專利名稱：自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的方法及其相關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的方法及其相關(guān)裝置，特別是有關(guān)于一種適用于USB外圍裝置中的自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的方法及其相關(guān)裝置。
(2)背景技術(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)中的通用串行總線(universal serial bus，簡(jiǎn)稱USB)端口可供連接許多種USB裝置，例如USB鍵盤、USB鼠標(biāo)、USB卡片閱讀機(jī)、USB隨身碟、外接式USB硬盤、USB打印機(jī)、以及USB掃描儀等等，提供使用者極為方便的外圍連接接口，從早期USB1.1支持12Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，演進(jìn)到目前USB2.0支持480Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。
從USB傳輸規(guī)格來分類，USB1.1可支持低速(low speed)外圍裝置，數(shù)據(jù)傳輸規(guī)格為速率1.5M(1M＝106)bps(bit per second)、誤差容忍度為1.5％，以及全速(full speed)外圍裝置，數(shù)據(jù)傳輸速率為12Mbps、誤差容忍度為0.25％；USB2.0可支持高速(high speed)外圍裝置，數(shù)據(jù)傳輸速率則可高達(dá)480Mbps。低速外圍裝置像是USB鍵盤、USB鼠標(biāo)以及USB搖桿等等，全速外圍裝置像是USB隨身碟、USB打印機(jī)、以及USB掃描儀等等。一般市面上的USB2.0可向下兼容USB1.1的規(guī)格，亦即可支持低速、全速、高速的外圍裝置。
圖1是顯示現(xiàn)有USB低速控制器的方塊圖，USB低速控制器100需要外掛一顆精確的石英振蕩器(crystal oscillator)120、或者是陶瓷振蕩器(ceramicresonator)，以及外掛大電容C1及C2，并搭配控制器100內(nèi)的振蕩輔助電路101以協(xié)同振蕩產(chǎn)生CLK時(shí)脈信號(hào)供低速控制器100內(nèi)部的時(shí)脈擷取電路102的運(yùn)作，舉例而言，CLK時(shí)脈信號(hào)為6M赫茲(Hz)的四倍取樣頻率，或者，亦可由石英振蕩器振蕩出1.5MHz頻率，再由鎖相回路(phase lock loop，簡(jiǎn)稱PLL)來倍頻出該取樣頻率；傳收電路(Tranceiver)104用以耦接主機(jī)端(host)的USB端口，傳收電路104用以傳收差動(dòng)(differential)信號(hào)D+/D-，或稱一數(shù)據(jù)流，當(dāng)接收由主機(jī)端傳來的差動(dòng)信號(hào)D+/D-而吐出RXD+、RXD-差動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)以及NRZI編碼的RXD數(shù)據(jù)信號(hào)給串行接口引擎(serial interface engine，簡(jiǎn)稱SIE)106，同時(shí)也將NRZI編碼的RXD數(shù)據(jù)信號(hào)送給時(shí)脈擷取電路102，時(shí)脈擷取電路102利用CLK時(shí)脈信號(hào)來對(duì)RXD數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行超取樣(oversampling)而擷取出隱含于差動(dòng)信號(hào)的1.5MHz頻率SIECLK時(shí)脈信號(hào)供串行接口引擎106使用，根據(jù)SIECLK時(shí)脈信號(hào)將RXD數(shù)據(jù)信號(hào)正確還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)；反之，傳收電路104接收串行接口引擎106傳來的TXD+、TXD-差動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)予以驅(qū)動(dòng)給主機(jī)端，串行接口引擎106負(fù)責(zé)控制傳收電路104的運(yùn)作；外掛石英振蕩器或陶瓷振蕩器對(duì)于生產(chǎn)USB鼠標(biāo)的廠商而言是可觀的負(fù)擔(dān)。
USB規(guī)格中規(guī)范了各種封包格式，以利各種交易(transaction)的執(zhí)行；圖2顯示標(biāo)記封包(token packet)200的數(shù)據(jù)格式，標(biāo)記封包200包含了PID字段220、ADDR字段240、ENDP字段240、以及CRC5字段280，典型地，PID字段220為8位寬，用以指明封包形式，例如IN、OUT、SETUP等封包形式；ADDR字段240以及ENDP字段240用以指明端點(diǎn)地址(endpoint address)；而CRC5字段280則為5位寬的循環(huán)冗余檢查碼；因此，主機(jī)端可藉由發(fā)出標(biāo)記封包200告訴端點(diǎn)應(yīng)該進(jìn)行讀或?qū)懙膭?dòng)作，若是寫的交易，則會(huì)由主機(jī)端發(fā)出數(shù)據(jù)封包給端點(diǎn)；若是讀的交易，則會(huì)由端點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)封包給主機(jī)端。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的方法及裝置。
本發(fā)明的自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的裝置，適用于USB外圍控制器之中，其接收一數(shù)據(jù)流，自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的裝置包含一振蕩器，用以產(chǎn)生一取樣時(shí)脈信號(hào)；一時(shí)脈擷取器，用以根據(jù)該數(shù)據(jù)流以及該取樣時(shí)脈信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)脈信號(hào)；一樣式擷取器，耦接時(shí)脈擷取器，用以根據(jù)系統(tǒng)時(shí)脈信號(hào)擷取數(shù)據(jù)流的多個(gè)樣型；一計(jì)數(shù)器，耦接樣式擷取器，用以根據(jù)該取樣時(shí)脈信號(hào)計(jì)數(shù)該數(shù)據(jù)流的長(zhǎng)度而產(chǎn)生計(jì)數(shù)值以響應(yīng)于該樣型；一算術(shù)邏輯單元，耦接計(jì)數(shù)器以及樣式擷取器，用以根據(jù)該計(jì)數(shù)值以及參考值而映像一設(shè)定值；以及一暫存器，耦接算術(shù)邏輯單元以及振蕩器，用以暫存該設(shè)定值并將該設(shè)定值反饋至該算術(shù)邏輯單元；使得該振蕩器更新取樣時(shí)脈信號(hào)的頻率以響應(yīng)于該設(shè)定值。
本發(fā)明亦揭示一種自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的方法，適用于USB外圍控制器，其接收一數(shù)據(jù)流，包含下列步驟產(chǎn)生相關(guān)于該數(shù)據(jù)流的時(shí)脈信號(hào)以及取樣時(shí)脈信號(hào)，分別具有第一頻率以及第二頻率，而第二頻率高于第一頻率；根據(jù)該第一頻率擷取數(shù)據(jù)流中的多個(gè)樣型；根據(jù)取樣時(shí)脈信號(hào)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)流的長(zhǎng)度而產(chǎn)生計(jì)數(shù)值以響應(yīng)于該樣型；根據(jù)計(jì)數(shù)值以及參考值而映像設(shè)定值；以及根據(jù)該設(shè)定值補(bǔ)償?shù)谝活l率。
本發(fā)明進(jìn)一步揭示一種時(shí)脈頻率補(bǔ)償裝置，包含用以產(chǎn)生時(shí)脈信號(hào)的振蕩器、非揮發(fā)性存儲(chǔ)器、暫存器、多路轉(zhuǎn)換器、以及頻率補(bǔ)償電路；其中該多路轉(zhuǎn)換器具有兩個(gè)輸入端以及一輸出端，輸入端分別耦接非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以及暫存器，輸出端耦接振蕩器，用以自非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以及暫存器兩者中擇一輸出n位的設(shè)定值；而該頻率補(bǔ)償電路耦接該振蕩器，用以根據(jù)一標(biāo)記封包產(chǎn)生m位的設(shè)定值，其中，m、n為正整數(shù)，該振蕩器根據(jù)該n位的設(shè)定值以及該m位的設(shè)定值調(diào)整時(shí)脈信號(hào)的頻率。
為使對(duì)本發(fā)明的有最佳的了解，以下茲列舉若干具體實(shí)施例，并配合附圖進(jìn)行說明。
(4)


圖1是顯示現(xiàn)有USB控制器的方塊圖；圖2是顯示標(biāo)記封包的數(shù)據(jù)格式；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的自動(dòng)追蹤頻率補(bǔ)償電路方塊圖；圖4是顯示完整標(biāo)記封包的電氣傳輸格式；以及圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的頻率補(bǔ)償電路方塊圖。
(5)具體實(shí)施方式
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的USB外圍的自動(dòng)追蹤(auto-tracking)時(shí)脈電路方塊圖，特別適合實(shí)施于集成電路芯片(integratedcircuit，簡(jiǎn)稱IC)之中；由振蕩器300振蕩產(chǎn)生CLK時(shí)脈信號(hào)給時(shí)脈擷取器(clock extractor)310，舉例而言，該振蕩器300可以由電阻及電容所組成，因此，當(dāng)由晶片廠生產(chǎn)出來時(shí)，CLK時(shí)脈信號(hào)受到制程因素的影響會(huì)有所飄移，但可藉由本發(fā)明的自動(dòng)追蹤時(shí)脈電路而予以適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償，此實(shí)施例以USB低速控制IC為例，CLK時(shí)脈信號(hào)頻率約落在6MHz附近(約工作時(shí)脈的四倍頻)；時(shí)脈擷取器310根據(jù)主機(jī)端傳來的NRZI編碼的RXD數(shù)據(jù)信號(hào)以及CLK時(shí)脈信號(hào)而取還出(retrieve)相關(guān)于數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)脈信號(hào)SIECLK，其頻率約落在1.5MHz附近；樣式擷取器(pattern extractor)320根據(jù)SIECLK時(shí)脈信號(hào)辨識(shí)出主機(jī)端傳來的數(shù)據(jù)流中的特殊樣式，該數(shù)據(jù)流可由前一級(jí)的傳收電路(未圖示)區(qū)分為RXD+、RXD-差動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)以及NRZI編碼的RXD數(shù)據(jù)信號(hào)。
在USB傳輸線上所傳輸?shù)拿總€(gè)封包最前端皆會(huì)被附加一個(gè)同步字段(簡(jiǎn)稱SYNC字段)，以利接收端進(jìn)行信號(hào)同步用，最末端則會(huì)附加一個(gè)結(jié)束字段(簡(jiǎn)稱EOP字段)，表示該封包的傳輸結(jié)束，一般狀況下，USB傳輸是為差動(dòng)信號(hào)，但EOP字段則將USB傳輸線的D+以及D-驅(qū)動(dòng)一個(gè)位時(shí)間長(zhǎng)的低準(zhǔn)位或者甚至驅(qū)動(dòng)超過一個(gè)位時(shí)間長(zhǎng)的低準(zhǔn)位，接著不驅(qū)動(dòng)而成「J」?fàn)顟B(tài)。USB傳輸時(shí)是采用NRZI編碼，亦即，當(dāng)數(shù)據(jù)為0時(shí)便會(huì)轉(zhuǎn)態(tài)(transition)，當(dāng)數(shù)據(jù)為1時(shí)便停留于原位準(zhǔn)(level)；更進(jìn)一步地，USB傳輸規(guī)格規(guī)范當(dāng)數(shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)六個(gè)1時(shí)，便強(qiáng)迫塞入一個(gè)0，以強(qiáng)迫其進(jìn)行轉(zhuǎn)態(tài)，避免基線飄移效應(yīng)，此即所謂的位填充(bit stuffing)。當(dāng)主機(jī)端傳給裝置端標(biāo)記封包時(shí)，樣式擷取器320根據(jù)SIECLK時(shí)脈信號(hào)辨識(shí)出SYNC字段、PID字段、以及EOP字段，以分別經(jīng)由SSYNC信號(hào)、SPID信號(hào)、以及SEOP信號(hào)控制計(jì)數(shù)器330的起始、終止、以及重置；于此較佳具體實(shí)施例中，當(dāng)樣式擷取器320檢測(cè)到位填充時(shí)，藉由SSTUFF信號(hào)將CLK時(shí)脈信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)屏蔽(mask)而成為時(shí)脈信號(hào)CLK’，以當(dāng)作計(jì)數(shù)器330的計(jì)數(shù)參考時(shí)脈，以消除位填充所產(chǎn)生的取樣計(jì)數(shù)誤差，于此實(shí)施例中是將CLK時(shí)脈信號(hào)以及SSTUFF信號(hào)通過一或門340進(jìn)行邏輯或運(yùn)算而成為CLK’時(shí)脈信號(hào)，于屏蔽CLK時(shí)脈信號(hào)期間，暫停CLK時(shí)脈信號(hào)的高低準(zhǔn)位變化，而暫停計(jì)數(shù)器330的計(jì)數(shù)，因此不論標(biāo)記封包是否有位填充皆可由本發(fā)明進(jìn)行自動(dòng)追蹤補(bǔ)償。
計(jì)數(shù)器330的計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)由信號(hào)332送給算術(shù)邏輯單元350進(jìn)行映像運(yùn)算，樣式擷取器320藉由觀察標(biāo)記封包而經(jīng)由OPREN信號(hào)致能算術(shù)邏輯單元350進(jìn)行運(yùn)算，舉例而言，算術(shù)邏輯單元350可將該計(jì)數(shù)結(jié)果與參考值V_REF進(jìn)行比對(duì)，便可以得知目前振蕩器300所振出的頻率有多少誤差，再將算術(shù)邏輯單元350的運(yùn)算結(jié)果經(jīng)由信號(hào)358送給暫存器360，暫存器360根據(jù)該運(yùn)算結(jié)果經(jīng)由信號(hào)362對(duì)振蕩器300進(jìn)行設(shè)定，而完成自動(dòng)追蹤調(diào)校的工作。一般而言，振蕩器300的頻率設(shè)定為非線性關(guān)系，于此較佳具體實(shí)施例中，算術(shù)邏輯單元350包含減法器352、乘法器354以及加法器356，以進(jìn)行簡(jiǎn)單的線性映像運(yùn)算，斜率為2，亦即可藉由找到一條較接近的線性函數(shù)來估測(cè)該非線性關(guān)系，因此，算術(shù)邏輯單元350的邏輯門數(shù)可以減少，而且乘以2的硬件將十分精簡(jiǎn)，只需要移位器便可實(shí)現(xiàn)。而暫存器360經(jīng)由信號(hào)362反饋加法器356是可以提供于USB低速控制IC的剛開始通電運(yùn)作時(shí)，先提供默認(rèn)值給振蕩器300以產(chǎn)生初始振蕩輸出頻率。
圖4顯示USB傳輸中經(jīng)由NRZI編碼的標(biāo)記封包400的電氣傳輸格式，其可視為一數(shù)據(jù)流400，包含了SYNC字段410、PID字段420、ADDR字段430、ENDP字段440、CRC5字段450、以及EOP字段460，若不考慮填充位，各字段分別為8、8、7、4、5、以及1位時(shí)間(bit time)長(zhǎng)，應(yīng)注意到USB傳輸線包含D+、D-、PWR、GND等信號(hào)線，D+、D-用以傳輸差動(dòng)信號(hào)，PWR、GND可供應(yīng)端點(diǎn)約500mA的電力，而EOP字段460于電氣信號(hào)上是為于USB傳輸線的D+、D-上同時(shí)呈現(xiàn)1位時(shí)間長(zhǎng)的低位準(zhǔn)SE0，不為標(biāo)準(zhǔn)的NRZI編碼，而且實(shí)際上USB規(guī)格上只規(guī)范EOP字段460應(yīng)超過或等于一個(gè)位時(shí)間即可。以圖3的實(shí)施例中提到的USB低速控制IC為例，理想CLK時(shí)脈信號(hào)頻率為6MHz，根據(jù)CLK時(shí)脈信號(hào)以及進(jìn)入的數(shù)據(jù)流而取還出SIECLK時(shí)脈信號(hào)為1.5MHz；于理想狀況下，SIECLK時(shí)脈信號(hào)的上升緣(rising edge)將會(huì)出現(xiàn)于每個(gè)位時(shí)間的正中間，因此，當(dāng)樣式擷取器320根據(jù)SIECLK時(shí)脈信號(hào)取樣到SYNC字段410的頭一個(gè)NRZI編碼的「0」時(shí)，SIECLK時(shí)脈信號(hào)的上升緣應(yīng)該位于其正中間，亦即頭一個(gè)NRZI編碼的「0」的正中間為整個(gè)標(biāo)記封包400的計(jì)數(shù)起始點(diǎn)，而當(dāng)看到EOP字段460的的低位準(zhǔn)SE0拉一個(gè)位時(shí)間長(zhǎng)即認(rèn)定為結(jié)束點(diǎn)；假設(shè)于沒有填充位的情況下，并以準(zhǔn)確的四倍頻CLK時(shí)脈信號(hào)進(jìn)行取樣及計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果應(yīng)為130(＝32.5個(gè)位時(shí)間*4)。
考慮最差的狀況，若起始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)皆反方向偏移半個(gè)位時(shí)間，而且當(dāng)發(fā)生填充位填充時(shí)，屏蔽CLK時(shí)脈信號(hào)(四倍頻取樣)也造成0.25個(gè)位時(shí)間長(zhǎng)度的計(jì)數(shù)誤差，總誤差為(±)1.25個(gè)位時(shí)間/32.5個(gè)位時(shí)間 (±)3.85％(±)3.85％可視為固有誤差(inherent error)，而USB的低速傳輸?shù)念l率誤差容忍度為1.5％，并假設(shè)振蕩器300之可調(diào)頻率范圍為Δf，則(±)3.85％*Δf＜(±1.5％)*6MHz亦即，(Δf/6MHz)*(±3.85％)應(yīng)小于(±1.5％)，最大可調(diào)頻率范圍Δfmax約為2.34MHz。
假設(shè)由晶片廠生產(chǎn)出來的內(nèi)嵌振蕩器300，受到制程因素的影響使CLK時(shí)脈信號(hào)的可能范圍落在5.5MHz至6.5MHz之間，即可調(diào)頻率范圍Δf為1MHz，則對(duì)應(yīng)最差狀況之固有誤差為(1MHz/6MHz)*(±3.85％) ±0.64％由于USB的低速傳輸?shù)念l率誤差可容忍1.5％，因此，調(diào)整過后的CLK時(shí)脈信號(hào)頻率尚可以容忍0.86％(＝1.5％-0.64％)的誤差，也就是說，若CLK時(shí)脈信號(hào)頻率落在以6MHz為中心的0.86％的范圍內(nèi)，皆可保證符合USB的低速傳輸規(guī)格6MHz*(±0.86％)＝±51.6KHz所以進(jìn)行調(diào)整時(shí)的步階頻率(step frequency)fstep為103.2KHz，以保證可將CLK時(shí)脈信號(hào)頻率調(diào)整回以6MHz為中心的0.86％的范圍內(nèi)，因此即使在最差的狀況下，皆可保證低速USB控制IC的正常運(yùn)作，符合USB低速傳輸?shù)目扇萑填l率誤差。因此，于低速USB控制IC的設(shè)計(jì)過程中，只要制定出內(nèi)嵌振蕩器300出晶片廠時(shí)的頻率范圍以及步階頻率fstep，便可由本發(fā)明圖3的具體實(shí)施例根據(jù)標(biāo)記封包而進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)校，而無須再外掛石英振蕩器。于此具體實(shí)施例中，內(nèi)嵌振蕩器300出晶片廠時(shí)的頻率范圍落在5.5MHz至6.5MHz之間，制定步階頻率fstep為100KHz，共需要100個(gè)調(diào)整步階，只要藉由七個(gè)位長(zhǎng)度的暫存器360便可提供128個(gè)調(diào)整步階滿足設(shè)計(jì)需求。這100個(gè)調(diào)整步階可藉由不同的電阻、電容組合來實(shí)現(xiàn)，舉例而言，由于同一顆裸晶(die)出廠時(shí)，其上面的制程條件皆相同，電阻值的比例便可以精確控制，因此每個(gè)步階頻率fstep便可十分準(zhǔn)確。應(yīng)注意到暫存器360可以為閂鎖器或者觸發(fā)器。
再參考圖3，以低速USB控制IC為例進(jìn)一步說明如下，于剛開始通電運(yùn)作時(shí)，暫存器360利用經(jīng)由信號(hào)362先提供默認(rèn)值給振蕩器300以產(chǎn)生初始振蕩輸出頻率，若暫存器360具有8位，則暫存器520的值為0至FF(十六進(jìn)制的表示)，則較佳的默認(rèn)值為7F；樣式擷取器320根據(jù)SIECLK時(shí)脈信號(hào)取樣到頭一個(gè)NRZI編碼的「0」時(shí)，便起始計(jì)數(shù)器330的運(yùn)作；于計(jì)數(shù)過程中，樣式擷取器320利用OPREN信號(hào)將算術(shù)邏輯單元350禁能，先不進(jìn)行運(yùn)作；當(dāng)樣式擷取器320分析出PID字段發(fā)現(xiàn)此封包并非標(biāo)記封包時(shí)，便經(jīng)由SPID信號(hào)重置計(jì)數(shù)器330，且由于此段時(shí)間內(nèi)算術(shù)邏輯單元350被禁能，不會(huì)影響到先前振蕩器300所振出的頻率；當(dāng)樣式擷取器320看到EOP字段460的低位準(zhǔn)SE0拉了一個(gè)位時(shí)間長(zhǎng)度時(shí)，便可藉由SEOP信號(hào)終止計(jì)數(shù)器330的計(jì)數(shù)，然后利用OPREN信號(hào)致能算術(shù)邏輯單元350以根據(jù)計(jì)數(shù)器330的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，如前所述，于此具體實(shí)施例中，參考值V_REF為130，并經(jīng)由信號(hào)362參考先前的設(shè)定值，而獲得目前較佳的設(shè)定值用以調(diào)校振蕩器300以達(dá)到自動(dòng)追蹤工作時(shí)脈的目的，其中，欲觀察EOP字段460的低位準(zhǔn)SE0是否拉一個(gè)位時(shí)間長(zhǎng)度，舉例而言，可藉由于SIECLK時(shí)脈信號(hào)的上升緣首先看到RXD+、RXD-差動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)呈現(xiàn)低位準(zhǔn)SE0之后，接著再于其接續(xù)的下降緣(fallingedge)再次看到低位準(zhǔn)SE0而確認(rèn)整個(gè)計(jì)數(shù)過程的結(jié)束點(diǎn)。
以上具體實(shí)施例中，是將RXD+、RXD-差動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)直接輸入樣式擷取器320做為解說例，是為便于闡明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)手段，并不欲拘限本發(fā)明的范疇，熟悉本技術(shù)的人員當(dāng)可思及各種可能的變化，而不跳脫本發(fā)明的精神，舉例而言，可以利用NRZI編碼的RXD數(shù)據(jù)信號(hào)或直接取用RXD+、RXD-差動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)來辨識(shí)SYNC字段410以及PID字段420等等而決定計(jì)數(shù)期間；應(yīng)注意到，標(biāo)記封包的判別，可以快速地由其中「xx01」決定，也就是說，以圖4中時(shí)間軸上的先后順序來看，根據(jù)SIECLK時(shí)脈信號(hào)超取樣封包的位準(zhǔn)值，觀察PID字段的頭兩個(gè)位PID0、PID1是否依序?yàn)椤?」及「0」而判斷目前封包是否為標(biāo)記封包，使得在不精準(zhǔn)的超取樣過程中，仍能正確地判別出PID字段，也就是說，本發(fā)明以各字段的特征值而判斷目前封包是否為標(biāo)記封包；圖4中計(jì)數(shù)器的起始點(diǎn)也可藉由檢測(cè)RXD+、RXD-差動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)從「J」?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變成NRZI編碼的「1」而激活；或者亦可以變更CLK時(shí)脈信號(hào)和CLK’時(shí)脈信號(hào)之間的倍頻關(guān)系以及升降頻關(guān)系；計(jì)數(shù)的起始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)可以適當(dāng)?shù)厍昂笞兏?，只是?huì)略微影響調(diào)校的準(zhǔn)確度。根據(jù)本發(fā)明的揭示，即使CLK時(shí)脈信號(hào)頻率偏移達(dá)20％，只要內(nèi)嵌振蕩器300于設(shè)計(jì)階段提供適當(dāng)?shù)牟诫A頻率fstep以及足夠的步階調(diào)整數(shù)量，便可予以自動(dòng)追蹤補(bǔ)償；而且，亦可以將本發(fā)明施用至全速USB外圍裝置以及高速USB外圍裝置。
另一方面，以USB鼠標(biāo)為例，這一類的可攜式裝置使用時(shí)的外在環(huán)境會(huì)常常變化，舉例而言，手的溫度、使用場(chǎng)所的溫度、以及控制IC本身的溫度變化等等皆會(huì)造成振蕩器頻率的飄移，根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)追蹤電路可以利用每個(gè)標(biāo)記封包進(jìn)行頻率補(bǔ)償，更增其穩(wěn)定性。
或者，于本發(fā)明的另一具體實(shí)施例中，若生產(chǎn)者擔(dān)心CLK時(shí)脈信號(hào)頻率偏移過大而無法補(bǔ)償回來，本發(fā)明還進(jìn)一步揭示頻率補(bǔ)償電路及方法，用以提供以人工方式先將USB控制芯片的CLK時(shí)脈信號(hào)頻率調(diào)校至滿意的范圍，再讓圖3的自動(dòng)追蹤頻率補(bǔ)償電路進(jìn)行自動(dòng)追蹤補(bǔ)償。圖5顯示一頻率補(bǔ)償設(shè)定電路500，例如可以實(shí)施于USB控制芯片中，補(bǔ)償設(shè)定電路500包含電子可擦去可編程存儲(chǔ)器510、暫存器520、多路轉(zhuǎn)換器530、以及振蕩器540；當(dāng)頻率補(bǔ)償設(shè)定電路500于測(cè)試廠階段，可以利用test_mode_sel腳位進(jìn)入測(cè)試模式，測(cè)試者可以嘗試地利用暫存器520從外部灌入頻率設(shè)定數(shù)據(jù)，多路轉(zhuǎn)換器530相應(yīng)測(cè)試模式而利用信號(hào)502將該暫存器520內(nèi)的頻率設(shè)定數(shù)據(jù)提供給振蕩器540，振蕩器540根據(jù)該頻率設(shè)定數(shù)據(jù)而輸出CLK時(shí)脈信號(hào)，測(cè)試者觀察該CLK時(shí)脈信號(hào)的頻率是否符合需求，若否，則利用暫存器520從外部重新輸入一組頻率設(shè)定數(shù)據(jù)，以重復(fù)以上步驟，直至CLK時(shí)脈信號(hào)的頻率符合需求為止，測(cè)試者再將該符合需求的頻率設(shè)定數(shù)據(jù)通過CLKdata時(shí)脈信號(hào)腳位以及Data數(shù)據(jù)腳位正式燒入電子可抹除可程序化存儲(chǔ)器510之中，當(dāng)此頻率補(bǔ)償設(shè)定電路500于正式運(yùn)作階段，振蕩器540便可根據(jù)該符合需求的頻率設(shè)定數(shù)據(jù)輸出CLK時(shí)脈信號(hào)的頻率；于此實(shí)施例中，暫存器520具有n位的輸出，若n為8，則暫存器520的值為0至FF(十六進(jìn)制的表示)；信號(hào)362表示從圖3暫存器360具有m位，于測(cè)試模式中，振蕩器540利用暫存器360以及暫存器520所提供的設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)作而產(chǎn)生CLK時(shí)脈信號(hào)，較佳地，假設(shè)m、n皆為10，振蕩器540可將暫存器360以及暫存器520所提供的設(shè)定數(shù)據(jù)重疊兩個(gè)位而成為兩個(gè)位組長(zhǎng)度而進(jìn)行運(yùn)作，使得自動(dòng)追蹤頻率補(bǔ)償電路可以部分補(bǔ)償先前的人工設(shè)定；以上的電路是為方便說明，熟悉本技術(shù)的人員當(dāng)可思及各種可能的變化，而不跳脫本發(fā)明的精神，舉例而言，于測(cè)試模式中，測(cè)試者利用暫存器520從外部灌入頻率設(shè)定數(shù)據(jù)的方式便可以利用多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行共享CLKdata以及Data腳位，或者，并列輸入以及串行輸入皆為可能的變化。
縱上所述，本發(fā)明揭示一種自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的裝置，適用于USB外圍控制器之中，其接收一數(shù)據(jù)流，自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的裝置包含一振蕩器，用以產(chǎn)生一取樣時(shí)脈信號(hào)；一時(shí)脈擷取器，用以根據(jù)該數(shù)據(jù)流以及該取樣時(shí)脈信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)脈信號(hào)；一樣式擷取器，耦接時(shí)脈擷取器，用以根據(jù)系統(tǒng)時(shí)脈信號(hào)擷取數(shù)據(jù)流的多個(gè)樣型；一計(jì)數(shù)器，耦接樣式擷取器，用以根據(jù)該取樣時(shí)脈信號(hào)計(jì)數(shù)該數(shù)據(jù)流的長(zhǎng)度而產(chǎn)生計(jì)數(shù)值以響應(yīng)于該樣型；一算術(shù)邏輯單元，耦接計(jì)數(shù)器以及樣式擷取器，用以根據(jù)該計(jì)數(shù)值以及參考值而映像一設(shè)定值；以及一暫存器，耦接算術(shù)邏輯單元以及振蕩器，用以暫存該設(shè)定值并將該設(shè)定值反饋至該算術(shù)邏輯單元；使得該振蕩器更新取樣時(shí)脈信號(hào)的頻率以響應(yīng)于該設(shè)定值。
本發(fā)明亦揭示一種自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的方法，適用于USB外圍控制器，其接收一數(shù)據(jù)流，包含下列步驟產(chǎn)生相關(guān)于該數(shù)據(jù)流的時(shí)脈信號(hào)以及取樣時(shí)脈信號(hào)，分別具有第一頻率以及第二頻率，而第二頻率高于第一頻率；根據(jù)該第一頻率擷取數(shù)據(jù)流中的多個(gè)樣型；根據(jù)取樣時(shí)脈信號(hào)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)流的長(zhǎng)度而產(chǎn)生計(jì)數(shù)值以響應(yīng)于該樣型；根據(jù)計(jì)數(shù)值以及參考值而映像設(shè)定值；以及根據(jù)該設(shè)定值補(bǔ)償?shù)谝活l率。
本發(fā)明進(jìn)一步揭示一種時(shí)脈頻率補(bǔ)償裝置，包含用以產(chǎn)生時(shí)脈信號(hào)的振蕩器、非揮發(fā)性存儲(chǔ)器、暫存器、多路轉(zhuǎn)換器、以及；其中該多路轉(zhuǎn)換器具有兩個(gè)輸入端以及一輸出端，輸入端分別耦接非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以及暫存器，輸出端耦接振蕩器，用以自非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以及暫存器兩者中擇一輸出n位的設(shè)定值；而該頻率補(bǔ)償電路耦接該振蕩器，用以根據(jù)一標(biāo)記封包產(chǎn)生m位的設(shè)定值，其中，m、n為正整數(shù)，該振蕩器根據(jù)該n位的設(shè)定值以及該m位的設(shè)定值調(diào)整時(shí)脈信號(hào)的頻率。
以上所揭示的具體實(shí)施例的說明及圖式，是為便于闡明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)手段，并不欲拘限本發(fā)明的范疇；舉例而言，應(yīng)注意到圖3以及圖4顯示的電路方塊圖中，EEPROM可以整合至控制器本身之中。凡是一切針對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)部作出的變更，或者是組件的等效替代、置換，當(dāng)不脫離本發(fā)明的發(fā)明精神及范疇，其范圍將由以下的權(quán)利要求書來界定。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的裝置，適用于一USB外圍控制器之中，其接收一數(shù)據(jù)流，包含一振蕩器，用以產(chǎn)生一取樣時(shí)脈信號(hào)；一時(shí)脈擷取器，用以根據(jù)該數(shù)據(jù)流以及該取樣時(shí)脈信號(hào)產(chǎn)生一系統(tǒng)時(shí)脈信號(hào)；一樣式擷取器，耦接該時(shí)脈擷取器，用以根據(jù)該系統(tǒng)時(shí)脈信號(hào)擷取該數(shù)據(jù)流的多個(gè)樣型；一計(jì)數(shù)器，耦接該樣式擷取器，用以根據(jù)該取樣時(shí)脈信號(hào)計(jì)數(shù)該數(shù)據(jù)流的一長(zhǎng)度而產(chǎn)生一計(jì)數(shù)值以響應(yīng)于該些樣型；一算術(shù)邏輯單元，耦接該計(jì)數(shù)器以及該樣式擷取器，用以根據(jù)該計(jì)數(shù)值以及一參考值而映像一設(shè)定值；以及一暫存器，耦接該算術(shù)邏輯單元以及該振蕩器，用以暫存該設(shè)定值并將該設(shè)定值反饋至該算術(shù)邏輯單元，其中，該振蕩器更新該取樣時(shí)脈信號(hào)的一頻率以響應(yīng)于該設(shè)定值。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該暫存器是為一閂鎖器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該暫存器是為一觸發(fā)器。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該振蕩器包含一電阻以及一電容。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包含一邏輯門，具有兩個(gè)輸入端以及一輸出端，該輸入端分別耦接該取樣時(shí)脈信號(hào)以及該樣式擷取器，以選擇性地屏蔽該取樣時(shí)脈信號(hào)，而該輸出端耦接該計(jì)數(shù)器，使得該計(jì)數(shù)器根據(jù)該被選擇性地屏蔽的取樣時(shí)脈信號(hào)計(jì)數(shù)該數(shù)據(jù)流的長(zhǎng)度而產(chǎn)生該計(jì)數(shù)值以響應(yīng)于該樣型。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，該樣式擷取器藉由辨識(shí)該數(shù)據(jù)流的一位填充而屏蔽該取樣時(shí)脈信號(hào)，以暫停該計(jì)數(shù)值。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該算術(shù)邏輯單元包含一減法器、一移位器以及一加法器，以進(jìn)行一線性映像運(yùn)算。
8.一種自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的方法，適用于一USB外圍控制器，其接收一數(shù)據(jù)流，包含下列步驟產(chǎn)生一相關(guān)于該數(shù)據(jù)流的時(shí)脈信號(hào)以及一取樣時(shí)脈信號(hào)，分別具有一第一頻率以及一第二頻率，而該第二頻率是高于該第一頻率；根據(jù)該第一頻率擷取該數(shù)據(jù)流中的多個(gè)樣型；根據(jù)該取樣時(shí)脈信號(hào)計(jì)數(shù)該數(shù)據(jù)流的一長(zhǎng)度而產(chǎn)生一計(jì)數(shù)值以響應(yīng)于該樣型；根據(jù)該計(jì)數(shù)值以及一參考值而映像一設(shè)定值；以及根據(jù)該設(shè)定值補(bǔ)償該第一頻率。
9.一種補(bǔ)償時(shí)脈頻率的方法，包含下列步驟a.進(jìn)入一測(cè)試模式；b.利用一暫存器將一外部設(shè)定數(shù)據(jù)提供給一振蕩器，以產(chǎn)生一具有一頻率的時(shí)脈信號(hào)；c.更新該外部設(shè)定數(shù)據(jù)并重復(fù)步驟b，直到該時(shí)脈信號(hào)的頻率介于一第一預(yù)定范圍之中；d.將該介于該預(yù)定范圍之中的時(shí)脈信號(hào)的頻率的外部設(shè)定數(shù)據(jù)燒入一非揮發(fā)性存儲(chǔ)器之中；e.進(jìn)入一正常運(yùn)作模式；以及f.接收一標(biāo)記封包，并根據(jù)該標(biāo)記封包調(diào)校該時(shí)脈信號(hào)的頻率介于一第二預(yù)定范圍之中。
10.一種時(shí)脈頻率補(bǔ)償裝置，包含一振蕩器，用以產(chǎn)生一時(shí)脈信號(hào)；一非揮發(fā)性存儲(chǔ)器；一暫存器；一多路轉(zhuǎn)換器，具有兩個(gè)輸入端以及一輸出端，該輸入端分別耦接該非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以及該暫存器，輸出端耦接該振蕩器，用以自該非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以及該暫存器兩者中擇一輸出n位的設(shè)定值；以及一頻率補(bǔ)償電路，耦接該振蕩器，用以根據(jù)一標(biāo)記封包產(chǎn)生m位的設(shè)定值；其中，m、n是為正整數(shù)，該振蕩器根據(jù)該n位的設(shè)定值以及該m位的設(shè)定值調(diào)整該時(shí)脈信號(hào)的頻率。
11.一種USB控制芯片，該USB控制芯片包含一振蕩器，用以產(chǎn)生一時(shí)脈信號(hào)至該USB控制芯片的一第一腳位；一暫存器，用以自該USB控制芯片的外部寫入一第一n位的數(shù)據(jù)；一非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，用以自該USB控制芯片的外部寫入一第二n位的數(shù)據(jù)；一多路轉(zhuǎn)換器，具有兩個(gè)輸入端以及一輸出端，該輸入端分別耦接該非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以及該暫存器，輸出端耦接該振蕩器，用以自該非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以及該暫存器兩者中擇一輸出n位的設(shè)定值；以及一頻率補(bǔ)償電路，耦接該振蕩器，用以根據(jù)一標(biāo)記封包產(chǎn)生m位的設(shè)定值；其中，m、n是為正整數(shù)，該振蕩器根據(jù)該n位的設(shè)定值以及該m位的設(shè)定值調(diào)整該時(shí)脈信號(hào)的頻率。
全文摘要
一種自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率的方法及其相關(guān)裝置裝置，適用于USB外圍控制器；該自動(dòng)追蹤補(bǔ)償時(shí)脈頻率裝置接收一數(shù)據(jù)流，包含一振蕩器，以產(chǎn)生一取樣時(shí)脈信號(hào)；一時(shí)脈擷取器，以根據(jù)該數(shù)據(jù)流以及該取樣時(shí)脈信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)脈信號(hào)；一樣式擷取器，耦接時(shí)脈擷取器，以根據(jù)系統(tǒng)時(shí)脈信號(hào)擷取數(shù)據(jù)流的多個(gè)樣型；一計(jì)數(shù)器，耦接樣式擷取器，以根據(jù)該取樣時(shí)脈信號(hào)計(jì)數(shù)該數(shù)據(jù)流的長(zhǎng)度而產(chǎn)生計(jì)數(shù)值以響應(yīng)于這些樣型；一算術(shù)邏輯單元，耦接計(jì)數(shù)器以及樣式擷取器，以根據(jù)該計(jì)數(shù)值以及參考值而映像一設(shè)定值；以及一暫存器，耦接算術(shù)邏輯單元以及振蕩器，以暫存該設(shè)定值并將該設(shè)定值反饋至該算術(shù)邏輯單元；使得該振蕩器更新取樣時(shí)脈信號(hào)的頻率以響應(yīng)于該設(shè)定值。
文檔編號(hào)G06F1/08GK1567119SQ03142970
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者蔡文福, 林建志, 張世杰 申請(qǐng)人:創(chuàng)惟科技股份有限公司