用于从周期性参考信号确定信号的频率的装置的制作方法

本实用新型的实施方式和实施例涉及周期性信号频率测量。

背景技术：

本实用新型例如但不是限制性地应用于校准锁相环(PLL)中的压控振荡器(VCO)的增益。

锁相环是能够递送其频率从属于参考信号的频率的信号的环路系统。

更确切地并传统地讲，锁相环显著地包括：在一个输入上接收参考信号的相位比较器；和，压控振荡器，其控制输入被耦合至相位比较器的输出，并且其在分频后环路回到相位比较器的另一输入上的输出递送在频率和相位上从属于参考信号的频率和相位但一般具有比参考信号的频率高的频率的输出信号。

在压控振荡器的增益上的校准期间，振荡器输出信号的频率被确定用于两个不同值的输入电压(一般从分别代表所述两个不同电压的两个不同数字字获得)，并且在这两个输出频率的差值与两个数字字的差值之间获得比率。

用于显著地使用在参考信号的给定数目的周期期间计数的第一信号的周期数目的平均值而从参考信号的频率计算出信号的频率的方法是已知的。然而，测量越必须精确，这些方法越耗时。

通过示例的方式，对于62.5kHz的测量精度而言，从具有16MHz的频率的参考信号进行的例如大约2.4GHz的信号的频率的精确测量要求256个周期的参考信号，或者16微妙。

这导致增益校准阶段的大量持续时间。

然而，诸如蓝牙低能耗(BLE)等的一些低功耗通信应用要求锁相环的更快起始，并因此特别要求振荡器的增益校准阶段的短持续时间，显著地以便节省电池功率。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种用于从周期性参考信号确定信号的频率的装置，以至少部分地解决现有技术中的上述问题。

根据一个方面，提供一种用于从周期性参考信号确定信号的频率的方法，包括：

a)在参考信号的第一周期期间对所述信号的整体周期的数目进行计数(参考信号的第一周期例如是用于确定所述信号的频率的起始时刻之后开始的周期)，

b)针对参考信号的每个周期重复步骤a)，直到等于参考信号的第一数量的周期的第一持续时间的到期，和

c)确定所述数目的第一平均值，

d)步骤a)至c)中的至少一部分进行R次重复，在每个重复处将步骤a)的计数的起始移位参考信号的至少一个周期，并且可选地针对步骤b)和步骤c)考虑在步骤a)和b)的至少一个前面的组期间已经计数的所述信号的整体周期的数目。

事实上在步骤d)中，可以在步骤b)的每个重复处对前面的重复期间已经计数的数目重新计数。然而，如将在后面看到的，可以使前面的重复中已经计数的数目保持并且在当前重复中仅对参考信号的新的当前周期期间的所述信号的整体周期的数目进行计数，并且当然使用该新的数目和已经计数的数目来影响所述第一平均值。

根据该方面的方法还包括：

e)确定所获得的所有第一平均值的第二平均值，和

f)从所述第二平均值和参考信号的频率确定所述信号的频率。

因此，通过这些R次滑动平均值的使用可以以高精度确定所述信号的频率，而这不会引起在所述频率确定的持续时间上的任何显著增加。

有利地，步骤a)、b)和c)并行地执行。

步骤a)至e)可以通过运用下面的公式来实现：

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

其中M2指代所述第二平均值，S对应于第一数量，并且C_i对应于在参考信号的当前周期期间计数的所述数目。

该一般公式可以用于例如通过软件来确定第二平均值。

然而，当R等于参考信号的周期的第二数量P减去第一数量S并且第一数量S和第二数量P是二的幂时，公式可以甚至更加有利地表达出，于是允许了简单的硬件实现。

因此，当第一数量S等于第二数量P的一半时，步骤a)至e)可以通过运用下面的公式来实现：

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

该公式有利地允许基于诸如计数器、设定点计数器、累加器等的简单部件的方法的简单硬件实现。

当第一数量S小于时，步骤a)至c)可以通过运用下面的公式来实现：

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

该公式还允许基于诸如计数器、与前面的设定点计数器稍微不同的设定点计数器、累加器等的简单部件的方法的简单硬件实现。

根据另一方面，提供了一种用于从周期性参考信号确定信号的频率的装置，包括被配置用于执行如下步骤的处理部件

a)在参考信号的第一周期期间对所述信号的整体周期的数目进行计数，

b)在等于参考信号的第一数量的周期的第一持续时间期间针对参考信号的每个其它周期对步骤a)进行重复，

c)确定所述数目的第一平均值，

d)步骤a)至c)中的至少一部分进行R次重复，在每个重复处使步骤a)的计数的起始移位参考信号的至少一个周期，并且可选地针对步骤b)和步骤c)考虑在步骤a)和b)的至少一个前面的组期间已经计数的所述信号的整体周期的数目，

e)对所获得的所有第一平均值的第二平均值的确定，和

f)从所述第二平均值和参考信号的频率确定所述信号的频率。

处理部件有利地被配置用于并行地执行步骤a)、b)和c)的R次重复d)。

根据一个实施例，处理部件被配置用于通过运用下面的公式来实现步骤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对应于第一数量，并且C_i对应于在参考信号的当前周期期间计数的所述信号的整体周期的所述数目。

当第一数量S等于第二数量P的一半时，处理部件被配置用于通过运用下面的公式来实现步骤a)至e)：

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

处理部件于是可以包括：

-计数部件，被配置用于递送所述连续的数目，

-设定点计数器，被配置用于在参考信号的P-1个参考周期期间在每个新的参考周期处以一递增直到达到第一数量，接着在每个新的参考周期处以一递减，

-乘法器，具有分别连接至计数部件和设定点计数器的输出的两个输入，

-累加器，被连接在乘法器的输出处，和

-移位部件，被配置用于执行对应于由第一数量乘以第二数量与第一数量之间的差值的乘积进行的除法的位移位。

该移位部件可以例如通过软件模块来实现。

当第一数量小于第二数量的一半时，处理部件被配置用于通过运用下面的公式来实现步骤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，处理部件可以包括：

-计数部件，被配置用于递送所述连续的数目，

-设定点计数器，被配置用于在参考信号的P-1个参考周期期间在每个新的参考周期处以一递增达到第一数量，接着在等于P-1与2S之间的差值的多个参考周期期间保持处于第一数量，接着在每个新的参考周期处以一递减，

-乘法器，具有分别连接至计数部件和设定点计数器的输出的两个输入，

-累加器，被连接在乘法器的输出处，和

-移位部件，被配置用于执行对应于由第一数量乘以第二数量与第一数量之间的差值的乘积进行的除法的位移位。

该移位部件也可以例如通过软件模块来实现。

因此，根据一个实施方式和实施例的用于从周期性参考信号确定信号的频率的装置能够从参考信号简单且快速地确定信号的频率。

附图说明

在检查本实用新型的绝非限制性的实施方式和实施例的详细描述以及附图时，本实用新型的其他优点和特征将出现，其中：

-图1至图6图示出实用新型的实施方式和实施例。

具体实施方式

图1图示出用于从周期性参考信号REF确定周期性信号SIG的频率的方法的示例。

参考信号REF可以例如是但不限于锁相环的参考信号，并且信号SIG可以例如是但不限于由形成该相同锁相环的一部分的压控振荡器所递送的信号。

在描述的其余部分中，索引i将用于代表与参考信号的周期P_i相关联的各种要素。因此，索引1与周期P₁相关联，索引2与周期P₂相关联，等等。

在方法的第一步骤a)中，在参考信号REF的第一参考周期P₁期间执行对第一信号SIG的整体周期的数目C_i的计数。

在第一数量S的参考周期P_i期间，针对参考信号REF的每个其他连续周期P_i重复进行计数a)(步骤b))。

在该示例中S＝4。因此执行对在连续周期P₁、P₂、P₃和P₄期间发生的第一信号SIG的整体周期的数目C₁、C₂、C₃和C₄的连续计数。

接着确定在第一步骤a)的四个重复期间计数的不同数目C_i的第一平均值M11(步骤c))。在该示例中，第一平均值M11将等于数目C₁、C₂、C₃和C₄的总和除以第一数量S＝4。

通过在每个重复处使参考周期P_i的计数的起始移位，将步骤a)至c)重复进行等于参考周期的第二数量P与第一数量S＝4之间的差值的多次。

在该示例中P＝8。因此并行地确定各与4个连续的数目C_i有关的P-S＝4个第一平均值M11、M12、M13和M14。

M11因此是数目C₁至C₄的平均值、M12是数目C₂至C₅的平均值、M13是数目C₃至C₆的平均值并且M14是数目C₄至C₇的平均值。

最后，在第一平均值M11、M12、M13和M14的值上确定第二平均值M2。

在这里，第二平均值M2的值因此等于第一平均值M11、M12、M13和M14的总和除以P-S＝4。

为了获得第一信号的频率，接着参考信号的频率乘以第二平均值M2的值。

如此实现的方法等效于运用下面的第一公式F1：

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

该公式可以例如在微控制器内以软件形式实现。

然而，发明人已观察到：通过选择作为二的幂的第一数量S和第二数量P并且特别地通过选择方法等效于运用下面的第二公式F2：

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

该公式特别有利，因为不仅可以利用软件手段来运用该公式，而且可以利用诸如图2中图示出的装置DIS1的那些等的简单硬件手段来运用。

接着也可以不重复在每个重复处的特定数目C_i的计数并且使这些数目C_i保持用于随后将它们加权。

图2中的装置DIS1在这里包括接收参考信号REF和第一信号SIG作为输入的计数部件1。计数部件1被配置用于对每个参考周期P_i期间发生的第一信号SIG的整体周期的每个数目C_i进行计数。

在该示例中，计数部件1包括与解码器12相关联的由信号REF钟控的计数器11。

计数器11被配置用于在信号SIG的每个周期处递增，并且解码器12被配置用于在每个参考周期P_i处将计数器11重置为零。

装置DIS1还包括被配置用于在参考信号的每个参考周期P_i处递送计数器值V_i的设定点计数器2a。

如图3中图示出的，计数器2a在该示例中被配置用于在P-1＝7参考周期P₁至P₇期间在每个新的参考周期P_i处以一递增直到达到第一数量S＝4，接着在每个新的参考周期P_i处以一递减。

因此，设定点计数器的值V_i将分别在参考周期P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇期间连续地等于1、2、3、4、3、2、1。

计数部件1和设定点计数器2a的输出都被连接至乘法器3(图2)。因此，各连续数目C_i乘以相关联的计数器值V_i。

累加器4包括异步加法器40和用于使待执行的求和同步的寄存器41。加法器的第一输入被连接在乘法器3的输出处以便接收每个数目C_i乘以其相关联的计数器值V_i。寄存器41的输出被环路回到加法器的第二输入上。最初，累加器4包含零值。

在每个参考周期P_i处，累加器存储乘法器的输出值并将其与前面的存储值加到一起。存储的值的总和被返回到加法器40的第二输出上并且通过寄存器41而同步。

最终存储的总和因此等于：

C₁+2×C₂+3×C₁+4×C₄+3×C₅+2×C₆+C₇

装置进一步包括被配置用于执行存储的总和的二进制值上的位移位并递送第二平均值M2的移位部件6，例如软件模块。

在该示例中，位移位对应于由乘积(P-S)×S＝16进行的除法、即4位右移。

应该注意的是，通过位移位如此执行的除法很可能归功于针对第一数量S和第二数量P进行的2的幂的选择。

因此对于16MHz参考信号而言能够在参考信号的等于32的多个周期中获得62.5kHz的精度，而利用传统计数器将需要参考信号的256个周期。

根据图4至图6中图示出的另一实施方式，S被选择为小于例如S＝2并且P＝8。

因此执行在两个连续周期P_i期间发生的信号SIG的整体周期的数目C_i的连续计数。

接着确定在两个参考周期P₁和P₂期间计数的两个数目C₁和C₂的平均值M11。

通过在每个重复处使参考周期P_i的计数的起始移位，将方法的该步骤重复进行等于P-S＝6的多次。

因此并行地确定各与2个连续数目C_i有关的6个平均值M11、M12、M13、M14、M15和M16。

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

发明人已注意到：通过选择其中P和S作为二的幂，上面的公式F1等效于下面的公式F3：

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

该公式可以用于利用软件手段来运用该方法，而且再次可以利用诸如图5中图示出的装置DIS2等的简单硬件手段来运用，而避免了特定数目C_i的重复计数。

该装置DIS2类似于图2中图示出并且前面所描述的装置DIS1，但不同之处在于它包括不同地配置的设定点计数器2b。

图6图示出在P＝8并且S＝2的情况中的设定点计数器2b的可能的操作。

在这里计数器被配置用于在第二参考周期P₂处递增，接着在五个参考周期P₂至P₆期间保持处于等于二的值，并接着在参考周期P₇期间递减一次。

因此，由累加器最终存储的总和因此是

C₁+2×C₂+2×C₁+2×C₄+2×C₅+2×C₆+C₇

同样在该实施例中，除法再次包括在累加器值上的位移位，并且这可能归功于针对第一数量S和第二数量P进行的二的幂的选择。

虽然已在这里描述了其中第二数量P为8并且第一数量S为2或4的实用新型的实施方式和实施例，但实用新型可与任何其他的第一数量和任何其他的第二数量兼容，而不管这两个量是否是二的幂，只要S小于P即可。S和P是二的幂的事实使得能够获得特别紧凑集成的实施例并且使得能够通过简单的位移位来执行用S(P-S)进行的除法。