CN102478610A - 占空比测量***与其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种占空比测量***及其方法，用以测量一待测信号的一占空比。占空比测量***包括除频器、压控振荡器与计数器。除频器根据待测信号，输出触发信号。触发信号具有一测量周期。压控振荡器用以接收待测信号。当待测信号为高准位时，压控振荡器输出具有第一周期的第一信号。当待测信号为低准位时，压控振荡器输出具有第二周期的第二信号。计数器根据第一信号与第二信号，产生计数结果。计数器根据计数结果计算待测信号的占空比。

Description

占空比测量***与其方法

技术领域

本发明关于一种测量***与方法，特别是一种占空比的测量***与方法。

背景技术

目前测量信号占空比(duty cycle)的方法主要是采用高速的计数器。待测信号可以根据计数器产生的信号均匀的区分成多个区间，并且计算这些多个区间中待测信号为高准位的个数。之后，再将区间的个数与高准位的个数相除，以得到占空比比。然而，传统上的测量方法，至少有下列三种缺点。

利用此方法时所会面临到的一大缺点是在于此方法必须采用高速的计数器。举例而言，若是待测信号的频率为1GHz(千兆赫兹)，而欲将此待测信号均匀的区分成一百个区间时，在一定的精度要求下，至少会需要一个速度高达4GHz的计数器。然而，高速计数器的成本相当的高昂。传统的测试方法会使测试仪器的成本大幅提升。

此外，计数器的容量也会是一个限制。若是针对频率为1GHz的待测信号，并以上述4GHz的计数器，进行为时1μs(微秒)的测量，则此一计数器至少需要4,000位的容量。若是需要大容量的计数器，同样也会面临高成本的问题。因此，容量上的限制同样也是传统测量占空比时所遇到的问题。

而利用传统的测量方法时，若是测量时无法精确与待测信号的上升边缘(raising edge)或是下降边缘(falling edge)进行同步，可能会使量测时产生一个脉冲的误差，使得准确度上有所偏差。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明提出一种占空比测量***。此占空比测量***，用以测量一待测信号的一占空比。

占空比测量***包括除频器、压控振荡器与计数器。

除频器根据待测信号，输出触发信号。触发信号具有一测量周期。

压控振荡器用以接收待测信号。当待测信号为高准位时，输出具有第一周期的第一信号。当待测信号为低准位时，输出具有第二周期的第二信号。

计数器根据第一信号与第二信号，产生计数结果。并且，根据计数结果，在触发信号对应的测量周期之间，计算待测信号的占空比。

其中，测量周期为第一周期的m倍，测量周期为第二周期的n倍，且计数结果为C。则占空比为(C-n)/(m-n)。

此外，本发明另提出一种占空比测量方法。此方法包括以下步骤：根据待测信号，输出一触发信号，触发信号具有一测量周期；判断待测信号为高准位或是低准位，当待测信号为高准位时，输出具有第一周期的第一信号，当待测信号为低准位时，输出具有第二周期的第二信号；根据第一信号与第二信号，产生计数结果；根据计数结果，在触发信号对应的测量周期之间，计算待测信号的占空比。

藉由本发明所提出的占空比测量***与占空比测量方法，不仅可降低计数器运算频率，亦可大幅降低计数器所需要的容量。

附图说明

图1为本发明的***方块图；

图2A至图2C为本发明的信号时序图；以及

图3为本发明的占空比测量方法的流程图。

其中，附图标记：

10占空比测量***    12待测信号    20除频器

30逻辑电路          40开关电路    50压控振荡器

60计数器            T测量周期

Tf  第一周期        Ts  第二周期

具体实施方式

以下在实施方式中进一步详细说明本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

请参照图1，图1为本发明的***方块图。本发明提出一种占空比测量***10，此占空比测量***10用以测量待测信号12的占空比。占空比测量***10包括除频器20、逻辑电路30、开关电路40、压控振荡器50与计数器60。

除频器20根据待测信号，输出触发信号。触发信号具有一测量周期T。除频器20可在收到待测信号12时，即产生一触发信号。或者是除频器20可将待测信号12经过适当的降频，而输出一频率远低于待测信号12频率的触发信号。触发信号具有一测量周期T。较佳的是，此测量周期T为待测信号12周期的整数倍。

逻辑电路30接收触发信号时，逻辑电路传送一启动信号至计数器60与开关电路40。

待测信号12被输入至开关电路40，且当开关电路40接收到启动信号时，此开关电路40将待测信号12传送至压控振荡器50。

压控振荡器50会接收待测信号12。压控振荡器50输出信号的频率，正比于待测信号12的振幅。当待测信号12的振幅产生高低变化时，会引起压控振荡器50输出频率的改变。更进一步地说，当待测信号12为高准位时，压控振荡器50输出具有一第一周期的第一信号。而当待测信号12为低准位时，压控振荡器50输出具有第二周期的第二信号。

计数器60根据第一信号与第二信号，产生计数结果。计数结果为在测量周期中，第一信号与第二信号的上升边缘(raising edge)或是下降边缘(falling edge)的个数。之后，占空比测量***10再根据此一计数结果，计算待测信号的占空比。

以上述明本发明的架构，而本发明设计原理兹说明如下。

假设待测信号12的占空比为x，x的范围在0～100％之间。并假设测量周期为T，计数结果为C。在测量周期T中，计数器60根据第一信号与第二信号，产生计数结果C。压控振荡器50输出的第一信号的第一周期为Tf`，第二信号的第二周期为Ts。其中，第二周期Ts大于第一周期Tf，测量周期T为第一周期Tf的m倍，且测量周期T为第二周期Ts的n倍。也就是说，Tf、Ts与T之间的关系为

高准位所占待测信号12的比例，即是占空比的定义，也就是x。另一方面，低位准占待测信号12的比例，即为1-x。在测量周期T中，若是输入计数器60的信号为第一信号(代表待测信号为高准位)，则每隔第一周期Tf的时间会产生一个上升边缘或下降边缘。而若是输入计数器60的信号为第二信号(代表待测信号为低准位)，则每隔第二周期Ts的时间会产生一个上升边缘或下降边缘。因此，根据上述的叙述，可得到下列的关系：

$C=x\×\frac{T}{\mathrm{Tf}}+(1-x)\×\frac{T}{\mathrm{Ts}}...\left(1\right)$

再将Tf、Ts与T之间的关系代入上式并且化简后，即可得：

C＝n+(m-n)x…(2)

因此，占空比测量***10即可计算出占空比为x＝(C-n)/(m-n)…(3)。

以下再以三个不同实例进行说明。请参照图2A至图2C，图2A至图2C为本发明的信号时序图。

在这三个实例中，第一周期Tf、第二周期Ts与测量周期T之间的关系为

也就是说，m等于“80”、n等于“40”。

在图2A，假设待测信号的占空比为20％。测量周期T这一段时间中，计数器60计算第一信号与第二信号的上升边缘或下降边缘所产生的计数结果为“48”(其中第一信号共占“16”个，第二信号共占“32”个)。因此，即可计算占空比为x＝(48-40)/(80-40)＝20％。

在图2B，假设待测信号的占空比为50％。测量周期T这一段时间中，计数器60计算第一信号与第二信号的上升边缘或下降边缘所产生的计数结果为“60”(其中第一信号共占“40”个，第二信号共占“20”个)。因此，即可计算占空比为x＝(60-40)/(80-40)＝50％。

在图2C，假设待测信号的占空比为80％。测量周期T这一段时间中，计数器60计算第一信号与第一信号的上升边缘或下降边缘所产生的计数结果为“72”(其中第一信号共占“64”个，第二信号共占“8”个)。因此，即可计算占空比为x＝(72-40)/(80-40)＝80％。

从以上的实例即可看出，本发明可准确的计算出待测信号的占空比。

为了更进一步提高计算的精准度，本发明另可以增加以下的特征。若是将误差列入考虑，则可以得到以下的结果：

C+ΔC＝n+(m-n)(x+Δx)…(4)

其中ΔC为计数结果的误差，Δx为占空比的误差。再将(4)与(3)相减后可得到：

ΔC/(m-n)＝Δx…(5)

因此，从上式可知，当“m-n”越大时，计数结果的误差对于占空比的误差的影响也将会越小。当计数结果的误差为“1”，且“m-n＞100”时，占空比将只会有小于百分之一的误差。

综上所述，若是待测信号的频率为1GHz，且测量周期T为1μs。若是第一信号的频率为5GHz，第二信号2GHz，则可得知m为5000，且n为2000。在此状况下，本发明计数器至多只需要5,000位的容量。因此，本发明所提出的占空比测量***10与传统的测量方式相比，不仅可降低计数器运算频率，亦可大幅降低计数器所需要的容量。此外，根据上述的误差分析，当计数结果的误差为“1”时，占空比只有“1/3000”，也就是“0.033％”的误差。

除了上述的***之外，本发明系另提出一种占空比测量方法。请参照图3，图3为本发明的占空比测量方法的流程图。

在步骤S101中，根据待测信号，输出一触发信号。触发信号具有一测量周期T。此测量周期T较佳可为待测信号周期的整数倍。

在步骤S103中，判断待测信号为高准位或是低准位。当待测信号为一高准位时，输出具有第一周期的第一信号。另一方面，当待测信号为一低准位时，输出具有第二周期的第二信号。

在步骤S 105中，根据第一信号与第二信号，产生一计数结果。计数结果为第一信号与第二信号的上升边缘(raising edge)或是下降边缘(fallingedge)的个数，以产生计数结果。

在步骤S107中，根据计数结果，在触发信号对应的测量周期之间，计算待测信号的占空比。其中，测量周期T为第一周期Tf的m倍，测量周期T为第二周期Ts的n倍，且计数结果为C。则占空比为(C-n)/(m-n)。

Claims (10)

1.一种工作周期测量***，用以测量一待测信号的一工作周期，其特征在于，包括：

一除频器，根据该待测信号，输出一触发信号，该触发信号具有一测量周期；

一压控振荡器，用以接收该待测信号，当该待测信号为一高准位时，输出具有一第一周期的一第一信号，当该待测信号为一低准位时，输出具有一第二周期的一第二信号；以及

一计数器，根据该第一信号与该第二信号，产生一计数结果，并根据该计数结果，在该触发信号对应的该测量周期之间，计算该待测信号的该工作周期。

2.如权利要求1所述的工作周期测量***，其特征在于，该测量周期为该第一周期的m倍，该测量周期为该第二周期的n倍，且该计数结果为C，该工作周期为(C-n)/(m-n)。

3.如权利要求2所述的工作周期测量***，其特征在于，m与n相减的结果大于100。

4.如权利要求1所述的工作周期测量***，其特征在于，该计数器计算该第一信号与该第二信号的一上升边缘或是一下降边缘的一个数，以产生该计数结果。

5.如权利要求1所述的工作周期测量***，其特征在于，还包括一逻辑电路与一开关电路，当该逻辑电路接收该触发信号时，该逻辑电路传送一启动信号至该计数器与该开关电路，该计数器在接收到该启动信号后开始产生该计数结果，该开关电路接收该待测信号，并且在当该开关电路接收到该启动信号时，传送该待测信号至该压控振荡器。

6.一种工作周期测量方法，用以测量一待测信号的一工作周期，其特征在于，包括以下步骤：

根据该待测信号，输出一触发信号，该触发信号具有一测量周期；

判断该待测信号为一高准位或是一低准位，当该待测信号为该高准位时，输出具有一第一周期的一第一信号，当该待测信号为该低准位时，输出具有一第二周期的一第二信号；

根据该第一信号与该第二信号，产生一计数结果；以及

根据该计数结果，在该触发信号对应的该测量周期之间，计算该待测信号的该工作周期。

7.如权利要求6所述的工作周期测量方法，其特征在于，在根据该计数结果，在该触发信号对应的该测量周期之间，计算该待测信号的该工作周期的该步骤中，其中该测量周期为该第一周期的m倍，该测量周期为该第二周期的n倍，且该计数结果为C，该工作周期系为(C-n)/(m-n)。

8.如权利要求7所述的工作周期测量方法，其特征在于，m与n相减的结果大于100。

9.如权利要求6所述的工作周期测量方法，其特征在于，在根据该第一信号与该第二信号，产生该计数结果的该步骤中，计算该第一信号与该第二信号的一上升边缘或是一下降边缘的一个数，以产生该计数结果。

10.如权利要求6所述的工作周期测量方法，其特征在于，还包括：

接收该触发信号；以及

根据该触发信号，开始产生该计数结果，并且输出该第一信号或是该第二信号。

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