TWI769046B - 具有頻率校正機制的訊號中繼裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種具有頻率校正機制的訊號中繼裝置，包含：時脈產生電路、頻率產生電路、時脈量測電路、頻率調整電路及傳送電路。時脈產生電路產生源頭時脈訊號。頻率產生電路接收源頭時脈訊號並根據轉換參數產生目標頻率訊號。時脈量測電路根據外部參考時脈訊號，對源頭時脈訊號的源頭頻率量測相對於第一預設頻率之第一頻偏量。頻率調整電路在第一頻偏量不位於第一預設範圍時，根據第一頻偏量對頻率產生電路的轉換參數進行調整，以使目標頻率訊號的目標頻率相對第二預設頻率之第二頻偏量位於第二預設範圍內。傳送電路根據目標頻率訊號進行訊號傳送。

Description

具有頻率校正機制的訊號中繼裝置及方法
本發明是關於訊號中繼技術，尤其是關於一種具有頻率校正機制的訊號中繼裝置及方法。
在電子裝置中，訊號的傳輸技術對於速度有愈來愈高的需求。以HDMI 2.1 規格為例，此技術為提升傳輸頻寬定義了全新的固定速率連結（Fixed Rate Link； FRL）傳輸模式，在訊號開始傳送前，會先進行交握，檢測訊號在高速傳送下的品質是否能符合HDMI 2.1的要求。如若固定速率連結的連線成立，最高頻寬可支援到12Gbps。
在這樣的情形下，當訊號中繼裝置被應用以進行高速傳輸技術的資料傳輸時，往往需要設置石英振盪技術的時脈來維持傳送的精確度。然而，這樣的配置方式將造成成本上升。如何兼顧精準度以及成本，在訊號中繼裝置的設計上成為一大挑戰。
鑑於先前技術的問題，本發明之一目的在於提供一種具有頻率校正機制的訊號中繼裝置及方法，以改善先前技術。
本發明包含一種具有頻率校正機制的訊號中繼裝置，包含：時脈產生電路、頻率產生電路、時脈量測電路、頻率調整電路以及傳送電路。時脈產生電路配置以產生源頭時脈訊號。頻率產生電路配置以接收源頭時脈訊號並根據轉換參數產生目標頻率訊號。時脈量測電路配置以根據外部參考時脈訊號，對源頭時脈訊號的源頭頻率量測相對於第一預設頻率之第一頻偏量。頻率調整電路配置以在第一頻偏量不位於第一預設範圍時，根據第一頻偏量對頻率產生電路的轉換參數進行調整，以使目標頻率訊號的目標頻率相對第二預設頻率之第二頻偏量位於第二預設範圍內。傳送電路配置以根據目標頻率訊號進行訊號傳送。
本發明更包含一種具有頻率校正機制的訊號中繼方法，應用於訊號中繼裝置中，包含：使時脈產生電路產生源頭時脈訊號；使頻率產生電路接收源頭時脈訊號並根據轉換參數產生目標頻率訊號；使時脈量測電路根據外部參考時脈訊號，對源頭時脈訊號的源頭頻率量測相對於第一預設頻率之第一頻偏量；使頻率調整電路在第一頻偏量不位於第一預設範圍時，根據第一頻偏量對頻率產生電路的轉換參數進行調整，以使目標頻率訊號的目標頻率相對第二預設頻率之第二頻偏量位於第二預設範圍內；以及使傳送電路根據目標頻率訊號進行訊號傳送
有關本案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
本發明之一目的在於提供一種具有頻率校正機制的訊號中繼裝置及方法，根據源頭時脈訊號的頻偏量調整頻率產生電路的目標頻率訊號的頻偏量，在不需設置石英振盪技術的時脈的低成本情形下維持時脈訊號的精準度。
請同時參照圖1A以及圖1B。圖1A以及圖1B分別顯示本發明之一實施例中，一種電子裝置100的方塊圖。
在圖1A的實施例中，電子裝置100包含：電路板110、訊號接收晶片120以及具有頻率校正機制的訊號中繼裝置130。其中，訊號接收晶片120以及訊號中繼裝置130設置於電路板110上。
電子裝置100可與包含訊號傳送晶片140的另一電子裝置（未繪示）根據例如，但不限於高畫質多媒體介面（High Definition Multimedia Interface；HDMI）、顯示埠（DisplayPort；DP）以及通用序列匯流排（Universal Serial Bus；USB）Type-C其中之一的傳輸介面規格進行通訊。
在圖1A中，訊號中繼裝置130設置於訊號接收晶片120以及訊號傳送晶片140之間，並配置以在訊號接收晶片120以及訊號傳送晶片140之間進行訊號中繼傳送。舉例而言，包含訊號接收晶片120的電子裝置100是運作為訊號接收端（sink），並可為例如但不限於電視或是顯示器等裝置。包含訊號傳送晶片140的另一電子裝置是運作為訊號傳送端（source），並可為筆記型電腦或DVD播放器等裝置。因此，訊號接收晶片120透過訊號中繼裝置130接收來自訊號傳送晶片140的訊號接收並進行處理，例如但不限於進行影像訊號的處理與顯示。
訊號中繼裝置130包含傳送電路TX以及接收電路RX。如圖1A所示，訊號中繼裝置130可透過虛線路徑由接收電路RX自訊號傳送晶片140接收訊號，並透過傳送電路TX傳送至訊號接收晶片120。
相對的，在圖1B的實施例中，電子裝置100包含：電路板110、訊號傳送晶片140以及具有頻率校正機制的訊號中繼裝置130。其中，訊號傳送晶片140以及訊號中繼裝置130設置於電路板110上。
電子裝置100可與包含訊號接收晶片120的另一電子裝置（未繪示）根據例如，但不限於高畫質多媒體介面、顯示埠以及通用序列匯流排Type-C其中之一的傳輸介面規格進行通訊。
在圖1B中，訊號中繼裝置130同樣設置於訊號接收晶片120以及訊號傳送晶片140之間，並配置以在訊號接收晶片120以及訊號傳送晶片140之間進行訊號中繼傳送。舉例而言，包含訊號傳送晶片140的電子裝置100是運作為訊號傳送端，並可為例如但不限於筆記型電腦或DVD播放器等裝置。包含訊號接收晶片120的另一電子裝置是運作為訊號接收端，並可為例如但不限於電視或是顯示器等裝置。因此，訊號傳送晶片140透過訊號中繼裝置130傳送訊號以由訊號接收晶片120接收並進行處理，例如但不限於進行影像訊號的處理與顯示。
類似地，訊號中繼裝置130包含傳送電路TX以及接收電路RX。如圖1B所示，訊號中繼裝置130可透過虛線路徑由接收電路RX自訊號傳送晶片140接收訊號，並透過傳送電路TX傳送至訊號接收晶片120。
訊號中繼裝置130可根據訊號接收晶片120以及訊號傳送晶片140的傳輸介面規格進行訊號中繼傳送，避免訊號接收晶片120以及訊號傳送晶片140之間的連接線（例如：HDMI線）或電路板走線過長造成訊號衰減。
舉例而言，訊號中繼裝置130可根據高畫質多媒體介面、顯示埠以及通用序列匯流排Type-C其中之一的傳輸介面規格進行訊號中繼傳送。在不同實施例中，訊號中繼裝置130可以例如，但不限於重定時器（retimer）或重驅動器（redriver）的形式實現。
須注意的是，上述將訊號中繼裝置130設置於訊號接收晶片120以及訊號傳送晶片140間的結構僅為一範例。於其他實施例中，訊號中繼裝置130亦可視需求設置於電子裝置100所包含的任二電路之間。
以下將對於訊號中繼裝置130的結構以及運作方式進行更詳細的說明。
請參照圖2。圖2顯示本發明一實施例中，訊號中繼裝置130更詳細的電路圖。
如圖2所示，除傳送電路TX以及接收電路RX外，訊號中繼裝置130更包含：時脈產生電路200、頻率產生電路210、時脈量測電路220以及頻率調整電路230。
時脈產生電路200配置以產生源頭時脈訊號CKS。頻率產生電路210配置以接收源頭時脈訊號CKS並根據轉換參數CP產生目標頻率訊號FQS。更詳細的說，頻率產生電路210配置以將具有源頭頻率的時脈訊號CKS根據轉換參數CP進行升頻，以產生具有目標頻率的目標頻率訊號FQS。傳送電路TX配置以根據目標頻率訊號FQS進行訊號傳送。
須注意的是，於一實施例中，時脈產生電路200、頻率產生電路210、時脈量測電路220以及頻率調整電路230亦可與傳送電路TX包含的電路整合在一起，而成為傳送電路TX的一部分。本發明並不限於此。
在沒有溫度變化的影響下，源頭時脈訊號CKS的源頭頻率將維持在第一預設頻率，而目標頻率訊號FQS的目標頻率將維持在第二預設頻率。在一數值範例中，第一預設頻率可為例如，但不限於27百萬赫茲（MHz），第二預設頻率可視需求而為例如，但不限於3吉赫（GHz）、8吉赫以及12吉赫。
於一實施例中，時脈產生電路200為例如，但不限於容感振盪電路（LC tank），以根據非石英振盪技術產生源頭時脈訊號CKS。然而，非石英振盪技術容易受溫度的變化影響，而使源頭時脈訊號CKS的源頭頻率偏離第一預設頻率。在轉換參數CP並未改變的情形下，頻率產生電路210所產生的目標頻率訊號FQS的目標頻率也將偏離第二預設頻率。
當訊號中繼裝置130的傳送電路TX根據目標頻率訊號FQS，透過前述的傳輸介面規格（例如：HDMI、DP或USB Type-C）進行訊號中繼傳送時，將可能由於目標頻率訊號FQS的目標頻率偏離第二預設頻率過大，而不符合此些傳輸介面規格的規範。
時脈量測電路220配置以根據外部參考時脈訊號CKE，對源頭時脈訊號CKS的源頭頻率量測相對於第一預設頻率之第一頻偏量。其中，外部參考時脈訊號CKE是由設置於電路板110上且在訊號中繼裝置130之外的一個元件所提供，例如但不限於圖1A所示的訊號接收晶片120，或是圖1B所示的訊號傳送晶片140。
於一實施例中，外部參考時脈訊號CKE在預設時間內的平均頻率的變動幅度小於預設值。更詳細地說，不像石英振盪技術產生的無抖動（jitter）時脈訊號，外部參考時脈訊號CKE僅需要在一段時間內大致穩定即可，並允許抖動的情形出現。
於一實施例中，時脈量測電路220是藉由比較源頭時脈訊號CKS以及外部參考時脈訊號CKE的時脈數來計算頻率偏移。其中，時脈數可透過計數各時脈訊號的正緣（rising edge）數目得到。
請參照圖3。圖3顯示本發明一實施例中，源頭時脈訊號CKS以及外部參考時脈訊號CKE的示意圖。
如圖3所示，源頭時脈訊號CKS具有週期長度Tcks（相當於源頭頻率Fcks的倒數），並有多個週期Cycle_cks。外部參考時脈訊號CKE具有週期長度Tcke（相當於源頭頻率Fcke的倒數），並有多個週期Cycle_cke。如自源頭時脈訊號CKS與外部參考時脈訊號CKE兩者的頻率比值為M/N，則兩者之間的關係可表示為：
Tcke*Cycle_cke(N) = Tcks*Cycle_cks(M) （式1）
在一數值範例中，源頭時脈訊號CKS的源頭頻率為27百萬赫茲（MHz），外部參考時脈訊號CKE的參考頻率為14.318百萬赫茲。如量測的外部參考時脈訊號CKE為8000個週期，則與源頭時脈訊號CKS的關係是如下所示：
(1/14.318) *8000=(1/ Fcks) *Cycle_cks （式2）
因此，如量測到的週期數Cycle_cks為15086，則源頭時脈訊號CKS的源頭頻率Fcks為準確的27百萬赫茲。而如量測到的週期數Cycle_cks為15091，則源頭時脈訊號CKS的源頭頻率Fcks為27.009百萬赫茲，偏移了333ppm，即超過300ppm。
頻率調整電路230配置以在第一頻偏量不位於第一預設範圍時，根據第一頻偏量對頻率產生電路210的轉換參數CP進行調整，以使目標頻率訊號FQS相對目標頻率之第二頻偏量位於第二預設範圍內。更詳細的說，頻率調整電路230可在源頭時脈訊號CKS的源頭頻率相對第一預設頻率的差距過高或是過低時，使目標頻率訊號FQS的目標頻率相對第二預設頻率的差距不過高或是不過低。
其中，就目標頻率而言，「位於第二預設範圍內」 是指符合傳輸介面規格並且位於其所規範的容許範圍內。舉例而言，在HDMI 2.1 標準化協議中，對於傳送端的時序有每百萬赫茲不超過300赫茲（300ppm(parts per million)）的誤差要求。其他的HDMI、DP或USB Type-C的傳輸介面規格亦具有相應的容許範圍，在此不再贅述。相對應地，若上述第二預設範圍是指每百萬赫茲不超過300赫茲的誤差要求，那麼就源頭時脈訊號CKS的源頭頻率而言，「位於第一預設範圍內」也可以是指每百萬赫茲不超過300赫茲的誤差要求。
於一實施例中，頻率調整電路230為例如，但不限於8051控制晶片或是其他可執行軟體或韌體的晶片。時脈量測電路220在所量測的第一頻偏量不位於第一預設範圍時，將發出中斷訊號IS至頻率調整電路230。於一實施例中，此中斷訊號IS可包含第一頻偏量的資訊，以使頻率調整電路230據以根據第一頻偏量計算產生參數調整量PA，進而根據參數調整量PA對頻率產生電路210的轉換參數CP進行調整。
在經過轉換參數CP的調整後，頻率產生電路210可使目標頻率訊號FQS相對目標頻率之第二頻偏量位於第二預設範圍內，進而使傳送電路TX進行的訊號中繼傳送符合對應的傳輸介面規格的規範。
於一實施例中，當第一頻偏量位於第一預設範圍時，頻率調整電路230不對轉換參數CP進行調整。
因此，本發明的訊號中繼裝置可量測源頭時脈訊號的源頭頻率量測相對於第一預設頻率之第一頻偏量，進而在第一頻偏量不位於第一預設範圍時調整頻率產生電路的轉換參數，而將目標頻率訊號相對目標頻率之第二頻偏量維持於第二預設範圍內。訊號中繼裝置可在不需設置石英振盪技術的時脈的低成本情形下維持時脈訊號的精準度。
請參照圖4。圖4顯示本發明一實施例中，一種具有頻率校正機制的訊號中繼方法400的流程圖。
除前述裝置外，本發明另揭露一種訊號中繼方法400，應用於例如，但不限於圖2的訊號中繼裝置130中。訊號中繼方法300之一實施例如圖4所示，包含下列步驟：
於步驟S410，使時脈產生電路200產生源頭時脈訊號CKS。
於步驟S420，使頻率產生電路210接收源頭時脈訊號CKS並根據轉換參數產生目標頻率訊號FQS。
於步驟S430，使時脈量測電路220根據外部參考時脈訊號CKE，對源頭時脈訊號CKS的源頭頻率量測相對於第一預設頻率之第一頻偏量。
於步驟S440，第一頻偏量被判斷是否不位於第一預設範圍中。於一實施例中，第一頻偏量的判斷是由時脈量測電路220進行，並在判斷第一頻偏量不位於第一預設範圍時，傳送中斷訊號IS至頻率調整電路230。
於步驟S450，使頻率調整電路230在第一頻偏量不位於第一預設範圍時，根據第一頻偏量對頻率產生電路210的轉換參數CP進行調整，以使目標頻率訊號的目標頻率相對第二預設頻率之第二頻偏量位於第二預設範圍內。
於步驟S460，使頻率調整電路230在第一頻偏量位於第一預設範圍時，不對轉換參數CP進行調整。
於步驟S470，在流程執行步驟S450或步驟S460後，使傳送電路TX根據目標頻率訊號FQS進行訊號傳送。
需注意的是，上述的實施方式僅為一範例。於其他實施例中，本領域的通常知識者當可在不違背本發明的精神下進行更動。
綜合上述，本發明中訊號中繼裝置及方法可根據源頭時脈訊號的頻偏量調整頻率產生電路的目標頻率訊號的頻偏量，在不需設置石英振盪技術的時脈的低成本情形下維持時脈訊號的精準度。
雖然本案之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本案，本技術領域具有通常知識者可依據本案之明示或隱含之內容對本案之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本案所尋求之專利保護範疇，換言之，本案之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100:電子裝置 110:電路板 120:訊號接收晶片 130:訊號中繼裝置 140:訊號傳送晶片 200:時脈產生電路 210:頻率產生電路 220:時脈量測電路 230:頻率調整電路 400:訊號中繼方法 S410~S470:步驟 CKE:外部參考時脈訊號 CKS:源頭時脈訊號 CP:轉換參數 FQS:目標頻率訊號 IS:中斷訊號 PA:參數調整量 RX:接收電路 Tcke、Tcks:週期長度 Cycle_cke、Cycle_cks:週期 TX:傳送電路
［圖1A］以及［圖1B］分別顯示本發明之一實施例中，一種電子裝置的方塊圖； ［圖2］顯示本發明一實施例中，訊號中繼裝置更詳細的電路圖； ［圖3］顯示本發明一實施例中，源頭時脈訊號以及外部參考時脈訊號的示意圖；以及 ［圖4］ 顯示本發明一實施例中，一種具有頻率校正機制的訊號中繼方法的流程圖。
130:訊號中繼裝置
200:時脈產生電路
210:頻率產生電路
220:時脈量測電路
230:頻率調整電路
CKE:外部參考時脈訊號
CKS:源頭時脈訊號
CP:轉換參數
FQS:目標頻率訊號
IS:中斷訊號
PA:參數調整量
RX:接收電路
TX:傳送電路

Claims (10)

  1. 一種具有頻率校正機制的訊號中繼裝置，包含： 一時脈產生電路，配置以產生一源頭時脈訊號； 一頻率產生電路，配置以接收該源頭時脈訊號並根據一轉換參數產生一目標頻率訊號； 一時脈量測電路，配置以根據一外部參考時脈訊號，對該源頭時脈訊號的一源頭頻率量測相對於一第一預設頻率之一第一頻偏量； 一頻率調整電路，配置以在該第一頻偏量不位於一第一預設範圍時，根據該第一頻偏量對該頻率產生電路的該轉換參數進行調整，以使該目標頻率訊號的一目標頻率相對一第二預設頻率之一第二頻偏量位於一第二預設範圍內；以及 一傳送電路，配置以根據該目標頻率訊號進行一訊號傳送。
  2. 如請求項1所述之訊號中繼裝置，其中該時脈量測電路在該第一頻偏量不位於該第一預設範圍時，產生一中斷訊號至該頻率調整電路。
  3. 如請求項1所述之訊號中繼裝置，其中該頻率調整電路配置以根據該第一頻偏量計算產生一參數調整量，進而根據該參數調整量對該頻率產生電路的該轉換參數進行調整。
  4. 如請求項1所述之訊號中繼裝置，其中該時脈產生電路根據一非石英振盪技術產生該源頭時脈訊號。
  5. 如請求項1所述之訊號中繼裝置，其中該外部參考時脈訊號在一預設時間內的一平均頻率的一變動幅度小於一預設值。
  6. 如請求項1所述之訊號中繼裝置，其中該訊號中繼裝置設置於一電路板上，且設置於一訊號傳送晶片以及一訊號接收晶片之間，該訊號傳送晶片以及該訊號接收晶片其中之一設置於該電路板上並提供該外部參考時脈訊號。
  7. 如請求項6所述之訊號中繼裝置，其中該訊號中繼裝置更包含一接收電路，以透過該傳送電路與該接收電路在該訊號傳送晶片以及該訊號接收晶片之間進行訊號中繼傳送。
  8. 如請求項1所述之訊號中繼裝置，其中該訊號中繼裝置根據高畫質多媒體介面（High Definition Multimedia Interface；HDMI）、顯示埠（DisplayPort；DP）以及通用序列匯流排（Universal Serial Bus；USB）其中之一的傳輸介面規格進行訊號中繼傳送。
  9. 如請求項1所述之訊號中繼裝置，其中該訊號中繼裝置為一重定時器（retimer）或一重驅動器（redriver）。
  10. 一種具有頻率校正機制的訊號中繼方法，應用於一訊號中繼裝置中，包含： 使一時脈產生電路產生一源頭時脈訊號； 使一頻率產生電路接收該源頭時脈訊號並根據一轉換參數產生一目標頻率訊號； 使一時脈量測電路根據一外部參考時脈訊號，對該源頭時脈訊號的一源頭頻率量測相對於一第一預設頻率之一第一頻偏量； 使一頻率調整電路在該第一頻偏量不位於一第一預設範圍時，根據該第一頻偏量對該頻率產生電路的該轉換參數進行調整，以使該目標頻率訊號的一目標頻率相對一第二預設頻率之一第二頻偏量位於一第二預設範圍內；以及 使一傳送電路根據該目標頻率訊號進行一訊號傳送。
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