[发明专利]通用序列总线的频率同步装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种频率同步装置，尤其涉及一种用于通用序列总线传输实时数据时所使用的频率同步装置及方法。

背景技术

近几年来，由于3C产业的快速成长，使得各种产品相互间传递数据用的传输接口也不断地在演进，以目前来讲，通用序列总线(USB)传输接口的发展已经相当成熟并且也十分普及，而在计算机平台上，通用序列总线也已成为主要的传输接口，以让使用者得以方便地进行各种产品的连接。

而在通用序列总线的规格中，定义了四种传输型式(Transfer Type)，分别为控制传输型式(Control Transfer Type)、中断传输型式(InterruptTransfer Type)、大量传输型式(Bulk Transfer Type)以及等时传输型式(Isochronous Transfer Type)。其中，不同的传输型式适用于不同的应用产品，在需要保证数据传输具有连续性及实时性的条件的产品(如：USB语音通讯设备、USB扩音设备等)中，通常就会使用到等时传输型式，甚至有时也会利用到中断传输型式。

而在通用序列总线的等时传输型式中，是以一固定时间周期来进行传输，并且每次传输一所需的数据量。例如在计算机网络语音电话应用中，网络语音电话利用麦克风收音，再经过模拟信号转数字信号转换(ADC)处理，将声音数字化并以每秒16000(16K)个采样速度进行取样(Sample rate 16K/Sec)，此数据会以每1ms传送16个声音采样数据的速率，通过等时传输型式的规格传递给计算机端；相对的，计算机端所使用的等时传输型式的规格是以每1ms接收16个声音采样数据方式进行接收声音采样数据。

然而通常在上述利用等时传输型式的规格来传输数据时，会遇到计算机端与外接设备间传输数据量不同步问题。由于计算机端及外接设备是各自设计有系统频率振荡器，两者间所产生的频率会有轻微差异，并且此差异会累积，当误差累积够大时，若计算机端的频率比较快，则因计算机端传送的数据量会比外接设备能消耗的数据量多，所以外接设备必需将多余的声音数据丢弃；反之，若计算机端的频率比较慢，则因计算机端传送的数据量会比外接设备能消耗的数据量少，所以外接设备必需自行产出声音数据来补不足的声音数据。但如此一来，只要计算机端与外接设备间的频率振荡不一致，在一段时间的累积下就会出现杂音的现象，以致让声音数据的传输质量大幅降低。

就目前的解决方法，在较为要求音质的产品上，为了改善此一问题，便会设计使用模拟锁相回路(Analog Phase Lock Loop)来获得通用序列总线的总线时脉(Bus Clock)，使得计算机端与外接装置端的频率能够同步，但此种方法若模拟锁相回路的特性不佳，在长时间的累积之下仍可能出现一定的误差。另外，当然也有单纯从装置端控制器的韧体(Firmware)上来改善的作法，但在效能上自然也就不及直接从硬件上作改良的效能，再者各家控制器厂商的作法不一，使得对问题的改善程度也就有所差异。

另外，若装置端使用了过密采样技术(over-sampling)的模拟数字转换器或数字模拟转换器，则除了控制采样速度的时脉之外，还必须保持采样速度与过密采样时钟的倍数关系。而前述除了特定的模拟锁相回路可解决问题，其它作法便只能进行程度上的改善而无法完全解决问题。但使用模拟锁相回路的方式解决此问题，则需再特别设计模拟锁相回路的电路架构，于是在芯片设计的困难度上以及芯片量产与测试的成本上都会大幅增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于设计出能根据主机端所送出数据的数据量来调整装置端的频率速度的装置及方法。其利用通用序列总线(USB)在每1ms所固定送出的讯框起始标记(Start of Frame Token，SOF Token)来作为参考时脉(误差约为±500ns)，以产生一锁频信号，并且使得此锁频信号的周期时间(Cycle Time)会随着前一次的参考时脉的周期时间而自动进行微调。于是，在短时间内即可锁住同步频率，并且可消除长时间下在通用序列总线的主机端与装置端两端的频率差异所累积的误差。借此，以解决通用序列总线传输实时数据时，因主机端与装置端的频率差异所引起的数据量不同步，而产生数据不稳定的问题。