化，並藉由內部的回授控制來調節輸出頻率，直到輸出頻率與參考頻率兩者重新同步為止。此外，在鎖相迴路的實際應用上，其輸入端可能會耦合不同的參考時脈(或振盪晶體(crystal))，例如14.318MHz或25MHz等，因而可產生不同的參考頻率以輸入至鎖相迴路。

有多種原因可能使同一顆積體電路須耦合不同的參考時脈振盪，而接收多種不同的參考頻率，於下列舉二例作為說明。第一例，原本某特定積體電路採用25MHz的振盪晶體來提供所需的參考頻率，某日若25MHz的振盪晶體缺貨，此時可改用48MHz的振盪晶體來提供參考頻率，再配合除頻動作，同樣可達到如25MHz振盪晶體之功效。第二例，某特定積體電路本身內建25MHz的振盪電路，假設該積體電路連接於印刷電路板(PCB)後，由於印刷電路板本身已有參考頻率為48MHz，因此直接利用主機板的48MHz而作為輸入頻率，再配合除頻動作，如此可減少25MHz的振盪電路所須的外部元件(例如是：振盪晶體、電容元件)振盪。

由上述說明可知，為了讓外部所提供的多種參考頻率皆可常運作，傳統做法上積體電路需額外設置多的腳位(PIN)用以作為選擇機制。假設，若外部所輸入的參考頻率可能為25MHz或48MHz時，需額外配置一根腳位，再藉由傳送不同的訊號至該腳位，以告知積體電路此時需採用何種參考頻率，例如：當所接收到的訊號為“1”時選用25MHz，而所接收到的訊號為“0”時選用48MHz。然而，採用傳統做法，當所需選擇的參考頻率越多時，所需要額外設置的腳位便會越多，例如：當有五個不同的參考頻率需作選擇時，就必須額外設置三根腳位。而在電子產品日益要求輕薄化的趨勢下，每一根腳位的空間配置變的相當珍貴，因此已逐漸無法允許有額外增設腳位的空間存在。

有鑑於此，本發明提出一種頻率偵測裝置與方法。藉由本發明所提出之裝置或方法，不需額外增設多的腳位，即可自動判別輸入頻率為何，使後端電路可配合目前所接收的輸入頻率，而加以利用。如此，將大幅節省腳位的配置空間，更加符合電子產品輕薄化的發展趨勢。

本發明提出一種頻率偵測裝置包含：頻率轉換電路及類比轉換電路。頻率轉換電路接收輸入時脈，並依據輸入時脈之頻率產生對應於輸入時脈之頻率之類比訊號。類比轉換電路耦合於頻率轉換電路，接收類比訊號，依據類比訊號以產生對應於輸入時脈之頻率之判別訊號，其中判別訊號係用以代表輸入時脈之頻率區間。

本發明亦提出一種頻率偵測方法，應用於調整一電路之除頻操作，包含下列步驟：接收輸入時脈，該輸入時脈具有一頻率；依據輸入時脈之頻率，產生類比訊號；判斷類比訊號之範圍以產生判別訊號，其中判別訊號係用以代表輸入時脈之頻率區間。

有關本發明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如後。

請參照「第1圖」，該圖所示為頻率偵測裝置之一實施例示意圖。本發明所提出之頻率偵測裝置1可耦合於後端電路30，該頻率偵測裝置1包含：頻率轉換電路10及類比轉換電路20。

頻率轉換電路10接收一輸入時脈，於此之輸入時脈可為振盪晶體(crystal)所產生的參考時脈。本發明提出之頻率偵測裝置1可判別出輸入時脈之頻率範圍(頻率區間)。一實施例中，頻率轉換電路10接收輸入時脈，其中，輸入時脈之頻率為一未知的頻率值。頻率轉換電路10依據輸入時脈進行充電，而產生對應於輸入時脈之類比訊號。其中，類比訊號之電壓值係與輸入時脈之頻率相對應。

類比轉換電路20耦合於頻率轉換電路10，在接收該類比訊號後，判別類比訊號之電壓範圍以產生對應於輸入時脈之頻率之判別訊號，並將判別訊號傳送至後端電路30。當後端電路30接收到類比轉換電路20所產生的判別訊號後，即可依據判別訊號，而調整後端電路30之相對應電路以執行後續所需動作。也就是說，藉由判別訊號代表輸入時脈的頻率值或頻率範圍，讓後端電路30依據判別訊號以執行對應輸入時脈所需之後續動作。

一實施例，該類比轉換電路20可以為一各種型式的ADC、SLICER或是由數個比較器組成的電路來實現之。

請參照「第2圖」為頻率偵測裝置之一實施例電路圖。於此實施例中，分別舉出頻率轉換電路10與類比轉換電路20的電路圖之一實施例，加以說明。

「第2圖」中之頻率轉換電路10包含充電電路，而充電電路包含：第一開關11、第一開關12、第一電容13及第二電容14。第一開關11具有第一端111與第二端112，依據輸入時脈之頻率控制第一開關11之開啟與關閉。第一電容13具有第三端131，其中第三端131耦合於充電電壓(VDD)15與第一開關11之第一端111。第二電容14具有第四端141，其中第四端141耦合於第一開關11之第二端112。第二開關12一端耦合於第二電容14之第四端141，依據輸入時脈之頻率控制第二開關12之開啟與關閉。其中，當第一開關11開啟時，第二開關12關閉；反之，當第一開關11關閉時，第二開關12開啟。藉由輸入頻率(f)來控制第一開關11與第二開關12的開啟與關閉，使得第一電容13依據輸入頻率而進行充電。於此，第一電容13的第三端131為輸出類比電壓(V)的端點，亦即第一電容13所輸出的電壓即為類比電壓(V)，並由上述說明可知，第一電容13乃依據輸入頻率而進行充電，因此類比電壓(V)將與輸入頻率(f)有關。

底下以數學式說明類比電壓(V)與輸入頻率(f)之間的關聯。將頻率轉換電路10中的第二開關12、第二電容(C2)14與第一開關11視為一等效電路，其所產生的等效電阻(R)以數學式表示為：再利用歐姆定律(V=IR)，並將等效電阻R代入，即可求出類比電壓(V)為：。由上式可知，類比電壓(V)與輸入頻率(f)間的關係，因此藉由類比電壓即可求出原本未知的輸入頻率，以利後端電路30之應用。

當然，第2圖之電路僅是一實施例，此領域人士可輕易設計出利用電容與開關的不同連接關係，即可設計出各種不同的頻率轉換電路10(例如是充電電路、放電電路)。例如：一實施例，該頻率轉換電路10係為一充電電路，該充電電路所輸出之類比電壓係與該輸入時脈之頻率成正比關係，換言之，當該輸入時脈之頻率愈高時，則該充電電路所輸出之類比電壓之電壓值就愈大。另一實施例，該頻率轉換電路10係為一放電電路，該放電電路係依據該輸入時脈之頻率進行放電的動作，故，所輸出之類比電壓係與該輸入時脈之頻率成反比關係，換言之，當該輸入時脈之頻率愈高時，則該放電電路10所輸出之類比電壓之電壓值就愈低。

一實施例，類比轉換電路20係包含至少一個比較器。利用一個比較器即可區分出該類比電壓的高或低以輸出該判別訊號。於「第3圖」中以兩個比較器22、23為例作說明，但比較器之數量可依需求而有所增減，並不以此為限。每一個比較器22、23分別具有第一輸入端221、231、第二輸入端222、232與輸出端223、233。第一輸入端221、231耦合於第一電容13之第三端131，用以接收類比電壓。第二輸入端222、232分別接收參考電壓，比較類比電壓與個別的參考電壓，而產生判別訊號，並由輸出端223、233輸出判別訊號。

舉例說明，若後端電路30可因應不同的輸入頻率而調整電路，並假設所能接收的輸入頻率為25MHz與48MHz。其中，假設V_ref1 為對應25MHz時的參考電壓，也就是說，當輸入頻率為25MHz時，理論上依據上述類比電壓所推導的公式所得之電壓值即為V_ref1 。同理，假設V_ref2 為對應48MHz時的參考電壓。因此，當比較器22、23接收到頻率轉換電路10依據輸入頻率而產生的類比電壓後，透過分別比較類比電壓與V_ref1 、V_ref2 ，可得知類比電壓所落入的區間範圍，由此即可取得相對應的輸入頻率之頻率值，進而由比較器22或23的輸出端223或233產生對應的判別訊號，並傳送至後端電路30。如此，後端電路30即可藉由判別訊號得知輸入頻率的頻率值，進而選用該輸入頻率。

例如，經由比較器的比較結果得知，類比電壓位於25MHz所對應的參考電壓(V_ref1 )之區間，因此由比較器22的輸出端223輸出判別訊號並送至後端電路30，使後端電路30選用25MHz作為輸入頻率，而因應25MHz的輸入頻率調整相關電路。

再者，上述之類比轉換電路20可以查表方式(look up table)轉換類比電壓。可建立一類比電壓轉換對照表，再經由查詢該對照表而完成類比轉換動作，進而取得數位化的判別訊號。

此外，上述之後端電路30可為鎖相迴路(phase lock loop，PLL)。鎖相迴路在電子電路中扮演重要的角色，特別是在通訊領域。鎖相迴路應用範圍相當廣泛，諸如調變、解調、倍頻、頻率合成、載波同步、位元同步等均會應用到鎖相迴路的觀念和技術。鎖相迴路是一種回授迴路，在迴路中，利用回授信號將輸出信號的頻率及相位鎖定在與輸入信號相同之頻率及相位上。例如：在無線電通訊中，若因信號在傳送中發生載波頻率漂移現象時，在接收端使用鎖相迴路便可使接收端之振盪頻率隨頻率漂移，而達到鎖相之目的。

鎖相迴路於實際應用上，可能會有不同頻率值的輸入頻率作為參考頻率。而藉由本發明所提出的頻率偵測裝置1，即可自動判斷輸入頻率之範圍為何，進而產生判別訊號用以通知鎖相迴路。如此，鎖相迴路即可依據此時的輸入頻率，而做出適當的除頻動作(frequency divide)，即，調整鎖相迴路之除頻器(divider)，以輸出實際所需之頻率值。

請參照「第3圖」，該圖所示為頻率偵測方法之流程圖。本發明所提出之頻率偵測方法應用於調整一電路之除頻操作，包含下列步驟。

步驟S10：接收輸入時脈，該輸入時脈具有一頻率。

步驟S20：依據輸入時脈之頻率，產生類比訊號。於此步驟中，可依據輸入時脈之頻率對電容進行充放電，以產生類比訊號。

步驟S30：判斷類比訊號之範圍以產生判別訊號，其中判別訊號係用以代表輸入時脈之頻率區間。於此步驟中，可包含下列步驟：比較類比訊號與至少一個參考電壓，而產生判別訊號。

其中，可藉由查表方式(look up table)轉換類比訊號以產生判別訊號。

此外，可依據步驟S30所產生的判別訊號，用以調整一電路之操作。其中，該電路可為鎖相迴路(phase lock loop，PLL)，且鎖相迴路係依據判別訊號以調整鎖相迴路之除頻。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．頻率偵測裝置

10．．．頻率轉換電路

11．．．第一開關

111．．．第一端

112．．．第二端

12．．．第二開關

13．．．第一電容

131．．．第三端

14．．．第二電容

141．．．第四端

15．．．充電電壓

20．．．類比轉換電路

22、23．．．比較器

221、231．．．第一輸入端

222、232．．．第二輸入端

223、233．．．輸出端

30．．．後端電路

第1圖：頻率偵測裝置之一實施例示意圖

第2圖：頻率偵測裝置之一實施例電路圖

第3圖：頻率偵測方法之流程圖

1．．．頻率偵測裝置

10．．．頻率轉換電路

20．．．類比轉換電路

30．．．後端電路

Claims

一種頻率偵測裝置，包含：一頻率轉換電路，接收一輸入時脈，並依據該輸入時脈之頻率產生對應於該輸入時脈之該頻率之一類比訊號；及一類比轉換電路，耦合於該頻率轉換電路，接收該類比訊號，依據該類比訊號以產生對應於該輸入時脈之該頻率之複數個判別訊號，其中各該判別訊號係用以代表該輸入時脈之一頻率區間，該類比轉換電路包括：複數個比較器，各該比較器具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端用以接收該類比訊號，該第二輸入端接收一參考電壓，各該比較器用以比較該類比訊號與該參考電壓而產生該些判別訊號中之一，並由該輸出端輸出該判別訊號，其中該些比較器所接收到的該些參考電壓互不相同。
如請求項1之頻率偵測裝置，其中該頻率轉換電路包含一充電電路。
如請求項2之頻率偵測裝置，其中該充電電路包含：一第一開關，具有一第一端與一第二端，依據該輸入時脈之該頻率控制該第一開關之開啟與關閉；一第一電容，具有一第三端，該第三端耦合於一充電電壓與該第一開關之該第一端；一第二電容，具有一第四端，該第四端耦合於該第一開關之該第二端；及一第二開關，一端耦合於該第二電容之該第四端，依據該輸入時脈之該頻率控制該第二開關之開啟與關閉，且該第一開關開啟時該第二開關關閉，該第一開關關閉時該第二開關開啟。
2、或3之頻率偵測裝置，其中該類比轉換電路係以查表方式(look up table)轉換該類比訊號。
2、或3之頻率偵測裝置，其中該頻率偵測裝置耦接一鎖相迴路(phase lock loop，PLL)，該鎖相迴路係依據該判別訊號以調整該鎖相迴路之除頻。
2、或3之頻率偵測裝置，其中該頻率偵測裝置耦接一後端電路，該後端電路用以接收該些判別訊號中之一，並根據接收到的該判別訊號選用對應之該頻率區間作為輸入頻率。
一種頻率偵測方法，包含下列步驟：接收一輸入時脈，該輸入時脈具有一頻率；依據該輸入時脈之該頻率，產生一類比訊號；及判斷該類比訊號之範圍以產生複數個判別訊號，其中各該判別訊號係用以代表該輸入時脈之一頻率區間，產生該判別訊號之步驟包含：將該類比訊號分別與不同之複數個參考電壓比較而產生該些判別訊號。
如請求項7之頻率偵測方法，包含下列步驟：依據該判別訊號，調整一電路之操作。
如請求項8之頻率偵測方法，其中該電路係為一鎖相迴路(phase lock loop，PLL)。
如請求項9之頻率偵測方法，其中該鎖相迴路係依據該判別訊號以調整該鎖相迴路之除頻。
如請求項7之頻率偵測方法，其中產生該類比訊號之步驟，包含：依據該輸入時脈之該頻率對一電容進行充放電，以產生該類比訊號。
如請求項7之頻率偵測方法，其中係藉由一查表方式(look up table)轉換該類比訊號以產生該判別訊號。
如請求項7之頻率偵測方法，更包括：接收接收該些判別訊號中之一；以及根據接收到的該判別訊號選用對應之該頻率區間作為輸入頻率。