可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整裝置及頻率調(diào)整方法
【專利摘要】一種可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整方法，包含下列步驟：計數(shù)過采樣信號的過采樣數(shù)并根據(jù)所述過采樣信號估算USB數(shù)據(jù)流的累計比特數(shù)；當所述累計比特數(shù)大于等于預設(shè)值時，計算所述過采樣數(shù)和M倍所述累計比特數(shù)的差值；及根據(jù)所述差值決定所述過采樣信號的頻率調(diào)整格數(shù)。本發(fā)明還提供一種可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整裝置。
【專利說明】可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整裝置及頻率調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)和方法，特別是關(guān)于一種根據(jù)數(shù)據(jù)流自動調(diào)整可調(diào)式振蕩器的振蕩頻率的頻率調(diào)整裝置和頻率調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用外部時序的振蕩電路可用以提供時鐘信號，而所述振蕩電路已知是使用外掛的精確時序元件，例如晶體振蕩器(crystal resonator)或陶磁振蕩器(ceramicresonator)，來提供參考頻率至所述振蕩電路。然而，使用外掛精確時序元件不僅會增加系統(tǒng)成本，所述振蕩電路的控制晶片上還必須另外設(shè)置一或兩個接腳(pin)以作為與所述精確時序元件的通訊介面。
[0003]控制晶片除了可使用外掛的精確時序元件所提供的參考頻率外，也可利用例如鎖相回路(PLL)或延遲鎖相回路(DLL)將內(nèi)部頻率調(diào)整成與所接收的數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)速率(data rate) 一致的頻率；然而，此方法通常需要花費較長的調(diào)整時間，因而并不適用于某些應(yīng)用，例如在USB裝置上。
[0004]有鑒于此，有必要提出一種不需使用外掛精確時序元件且能夠快速且自動調(diào)整可調(diào)式振蕩器的振蕩頻率的頻率調(diào)整裝置和頻率調(diào)整方法，以解決已知技術(shù)中所存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在提出一種不需使用外掛振蕩器的可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整裝置和頻率調(diào)整方法，其可根據(jù)所接收的USB數(shù)據(jù)流中任意型態(tài)的數(shù)據(jù)分組，自動調(diào)整可調(diào)式振蕩器的振蕩頻率。
[0006]本發(fā)明的目的在提出一種可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整裝置和頻率調(diào)整方法，其可于數(shù)據(jù)傳輸期間即時地調(diào)整可調(diào)式振蕩器的振蕩頻率，以避免所述可調(diào)式振蕩器因環(huán)境變化所造成的頻率漂移。
[0007]本發(fā)明提出一種可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整方法，包含下列步驟:接收USB數(shù)據(jù)流和時鐘信號；根據(jù)所述時鐘信號估算所述USB數(shù)據(jù)流的累計比特數(shù)并計數(shù)所述時鐘信號的過采樣數(shù)；當所述累計比特數(shù)大于等于預設(shè)值時，比較所述過采樣數(shù)和M倍所述累計比特數(shù)；當所述過采樣數(shù)大于M倍所述累計比特數(shù)時，降低所述時鐘信號的頻率；及當所述過采樣數(shù)小于M倍所述累計比特數(shù)時，提升所述時鐘信號的頻率。
[0008]本發(fā)明還提出一種可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整方法，用以根據(jù)USB數(shù)據(jù)流調(diào)整可調(diào)式振蕩器發(fā)出的過采樣信號。所述頻率調(diào)整方法包含下列步驟:計數(shù)所述過采樣信號的過采樣數(shù)并根據(jù)所述過采樣信號估算所述USB數(shù)據(jù)流的累計比特數(shù)；當所述累計比特數(shù)大于等于預設(shè)值時，計算所述過采樣數(shù)和M倍所述累計比特數(shù)的差值；及根據(jù)所述差值決定所述過采樣信號的頻率調(diào)整格數(shù)。
[0009]本發(fā)明還提出一種可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整裝置，用以根據(jù)USB數(shù)據(jù)流調(diào)整可調(diào)式振蕩器的振蕩頻率。所述頻率調(diào)整裝置包含計數(shù)處理單元和控制器。所述計數(shù)處理單元計數(shù)所述可調(diào)式振蕩器的振蕩數(shù)并根據(jù)所述振蕩數(shù)估算所述USB數(shù)據(jù)流的累計比特數(shù)，并比較M倍所述累計比特數(shù)和所述振蕩數(shù)以輸出頻率調(diào)整格數(shù)。所述控制器耦接于所述計數(shù)處理單元和所述可調(diào)式振蕩器的間，根據(jù)所述頻率調(diào)整格數(shù)調(diào)整所述可調(diào)式振蕩器的振蕩頻率。
[0010]本發(fā)明的可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整裝置和頻率調(diào)整方法中，是利用通用串形總線(USB)的任意型態(tài)的數(shù)據(jù)分組(data packet),例如,但不限于,設(shè)定分組(SETUP packet)、數(shù)據(jù)分組(DATA packet)和輸出分組(OUT packet)中，介于閑置(Idle)比特和分組結(jié)束(EOP)比特間的比特作為頻率調(diào)整的依據(jù)，因此本發(fā)明中無須使用外掛的精確時序元件。本發(fā)明的頻率調(diào)整裝置和頻率調(diào)整方法是適用于使用通用串形總線的裝置，例如USB鼠標。
[0011]本發(fā)明可應(yīng)用于無線通訊。在此應(yīng)用上，裝置通過連接在主機的收發(fā)器(dongle)或其內(nèi)嵌的收發(fā)模組與所述主機進行傳輸。通過本發(fā)明的應(yīng)用，所述收發(fā)器可基于主機的精確時鐘產(chǎn)生調(diào)整后頻率。接著，所述裝置可以基于所述收發(fā)器的調(diào)整后頻率產(chǎn)生調(diào)整后震蕩頻率。
[0012]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1顯示本發(fā)明實施例的自調(diào)式振蕩電路的方塊圖；
[0014]圖2a顯示USB主機所輸出的部分數(shù)據(jù)流；
[0015]圖2b顯示USB裝置的過采樣信號與圖2a的數(shù)據(jù)流的關(guān)系圖；
[0016]圖3顯示顯示低速傳輸中所需的最大抖動預算；
[0017]圖4顯示本發(fā)明中USB數(shù)據(jù)流的相鄰轉(zhuǎn)換邊緣間的過采樣數(shù)所對應(yīng)的比特數(shù)；
[0018]圖5顯示本發(fā)明實施例的可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整方法的示意圖；
[0019]圖6顯示本發(fā)明實施例的可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整方法的流程圖；
[0020]圖7顯示本發(fā)明另一實施例的可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整方法的流程圖；
[0021]圖8顯示經(jīng)過本發(fā)明的頻率調(diào)整方法調(diào)整一次后的最大頻率誤差；
[0022]圖9顯示使用本發(fā)明的應(yīng)用例的方塊圖；
[0023]圖10顯示裝置內(nèi)部的方塊示意圖；
[0024]圖11顯示時域上解調(diào)的示意圖。
[0025]附圖標記說明
[0026]I 自調(diào)式振蕩電路
[0027]101輸入端
[0028]102輸出端
[0029]103回饋輸入端
[0030]104控制輸出端
[0031]11 頻率調(diào)整裝置
[0032]111計數(shù)處理單元
[0033]112控制器[0034]12 可調(diào)式振蕩器
[0035]S1 控制信號
[0036]S2 頻率調(diào)整格數(shù)
[0037]Data USB 數(shù)據(jù)流
[0038]Cl 計數(shù)區(qū)間
[0039]CLK時鐘信號。
【具體實施方式】
[0040]為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。此外，在本發(fā)明的說明中，相同的構(gòu)件是以相同的符號表示，在此合先敘明。
[0041]根據(jù)通用串形總線的規(guī)格書(Universal Serial BusSpecification, versionl.1)所記載,低速USB裝置的數(shù)據(jù)率誤差必須介于±1.5%內(nèi)方能正確的運作，同時納入USB主機的數(shù)據(jù)率誤差為±0.25%，一個低速USB裝置的內(nèi)建振蕩器的誤差必需維持在土 1.25%內(nèi)才能夠保證USB介面正確地進行數(shù)據(jù)傳輸。因此，如果假設(shè)USB裝置的過采樣頻率為24MHz (16倍過采樣比)，則所述USB裝置的內(nèi)建振蕩器的振蕩頻率必需介于24MHz±300KHz的范圍內(nèi)。必須了解的是，USB裝置的過采樣頻率并不限定為24MHz ο
[0042]請參照圖1所示，其顯示本發(fā)明一實施例的自調(diào)式振蕩電路1，其具有輸入端101和輸出端102。所述自調(diào)式振蕩電路I可內(nèi)建于USB裝置，例如USB鼠標，以作為其本地振蕩器，并根據(jù)USB數(shù)據(jù)流Data產(chǎn)生頻率可調(diào)的時鐘信號CLK。所述時鐘信號CLK例如為用于數(shù)據(jù)回復(data recovery)的過采樣信號(oversampling signal)。
[0043]所述輸入端101用以接收來自USB主機的數(shù)據(jù)流(data stream)Data,并從所述輸出端102輸出時鐘信號CLK。所述時鐘信號CLK的頻率與所述數(shù)據(jù)流Data的數(shù)據(jù)率(datarate)間的誤差例如可被調(diào)整至所述數(shù)據(jù)流Data的M倍數(shù)據(jù)率的0.805%?1.027%之間，其中M為代表過采樣比(oversampling ratio)的正整數(shù)。所述數(shù)據(jù)流Data例如為USB數(shù)據(jù)流中任何形式的數(shù)據(jù)分組，例如設(shè)定分組(SETUP packet)、輸出分組(OUT packet)、數(shù)據(jù)分組(DATApacket)或其他格式的分組。一實施例中，所述數(shù)據(jù)流Data例如可為低速(lowspeed)數(shù)據(jù)流，其數(shù)據(jù)率為1.5MHz。
[0044]所述自調(diào)式振蕩電路I包含相互耦接的頻率調(diào)整裝置11和可調(diào)式振蕩器12。所述可調(diào)式振蕩器12例如可為RC振蕩器或其他適當?shù)目烧{(diào)式振蕩器。所述頻率調(diào)整裝置11自所述輸入端101接收來自USB主機的USB數(shù)據(jù)流Data。所述頻率調(diào)整裝置11還包含回饋輸入端103和控制輸出端104。所述頻率調(diào)整裝置11自所述回饋輸入端103接收回饋自所述可調(diào)式振蕩器12的時鐘信號CLK并自所述控制輸出端104輸出控制信號S1至所述可調(diào)式振蕩器12，其中所述控制信號S1例如可為包含多個比特的數(shù)位控制信號。所述可調(diào)式振蕩器12根據(jù)所述控制信號S1輸出時鐘信號CLK以作為USB裝置的參考頻率。
[0045]所述頻率調(diào)整裝置11包含計數(shù)處理單元111和控制器112。所述計數(shù)處理單元111在計數(shù)區(qū)間(counting interval)Cl中，計數(shù)回饋的所述時鐘信號CLK的過采樣數(shù)(振蕩數(shù))并根據(jù)所述過采樣信號估算所述數(shù)據(jù)流Data中累計比特數(shù)，當所述累計比特數(shù)大于等于預設(shè)值時，比較M倍所述累計比特數(shù)和所述過采樣數(shù)以輸出頻率調(diào)整格數(shù)S2 ;其中M為以所述可調(diào)式振蕩器12的期望振蕩頻率(desired oscillation frequency)為被除數(shù),并以所述數(shù)據(jù)流Data的數(shù)據(jù)率為除數(shù)所得的商，也即所述USB裝置于數(shù)據(jù)回復時的過采樣t匕。一種實施例中，所述可調(diào)式振蕩器12的期望振蕩頻率例如為24MHz，所述數(shù)據(jù)流Data的數(shù)據(jù)率例如為1.5MHz,因此M為16。所述計數(shù)區(qū)間Cl則由所述累計比特數(shù)的數(shù)目所決定，其大于或等于所述預設(shè)值。
[0046]所述控制器112耦接于所述計數(shù)處理單元111和所述可調(diào)式振蕩器12之間，其根據(jù)所述頻率調(diào)整格數(shù)S2輸出所述控制信號S1以調(diào)整所述可調(diào)式振蕩器12的振蕩頻率，其中每一個頻率調(diào)整格數(shù)(step size)即為所述可調(diào)式振蕩器12的頻率調(diào)整解析度(resolution)，其可根據(jù)實際使用的可調(diào)式振蕩器而決定。
[0047]請同時參照圖2a和圖2b所示，圖2a顯示USB主機(USB host)傳送至USB裝置(USB device)的數(shù)據(jù)分組的示意圖，此處包含設(shè)定分組(SETUP packet)和輸出分組(OUTPUT packet)，但實際上也可能包含其他任意型式的數(shù)據(jù)分組。圖2b顯示圖2a的部分放大圖以及24MHz過采樣頻率與1.5MHz數(shù)據(jù)流Data的關(guān)系，也即此實施例中USB裝置的內(nèi)建振蕩器于精準的情形下，在一個數(shù)據(jù)分組的每一個比特期間將取得16個過采樣點。
[0048]請同時參照圖1、圖2a和圖2b所示，所述計數(shù)處理單元111于計數(shù)區(qū)間Cl同時計數(shù)所述數(shù)據(jù)流Data的任意形式的數(shù)據(jù)分組中，介于同步(SYNC)比特的第一個比特和分組結(jié)束(EOP)比特前一個比特間的比特數(shù)目以和回饋的所述時鐘信號CLK的過采樣數(shù)，并比較兩者間的關(guān)系以決定所述可調(diào)式振蕩器12的頻率調(diào)整格數(shù)S2。所述控制器112則根據(jù)所述頻率調(diào)整格數(shù)S2進行所述可調(diào)式振蕩器12的振蕩頻率調(diào)整；其中，如果一個計數(shù)區(qū)間Cl至少包含N個比特，當所述計數(shù)區(qū)間Cl中的第一個數(shù)據(jù)分組(例如設(shè)定分組)從同步比特至分組結(jié)束比特前一個比特(如圖2a中SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5的比特數(shù)目)不足N個比特時，則于接收到分組結(jié)束比特時停止計數(shù)，而當再度接收下一個數(shù)據(jù)分組的同步比特的第一個比特(如圖2a中的輸出分組)時，再度開始計數(shù)，直到數(shù)至大于N個比特時停止。
[0049]由于數(shù)據(jù)流Data于傳輸時存在抖動(jitter),因此每個計數(shù)區(qū)間Cl所包含的比特數(shù)必須能夠容許最差條件(worst-case)下的抖動預算(jitter budget)。請參照圖3所示，其顯示數(shù)據(jù)流經(jīng)過5個串接的集線器(HUB)并傳輸連續(xù)I的情形，就USB規(guī)范定義，連續(xù)六個I會插入一個O,即所謂比特填塞(Bit stuffing),此時即為最差條件。從圖中可知,成對轉(zhuǎn)換(paired transition)時存在最大時間抖動,其為184ns。于低速傳輸中，若將最大時間抖動除以數(shù)據(jù)流Data中每一比特的時間以及數(shù)據(jù)率容許度(184/666.66X1.25%=22.08比特)，即可求出于低速傳輸時一個計數(shù)區(qū)間Cl最少必須包括23個比特，才能夠避免發(fā)生計數(shù)錯誤的情形。圖3的詳細內(nèi)容是記載于通用串形總線的規(guī)格書第1.1版。
[0050]本發(fā)明中，于計數(shù)區(qū)間Cl中估算數(shù)據(jù)流Data的比特數(shù)的方式是通過估算相鄰轉(zhuǎn)換邊緣(transition edge)間的比特數(shù)并累計連續(xù)相鄰轉(zhuǎn)換邊緣間的所述比特數(shù)來進行。由于通用串形總線中數(shù)據(jù)分組是采用不歸零反轉(zhuǎn)編碼(Non return to zero, NRZI)的編法方式，其最多可能包含有6個連續(xù)的I。當數(shù)據(jù)流Data出現(xiàn)連續(xù)的比特I時，在連續(xù)I的期間不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換邊緣，因此本發(fā)明需要針對連續(xù)比特I的數(shù)據(jù)進行比特數(shù)估算。
[0051]請同時參照圖2a、圖2b和圖4所示，圖4顯示本發(fā)明中USB數(shù)據(jù)流的相鄰轉(zhuǎn)換邊緣間的過采樣數(shù)所對應(yīng)的比特數(shù)。當所述可調(diào)式振蕩器12的出廠頻率誤差被調(diào)整為低于3%時，所述計數(shù)處理單元111于根據(jù)所述時鐘信號CLK估算所述數(shù)據(jù)流Data中的比特數(shù)時，可根據(jù)圖4的設(shè)定估算相鄰轉(zhuǎn)換邊緣間的比特數(shù)目。如圖4所示，當兩個相鄰連續(xù)轉(zhuǎn)換邊緣間的過采樣數(shù)目低于24個時，所述計數(shù)處理單元111則判定僅包含I個比特；當兩個連續(xù)轉(zhuǎn)換邊緣間的過采樣數(shù)目介于24和40的間時，所述計數(shù)處理單元111則判定包含2個比特；…；當兩個連續(xù)轉(zhuǎn)換邊緣間的過采樣數(shù)目大于104個時，所述計數(shù)處理單元111則判定包含7個比特，此時數(shù)據(jù)流為6個連續(xù)I與I個O。借此，所述計數(shù)處理單元111則可根據(jù)數(shù)據(jù)流Data中相鄰轉(zhuǎn)換邊緣間對應(yīng)的過采樣數(shù)來估算兩相鄰轉(zhuǎn)換邊緣間的比特數(shù)，并對連續(xù)相鄰轉(zhuǎn)換邊緣的所述比特數(shù)進行累加以得到所述累計比特數(shù)。
[0052]請同時參照圖1、圖2a、圖2b和圖5所示，圖5顯示本發(fā)明實施例的可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整方法的示意圖。所述計數(shù)處理單元111根據(jù)所接收的USB數(shù)據(jù)流Data和時鐘信號CLK調(diào)整所述可調(diào)式振蕩器12所產(chǎn)生的所述時鐘信號CLK的振蕩頻率。
[0053]步驟S21tl:所述計數(shù)處理單元111接收USB數(shù)據(jù)流和時鐘信號，計數(shù)所述時鐘信號CLK的過采樣數(shù)和根據(jù)所述時鐘信號CLK的過采樣數(shù)估算所述數(shù)據(jù)流Data中的累計比特數(shù)，其中于估算所述累計比特數(shù)時與所述數(shù)據(jù)流Data包含的數(shù)據(jù)型態(tài)(pattern)無關(guān)。所述計數(shù)處理單元111根據(jù)圖4中兩相鄰轉(zhuǎn)換邊緣間對應(yīng)的過采樣數(shù)估算相鄰轉(zhuǎn)換邊緣間的比特數(shù)，并累計連續(xù)相鄰轉(zhuǎn)換邊緣間的所述比特數(shù)以得到所述累計比特數(shù)。
[0054]步驟S22tl:所述計數(shù)處理單元111判斷所述累計比特數(shù)是否大于預設(shè)值，其中根據(jù)圖3可知所述預設(shè)值至少為23。當所述累計比特數(shù)大于所述預設(shè)值，則進入步驟S23(l。
[0055]步驟S23tl:所述計數(shù)處理單元111判定所述過采樣數(shù)是否大于M倍所述累計比特數(shù)，其中M為以所述可調(diào)式振蕩器12的期望振蕩頻率或USB裝置的系統(tǒng)頻率為被除數(shù)，并以所述數(shù)據(jù)流Data的數(shù)據(jù)率為除數(shù)的商，也即過采樣比(oversampling ratio)。例如圖2b中，M為16。當所述過采樣數(shù)大于M倍所述累計比特數(shù)時，則執(zhí)行步驟S24tl~S243以降低所述時鐘信號CLK的振蕩頻率；當所述過采樣數(shù)小于M倍所述累計比特數(shù)時，則執(zhí)行步驟S250 ^S253以提升所述時鐘信號CLK的振蕩頻率。
[0056]步驟S24tl:當所述過采樣數(shù)大于M倍所述累計比特數(shù)，將所述過采樣數(shù)減去M倍所述累計比特數(shù)以求得第一差值。
[0057]步驟S241:所述計數(shù)處理單元111求得降低格數(shù)并將其傳送至所述控制器112，其中所述降低格數(shù)=(所述第一差值/M倍累計比特數(shù))/(調(diào)整解析度/數(shù)據(jù)流的M倍數(shù)據(jù)率)。一個降低格數(shù)例如為所述可調(diào)式振蕩器12的頻率調(diào)整解析度(resolution)。例如于低速傳輸中，M可為16，數(shù)據(jù)流的M倍數(shù)據(jù)率可為24MHz，但本發(fā)明并不限于此。
[0058]步驟S242:所述計數(shù)處理單元111判定所述降低格數(shù)是否小于I ;若是，則執(zhí)行步驟S260 ;若否，則執(zhí)行步驟S243。
[0059]步驟S243:當所述計數(shù)處理單元111判定所述降低格數(shù)大于1，則傳送所述降低格數(shù)S2至所述控制器112。所述控制器112則據(jù)以發(fā)出控制信號S1降低所述可調(diào)式振蕩器12的振蕩頻率。同時，所述計數(shù)處理單元111則重新由步驟S21tl開始下一次的調(diào)整。一種實施例中，每一個降低格數(shù)可介于IlOKHz~140KHz,但并不限于此。一種實施例中，當所求出的降低格數(shù)不為正整數(shù)， 可使用四舍五入法或直接將小數(shù)部分去除以使所述降低格數(shù)成為正整數(shù)。
[0060]步驟S26tl:當所述計數(shù)處理單元111判定所述降低格數(shù)小于1，則表示所述可調(diào)式振蕩器12的振蕩頻率已經(jīng)穩(wěn)定而不進行調(diào)整。接著，所述計數(shù)處理單元111由已完成計數(shù)的計數(shù)區(qū)間Cl的下一個比特開始重新計數(shù)所述時鐘信號CLK的過采樣數(shù)并估算所述USB數(shù)據(jù)流的累計比特數(shù)，并從所述步驟S210進行下一次的校正；可以了解的是，若所述計數(shù)區(qū)間Cl的最后一個比特剛好為CRC5(參照圖2a)的最后一個比特時，下一個計數(shù)區(qū)間則從下一個數(shù)據(jù)分組的SYNC的第一個比特開始。
[0061]步驟S25tl:當所述過采樣數(shù)小于M倍所述累計比特數(shù)，將M倍所述累計比特數(shù)減去所述過采樣數(shù)以求得第二差值。
[0062]步驟S251:所述計數(shù)處理單元111求得提升格數(shù)并將其傳送至所述控制器112，其中所述提升格數(shù)=(第二差值/M倍累計比特數(shù))/ (調(diào)整解析度/數(shù)據(jù)流的M倍數(shù)據(jù)率)。一個提升格數(shù)例如為所述可調(diào)式振蕩器12的頻率調(diào)整解析度。
[0063]步驟S252:所述計數(shù)處理單元111判定所述提升格數(shù)是否小于I ;若是，則執(zhí)行步驟S260 ;若否，則執(zhí)行步驟S253。
[0064]步驟S253:當所述計數(shù)處理單元111判定所述降低升數(shù)大于1，則傳送所述提升格數(shù)S2至所述控制器112。所述控制器112則據(jù)以發(fā)出控制信號S1提升所述可調(diào)式振蕩器12的振蕩頻率。同時，所述計數(shù)處理單元111則重新由步驟S21tl開始下一次的調(diào)整。一種實施例中，每一個提升格數(shù)可介于IlOKHz?140KHz,但并不限于此。一種實施例中，當所求出的提升格數(shù)不為正整數(shù)，可使用四舍五入法或直接將小數(shù)部分去除以使所述提升格數(shù)成為正整數(shù)。
[0065]因此，本發(fā)明一實施例的可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整方法如圖6所示，包含下列步驟:接收USB數(shù)據(jù)流和時鐘信號(步驟S31tl);根據(jù)所述時鐘信號估算所述USB數(shù)據(jù)流的累計比特數(shù)并計數(shù)所述時鐘信號的過采樣數(shù)(步驟S32tl);當所述累計比特數(shù)大于預設(shè)值時，比較所述過采樣數(shù)和M倍所述累計比特數(shù)(步驟S33tl);當所述過采樣數(shù)大于M倍所述累計比特數(shù)，降低所述時鐘信號的頻率(步驟S34tl);以及當所述過采樣數(shù)小于M倍所述累計比特數(shù)，提升所述時鐘信號的頻率(步驟S350 )。本實施例的詳細實施方式已說明于圖5和其相關(guān)說明中，故于此不再贅述。
[0066]本發(fā)明另一實施例的可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整方法如圖7所示，所述頻率調(diào)整方法用以根據(jù)USB數(shù)據(jù)流調(diào)整可調(diào)式振蕩器發(fā)出的過采樣信號。所述頻率調(diào)整方法包含下列步驟:計數(shù)所述過采樣信號的過采樣數(shù)和根據(jù)所述過采樣信號估算所述USB數(shù)據(jù)流的累計比特數(shù)(步驟S41tl);當所述累計比特數(shù)大于預設(shè)值時，計算所述過采樣數(shù)和M倍所述累計比特數(shù)的差值(步驟S42tl);及根據(jù)所述差值決定所述過采樣信號的一頻率調(diào)整格數(shù)(步驟S430)。
[0067]請參照圖8所示，其顯示經(jīng)過本發(fā)明的頻率調(diào)整裝置和方法調(diào)整一次后，所述可調(diào)式振蕩器12的最大誤差；其中，當初始誤差介于1%?3%間時，經(jīng)本發(fā)明調(diào)整一次后的誤差可介于0.805%?1.027%之間。圖8中，所述計數(shù)區(qū)間Cl是以包含32個比特的兩個輸入分組為例(共64個比特)，低速USB裝置的系統(tǒng)頻率(即可調(diào)式振蕩器12的振蕩頻率)假設(shè)為24MHz (過采樣周期為41.667奈秒)，也即16倍過采樣比。于本發(fā)明的可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整裝置和方法中，所述可調(diào)式振蕩器12的初始誤差(initial error)較佳調(diào)整為低于3%，以使所述計數(shù)處理單元111可根據(jù)圖4來估算相鄰轉(zhuǎn)換邊緣間的正確比特數(shù)目。此外，本實施例中，所述可調(diào)式振蕩器12的頻率調(diào)整解析度假設(shè)介于IlOKHz?HOKHz的間，但本發(fā)明并不限于此。[0068]所述可調(diào)式振蕩器12的初始誤差為1%~3%，其顯示于圖8的第一行。現(xiàn)以初始誤差1%為例說明圖8的第一列的計算方式，而其他各列的計算方式均相同，故不再贅述。第二行中，64個比特的理想比特時間為64X (1/1.5MHz) =42667奈秒(ns)。
[0069]第三行中，考慮抖動時64個比特的最短時間為理想比特時間-最大抖動時間，即42667-184=42483奈秒；其中，最大抖動時間請參照圖3。
[0070]第四行中，考慮抖動時64個比特的最長時間為理想比特時間+最大抖動時間，SP42667+184=42851 奈秒。
[0071]第五行為計數(shù)區(qū)間Cl中最小過采樣數(shù)，等于(比特最短時間X (1-初始誤差)/過采樣周期)-采樣誤差；本實施例中假設(shè)每一個數(shù)據(jù)分組具有I個比特的采樣誤差，因此2個輸入分組的采樣誤差為2。最小過采樣數(shù)=42483 X (1-1%) /41.667)-2=1007。 [0072]第六行為所述計數(shù)區(qū)間Cl中最大過采樣數(shù)，等于(比特最長時間X (1+初始誤差)/過采樣周期)+采樣誤差，即等于42851 X (1+1%) /41.667ns) +2=1041。
[0073]第七行和第八行分別為時鐘最小范圍的最小值和最大值，其中最小值=(最小過采樣數(shù)-1) X 1000/比特最長時間，即(1007-1) X 1000/42851=23.477MHz ;最大值=(最小過采樣數(shù)-1) X 1000/ 比特最短時間，即(1007-1) X 1000/42483=23.680MHz。
[0074]第九行和第十行分別為時鐘最大范圍的最小值和最大值，其中最小值=(最大過采樣數(shù)-1) X 1000/比特最長時間，即(1041-1) X 1000/42851=24.270MHz ;最大值=(最大過采樣數(shù)-1) X 1000/ 比特最短時間，即(1041-1) X 1000/42483=24.480MHz。
[0075]第十一行為相對于不同初始誤差的提升格數(shù)。
[0076]第十二行和十二行分別為提升后振蕩頻率的最小頻率和最大頻率。所述最小頻率=時鐘最小范圍的最小值+提升格數(shù)X最小解析度，即為
23.477MHz+3X 110KHz=23.807MHz ;所述最大頻率=時鐘最小范圍的最大值+提升格數(shù)X最大解析度，即為 23.680MHz+3X140KHz=24.1OOMHz。
[0077]第十四行為相對于不同初始誤差的降低格數(shù)。
[0078]第十五行和十六行分別為降低后振蕩頻率的最小頻率和最大頻率。所述最小頻率=時鐘最大范圍的最小值-降低格數(shù)X最大解析度，即為
24.270MHz-3X 140KHz=23.850MHz ;所述最大頻率=時鐘最大范圍的最大值_降低格數(shù)X最小解析度，即為 24.480MHz-3X110KHz=24.150MHz?
[0079]第十七行為調(diào)整后振蕩頻率的最大誤差，此處最大誤差發(fā)生于提升后頻率的最小頻率，因此最大誤差為 100%X (24-23.807)/24=0.805%。
[0080]可以了解的是，雖然本發(fā)明中以低速傳輸來進行說明，其僅為例示性的；本發(fā)明的頻率調(diào)整裝置和方法并不限定于低速的USB裝置。
[0081]本發(fā)明可應(yīng)用于無線通訊。在此應(yīng)用上，裝置(例如人因介面裝置)可通過連接在主機的收發(fā)器或其內(nèi)嵌的收發(fā)模組與所述主機進行傳輸。圖9顯示使用本發(fā)明的應(yīng)用例的方塊圖。所述收發(fā)器92可應(yīng)用本發(fā)明前述的方法基于所述主機91的精確時鐘產(chǎn)生調(diào)整后頻率。然后所述裝置93可以根據(jù)所述收發(fā)器92的調(diào)整后頻率產(chǎn)生調(diào)整后震蕩頻率。當通訊被建立在所述收發(fā)器92與所述裝置93的間時，通常所述裝置93與所述收發(fā)器92其中之一會發(fā)送通訊請求，接著所述裝置93與所述收發(fā)器92的中另一個將同意所述通訊請求以建立通訊。當所述收發(fā)器92開始發(fā)送有效負荷(payload)到所述裝置93時，所述有效負荷用以承載同步信號。所述同步信號具有承載頻率和信號頻率且兩者皆可被所述收發(fā)器92和所述裝置93識別。所述裝置93在接收所述同步信號的同時也在內(nèi)部產(chǎn)生震蕩頻率。
[0082]現(xiàn)階段所述裝置93的初始震蕩頻率是未經(jīng)調(diào)整的，因此所述裝置93可以從所述同步信號獲取其信號頻率。所述信號頻率可被所述裝置93識別，因此所述裝置93可以依據(jù)所述信號頻率調(diào)整其震蕩頻率。一般而言，所述裝置93可以在時域上或頻域上調(diào)整其震蕩頻率，將分別說明如下。
[0083]圖10顯示所述裝置93內(nèi)部的方塊示意圖。接收器916接收所述同步信號901，所述同步信號901包含承載頻率(以Fcarrier表示)與信號頻率(以Fsignal表示),接著所述接收器916從所述震蕩器912接收震蕩頻率902。因為所述震蕩器尚未被調(diào)整，所述震蕩頻率902包含震蕩頻率(以Fosc表示)和誤差頻率(以FEosc表示)。接著所述接收器916產(chǎn)生采樣信號905，所述采樣信號905包含外加頻率(以Fadd表示)加上信號頻率(Fsignal)再加上倍數(shù)誤差頻率(以A*FEosc表示，其中A為倍數(shù))。所述采樣信號905則被所述解調(diào)器915處理以獲取相對所述誤差頻率(FEosc)的誤差校正信號906。接著所述震蕩器912根據(jù)所述誤差校正信號906以調(diào)整所述震蕩頻率。當所述誤差校正信號906指出前述的震蕩頻率較快時，所述震蕩器912將降低所述震蕩頻率，反之亦然。
[0084]在這個實施例中，所述接收器916可通過混合器911 (mixer)、轉(zhuǎn)換器914以和合成器913 (synthesizer)的電路來實現(xiàn)。所述混合器911接收所述同步信號901。所述合成器913將所述震蕩頻率902合成至具有Fcarrier、Fadd以和A*FEosc的預設(shè)頻率903。所述混合器911接著將所述預設(shè)頻率903混合所述同步信號901以消除Fcarrier且獲取包含F(xiàn)signal、Fadd以及A*FEosc的混合信號904。Fadd特別由所述合成器913所設(shè)計且產(chǎn)生，且當Fosc被合成時，F(xiàn)add將被放入所述預設(shè)頻率903。當所述同步信號和所述預設(shè)頻率混合時，F(xiàn)add被設(shè)計用來消除Fcarrier。所述混合信號904則被轉(zhuǎn)換器914轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生具有Fsignal、Fadd以和A*FEosc資訊的所述采樣信號905。所述解調(diào)器915則解調(diào)所述米樣信號905。
[0085]由于Fsignal、Fadd以及A被系統(tǒng)指定，所述解調(diào)器915便可以將所述采樣信號905進行解調(diào)且辨別出FEosc。當震蕩器912產(chǎn)生頻率時，F(xiàn)Eosc代表誤差項。所述震蕩器912無法識別自身的誤差項，因此在前述的運作的后，所述解調(diào)器915便可以幫助所述震蕩器912識別FEosc以調(diào)整其震蕩頻率。此調(diào)整運作可為回饋運作，因此所述震蕩頻率可以被重復地被調(diào)整直到震蕩頻率介于精確范圍之內(nèi)。因為Fsignal、Fadd以及A*FEosc皆為頻率，所述解調(diào)器915便可在頻域上將所述采樣信號905進行解調(diào)。舉例而言，所述解調(diào)器915可以從所述采樣信號減去其Fsignal和Fadd的部份，而剩余的部份便僅與A*FEosc相關(guān)。倍數(shù)A為已知，因此所述解調(diào)器915便可以用A去除剩余的部分以獲取FEosc的部份用來調(diào)整所述震蕩頻率。
[0086]在另一個實施例中，所述解調(diào)器915可以在時域上對所述采樣信號905進行解調(diào)。圖11顯示時域上解調(diào)的示意圖。假設(shè)Fsignal為重復的相鄰的比特O與比特I的序列，且在比特O (信號921)的中央至相鄰的比特I (信號922)的中央的時間區(qū)間為預設(shè)的。所述解調(diào)器915則通過高頻信號923來計數(shù)其時間區(qū)間，當其計數(shù)至時間區(qū)間的最后時，便可產(chǎn)生計數(shù)值。所述高頻信號923依據(jù)所述震蕩頻率所產(chǎn)生。所述時間區(qū)間通過精確的Fsignal預設(shè)的，而且如果所述震蕩頻率也是精確的，則此計數(shù)值將與預設(shè)值幾乎相等。當所述計數(shù)值比預設(shè)值大時，也表示所述震蕩頻率太快，而所述震蕩器912就要減少其震蕩頻率，反之亦然。
[0087]如前所述，已知USB裝置中所設(shè)置的額外精確振蕩元件成本較高并需要額外接腳與其進行通訊。本發(fā)明還提出一種不需外掛精確振蕩元件的可調(diào)式振蕩器的頻率調(diào)整裝置和頻率調(diào)整方法，可根據(jù)所接收的USB數(shù)據(jù)流中任意型態(tài)的數(shù)據(jù)分組自動并即時地調(diào)整可調(diào)式振蕩器的振蕩頻率。
[0088]雖然本發(fā)明通過前述實施例披露，但是其并非用以限定本發(fā)明，任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與修改。因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的權(quán)利要求所界定的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種頻率調(diào)整方法，該頻率調(diào)整方法用于可調(diào)式振蕩器和無線連接所述可調(diào)式震蕩器的無線人因介面裝置，該頻率調(diào)整方法包含下列步驟: 接收時鐘信號和USB數(shù)據(jù)流； 根據(jù)所述時鐘信號估算所述USB數(shù)據(jù)流中介于同步比特的第一個比特與分組結(jié)束比特的前一個比特之間的數(shù)據(jù)分組的累計比特數(shù)并計數(shù)所述時鐘信號的過采樣數(shù)； 當所述累計比特數(shù)大于等于預設(shè)值時，比較所述過采樣數(shù)和M倍所述累計比特數(shù)； 當所述過采樣數(shù)大于M倍所述累計比特數(shù)時，降低所述時鐘信號的頻率； 當所述過采樣數(shù)小于M倍所述累計比特數(shù)時，提升所述時鐘信號的頻率； 接收來自所述人因介面裝置的通訊請求；以及 以有效負荷傳送回復所述通訊請求的分組，其中所述有效負荷包含提供所述無線人因介面裝置的同步信號以調(diào)整其震蕩頻率； 其中所述同步信號對應(yīng)所述時鐘信號的被調(diào)整頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述無線人因介面裝置包含震蕩器、解調(diào)器以及接收器，該方法還包含下列步驟: 以所述接收器接收所述同步信號； 以所述震蕩器產(chǎn)生所述震蕩頻率； 混合所述同步信號與所述震蕩頻率以獲取采樣信號； 以所述解調(diào)器解調(diào)所述采樣信號以獲取誤差校正信號；以及 根據(jù)所述誤差校正信號調(diào)整所述震蕩頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述同步信號包含承載頻率與信號頻率，且所述震蕩頻率包含誤差頻率，該方法還包含下列步驟: 合成所述震蕩頻率至預設(shè)頻率； 通過混合所述同步信號與所述預設(shè)信號以消除所述承載頻率；以及 通過識別所述信號頻率和外加頻率來估算所述誤差頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，該方法還包含下列步驟: 預先設(shè)定所述信號頻率和所述外加頻率； 識別所述信號頻率和所述外加頻率； 通過計算所述信號頻率相鄰的比特I與比特O以獲取一計數(shù)值來估算所述誤差頻率； 當所述計數(shù)值大于預設(shè)值時，降低所述震蕩頻率；以及 當所述計數(shù)值小于預設(shè)值時，提升所述震蕩頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，該方法還包含下列步驟: 預先設(shè)定所述信號頻率和所述外加頻率； 識別所述信號頻率和所述外加頻率； 通過混合所述同步信號與所述預設(shè)頻率以獲取所述采樣信號來估算所述承載頻率； 通過將所述采樣信號減去所述信號頻率和所述外加頻率來估算所述誤差頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述接收器包含混合器、轉(zhuǎn)換器以及合成器，所述方法還包含下列步驟: 以所述混合器接收所述同步信號； 以所述震蕩器產(chǎn)生所述震蕩頻率至所述合成器，其中所述震蕩頻率包含頻率和誤差頻率； 以所述合成器產(chǎn)生承載頻率加上外加頻率加上倍數(shù)誤差頻率給所述混合器； 以所述混合器將所述承載頻率加上外加頻率加上倍數(shù)誤差頻率與所述同步信號混合以獲取所述外加頻率、所述信號頻率以及所述倍數(shù)誤差頻率； 轉(zhuǎn)換所述外加頻率、所述信號頻率以及所述倍數(shù)誤差頻率為所述采樣信號；以及 解調(diào)所述采樣信號以識別所述誤差頻率以用以調(diào)整所述震蕩頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的方法，其中所述同步信號包含承載頻率與信號頻率，且所述無線人因介面裝置通過消除所述承載頻率來調(diào)整其震蕩頻率。
【文檔編號】G06F1/08GK103677079SQ201310184725
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月14日
【發(fā)明者】吳志彥, 黃建榮, 劉祥生, 陳慶至 申請人:原相科技股份有限公司