本實(shí)用新型的實(shí)施方式和實(shí)施例涉及周期性信號(hào)頻率測(cè)量。

背景技術(shù)：

本實(shí)用新型例如但不是限制性地應(yīng)用于校準(zhǔn)鎖相環(huán)(PLL)中的壓控振蕩器(VCO)的增益。

鎖相環(huán)是能夠遞送其頻率從屬于參考信號(hào)的頻率的信號(hào)的環(huán)路系統(tǒng)。

更確切地并傳統(tǒng)地講，鎖相環(huán)顯著地包括：在一個(gè)輸入上接收參考信號(hào)的相位比較器；和，壓控振蕩器，其控制輸入被耦合至相位比較器的輸出，并且其在分頻后環(huán)路回到相位比較器的另一輸入上的輸出遞送在頻率和相位上從屬于參考信號(hào)的頻率和相位但一般具有比參考信號(hào)的頻率高的頻率的輸出信號(hào)。

在壓控振蕩器的增益上的校準(zhǔn)期間，振蕩器輸出信號(hào)的頻率被確定用于兩個(gè)不同值的輸入電壓(一般從分別代表所述兩個(gè)不同電壓的兩個(gè)不同數(shù)字字獲得)，并且在這兩個(gè)輸出頻率的差值與兩個(gè)數(shù)字字的差值之間獲得比率。

用于顯著地使用在參考信號(hào)的給定數(shù)目的周期期間計(jì)數(shù)的第一信號(hào)的周期數(shù)目的平均值而從參考信號(hào)的頻率計(jì)算出信號(hào)的頻率的方法是已知的。然而，測(cè)量越必須精確，這些方法越耗時(shí)。

通過(guò)示例的方式，對(duì)于62.5kHz的測(cè)量精度而言，從具有16MHz的頻率的參考信號(hào)進(jìn)行的例如大約2.4GHz的信號(hào)的頻率的精確測(cè)量要求256個(gè)周期的參考信號(hào)，或者16微妙。

這導(dǎo)致增益校準(zhǔn)階段的大量持續(xù)時(shí)間。

然而，諸如藍(lán)牙低能耗(BLE)等的一些低功耗通信應(yīng)用要求鎖相環(huán)的更快起始，并因此特別要求振蕩器的增益校準(zhǔn)階段的短持續(xù)時(shí)間，顯著地以便節(jié)省電池功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的目的是提供一種用于從周期性參考信號(hào)確定信號(hào)的頻率的裝置，以至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題。

根據(jù)一個(gè)方面，提供一種用于從周期性參考信號(hào)確定信號(hào)的頻率的方法，包括：

a)在參考信號(hào)的第一周期期間對(duì)所述信號(hào)的整體周期的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)(參考信號(hào)的第一周期例如是用于確定所述信號(hào)的頻率的起始時(shí)刻之后開(kāi)始的周期)，

b)針對(duì)參考信號(hào)的每個(gè)周期重復(fù)步驟a)，直到等于參考信號(hào)的第一數(shù)量的周期的第一持續(xù)時(shí)間的到期，和

c)確定所述數(shù)目的第一平均值，

d)步驟a)至c)中的至少一部分進(jìn)行R次重復(fù)，在每個(gè)重復(fù)處將步驟a)的計(jì)數(shù)的起始移位參考信號(hào)的至少一個(gè)周期，并且可選地針對(duì)步驟b)和步驟c)考慮在步驟a)和b)的至少一個(gè)前面的組期間已經(jīng)計(jì)數(shù)的所述信號(hào)的整體周期的數(shù)目。

事實(shí)上在步驟d)中，可以在步驟b)的每個(gè)重復(fù)處對(duì)前面的重復(fù)期間已經(jīng)計(jì)數(shù)的數(shù)目重新計(jì)數(shù)。然而，如將在后面看到的，可以使前面的重復(fù)中已經(jīng)計(jì)數(shù)的數(shù)目保持并且在當(dāng)前重復(fù)中僅對(duì)參考信號(hào)的新的當(dāng)前周期期間的所述信號(hào)的整體周期的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且當(dāng)然使用該新的數(shù)目和已經(jīng)計(jì)數(shù)的數(shù)目來(lái)影響所述第一平均值。

根據(jù)該方面的方法還包括：

e)確定所獲得的所有第一平均值的第二平均值，和

f)從所述第二平均值和參考信號(hào)的頻率確定所述信號(hào)的頻率。

因此，通過(guò)這些R次滑動(dòng)平均值的使用可以以高精度確定所述信號(hào)的頻率，而這不會(huì)引起在所述頻率確定的持續(xù)時(shí)間上的任何顯著增加。

有利地，步驟a)、b)和c)并行地執(zhí)行。

步驟a)至e)可以通過(guò)運(yùn)用下面的公式來(lái)實(shí)現(xiàn)：

$M2=\frac{1}{R}\×\left(\underset{k=1}{\overset{R}{\Σ}}\frac{1}{S}\underset{i=k}{\overset{k+S-1}{\Σ}}{C}_i\right)$

其中M2指代所述第二平均值，S對(duì)應(yīng)于第一數(shù)量，并且C_i對(duì)應(yīng)于在參考信號(hào)的當(dāng)前周期期間計(jì)數(shù)的所述數(shù)目。

該一般公式可以用于例如通過(guò)軟件來(lái)確定第二平均值。

然而，當(dāng)R等于參考信號(hào)的周期的第二數(shù)量P減去第一數(shù)量S并且第一數(shù)量S和第二數(shù)量P是二的冪時(shí)，公式可以甚至更加有利地表達(dá)出，于是允許了簡(jiǎn)單的硬件實(shí)現(xiàn)。

因此，當(dāng)?shù)谝粩?shù)量S等于第二數(shù)量P的一半時(shí)，步驟a)至e)可以通過(guò)運(yùn)用下面的公式來(lái)實(shí)現(xiàn)：

$M2=\frac{1}{P-S}\×\frac{1}{S}\×(\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}i\×C_i+\underset{i=S+1}{\overset{P-1}{\Σ}}(P-i)\×C_i)$

該公式有利地允許基于諸如計(jì)數(shù)器、設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器、累加器等的簡(jiǎn)單部件的方法的簡(jiǎn)單硬件實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)?shù)谝粩?shù)量S小于時(shí)，步驟a)至c)可以通過(guò)運(yùn)用下面的公式來(lái)實(shí)現(xiàn)：

$M2=\frac{1}{P-S}\×\frac{1}{S}\×(\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}i\×C_i+\underset{i=S+1}{\overset{P-S}{\Σ}}S\×C_i+\underset{i=P-S+1}{\overset{P-1}{\Σ}}(P-i)\×C_i)$

該公式還允許基于諸如計(jì)數(shù)器、與前面的設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器稍微不同的設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器、累加器等的簡(jiǎn)單部件的方法的簡(jiǎn)單硬件實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)另一方面，提供了一種用于從周期性參考信號(hào)確定信號(hào)的頻率的裝置，包括被配置用于執(zhí)行如下步驟的處理部件

a)在參考信號(hào)的第一周期期間對(duì)所述信號(hào)的整體周期的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，

b)在等于參考信號(hào)的第一數(shù)量的周期的第一持續(xù)時(shí)間期間針對(duì)參考信號(hào)的每個(gè)其它周期對(duì)步驟a)進(jìn)行重復(fù)，

c)確定所述數(shù)目的第一平均值，

d)步驟a)至c)中的至少一部分進(jìn)行R次重復(fù)，在每個(gè)重復(fù)處使步驟a)的計(jì)數(shù)的起始移位參考信號(hào)的至少一個(gè)周期，并且可選地針對(duì)步驟b)和步驟c)考慮在步驟a)和b)的至少一個(gè)前面的組期間已經(jīng)計(jì)數(shù)的所述信號(hào)的整體周期的數(shù)目，

e)對(duì)所獲得的所有第一平均值的第二平均值的確定，和

f)從所述第二平均值和參考信號(hào)的頻率確定所述信號(hào)的頻率。

處理部件有利地被配置用于并行地執(zhí)行步驟a)、b)和c)的R次重復(fù)d)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，處理部件被配置用于通過(guò)運(yùn)用下面的公式來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟a)至e)：

$M2=\frac{1}{R}\×\left(\underset{k=1}{\overset{R}{\Σ}}\frac{1}{S}\underset{i=k}{\overset{k+S-1}{\Σ}}{C}_i\right)$

其中M2指代所述第二平均值，S對(duì)應(yīng)于第一數(shù)量，并且C_i對(duì)應(yīng)于在參考信號(hào)的當(dāng)前周期期間計(jì)數(shù)的所述信號(hào)的整體周期的所述數(shù)目。

當(dāng)?shù)谝粩?shù)量S等于第二數(shù)量P的一半時(shí)，處理部件被配置用于通過(guò)運(yùn)用下面的公式來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟a)至e)：

$M2=\frac{1}{P-S}\×\frac{1}{S}\×(\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}i\×C_i+\underset{i=S+1}{\overset{P-1}{\Σ}}(P-i)\×C_i)$

處理部件于是可以包括：

-計(jì)數(shù)部件，被配置用于遞送所述連續(xù)的數(shù)目，

-設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器，被配置用于在參考信號(hào)的P-1個(gè)參考周期期間在每個(gè)新的參考周期處以一遞增直到達(dá)到第一數(shù)量，接著在每個(gè)新的參考周期處以一遞減，

-乘法器，具有分別連接至計(jì)數(shù)部件和設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器的輸出的兩個(gè)輸入，

-累加器，被連接在乘法器的輸出處，和

-移位部件，被配置用于執(zhí)行對(duì)應(yīng)于由第一數(shù)量乘以第二數(shù)量與第一數(shù)量之間的差值的乘積進(jìn)行的除法的位移位。

該移位部件可以例如通過(guò)軟件模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)?shù)谝粩?shù)量小于第二數(shù)量的一半時(shí)，處理部件被配置用于通過(guò)運(yùn)用下面的公式來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟a)至e)：

$M2=\frac{1}{P-S}\×\frac{1}{S}\×(\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}i\×C_i+\underset{i=S+1}{\overset{P-S}{\Σ}}S\×C_i+\underset{i=P-S+1}{\overset{P-1}{\Σ}}(P-i)\×C_i)$

因此，處理部件可以包括：

-計(jì)數(shù)部件，被配置用于遞送所述連續(xù)的數(shù)目，

-設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器，被配置用于在參考信號(hào)的P-1個(gè)參考周期期間在每個(gè)新的參考周期處以一遞增達(dá)到第一數(shù)量，接著在等于P-1與2S之間的差值的多個(gè)參考周期期間保持處于第一數(shù)量，接著在每個(gè)新的參考周期處以一遞減，

-乘法器，具有分別連接至計(jì)數(shù)部件和設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器的輸出的兩個(gè)輸入，

-累加器，被連接在乘法器的輸出處，和

-移位部件，被配置用于執(zhí)行對(duì)應(yīng)于由第一數(shù)量乘以第二數(shù)量與第一數(shù)量之間的差值的乘積進(jìn)行的除法的位移位。

該移位部件也可以例如通過(guò)軟件模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式和實(shí)施例的用于從周期性參考信號(hào)確定信號(hào)的頻率的裝置能夠從參考信號(hào)簡(jiǎn)單且快速地確定信號(hào)的頻率。

附圖說(shuō)明

在檢查本實(shí)用新型的絕非限制性的實(shí)施方式和實(shí)施例的詳細(xì)描述以及附圖時(shí)，本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)和特征將出現(xiàn)，其中：

-圖1至圖6圖示出實(shí)用新型的實(shí)施方式和實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1圖示出用于從周期性參考信號(hào)REF確定周期性信號(hào)SIG的頻率的方法的示例。

參考信號(hào)REF可以例如是但不限于鎖相環(huán)的參考信號(hào)，并且信號(hào)SIG可以例如是但不限于由形成該相同鎖相環(huán)的一部分的壓控振蕩器所遞送的信號(hào)。

在描述的其余部分中，索引i將用于代表與參考信號(hào)的周期P_i相關(guān)聯(lián)的各種要素。因此，索引1與周期P₁相關(guān)聯(lián)，索引2與周期P₂相關(guān)聯(lián)，等等。

在方法的第一步驟a)中，在參考信號(hào)REF的第一參考周期P₁期間執(zhí)行對(duì)第一信號(hào)SIG的整體周期的數(shù)目C_i的計(jì)數(shù)。

在第一數(shù)量S的參考周期P_i期間，針對(duì)參考信號(hào)REF的每個(gè)其他連續(xù)周期P_i重復(fù)進(jìn)行計(jì)數(shù)a)(步驟b))。

在該示例中S＝4。因此執(zhí)行對(duì)在連續(xù)周期P₁、P₂、P₃和P₄期間發(fā)生的第一信號(hào)SIG的整體周期的數(shù)目C₁、C₂、C₃和C₄的連續(xù)計(jì)數(shù)。

接著確定在第一步驟a)的四個(gè)重復(fù)期間計(jì)數(shù)的不同數(shù)目C_i的第一平均值M11(步驟c))。在該示例中，第一平均值M11將等于數(shù)目C₁、C₂、C₃和C₄的總和除以第一數(shù)量S＝4。

通過(guò)在每個(gè)重復(fù)處使參考周期P_i的計(jì)數(shù)的起始移位，將步驟a)至c)重復(fù)進(jìn)行等于參考周期的第二數(shù)量P與第一數(shù)量S＝4之間的差值的多次。

在該示例中P＝8。因此并行地確定各與4個(gè)連續(xù)的數(shù)目C_i有關(guān)的P-S＝4個(gè)第一平均值M11、M12、M13和M14。

M11因此是數(shù)目C₁至C₄的平均值、M12是數(shù)目C₂至C₅的平均值、M13是數(shù)目C₃至C₆的平均值并且M14是數(shù)目C₄至C₇的平均值。

最后，在第一平均值M11、M12、M13和M14的值上確定第二平均值M2。

在這里，第二平均值M2的值因此等于第一平均值M11、M12、M13和M14的總和除以P-S＝4。

為了獲得第一信號(hào)的頻率，接著參考信號(hào)的頻率乘以第二平均值M2的值。

如此實(shí)現(xiàn)的方法等效于運(yùn)用下面的第一公式F1：

$M2=\frac{1}{P-S}\×\left(\underset{k=1}{\overset{P-S}{\Σ}}\frac{1}{S}\underset{i=k}{\overset{k+S-1}{\Σ}}{C}_i\right)---\left(F1\right)$

該公式可以例如在微控制器內(nèi)以軟件形式實(shí)現(xiàn)。

然而，發(fā)明人已觀察到：通過(guò)選擇作為二的冪的第一數(shù)量S和第二數(shù)量P并且特別地通過(guò)選擇方法等效于運(yùn)用下面的第二公式F2：

$M2=\frac{1}{P-S}\×\frac{1}{S}\×(\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}i\×C_i+\underset{i=S+1}{\overset{P-1}{\Σ}}(P-i)\×C_i)---\left(F2\right)$

該公式特別有利，因?yàn)椴粌H可以利用軟件手段來(lái)運(yùn)用該公式，而且可以利用諸如圖2中圖示出的裝置DIS1的那些等的簡(jiǎn)單硬件手段來(lái)運(yùn)用。

接著也可以不重復(fù)在每個(gè)重復(fù)處的特定數(shù)目C_i的計(jì)數(shù)并且使這些數(shù)目C_i保持用于隨后將它們加權(quán)。

圖2中的裝置DIS1在這里包括接收參考信號(hào)REF和第一信號(hào)SIG作為輸入的計(jì)數(shù)部件1。計(jì)數(shù)部件1被配置用于對(duì)每個(gè)參考周期P_i期間發(fā)生的第一信號(hào)SIG的整體周期的每個(gè)數(shù)目C_i進(jìn)行計(jì)數(shù)。

在該示例中，計(jì)數(shù)部件1包括與解碼器12相關(guān)聯(lián)的由信號(hào)REF鐘控的計(jì)數(shù)器11。

計(jì)數(shù)器11被配置用于在信號(hào)SIG的每個(gè)周期處遞增，并且解碼器12被配置用于在每個(gè)參考周期P_i處將計(jì)數(shù)器11重置為零。

裝置DIS1還包括被配置用于在參考信號(hào)的每個(gè)參考周期P_i處遞送計(jì)數(shù)器值V_i的設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器2a。

如圖3中圖示出的，計(jì)數(shù)器2a在該示例中被配置用于在P-1＝7參考周期P₁至P₇期間在每個(gè)新的參考周期P_i處以一遞增直到達(dá)到第一數(shù)量S＝4，接著在每個(gè)新的參考周期P_i處以一遞減。

因此，設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器的值V_i將分別在參考周期P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇期間連續(xù)地等于1、2、3、4、3、2、1。

計(jì)數(shù)部件1和設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器2a的輸出都被連接至乘法器3(圖2)。因此，各連續(xù)數(shù)目C_i乘以相關(guān)聯(lián)的計(jì)數(shù)器值V_i。

累加器4包括異步加法器40和用于使待執(zhí)行的求和同步的寄存器41。加法器的第一輸入被連接在乘法器3的輸出處以便接收每個(gè)數(shù)目C_i乘以其相關(guān)聯(lián)的計(jì)數(shù)器值V_i。寄存器41的輸出被環(huán)路回到加法器的第二輸入上。最初，累加器4包含零值。

在每個(gè)參考周期P_i處，累加器存儲(chǔ)乘法器的輸出值并將其與前面的存儲(chǔ)值加到一起。存儲(chǔ)的值的總和被返回到加法器40的第二輸出上并且通過(guò)寄存器41而同步。

最終存儲(chǔ)的總和因此等于：

C₁+2×C₂+3×C₁+4×C₄+3×C₅+2×C₆+C₇

裝置進(jìn)一步包括被配置用于執(zhí)行存儲(chǔ)的總和的二進(jìn)制值上的位移位并遞送第二平均值M2的移位部件6，例如軟件模塊。

在該示例中，位移位對(duì)應(yīng)于由乘積(P-S)×S＝16進(jìn)行的除法、即4位右移。

應(yīng)該注意的是，通過(guò)位移位如此執(zhí)行的除法很可能歸功于針對(duì)第一數(shù)量S和第二數(shù)量P進(jìn)行的2的冪的選擇。

因此對(duì)于16MHz參考信號(hào)而言能夠在參考信號(hào)的等于32的多個(gè)周期中獲得62.5kHz的精度，而利用傳統(tǒng)計(jì)數(shù)器將需要參考信號(hào)的256個(gè)周期。

根據(jù)圖4至圖6中圖示出的另一實(shí)施方式，S被選擇為小于例如S＝2并且P＝8。

因此執(zhí)行在兩個(gè)連續(xù)周期P_i期間發(fā)生的信號(hào)SIG的整體周期的數(shù)目C_i的連續(xù)計(jì)數(shù)。

接著確定在兩個(gè)參考周期P₁和P₂期間計(jì)數(shù)的兩個(gè)數(shù)目C₁和C₂的平均值M11。

通過(guò)在每個(gè)重復(fù)處使參考周期P_i的計(jì)數(shù)的起始移位，將方法的該步驟重復(fù)進(jìn)行等于P-S＝6的多次。

因此并行地確定各與2個(gè)連續(xù)數(shù)目C_i有關(guān)的6個(gè)平均值M11、M12、M13、M14、M15和M16。

最后，在第一平均值M11、M12、M13、M14、M15和M16的值上確定第二平均值M2。

發(fā)明人已注意到：通過(guò)選擇其中P和S作為二的冪，上面的公式F1等效于下面的公式F3：

$M2=\frac{1}{P-S}\×\frac{1}{S}\×(\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}i\×C_i+\underset{i=S+1}{\overset{P-S}{\Σ}}S\×C_i+\underset{i=P-S+1}{\overset{P-1}{\Σ}}(P-i)\×C_i)---\left(F3\right)$

該公式可以用于利用軟件手段來(lái)運(yùn)用該方法，而且再次可以利用諸如圖5中圖示出的裝置DIS2等的簡(jiǎn)單硬件手段來(lái)運(yùn)用，而避免了特定數(shù)目C_i的重復(fù)計(jì)數(shù)。

該裝置DIS2類似于圖2中圖示出并且前面所描述的裝置DIS1，但不同之處在于它包括不同地配置的設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器2b。

圖6圖示出在P＝8并且S＝2的情況中的設(shè)定點(diǎn)計(jì)數(shù)器2b的可能的操作。

在這里計(jì)數(shù)器被配置用于在第二參考周期P₂處遞增，接著在五個(gè)參考周期P₂至P₆期間保持處于等于二的值，并接著在參考周期P₇期間遞減一次。

因此，由累加器最終存儲(chǔ)的總和因此是

C₁+2×C₂+2×C₁+2×C₄+2×C₅+2×C₆+C₇

同樣在該實(shí)施例中，除法再次包括在累加器值上的位移位，并且這可能歸功于針對(duì)第一數(shù)量S和第二數(shù)量P進(jìn)行的二的冪的選擇。

雖然已在這里描述了其中第二數(shù)量P為8并且第一數(shù)量S為2或4的實(shí)用新型的實(shí)施方式和實(shí)施例，但實(shí)用新型可與任何其他的第一數(shù)量和任何其他的第二數(shù)量兼容，而不管這兩個(gè)量是否是二的冪，只要S小于P即可。S和P是二的冪的事實(shí)使得能夠獲得特別緊湊集成的實(shí)施例并且使得能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的位移位來(lái)執(zhí)行用S(P-S)進(jìn)行的除法。