自动调整的高准确性振荡器

摘要

本发明提供一种自动调整的高准确性振荡器，其包括：频率比较器，该频率比较器将USB主端的同步信号与元件端振荡信号作一判读，以获得两信号的频率差异；控制调整电路，其至少包括计数器及加减法电路，计数器计数产生变化量，该变化量再传送至加减法电路，经由加减法电路汇整后进行数字编码；振荡器，根据控制调整电路数字编码的数值，决定增加频率或降低频率，而逐步使频率趋近于同步信号，最后与同步信号相等。

权利要求

1.一种自动调整的高准确性振荡器，其特征是，包括有：

频率比较器，将USB主端的同步信号与元件端振荡信号作一判读，以获得该两信号频率差异的时间误差信号；

控制调整电路，其至少包括充电泵、模拟数字比较器、计数器及加减法电路，该充电泵将该频率比较器的该时间误差信号转换成电压误差信号，再通过模拟数字比较器将该电压误差信号与一基准电压进行比较并转换成数字信号，然后再启动计数器计数以产生一变化量，该变化量与一调整参考值再传送至加减法电路，经由加减法电路汇整后进行数字编码，产生一数值；以及振荡器，根据控制调整电路数字编码的该数值，决定必须要增加频率或降低频率，而使频率逐步趋近于同步信号，最后与同步信号相等，该控制调整电路必须配合该数值，方可获得频率变化量。

2.根据权利要求1所述的自动调整的高准确性振荡器，其特征是，该频率比较器为脉冲检测器所构成。

3.根据权利要求1所述的自动调整的高准确性振荡器，其特征是，该振荡器为数字控制振荡器。

4.根据权利要求1所述的自动调整的高准确性振荡器，其特征是，该频率比较器及控制调整电路，还通过控制单元来控制各区块之间的动作，包括有自动调整的启动时机、除频单元的除频机制、充电泵充放电控制及回复时间、控制调整电路的时脉控制、及电子信号抓取时机，以确保数据于流通时的正确性。

5.一种自动调整的高准确性振荡器，其特征是，包括有：

频率比较器，将USB主端的同步信号与元件端振荡信号作一判读，以获得该两信号频率差异的时间误差信号；

控制调整电路，其由数字判断电路和二元逼近电路所构成，用于将该时间误差信号转换成数字编码信号，其中所述数字判断电路接收该时间误差信号，并且所述数字判断电路的判断输出信号输入到二元逼近电路的输入端；以及振荡器，根据控制调整电路数字编码的数值，决定必须要增加频率或降低频率，而使频率逐步趋近于同步信号，最后与同步信号相等。

6.根据权利要求5所述的自动调整的高准确性振荡器，其特征是，该频率比较器为脉冲检测器所构成。

7.根据权利要求5所述的自动调整的高准确性振荡器，其特征是，该振荡器为数字控制振荡器。

8.根据权利要求5所述的自动调整的高准确性振荡器，其特征是，该频率比较器及控制调整电路，还通过控制单元来控制各区块之间的动作，包括有自动调整的启动时机、除频单元的除频机制、充电泵充放电控制及回复时间、控制调整电路的时脉控制、电子信号抓取时机，以确保数据于流通时的正确性。

说明书

自动调整的高准确性振荡器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种自动调整的高准确性振荡器，尤其涉及一种应用于USB接口的自动调整振荡器。

背景技术

[0002] 通常，电子产业中使用自动调整振荡器目的在于使内部频率(时脉)信号(Internal Clock)与USB接口数据率(Data Rate)同步，于数据的传输过程中，可达到保持其正确性及稳定性的目的，但以传统的相位锁定回路(PhaseLock Loop，PLL)以及延迟锁定回路(Delay Lock Loop，DLL)，并不适用对USB接口进行数据流动(Data Stream)的锁定(Lock)同步，其原因如下：

[0003] (1)相位锁定回路(Phase Lock Loop，PLL)以及延迟锁定回路(DelayLock Loop，DLL)于锁定时，需要有连续的输入参考脉冲(Input ReferenceClock)来锁定，但是USB接口并无法提供。

[0004] (2)其需要长的数据调整序列(Long Data Training Sequence)，对USB接口而言，锁定时间太冗长。

[0005] (3)其需要有精准的锁频电路结构，否则易造成频率上的误差，但是USB接口也无法提供。

[0006] 基于上述原因，相位锁定回路(Phase Lock Loop，PLL)以及延迟锁定回路(Delay Lock Loop，DLL)的结构不适用于USB接口传输系统上。

发明内容

[0007] 为了解决以上所述公知技术的缺点，本发明提供了一种自动调整的高准确性振荡器，本发明的主要目的是将自动调整振荡器应用于USB接口，可于短时间内将频率误差控制调整至1％内，因本发明的自动调整振荡器的结构不是外接式石英(Crystal)振荡器，故可缩小外部面积且节省了元件成本，且自动调整机制同时适用于USB接口1.1及2.0等不同的规格中，而具有极大的应用领域。

[0008] 本发明的另一目的在于利用内部反馈电路，自动检测及校正振荡频率，其结构的组成包含有自动判断USB信号与振荡器频率误差的检测电路，而频率的调整以二元逼近(Successive Approximation)的方法逐步将振荡器校正至1％内的频率误差。

[0009] 为实现上述目的，本发明的自动调整的高准确性振荡器，其结构包括：

[0010] 频率比较器，将USB主端的同步信号与元件端振荡信号作一判读，以获得该两信号的时间误差信号；

[0011] 控制调整电路，其至少包括充电泵、模拟数字比较器、计数器及加减法电路，该充电泵将该频率比较器的该时间误差信号转换成电压误差信号，再通过模拟数字比较器将该电压误差信号与一基准电压进行比较并转换成数字信号，然后再启动计数器计数以产生一变化量，该变化量与一调整参考值再传送至加减法电路，经由加减法电路汇整后进行数字编码，产生一数值；

[0012] 振荡器，根据控制调整电路数字编码的该数值，决定增加频率或降低频率，而使频率逐步趋近于同步信号，最后与同步信号相等，该控制调整电路必须配合该数值，方可获得频率变化量。

[0013] 本发明所述的自动调整的高准确性振荡器，其中该频率比较器为脉冲检测器所构成。

[0014] 本发明所述的自动调整的高准确性振荡器，其中该振荡器为数字控制振荡器。

[0015] 本发明所述的自动调整的高准确性振荡器，其中该频率比较器及控制调整电路，还可通过控制单元来控制各区块之间的动作，包括有自动调整的启动时机、除频单元的除频机制、充电泵充放电控制及回复时间、控制调整电路的时脉控制、及电子信号抓取时机，以确保数据于流通时的正确性。

[0016] 为实现上述目的，本发明提供一种自动调整的高准确性振荡器，其另一结构包括：

[0017] 频率比较器，将USB主端的同步信号与元件端振荡信号作一判读，以获得两信号的频率差异；

[0018] 控制调整电路，其至少包括充电泵及模拟/数字转换器；以及

[0019] 振荡器，根据控制调整电路数字编码的数值，决定增加频率或降低频率，而使频率逐步趋近于同步信号，最后与同步信号相等。

[0020] 本发明所述的自动调整的高准确性振荡器，其中该振荡器为数字控制振荡器。

[0021] 本发明所述的自动调整的高准确性振荡器，其中该频率比较器为脉冲检测器所构成。

[0022] 本发明所述的自动调整的高准确性振荡器，其中该频率比较器及控制调整电路，还可通过控制单元来控制各区块之间的动作，包括有自动调整的启动时机、除频单元的除频机制、充电泵充放电控制及回复时间、控制调整电路的时脉控制、及电子信号抓取时机，以确保数据于流通时的正确性。

[0023] 为实现上述目的，本发明提供一种自动调整的高准确性振荡器，其另一结构包括有：

[0024] 频率比较器，将USB主端的同步信号与元件端振荡信号作一判读，以获得两信号的时间误差信号；

[0025] 控制调整电路，其由数字判断电路和二元逼近电路所构成，用于将该时间误差信号转换成数字编码信号，其中所述数字判断电路接收该时间误差信号，并且所述数字判断电路的判断输出信号输入到二元逼近电路的输入端；以及

[0026] 振荡器，根据控制调整电路数字编码的数值，决定增加频率或降低频率，而使频率逐步趋近于同步信号，最后与同步信号相等。

[0027] 本发明所述的自动调整的高准确性振荡器，其中该频率比较器为脉冲检测器所构成。

[0028] 本发明所述的自动调整的高准确性振荡器，其中该振荡器为数字控制振荡器。

[0029] 本发明所述的自动调整的高准确性振荡器，其中该频率比较器及控制调整电路，还可通过控制单元来控制各区块之间的动作，包括有自动调整的启动时机、除频单元的除频机制、充电泵充放电控制及回复时间、控制调整电路的时脉控制、及电子信号抓取时机，以确保数据于流通时的正确性。

[0030] 以下，结合具体实施例以及所示附图，对本发明作进一步详细描述。

[0031] 附图说明

[0032] 图1为本发明自动调整振荡器第一实施例的功能方框图；

[0033] 图2为本发明自动调整振荡器的调整应用示意图；

[0034] 图3为本发明自动调整振荡器第二实施例的功能方框图；

[0035] 图4为本发明自动调整振荡器第三实施例的功能方框图；

[0036] 图5为本发明错误率与同步号码的曲线比较图；

[0037] 图6为本发明自动调整振荡器第四实施例的功能方框图；

[0038] 图7A为本发明自动调整振荡器第五实施例的功能方框图；

[0039] 图7B为本发明自动调整振荡器第六实施例的功能方框图；

[0040] 图7C为本发明自动调整振荡器第七实施例的功能方框图。

[0041] 其中，附图标记说明如下：

[0042] 11～同步信号

[0043] 12～频率比较器

[0044] 13～控制调整电路

[0045] 14～振荡器

[0046] 15～输出脉冲

[0047] 21～同步信号

[0048] 22～频率比较器

[0049] 221～脉冲检测器

[0050] 23～控制调整电路

[0051] 231～计数器

[0052] 232～加减法电路

[0053] 24～振荡器

[0054] 25～输出脉冲

[0055] 31～数据输入端

[0056] 32～脉冲检测器

[0057] 33～充电泵

[0058] 34～模拟/数字比较器

[0059] 35～控制单元

[0060] 36～控制调整电路

[0061] 361～闩锁电路

[0062] 362～加减法电路

[0063] 363～计数器

[0064] 37～振荡器

[0065] 38～除频单元

[0066] 39～微处理器

[0067] 51～数据输入端

[0068] 52～脉冲检测器

[0069] 53～快慢检测器

[0070] 54～二元逼近电路

[0071] 55～控制单元

[0072] 56～振荡器

[0073] 57～脉冲输出

[0074] 61～脉冲检测器

[0075] 62～充电泵

[0076] 63～模拟/数字比较器

[0077] 64～数字控制振荡器

[0078] 71～脉冲检测器

[0079] 72～充电泵

[0080] 73～模拟/数字比较器

[0081] 74～二元逼近电路

[0082] 75～数字控制振荡器

[0083] 81～脉冲检测器

[0084] 82～数字判断电路

[0085] 83～二元逼近电路

[0086] 84～数字控制振荡器

[0087] 具体实施方式

[0088] 现配合下列附图，说明本发明的详细结构及其连结关系。

[0089] 当USB的同步信号(Synchronization)被输入时，可得到完整的1比特率(bit rate)信号频率，此时可启动自动判断电路(Auto-Adjusting Circuit)，以调整振荡器(Oscillator)，而使数据得以同步，以提高接收数据的正确性。

[0090] 请参考图1、图2，其自动调整振荡器的功能方框包括：同步信号11输入后，通过自动判断电路(即为频率比较器12)比较经由反馈的振荡器频率与同步信号的比特率的大小，以获得振荡器14的频率误差，再进入下一个控制调整电路13，该控制调整电路13接收到自动判断电路的信息后，自行产生控制振荡器14的调整信号，便可获得振荡器14的频率调整值，该反馈的方式，可将振荡器14的频率修正至与同步信号11同步，误差值可降到1％以内。

[0091] 上述电路包括有：频率比较器12、控制调整器13及振荡器14，利用此结构可使USB达到同步的效果，若将该控制调整器的构想加以修改，请参考图3所示，其判断部分可利用数字或模拟的方法加以设计，目的为将USB主端的同步信号21与元件端振荡信号(其经由频率比较器22来检测，该频率比较器22可为脉冲检测器221)作一判读，以获得两信号的频率差异，并作为控制调整电路23(其包括有计数器231及加减法电路232)的调整参考值，其内部将自动产生控制方法，例如：计数器231计数产生变化量，该变化量再传送至加减法电路232，经由加减法电路232汇整后进行数字编码，再将数字编码传给振荡器24，振荡器24会根据加减法电路232数字编码的数值，决定必须要增加频率或降低频率，而使频率逐步趋近于同步信号21，最后与同步信号21相等，因为振荡器24的跳频方式乃为控制调整电路23所设定，每次进行调整时，会以根据USB主端的同步信号21与元件端振荡信号(由频率比较器22来检测)的差距值的半数为调整值(例如：第一次调整值为
1/2*差距值、第二次调整值为(1/2)*(1/2)*差距值)，此种调整方式被称为二元逼近方式(Successive Approximation Method)，即可将误差值逼近于1％以内来满足USB规格。

[0092] 请参阅图4所示，其显示内部详细电路的结构，当同步信号31封包信号传入时，将启动自动判断振荡器，而同步信号31与反馈振荡频率由脉冲检测器32(Pulse Detector)进行脉冲检测，于时间领域(Time Domain)方面，可以分辨出信号时间误差值(ΔT)的大小，当信号进入充电泵(ChargePump)33后，即可将时间误差值(ΔT)转换成为电压误差值(ΔV)，由时间领域的转换成为电路可接受的电压信号，此误差电压值与带差参考电路(Bandgap Reference Circuit)所产生基准电压做一比较，再送至模拟/数字比较器34做电压大小的比较，再产生一M信号送至控制调整电路36作为调整的参考。

[0093] 当产生了M信号之后，控制单元(Control Unit)35即告知控制调整电路36，且经由闩锁(Latch)电路361进行锁码动作，控制调整电路36内的计数器363便会启动，将其结果输出至加减法电路362，M信号也将输入加减法电路362，而计数器363区块定义出预设变化的数值B-code，并将该B-code数值输出至加减法电路362，同时改变了控制振荡器37数值的S-code，该S-code的数值必须要满足最小误差的分辨率(Resolution)，并必须配合振荡器37的振荡频率范围。

[0094] 再者，振荡器的起始振荡频率变动要符合USB规范的传输规格，其误差值必须在5％之内，否则数据传输将发生中断或错误的问题，控制调整电路36必须配合S-code的数值，方可获得频率变化量，若接收到新的S-code的数值，振荡器37将改变其频率，达到与USB传送端同步的振荡频率，使误差值降低至1％之内，而当有同步封包进入后则是频率调整被启动时间点。

[0095] 利用控制单元35来控制各区块之间的动作，包括有自动调整的启动时机、除频单元(Divider)38的除频机制、充电泵充放电控制及回复时间、控制调整电路的时脉控制、M信号抓取时机，以确保数据于流通时的正确性，最后将该数据传送至微处理器39。

[0096] 请参阅图5所示，其显示自动调整振荡器的运行情形，X轴代表同步号码，每当一次同步封包进入时，将截取4-bits(1bit rate＝1.5MHz＝666.67ns)，且以2-bits为基本单位做一调整一次，因此图标上同步号码(Sync number)的基本单位也为2-bits，Y轴代表错误率(Error Rate)(％)，与同步传送端的同步频率的误差百分比，图标上的数据曲线共有6条，其分别是误差率3～8％，而平均同步号码调整六次后，其错误率会降低至1％以下。

[0097] 自动调整振荡器当其传送端输入同步封包时，可提取四个完整的1.5MHz bit rate，再启动调整电路以快速导正振荡的振荡频率，只需检测到USB传送端的同步信号来当输入参考信号，而不需要整段的USB传送端信号，也不需要较高的脉冲频率做一计数，可以降低功耗及判断上的误差，同步作业后频率不会产生漂移，因为同步封包出现立即修正，稳定性较高，可应用于USB1.1、USB2.0等不同的规格。

[0098] 请参阅图6所示，其为较为详细自动调整的高准确性振荡器结构图，其包括有：USB数据输入端51、脉冲检测器52、快慢检测器53、二元逼近电路54、控制单元55、振荡器
56及脉冲输出57，通过该较为完整的电路结构，还可衍生出下列图7A至图7C的结构，皆符合本发明的精神。

[0099] 请参阅图7A所示，其包括有：脉冲检测器61、充电泵62、模拟/数字比较器63及数字控制振荡器(Digitl Control Oscillator)64，该数字控制振荡器具有正负温度系数补偿特性，使其输出电流与电压不受温度变化影响而为一稳定值，所以温度的变化不会影响其振荡频率，其脉冲检测器61产生的时间误差值(ΔT)，直接转换成对应的电压(ΔV)，经由模拟/数字转换器(多位)63的编辑成一数字编码，来控制振荡器的频率，此种方法被称为是一种数字控制振荡器(Direct Converter)，其结构极为明确直接，分析一次的同步信号即可调整至1％以内的误差，此结构的特性是电路设计具有较高的难度，区块间的对应匹配也需精确。

[0100] 请参阅图7B所示，其包括有：脉冲检测器71、充电泵72、模拟/数字比较器73、二元逼近电路74及数字控制振荡器75，与图7A相比的不同处，为在模拟/数字转换电路与直接转换器之间，加入了二元逼近电路(SuccessiveApproximation Circuit，SAC)74，其不需采用多位模拟/数字转换器，仅需利用一位模拟/数字比较器73，再配合该二元逼近电路74来实施，其修正的频率速度会较第一实施例为慢，但其优点为在电路设计方面较易实施。

[0101] 请参阅图7C所示，其包括有：脉冲检测器81、数字判断电路82、二元逼近电路83、数字控制振荡器84，与图7B相比的不同处，为将由充电泵及模拟/数字转换器所构成的模拟判断电路，完全以一数字判断电路82来取代，也可作为自动调整的振荡器的结构。

[0102] 通过上述图1至图7C的揭示，可了解本发明主要目的为将自动调整振荡器应用于USB接口，可于短时间内将频率误差控制调整至1％内，因本发明的自动调整振荡器的结构不是为外接式石英(Crystal)振荡器，故可缩小外部的面积且节省了元件成本，且自动调整机制同时适用于USB接口1.1及2.0等不同的规格中，而具有极大的应用领域；另一方面在于利用内部反馈电路，自动检测及校正振荡频率，其结构的组成包含有自动判断USB信号与振荡器频率误差的检测电路，而频率的调整以二元逼近(SuccessiveApproximation)的方法逐步将振荡器校正至1％内的频率误差。

[0103] 综上所述，本发明的结构特征及各实施例皆已详细揭示，而可充分显示出本发明在目的及有益效果上均深富实施的进步性，极具产业的利用价值，且为目前市面上未见运用。

[0104] 本发明可在短时间内将频率误差控制调整至1％内，因本发明的振荡器不是外接式石英(Crystal)振荡器，故可缩小外部面积且节省了元件成本，且自动调整机制同时适用于USB接口不同的规格中，而具有极大的应用领域。

[0105] 然而以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，不能以其限定本发明所实施的范围，即：凡是按照本发明所作的均等变化与修饰，仍属于本发明涵盖的范围内。