数字周期分频器的制造方法

数字周期分频器的制造方法
【专利摘要】本发明揭示一种系统，所述系统可具有：数字周期分频器，其产生与由旋转输入信号界定的角度成比例的输出信号；及间隔测量单元，其确定由所述输入输出信号的后续脉冲界定的间隔的间隔时间。在一种增强中，所述系统还可具有遗漏脉冲检测器，其可操作以比较当前间隔与参数，以确定脉冲是否在所述输入信号中遗漏。
【专利说明】
数字周期分频器
[0001 ] 相关申请案的交叉参考
[0002] 此申请案主张2014年1月31日申请的标题为"数字周期分频器(DIGITAL PERIOD DIVIDER)"的第61/934，218号美国临时申请案的权益，所述美国临时申请案以全文引用的 方式并入本文中。此申请案进一步涉及第14/200,317号美国申请案，所述美国申请案作为 美国专利US 8,908,823发布。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种数字周期分频器。
[0004] 在数字应用中，常需要精确划分未知周期。举例来说，由马达的旋转确定的周期需 要分为360个步长，其中每一步长指示一度的旋转。其它信号（例如50Hz或60Hz的输电干线 信号频率)可能需要类似处理。特定来说，传入的"旋转"信号可提供每转一个脉冲或每转多 个脉冲。在后者情况中，一个周期可能比其它周期长，（例如）当使用(例如)具有用于指示上 死点位置的缺齿的双缺口传感器齿盘或飞轮时。

【发明内容】

[0005] 根据实施例，一种系统可包括:数字周期分频器，其产生与由旋转输入信号界定的 角度成比例的输出信号；间隔测量单元，其确定由所述输出信号的后续脉冲界定的间隔的 间隔时间；及遗漏脉冲检测器，其可操作以比较当前间隔与参数以确定脉冲是否在所述输 入信号中遗漏。
[0006] 根据又一实施例，所述参数可为预定时间值。根据又一实施例，所述参数可由先前 测量的间隔及预定因子界定，所述先前测量的间隔必须超过所述预定因子。根据又一实施 例，所述系统可经编程以选择输入信号是否包括遗漏脉冲，在此情况中启用所述间隔测量 单元及遗漏脉冲检测器。根据又一实施例，可提供所述输入信号的传感器可从以下各项中 选出：跨零检测器、缺口齿盘传感器、双缺口齿盘传感器及飞轮齿盘传感器。根据又一实施 例，所述系统可进一步包括产生所述遗漏脉冲的输出。根据又一实施例，所述数字周期分频 器可包括:第一计数器，其包括R个最低有效位(LSB)及P个最高有效位(MSB)且具有计数输 入及复位输入，其中所述计数输入接收第一时钟信号且所述复位输入接收第二时钟信号； 锁存器，其具有P个位且与所述第一计数器的所述P个位耦合;第二计数器，其具有P个位且 包括计数输入及复位输入，其中所述计数输入接收所述第一时钟信号;及第一比较器，其可 操作以比较所述锁存器的所述P个位与所述第二计数器的所述P个位且产生输出信号，其中 所述输出信号也被馈送到所述第二计数器的所述复位输入。根据又一实施例，所述第一计 数器可包括串联连接的MSB计数器及LSB计数器，其中所述LSB计数器为模数计数器。根据又 一实施例，所述第一时钟信号可为已知系统时钟且所述第二时钟信号为具有小于所述系统 时钟的未知频率的信号。
[0007] 根据另一实施例，如上文描述包括所述数字周期分频器的系统可进一步包括:第 三计数器，其具有P个位且包括复位输入及计数输入，其中所述复位输入接收所述第二时钟 信号且所述计数输入接收所述第一比较器的所述输出信号；用户值寄存器;第二比较器，其 可操作以比较所述第三计数器的所述值与所述用户值寄存器;及触发器，其具有设定及复 位输入，其中所述设定输入接收所述第一时钟信号且所述复位输入接收所述第二比较器的 输出信号。根据上述系统的又一实施例，所述第二时钟信号可由与马达耦合的传感器产生， 所述马达产生马达轴件的每个完整旋转的至少一个脉冲。根据上述系统的又一实施例，所 述传感器可为霍尔(Hall)或光学传感器。
[0008] 根据又另一实施例，一种用于划分未知频率的周期的方法可包括以下步骤:接收 一系列索引脉冲;借助于具有P个最高有效位及R个最低有效位且由系统时钟计时的第一计 数器测量两个连续索引脉冲之间的时间；比较当前间隔与参数以确定脉冲是否在所述输入 信号中遗漏;且如果检测到所述遗漏脉冲，那么产生遗漏脉冲信号。
[0009] 根据上述方法的又一实施例，所述参数为预定时间值。根据上述方法的又一实施 例，所述参数可由先前测量的间隔及预定因子界定，所述先前测量的间隔必须超过所述预 定因子。根据上述方法的又一实施例，所述方法可进一步包括选择输入信号的类型的步骤， 所述类型的输入信号启用或停用遗漏脉冲检测。根据上述方法的又一实施例，所述方法可 进一步包括以下步骤:锁存所述最高有效位，且比较所锁存的值与由所述系统时钟计时的 第二计数器且当所述第二计数器等于所锁存的最高有效位时产生输出脉冲。根据上述方法 的又一实施例，所述第一计数器可包括串联连接的MSB计数器及LSB计数器，其中所述LSB计 数器为模数计数器。根据上述方法的又一实施例，所述方法可进一步包括从所述输出脉冲 产生脉冲宽度调制(PWM)信号的步骤。根据上述方法的又一实施例，所述索引脉冲可由旋转 机产生，且其中所测量的周期为旋转的周期。根据上述方法的又一实施例，所述方法可进一 步包括以下步骤:用所述索引脉冲对具有P个位的第三计数器进行计时，且用所述输出脉冲 复位所述第三计数器；比较所述第三计数器的值与用户值;及用所述索引脉冲设定触发器 且当所述第三计数器等于所述用户值时复位所述触发器。根据上述方法的又一实施例，所 述索引脉冲可由与马达耦合的传感器产生。根据上述方法的又一实施例，所述传感器可从 以下各项中选出：跨零检测器、缺口齿盘传感器、双缺口齿盘传感器及飞轮齿盘传感器。根 据上述方法的又一实施例，所述传感器可产生马达轴件的每个完整旋转的至少一个脉冲。 根据上述方法的又一实施例，所述传感器可为霍尔或光学传感器。
[0010] 根据又另一实施例，一种系统可包括:数字周期分频器，其产生与由旋转输入信号 界定的角度成比例的输出信号；及间隔测量单元，其确定由所述输入输出信号的后续脉冲 界定的间隔的间隔时间。
[0011] 根据上述系统的又一实施例，所述系统可进一步包括:遗漏脉冲检测器，其可操作 以比较当前间隔与参数以确定脉冲是否在所述输入信号中遗漏，且其中所述系统可经编程 以选择输入信号是否包括遗漏脉冲，在此情况中启用所述间隔测量单元及遗漏脉冲检测 器。根据上述系统的又一实施例，提供所述输入信号的传感器可从以下各项中选出：跨零检 测器、缺口齿盘传感器、双缺口齿盘传感器及飞轮齿盘传感器。根据上述系统的又一实施 例，所述数字周期分频器可包括:第一计数器，其包括R个最低有效位(LSB)及P个最高有效 位(MSB)且具有计数输入及复位输入，其中所述计数输入接收第一时钟信号且所述复位输 入接收第二时钟信号;锁存器，其具有P个位且与所述第一计数器的所述P个位耦合;第二计 数器，其具有P个位且包括计数输入及复位输入，其中所述计数输入接收所述第一时钟信 号；及第一比较器，其可操作以比较所述锁存器的所述P个位与所述第二计数器的所述P个 位且产生输出信号，其中所述输出信号也被馈送到所述第二计数器的所述复位输入。根据 上述系统的又一实施例，所述第一计数器可包括串联连接的MSB计数器及LSB计数器，其中 所述LSB计数器为模数计数器。根据上述系统的又一实施例，所述第一时钟信号可为已知系 统时钟且所述第二时钟信号为具有小于所述系统时钟的未知频率的信号。
[0012] 根据又另一实施例，如上文描述包括所述数字周期分频器的系统可进一步包括： 第三计数器，其具有P个位且包括复位输入及计数输入，其中所述复位输入接收所述第二时 钟信号且所述计数输入接收所述第一比较器的所述输出信号；用户值寄存器;第二比较器， 其可操作以比较所述第三计数器的所述值与所述用户值寄存器;及触发器，其具有设定及 复位输入，其中所述设定输入接收所述第一时钟信号且所述复位输入接收所述第二比较器 的输出信号。根据上述系统的又一实施例，所述第二时钟信号可由与马达耦合的传感器产 生，所述马达产生马达轴件的每个完整旋转的至少一个脉冲。根据上述系统的又一实施例， 所述传感器可为霍尔或光学传感器。
[0013] 根据又另一实施例，一种微控制器可包括：中央处理单元(CPU);多个计时器;可编 程逻辑单元，其可在程序控制下经配置以形成至少一个逻辑元件;捕获比较外围设备；内部 系统总线，其耦合所述CPU、所述多个计时器、所述可编程逻辑单元及所述捕获比较外围设 备;及可编程内部路由逻辑，其可操作以连接所述多个计时器、所述可编程逻辑单元及所述 捕获比较外围设备，使得形成产生与由旋转输入信号界定的角度成比例的输出信号的数字 周期分频器;及间隔测量单元，其确定由所述输出信号的后续脉冲界定的间隔的间隔时间。
【附图说明】
[0014] 图1展示数字周期分频器的框图；
[0015] 图2展示根据实施例的数字周期分频器的相应输入及输出信号；
[0016] 图3及4展示数字周期分频器及相关联输入输出信号的更详细实施例；
[0017] 图5展示数字周期分频器的各种输入信号的实例；
[0018] 图6展示用于检测遗漏脉冲的时序图；
[0019] 图7及8展示根据实施例的角度计数器及相关联输入输出信号。
[0020] 图9展示数字周期分频器的框图；
[0021 ]图10展示可用作所述周期分频器的所述第一计数器的所述LSB计数器的模数计数 器的实施例。
[0022]图11展示使用图9的周期分频器的第一应用实施例。
[0023]图12展示使用图9的周期分频器的另一应用。
[0024] 图13展示经设计以根据各种实施例体现所述周期分频器的微控制器。
[0025] 图14展示(例如)适用于微控制器内的集成的角度计时器外围设备的框图。
[0026] 图15展示图14的角度计时器外围设备的周期计时器及角度计数器的框图。
[0027] 图16展示图14的角度计时器外围设备的周期计时器的细节。
[0028] 图17展示图14的角度计时器外围设备的角度计数器的细节。
[0029] 图18展示图14的角度计时器外围设备的设定点误差特征。
[0030]图19展示图14的角度计时器外围设备的中断逻辑。
[0031] 图20展示图14的角度计时器外围设备的比较及捕获逻辑。
[0032] 图21展示(例如)高速马达控制中的第一 COG应用。
[0033] 图22展示(例如)燃料喷射器应用中的第二COG应用。
[0034] 图23展示(例如)马达同步闪光灯系统中的CLC/CWG应用。
[0035]图24展示(例如)风扇控制器应用的脉冲工作循环测量实例。
[0036] 图25展示模式ATMD = OO的时序图。
[0037]图26展示具有ATXRES = 5的实例操作的时序图。
[0038]图27展示根据寄存器ATMD的各种操作模式的表及模式ATMD = OO的时序图。
[0039] 图28展示模式ATMD = 01的时序图。
[0040] 图29展示模式ATMD = 11的时序图。
【具体实施方式】
[0041]根据各种实施例，数字周期分频器可经配置以产生将典型周期/间隔划分为多个 脉冲的脉冲列，且检测何时一个间隔超过预定阈值(例如)典型测量的间隔的50%。可由固 定时间量(例如，40毫秒)或通过与先前测量的间隔比较而识别异常。
[0042]举例来说，如上文提及，用引擎飞轮，检测器发射一系列等间距脉冲，一个脉冲遗 漏除外。因为遗漏脉冲可与引擎旋转的"上死点"（TDC)位置重合，所以检测可相当于及时定 位 TDC。
[0043] 检测器被并入到角度计时器(也称为数字周期分频器）中，其提供用于测量脉冲间 隔的计时器。
[0044] 图1展示操作以从输入信号产生角度时钟信号的数字周期分频器100的框图。输入 信号的周期由测量单元110测量且由单元120除以R。按由时基140提供的较高频率操作的计 数器130计算出角度持续时间。用户可选择角度时钟输出信号的角度参数。图2展示相关联 时序图，其中顶部信号表示接收到的表示完整旋转的脉冲。底部信号表示角度时钟，（例如） 此处已选择90°的划分。如上文陈述，通过如在图1中展示的时基140提供的快速时钟测量信 号周期。接着，将测量计数除以角度/转的数目，且产生等间隔的脉冲列。
[0045] 根据如图3中展示的实施方案，测量周期可由R*P表示，其中R为每转的角度的数 目。也在图3中展示的实例中，周期分为各自表示90°的四个角度部分。图3还展示舍入误差， 其可取决于由时基信号提供的分辨率。图4展示此类周期分频器的相关联框图。
[0046] 输入信号被馈送到计数器单元420,其计算出预缩放周期。为此，时基时钟通过分 频器410除以R。来自计数器单元420的输出信号由锁存器430锁存。接收时基时钟的分频器 440将时基时钟除以锁存值以产生输出信号。
[0047] 图5展示由各种装置提供的典型输出信号，所述信号可被用作数字周期分频器的 输入信号。数字周期分频器可经编程以能够与如在图5中展示的任何类型的信号操作。举例 来说，图5中的信号A表示与AC主线信号耦合的跨零检测器的输出。信号B可由缺口齿盘提 供。信号C可由双缺口齿盘提供且信号D可由具有缺齿的齿状飞轮提供。
[0048] 图6解释数字周期分频器可如何检测遗漏脉冲以可操作以使用如在图5中展示的 第三及第四类型的输入信号(信号C及D)。测量较短间隔且存储其持续时间以确定何时出现 较长间隔。由于硬件折衷，可能无法测量完整周期。实情是，周期被划分为较短间隔的倍数。 可基于用户界定时间检测遗漏脉冲。换句话来说，当由时基提供的预定数目的时钟循环出 现而不具有由输入信号造成的复位时，遗漏脉冲被确定且可如在图6的顶部中展示般产生。 底部图展示根据另一实施例的自适性测量，其中周期时间由先前测量的间隔确定。当当前 测量的间隔超过预定量(例如150%)时，那么遗漏脉冲被确定且可如在图6的底部一半中展 示般而产生。
[0049] 图7展示根据实施例的角度计数器700,且图8展示相关联输入及输出信号。角度计 数器可经配置以计算出如上文论述的角度。举例来说，如图4中展示的系统结合可操作以计 算出角度的额外计数器单元710-起使用。单元710接收分频器440的输入信号及输出信号。 捕获及比较单元720从计数器单元710接收输出值及阈值，且由于比较而产生输出信号。因 此，因为已知信号何时开始，所以标记每一角度且可产生与角度成比例的计数值。如图7中 展示，捕获及比较单元720被连接到计算出角度以执行此功能的输出信号。
[0050] 图9展示根据各种实施例的数字周期分频器的框图。第一计数器可由两个计数器 910及915形成，其中具有P个位的第一计数器与具有R个位的第二计数器915序连。因此，计 数器910提供最高有效位(MSB)且计数器915提供最低有效位(LSB)。然而，根据其它实施例， 可使用具有P+R个位的单一计数器。在使用两个计数器的情况中，计数器915的溢流为计数 器910的输入计时。提供高频率时钟源950(例如，32MHz系统时钟），其提供第一计数器910、 915的计数时钟输入信号。第一计数器(或组合计数器910、915)具有从频率源930接收未知 频率X的复位输入。具有P个位的锁存器920与计数器910耦合，且因此与第一计数器的MSB耦 合。未知频率触发锁存器920的负载输入。具有P个位的第二计数器960在其计数输入处接收 系统时钟的时钟信号。提供比较器940，其比较锁存器920的值与第二计数器960的计数值。 如果相等，那么比较器940的输出变为高(或低），且可使用其复位第二计数器。此外，比较器 的输出信号提供经分频的时钟信号X*2 R。
[0051] 广泛接受当控制旋转机时，正弦、余弦及正切计算是必要的，但根据各种实施例， 提供旋转脉冲到角度转换。
[0052] 参考图11，提供图9中展示的周期分频器900的第一应用1100。如上文提及，（例如） 马达或其它旋转机930的未知频率M被提供到周期分频器1100。电路910、915、920、940、950 及960测量旋转周期，且产生为旋转频率的固定倍数的时钟970。通常此可能为每旋转度数 的一个时钟（即，乘360)，或任何适当倍数。系统可被应用到马达系统或如同具有50Hz或 60HZ的频率或任何其它未知频率信号的AC电力线的系统。
[0053] 参考图11，系统1100需要2个输入。未知频率输入(例如，马达脉冲)供应指示在马 达930的情况中马达930已转过一转的参考。此类信号可从(例如)霍尔效应传感器或光学断 续器(将在下文中更详细论述)获得。一些应用可供应每转超过一个脉冲，且为此采取M cps (每秒循环）以供论述。另一输入为具有任何适当频率的固定时钟源950,只要其远快于所预 期的输出信号。举例来说，6000RPM马达产生IOOcps的输入，且如果机器被设定到乘以360 (每旋转度的一个时钟），那么输出将为36000Hz J2MHZ时钟信号950的时钟源几乎快1000 倍，此为足够的。
[0054] 如上文提及，根据一些实施例，第一计数器实际上可为两个计数器915及910。计数 器915随着每一时钟脉冲进位，且被说明为具有模数2R计数的R个位。计数器915可为任何模 数(如同360或180)，且出于论述，我们认为计数器915具有模数R。计数器920保留P位且在每 次计数器915翻转时进位。合计起来，这些计数器915、910计数马达的1转所需的时钟脉冲 数。对于每一转，在锁存器920中捕获计数器910的当前值，且整个第一计数器915、910被复 位到零。算术上，锁存器920接收每转时钟脉冲的总数除以R的值，其随着未知频率的每个循 环更新。应选择计数器910的大小（值P)以防止计数器溢流辨识M及时钟频率。同时，第二计 数器960随着每一时钟脉冲进位，且计数直到其达到等于锁存值的值。当相等时，相等逻辑 940发射单一脉冲且第二计数器960复位到零。如将了解，第二计数器960将在锁存值改变之 前将此进行总计R次，且所以将存在针对未知信号(例如，马达旋转信号）的每一循环发射的 R个相等脉冲。因此，已实现在输出970产生比马达索引脉冲快R倍的时钟列的目标，且新的 时钟列每当马达速度改变时（即使在一个循环后)均将改变频率。可通过配置马达以产生每 转许多脉冲且按比例减少R来改进延时。
[0055]图11中还展示第三计数器1150、用于存储值UV的用户值寄存器1130及SR锁存器 1120。此表示类似于具有PffM布置的常规计时器的逻辑，除所述逻辑具有以来自源930的未 知信号的每个循环复位第三计数器1150的附加能力外。由于每转R次计时第三计数器1150， 所以计数器值将在未知信号的每一循环内从零进位到(R-1)。在由马达930提供未知信号的 情况中，假定马达速度相对恒定，计数器将在索引脉冲后的360*(UV/R)度的旋转角度处等 于用户值。更重要的是，用户值UV与度数成比例而无关于马达速度。此允许UV直接表示角 度，而无从传统计时器及PWM的固定时间测量到角度测量的转换(或反之亦然)通常所需要 的正弦、余弦或正切计算。针对AC电力系统，不管使用50、还是60或甚至是400Hz的电力系 统，UV = 90(度)的值都将产生相同角度索引。
[0056]图12展示具有马达1210的实例，马达包括(例如)传感器1220(例如，霍尔传感器或 光学传感器），所述传感器能够随着马达轴件的每一旋转产生脉冲。此信号被用作未知频率 信号，且被馈送到图1的周期分频器及图11的实施例中论述的额外逻辑中。此处，仅使用由 比较器逻辑940产生的复位信号计时计数器1150。触发器1120包括输出1140,输出1140提供 用户控制的脉冲宽度调制信号，所述信号可由与旋转度成比例的值直接控制。
[0057]可优选地在微控制器内实现在图中展示的布置。为此，可提供允许所展示布置的 灵活性计时器比较器单元。为此，锁存器920可由与第一计数器耦合的捕获单元形成，且可 提供允许比较图12中展示的各种值的可编程路由。举例来说，微控制器内的控制寄存器可 允许将待被指派的数字比较器的输入指派到计时器或捕获锁存器。此外，微控制器可包含 可编程逻辑(例如提供组合逻辑的可配置逻辑单元)或各种类型的触发器或锁存器(例如D 触发器、JK触发器或SR锁存器）。此类微控制器由申请者(例如）在PIC10F32X及PIClxF150X 族中制造。
[0058]图13展示示范性微控制器1300,其经设计以能够被编程以形成如图9、11及12中展 示的功能单元。微控制器1300包括与内部总线1320连接的中央处理单元1310。各种外围设 备(例如计时器1330、捕获比较单元1340及可配置逻辑单元1350)可用且与内部总线1320耦 合。另外，每一外围设备可具有可编程紧连逻辑，其允许将内部信号路由到其各种输入，举 例来说，内部或外部信号可对计时器进行计时。两个计时器可经编程以形成单一序连计时 器，计时器值可与捕获/比较单元等等的输入耦合。替代地，可提供允许将各种内部或外部 信号指派到外围装置的各种输入/输出的相同功能的中央可编程内部路由逻辑1360。各种 外围设备可具有允许选择各种输入/输出信号的特殊功能寄存器。即使提供可编程内部路 由逻辑1360,仍可提供此类特殊功能寄存器来控制单元1360,其中特殊功能寄存器可与相 应外围单元相关联。因此，单元1360对于用户无法被视为单独外围设备。因此，在无任何额 外硬件的情况下，如上文论述的周期分频器及/或额外逻辑可在程序控制下被形成于微控 制器1300内。
[0059]图10展示具有变量模数的模数计数器的实例。为此，提供模数寄存器1020,其可经 编程以含有模数值。模数比较器1010比较LSB计数器915的值与模数寄存器1020的值且每当 值相等时产生脉冲。使用此脉冲复位LSB计数器915且对MSB计数器910进行计时。模数寄存 器1020可(例如)经编程以存储值180或360或任何其它适当值以用于划分未知频率的周期。 [0060]图14展示根据在微控制器内的集成的各种实施例的角度计时器1400的特定实施 例。角度计时器的主输出为角度时钟at_angle_cl 〇Ck(图15、图17)。在基本操作模式中，角 度时钟具有为signal_in的倍数的频率。其它模式提供其它特征。角度时钟可为I/O引脚上 的输出，或被用作其它装置计时器的时基。
[0061 ]在此模块1400内使用角度时钟来产生角度数据值at_angle[9:0]，其可由软件读 取，由捕获及比较逻辑使用，或被路由到其它系统CCP或PWM装置。针对每一角度时钟脉冲用 信号通知中断。模块1400还测量输入信号的周期。比较测量的周期与设定点值(ATxSTPT)以 产生误差值(ATxERR)。
[0062] 在图15中展示基本计时器，且在图16及图17中分别详细描述周期计时器及角度计 数器的细节。所属领域的技术人员将了解，还在图15中展示周期测量及角度产生器的各种 元件。
[0063]此框的输出为：
[0064] at_angle_clock，其中由ATPHP(寄存器)控制极性，
[0065] at_angle[9:0)数据，
[0066] at_period_clock，其中极性控制ATPRP(寄存器），以及 [0067]周期及角度中断。
[0068]存在到如图14中展示的模块1400的两个类型的输入:主输入ATSIG及捕获逻辑输 入信号at_captUre[x]。所有信号及捕获输入使用类似于图16中展示的边缘检测逻辑而被 同步到模块时钟。在图15中说明遗漏脉冲检测器。逻辑比较当前周期计数器值与来自先前 循环(ATxPER)的锁存值，从而产生带正负号号的差值。当差值等于ATxMI SS寄存器时，宣告 遗漏脉冲。用对应中断，在所有ATMD模式中，使at_missed_pulse输出产生脉冲。
[0069]当在ATMD模式寄存器中停用遗漏脉冲检测时，每一输入脉冲被视为"周期结尾"， 且产生周期时钟脉冲。
[0070] 当启用遗漏脉冲检测时，仅在遗漏脉冲计时器与ATxMISS寄存器相等后产生周期 时钟，且并不执行周期锁存器更新。所有其它输入脉冲锁存周期数据。
[0071] 允许可在ATxMISS寄存器中设定负值，低字节必须在最后被写入;高字节经遮蔽以 保证原子更新。注意，以时间（时钟循环)而非以度数来测量遗漏脉冲延迟，因为周期计数器 被用作为参考。一般来说，遗漏脉冲检测器仅触发一次，且接着需要正常输入边缘来复位其 自身。此为自动行为，因为周期计数器将在FFFF最大化输出且不再等于ATxMISS。
[0072] 如图18中展示，用户可在寄存器ATxSTPT中键入设定点值。从测量周期寄存器 ATxPER减去设定点以产生寄存器ATxERR。
[0073]在图19中展示用于产生中断的中断逻辑的实施例。在图20中说明比较及捕获逻辑 的实施例，这些特征提供：
[0074]输入同步，及 [0075]报告禁止。
[0076] 根据实施例，当写入寄存器ATxCCy时，低字节必须在最后被写入;高字节经遮蔽以 保证原子更新。
[0077] 以下部分描述每转单一脉冲模式中的操作。
[0078] 在图25中说明基本操作。如在图15中展示，角度计时器包含两个分频器链，且两者 测量输入信号的周期。
[0079]第一链（图16)将clock_in除以存储于相应寄存器中的用户指定的ATxRES值。使用 所得时钟（clock_in/ATRES)对计数器进行计时。在输入周期的结尾（即，signal_in的下一 有效边缘），方程式1所给出的值被锁存到寄存器ATxPER中，且用信号通知中断（除禁止时 外)。
[0080]
[0081]
[_ (方程式1)
[0083]同时，第二链（图17)将clock_in除以寄存器ATxPER，其保留在先前循环中测量的 值。所得时钟（clock_in/ATPER)计时可被读取为ATxANG的计数器。通过用于ATxPER的相同 推论，角度计数器(如果理论上在周期的结尾取样)将为如在方程式2中所展示。
[0084]
(方程式2)
[0085]比较方程式1及方程式2将显示，ATxANG应在ATSIG周期期间从零计数到等于 ATxRES的值。因此，可看出至IjATANG计数器的时钟具有频率F(信号）· A TRES，其为所需角度 时钟。
[0086]注意，如果输入周期改变，那么角度时钟周期将直到下一循环才改变。因此，在一 循环的结尾，ATxANG中的值可为大于或小于ATxRES。还认识到，at_angle_clock的产生并不 需要ATxANG计数器。计数器为模块特征，其允许捕获及比较逻辑，且允许用户监测瞬时输入 角度。
[0087]当ATSIG表示机器或AC主线的旋转时，输入应被理解为提供每360度的1个有效边 缘。由于角度时钟等量划分信号周期，所以时钟也除360度旋转周期，且每一时钟脉冲标记 那次旋转的固定角度AR(方程式3)。
[0088]
(方程式3)
[0089] ATxANG在旋转的开始（即，在at_period_clk脉冲)处被清除到零，且接着共计数整 个循环，所以计数器的值如在方程式4中展示为与瞬时相位角度线性相关。
[0090] 在图26中展示计时实例，其中ATxRES = 5,从而形成每360/5 = 72度的角度时钟脉 冲。
[0091] (方程式4)
[0092] ATRES的值确定周期测量的分辨率，且极大地影响在每一转的结尾处的角度时钟 的时序。当ATRES较小时，ATxPER将计数到高值。ATxPER截断实际周期值，所以固有精确度以 +0/-1计数，乘以ATRES(因为在ATRES的增量中测量周期）。计数到高ATxPER意味着误差为总 数的较小百分比。当ATRES较大（例如，720)时，ATxPER中的值将为小的，且截断将为重要误 差源。截断误差在角度脉冲位置中累积，且其中每一者比其前者更早到达。如果ATRES较大， 那么最后周期时钟可早许多时钟。此处的实际问题为读取ATxANG且应用方程式2到4可常产 生大于360°的值。
[0093] 较小ATxRES有利于精确度，但无法满足系统需要。系统的优质数被界定为最小预 期的ATxPER值，且方程式1可被重写为方程式5。建议为良好的操作，选择c lock_in及ATxRES 来给定F0M>500。
[0094] 如方程式1展示，高频率clock_in将产生较高计数及较低百分比误差，但以较高系 统电力为代价。如果ATxPER溢位，那么ATPOV位将在控制寄存器中设定，且ATxPER的值将不 更新(因此，ATVALID可保持未设定直到第三信号循环）。 C〇〇95]
(方程式5)
[0096]当ATSIG的信号丢失时，周期计数器将溢位且ATPOV变为1。然而，不存在周期中断， 且ATxPER中的值不更新，所以角度时钟频率不会改变。最后甚至ATxANG将溢位，且ATVALID 将变为〇。注意，应使用遗漏脉冲检测器检测输入的损失且产生中断。超时值将(a)被保证， 且(b)远短于通过等待ATxANG溢位所实现的值。
[0097]角度时钟输出并不精确直到输入周期已被正确取样，此需要至少两个完整输入循 环(参见图26中的实例）。因此，在ATVALId = O同时角度时钟关闭，角度计数器不会进位，且 不会发生角度中断。无论何时ATEN=O或ATxRES = O, ATVALID保持于0,或变为0,因为：
[0098] 任何复位(包含cfg_at_en = 0)，
[0099] 任何写入到ATxRES(寄存器1-1)，
[0100]角度计数器溢位，或
[0101]冻结（freeze = l)。
[0102] 在锁存ATxPER的信号的第三（3rd)有效输入边缘后ATVALID变为1。当ATVALID = 0 时，禁止以下特征：
[0103] 周期时钟输出及中断，
[0104] 遗漏脉冲的脉冲输出及中断，
[0105] 角度时钟输出及中断，
[0106] 角度计数器计数，
[0107] 捕获逻辑及相关联中断，
[0108] 比较逻辑及相关联中断。
[0109] 此外，当ATVALId = O时，每个输入边缘捕获周期持续时间，从而忽略遗漏脉冲检测 器，使得可建立基线测量。换句话来说，当系统刚启动时，不管选择哪个ATMD，每一输入循环 都被捕获到ATxPER中。
[0110] 在图27中概述操作模式
[0111] 每转的单一脉冲
[0112] * ATMD = OO
[0113] 如在图25中展示，马达传感器或跨零检测器精确提供每一转的一个脉冲。每一 ATSIG复位周期及角度计数器，且用每一输入循环测量周期。
[0114] ATRES经设定以产生所需角度分辨率。此为上文描述的基本时序模式。at_miSSed_ pulse输出及相关联中断为有效的，但不影响操作或其它模块输出。
[0115] 每转的多个脉冲，固定时间遗漏脉冲
[0116] * ATMD = Ol
[0117] 马达传感器提供每转的超过一个脉冲。针对图28中展示的情况，马达传感器按已 知角度差值每转产生两次脉冲。第一脉冲被假定为"上死点"（TDC)参考，且使用第二脉冲测 量(部分)周期。
[0118]通常从内燃机的飞轮取得图29的信号图案。飞轮上常具有超过200个锯齿，且除最 后锯齿的锯齿间隙外的所有锯齿出现脉冲。周期计数器测量除所述间隙外的锯齿到锯齿的 持续时间。在所述间隙之后的第一脉冲标志为TDC。
[0119] 当ATVALId = O时，所有输入边缘更新ATxPER，且忽略遗漏脉冲检测器以便建立基 线周期测量：
[0120] 因为如此多脉冲出现于ATSIG上，所以ATRES的值必须被设定相当低以实现适当 F0M。合理值可小于5。方程式3被重编为方程式6以包含锯齿的效应。ATRES也必须较小，因为 ATxANG将共计到ATRES · TEETH的值，甚至在马达速度下降时所述值必须保持低于1023(10 位)。
[0121]
(方程式6)
[0122] 自适性单一脉冲
[0123] * ATMD = IO
[0124] 此模式与ATMD = OO相同，除未使用ATxMISS中的值外。遗漏脉冲超时如图27的时序 图中展示为当前测量的周期的一半，且将追踪改变的马达速度。注意:ATxMISS中的值并不 改变。
[0125] 每转的多个脉冲，自适性遗漏脉冲
[0126] * ATMD = Il
[0127] 此模式与ATMD = Ol相同，除未使用ATxMISS中的值外。遗漏脉冲超时如图27的时序 图中展示为当前测量的周期的一半，且将追踪改变的马达速度。注意:ATxMISS中的值并不 改变。
[0128] 输出应用
[0129] 模块的主输出为角度时钟at_angle_Cl〇Ck。多数应用还将需要周期时钟作为"零" 或"上死点"参考。
[0130] 角度计数器
[0131] 为简化装置逻辑，模块包含使用两个信号的角度计数器。在图16中说明且在上文 描述此计数器。
[0132] P丽产生
[0133] 图20的比较寄存器按ATxANG的指定值产生输出信号。给定所需相位角度，使用方 程式4或方程式6且解出表示那个角度的ATxANG的值。说明比较输出的三个应用。
[0134] 1.在具有COG的装置中（图21)，可使用单独比较寄存器来设定输出脉冲的开始及 停止角度。
[0135] 2.固定持续时间输出常在值必须开放时有助于递送固定体积产品。图22展示COG 系统，其中设定开始角度，且由具有单独计时器时钟的TMR2+HLT确定输出持续时间。
[0136] 3.图23类似于#1，但使用CLC中的的RS翻转以产生在仅具有CWG的装置中的输出脉 冲。CLC还有助于软件必须涉及启用或停用输出的情况。
[0137] 工作循环测量
[0138] 当ATxRES = 100时，捕获/比较特征可被解释为循环的百分比。如果周期输入信号 被施加到捕获输入，且捕获极性为下降边缘（图24)，那么所捕获的值将指示输入信号的工 作循环。遗漏脉冲检测器可指示输入是否已丢失。不论输入频率为何，只要其相对恒定且非 DC，那么此应用将可实现。其也不受振荡器校准误差影响。
[0139] 因此，可使用所揭示的各种实施例用于马达绕组的整流、产生固定小部分的脉冲 (例如，作为一类脉冲宽度调制）、按特定小部分切换某物(例如视觉暂留推进器显示器）、计 时正弦波产生期间的输出改变(其(例如)可使用数/模转换器且不必使用脉冲宽度调制)等 等。
【主权项】
1. 一种系统，其包括： 数字周期分频器，其产生与由旋转输入信号界定的角度成比例的输出信号； 间隔测量单元，其确定由所述输出信号的后续脉冲界定的间隔的间隔时间； 遗漏脉冲检测器，其可操作以比较当前间隔与参数，以确定脉冲是否在所述输入信号 中遗漏。2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述参数是预定时间值。3. 根据权利要求1所述的系统，其中所述参数由先前测量的间隔及预定因子界定，所述 先前测量的间隔必须超过所述预定因子。4. 根据权利要求1所述的系统，其中所述系统可经编程以选择输入信号是否包括遗漏 脉冲，在此情况中启用所述间隔测量单元及遗漏脉冲检测器。5. 根据权利要求4所述的系统，其中提供所述输入信号的传感器可从以下各项中选出： 跨零检测器、缺口齿盘传感器、双缺口齿盘传感器及飞轮齿盘传感器。6. 根据权利要求1所述的系统，其进一步包括产生所述遗漏脉冲的输出。7. 根据权利要求1所述的系统，其中所述数字周期分频器包括： 第一计数器，其包括R个最低有效位LSB及P个最高有效位MSB且具有计数输入及复位输 入，其中所述计数输入接收第一时钟信号，且所述复位输入接收第二时钟信号； 锁存器，其具有P个位且与所述第一计数器的所述P个位耦合； 第二计数器，其具有P个位且包括计数输入及复位输入，其中所述计数输入接收所述第 一时钟信号;及 第一比较器，其可操作以比较所述锁存器的所述P个位与所述第二计数器的所述P个 位，且产生输出信号，其中所述输出信号还被馈送到所述第二计数器的所述复位输入。8. 根据权利要求7所述的数字周期分频器，其中所述第一计数器包括经串联连接的MSB 计数器及LSB计数器，其中所述LSB计数器为模数计数器。9. 根据权利要求7所述的数字周期分频器，其中所述第一时钟信号为已知系统时钟，且 所述第二时钟信号为具有小于所述系统时钟的未知频率的信号。10. -种包括根据权利要求7所述的数字周期分频器的系统，且其进一步包括： 第三计数器，其具有P个位且包括复位输入及计数输入，其中所述复位输入接收所述第 二时钟信号，且所述计数输入接收所述第一比较器的所述输出信号； 用户值寄存器； 第二比较器，其可操作以比较所述第三计数器的值及所述用户值寄存器;及 触发器，其具有设定及复位输入，其中所述设定输入接收所述第一时钟信号，且所述复 位输入接收所述第二比较器的输出信号。11. 根据权利要求10所述的系统，其中所述第二时钟信号由与马达耦合的传感器产生， 所述马达产生马达轴件的每个完整旋转的至少一个脉冲。12. 根据权利要求11所述的系统，其中所述传感器为霍尔或光学传感器。13. -种用于划分未知频率的周期的方法，其包括： 接收一系列索引脉冲； 借助于具有P个最高有效位及R个最低有效位且由系统时钟计时的第一计数器来测量 两个连续索引脉冲之间的时间； 比较当前间隔与参数，以确定脉冲是否在所述输入信号中遗漏;及 如果检测到所述遗漏脉冲，那么产生遗漏脉冲信号。14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述参数为预定时间值。15. 根据权利要求13所述的方法，其中所述参数由先前测量的间隔及预定因子界定， 所述先前测量的间隔必须超过所述预定因子。16. 根据权利要求13所述的方法，其包括选择输入信号的类型的步骤，所述类型的输入 信号启用或停用遗漏脉冲检测。17. 根据权利要求13所述的方法，其进一步包括： 锁存所述最高有效位，及 比较锁存值与由所述系统时钟计时的第二计数器，且当所述第二计数器等于所述锁存 的最高有效位时产生输出脉冲。18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述第一计数器包括经串联连接的MSB计数器及 LSB计数器，其中所述LSB计数器为模数计数器。19. 根据权利要求13所述的方法，其进一步包括： 从所述输出脉冲产生脉冲宽度调制PWM信号。20. 根据权利要求13所述的方法，其中所述索引脉冲由旋转机产生，且其中所述测量的 周期为旋转的周期。21. 根据权利要求19所述的方法，其包括： 用所述索引脉冲对具有P个位的第三计数器进行计时，且用所述输出脉冲复位所述第 三计数器； 比较所述第三计数器的值与用户值;及 用所述索引脉冲设定触发器，且当所述第三计数器等于所述用户值时复位所述触发 器。22. 根据权利要求21所述的方法，其中所述索引脉冲由与马达耦合的传感器产生。23. 根据权利要求22所述的方法，其中所述传感器可从以下各项中选出：跨零检测器、 缺口齿盘传感器、双缺口齿盘传感器及飞轮齿盘传感器。23. 根据权利要求22所述的方法，其中所述传感器产生马达轴件的每个完整旋转的至 少一个脉冲。24. 根据权利要求23所述的方法，其中所述传感器为霍尔或光学传感器。25. -种系统，其包括： 数字周期分频器，其产生与由旋转输入信号界定的角度成比例的输出信号； 间隔测量单元，其确定由所述输入输出信号的后续脉冲界定的间隔的间隔时间。26. 根据权利要求25所述的系统，其进一步包括:遗漏脉冲检测器，其可操作以比较当 前间隔与参数以确定脉冲是否在所述输入信号中遗漏，且其中所述系统可经编程以选择输 入信号是否包括遗漏脉冲，在此情况中启用所述间隔测量单元及遗漏脉冲检测器。27. 根据权利要求26所述的系统，其中提供所述输入信号的传感器可从以下各项中选 出：跨零检测器、缺口齿盘传感器、双缺口齿盘传感器及飞轮齿盘传感器。28. 根据权利要求25所述的系统，其中所述数字周期分频器包括： 第一计数器，其包括R个最低有效位LSB及P个最高有效位MSB且具有计数输入及复位输 入，其中所述计数输入接收第一时钟信号，且所述复位输入接收第二时钟信号； 锁存器，其具有P个位且与所述第一计数器的所述P个位耦合； 第二计数器，其具有P个位且包括计数输入及复位输入，其中所述计数输入接收所述第 一时钟信号;及 第一比较器，其可操作以比较所述锁存器的所述P个位与所述第二计数器的所述P个位 且产生输出信号，其中所述输出信号也被馈送到所述第二计数器的所述复位输入。29. 根据权利要求28所述的数字周期分频器，其中所述第一计数器包括经串联连接的 MSB计数器及LSB计数器，其中所述LSB计数器为模数计数器。30. 根据权利要求28所述的数字周期分频器，其中所述第一时钟信号为已知系统时钟， 且所述第二时钟信号为具有小于所述系统时钟的未知频率的信号。31. -种包括根据权利要求28所述的数字周期分频器的系统，且其进一步包括： 第三计数器，其具有P个位且包括复位输入及计数输入，其中所述复位输入接收所述第 二时钟信号，且所述计数输入接收所述第一比较器的所述输出信号； 用户值寄存器； 第二比较器，其可操作以比较所述第三计数器的值及所述用户值寄存器;及 触发器，其具有设定及复位输入，其中所述设定输入接收所述第一时钟信号，且所述复 位输入接收所述第二比较器的输出信号。32. 根据权利要求31所述的系统，其中所述第二时钟信号由与马达耦合的传感器产生， 所述马达产生马达轴件的每个完整旋转的至少一个脉冲。33. 根据权利要求32所述的系统，其中所述传感器为霍尔或光学传感器。34. 一种微控制器，其包括： 中央处理单元CPU; 多个计时器； 可编程逻辑单元，其在程序控制下可配置以形成至少一个逻辑元件； 捕获比较外围设备； 内部系统总线，其耦合所述CPU、所述多个计时器、所述可编程逻辑单元及所述捕获比 较外围设备； 及可编程内部路由逻辑，其可操作以连接所述多个计时器、所述可编程逻辑单元及所 述捕获比较外围设备，使得形成数字周期分频器，所述数字周期分频器产生与由旋转输入 信号界定的角度成比例的输出信号；及间隔测量单元，其确定由所述输出信号的后续脉冲 界定的间隔的间隔时间。
【文档编号】H03K23/64GK105917584SQ201580005048
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年1月29日
【发明人】约瑟夫·朱利谢尔, 凯文·基尔策, 科伯思·范伊登
【申请人】密克罗奇普技术公司