具有频率校正机制的信号中继装置及方法与流程

1.本发明涉及信号中继技术，特别涉及一种具有频率校正机制的信号中继装置及方法。


背景技术：

2.在电子装置中，信号传输技术对速度的需求越来越高。以hdmi 2.1规格为例，此技术为提升传输带宽定义了全新的固定速率链路(fixed rate link；frl)传输模式，信号在开始传输前会先进行握手，检测信号在高速传输下的品质能否符合hdmi 2.1的要求。如果固定速率链路的连接成立，那么带宽最高可支持到12gbps。
3.在这样的情形下，当信号中继装置被应用以进行高速传输技术的数据传输时，往往需要设置采用石英振荡技术的时钟来维持传输的精确度。然而，这样的配置方式将使得成本上升。如何兼顾精准度以及成本，在信号中继装置的设计上成为一大挑战。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术的问题，本发明的一个目的在于提供一种具有频率校正机制的信号中继装置及方法，以改善现有技术。
5.本发明包括一种具有频率校正机制的信号中继装置，包括：时钟产生电路、频率产生电路、时钟测量电路、频率调整电路以及传输电路。时钟产生电路配置以产生时钟源信号。频率产生电路配置以接收时钟源信号并根据转换参数产生目标频率信号。时钟测量电路配置以根据外部参考时钟信号，测量时钟源信号的源频率相对于第一预设频率的第一频偏量。频率调整电路配置以在第一频偏量不位于第一预设范围时，根据第一频偏量对频率产生电路的转换参数进行调整，以使目标频率信号的目标频率相对于第二预设频率的第二频偏量而言位于第二预设范围内。传输电路配置以根据目标频率信号进行信号传输。
6.本发明还包括一种具有频率校正机制的信号中继方法，应用于信号中继装置中，包括：使时钟产生电路产生时钟源信号；使频率产生电路接收时钟源信号并根据转换参数产生目标频率信号；使时钟测量电路根据外部参考时钟信号，测量时钟源信号的源频率相对于第一预设频率的第一频偏量；使频率调整电路在第一频偏量不位于第一预设范围时，根据第一频偏量对频率产生电路的转换参数进行调整，以使目标频率信号的目标频率相对第二预设频率的第二频偏量位于第二预设范围内；以及使传输电路根据目标频率信号进行信号传输。
7.有关本发明的特征、实施与功效，现结合附图对优选实施例详细说明如下。
附图说明
8.图1a以及图1b分别为根据本发明一实施例示出的一种电子装置的模块图；
9.图2为根据本发明一实施例示出的信号中继装置更详细的电路图；
10.图3为根据本发明一实施例示出的时钟源信号以及外部参考时钟信号的示意图；
以及
11.图4为根据本发明一实施例示出的一种具有频率校正机制的信号中继方法的流程图。
具体实施方式
12.本发明的一个目的在于提供一种具有频率校正机制的信号中继装置及方法，根据时钟源信号的频偏量来调整频率产生电路的目标频率信号的频偏量，在无需采用石英振荡技术设置时钟的低成本情形下维持时钟信号的精准度。
13.请同时参照图1a以及图1b。图1a以及图1b分别为根据本发明一实施例示出的一种电子装置100的模块图。
14.在图1a的实施例中，电子装置100包括：电路板110、信号接收芯片120以及具有频率校正机制的信号中继装置130。其中，信号接收芯片120以及信号中继装置130设置在电路板110上。
15.电子装置100可与一包括信号传输芯片140的另一电子装置(未示出)根据例如、但不限于高清多媒体界面(high definition multimedia interface；hdmi)、显示端口(displayport；dp)以及通用串行总线(universal serial bus；usb)type-c中的一个的传输界面规格进行通信。
16.在图1a中，信号中继装置130设置在信号接收芯片120以及信号传输芯片140之间，并配置以在信号接收芯片120以及信号传输芯片140之间进行信号中继传输。举例而言，包括信号接收芯片120的电子装置100进行运作以作为信号接收端(sink)，并可为例如、但不限于电视或显示器等装置。包括信号传输芯片140的另一电子装置进行运作以作为信号传输端(source)，并可为笔记本电脑或dvd播放器等装置。因此，信号接收芯片120通过信号中继装置130接收来自信号传输芯片140的信号接收并进行处理，例如、但不限于进行影像信号的处理与显示。
17.信号中继装置130包括传输电路tx以及接收电路rx。如图1a所示，信号中继装置130可通过以虚线示出的路径由接收电路rx从信号传输芯片140接收信号，并通过传输电路tx传输至信号接收芯片120。
18.相对地，在图1b的实施例中，电子装置100包括：电路板110、信号传输芯片140以及具有频率校正机制的信号中继装置130。其中，信号传输芯片140以及信号中继装置130设置在电路板110上。
19.电子装置100可与包括信号接收芯片120的另一电子装置(未示出)根据例如、但不限于高清多媒体界面、显示端口以及通用串行总线type-c中的一个的传输界面规格进行通信。
20.在图1b中，信号中继装置130同样设置在信号接收芯片120以及信号传输芯片140之间，并配置以在信号接收芯片120以及信号传输芯片140之间进行信号中继传输。举例而言，包括信号传输芯片140的电子装置100进行运作以作为信号传输端，并可为例如、但不限于笔记本电脑或dvd播放器等装置。包括信号接收芯片120的另一电子装置进行运作以作为信号接收端，并可为例如、但不限于电视或显示器等装置。因此，信号传输芯片140通过信号中继装置130传输信号以从信号接收芯片120接收并进行处理，例如、但不限于进行影像信
号的处理与显示。
21.类似地，信号中继装置130包括传输电路tx以及接收电路rx。如图1b所示，信号中继装置130可通过以虚线示出的路径由接收电路rx从信号传输芯片140接收信号，并通过传输电路tx传输至信号接收芯片120。
22.信号中继装置130可根据信号接收芯片120以及信号传输芯片140的传输界面规格进行信号中继传输，避免因信号接收芯片120以及信号传输芯片140之间的连接线(例如：hdmi线)或电路板走线过长而造成信号衰减。
23.举例而言，信号中继装置130可根据高清多媒体界面、显示端口以及通用串行总线type-c中的一个的传输界面规格进行信号中继传输。在不同的实施例中，信号中继装置130可以通过例如、但不限于重定时器(retimer)或重驱动器(redriver)的形式实现。
24.需注意的是，上述将信号中继装置130设置在信号接收芯片120以及信号传输芯片140间的结构仅为一范例。在其他的实施例中，信号中继装置130也可视需求设置在电子装置100所包括的任意两个电路之间。
25.以下将对信号中继装置130的结构以及运作方式进行更详细的说明。
26.请参照图2。图2为根据本发明一实施例示出的信号中继装置130更详细的电路图。
27.如图2所示，除传输电路tx以及接收电路rx外，信号中继装置130还包括：时钟产生电路200、频率产生电路210、时钟测量电路220以及频率调整电路230。
28.时钟产生电路200配置以产生时钟源信号cks。频率产生电路210配置以接收时钟源信号cks并根据转换参数cp产生目标频率信号fqs。更详细地说，频率产生电路210配置以根据转换参数cp对具有源频率的时钟信号cks进行升频，从而产生具有目标频率的目标频率信号fqs。传输电路tx配置以根据目标频率信号fqs进行信号传输。
29.需注意的是，在一实施例中，时钟产生电路200、频率产生电路210、时钟测量电路220以及频率调整电路230也可与传输电路tx所包括的电路整合在一起，而成为传输电路tx的一部分。本发明并不以此为限。
30.在没有温度变化的影响下，时钟源信号cks的源频率将维持在第一预设频率，而目标频率信号fqs的目标频率将维持在第二预设频率。在一数值范例中，第一预设频率可为例如、但不限于27兆赫兹(mhz)，第二预设频率可视需求而为例如、但不限于3千兆赫兹(ghz)、8千兆赫兹以及12千兆赫兹。
31.在一实施例中，时钟产生电路200可为例如、但不限于电感电容振荡电路(lc tank)，以根据非石英振荡技术产生时钟源信号cks。然而，非石英振荡技术容易受温度变化的影响，而使时钟源信号cks的源频率偏离第一预设频率。在转换参数cp并未改变的情形下，频率产生电路210所产生的目标频率信号fqs的目标频率也将偏离第二预设频率。
32.当信号中继装置130的传输电路tx根据目标频率信号fqs，通过前述的传输界面规格(例如：hdmi、dp或usb type-c)进行信号中继传输时，将可能因目标频率信号fqs的目标频率相对第二预设频率的偏离过大，而不符合这些传输界面规格的规范。
33.时钟测量电路220配置以根据外部参考时钟信号cke，测量时钟源信号cks的源频率相对于第一预设频率的第一频偏量。其中，外部参考时钟信号cke由设置在电路板110上且在信号中继装置130外的一个元件所提供，例如但不限于图1a中所示的信号接收芯片120，或是图1b中所示的信号传输芯片140。
34.在一实施例中，外部参考时钟信号cke在预设时间内的平均频率的变动幅度小于预设值。更详细地说，不像石英振荡技术产生的无抖动(jitter)时钟信号，外部参考时钟信号cke仅需要在一段时间内大致稳定即可，并允许抖动的情形出现。
35.在一实施例中，时钟测量电路220通过比较时钟源信号cks以及外部参考时钟信号cke的时钟数来计算频率偏移。其中，时钟数可通过计数各时钟信号的上升沿(rising edge)数目得到。
36.请参照图3。图3为根据本发明一实施例示出的时钟源信号cks以及外部参考时钟信号cke的示意图。
37.如图3所示，时钟源信号cks具有周期长度tcks(相当于源频率fcks的倒数)，并有多个周期cycle_cks。外部参考时钟信号cke具有周期长度tcke(相当于源频率fcke的倒数)，并有多个周期cycle_cke。如果时钟源信号cks与外部参考时钟信号cke两者间的频率比值为m/n，那么两者之间的关系可表示为：
38.tcke*cycle_cke(n)＝tcks*cycle_cks(m)(式1)
39.在一数值范例中，时钟源信号cks的源频率为27兆赫兹(mhz)，外部参考时钟信号cke的参考频率为14.318兆赫兹。如果所测量的外部参考时钟信号cke为8000个周期，那么其与时钟源信号cks的关系如下所示：
40.(1/14.318)*8000＝(1/fcks)*cycle_cks(式2)
41.因此，如果测量到的周期数cycle_cks为15086，那么时钟源信号cks的源频率fcks为准确的27兆赫兹。而如果测量到的周期数cycle_cks为15091，那么时钟源信号cks的源频率fcks为27.009兆赫兹，偏移了333ppm，即超过300ppm。
42.频率调整电路230配置以在第一频偏量不位于第一预设范围时，根据第一频偏量对频率产生电路210的转换参数cp进行调整，以使目标频率信号fqs相对目标频率的第二频偏量位于第二预设范围内。更详细地说，频率调整电路230可在时钟源信号cks的源频率相对第一预设频率的差距过高或是过低时，使目标频率信号fqs的目标频率相对第二预设频率的差距不过高或不过低。
43.其中，就目标频率而言，“位于第二预设范围内”是指符合传输界面规格并且位于该规格所规范的容许范围内。举例而言，在hdmi 2.1标准化协议中，对传输端的时序的误差要求为每百万赫兹不超过300赫兹(300ppm(parts per million))。其他的hdmi、dp或usb type-c的传输界面规格也具有相应的容许范围，在此不再赘述。相对应地，如果上述“第二预设范围”是指每百万赫兹不超过300赫兹的误差要求，那么就时钟源信号cks的源频率而言，“位于第一预设范围内”也可以是指每百万赫兹不超过300赫兹的误差要求。
44.在一实施例中，频率调整电路230为例如、但不限于8051控制芯片或是其他可执行软件或固件的芯片。时钟测量电路220在所测量的第一频偏量不位于第一预设范围时，将发出中断信号is至频率调整电路230。在一实施例中，此中断信号is可包括第一频偏量的信息，以使频率调整电路230据以根据第一频偏量计算产生参数调整量pa，进而根据参数调整量pa对频率产生电路210的转换参数cp进行调整。
45.在经过转换参数cp的调整后，频率产生电路210可使目标频率信号fqs相对目标频率的第二频偏量位于第二预设范围内，进而使传输电路tx进行的信号中继传输符合对应的传输界面规格的规范。
46.在一实施例中，当第一频偏量位于第一预设范围时，频率调整电路230不对转换参数cp进行调整。
47.因此，本发明中的信号中继装置可测量时钟源信号的源频率相对于第一预设频率的第一频偏量，进而在第一频偏量不位于第一预设范围时调整频率产生电路的转换参数，而将目标频率信号相对目标频率的第二频偏量维持在第二预设范围内。信号中继装置可在无需采用石英振荡技术设置时钟的低成本情形下维持时钟信号的精准度。
48.请参照图4。图4为根据本发明一实施例示出的一种具有频率校正机制的信号中继方法400的流程图。
49.除前述装置外，本发明还披露一种信号中继方法400，应用在例如、但不限于图2的信号中继装置130中。信号中继方法400的一实施例如图4所示，包括下列步骤：
50.步骤s410，使时钟产生电路200产生时钟源信号cks。
51.步骤s420，使频率产生电路210接收时钟源信号cks并根据转换参数产生目标频率信号fqs。
52.步骤s430，使时钟测量电路220根据外部参考时钟信号cke，测量时钟源信号cks的源频率相对于第一预设频率的第一频偏量。
53.步骤s440，第一频偏量被判断是否不位于第一预设范围中。在一实施例中，第一频偏量的判断由时钟测量电路220进行，并在判断第一频偏量不位于第一预设范围时，传输中断信号is至频率调整电路230。
54.步骤s450，使频率调整电路230在第一频偏量不位于第一预设范围时，根据第一频偏量对频率产生电路210的转换参数cp进行调整，以使目标频率信号的目标频率相对第二预设频率的第二频偏量位于第二预设范围内。
55.步骤s460，使频率调整电路230在第一频偏量位于第一预设范围时，不对转换参数cp进行调整。
56.步骤s470，在流程执行步骤s450或步骤s460后，使传输电路tx根据目标频率信号fqs进行信号传输。
57.需注意的是，上述的实施方式仅为一范例。在其他实施例中，本领域中具有普通知识的技术人员可以在不违背本发明的精神下进行更改与变动。
58.综合上述，本发明中的信号中继装置及方法可根据时钟源信号的频偏量调整频率产生电路的目标频率信号的频偏量，在无需采用石英振荡技术设置时钟的低成本情形下维持时钟信号的精准度。
59.虽然本发明的实施例如上所述，然而这些实施例并非用来限定本发明，本技术领域中具有普通知识的技术人员可依据本发明中明示或隐含的内容对本发明的技术特征施加变化，这些变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范围，换言之，本发明的专利保护范围应根据权利要求书所界定为准。
60.附图标记说明：
61.100：电子装置
62.110：电路板
63.120：信号接收芯片
64.130：信号中继装置
65.140：信号传输芯片
66.200：时钟产生电路
67.210：频率产生电路
68.220：时钟测量电路
69.230：频率调整电路
70.400：信号中继方法
71.s410～s470：步骤
72.cke：外部参考时钟信号
73.cks：时钟源信号
74.cp：转换参数
75.fqs：目标频率信号
76.is：中断信号
77.pa：参数调整量
78.rx：接收电路
79.tcke、tcks：周期长度
80.cycle_cke、cycle_cks：周期
81.tx：传输电路