首页 / 专利库 / 物理 / 频率 / 频率估计

频率估计

阅读:543发布:2020-05-11

专利汇可以提供频率估计专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于估计 频率 的频率估计器,包括:计数器,被配置为对测量 时间窗 期间的完整时钟周期的整数数目进行计数;时数转换器(TDC),被配置为对测量时间窗期间的时钟周期分数部分进行测量;以及处理器,被配置为基于所计数的完整时钟周期的数目以及所测量的时钟周期分数部分,来确定估计频率。,下面是频率估计专利的具体信息内容。

1.一种用于估计频率的频率估计器,包括:
计数装置,用于对测量时间窗期间的完整时钟周期的整数数目进行计数;
时数转换装置(TDC),用于对所述测量时间窗期间的时钟周期分数部分进行测量;以及处理装置,用于基于所计数的完整时钟周期的数目和所测量的时钟周期分数部分,来确定估计频率。
2.如权利要求1所述的频率估计器,进一步包括:
同步装置,用于通过将从参考时钟得出的使能信号的边缘时刻移位为与待估计的频率的边缘时刻相关,来生成使能同步信号
其中,所述使能同步信号定义所述测量时间窗。
3.如权利要求2所述的频率估计器,其中,所述TDC用于测量所述同步信号与所述使能同步信号之间的时间差。
4.如权利要求3所述的频率估计器,其中,所述TDC包括:
第一TDC,用于测量所述使能信号的起点与所述同步使能信号的起点之间的第一时间差;以及
第二TDC,用于测量所述使能信号的终点与所述同步使能信号的终点之间的第二时间差,
其中,所述第二时间差与所述第一时间差之间的差值是所述同步信号与所述使能同步信号之间的时间差。
5.如权利要求4所述的频率估计器,其中,所述处理装置用于确定所述估计频率为所述完整时钟周期的整数数目加上所述第一时间差减去所述第二时间差。
6.如权利要求4所述的频率估计器,其中,所述处理装置用于基于以下等式确定所述估计频率:
其中,K是在所述测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,fref是所述参考时钟的参考频率,N是在所述测量时间窗期间的所述参考时钟的完整时钟周期的数目,ε1是所述第一时间差,ε2是所述第二时间差。
7.如权利要求1所述的频率估计器,其中,所述处理装置用于基于以下等式确定所述估计频率:
其中,K是在所述测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,P是在所述测量时间窗期间测量的时钟周期分数部分,fref是参考时钟的参考频率,N是在所述测量时间窗期间的所述参考时钟的完整时钟周期的数目。
8.一种压控振荡器(VCO),包括权利要求1至7中任一项所述的频率估计器。
9.一种相环(PLL),包括权利要求1至7中任一项所述的频率估计器。
10.一种估计频率的方法,包括:
通过计数器对测量时间窗期间的完整时钟周期的整数数目进行计数;
通过时数转换器(TDC)对所述测量时间窗期间的时钟周期分数部分进行测量;以及通过处理器基于所计数的完整时钟周期的数目和所测量的时钟周期分数部分来确定估计频率。
11.如权利要求10所述的方法,还包括:
通过同步器将从参考时钟得出的使能信号的边缘时刻移位为与待测量的频率的边缘时刻相关,来生成使能同步信号,
其中,所述使能同步信号定义所述测量时间窗。
12.如权利要求11所述的方法,其中,测量所述时钟周期分数部分包括:测量所述同步信号与所述使能同步信号之间的时间差。
13.如权利要求12所述的方法,其中,测量所述时钟周期分数部分包括:
通过第一TDC测量所述使能信号的起点与所述同步使能信号的起点之间的第一时间差;以及
通过第二TDC测量所述使能信号的终点与所述同步使能信号的终点之间的第二时间差,
其中,所述第二时间差与所述第一时间差之间的差值是所述同步信号与所述使能同步信号之间的时间差。
14.如权利要求13所述的方法,其中,基于所述完整时钟周期的整数数目,加上所述第一时间差,减去所述第二时间差,来确定所述估计频率。
15.如权利要求13所述的方法,其中,基于以下等式确定所述估计频率:
其中,K是在所述测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,fref是所述参考时钟的参考频率,N是在所述测量时间窗期间的所述参考时钟的完整时钟周期的数目,ε1是所述第一时间差,ε2是所述第二时间差。
16.如权利要求10所述的方法,其中,基于以下等式确定所述估计频率:
其中,K是在所述测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,P是在所述测量时间窗期间测量的时钟周期分数部分,fref是参考时钟的参考频率,N是在所述测量时间窗期间的所述参考时钟的完整时钟周期的数目。

说明书全文

频率估计

背景技术

[0001] 频率估计一般基于被同步到已知参考频率的计数器。计数器对估计频率在预定测量时间段中的整数周期数目进行计数。计数器的精确度与测量时间段成反比,因此存在校准速度与其精确度之间的平衡。附图说明
[0002] 图1示出了根据本公开一方面的频率估计器的示意图。
[0003] 图2示出了针对图1的频率估计器的信号时序图。
[0004] 图3示出了针对图1的频率估计器的另一信号时序图。
[0005] 图4A示出了包括图1的频率估计器100的压控振荡器(VCO)的示意图。
[0006] 图4B示出了包括图1的频率估计器100的相环(PLL)的示意图。
[0007] 图5示出了根据本公开一方面的频率估计方法的流程图

具体实施方式

[0008] 本公开涉及被配置为在预定测量时间段期间对估计频率的完整周期的整数数目进行计数并且对估计频率的周期部分进行测量,以产生更快、更精确的频率估计的频率估计器。
[0009] 图1示出了根据本公开一方面的频率估计器100的示意图。为了帮助描述频率估计器100,图2和图3分别示出了信号时序图200和300。
[0010] 频率估计器100包括同步器110、计数器120、第一时数转换器(TDC)130-1、第二TDC 130-2、以及处理器140。
[0011] 如下面详细说明的,频率估计器100通过使用计数器对周期的整数数目进行计数并且使用TDC 130测量周期部分,来确定测量时间窗中的估计频率
[0012] 同步器110被配置为生成使能同步信号。同步器110接收从参考时钟得出的使能信号和待估计频率fRF,以通过将使能信号的边缘时刻移位为与待估计频率fRF的边缘时刻相关来生成使能同步信号。参见图2和图3。使能信号定义测量时间窗,使能同步信号是使能信号的经同步版本。结果是可能在周期中间触发的使能信号在周期开始时被触发。可能出现的任意亚稳态将仅在同步器110中出现。
[0013] 计数器120被配置为对测量时间窗期间的完整时钟周期的整数数目K进行计数。计数器120可以使用触发器或任何其他适当电路元件的布置实现。
[0014] 时数转换器(TDC)被配置为对测量时间窗期间的时钟周期分数部分(a fraction of a clock cycle)进行测量。TDC包括第一TDC 130-1和第二TDC 130-2。第二TDC 130-2的使能输入端的圆圈是指示下降沿触发电路(falling edge triggered circuit)的标准符号,尽管本公开不限于这种特定设计。
[0015] 参考图2和图3,TDC 130比较同步器输入(使能信号)和输出(同步使能信号)之间的时间差。第一TDC 130-1被配置为测量使能信号的起点与同步使能信号的起点之间的第一时间差ε1;在这种情况下,“起点”是上升沿(rising edge)。第二TDC 130-2被配置为测量使能信号的终点与同步使能信号的终点之间的第二时间差ε2;在这种情况下,“终点”是下降沿(falling edge)。第二时间差ε2与第一时间差ε1之间的差值表示时钟周期分数部分。
[0016] TDC 130的动态范围覆盖使能信号与使能同步信号之间的时间差的一个周期,其包括同步器110中存在的任意延时加上亚稳态。
[0017] 处理器140被配置为基于所计数的完整时钟周期的数目K和所测量的时钟周期分数部分,确定估计频率 更具体地,由处理器140确定的估计频率 由以下等式表示:
[0018]
[0019] 其中,K是在测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,P是在测量时间窗期间测量的时钟周期分数部分(P<1),fref是参考频率,并且N是在测量时间窗期间的参考时钟的完整时钟周期的数目。
[0020] 通过另一方式,估计频率 由以下等式表示:
[0021]
[0022] 其中,K是在测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,fref是参考频率,并且N是在测量时间窗期间的参考时钟的完整时钟周期的数目,ε1是第一时间差,ε2是第二时间差。
[0023] 如需要小于2MHz的频率估计误差ferr的Wi-Fi压控振荡器(VCO)频带选择应用突出显示的,所公开的频率估计优于传统的频率估计。对于利用80MHz的晶体参考时钟测量的5GHz的频率fRF,传统频率估计与本文公开的频率估计之间的差值如下。
[0024] 对于传统频率估计(即,整数估计),测量时间是 频率估计误差为 对于完整的VCO频带选择,存在8个周期,产生了500nS*8=4μs。对于
快速频带切换,建立时间要求大约为3μs,包括频带选择。
[0025] 对于本文公开的频率估计(即,整数加上理性估计),TDC分辨率为1ps,对于20倍短测量时间,测量时间为 频率估计误差为
[0026] 对于本文公开的频率估计(即,整数加上理性估计),TDC分辨率为1ps,对于与传统频率估计时间相同的测量时间 频率误差为
[0027] 通过TDC 130的分辨率加上使能同步时间的长度,对频率估计进行量化。在没有TDC 130的情况下,分辨率将等于1/(使能同步时间)。TDC 130的增加分辨率将分辨率提高为(TDC_量化[UI])/(使能同步时间)。例如,9位TDC将分辨率提高512的因数。
[0028] 图4A示出了包括图1的频率估计器100的压控振荡器(VCO)400A的示意图。
[0029] 图4B示出了包括图1的频率估计器100的锁相环(PLL)400B的示意图。
[0030] 图5示出了根据本公开一方面的频率估计方法的流程图500。
[0031] 在步骤510,计数器120对测量时间窗期间的完整时钟周期的整数数目进行计数。
[0032] 在步骤520,TDC 130对测量时间窗期间的时钟周期分数部分进行测量。
[0033] 在步骤530,处理器140基于所计数的完整时钟周期的数目和所测量的时钟周期分数部分,确定估计频率
[0034] 本公开的优点在于,其提供了快速且精确的频率估计,从而使得系统性能提高。例如,本公开解决了快速VCO子频带选择,允许VCO在信道之间改变频率时的快速设置、接通、以及从单个信道切换到信道绑定。另外,本公开允许注入锁相分频器和注入锁相倍频器中的快速子频带选择。
[0035] 下面的示例涉及进一步的实施例
[0036] 示例1是一种用于估计频率的频率估计器,包括:计数器,被配置为对测量时间窗期间的完整时钟周期的整数数目进行计数;时数转换器(TDC),被配置为对测量时间窗期间的时钟周期分数部分进行测量;以及处理器,被配置为基于所计数的完整时钟周期的数目和所测量的时钟周期分数部分,确定估计频率。
[0037] 在示例2中,示例1的主题,进一步包括:同步器,被配置为通过将从参考时钟得出的使能信号的边缘时刻移位为与待估计的频率的边缘时刻相关,来生成使能同步信号,其中,使能同步信号定义测量时间窗。
[0038] 在示例3中,示例2的主题,其中,TDC被配置为测量同步信号与使能同步信号之间的时间差。
[0039] 在示例4中,示例3的主题,其中,TDC包括:第一TDC,被配置为测量使能信号的起点与同步使能信号的起点之间的第一时间差;以及第二TDC,被配置为测量使能信号的终点与同步使能信号的终点之间的第二时间差,其中,第二时间差与第一时间差之间的差值是同步信号与使能同步信号之间的时间差。
[0040] 在示例5中,示例4的主题,其中,处理器被配置为确定估计频率为完整时钟周期的整数数目加上第一时间差然后减去第二时间差。
[0041] 在示例6中,示例4的主题,其中,处理器被配置为基于以下等式确定估计频率:
[0042]
[0043] 其中,K是在测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,fref是参考时钟的参考频率,并且N是在测量时间窗期间参考时钟的完整时钟周期的数目,ε1是第一时间差,ε2是第二时间差。
[0044] 在示例7中,示例1的主题,其中,处理器被配置为基于以下等式确定估计频率:
[0045]
[0046] 其中,K是在测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,P是在测量时间窗期间测量的时钟周期分数部分,fref是参考时钟的参考频率,并且N是在测量时间窗期间参考时钟的完整时钟周期的数目。
[0047] 示例8是一种压控振荡器(VCO),包括示例11的频率估计器。
[0048] 示例9是一种锁相环(PLL),包括示例1的频率估计器。
[0049] 示例10是一种估计频率的方法,包括:通过计数器对测量时间窗期间的完整时钟周期的整数数目进行计数;通过时数转换器(TDC)对测量时间窗期间的时钟周期分数部分进行测量;以及通过处理器基于所计数的完整时钟周期的数目和所测量的时钟周期分数部分确定估计频率。
[0050] 在示例11中,示例10的主题,还包括:通过同步器将从参考时钟得出的使能信号的边缘时刻移位为与待测量的频率的边缘时刻相关,来生成使能同步信号,其中,使能同步信号定义测量时间窗。
[0051] 在示例12中,示例11的主题,其中,测量时钟周期分数部分包括测量同步信号与使能同步信号之间的时间差。
[0052] 在示例13中,示例12的主题,其中,测量时钟周期分数部分包括:通过第一TDC测量使能信号的起点与同步使能信号的起点之间的第一时间差;以及通过第二TDC测量使能信号的终点与同步使能信号的终点之间的第二时间差,其中,第二时间差与第一时间差之间的差值是同步信号与使能同步信号之间的时间差。
[0053] 在示例14中,示例13的主题,其中,基于完整时钟周期的整数数目加上第一时间差然后减去第二时间差确定估计频率。
[0054] 在示例15中,示例13的主题,其中,基于以下等式确定估计频率:
[0055]
[0056] 其中,K是在测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,fref是参考时钟的参考频率,并且N是在测量时间窗期间参考时钟的完整时钟周期的数目,ε1是第一时间差,ε2是第二时间差。
[0057] 在示例16中,示例10的主题,其中,基于以下等式确定估计频率:
[0058]
[0059] 其中,K是在测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,P是在测量时间窗期间测量的时钟周期分数部分,fref是参考时钟的参考频率,并且N是在测量时间窗期间参考时钟的完整时钟周期的数目。
[0060] 示例17是一种用于估计频率的频率估计器,包括:计数装置,用于对测量时间窗期间的完整时钟周期的整数数目进行计数;时数转换装置(TDC),用于对测量时间窗期间的时钟周期分数部分进行测量;以及处理装置,用于基于所计数的完整时钟周期的数目和所测量的时钟周期分数部分,确定估计频率。
[0061] 在示例18中,示例17的主题,进一步包括:同步装置,用于通过将从参考时钟得出的使能信号的边缘时刻移位为与待估计的频率的边缘时刻相关,来生成使能同步信号,其中,使能同步信号定义测量时间窗。
[0062] 在示例19中,主题18的主题,其中,TDC用于测量同步信号与使能同步信号之间的时间差。
[0063] 在示例20中,示例19的主题,其中,TDC包括:第一TDC,用于测量使能信号的起点与同步使能信号的起点之间的第一时间差;以及第二TDC,用于测量使能信号的终点与同步使能信号的终点之间的第二时间差,其中,第二时间差与第一时间差之间的差值是同步信号与使能同步信号之间的时间差。
[0064] 在示例21中,示例20的主题,其中,处理装置用于确定估计频率为完整时钟周期的整数数目加上第一时间差然后减去第二时间差。
[0065] 在示例22中,示例20的主题,其中,处理装置用于基于以下等式确定估计频率:
[0066]
[0067] 其中,K是在测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,fref是参考时钟的参考频率,并且N是在测量时间窗期间参考时钟的完整时钟周期的数目,ε1是第一时间差,ε2是第二时间差。
[0068] 在示例23中,示例17的主题,其中,处理装置用于基于以下等式确定估计频率:
[0069]
[0070] 其中,K是在测量时间窗期间计数的完整时钟周期的整数数目,P是在测量时间窗期间测量的时钟周期分数部分,fref是参考时钟的参考频率,并且N是在测量时间窗期间参考时钟的完整时钟周期的数目。
[0071] 示例24是一种压控振荡器(VCO),包括示例17至23中任一项的频率估计器。
[0072] 示例25是一种锁相环(PLL),包括示例17至23中任一项的频率估计器。
[0073] 出于讨论的目的,应该将术语“处理器”理解为电路、处理器电路、逻辑、或它们的组合。电路可以包括模拟电路、数字电路、状态机逻辑、其他结构的电子硬件、或它们的组合。处理器可以包括微处理器数字信号处理器(DSP)、或其他硬件处理器。处理器可以“硬编码”有指令,以执行根据本文描述的方面的相应功能。替代地,处理器可以访问内部和/或外部存储器,以提取存储器中存储的指令,这些指令在被处理器执行时执行与处理器相关联的对应功能、和/或与其中包括处理器的组件的操作有关的操作。在本文描述的一个或多个示例性方面,处理器电路可以包括存储数据和/或指令的存储器。存储器可以是任何公知的易失性和/或非易失性存储器,包括例如,只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、磁存储介质、光盘、可擦除只读存储器(EPROM)、以及可编程只读存储器(PROM)。存储器可以是可移除的、非可移除的、或者它们二者的组合。
[0074] 尽管结合示例性方面描述了前面的内容,但是将理解的是,术语“示例性”仅意味着作为示例而不是最佳或最好。因此,本公开意欲覆盖包括在本公开的范围中的替代、修改、和等同。
[0075] 尽管本文已经示出并描述了具体方面,但是本领域普通技术人员将理解的是,各种替代和/或等同实施方式可以在不偏离本申请的范围的条件下被替代为所示出并描述的具体方面。本申请意欲覆盖本文讨论的具体方面的任意修改和变形
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
频率合成器 2020-05-11 432
频率合成器 2020-05-12 886
频率合成器 2020-05-12 776
多频率天线 2020-05-12 151
频率合成器 2020-05-13 397
频率同步 2020-05-11 731
频率校正 2020-05-11 225
频率估计 2020-05-11 543
频率转换器 2020-05-12 134
一种石英抛光晶片频率分选装置 2020-05-11 214
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈