СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО МАСШТАБИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ СХЕМЫ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
METHOD AND DEVICE FOR DYNAMIC SCALING OF FREQUENCY OF FREQUENCY AUTOMATIC ADJUSTMENT SCHEME FOR MICROPROCESSORS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится в общем к области схем фазовой автоподстройки частоты для синхронизации микропроцессоров и, в частности, к способам и устройству для динамического масштабирования частоты схем фазовой автоподстройки частоты для микропроцессоров.
Уровень техники
Микропроцессоры выполняют вычислительные задачи для разнообразных приложений. Улучшение производительности процессора почти всегда необходимо для обеспечения более быстрой работы и/или улучшенных функциональных возможностей через изменения программного обеспечения. Во многих встраиваемых приложениях, например в переносных электронных устройствах, экономия энергии является также важной задачей при разработке и воплощении процессора.
Многие современные процессоры используют способы динамического масштабирования напряжения и частоты, которые включают в себя изменение рабочей частоты и уровней напряжения процессора в зависимости от требований обработки для экономии потребления энергии. Когда процессор работает на более медленной частоте синхронизации, более низкие рабочие напряжения можно использовать для схем электропитания, что приводит к более низкому использованию энергии.
Один из обычных способов изменения частоты включает в себя программируемую схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), которая работает на одной частоте, приостанавливает свою работу, перепрограммируется для работы на другой частоте, пока ФАПЧ приостановлена, и перезапускается на новой необходимой частоте. Этот подход может вызывать большие колебания тока между рабочими частотами, что приводит к необходимости использовать более надежный источник электропитания. Это может также приводить к остановке работы процессора, управляемого выходом ФАПЧ, в течение многих циклов во время рабочих фаз перепрограммирования и перезапуска.
ФАПЧ содержит генераторы, частотой которых можно управлять с помощью напряжения или тока. Генераторы предназначены для работы в пределах назначенного рабочего диапазона частот. Например, один генератор может быть предназначен для работы между 400 МГц и 800 МГц, в то время как другой генератор может быть предназначен для работы между 800 МГц и 1200 МГц. Эффективность снижается, если нужно разработать генератор для работы в диапазоне между 400 МГц и 1200 МГц. Ширина рабочего диапазона для генератора непосредственно пропорциональна его отрицательным характеристикам дрожания фазы. Поэтому чем больше рабочий диапазон для определенного генератора, тем больше его соответствующие характеристики дрожания фазы. Поэтому существует потребность в генерации изменяющихся по широкому диапазону частот синхронизации, которые имеют низкие характеристики дрожания фазы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из аспектов раскрыта схема фазовой автоподстройки частоты, которая использует множество генераторных комплексов. Схема фазовой автоподстройки частоты включает в себя выход тактового сигнала и множество генераторных комплексов, предназначенных для генерации выходных сигналов. Схема фазовой автоподстройки частоты дополнительно включает в себя схему управления, которая конфигурирована для выборочной подачи выходного сигнала одного из множества генераторных комплексов на выход тактового сигнала.
В другом аспекте схема фазовой автоподстройки частоты включает в себя вход для приема опорного сигнала, выход тактового сигнала и линию обратной связи для синхронизации сигнала по фазе с опорным сигналом. Схема фазовой автоподстройки частоты дополнительно включает в себя множество генераторных комплексов, предназначенных для генерации выходных сигналов и выборочного соединения с линией обратной связи и с выходом тактового сигнала. Схема фазовой автоподстройки частоты также включает в себя схему управления, конфигурируемую для выборочной подачи выходного сигнала первого из множества генераторных комплексов на выход тактового сигнала.
В другом аспекте раскрыт способ изменения частоты выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты. В данном способе вводят необходимую частоту, на которой должен работать выходной сигнал схемы фазовой автоподстройки частоты. Генераторный комплекс отсоединяется от линии обратной связи схемы фазовой автоподстройки частоты. Управление отсоединенным генераторным комплексом корректируется для генерации сигнала в качестве выхода из схемы фазовой автоподстройки частоты. Генераторный комплекс соединяется с линией обратной связи для синхронизации сигнала по фазе с опорным сигналом, когда сигнал имеет частоту в пределах необходимого диапазона частот. В другом аспекте раскрыт способ изменения частоты выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты. В данном способе первый генераторный комплекс соединяется с выходом схемы фазовой автоподстройки частоты. Первый генераторный комплекс отсоединяется от линии обратной связи схемы фазовой автоподстройки частоты. Вводится необходимая частота, на которой должен работать выходной сигнал схемы фазовой автоподстройки частоты. Включается второй генераторный комплекс. Второй генераторный комплекс управляется в цифровой форме для генерации сигнала в частотном диапазоне, содержащем необходимую частоту. Первый генераторный комплекс отсоединяется от выхода схемы фазовой автоподстройки частоты. Второй генераторный комплекс соединяется с выходом схемы фазовой автоподстройки частоты.
Подразумевается, что другие варианты осуществления будут вполне очевидны специалистам из последующего подробного описания, в котором различные варианты осуществления показаны и описаны для иллюстрации. Понятно, что данное изобретение можно воплощать в других отличающихся вариантах осуществления, и некоторые его детали можно изменять в различных других аспектах, без отклонения от сущности изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание следует расценивать как иллюстративные по характеру, а не как ограничительные.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - функциональная структурная схема процессора.
Фиг. 2 - первый вариант осуществления схемы фазовой автоподстройки частоты, показанной на фиг. 1.
Фиг. 3 - альтернативный вариант осуществления генераторного комплекса, показанного на фиг. 2.
Фиг. 4 - график примерного выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты, показанной на фиг. 1.
Фиг. 5 - второй вариант осуществления схемы фазовой автоподстройки частоты, показанной на фиг. 1, которая выборочно соединяет два генератора с выходной линией и линией обратной связи.
Фиг. 6 - график примерного выходного сигнала, на котором показывают операцию простого переключения схемы фазовой автоподстройки частоты.
Фиг. 7 - график примерного выходного сигнала, на котором показана операция скачкообразного переключения для изменения частоты схемы фазовой автоподстройки частоты.
Фиг. 8 - третий вариант осуществления схемы фазовой автоподстройки частоты, показанной на фиг. 1.
Фиг. 9 - график примерного выходного сигнала, на котором показана операция переключения с синхронизацией схемы фазовой автоподстройки частоты.
Фиг. 10 - график примерного выходного сигнала, показывающий операцию сложного переключения схемы фазовой автоподстройки частоты.
Фиг. 11 - последовательность операций, показывающая способ простого переключения для изменения частоты выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты.
Фиг. 12 - последовательность операций, показывающая способ скачкообразного переключения для изменения частоты выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты.
Фиг. 13 - последовательность операций, показывающая способ переключения с синхронизацией для изменения выходной частоты схемы фазовой автоподстройки частоты.
Фиг. 14 - последовательность операций, показывающая способ сложного переключения для изменения частоты выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Фиг. 1 изображает функциональную структурную схему примерного процессора 100, в котором можно применять варианты осуществления. Процессор 100 можно использовать в проводных устройствах, таких как базовые станции, персональные компьютеры (ПК) и т.п., и в беспроводных устройствах, таких как мобильный телефон, портативный компьютер, карманные ПК (КПК) и т.п. Процессор 100 включает в себя схему 140 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), схему 130 обработки, модем 120, память 110 и схему 150 ввода-вывода (В/В). Модем 120 принимает модулированные сигналы и преобразует их в немодулированные сигналы. Память 110 хранит данные и команды для схемы 130 обработки. Схема 130 обработки выполняет команды, хранящиеся в памяти 110, и отправляет данные и информацию управления к схеме 150 ввода-вывода. Схема 150 ввода-вывода включает в себя схемы, которые являются средством сопряжения с дисплеями, звуковыми устройствами и т.п. Схема 130 обработки осуществляет связь с модемом 120, памятью 110 и схемой 150 ввода-вывода по системе 160 шин.
ФАПЧ 140 принимает опорный сигнал 145 синхронизации. Опорный сигнал 145 синхронизации можно обеспечивать с помощью кварцевого резонатора, который расположен вне процессора 100. ФАПЧ 140 генерирует сигнал 148 синхронизации, который кратен частоте опорного сигнала, для запуска синхронных устройств, таких как схема 130 обработки, модем 120, память 110, схема 150 ввода-вывода и система 160 шин. ФАПЧ 140 является программируемой и может автоматически изменять частоту сигнала 148 синхронизации в зависимости от требований обработки или внешних факторов, влияющих на процессор 100. ФАПЧ 140 будет описана дополнительно в связи с обсуждением фиг. 2-10.
Специалистам должно быть понятно, что может существовать множество разновидностей процессора 100. Например, может существовать более одной схемы фазовой автоподстройки частоты для раздельного управления различными элементами в процессоре, включающими в себя систему 160 шин. Кроме того, один или большее количество функциональных блоков, изображенных в процессоре 100, могут быть опущены в определенных вариантах осуществления. Другие функциональные блоки, которые могут находиться среди компонентов процессора 100, не относятся к раскрытию и опущены для ясности. Например, схема 130 обработки может включать в себя многоступенчатый конвейер, буфер быстрого преобразования адреса, кэш-память данных и т.п.
Фиг. 2 - первый вариант осуществления схемы фазовой автоподстройки частоты, показанной на фиг. 1. ФАПЧ 200 включает в себя блок 210 определения/сравнения фазы, генератор 215 подкачки заряда, низкочастотный фильтр 220, делитель 230, схему 260 управления, генераторные комплексы 240A-240B и не создающий помех мультиплексор 250. Генераторные комплексы 240A-240B включают в себя генераторы 248A-240B и грубо корректируют выходную частоту генераторов так, чтобы она находилась в пределах выбранного диапазона частот. Для простоты только генераторный комплекс 240A будет описан подробно в данном документе, но генераторный комплекс 240B может соответственно быть аналогичным и использовать аналогичные компоненты, за исключением того, что генераторный комплекс 240A включает в себя управляемый током генератор 248A, который рассчитан для работы в низкочастотном диапазоне, а генераторный комплекс 240B включает в себя управляемый током генератор 248B, который рассчитан для работы в высокочастотном диапазоне.
Дополнительно, генераторный комплекс 240A включает в себя пятиразрядный регистр 242A, источник 244A управляющего тока, сумматор 246A и управляемый коммутатор 247A. В альтернативном варианте осуществления источник 244A управляющего тока и управляемый током генератор 248a можно заменять источником управляющего напряжения и управляемым напряжением генератором в зависимости от конкретного применения и всех ограничений конструкции. Генераторным комплексом 240A в цифровой форме управляют таким образом, что источник 244A управляющего тока генерирует ток смещения 245 в ответ на значение пятиразрядного регистра 242A. Пятиразрядный регистр 242A устанавливают программно, и его значение можно изменять, основываясь на нагрузке процессора, состоянии оборудования или на них обоих. Определенное значение пятиразрядного регистра 242A соответствует определенному диапазону частот, в пределах которого должны работать сигналы синхронизации, выводимые из ФАПЧ 200. Управляемый током генератор 248A предназначен для генерации колебаний в низкочастотном диапазоне приблизительно между 400 и 800 МГц. Для примера, учитывая тридцать два различных значения пятиразрядного регистра 242A и рабочий диапазон генератора 248A, равный 400 МГц, каждое конкретное значение пятиразрядного регистра 242A соответствует ширине выходного диапазона приблизительно 12,5 МГц. Следует отметить, что размер пятиразрядного регистра 242A и таким образом размер выходного диапазона могут изменяться в зависимости от ограничений конструкции. Когда управляемый коммутатор 247A соединен с «землей» и, например, значение пятиразрядного регистра 242A равно двум, выход 249A управляемого током генератора 248A будет установлен в относительно постоянное значение приблизительно между 425 МГц и 437,5 МГц. Выход 249A генератора соединяют с не создающим помех мультиплексором 250, который мультиплексирует выходные сигналы генераторных комплексов 240A и 240B.
Точно так же по отношению к генераторному комплексу 240B, который содержит генератор 248B, предназначенный для генерации колебаний в более высоком частотном диапазоне, когда управляемый коммутатор 247B соединен с «землей» и, например, значение пятиразрядного регистра 242B равно двум, выход 249B управляемого током генератора 248B будет генерировать колебания между 825 МГц и 837,5 МГц.
Для стабилизации и синхронизации выходного тактового сигнала выходной тактовый сигнал подают через совместно используемую линию обратной связи, определяемую делителем 230, блоком 210 определения/сравнения фазы, генератором 215 подкачки заряда и низкочастотным фильтром 220. Делитель 230 является программируемым и делит выходной сигнал мультиплексора 250 на величину, соответствующую частоте генераторного комплекса 240A или 240B, деленной на частоту опорного сигнала 203, для генерации сигнала 207 обратной связи.
Блок 210 определения/сравнения фазы принимает в качестве входной информации опорный сигнал 203, такой как внешний сигнал 145, и сигнал 207 обратной связи. Блок 210 определения/сравнения фазы сравнивает фазу внешнего сигнала 203 и сигнала 207 обратной связи для генерации разностного сигнала. Генератор 215 подкачки заряда принимает разностный сигнал и генерирует ток управления. Низкочастотный фильтр 220 принимает ток управления и уменьшает частоты, которые выше предельной частоты, для сглаживания резких входных управляющих сигналов от генератора 215 подкачки заряда для генерации уменьшенного управляющего тока 225.
Когда генераторный комплекс 240A соединен с низкочастотным фильтром 220 через программируемый коммутатор 247A, уменьшенный управляющий ток 225 суммируется или с положительным или с отрицательным током 245A смещения. Суммированный ток управляет управляемым током генератором 248A для синхронизации сигнала 249A генератора с опорным сигналом 203. Следует отметить, что коммутаторы 247A и 247B соединяются с низкочастотным фильтром 220 взаимоисключающим способом. В данном варианте осуществления синхронизированный выходной сигнал получают, когда и соответствующий коммутатор генераторного комплекса соединяется с низкочастотным фильтром 220 и выход того же самого генераторного комплекса выбирается через не создающий помех мультиплексор 250.
Выходной сигнал не создающего помех мультиплексора 250 направляют через дополнительную схему 270 «деления на два» перед передачей на синхронные устройства. Дополнительная схема 270 «деления на два» защищает от внешнего воздействия синхронные устройства, которые могут быть не предназначены для обработки высокоскоростных переходных частот, и описана в связи с фиг. 6.
Схема 260 управления соединена с коммутаторами 247A-247B и не создающим помех мультиплексором 250. Чтобы избежать управления выходом схемы фазовой автоподстройки частоты множеством генераторов, операцию переключения между выходами генераторных комплексов задерживают на три или большее количество тактовых циклов генератора. Для этой цели схема 260 управления может включать в себя конечный автомат для обеспечения, чтобы никакие короткие импульсы или короткие циклы не появились при переключении выходов генераторных комплексов 240A-240B через мультиплексор 250.
Схема 260 управления управляет коммутаторами 247A-247B независимо. В частности, схема 260 управления определяет, следует ли соединять коммутаторы 247A-247B с «землей» или с совместно используемой линией обратной связи. Схема 260 управления также управляет схемой 270 «деления на два» во время способа простого переключения, описанного в связи с фиг. 6, для изменения частоты синхронизации. Схема 260 управления может дополнительно управлять содержимым регистров 242A и 242B для обеспечения различных способов изменения частоты синхронизации, которые описаны ниже. Схема 260 управления принимает в качестве входной информации информацию, указывающую необходимую частоту, на которой должна работать схема фазовой автоподстройки частоты. Эта входная информация может быть основана на нагрузке процессора, состоянии оборудования или на них обоих. Схема 260 управления может также сообщать назад на устройство, когда целевая частота достигнута.
эт
эт
эт
эт
Фиг. 3 - альтернативный вариант осуществления генераторного комплекса 300, показанного на фиг. 2, используемого в схеме фазовой автоподстройки частоты. Генераторный комплекс 240A может соединяться с опорным напряжением V 310, номинальным напряжением, которое можно ожидать от схемы управления, когда она синхронизирована. Генератор 248A может соединяться с V 310 во время калибровки значений регистра при инициализации ФАПЧ. Во время калибровки опорное напряжение устанавливают в V 310, и токи «грубой» регулировки поэтапно изменяют по диапазону. Измеряют результирующую частоту ICO для каждой установки регистра. Во время работы ФАПЧ в устойчивом состоянии, если необходима новая частота, то выбирают значение регистра, которое генерирует частоту, самую близкую к этой необходимой частоте, с соответствующим входным сигналом V вместе с соответствующей установкой делителя.
Фиг. 4 - график 400 изменения частоты примерного выходного тактового сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты, показанной на фиг. 1. Следует отметить, что непрерывный колебательный сигнал, изображенный на фиг. 4, получают без выбора дополнительной схемы 270 «деления на два». В данном примере выходной тактовый сигнал в момент времени 410 работает на частоте 600 МГц и его необходимо изменить для работы на частоте 1,2 ГГц. В момент времени 410 выходным тактовым сигналом управляют с помощью генераторного комплекса 240A. Дополнительно, генераторный комплекс 240A соединяют с низкочастотным фильтром 220. В момент времени 415 регистр 242A увеличивают (и соответствующий коэффициент делителя определяют для делителя 230) для увеличения соответствующего тока смещения генератора 248A и таким образом вызывают увеличение частоты выходного тактового сигнала. В момент времени 420 генератор 248A находится в процессе синхронизации с внешним опорным сигналом 203. Этот цикл работы с синхронизированным выходным сигналом увеличения тока смещения и повторной синхронизации с помощью генераторных комплексов 240A повторяют до момента времени 425. В момент времени 425 необходимо увеличивать выходную частоту синхронизации за значение генератора 248A. В момент времени 425 схема 260 управления устанавливает смещение с помощью установки регистра 242B, устанавливает коэффициент делителя, выбирает генераторный комплекс 240B для управления выводимым тактовым сигналом с помощью переключения коммутатора 247A на «землю», переключает коммутатор 247B к линии обратной связи и выбирает выход генератора 249B для управления выходным тактовым сигналом. Генераторный комплекс 240B увеличивает частоту до 1,2 ГГц с помощью увеличения значения регистра 242B за три дополнительных цикла.
В момент времени 430 в одном из вариантов осуществления дополнительная схема 270 «деления на два» не используется. В данном варианте осуществления выходной тактовый сигнал 280 будет отслеживать выход генератора 249B (показан как сплошная линия на фиг. 4). Данный вариант осуществления имеет конкретное применение, когда синхронные схемы, управляемые выходным тактовым сигналом 280, предназначены для обработки превышения на высоких частотах.
В другом варианте осуществления в момент времени 430 схема 260 управления увеличивает регистр 242B для достижения целевой рабочей частоты. Также в момент времени 430 схема 260 управления активизирует схему 270 «деления на два» для деления на два выходной тактовой частоты, как показано пунктирной линией 422. В момент времени 435 выход генератора 249B начинают синхронизацию с опорным сигналом 203. В момент времени 427 схема 260 управления деактивирует схему 270 «деления на два» для предоставления возможности повышать частоту тактового выходного сигнала до синхронизированной целевой выходной частоты.
Следует отметить, что хотя на фиг. 1 показана схема 270 «деления на два», можно использовать другие делители, которые включают в себя дробный делитель или любую другую схему делителя, которая уменьшает частоту выходного тактового сигнала. Понижение частоты выходного тактового сигнала для предоставления возможности генератору синхронизироваться с целевой частотой защищает синхронные схемы, которые могут быть не предназначены для обработки превышения частоты на такой высокой рабочей частоте. Даже если синхронные схемы предназначены для обработки превышения целевой частоты, такая конструкция обычно требует увеличения рабочего напряжения синхронных схем, изготовленных таким образом. Понижение частоты выходного тактового сигнала, как описано, избавляет от необходимости использовать управляющими синхронными схемами это увеличенное рабочее напряжение.
Фиг. 5 - второй вариант осуществления схемы фазовой автоподстройки частоты, показанной на фиг. 1, которая выборочно независимо соединяет два генератора с линией обратной связи и выходной линией. Фиг. 5 содержит все элементы, описанные на фиг. 1, за исключением схемы 270 «деления на два». Дополнительно, схема 500 фазовой автоподстройки частоты включает в себя не создающий помех мультиплексор 530, который обеспечивает независимое соединение между собой линии обратной связи, определенной с помощью делителя 230, блока 210 определения фазы, низкочастотного фильтра 220, и выхода одного из генераторных комплексов 240A-240B. К примеру, схему 560 управления можно конфигурировать для выбора выхода генераторного комплекса 240A так, чтобы он был соединен с выходом 540 тактового сигнала с помощью управления не создающим помех мультиплексором 250, и для выбора выхода генераторного комплекса 240B для соединения с линией обратной связи с помощью управления не создающим помех мультиплексором 530 и коммутатором 247B. Схема 500 фазовой автоподстройки частоты устраняет превышение при изменении управления выходным тактовым сигналом между генераторными комплексами. Кроме того, данный вариант осуществления позволяет выходному тактовому сигналу работать без синхронизации, как описано в связи с фиг. 6.
Фиг. 6 - график 600 примерного выходного тактового сигнала, который воплощает способ простого переключения для изменения выходного тактового сигнала для достижения целевой частоты 615. График 600 изображает выходной сигнал генераторного комплекса 240B и выходной тактовый сигнал 540 в частотной области. На графике 600 выходным тактовым сигналом 540 управляет генераторный комплекс 240B. В момент времени 601 выход генераторного комплекса 240B управляет выходным тактовым сигналом 540 так, чтобы он работал на частоте 800 МГц. В момент времени 605 способ простого переключения начинается с помощью переключения 247A на «землю» и выбора генераторного комплекса 240A для соединения с линией обратной связи. В результате генерация частоты генераторным комплексом 240B и таким образом выходного тактового сигнала 540 прекращается и запускается без синхронизации на немного более низкой частоте. Термин «без синхронизации» относится к управлению выходом тактового сигнала ФАПЧ с помощью генератора, который не соединен с линией обратной связи ФАПЧ. Специалистам должно быть понятно, что термин «без синхронизации» может также включать в себя отсоединение одного сигнала ФАПЧ от линии обратной связи схемы фазовой автоподстройки частоты. Следует отметить, что тактовые сигналы без синхронизации, выводимые для указанного напряжения смещения, в общем случае работают на меньшей частоте, чем выходной тактовый сигнал с синхронизацией для того же самого указанного напряжения смещения.
Снижение все равно находится в пределах диапазона, определенного значением в регистре 242B, для генераторного комплекса 240B. В момент времени 610 регистр 242B увеличивают с помощью схемы 560 управления, что приводит к тому, что и выход генератора 249B и выходной тактовый сигнал 540 увеличивают для работы в следующем рабочем частотном диапазоне. В других вариантах осуществления увеличение рабочего частотного диапазона может включать в себя скачкообразное изменение частоты через следующий рабочий частотный диапазон. Регистр 242B непрерывно увеличивают для обеспечения изменения выходной частоты приблизительно со скоростью 5 МГц/мкс. Так как схема фазовой автоподстройки частоты работает без синхронизации, рабочая частота при каждом приращении немного ниже, чем она была бы при работе с синхронизацией. Кроме того, поскольку генераторный комплекс 240B управляет выходом без соединения с линией обратной связи, коэффициент делителя не имеет значения во время изменения частоты генераторного комплекса 240B.
Дополнительно следует отметить, что величина увеличения между каждым уровнем выходного тактового сигнала или шаг, показанный на фиг. 4 и 6, выбран в иллюстративных целях, и он может непосредственно не отображаться на диапазоны частот, определенные значениями пятиразрядного регистра. Кроме того, частотные характеристики генераторов не настолько линейны, как показано на фиг. 4 и 6. Кривая частот генератора обычно изгибается, но она является монотонной, как показано.
Фиг. 7 - график 700 примерного выходного сигнала, на котором показывают способ скачкообразного переключения для изменения частоты тактовых сигналов для достижения целевой частоты 1 ГГц. Выходные тактовые сигналы, показанные на фиг. 7, можно соответственно генерировать с помощью схемы 500 фазовой автоподстройки частоты. График 700 показывает скачкообразное переключение для изменения частоты от рабочей частоты тактового сигнала 600 МГц до 1 ГГц. График 700 изображает выходную частоту 735 генераторного комплекса 240A и выходную частоту 730 генераторного комплекса 240A. Сплошная линия указывает частоту 540 выходного тактового сигнала схемы 500 фазовой автоподстройки частоты. Пунктирная линия указывает, что соответствующий генераторный комплекс не выбран в качестве выхода схемы 600 фазовой автоподстройки частоты.
В момент времени 705 генераторный комплекс 240A работает с синхронизацией на частоте 600 МГц и выбран для управления выходом тактового сигнала. Кроме того, при частоте менее 1 ГГц генераторный комплекс 240B работает без синхронизации и не выбран. Если генераторный комплекс 240B еще не включен, то соответствующий регистр можно изменять в значение, которое приведет генераторный комплекс 240B к работе на частоте менее 1 ГГц. В момент времени 710 линию обратной связи отсоединяют от генераторного комплекса 240A, побуждая его работать без синхронизации и побуждая снизить частоту выходного тактового сигнала с 600 МГц. Кроме того, линию обратной связи соединяют с генераторным комплексом 240B и определяют коэффициент делителя 230, таким образом увеличивая выходной сигнал генераторного комплекса 240B. В период времени 715 генераторный комплекс 240B находится в процессе синхронизации с опорным сигналом 203. Тем временем, выход генераторного комплекса 240A остается выбранным для управления выходом тактового сигнала на частоте менее 600 МГц. В момент времени 725 после того как генераторный комплекс 240B начинает работать с синхронизацией, схема 560 управления выбирает генераторный комплекс 240B для управления выводимым тактовым сигналом с помощью переключения мультиплексора 250, побуждая частоту выходного тактового сигнала увеличиваться с менее чем 600 МГц до 1 ГГц без превышения выходного тактового сигнала. Генераторный комплекс 240A может быть выключен, в то время как генераторный комплекс 240B управляет выходом тактового сигнала, пока следующая целевая частота не должна быть обеспечена генераторным комплексом 240A.
Следует отметить, что схема 500 фазовой автоподстройки частоты может генерировать выходной тактовый сигнал, частота которого скачкообразно меняется между любыми двумя комбинациями частот выходного тактового сигнала в любом направлении, причем одну частоту выходного тактового сигнала генерируют с помощью одного генераторного комплекса, а другую частоту выходного тактового сигнала генерируют с помощью другого генераторного комплекса.
Фиг. 8 - третий вариант осуществления схемы фазовой автоподстройки частоты, показанной на фиг. 1. Схема 800 фазовой автоподстройки частоты включает в себя элементы обратной связи, подобные тем, которые описаны на фиг. 2. Схема 800 фазовой автоподстройки частоты также включает в себя генераторные комплексы 840A-840D, схему 860 управления и не создающие помех мультиплексоры 855 и 865. Генераторные комплексы 840А и 840 В, все вместе называемые генераторными комплексами нижней частоты, предназначены для генерации сигналов на частоте между 400 МГц и 800 МГц. Генераторные комплексы 840С и 840D, все вместе называемые генераторными комплексами верхней частоты, предназначены для генерации сигналов на частоте между 800 МГц и 1200 МГц. Каждый из генераторных комплексов соединен с мультиплексорами 855 и 865. Схему 860 управления конфигурируют для соединения любого из генераторных комплексов с выходом тактового сигнала схемы 800 фазовой автоподстройки частоты. Дополнительно, схему 860 управления конфигурируют для независимого соединения любого из генераторных комплексов с линией обратной связи схемы 800 фазовой автоподстройки частоты. Схема 860 управления может соединять тот же самый генераторный комплекс и с выходом тактового сигнала и с линией обратной связи, или может соединять один генераторный комплекс с линией обратной связи, а другой генераторный комплекс - с выходом тактового сигнала.
Схема 860 управления может генерировать различные способы переключения тактового сигнала, меняя какой генератор управляет линией обратной связи, а какой генератор управляет выходом ФАПЧ. Фиг.9 является графиком, на котором показывают способ переключения с синхронизацией, примерного выходного сигнала, сгенерированного с помощью схемы 800 фазовой автоподстройки частоты., Схема 860 управления управляет последовательностью соединения и отсоединения генераторных комплексов того же самого диапазона (т.е. генераторных комплексов нижней частоты) для повышения выходной частоты синхронизации. Действуя таким образом, выходные тактовые сигналы 905 генерируются с помощью переключения между генераторными комплексами.
При рассмотрении фиг. 9 сплошная линия указывает выходной тактовый сигнал 905 схемы 800 фазовой автоподстройки частоты. Пунктирная линия указывает, что соответствующий генераторный комплекс не выбран в качестве выхода схемы 800 фазовой автоподстройки частоты.
Перед моментом временем 910 генераторный комплекс 840A работает с синхронизацией и выбран для управления выходным тактовым сигналом 905. В момент времени 910 включают генератор в пределах генераторного комплекса 840B, другую схему смещения для нижней частоты, и он начинает работать без синхронизации. Генераторный комплекс 840B инициализируют с помощью его регистра для управления в пределах частотного диапазона приблизительно 700 МГц. В момент времени 920 схема 860 управления отсоединяет генераторный комплекс 840A от линии обратной связи, что приводит к снижению частоты выходного тактового сигнала 905. Кроме того, в момент времени 920 схема 860 управления соединяет генераторный комплекс 840B с линией обратной связи и программирует делитель 230, что приводит к тому, что выходная частота генераторного комплекса 840B увеличивается приблизительно до 700 МГц.
В момент времени 930 генераторный комплекс 840B начинает работать с синхронизацией. Схема 860 управления отсоединяет генераторный комплекс 840A от выхода тактового сигнала и соединяет генераторный комплекс 840B с выходом тактового сигнала, что приводит к повышению частоты до 700 МГц без превышения частоты выходом тактового сигнала. В данном примере выходного сигнала 905 этот цикл переключения между генераторными комплексами повторяют еще пять раз, пока выходной тактовый сигнал 905 не будет работать на частоте 1,2 ГГц. Фиг. 9 также показывает переключение между генераторными комплексами нижней частоты (показано как область 940), генераторными комплексами верхней частоты (показано как область 960) и между нижним генераторным комплексом нижней частоты и верхним генераторным комплексом нижней частоты (показано как область 950).
Фиг. 10 - график примерного выходного сигнала 1005, на котором показан способ сложного переключения для изменения выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты. Способ сложного переключения аналогичен способу простого переключения, описанному на фиг. 6, кроме того, что схема 800 фазовой автоподстройки частоты удаляет превышение из выходного тактового сигнала с помощью переключения на другой генераторный комплекс. Хотя указанные выше примерные колебательные выходные тактовые сигналы показаны как в общем случае изменяющиеся возрастающим способом, специалистам должно быть понятно, что примерные колебательные выходные тактовые сигналы могут альтернативно изменяться убывающим способом.
Фиг. 11 - последовательность операций, показывающая способ 1100 простого переключения для изменения частоты выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1110 передают необходимую частоту, на которой должен работать выходной сигнал схемы фазовой автоподстройки частоты. Для примера загрузка процессора может увеличиваться, таким образом требуя более высокой частоты тактовых импульсов для обработки загрузки за более короткий промежуток времени. На этапе 1120 прекращают синхронизацию генератора, управляющего выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, с опорным сигналом, таким как опорный сигнал 203. Прекращение синхронизации управляющего генератора приводит к снижению частоты на выходе схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1130 изменяют средство цифрового управления, такое как регистр 242A, который управляет управляющим генератором для изменения его «грубой» выходной частоты, что приводит к увеличению или к уменьшению частоты выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты в зависимости от изменения в управляющем генераторе. Два варианта осуществления способа простого переключения показаны на фиг. 11. Этапы 1140 и 1150 определяют один из вариантов осуществления, в то время как этапы 1160, 1170, 1180 и 1190 определяют другой вариант осуществления.
На этапе 1140 способ 1100 определяет, находится ли «грубая» частота выходного сигнала генератора в пределах диапазона необходимой выходной частоты. Для примера необходимую частоту можно определить как 1,1 ГГц. Способ определяет, включает ли в себя диапазон, определенный значением регистра, который управляет соответствующим генераторным комплексом, частоту 1,1 ГГц. Если да, то способ 1100 переходит на этап 1150, на котором выполняют синхронизацию генератора с опорным сигналом с помощью установки коэффициента делителя и соединения управляющего генератора с линией обратной связи схемы фазовой автоподстройки частоты. Если нет, то способ 1100 переходит на этап 1130 для изменения цифрового значения, такого как значение регистра 242A. Если необходимо переключить выход схемы фазовой автоподстройки частоты на более высокую частоту, то увеличение значения регистра приведет к скачкообразному изменению частоты выходного тактового сигнала вверх к следующему «грубому» частотному диапазону. Если необходимо переключить выход схемы фазовой автоподстройки частоты на более низкую частоту, то уменьшение значения регистра приведет к скачкообразному изменению частоты выходного тактового сигнала вниз к следующему «грубому» частотному диапазону.
Во втором варианте осуществления и возвращаясь на этап 1130, способ 1100 переходит на этап 1160. На этапе 1160 способ 1100 выполняет функцию предсказания, определяя приведет ли следующее изменение «грубой» частоты выходного сигнала генератора к выводу частоты, которая находится в пределах диапазона необходимой выходной частоты. Если нет, то способ 1100 переходит на этап 1130, на котором генератор корректируют для работы в следующем частотном диапазоне. Если да, то способ 1100 переходит на этап 1170, на котором делят частоту выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты. Например, выход можно делить с помощью включения схемы «деления на два», такой как схема 270. Схему «деления на два» в одном из вариантов осуществления можно включать перед последним этапом работы без синхронизации. В другом варианте осуществления схему «деления на два» можно включать после последнего этапа работы без синхронизации. В обоих из этих двух вариантов осуществления схему «деления на два» включают перед переключением схемы в конфигурацию с синхронизацией. На этапе 1175 корректируют генератор, управляющий выходом схемы фазовой автоподстройки частоты через делитель так, чтобы его выходная частота была в пределах диапазона необходимой выходной частоты. На этапе 1180 выполняют синхронизацию с опорным сигналом генератора, управляющего выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, с помощью установки коэффициента делителя и соединения управляющего генератора с линией обратной связи схемы фазовой автоподстройки частоты. Как только генератор начинает работать с синхронизацией, способ 1100 переходит на этап 1190, на котором частоту выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты больше не делят. Например, деление частоты выходного сигнала можно больше не выполнять с помощью отключения схемы 270 «деления на два».
Фиг. 12 - последовательность операций, показывающая способ 1200 скачкообразного переключения для изменения частоты выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1210 вводят необходимую частоту, на которой должен работать выходной сигнал схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1220 прекращают синхронизацию с опорным сигналом первого генератора, управляющего выходом схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1230 включают второй генератор. Второй генератор не соединяют для управления выходом схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1240 вторым генератором в цифровой форме управляют так, чтобы он выдавал колебания в пределах диапазона частот, включающего в себя необходимую частоту. На этапе 1250 выполняют синхронизацию с опорным сигналом второго генератора с помощью соединения его независимо от первого генератора с линией обратной связи схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1260 первый генератор переключают так, чтобы он не управлял выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, а второй генератор переключают так, чтобы он управлял выходом схемы фазовой автоподстройки частоты. Первый генератор, необязательно, можно затем выключать.
Фиг. 13 - последовательность операций, показывающая способ переключения с синхронизацией для изменения частоты выходного сигнала схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1310 вводят необходимую частоту, на которой должен работать выходной сигнал схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1320 прекращают синхронизацию с опорным сигналом генератора, управляющего выходом схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1330 другим генератором в цифровой форме управляют для изменения его «грубой» выходной частоты. В зависимости от необходимого направления переключения выходного сигнала изменение может быть к более высокой или к более низкой частоте. На этапе 1340 начинают синхронизацию с опорным сигналом другого генератора. Для примера другой генератор соединяют с линией обратной связи схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1350, как только он синхронизирован, другой генератор переключают для управления выходом схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1360 способ 1300 определяет, находится ли грубая выходная частота управляющего генератора в пределах диапазона необходимой выходной частоты. Если да, то способ 1360 заканчивают. Если нет, то способ 1300 переходит на этап 1320, на котором генератор, управляющий выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, работает без синхронизации.
Фиг. 14 - последовательность операций, которая показывает способ 1400 сложного переключения для изменения выходной частоты схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1410 вводят необходимую частоту, на которой должен работать выходной сигнал схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1420 прекращают синхронизацию с опорным сигналом генератора, управляющего выходом схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1430 генератором в цифровой форме управляют для изменения его «грубой» выходной частоты, когда он отсоединен от линии обратной связи схемы фазовой автоподстройки частоты. На этапе 1440 способ 1400 выполняет функцию предсказания. В частности, он определяет, приведет ли последующее изменение «грубой» частоты выходного сигнала генератора к выходу частоты за пределы диапазона, в котором находится необходимая выходная частота. Если нет, то способ 1400 переходит на этап 1430 для изменения «грубой» выходной частоты, пока работают без синхронизации.
Если да, то способ 1400 переходит на этап 1450, на котором включают второй генератор. На этапе 1460 вторым генератором в цифровой форме управляют так, чтобы он генерировал колебания в диапазоне, включающем в себя необходимую частоту. На этапе 1470 выполняют синхронизацию с опорным сигналом второго генератора. На этапе 1480 первый генератор переключают для прекращения управления выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, а второй генератор переключают для управления данным выходом.
Различные иллюстративные логические блоки, модули, схемы, элементы и/или компоненты, описанные в связи с раскрытыми вариантами осуществления, можно осуществлять или воплощать с помощью универсального процессора, процессора цифровой обработки сигналов (ПЦОС), специализированной интегральной схемы (СпИС), программируемой пользователем вентильной матрицы (ППВМ) или другого программируемого логического компонента, дискретных схем или транзисторных логических схем, дискретных аппаратных компонентов или любой их комбинации, предназначенной для выполнения описанных функций. Универсальный процессор может быть микропроцессором, но альтернативно процессор может быть любым обычным процессором, контроллером, микроконтроллером или конечным автоматом. Процессор можно также воплощать как комбинацию вычислительных компонентов, например как комбинацию ПЦОС и микропроцессора, множества микропроцессоров, одного или большего количества микропроцессоров вместе с ядром ПЦОС, или любой другой такой конфигурации.
Способы, описанные в связи с раскрытыми вариантами осуществления, можно воплощать непосредственно в аппаратных средствах, в программном модуле, выполняемом процессором, или в их комбинации. Программный модуль может находиться в ОП (оперативной памяти), флэш-памяти, ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве), СППЗУ (стираемом программируемом постоянном запоминающем устройстве), ЭСППЗУ (электрически стираемом программируемом постоянном запоминающем устройстве), в регистрах, на жестком диске, на сменном диске, на компакт-диске (CD-ROM) или на носителе данных любого другого вида, известного из предшествующего уровня техники. Носитель данных может быть связан с процессором таким образом, что процессор может считывать информацию с носителя данных и записывать на него информацию. Альтернативно носитель данных может быть неотъемлемой частью процессора.
Хотя изобретение раскрыто в контексте вариантов осуществления, понятно, что специалисты могут использовать широкое разнообразие реализаций, совместимых с приведенным выше обсуждением и приведенной ниже формулой изобретения.