TWI500256B - 振盪頻率偏移偵測方法以及振盪頻率偏移偵測電路 - Google Patents

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Description

振盪頻率偏移偵測方法以及振盪頻率偏移偵測電路
本發明有關於振盪電路，特別有關於振盪頻率偏移偵測方法以及電路。
第1圖繪示了晶體振盪器(oscillating crystal)之輸出振盪頻率和溫度關係的示意圖。在不同的溫度下，晶體振盪器所輸出的振盪頻率會有偏移的現象。這樣的曲線會呈現S形，也通稱為S曲線。這樣的振盪頻率偏移會對電子裝置造成很大的影響。一種補償方法係為採用溫度補償型(Temperature Compensated)晶體振盪器以改善這個問題，但溫度補償型晶體振盪器之價格相較於一般晶體振盪器相當高。而另一種補償方法為預先得知S曲線(例如由製造商提供)，然後使用另一個晶體振盪器來對其作補償。然而，即使知道了S曲線，要進行補償仍需要相當繁瑣的控制機制。
本發明之一目的為提供一種振盪頻率偏移偵測電路與方法，以解決上述的問題。
本發明之一目的為提供一種振盪頻率偏移偵測電路與方法，在無繁瑣的控制機制的狀況下來補償振盪頻率偏移。
本發明之一實施例揭露了一種偵測一晶體振盪器的振盪頻率偏移的偵測方法，包含：接收一振盪訊號，其中該振盪訊號由一晶體振盪器所產生，該振盪訊號具有一振盪頻率；根據該振盪訊號來產生一自混合訊號；求出該自混合訊號的振盪一特定頻率範圍內的最大能量的一自混合頻率；以及根據振盪頻率以及該最大能量的自混合頻率，來計算出該振盪頻率的頻率偏移量。
本發明之另一實施例揭露了一種振盪頻率偏移偵測電路，包含：一自混合器，根據一振盪訊號來產生一自混合訊號，該振盪訊號具有一振盪頻率；以及一控制電路，計算出該自混合訊號在一特定頻率範圍內的最大能量處的一自混合頻率，並根據振盪頻率以及該振盪自混合頻率，來計算出該頻率偏移量。
藉由上述之實施例，可以利用簡單電路偵測出振盪頻率偏移就可補償其振盪頻率偏移。
所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及請求項並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。且在通篇說明書及請求項當中所提及的「包含」係解釋成「包含但不限定於」。以外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的 電氣連接手段。
第2圖繪示了根據本發明之一實施例的頻率偏移偵測電路200之電路圖。如第2圖所示，該偵測電路200包含一頻率混合器(mixer)201、一自混合器203、一增益放大器205、一類比數位轉換器207、一傅利葉轉換器209以及一控制電路211。頻率混合器201用以將一振盪頻率OF混合至一具有一輸入頻率f之輸入訊號IS，來產生一混合訊號MS，此振盪頻率OF係由欲偵測的目標所產生。將混合訊號MS傳輸到自混合器203後，利用自混合器203進行自混合產生一自混合訊號SMS。然後，自混合訊號SMS會從類比定義域進入數位定義域(例如利用類比數位轉換器207進行轉換)，由傅利葉轉換器209進行傅利葉轉換，然後經由控制電路211根據傅利葉轉換後的自混合訊號SMS，來求得自混合訊號SMS在2倍振盪頻率附近的一特定(固定)範圍內的最大振幅(或稱能量power)的自混合頻率fpower_max 。之後控制電路211會將此最大能量的自混合頻率fpower_max 除以2，並與振盪頻率OF以及輸入頻率f比較後，來求得振盪頻率OF跟一預定頻率的頻率偏移量。此預定頻率係晶體振盪器原先被預期產生的振盪頻率。
底下將舉例詳細說明偵測電路200之詳細運作方式。
若假設IS之訊號為cos(2*pi*f*t)，其中f為輸入頻率則混合訊號MS可表示如恆等式(1)： MS=IS*OF=cos(2*pi*f*t)*cos(2*pi*fOF *t)=1/2*[cos(2*pi*(f-fOF )*t)+cos(2*pi*(f+fOF )*t)]......恆等式(1)其中，fOF 係表示待測試的振盪晶體所輸出的振盪頻率(即訊號OF的頻率)。如此，自混合訊號SMS會產生5個頻率成分，如以下公式推導：
A =cos(2πft ),f即為前述的IS輸入頻率，可為一數位類比轉換器的輸出訊號`之頻率。
OF =cos(2πf OF t )，此為第2圖所述中的OF訊號。
若OF具有頻率偏移fs ，則實際的OF頻率會等於預期的OF頻率加fs °
因此，將IS混合OF後，會得到： 即第2圖所示之混合訊號MS。
而自混合處理的詳細計算可如下所示：若令a =c =cos[2π (f -f OF -f S )t ]並令b =d =cos[2π (f +f OF +f S )t ]則B自混合後，可得到
因此，根據前述公式，可得知自混合訊號SMS會具有5個頻率成分(frequency component)
Frequency 1→直流成份........頻率成分(1)
Frequency 2→2f..........................頻率成分(2)
Frequency 3→2fOF +2fs -2f................頻率成分(3)
Frequency 4→2fOF +2fs ..............................頻率成分(4)
Frequency 5→2fOF +2fs +2f...............頻率成分(5)
根據頻率成分(3)，(4)及(5)，若振盪頻率fOF 無飄移現象，則混合訊號SMS的頻率成分(4)會等於2倍振盪頻率fOF ；頻率成分(3)and(5)則會等於2倍振盪頻率fOF 再加上或減去2倍輸入頻率f。
但若振盪頻率fOF 產生了飄移頻率fs，則自混合訊號SMS的頻率成分(3),(4)and(5)除了原本的關係外，還會加上2倍的飄移頻率fs.所以頻漂的資訊可從頻率成分(3),(4)與(5)獲得.(選擇偵測其中一個頻率即可，取固定範圍內的用意就是在此，這3個頻率成分都有含頻漂的資訊)。請留意，若僅偵測頻率成份(4)，而不偵測頻率成份(3)和(5)，則不受到輸入頻率f的影響。於此情況下，第2圖中的實施例可不輸入前述的輸入訊號IS，僅以具有振盪頻率OF的訊號進行自混合，亦可求出頻率偏移。於此情況下，頻率混合器201可予以省略。
根據頻率成分(3)，(4)及(5)可知，將數位化後的自混合訊號SMS在2倍振盪頻率fOF 附近固定範圍內的最大能量的頻率求出後(其中一種方法為對數位化後的自混合訊號SMS進行傅利葉轉換，如第2圖所示)，再除以2並跟振盪頻率fOF 以及輸入頻率f比對，便可得到振盪頻率偏移fs。由於知道相對應關係，即可適當的運算求出振盪頻率偏移。亦可使用不同的比對方式，例如：振盪頻率fOF 以及輸入頻率f乘2後再進行比對，便可得2倍的振盪頻率偏移2×fs。此類可達成相同目的的簡單變化，均應包含在本發明所涵蓋的範圍之內。
須注意的是，第2圖中所示的實施例僅用以舉例，並非用以限定本發明。舉例來說，若訊號本身強度已經足夠，可以不需要增益放大器205。而且也可用其他電路取代傅利葉轉換來求得數位化後的 自混合訊號SMS在2倍振盪頻率fOF 附近固定範圍內之最大頻率。另一實施例，若另外偵測傳收電路的溫度，則可以得到溫度跟振盪頻率偏移的相對應關係。此相對應關係可予以儲存，然後在需要補償振盪頻率時，使用第3圖所示的電路予以補償。如第3圖所示，將需要補償的訊號OS轉換為數位訊號後，以ejωt 之形式(其中ω=2*pi*(±fs ))將其輸入至頻率混合器305，以補償數位化後的訊號OS。
第4圖繪示了根據本發明之一實施例的偵測電路使用於傳收電路400之電路圖。如第4圖所示，功率放大器401、頻率混合器402以及數位類比轉換器403構成一訊號傳送路徑，而低雜訊放大器407、頻率混合器409以及類比數位轉換器411形成了一訊號接收路徑。此外，傳收電路400更包含了頻率混合器405、開關元件413、傅利葉轉換器415以及頻率混合器417(亦可視為一補償單元)。請留意功率放大器401以及低雜訊放大器407可不包含在第4圖所示的實施例中。在通常狀態下，訊號傳送路徑用以傳送一傳送訊號TS，而訊號接收路徑用以接收一接收訊號RS，而開關元件413使訊號接收路徑耦接或直接連接到頻率混合器417，可在溫度變化時，進行補償。而在頻率偏移偵測模式下，開關元件413使訊號傳送路徑耦接到傅利葉轉換器415，如此，頻率混合器402、405以及傅利葉轉換器415便形成了第2圖所示的振盪頻率偏移偵測電路。可偵測振盪頻率OF是否有振盪頻率偏移。
第5圖繪示了根據本發明之一實施例的振盪頻率偏移偵測方法之流程圖，由於前面的實施例，可輕易理解第5圖之振盪頻率偏移偵測方法之流程圖，所以省略其說明。請留意，如前所述，可不輸入輸入訊號IS，於此情況下，則步驟501可予以省略，步驟503和505則可修改成：根據振盪訊號來產生自混合訊號。
第6圖繪示了使用第4圖之傳收電路的電子裝置之示意圖。如第6圖所示，電子裝置600包含了傳收電路601、天線602、晶體振盪器607、控制電路609以及儲存裝置611。其中傳收電路601包含了如第4圖所示的電路結構以及溫度感測器603和傳收控制器605，可在工作狀態下的進行接收、傳送訊號，並在偵測模式下偵測晶體振盪器607之振盪頻率偏移。同時，溫度感測器603可偵測傳收電路的溫度T，並傳送給傳收控制器605。如此，控制電路609會將振盪頻率偏移fs以及感測到的溫度T之對應關係儲存到儲存裝置613。當儲存裝置613儲存了頻率偏移fs以及感測到的溫度T之對應關係後，控制電路609便可直接依據溫度T進行頻率偏移補償。
第7圖繪示了第6圖所示之電子裝置的動作流程圖。其包含下列步驟：
步驟703
偵測傳收電路的溫度。
步驟705
現今的溫度T下之頻率偏移是否已知？若是則進入步驟711，若否則進入步驟707。
步驟707
偵測溫度T下的振盪頻率偏移。
步驟709
儲存溫度T以及相對應的振盪頻率偏移fs之對應關係。然而，步驟709可予以省略，也就是說，可以即時的偵測溫度T以及相對應的振盪頻率偏移，然後不儲存而直接進入步驟711，進行補償。
步驟711
補償數位定義域中的振盪頻率偏移。
本發明的振盪頻率偏移偵測電路並不限於偵測因為溫度T所引起的振盪頻率偏移。而是其可偵測任何因素所引起的頻率偏移。
本發明的實施例中，該些電路可有多種實施方式，此為本技術領域所熟知的，例如：控制電路211可利用硬體描述語言(Verilog或是VHDL)來完成整個電路、或是利用中央控制電路(CPU)配合軟體、或是微控制電路(controller)配合韌體(firmware)皆可直接完成上述運算、流程圖等操作。當然，本領域的人士尚可輕易思及其他變化， 例如，若將混合訊號進行自混合二次，則可於有其他倍振盪頻率附近範圍內的尋找另一個自混合頻率，再進行相對應的運算仍可實現本發明；又例如：自混合的對象由混合訊號變更為輸入訊號，再進行相對應的運算亦可輕易完成本發明。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明請求項所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
200‧‧‧偵測電路
201‧‧‧頻率混合器
203‧‧‧自混合器
205、301‧‧‧增益放大器
207、303、411‧‧‧類比數位轉換器
209、415‧‧‧傅利葉轉換器
211‧‧‧控制電路
305、402、405、409、417‧‧‧頻率混合器
400、601‧‧‧傳收電路
401、407‧‧‧功率放大器
403‧‧‧數位類比轉換器
413‧‧‧開關元件
600‧‧‧電子裝置
602‧‧‧天線
603‧‧‧溫度感測器
605‧‧‧傳收控制器
607‧‧‧晶體振盪器
609‧‧‧控制電路
611‧‧‧儲存裝置
第1圖繪示了習知技術中，晶體振盪器之輸出頻率和溫度關係的示意圖。
第2圖繪示了根據本發明之一實施例的振盪頻率偏移偵測電路之電路圖。
第3圖繪示了當算出振盪頻率偏移後，如何補償振盪頻率偏移的示意圖。
第4圖繪示了根據本發明之一實施例的振盪頻率偏移偵測電路，使用於傳收電路之電路圖。
第5圖繪示了根據本發明之一實施例的振盪頻率偏移偵測方法之流程圖。
第6圖繪示了使用第4圖之傳收電路的電子裝置之示意圖。
第7圖繪示了第6圖所示之電子裝置的動作流程圖。
200．．．振盪頻率偏移偵測電路
201．．．頻率混合器
203．．．自混合器
205．．．增益放大器
207．．．類比數位轉換器
209．．．傅利葉轉換器
211．．．控制電路

Claims (15)

  1. 一種振盪頻率偏移偵測方法，包含：接收一振盪訊號，其中該振盪訊號由一晶體振盪器所產生，該振盪訊號具有一振盪頻率；根據該振盪訊號來產生一自混合訊號；求出該自混合訊號的一特定頻率範圍內的最大能量的一自混合頻率；以及根據振盪頻率以及該最大能量的自混合頻率，來計算出該振盪頻率的一頻率偏移量。
  2. 如請求項第1項所述之振盪頻率偏移偵測方法，更包含接收一輸入訊號，其中該輸入訊號具有一輸入頻率；其中根據該振盪訊號來產生該自混合訊號之步驟更包含將該振盪訊號以及該輸入訊號進行混合，來產生一混合訊號，並對該混合訊號來進行自混合以產生該自混合訊號，且計算該頻率偏移量的步驟包含根據該振盪頻率和該輸入頻率，以及該最大能量的自混合頻率，來計算出該頻率偏移量。
  3. 如請求項第1項所述之振盪頻率偏移偵測方法，其中該晶體振盪器係使用於一傳收電路上，其中該振盪頻率偏移偵測方法包含：偵測該傳收電路的溫度；以及儲存該溫度以及該頻率偏移量的對應關係。
  4. 如請求項第1項所述之振盪頻率偏移偵測方法，其中求得該最大能量的自混合頻率步驟包含：使該自混合訊號進入一數位定義域；以及對該自混合訊號施行一傅利葉轉換來求得該最大能量的自混合頻率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之振盪頻率偏移偵測方法，其中計算出該振盪頻率的頻率偏移量之該步驟包含將該自混合頻率除以2，並與該振盪頻率比較來求得該頻率偏移量。
  6. 如請求項第1項所述之振盪頻率偏移偵測方法，其中，該特定頻率範圍係位於在2倍振盪頻率附近的固定範圍。
  7. 一種振盪頻率偏移偵測電路，包含：一自混合器，根據一振盪訊號來產生一自混合訊號，該振盪訊號具有一振盪頻率；以及一控制電路，計算出該自混合訊號在一特定頻率範圍內的最大能量處的一自混合頻率，並根據振盪頻率以及該自混合頻率，來計算出該頻率偏移量。
  8. 如請求項第7項所述之振盪頻率偏移偵測電路，更包含：一頻率混合器，用以將該振盪訊號混合至一輸入訊號，來產生一混合訊號，其中該輸入訊號具有一輸入頻率，且該自混合器自混 合該混合訊號，來產生該自混合訊號；其中該控制電路更依據該振盪頻率、該輸入頻率以及該最大能量的自混合頻率，來計算出該頻率偏移量。
  9. 如請求項第8項所述之振盪頻率偏移偵測電路，係使用於一傳收電路。
  10. 如請求項第9項所述之振盪頻率偏移偵測電路，該傳收電路之一訊號傳送路徑共用該頻率混合器。
  11. 如請求項第9項所述之振盪頻率偏移偵測電路，該傳收電路還包括：一補償單元；以及一開關元件，係耦接於該傳收電路與該補償單元之間。
  12. 如請求項第9項所述之振盪頻率偏移偵測電路，還包含：一溫度探測器，偵測該傳收電路的溫度；以及一儲存裝置，用以紀錄該溫度以及該頻率偏移量的對應關係。
  13. 如請求項第7或9或10項所述之振盪頻率偏移偵測電路，其中，該特定頻率範圍係位於在2倍振盪頻率附近的頻率範圍。
  14. 如請求項第7或9或10項所述之振盪頻率偏移偵測電路，更包 含一傅利葉轉換器，用以在該自混合訊號進入一數位定義域後，對該自混合訊號施行一傅利葉轉換，且該控制電路根據執行該傅利葉轉換後的該自混合訊號求得該自混合頻率。
  15. 如請求項第7或9或10項所述之振盪頻率偏移偵測電路，其中該控制電路將該自混合頻率除以2，並與該振盪頻率以及該輸入頻率比較來求得該頻率偏移量。
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