TWI426283B

TWI426283B - 工作週期測量系統與其方法

Info

Publication number: TWI426283B
Application number: TW99145360A
Authority: TW
Inventors: Ya Jing Fan; Chih Feng Chen
Original assignee: Inventec Corp
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2014-02-11
Also published as: TW201226936A

Description

工作週期測量系統與其方法

本發明係關於一種測量系統與方法，特別是一種工作週期的測量系統與方法。

目前測量訊號工作週期(duty cycle)的方法主要是採用高速的計數器。待測訊號可以根據計數器產生的訊號均勻的區分成多個區間，並且計算這些多個區間中待測訊號為高準位的個數。之後，再將區間的個數與高準位的個數相除，以得到工作週期。然而，傳統上的測量方法，至少有下列三種缺點。

利用此方法時所會面臨到的一大缺點是在於此方法必須採用高速的計數器。舉例而言，若是待測訊號的頻率為1GHz(千兆赫芝)，而欲將此待測訊號均勻的區分成一百個區間時，在一定的精度要求下，至少會需要一個速度高達4GHz的計數器。然而，高速計數器的成本相當的高昂。傳統的測試方法會使測試儀器的成本大幅提昇。

此外，計數器的容量也會是一個限制。若是針對頻率為1GHz的待測訊號，並以上述4GHz的計數器，進行為時1μs(微秒)的測量，則此一計數器至少需要4,000位元的容量。若是需要大容量的計數器，同樣也會面臨高成本的問題。因此，容量上的限制同樣也是傳統測量工作週期時所遇到的問題。

而利用傳統的測量方法時，若是測量時無法精確與待測訊號的上升邊緣(raising edge)或是下降邊緣(falling edge)進行同步，可能會使量測時產生一個脈衝的誤差，使得準確度上有所偏差。

鑒於以上的問題，本發明係提出一種工作週期測量系統。此工作週期測量系統，係用以測量一待測訊號的一工作週期。

工作週期測量系統包括除頻器、壓控震盪器與計數器。

除頻器係根據待測訊號，輸出觸發訊號。觸發訊號具有一測量週期。

壓控震盪器用以接收待測訊號。當待測訊號為高準位時，輸出具有第一週期的第一訊號。當待測訊號為低準位時，輸出具有第二週期的第二訊號。

計數器根據第一訊號與第二訊號，產生計數結果。並且，根據計數結果，在觸發訊號對應的測量週期之間，計算待測訊號的工作週期。

其中，測量週期為第一週期的m倍，測量週期為第二週期的n倍，且計數結果為C。則工作週期係為(C-n)/(m-n)。

此外，本發明係另提出一種工作週期測量方法。此方法包括以下步驟：根據待測訊號，輸出一觸發訊號，觸發訊號具有一測量週期；判斷待測訊號為高準位或是低準位，當待測訊號為高準位時，輸出具有第一週期的第一訊號，當待測訊號為低準位時，輸出具有第二週期的第二訊號；根據第一訊號與第二訊號，產生計數結果；根據計數結果，在觸發訊號對應的測量週期之間，計算待測訊號的工作週期。

藉由本發明所提出之工作週期測量系統與工作週期測量方法，不僅可降低計數器運算頻率，亦可大幅降低計數器所需要的容量。

以下在實施方式中係進一步詳細說明本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

請參照『第1圖』，『第1圖』係為本發明之系統方塊圖。本發明係提出一種工作週期測量系統10，此工作週期測量系統10用以測量待測訊號12的工作週期。工作週期測量系統10包括除頻器20、邏輯電路30、開關電路40、壓控震盪器50與計數器60。

除頻器20係根據待測訊號，輸出觸發訊號。觸發訊號具有一測量週期T。除頻器20可在收到待測訊號12時，即產生一觸發訊號。或者是除頻器20可將待測訊號12經過適當的降頻，而輸出一頻率遠低於待測訊號12頻率的觸發訊號。觸發訊號具有一測量週期T。較佳的是，此測量週期T為待測訊號12週期的整數倍。

邏輯電路30接收觸發訊號時，邏輯電路傳送一啟動訊號至計數器60與開關電路40。

待測訊號12係被輸入至開關電路40，且當開關電路40接收到啟動訊號時，此開關電路40將待測訊號12傳送至壓控震盪器50。

壓控震盪器50係會接收待測訊號12。壓控震盪器50輸出訊號的頻率，係正比於待測訊號12的振幅。當待測訊號12的振幅產生高低變化時，會引起壓控震盪器50輸出頻率的改變。更進一步地說，當待測訊號12為高準位時，壓控震盪器50輸出具有一第一週期的第一訊號。而當待測訊號12為低準位時，壓控震盪器50輸出具有第二週期的第二訊號。

計數器60係根據第一訊號與第二訊號，產生計數結果。計數結果係為在測量週期中，第一訊號與第二訊號的上升邊緣(raising edge)或是下降邊緣(falling edge)的個數。之後，工作週期測量系統10再根據此一計數結果，計算待測訊號的工作週期。

以上係述明本發明之架構，而本發明設計原理茲說明如下。

假設待測訊號12的工作週期為x，x的範圍在0~100%之間。並假設測量週期為T，計數結果為C。在測量週期T中，計數器60係根據第一訊號與第二訊號，產生計數結果C。壓控震盪器50輸出的第一訊號的第一週期為Tf，第二訊號的第二週期為Ts。其中，第二週期Ts大於第一週期Tf，測量週期T係為第一週期Tf的m倍，且測量週期T係為第二週期Ts的n倍。也就是說，Tf、Ts與T之間的關係為Tf =，Ts =。

高準位所佔待測訊號12的比例，即是工作週期的定義，也就是x。另一方面，低位準佔待測訊號12的比例，即為1-x。在測量週期T中，若是輸入計數器60的訊號為第一訊號(代表待測訊號為高準位)，則每隔第一週期Tf的時間會產生一個上升邊緣或下降邊緣。而若是輸入計數器60的訊號為第二訊號(代表待測訊號為低準位)，則每隔第二週期Ts的時間會產生一個上升邊緣或下降邊緣。因此，根據上述之敘述，係可得到下列之關係：

再將Tf、Ts與T之間的關係代入上式並且化簡後，即可得：

C =n +(m -n )x ...(2)

因此，工作週期測量系統10即可計算出工作週期為

以下再以三個不同實例進行說明。請參照『第2A圖』至『第2C圖』，『第2A圖』至『第2C圖』係為本發明之訊號時序圖。

在這三個實例中，第一週期Tf、第二週期Ts與測量週期T之間的關係為Tf =，Ts =。也就是說，m等於”80”、n等於”40”。

在『第2A圖』，假設待測訊號的工作週期為20%。測量週期T這一段時間中，計數器60計算第一訊號與第二訊號的上升邊緣或下降邊緣所產生的計數結果為”48”(其中第一訊號共佔”16”個，第二訊號共佔”32”個)。因此，即可計算工作週期為

在『第2B圖』，假設待測訊號的工作週期為50%。測量週期T這一段時間中，計數器60計算第一訊號與第二訊號的上升邊緣或下降邊緣所產生的計數結果為”60”(其中第一訊號共佔”40”個，第二訊號共佔”20”個)。因此，即可計算工作週期為

在『第2C圖』，假設待測訊號的工作週期為80%。測量週期T這一段時間中，計數器60計算第一訊號與第一訊號的上升邊緣或下降邊緣所產生的計數結果為”72”(其中第一訊號共佔”64”個，第二訊號共佔”8”個)。因此，即可計算工作週期為

從以上的實例即可看出，本發明係可準確的計算出待測訊號的工作週期。

為了更進一步提高計算的精準度，本發明另可以增加以下之特徵。若是將誤差列入考慮，則可以得到以下的結果

C +ΔC =n +(m -n )(x +Δx )...(4)

其中ΔC 為計數結果的誤差，Δx 為工作週期的誤差。再將(4)與(3)相減後可得到

因此，從上式可知，當”m-n”越大時，計數結果的誤差對於工作週期的誤差的影響也將會越小。當計數結果的誤差為”1”，且”m-n>100”時，工作週期將只會有小於百分之一的誤差。

综上所述，若是待測訊號的頻率為1GHz，且測量週期T為1μs。若是第一訊號的頻率為5GHz，第二訊號2GHz，則可得知m為5000，且n為2000。在此狀況下，本發明計數器至多只需要5,000位元的容量。因此，本發明所提出的工作週期測量系統10與傳統的測量方式相比，不僅可降低計數器運算頻率，亦可大幅降低計數器所需要的容量。此外，根據上述的誤差分析，當計數結果的誤差為”1”時，工作週期只有”1/3000”，也就是”0.033%”的誤差。

除了上述的系統之外，本發明係另提出一種工作週期測量方法。請參照『第3圖』，『第3圖』係為本發明之工作週期測量方法之流程圖。

在步驟S101中，根據待測訊號，輸出一觸發訊號。觸發訊號具有一測量週期T。此測量週期T較佳可為待測訊號週期的整數倍。

在步驟S103中，判斷待測訊號為高準位或是低準位。當待測訊號為一高準位時，輸出具有第一週期的第一訊號。另一方面，當待測訊號為一低準位時，輸出具有第二週期的第二訊號。

在步驟S105中，根據第一訊號與第二訊號，產生一計數結果。計數結果係為第一訊號與第二訊號的上升邊緣(raising edge)或是下降邊緣(falling edge)的個數，以產生計數結果。

在步驟S107中，根據計數結果，在觸發訊號對應的測量週期之間，計算待測訊號的工作週期。其中，測量週期T為第一週期Tf的m倍，測量週期T為第二週期Ts的n倍，且計數結果為C。則工作週期係為(C-n)/(m-n)。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10‧‧‧工作週期測量系統

12‧‧‧待測訊號

20‧‧‧除頻器

30‧‧‧邏輯電路

40‧‧‧開關電路

50‧‧‧壓控震盪器

60‧‧‧計數器

T‧‧‧測量週期

Tf‧‧‧第一週期

Ts‧‧‧第二週期

『第1圖』係為本發明之系統方塊圖；『第2A圖』至『第2C圖』係為本發明之訊號時序圖；以及『第3圖』係為本發明之工作週期測量方法之流程圖。

10．．．工作週期測量系統

12．．．待測訊號

20．．．除頻器

30．．．邏輯電路

40．．．開關電路

50．．．壓控震盪器

60．．．計數器

Claims

一種工作週期(duty cycle)測量系統，用以測量一待測訊號的一工作週期，包括：一除頻器，係根據該待測訊號，輸出一觸發訊號，該觸發訊號具有一測量週期；一壓控震盪器，用以接收該待測訊號，當該待測訊號為一高準位時，輸出具有一第一週期的一第一訊號，當該待測訊號為一低準位時，輸出具有一第二週期的一第二訊號；以及一計數器，根據該第一訊號與該第二訊號，產生一計數結果，並根據該計數結果，在該觸發訊號對應的該測量週期之間，計算該待測訊號的該工作週期；其中，該測量週期為該第一週期的m倍，該測量週期為該第二週期的n倍，且該計數結果為C，該工作週期係為(C-n)/(m-n)。
如請求項1所述之工作週期測量系統，其中m與n相減的結果係大於100。
如請求項1所述之工作週期測量系統，其中該計數器係計算該第一訊號與該第二訊號的一上升邊緣(raising edge)或是一下降邊緣(falling edge)的一個數，以產生該計數結果。
如請求項1所述之工作週期測量系統，另包括一邏輯電路與一開關電路，當該邏輯電路接收該觸發訊號時，該邏輯電路傳送一啟動訊號至該計數器與該開關電路，該計數器在接收到該啟動訊號後開始產生該計數結果，該開關電路係接收該待測訊號，並且在當該開關電路接收到該啟動訊號時，傳送該待測訊號至該壓控震盪器。
一種工作週期(duty cycle)測量方法，用以測量一待測訊號的一工作週期，包括以下步驟：根據該待測訊號，輸出一觸發訊號，該觸發訊號具有一測量週期；判斷該待測訊號為一高準位或是一低準位，當該待測訊號為該高準位時，輸出具有一第一週期的一第一訊號，當該待測訊號為該低準位時，輸出具有一第二週期的一第二訊號；根據該第一訊號與該第二訊號，產生一計數結果；以及根據該計數結果，在該觸發訊號對應的該測量週期之間，計算該待測訊號的該工作週期，其中該測量週期為該第一週期的m倍，該測量週期為該第二週期的n倍，且該計數結果為C，該工作週期係為(C-n)/(m-n)。
如請求項5所述之工作週期測量方法，其中m與n相減的結果係大於100。
如請求項5所述之工作週期測量方法，其中在根據該第一訊號與該第二訊號，產生該計數結果的該步驟中，係計算該第一訊號與該第二訊號的一上升邊緣(raising edge)或是一下降邊緣(falling edge)的一個數，以產生該計數結果。
如請求項5所述之工作週期測量方法，另包括：接收該觸發訊號；以及根據該觸發訊號，開始產生該計數結果，並且輸出該第一訊號或是該第二訊號。