专利名称：用于确定信号的频率或周期的方法
用于确定信号的频率或周期的方法
背景技术：
本发明一般涉及用于确定信号的频率或周期的方法，并且更具体地涉及用于为信号的时序边沿确定时间戳的方法。重复(或周期性)信号的频率(f)能够根据在特定时间间隔⑴期间出现的该信号的循环数量(M)来定义。有几种用于确定信号的频率的已知方法，信号的频率也称为频率计数。两个基本类型的频率计数是直接计数和倒数计数。直接计数器对已知时间间隔(例如，1秒)的信号循环的数量(M)进行计数。如果时间间隔等于一秒(t = Is)，则频率表示为每秒的循环数量或循环数量赫兹(Hz)。另一方面，不对信号循环的数量进行计数以确定频率(f)，倒数计数器确定信号的周期(T)，这能通过测量完成单个信号循环的时间间隔(t)来确定(T = t)。一旦信号的周期已确定，则该信号的频率能够通过倒置周期(f = 1/T)以计算每秒信号循环的数量或信号循环数量Hz来确定。备选的是，不是测量完成单个信号循环的时间间隔，而是通过测量完成已知数量的信号循环(M)的时间间隔(tM)，并将该时间间隔除以信号循环的数量(T = tM/M)，能够确定周期。同样地，该信号的频率能够通过计算周期的倒数来确定(f = 1/T = M/tM)。相应地，为确定时间间隔，倒数计数要求确定信号循环的开始和下一信号循环或某一其它已知信号循环(例如，每10个信号循环)的开始，并将时间戳与那些事件的每个相关联。这些信号循环开始时间的时间戳能够根据计时器时钟信号(例如，计时器时钟循环100)的时钟循环数量的计数、或相当于计时器时钟循环计数的时间(即，具有IOOns的计时器时钟周期的计时器时钟信号的计时器时钟循环100相当于IOms的时间(100个计时器时钟循环乘以IOOns/计时器时钟循环))来提供。如果时间戳根据计时器时钟循环的数量来提供，则在信号循环期间出现的计时器时钟循环的数量能够乘以计时器时钟周期以确定时间间隔。如果时间戳提供为相当于计时器时钟循环计数的时间，则时间间隔能够通过从第二时间戳减去第一时间戳来确定。给定对计时器时钟循环计数的此依赖性时，常规倒数计数器的准确度依赖于计时器时钟的速度。例如，如果计时器时钟正在IOMHz操作(即， 计时器时钟循环每IOOns出现)，则倒数计数器的分辨率是100ns。计时器时钟速度与结果分辨率之间的此相关通过在t = 0开始的以下说明性示例来解释。假设在计时器时钟循环计数等于001时，在t = 95ns检测到信号循环的第一信号时序边沿(例如，开始信号循环的特定上升边沿或下降边沿)。由于计时器时钟循环计数在第一计时器时钟周期期间从t = Ons到IOOns等于001 (即，直至第二计时器时钟循环在 IOOns出现)，而无论在此第一计时器时钟周期内何时检测到第一信号时序边沿，因此，计时器时钟循环计数将等于001。现在假设在计时器时钟循环计数等于005时在时间=405ns 检测到第二信号时序边沿。同样地，由于计时器时钟循环计数在第五计时器时钟周期期间从t = 400η到500ns等于005，而无论在此第五计时器时钟周期期间何时检测到信号的第二信号时序边沿，因此，计时器计数器将等于005。相应地，在此示例中，倒数计数器已经用计时器计数或相当于计时器计数的时间(即，001的计时器计数相当于IOOns的时间，并且005的计时器计数相当于500ns的时间)来为第一和第二信号时序边沿加上时间戳。为了确定信号的此单个循环的时间间隔(或周期(T))，从第二时间戳(500ns或计时器时钟循环005)减去第一时间戳(100ns或计时器时钟循环001)以提供400ns的时间间隔。单个信号循环的此时间间隔相当于2. 5MHz的频率。然而，如此示例中所示，信号循环的实际时间间隔(从95ns到405ns)只是310ns而不是400ns，这表示确定的时间间隔 (400ns = 2. 50MHz)与实际时间间隔(310ns = 3. 23MHZ)之间90ns的误差。
此误差能够通过使用更快的计时器时钟来降低，该时钟将降低计时器时钟周期和提高分辨率。例如，如果计时器时钟当时正在20MHz而不是IOMHz操作(即，每个计时器时钟循环具有50ns而不是IOOns的周期)，则在计时器时钟循环计数等于相当于IOOns的时间的002 (第二计时器时钟循环)时在t = 95ns检测到第一信号时序边沿，而在计时器时钟循环计数等于相当于450ns的时间的009时在时间=405ns检测到第二信号时序边沿。 这将提供350ns的确定时间间隔(7个计时器时钟循环乘以计时器时钟周期(即，50ns))， 从而将降低确定的时间间隔(350ns = 2. 86MHz)与实际时间间隔(310ns = 3. 23MHZ)之间的误差。虽然增大计时器时钟的速度提高了倒数计数器的分辨率，但这也增大了功耗和从而导致的系统热生成。在要求电池电力或不能有效地消散另外热量的系统中，计时器时钟速度的此类增大可能不是一种选择。此外，计时器时钟的大量增大要求补充的电子器件具有在这些更高速度操作的容量，这能够增加系统的成本。给定增大计时器时钟的速度以提高倒数计数器的分辨率的缺点的情况下，其它系统已寻求通过使用延迟线来提高系统分辨率而不必增大计时器时钟的速度。然而，在这些系统中，延迟线附连到一般以比正在测量的信号更大得多的速度操作的计时器时钟。相应地，虽然这些延迟线系统稍微消除了增大计时器时钟速度而将要求的功耗，但在计时器时钟速度操作的装置的数量中要求的增大仍导致功耗、热生成和成本的增大。将有利的是，显著提高倒数计数器的分辨率而不必显著增大计时器时钟速度或功
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发明内容
公开了用于为信号时序边沿确定时间戳以便在例如用于确定信号的频率的倒数计数器中使用的方法，包括以下步骤将信号输入抽头延迟线(tapped delay line)，在每个延迟线抽头的输出产生多个延迟线抽头信号。在一个实施例中，在检测信号时序边沿并确定对应于在信号时序边沿或下一个时钟时序边沿的计时器时钟循环计数的初始时间值后，监视延迟线抽头信号以确定要对初始值进行的分数校正时间值调整，以计及信号时序边沿与下一个时钟时序边沿之间的延迟来确定时间戳。在另一个实施例中，在检测信号时序边沿后，对应于在延迟线抽头信号时序边沿的计时器时钟循环计数的多个延迟线计时器时钟循环计数的平均值用于确定时间戳。
图1是本发明的一个实施例中使用延迟线锁存器(latch)的五级倒数计数器的框图。
图2是本发明的另一实施例中使用延迟线锁存器的四级倒数计数器的框图。图3是示范时序图。图4是本发明的另一实施例中的使用多个计时器计数器捕捉寄存器的四级倒数计数器的框图。
具体实施例方式本文公开了用于确定异 步信号200的频率(f)或周期(Ts)的方法。在本发明的这些实施例的每个中，倒数计数器用于提供更高分辨率以便为信号时序边沿确定更准确的时间戳(TS)。图1和2示出能够用于使用带有多级抽头延迟线10的延迟线锁存器20来实践本发明的倒数计数器1、2的框图，串联的每个延迟线抽头(即，第一延迟线抽头11、第二延迟线抽头12、第三延迟线抽头13、第四延迟线抽头14及第五延迟线抽头15)按照小于计时器时钟周期(Te)的延迟线抽头时延(例如，相等的时延用于每个或不同的时延用于每个)将信号200延迟。如将展示的，倒数计数器1、2能根据用于抽头延迟线10的延迟线抽头的数量(N)和状态(S)，将用于确定信号200的频率(f)或周期(Ts)的分辨率在计时器时钟信号300提供的分辨率上提高某个倍数(R)。例如，为了将带有分辨率为IOOns的IOMHz的计时器时钟速度的常规倒数计数器的分辨率提高期望的分辨率提高倍数5 (F = 5)(即，相当于具有分辨率为20ns的50MHz的计时器时钟速度的常规倒数计数器)，能够提供具有如图1所示串联的五个延迟线抽头(N =F)或如图2所示串联的至少四个延迟线抽头(N = F-1)的抽头延迟线10。用于每个延迟的延迟线抽头时延(tD)能够等于计时器时钟信号300的周期(T。)除以期望的分辨率提高倍数(tD = Tc/F)以提供沿多级抽头延迟线10的延迟线抽头时延，这些时延是计时器时钟周期(Te)的整数因数。在期望的分辨率提高倍数5的情况下使用IOMHz计时器时钟信号的示例(Tc= 100ns)，每个的延迟线抽头时延(tD)将为20ns。备选的是，用于每个延迟的延迟线抽头时延(tD)无需相等或者是计时器时钟周期(T。)的整数因数，而是能够是计时器时钟周期(Te)的某些其它已知细分。技术人员将理解，带有不同数量的级和状态及不同延迟线抽头时延的实施例能够与本发明一起使用，并且在本发明的范围和精神内。再次参照图1，倒数计数器1具有五级抽头延迟线10 (N = 5)，而在图2中，倒数计数器2具有四级抽头延迟线10 (N = 4)。在倒数计数器1、2的每个中，信号200在抽头延迟线10的输入接收，串联的每个延迟线抽头根据延迟线抽头时延(例如，相等的时延)将信号延迟。相应地，并且如图3的示范时序图中所示，每个延迟线抽头的输出是在时间上按照串联的前面延迟线抽头的延迟线抽头时延之和所延迟的信号200 (例如，第二延迟线抽头信号212被两个延迟线抽头时延11、12延迟，而第三延迟线抽头信号213被三个延迟线抽头时延11、12、13延迟)。每个延迟线抽头的输出连接到提供抽头延迟线10的状态(S)的延迟线锁存器20。如图3的示范时序图所示，除由抽头延迟线10的输入来接收外，信号200也连接到计时器计数器捕捉寄存器30，该寄存器持续对来自计时器时钟信号300的计时器时钟循环的数量进行计数(例如，对第一计时器时钟循环(100)、第二计时器时钟循环(101)等计数)。计时器计数器捕捉寄存器30还持续监视信号200以检测指示信号循环开始的信号时序边沿201 (例如，信号200的上升边沿)。虽然所示实施例检测信号200的上升边沿为信号时序边沿201 (并且计时器时钟信号300的上升边沿作为时钟时序边沿302)，但技术人员将理解，多种信号时序边沿(例如，下降边沿)的检测在本发明的范围和精神内。在操作中，信号时序边沿201的检测启动计时器计数器捕捉寄存器30中计时器时钟的当前计时器时钟循环计数(Cs)的捕捉。如在图3的示范时序图中所示，在计时器计数器捕捉寄存器 30中计时器时钟循环计数(Cs)是100时在时间tSE检测到信号时序边沿201。然而，直至紧随信号时序边沿201的时间t。E(检测到标记计时器时钟循环开始的计时器时钟信号300 的下一个时钟时序边沿302)，计时器计数器捕捉寄存器30才确实捕捉到并能够输出信号时序边沿201的计时器时钟循环计数(Cs)。此外，在时间tCE在下一个时钟时序边沿302上，延迟线锁存器20捕捉并能够输出抽头延迟线10的状态(S)，该状态由延迟线抽头的输出来提供。例如，在图3的示范时序图中，在时间1^在下一个时钟时序边沿302，延迟线锁存器20的状态是10000 (即，来自第一延迟11的第一延迟线抽头信号211是高(D1 = 1)，而剩余四个延迟线抽头信号的该状态是低(D2 = D3 = D4 = D5 = 0))。如图3所示，由于第一延迟线抽头信号时序边沿221 (即在此示例中是上升边沿)出现在下一个时钟时序边沿302之前，因此，第一延迟线抽头信号211是高(D1 = 1)，而剩余延迟线抽头信号由于其延迟线抽头信号时序边沿在下一个时钟时序边沿302后出现，因此是低。如将展示的，监视延迟线锁存器20的状态(S)允许分数的校正时间值被应用到计时器时钟循环计数(Cs)或相当于计时器时钟循环计数(Cs)的时间(在本文中使用术语“对应”和“对应于”时，这两者均“对应于”计时器时钟循环计数 (Cs))，以计及在时间tSE检测到信号时序边沿201与在时间砧在计时器时钟信号300的下一个时钟时序边沿302实际捕捉计时器时钟循环计数(Cs)之间的延迟。提高倒数计数器 1、2的分辨率的正是这些分数的校正时间值。再次参照图1，倒数计数器1具有五级抽头延迟线10 (N = 5)，从而为延迟线锁存器20提供至少6个可能状态(S = N+1)。再次使用具有IOMHz计时器时钟信号300的系统的示例(即，计时器时钟周期(T。)是100ns)，其具有各个延迟线抽头时延为tD = 20ns (计时器时钟周期(Te)的五分之一或计时器时钟循环的0. 20以提供F = 5的分辨率提高倍数)，下面的表1示出延迟线锁存器20的状态(S)与在时间tSE检测到信号时序边沿201和在时间t。E在时计器时钟信号300的下一个时钟时序边沿302实际捕捉计时器时钟循环计数(Cs)之间的延迟范围之间的相关表 权利要求
1.一种用于为信号的信号时序边沿确定时间戳的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供具有计时器时钟周期的计时器时钟信号；(b)将所述信号输入包括串联的多个延迟线抽头的抽头延迟线中，所述多个延迟线抽头的每个抽头按照小于所述计时器时钟周期的延迟线抽头时延来延迟所述信号；(c)在所述多个延迟线抽头的输出，产生多个延迟线抽头信号，其中所述延迟线抽头信号的每个是按照串联的前面的延迟线抽头的所述延迟线抽头时延之和来延迟的所述信号；(d)检测所述信号时序边沿；(e)检测所述信号时序边沿后的下一个时钟时序边沿； (f)确定对应于在所述信号时序边沿或在所述下一个时钟时序边沿的计时器时钟循环计数的初始时间值；(g)通过确定所述下一个时钟时序边沿前出现的延迟线抽头信号时序边沿的数量，确定在所述下一个时钟时序边沿的所述抽头延迟线的状态；(h)基于所述抽头延迟线的所述状态来确定分数校正时间值以计及所述信号时序边沿与所述下一个时钟边沿之间的延迟，其中所述分数校正时间值是基于具有在所述下一个时钟时序边沿之前出现的延迟线抽头信号时序边沿的所述多个延迟线信号的最后信号所经历的所述延迟线抽头时延的所述和的所述计时器时钟周期的分数；以及(i)通过按照所述分数校正时间值调整所述初始时间值，为所述信号时序边沿确定所述时间戳。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤确定统计上相当大数量的所述时间戳上的所述抽头延迟线的所述状态出现的实际数量；确定所述统计上相当大数量的所述时间戳上的相对于所述信号的循环或状态的总数的所述状态出现的实际百分比；基于所述延迟线抽头的理想延迟线抽头时延，确定所述状态出现的理想百分比；以及比较所述状态出现的所述实际百分比和所述状态出现的所述理想百分比以确定所述延迟线抽头的至少一个的实际延迟线抽头时延；其中所述分数校正时间值还基于所述延迟线抽头的至少一个的所述实际延迟线抽头时延。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述抽头延迟线的所述状态通过监视所述多个延迟线抽头信号的所有信号来确定。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述抽头延迟线的所述状态通过监视少于所有所述多个延迟线抽头信号来确定。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述多个延迟线抽头的每个抽头按照相等的延迟线抽头时延来延迟所述信号。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述相等的延迟线抽头时延等于所述计时器时钟周期除以所述延迟线抽头的数量。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述相等的延迟线抽头时延等于所述计时器时钟周期除以少于所述延迟线抽头的数量。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述初始时间值是在所述信号时序边沿的所述计时器时钟循环计数乘以所述计时器时钟周期。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述按照所述分数校正时间值调整所述初始时间值包括组合所述分数校正时间值和所述初始时间值的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述按照所述分数校正时间值调整所述初始时间值包括从所述初始时间值减去所述分数校正时间值的步骤。
11.一种用于为信号的信号时序边沿确定时间戳以用于在确定所述信号的频率或周期中使用的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供具有一个计时器时钟循环的计时器时钟周期的计时器时钟信号；(b)将所述信号输入包括串联的多个延迟线抽头的抽头延迟线中，所述多个延迟线抽头的每个抽头按照小于所述计时器时钟周期的延迟线抽头时延来延迟所述信号；(c)在所述多个延迟线抽头的输出，产生多个延迟线抽头信号，其中所述延迟线抽头信号的每个是按照串联的前面的延迟线抽头的所述延迟线抽头时延之和来延迟的所述信号；(d)检测所述信号时序边沿；(e)确定对应于在所述延迟线抽头信号时序边沿的计时器时钟循环计数的多个延迟线计时器时钟循环计数；以及(f)通过确定所述多个延迟线计时器时钟循环计数的平均值，为所述信号时序边沿确定所述时间戳。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述多个延迟线抽头的每个抽头按照相等的延迟线抽头时延来延迟所述信号。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述相等的延迟线抽头时延等于所述计时器时钟周期除以所述延迟线抽头的数量。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述相等的延迟线抽头时延等于所述计时器时钟周期除以少于所述延迟线抽头的数量。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述多个所述延迟线计时器时钟循环计数是在所述延迟线抽头信号时序边沿的所述计时器时钟循环计数乘以所述计时器时钟周期。
16.一种用于确定信号的频率的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供具有计时器时钟周期的计时器时钟信号；(b)将所述信号输入包括串联的多个延迟线抽头的抽头延迟线中，所述多个延迟线抽头的每个抽头按照小于所述计时器时钟周期的延迟线抽头时延来延迟所述信号；(c)在所述多个延迟线抽头的输出，产生多个延迟线抽头信号，其中所述延迟线抽头信号的每个是按照串联的前面的延迟线抽头的所述延迟线抽头时延之和来延迟的所述信号；(d)检测第一信号时序边沿；(e)检测所述第一信号时序边沿后的下一个时钟时序边沿；(f)确定对应于在所述第一信号时序边沿或在所述下一个时钟时序边沿的计时器时钟循环计数的第一初始时间值；(g)通过确定所述下一个时钟时序边沿前出现的延迟线抽头信号时序边沿的数量，确定在所述下一个时钟时序边沿的所述抽头延迟线的状态；(h)基于所述抽头延迟线的所述状态来确定第一分数校正时间值以计及所述第一信号时序边沿和所述下一个时钟边沿之间的延迟，其中所述第一分数校正时间值是基于具有在所述下一个时钟时序边沿之前出现的延迟线抽头信号时序边沿的所述多个延迟线信号的最后信号所经历的所述延迟线抽头时延的所述和的所述计时器时钟周期的分数；(i) 通过按照所述分数校正时间值调整所述初始时间值，为所述第一信号时序边沿确定第一时间戳；(j)重复步骤(d)到(i)以便为第二信号时序边沿确定第二时间戳；(k)确定所述第一时间戳与所述第二时间戳之间的时间间隔；(1)确定对于所述时间间隔期间的信号循环数量的信号循环计数；以及(m)通过将所述信号循环计数除以所述时间间隔，确定所述信号的频率。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述多个延迟线抽头的每个抽头按照相等的延迟线抽头时延来延迟所述信号。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述第一初始时间值是在所述第一信号时序边沿的所述计时器时钟循环计数乘以所述计时器时钟周期。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述按照所述第一分数校正时间值调整所述第一初始时间值包括组合所述第一分数校正时间值和所述第一初始时间值的步骤。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述按照所述第一分数校正时间值调整所述第一初始时间值包括从所述第一初始时间值减去所述第一分数校正时间值的步骤。
全文摘要
公开了用于为信号时序边沿确定时间戳以便在例如用于确定信号的频率的倒数计数器中使用的方法，包括以下步骤将信号输入抽头延迟线，在每个延迟线抽头的输出产生多个延迟线抽头信号。在一个实施例中，在检测信号时序边沿并确定对应于在信号时序边沿或下一个时钟时序边沿的计时器时钟循环计数的初始时间值后，监视延迟线抽头信号以确定要对该初始值进行的分数校正时间值调整，以计及信号时序边沿与下一个时钟时序边沿之间的延迟来确定时间戳。在另一个实施例中，在检测信号时序边沿后，对应于在延迟线抽头信号时序边沿的计时器时钟循环计数的多个延迟线计时器时钟循环计数的平均值用于确定时间戳。
文档编号H03K5/13GK102246415SQ200980150092
公开日2011年11月16日 申请日期2009年11月2日 优先权日2008年12月8日
发明者A·哈钦森 申请人:通用电气公司