CN109495408B - 波特率跟踪及补偿装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波特率跟踪及补偿装置与方法，所述装置的一实施例包含：一频率产生单元，用来提供一工作频率；一采样电路，用来依据该工作频率采样一接收信号以产生一采样结果，并用来在该采样结果指出该接收信号发生一跳变时产生一跳变通知信号；一频率计数电路，用来依据该工作频率以及该跳变通知信号计数该接收信号的一第一跳变与该接收信号的一第二跳变之间的一频率数目；一位计数电路，用来依据该工作频率与一位周期计数该第一跳变与该第二跳变之间的一位数目；以及一计算电路，用来将该频率数目除以该位数目以得到一计算值，并依据该计算值更新该位周期。

Description

波特率跟踪及补偿装置与方法
技术领域
本发明是关于数据接收处理，尤其是关于数据接收处理的波特率跟踪及补偿。
背景技术
对某些通讯技术像是通用异步接收器/传送器(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter,UART)通讯技术而言，为确保数据接收的效率与正确性，接收端会依据传送端所发送的具有已知式样(pattern)的训练序列来测定传送端的波特率(baudrate)，进而采用之。然而上述作法的缺点在于接收端与传送端双方都须事先知道训练序列的传送时机与训练序列的式样，方能进行波特率的测定。值得注意的是，在UART通讯技术的标准作法中，接收端与传送端双方在联机建立前须先协商好采用相同的初始波特率，在联机建立后，某些先前的UART通讯技术会令接收端依据传送端所发送的训练序列来测定传送端的实际波特率，进而令接收端进行波特率的校准。
相关先前技术可见于下列文献：专利号8953662的美国专利；专利号5923705的美国专利；公开号2012/0297233的美国专利申请；以及专利号7006561的美国专利。
发明内容
本发明之一目的在于提供一种波特率跟踪及补偿装置与方法，以改善先前技术。
本发明之一目的在于提供一种波特率跟踪及补偿装置与方法，以在没有训练序列的情形下进行波特率的跟踪与补偿。
本发明的波特率跟踪及补偿装置的一实施例包含一采样电路、一频率计数电路、一位计数电路以及一计算电路。所述采样电路用来依据一工作频率采样一接收信号以产生一采样结果，并用来在该采样结果指出该接收信号发生一跳变(transition)时产生一跳变通知信号。所述频率计数电路用来依据该工作频率以及该跳变通知信号计数该接收信号的一第一跳变与该接收信号的一第二跳变之间的一频率数目。所述位计数电路用来依据该工作频率与一位周期计数该第一跳变与该第二跳变之间的一位数目，其中该位周期对应该工作频率的复数个周期。所述计算电路用来将该频率数目除以该位数目以得到一计算值，并依据该计算值更新该位周期。
本发明的波特率跟踪及补偿方法的一实施例包含下列步骤：产生一工作频率；依据该工作频率采样一接收信号以产生一采样结果；在该采样结果指出该接收信号发生一跳变时，产生一跳变通知信号；依据该工作频率以及该跳变通知信号计数该接收信号的一第一跳变与该接收信号的一第二跳变之间的一频率数目；依据该工作频率以及一位周期计数该第一跳变与该第二跳变之间的一位数目，其中该位周期对应该工作频率的复数个周期；以及将该频率数目除以该位数目以得到一计算值，并依据该计算值更新该位周期。
有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1示出本发明的波特率跟踪及补偿装置的一实施例；
图2示出图1的装置对接收信号进行采样的一范例；
图3示出图1的频率计数电路的一实施例；
图4示出图1的位计数电路的一实施例；
图5示出图1的计算电路的一实施例；
图6示出图1的装置对接收信号进行采样的另一范例；
图7示出本发明的波特率跟踪及补偿装置的另一实施例；以及
图8示出本发明的波特率跟踪及补偿方法的一实施例。
具体实施方式
本发明公开了一种波特率(baud rate)跟踪及补偿装置与方法，该装置与方法无需训练序列即能进行波特率的跟踪与补偿，从而增加应用上的弹性。为便于了解，以下公开的本发明实施例是应用于通用异步接收器/传送器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)通讯技术，然而在实施为可能的前提下，本发明亦可应用于其它种通讯技术。关于UART通讯技术的习知内容，在不影响本发明的公开与实施的前提下，该习知内容将被省略。另外，以下公开内容中，在实施为可能的前提下，用语“依据”可解释为“直接地依据”或“间接地依据”。再者，本发明的图式中，虚线代表可被选择性地实施的电路连接关系或信号等等。
请参阅图1，其示出本发明的波特率跟踪及补偿装置的一实施例。图1的波特率跟踪及补偿装置100包含一频率(clock)产生单元110、一采样电路120、一频率计数电路130、一位(bit)计数器140以及一计算电路150。频率产生单元110用来提供一工作频率(图中标示为CLK)，该工作频率的频率高于装置100的波特率与位率(bit rate)，例如该工作频率的频率为该位率的二至十倍。采样电路120用来依据该工作频率采样一接收信号(图中标示为RXD)以产生一采样结果；在该采样结果指出该接收信号发生一跳变(transition)时，采样电路120用来产生一跳变通知信号(图中标示为TS)。频率计数电路130用来依据该工作频率以及该跳变通知信号计数该接收信号的一第一跳变与该接收信号的一第二跳变之间的一频率数目，其中该第一与第二跳变不是该接收信号的两个相邻跳变(如图2所示)，或者该第一跳变与该第二跳变是该接收信号的两个相邻跳变(如图6所示)，此外，频率计数电路130在完成计数该频率数目后可选择性地进行重置(将计数值归零)。位计数电路140用来依据该工作频率与一位周期(图中标示为BC)计数该第一跳变与该第二跳变之间的一位数目，其中该位周期对应(例如：大于或等于)该工作频率的复数个周期(或说，该位周期的长度不小于该工作频率的复数个周期的长度的和)，或说该位周期是该接收信号的一个位所关联的一平均频率周期数目(该频率数目除以该位数目)，该平均频率周期数目所指的频率是该工作频率，此外，位计数电路140在完成计数该位数目后可选择性地进行重置。计算电路150用来将该频率数目除以该位数目以得到一计算值(图中标示为CAL)，并依据该计算值更新该位周期。由于前述接收信号是由一传送装置所发送，故藉由前面公开的作法，装置100可跟踪该传送装置的波特率，并据以补偿自身的波特率。
请参阅图1与图2，图2示出图1的装置100对接收信号进行采样的一范例。如图2所示，接收信号包含一字符(character)，该字符包含一个起始位(图中标示为start)、八个数据位(图中标示为d0、d1、…、d6、d7)与一终止位(图中标示为stop)。当采样电路120检测到该起始位的一初期跳变(initial transition)(图中标示为TSTART)时，采样电路120通知频率计数电路130开始计数，且该初期跳变是作为该第一跳变，然而本发明亦可将该起始位的初期跳变之后的跳变(例如图2的Td2或Td4等等)作为该第一跳变，本范例中，当采样结果为连续复数个0(例如为“(位周期/2)个0”)时，采样电路120可确定检测到起始位，并通知频率计数电路130继续计数，否则，采样电路120认为没有检测到起始位，通知频率计数电路130停止计数并重置。当采样电路120检测到该数据位d2的一初期跳变(图中标示为Td2)时，会产生该跳变通知信号，使频率计数电路130依据该工作频率与该跳变通知信号计数该接收信号的两个相邻跳变(即TSTART与Td2)之间的一相邻跳变频率数目，以此类推，频率计数电路130可依据该工作频率与该跳变通知信号计数该接收信号的每两个相邻跳变之间的一相邻跳变频率数目，因此，藉由累加该一或多个相邻跳变频率数目，频率计数电路130得以计数该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目。
请参阅图3，图3示出频率计数电路130的一实施例。图3中，频率计数电路130包含一频率计数单元310与一频率数累加单元320。频率计数单元310用来在该第一跳变与该第二跳变之间的时间内，依据该工作频率与该跳变通知信号计数该接收信号的每两个相邻跳变之间的一相邻跳变频率数目，频率计数单元310另用来在完成计数每该相邻跳变频率数目后进行重置；频率数累加单元320用来累加该相邻跳变频率数目，以产生该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目，频率数累加单元320另用来在产生该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目后进行重置。值得注意的是，在频率计数电路130的其它实施例中，频率计数电路130可藉由其它预定条件来计数该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目，举例而言，当频率计数电路130所计数的一目前频率数目大于一默认值后，频率计数电路130将接下来所收到的跳变通知信号视为该第二跳变的通知信号，并据以计数该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目，而无需透过频率数累加单元320的累加操作；另举例而言，频率计数电路130将所收到的第N个跳变通知信号视为该第二跳变的通知信号，并据以计数该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目，而无需透过累加操作，其中N为大于1的整数。
请参阅图1与图2。频率计数电路130可进一步用来依据该工作频率与该位周期产生至少一位数通知信号(图中标示BN)，使位计数电路140依据该位数通知信号计数该第一跳变与该第二跳变之间的该位数目。举例而言，若该位周期R目前等于该工作频率的十个周期，在频率计数电路130开始计数后，频率计数电路130会在所计数的频率数大于或等于R/2＝5个频率时(图中标示为t0)产生一位数通知信号，接着频率计数电路130会在每次所计数的频率数的增加量达到R＝10个频率的同时(图中标示为t1、t2、…、t8、t9)或之后，产生一位数通知信号，因此位计数电路140便可依据该位数通知信号来计数该位数目，倘该第二跳变为数据位d2的初期跳变(图2的Td2)，频率计数电路130是在采样时间点t0、t1与t2的每一个之后产生一位数通知信号，从而使位计数电路140依据该位数通知信号计数到三个位，此时频率计数电路130所计数的该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目为m0，而计算电路150可将该频率数目m0除以该位数目(即3)以得到一计算值(即m0/3)，并依据该计算值更新该位周期，其中m0反映了接收信号的字符的波特率(或说前述传送装置的波特率)，该计算值反映了装置100的波特率，且m0应满足“2.5R<m0<3.5R”以确保位计数电路140所计数的位数目正确，由上可知，本范例中，接收信号的字符的波特率与装置100的波特率的误差容忍度为0.5/3＝16.7％。
请参阅图4，图4示出位计数电路140的一实施例。图4中，位计数电路140包含一位计数单元410与一位数累加单元420。位计数单元410用来在该第一跳变与该第二跳变之间的时间内，依据该工作频率、该位周期与该跳变通知信号计数该接收信号的每两个相邻跳变之间的一相邻跳变位数目，位计数单元410可在完成计数每个该相邻跳变位数目后进行重置；位数累加单元420用来累加每个该相邻跳变位数目，以产生该第一跳变与该第二跳变之间的该位数目，位数累加单元420可在产生该第一跳变与该第二跳变之间的该位数目后进行重置。本实施例中，位计数单元410可依据前述位数通知信号(其是依据该工作频率与该位周期而被产生)与该跳变通知信号计数该接收信号的每两个相邻跳变之间的一相邻跳变位数目；或者位计数单元410可不依赖频率计数电路130的通知，直接依据该工作频率、该位周期与该跳变通知信号计数该接收信号的每两个相邻跳变之间的一相邻跳变位数目。值得注意的是，在位计数电路140的其它实施例中，位计数电路140可藉由其它预定条件来计数该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目，举例而言，位计数电路140依据该工作频率与该位周期或者依据该位数通知信号来计数该第一跳变与该第二跳变之间的位数目，而无需透过位数累加单元420的累加操作。
请参阅图5，图5示出计算电路150的一实施例。图5中，计算电路150包含一除法致能单元510与一除法单元520。除法致能单元510用来比较位计数电路140所产生的一目前位数目(例如前述位数累加单元420藉由累加而得的位数目)与一门限(threshold)，当该目前位数目达到该门限时，该目前位数目等于该第一跳变与该第二跳变之间的该位数目，换言之，该门限决定了该第一跳变与该第二跳变之间的该位数目，当该门限愈高，该位数目愈多，据此而得的计算值能够用来反映该接收信号(或说前述传送装置)的一相对长期及稳定的波特率，而当该门限愈低，该位数目愈少，据此而得的计算值能够用来快速地反映该接收信号的一短期的波特率。另外，除法单元520用来在该目前位数目达到该门限时，将该频率数目除以该位数目以得到该计算值。
请参阅图1与图6，图6示出图1的装置100对接收信号进行采样的另一范例。如图6所示，接收信号(图中标示为RXD)包含一字符(character)，该字符包含一个起始位(图中标示为start)、八个数据位(d0、d1、…、d6、d7)与一终止位(stop bit)(图中标示为stop)。当采样电路120检测到该起始位的一初期跳变(initial transition)(图中标示为TSTART)时，采样电路120通知频率计数电路130开始计数，且该起始位的初期跳变是作为该第一跳变。当采样电路120检测到该终止位的一初期跳变(图中标示为TSTOP)时，会产生该跳变通知信号，使频率计数电路130依据该工作频率与该跳变通知信号计数该接收信号的两相邻跳变(即TSTART与TSTOP)之间的一相邻跳变频率数目，且该终止位的初期跳变是作为该第二跳变，因此，频率计数电路130得以依据该相邻跳变频率数目得到该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目。值得注意的是，本范例中，频率计数电路130可按前面公开的作法计数到该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目为m3，位计数电路140可按前面公开的作法计数到该第一跳变与该第二跳变之间的该位数目为九，倘该位周期为R，m3应满足“8.5R<m3<9.5R”以确保位计数电路140所计数的位数目正确，由上可知，本范例中，接收信号的字符的波特率与装置100的波特率的误差容忍度为0.5/9＝5.6％。值得注意的是，接收信号的字符的样式不以图2与图6的范例为限。
由图2与图6的范例可知，该接收信号在该第一跳变与该第二跳变之间可仅包含一字符的一部分(如图2所示)，亦可包含一完整的字符(如图6所示)。当然，藉由适当的设定(例如前述除法致能单元510的门限的设定)，该接收信号在该第一跳变与该第二跳变之间可包含复数个字符，或包含至少一字符与该至少一字符的下一字符的一部分。
请参阅图7，其示出本发明的波特率跟踪及补偿装置的另一实施例。相较于图1，图7的波特率跟踪及补偿装置700进一步包含：一位周期缓存单元710，用来储存该位周期；以及一采样结果储存单元720(例如一移位缓存器(shift register)与一先进先出缓冲器的组合)，用来储存该采样结果。由于位周期缓存单元710与采样结果储存单元720的每一个单独而言属于习知技术，故细节予以省略。值得注意的是，图1与图7的实施例中，该第一跳变与该第二跳变之间的该接收信号不包含一训练序列(training sequence)用于波特率跟踪及/或校准(baud rate tracking and/or calibration)，换言之，图1与图7的实施例无需训练序列即可进行波特率的跟踪与补偿，进一步而言，图1与图7的实施例无论有无训练序列都可进行波特率的跟踪与补偿。另值得注意的是，图1与图7的实施例中，在产生该采样结果前，波特率跟踪及补偿装置100的波特率会被设定成与前述传送装置的波特率相同，其中该接收信号是来自该传送装置。
本发明进一步公开一种波特率跟踪及补偿方法，该方法是由本发明的波特率跟踪及补偿装置或其等效装置来执行。如图8所示，该方法的一实施例包含下列步骤：
步骤S810：产生一工作频率。本步骤可由图1的频率产生单元110来执行。
步骤S820：依据该工作频率采样一接收信号以产生一采样结果。本步骤可由图1的采样电路120来执行。
步骤S830：在该采样结果指出该接收信号发生一跳变时，产生一跳变通知信号。本步骤可由图1的采样电路120来执行。
步骤S840：依据该工作频率以及该跳变通知信号计数该接收信号的一第一跳变与该接收信号的一第二跳变之间的一频率数目。本步骤可由图1的频率计数电路130来执行。
步骤S850：依据该工作频率以及一位周期计数该第一跳变与该第二跳变之间的一位数目，其中该位周期对应(例如：大于或等于)该工作频率的复数个周期。本步骤可由图1的位计数电路140来执行。
步骤S860：将该频率数目除以该位数目以得到一计算值，并依据该计算值更新该位周期。本步骤可由图1的计算电路150来执行。
由于本领域具有通常知识者能够参酌前述装置发明来了解本方法发明的实施细节与变化，亦即前述装置发明的技术特征均可合理应用于本方法发明中，因此，在不影响本方法发明的公开要求与可实施性的前提下，重复及冗余的说明在此予以节略。
综上所述，本发明相较于先前技术无需训练序列即能进行波特率的跟踪与补偿，从而增加应用上的弹性。
虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。
符号说明
100 波特率跟踪及补偿装置
110 频率产生单元
120 采样电路
130 频率计数电路
140 位计数电路
150 计算电路
CLK 工作频率
RXD 接收信号
TS 跳变通知信号
BC 位周期
BN 位数通知信号
CAL 计算值
start 起始位
d0～d7 数据位
stop 终止位
跳变 TSTART、Td2、Td4、Td6、TSTOP
m0、m3 第一跳变与第二跳变之间的频率数目
t0～t9 采样时间点
310 频率计数单元
320 频率数累加单元
410 位计数单元
420 位数累加单元
510 除法致能单元
520 除法单元
700 波特率跟踪及补偿装置
710 位周期缓存单元
720 采样结果储存单元
S810～S860 步骤。

Claims (10)

1.一种波特率跟踪及补偿装置，包含：
一采样电路，用来依据一工作频率采样一接收信号以产生一采样结果，该采样电路在该采样结果指出该接收信号发生一跳变时，用来产生一跳变通知信号；
一频率计数电路，用来依据该工作频率以及该跳变通知信号计数该接收信号的一第一跳变与该接收信号的一第二跳变之间的一频率数目；
一位计数电路，用来依据该工作频率与一位周期计数该第一跳变与该第二跳变之间的一位数目，其中该位周期对应该工作频率的复数个周期；以及
一计算电路，用来将该频率数目除以该位数目以得到一计算值，并依据该计算值更新该位周期。
2.根据权利要求1所述的波特率跟踪及补偿装置，其中该频率计数电路进一步用来依据该工作频率与该位周期产生至少一位数通知信号，以及该位计数电路依据该位数通知信号计数该第一跳变与该第二跳变之间的该位数目。
3.根据权利要求2所述的波特率跟踪及补偿装置，其中该位计数电路包含：
一位计数单元，用来在该第一跳变与该第二跳变之间的时间内，依据该位数通知信号与该跳变通知信号计数该接收信号的每两个相邻跳变之间的一相邻跳变位数目；以及
一位数累加单元，用来累加每个该相邻跳变位数目，以产生该第一跳变与该第二跳变之间的该位数目。
4.根据权利要求1所述的波特率跟踪及补偿装置，其中该频率计数电路包含：
一频率计数单元，用来在该第一跳变与该第二跳变之间的时间内，依据该工作频率与该跳变通知信号计数该接收信号的每两个相邻跳变之间的一相邻跳变频率数目；以及
一频率数累加单元，用来累加该相邻跳变频率数目，以产生该第一跳变与该第二跳变之间的该频率数目。
5.根据权利要求1所述的波特率跟踪及补偿装置，其中该位计数电路包含：
一位计数单元，用来在该第一跳变与该第二跳变之间的时间内，依据该工作频率、该位周期与该跳变通知信号计数该接收信号的每两个相邻跳变之间的一相邻跳变位数目；以及
一位数累加单元，用来累加每该相邻跳变位数目，以产生该第一跳变与该第二跳变之间的该位数目。
6.根据权利要求1所述的波特率跟踪及补偿装置，其中该计算电路包含：
一除法致能单元，用来比较该位计数电路所产生的一目前位数目与一门限，其中当该目前位数目达到该门限时，该目前位数目等于该第一跳变与该第二跳变之间的该位数目；以及
一除法单元，用来在该目前位数目达到该门限时，将该频率数目除以该位数目以得到该计算值。
7.根据权利要求1所述的波特率跟踪及补偿装置，其中该第一跳变与该第二跳变之间的该接收信号不包含一训练序列用于波特率跟踪和/或校准。
8.一种波特率跟踪及补偿方法，是由一波特率跟踪及补偿装置来执行，包含下列步骤：
产生一工作频率；
依据该工作频率采样一接收信号以产生一采样结果；
在该采样结果指出该接收信号发生一跳变时，产生一跳变通知信号；
依据该工作频率以及该跳变通知信号计数该接收信号的一第一跳变与该接收信号的一第二跳变之间的一频率数目；
依据该工作频率以及一位周期计数该第一跳变与该第二跳变之间的一位数目，其中该位周期对应该工作频率的复数个周期；以及
将该频率数目除以该位数目以得到一计算值，并依据该计算值更新该位周期。
9.根据权利要求8所述的波特率跟踪及补偿方法，进一步包含下列步骤：
检测该接收信号的一起始位，并在检测到该起始位时，将该起始位的一初期跳变作为该第一跳变。
10.根据权利要求8所述的波特率跟踪及补偿方法，其中该第一跳变与该第二跳变之间的该接收信号不包含一训练序列用于波特率跟踪及/或校准。
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