专利名称：频率校正方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明关于一种频率校正方法及系统，更特别的是关于一种可快速且精确地取得准确频率值以供校正的频率校正方法及系统。
背景技术：
许多电子设备中皆具有频率产生单元，用以基于一预定频率值来提供一频率信号的输出，为了确定此频率信号的正确性，传统上会外接一计频仪来进行校验，此计频仪为一种特殊的校验仪器，相较于电子设备通常较为庞大而使得校验工作必须在特殊场合及时间下才能进行，且无法达到快速的校验。此外，计频仪中对于频率信号的量测通常是设定一闸门时间，利用闸门时间内对频率信号的周期数进行计数，再利用计数值/闸门时间来取得频率信号的频率。然而，由于闸门时间内的频率信号的周期数量通常不会是整数值，因此，此种方式容易在闸门时间的开始与结束处造成误差，例如少计数半个周期数或多计数半个周期数等。基于此，一般在进行频率量测时，会将闸门时间尽量拉长以涵盖较多的周期数，由此将误差降低，但这样的方式却会大幅增加测试的时间，若量测周期数少，解析度也因闸门时间的短暂而降低。
发明内容
本发明的一目的在于可提高频率量测的速度及量测的准确性。本发明的另一目的在于可提供全自动程式控制之频率校正方法及系统。本发明的再一目的在于可使电子设备本身即具有自我校正功能。为达上述目的及其他目的，本发明提出一种频率校正方法，其用于校正一设备的频率产生单元基于一预定频率值的下所产生的一频率信号，该方法包含提供一参考信号；基于该参考信号产生具相同频率的多个相位移信号，该等相位移信号间间隔一固定相位；设定一时脉遮罩，其起始于该频率信号的一第一触发状态，终止于该频率信号的另一个第一触发状态；在该时脉遮罩的起始时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内，计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Ndl ;在该时脉遮罩的时间区间内，基于该第一触发状态，计数该参考信号发生的周期次数Nb ;在该时脉遮罩的时间区间内，基于该第一触发状态，计数该频率信号发生的周期次数Ni ;在该时脉遮罩的终止时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内，计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Nd2;及依后式取得该频率信号的频率值Fi，Fi = {Ni/[Nb + (Nd/M)]} XFb ;及该频率修正单元基于该预定频率值与该频率信号的频率值Fi间的差值，调整该频率产生单元的输出，使该频率产生单元产生的该频率信号的实际频率值与该预定频率值相符，其中，Fb为该参考信号的频率，Fb > Fi,Nd = (Ndl - Nd2)，M为该等相位移信号的个数，M兰2。
为达上述目的及其他目的，本发明还提出一种频率校正系统，其用于校正一设备的频率产生单元基于一预定频率值的下所产生的一频率信号，该系统包含一频率信号输入端，其连接该频率产生单元，用于接收该频率信号；一计数产生器，其连接该频率信号输入端以接收该频率信号，以及用于产生频率为Fb的一参考信号，并基于该参考信号产生具相同频率且彼此互相间隔一固定相位的M个相位移信号，以及用于产生起始于该频率信号的一第一触发状态且终止于该频率信号的另一个第一触发状态的一时脉遮罩，以及用于在该时脉遮罩的起始时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Ndl，以及用于在该时脉遮罩的时间区间内基于该第一触发状态计数该参考信号发生第一触发状态的次数Nb，以及用于在该时脉遮罩的时间区间内基于该第一触发状态计数该频率信号发生第一触发状态 的次数Ni，以及用于在该时脉遮罩的终止时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Nd2，以及用于输出该等数值Fb、Μ、Nb、N1、Ndl、及Nd2 ;及一运算装置，其连接该计数产生器，用于接收该等数值并依后式进行运算以取得该频率信号的频率值Fi，Fi = {Ni/[Nb + (Nd/M)]} XFb ;及一频率修正单元，其连接该运算装置及该频率产生单元，用于基于该预定频率值与该频率信号的频率值Fi间的差值，调整该频率产生单元的输出，使该频率产生单元产生的该频率信号的频率值与该预定频率值相符，其中，Fb > Fi, Nd =(Ndl — Nd2)，M 芎 2。在一实施例中，该计数产生器包含一基频产生单元，其用于产生一基频信号；一倍频单元，其连接该基频产生单元，用于将该基频信号倍频为该参考信号；及一可编程闸阵列，其连接该频率信号输入端以接收该频率信号，以及连接该倍频单元以接收该参考信号，以及用于产生该等数值M、Nb、N1、Ndl、及Nd2并输出该等数值Fb、M、Nb、N1、Ndl、&Nd2。在一实施例中，该运算装置为一控制单元及一电脑装置的二者中的其中之一。在一实施例中，该第一触发状态为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一 O在一实施例中，该第二触发状态为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中
之一 O在一实施例中，该时脉遮罩包含的该频率信号发生的周期次数Ni值为Ni ^ 2。在一实施例中，所产生的该等相位移信号的个数为4个或8个。在一实施例中，该参考信号的频率Fb可直接被取代为一预设值。由此，本发明的频率校正方法及系统利用快速且精准的多相位处理方式消除了量测误差，并随着相位移信号的产生数量倍增量测准确度，并基于同步性的触发来达到全自动程式控制的目的，以及达到较小电路占用面积的功效，进而不需使用传统的计频仪即可利用较小的电路面积达成频率校正的目的。
图1为本发明在一实施例中的频率校正方法中频率信号实际频率值的量测方法的运作时序图。图2为本发明在一实施例中的频率校正方法的运作流程图。图3为本发明在一实施例中的频率校正系统的功能方块图。
图中
100，频率校正系统；
110，频率信号输入端；
120，计数产生器；
121，基频产生单元；
123，倍频单元；
125，可编程闸阵列；
130，运算装置;
140，频率修正单元；
200，频率产生单元；
Fi,频率信号及其频率；
Fb,参考信号及其频率； mk,时脉遮罩;
Ni,频率信号的周期次数；
Nb,参考信号的周期次数；
Ndl,前端误差时间区间内的第二触发状态的次数；
Nd2,后端误差时间区间内的第二触发状态的次数；
SlOl S107,步骤。
具体实施例方式为充分了解本发明的目的、特征及功效，藉由下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本发明做一详细说明，说明如后
本发明的频率校正方法的具体实施例中所述的各步骤除特别指明外，其余步骤可相互对调而并非依所排列的说明次序来定步骤执行的先后顺序；此外，本发明的频率校正系统的具体实施例中所述的’连接’ 一词，非限定于直接连接，中间也可连接其他单元。再者，所述的’第一触发状态’、’第二触发状态’ 一词包含上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一，第一触发状态与第二触发状态并不互斥，即，第一触发状态与第二触发状态可同时为上缘触发状态或同时为下缘触发状态。首先请参阅图1，为一实施例中的频率校正方法的运作时序图。在此实施例中以8个相位移信号来作为示例，熟悉该项技术者应了解的是，只要有2个以上的相位移信号即能消除量测误差进而提升准确度。在本发明实施例中的频率校正方法用于校正一设备的频率产生单元基于一预定频率值下所产生的一频率信号，而频率信号的量测可包含两个阶段的量测，其可包含以下步骤
如图1所示，除了所输入的频率信号Fi外，量测动作开始前或同步地会先提供一参考信号Fb，以及基于该参考信号产生具相同频率的多阶相位移信号Fb-pfFb-p8，每一阶相位移信号Fb-pl Fb-p8间间隔一固定相位。该参考信号Fb用来作为一个基础的频率以求取频率信号的频率。相位移信号则是从该参考信号Fb来产生的，通常可利用可编程闸阵列(FPGA)中的数位时脉管理器(DCM)来完成信号的相位移。以本实施例来说，具有8个相位移信号Fb-pfFb-pS，因此可利用两组的数位时脉管理器来达成，其中，一组数位时脉管理器可将参考信号Fb分解成4个相位移信号。然而熟悉该项技术者应了解的是，即使仅使用一组的数位时脉管理器，使用者仍可对其中的4个相位移分解动作进行选择性的关闭，即，仅使用一组的数位时脉管理器下仍可将参考信号Fb分解成2个或3个相位移信号，因此，使用者可根据需求并搭配数位时脉管理器的运用来选择所需的相位移信号数量。至于相位移信号间的间隔则是由数位时脉管理器来将360度的相位等分给各个相位移信号，例如相位移信号的数量为M个，则间隔相位为 360/ (M — I)。接着是设定一时脉遮罩mk，其起始于频率信号Fi的第一触发状态，终止于频率信号Fi的另一个第一触发状态。在本实施例中的第一触发状态以上缘触发状态为示例，即，时脉遮罩mk可同步于频率信号Fi，而在频率信号Fi的某一个上缘触发状态下被同步地触发。时脉遮罩mk维持高位准状态直到经过预定周期次数的频率信号Fi才停止，S卩，时脉遮罩mk终止于频率信号Fi的另一个第一触发状态。以图1的实施例来说，时脉遮罩mk终止于频率信号Fi的第7个第一触发状态，如此即会经过6个频率信号Fi的周期数，而得到频 率信号Fi的周期次数Ni = 6，即Ni =(频率信号Fi发生第一触发状态的次数)一 I。其中，频率信号Fi的周期次数Ni需至少为I个，较佳为2个以上。当时脉遮罩mk—被初始化时，量测动作随即展开。请参考图1，由于参考信号Fb并不一定与频率信号Fi同步，因此在所量测到的参考信号Fb的周期次数Nb中，其所经过的时间实际上是与时脉遮罩mk的范围不符合的，会造成前端误差及后端误差，此乃因参考信号Fb与频率信号Fi不同且计数的方式通常是直接取上缘触发状态或下缘触发状态的次数来计数的。据此，参考信号Fb发生的周期次数Nb在该时脉遮罩mk的时间区间内，基于该第一触发状态所量测得的；而频率信号Fi发生的周期次数Ni在该时脉遮罩mk的时间区间内，基于该第一触发状态所量测得的。所述的’基于第一触发状态’指参考信号Fb的周期次数的计数基础会与前端误差的时间区间的终点状态一致，即，以图1的示例来说，参考信号Fb的周期次数的计数起始点即为从上缘触发处开始计数，而非从下缘触发处开始计数参考信号Fb的周期次数；反之，若前端误差的时间区间改变为自时脉遮罩mk的起始时序点至参考信号Fb发生下缘触发状态(第一触发状态)的时间区间时，前端误差的时间区间的终点状态即变成下缘触发状态，参考信号Fb的周期次数的计数起始点即需改变为从下缘触发处作为计数基础。因此，本发明的实施例中即利用该等相位移信号来消除该等前端及后端的误差，以下将基于信号的时序演进来说明前端误差及后端误差。在前端误差中，在时脉遮罩mk的起始时序点至参考信号Fb发生第一触发状态的时间区间内，计数该等相位移信号Fb-pf Fb-p8发生第二触发状态(上缘或下缘触发状态)的次数Ndl。在后端误差中，其在时脉遮罩mk的终止时序点至参考信号Fb发生第一触发状态的时间区间内，计数该等相位移信号Fb-pfFb-p8发生第二触发状态(上缘或下缘触发状态)的次数Nd2。所述的’该等相位移信号Fb-pf Fb_p8发生第二触发状态’指当前端误差选择上缘触发状态作为该第二触发状态时，在后端误差就选择上缘触发状态作为该第二触发状态；反之，当前端误差选择下缘触发状态作为该第二触发状态时，在后端误差就选择下缘触发状态作为该第二触发状态。以图1的示例来说，选择上缘触发状态作为该第二触发状态，因此，在图1中的Ndl系为’3’，Nd2为’5’。在后续的计算中，Ndl的次数会减去Nd2的次数以取得实际上在时脉遮罩mk的范围内所需被校正的周期数，进而消除前端及后端误差。取得上述的各个数值后即可进行频率信号Fi的频率的计算，其系依下式(I)来取得的
Fi = {Ni/[Nb + (Nd/M)]} XFb(I)
其中，Nd为校正值，Nd = (Ndl - Nd2) ；M为该等相位移信号的个数，M ^ 2,即所产生 的该等相位移信号的个数至少为2个。接着将说明本发明实施例中的方法可提高准确度的程度。频率信号Fi基本上的频率算式由下式(2)来决定
(Ni/Fi) = (Nb/Fb)(2)
式(2)又可改写为
Fi N (Ni/Nb) XFb(3)
满足式(3)的条件为参考信号Fb的频率大于频率信号Fi的频率。然而，由前述可知，若不进行前端及后端误差的校正，式(3)取得的频率信号Fi频率将不准确。准确的算法是要将前端误差补回来并消去后端误差，即，经过此二阶段的频率量测才可完全符合时脉遮罩mk的范围。因此，由校正值Nd的运算结果即可得到最后应补回或消去多少的数值，进一步地，由式(I)可了解到相位移信号的数量越多，能提升的准确度倍数就越高，即，本发明实施例中的方法相较于未进行前端误差及后端误差校正的方法共至少提升了8倍的准确度。接着请参阅图2，一实施例中的频率校正方法的运作流程图。请同时参考图1，其依据时序运作的流程来做说明，首先是(SlOl)提供频率信号F1、参考信号Fb、及多个相位移信号Fb-pf Fb-p8 ； (S102)接着同步于频率信号Fi启动时脉遮罩mk ;接着，(S103)取得前端误差计数值Ndl ;接着，(S104)关闭时脉遮罩mk并取得频率信号Fi及参考信号Fb的周期数计数值Ni及Nb ;接着，(S105)取得后端误差计数值Nd2 ;接着，(S106)进行式(I)的结果运算取得Fi值；最后，(S107)频率修正单元基于预定频率值与该频率信号的频率值Fi间的差值，调整该频率产生单元的输出，使该频率产生单元产生的该频率信号的实际频率值与该预定频率值相符，举例来说可调整为相同或调整至相差在一预定范围内。接着请参阅图3，为本发明在一实施例中的频率校正系统的功能方块图。该频率校正系统100包含一频率信号输入端110、一计数产生器120、一运算装置130、及一频率修正单元140，以用来校正一设备中的频率产生单元200基于预定频率值下所产生的频率信号。频率信号输入端110连接该频率产生单元200，用于接收该频率信号Fi。计数产生器120连接频率信号输入端110以接收该频率信号Fi，以及计数产生器120用于产生前述的参考信号Fb、彼此互相间隔一固定相位的M个相位移信号、时脉遮罩mk、该等相位移信号于前端误差区间内发生第二触发状态的次数Ndl、在该时脉遮罩mk内该参考信号Fb发生第一触发状态的次数Nb、在该时脉遮罩mk内该频率信号Fi发生第一触发状态的次数N1、该等相位移信号于后端误差区间内发生第二触发状态的次数Nd2，以及输出该等数值Fb、M、Nb、N1、Ndl、及Nd2。在一实施例中，该计数产生器120可包含一基频产生单元121、一倍频单元123、及一可编程闸阵列125。基频产生单元121用于产生一基频信号。通常是利用晶体震荡器来产生较低的基频，如此可降低成本，再由连接该基频产生单元121的倍频单元123来将基频提升，以作为该参考信号Fb。通常会将基频提升至大于频率信号Fi的可能频率范围，即，对于不同种类的频率信号可对应不同的参考信号Fb的频率值，当然，越高频的参考信号Fb能适用的范围越广。可编程闸阵列125可具有用来作为相位移产生电路的数位时脉管理器、用来进行上或下微分(上缘触发或下缘触发)以计数Ndl及Nd2的微分电路、用来产·生时脉遮罩mk及对频率信号Fi与参考信号Fb进行计数的遮罩电路等，据此，该可编程闸阵列125可用于产生该等数值M、Nb、N1、Ndl、及Nd2并输出该等数值Fb、Μ、Nb、N1、Ndl、及Nd2。可编程闸阵列系为习知元件，本发明实施例的量测系统系利用其内含的各个逻辑元件来达成本发明的目的，并在本发明实施例中使用的方法下可使用较少的逻辑元件，而不需选用大面积的可编程闸阵列晶片，进而可减少电路占用的面积而缩小产品尺寸。举例来说，若将运算装置的运算功能也纳入可编程闸阵列内的话将会大幅增加所需的逻辑元件数量，进而增加电路占用面积；是因结构上的设计所致，可编程闸阵列要达到相同的运算处理就须用逻辑方式来处理，其速度虽快但逻辑元件需求变的庞大；内含运算结构电路的特殊可编程闸阵列虽可达低逻辑元件空间的使用及高速的运算处理，但其单价过高。运算装置130连接该计数产生器120，用于接收该等数值并依前述式(I)进行运算以取得该频率信号Fi的频率值。其中，该运算装置130可为一控制单元(MCU)或一电脑装置。若为一控制单元，则该控制单元通常会被设置在与计数产生器120同一块的电路板上，使得整个频率校正系统100被整合在一模组上，还可直接配置于设备内而可达到自我校正的功能；然而，该运算装置130也可为外部的电脑装置，量测模组仅提供各个数据值，所有的计算由该电脑装置来处理。频率修正单元140连接该运算装置130及该频率产生单元200，用于基于该预定频率值与该频率信号的频率值Fi间的差值，调整该频率产生单元200的输出，使该频率产生单元200产生的该频率信号的频率值可与该预定频率值相符
进一步地，为了更加降低误差，也可对所产生的参考信号Fb进行预先的高精度量测，即，为了避免基频产生器及倍频器实际上产生的频率与给予的标示值(即，基频产生器及倍频器的规格书中所载值)不同而发生的误差，可利用解析度高于参考信号Fb频率的高精密计频仪来预先对模组上产生的参考信号Fb进行量测，并以此量测值作为一预设值直接储存于运算装置130中。甚至可利用信号产生仪器提供精准的频率信号来反推知参考信号的频率值，进而以此推知的频率值作为该预设值而直接储存于运算装置130中。如此使得每一次的量测中，参考信号Fb的频率值都会使用该预设值，而不会选用基频产生器及倍频器于规格上所标示的参数。综合上述，本发明的频率校正方法及系统利用快速且精准的多相位处理方式消除了校正过程中对于频率信号的量测会产生的误差，并随着相位移信号的产生数量倍增量测准确度，以本发明之实施例来说系将误差缩小的8倍(对应8个相位移信号)，并基于同步性的触发来达到全自动程式控制的目的，以及达到较小电路占用面积的功效。 本发明在上文中已以较佳实施例公开，然熟习本项技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种频率校正方法，其用于校正一设备的频率产生单元基于一预定频率值下所产生的一频率信号，其特征在于该方法包含 提供一参考信号； 基于该参考信号产生具相同频率的多个相位移信号，该等相位移信号间间隔一固定相位； 设定一时脉遮罩，其起始于该频率信号的一第一触发状态，终止于该频率信号的另一个第一触发状态； 在该时脉遮罩的起始时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内，计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Ndl ； 在该时脉遮罩的时间区间内，基于该第一触发状态，计数该参考信号发生的周期次数Nb ； 在该时脉遮罩的时间区间内，基于该第一触发状态，计数该频率信号发生的周期次数Ni ； 在该时脉遮罩的终止时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内，计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Nd2 ;及依下式取得该频率信号之频率值Fi，Fi = {Ni/[Nb + (Nd/M)]} XFb ;及 该频率修正单元基于该预定频率值与该频率信号的频率值Fi间的差值，调整该频率产生单元的输出，使该频率产生单元产生的该频率信号的实际频率值与该预定频率值相符， 其中，Fb为该参考信号的频率，Fb > Fi, Nd = (Ndl - Nd2)，M为该等相位移信号的个数，M兰2。
2.如权利要求1所述频率校正方法，其特征在于其中该第一触发状态为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一。
3.如权利要求1所述频率校正方法，其特征在于其中该第二触发状态为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一。
4.如权利要求1所述频率校正方法，其特征在于其中，该时脉遮罩包含的该频率信号发生的周期次数Ni值为Ni ^ 2。
5.如权利要求1所述频率校正方法，其特征在于其中，所产生的该等相位移信号的个数为4个或8个。
6.如权利要求1所述频率校正方法，其特征在于其中还包含将该参考信号的频率Fb取代为一预设值。
7.如权利要求1所述频率校正方法，其特征在于其中该固定相位之值系为360/(M—I)。
8.—种频率校正系统，其用于校正一设备的频率产生单元基于一预定频率值下所产生的一频率信号，其特征在于该系统包含 一频率信号输入端，其连接该频率产生单元，用于接收该频率信号； 一计数产生器，其连接该频率信号输入端以接收该频率信号，以及用于产生频率为Fb的一参考信号，并基于该参考信号产生具相同频率且彼此互相间隔一固定相位的M个相位移信号，以及用于产生起始于该频率信号的一第一触发状态且终止于该频率信号的另一个第一触发状态的一时脉遮罩，以及用于在该时脉遮罩之起始时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Ndl，以及用于在该时脉遮罩的时间区间内基于该第一触发状态计数该参考信号发生第一触发状态的次数Nb，以及用于在该时脉遮罩的时间区间内基于该第一触发状态计数该频率信号发生第一触发状态的次数Ni，以及用于在该时脉遮罩终止时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Nd2，以及用于输出该等数值Fb、Μ、Nb、N1、Ndl、&Nd2 ； 一运算装置，其连接该计数产生器，用于接收该等数值并依后式进行运算以取得该频率信号的频率值 Fi，Fi = {Ni/[Nb + (Nd/M) ]} XFb ;及 一频率修正单元，其连接该运算装置及该频率产生单元，用于基于该预定频率值与该频率信号的频率值Fi间的差值，调整该频率产生单元的输出，使该频率产生单元产生的该频率信号的频率值与该预定频率值相符，其中，Fb > Fi, Nd = (Ndl — Nd2)，M 芎 2。
9.如权利要求8所述的频率校正系统，其特征在于其中该计数产生器包含 一基频产生单元，其用于产生一基频信号； 一倍频单元，其连接该基频产生单元，用于将该基频信号倍频为该参考信号；及 一可编程闸阵列，其连接该频率信号输入端以接收该频率信号，以及连接该倍频单元以接收该参考信号，以及用于产生该等数值M、Nb、N1、Ndl、及Nd2并输出该等数值Fb、M、Nb、N1、Ndl、及 Nd2。
10.如权利要求9所述的频率校正系统，其特征在于其中该运算装置用于将该数值Fb取代为一预设值。
11.如权利要求8所述的频率校正系统，其特征在于其中该运算装置为一控制单元及一电脑装置的二者中的其中之一。
12.如权利要求8所述的频率校正系统，其特征在于其中该第一触发状态为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一；该第二触发状态为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一。
全文摘要
本发明公开一种频率校正方法及系统，可校正设备内的频率产生单元基于预定频率值下所产生的频率信号，其利用参考信号以及与频率信号同步的时脉遮罩取得频率信号的时脉的周期数，基于该周期数可取得该频率信号的频率值，同时利用基于该参考信号而产生的多个相位移信号来修正前述的频率值，并可随着相位移信号数量的增加而将误差进一步地缩小，进而可得到准确的频率信号的频率值，进而可用来校正频率产生单元产生的频率信号。
文档编号H03L7/06GK103023488SQ201110283469
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者周明宏, 谢青峰 申请人:亚旭电子科技(江苏)有限公司, 亚旭电脑股份有限公司