ES2345294T3 - Calibracion eficaz de relojes en equipos electronicos. - Google Patents
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Abstract
Un método para establecer una medición representativa que sea indicativa de una velocidad de oscilación relativa de un reloj de referencia, durante un periodo de calibración representativo, donde el reloj de referencia genera una señal del reloj de referencia, y donde un número conocido de ciclos de una señal generada por un reloj de no-referencia abarca el periodo de calibración representativo, comprendiendo el método: definir una pluralidad de periodos de calibración que incluya un primer periodo de calibración y un segundo periodo de calibración; hacer que el primer periodo de calibración comience en un primer tiempo de inicio, donde un primer valor de compensación del tiempo es igual a la diferencia entre el primer tiempo de inicio y un punto de transición de la señal del reloj de referencia, dentro del primer periodo de calibración; hacer que el segundo periodo de calibración comience en un segundo tiempo de inicio, donde un segundo valor de compensación del tiempo es igual a la diferencia entre el segundo tiempo de inicio y un punto de transición de la señal del reloj de referencia, dentro del segundo periodo de calibración; generar una pluralidad de mediciones, para cada uno de los periodos de la pluralidad de periodos de calibración, estableciendo una característica que es indicativa de la velocidad de oscilación relativa del reloj de referencia, durante dicho periodo de la pluralidad de periodos de calibración; caracterizado porque el primer valor de compensación del tiempo es diferente del segundo valor de compensación del tiempo; y porque el método comprende además: utilizar la pluralidad de mediciones para establecer un valor medio de la medición; y utilizar el valor medio de la medición como medición representativa que es indicativa de la velocidad de oscilación relativa del reloj de referencia, durante el periodo representativo de calibración.
Description
Calibración eficaz de relojes en equipos
electrónicos.
La presente invención está relacionada con la
calibración de relojes en equipos electrónicos y, más en particular,
con la calibración de relojes en equipos de comunicaciones.
Existe una amplia variedad de sistemas digitales
de comunicaciones, algunos en existencia actualmente, y algunos
todavía en desarrollo. Los sistemas digitales de comunicaciones
incluyen sistemas de acceso múltiple por división de tiempos
(TDMA), tales como los sistemas por radio de telefonía celular que
cumplen el estándar de telecomunicaciones del Global System for
Mobile Communications (Sistema global para las comunicaciones
móviles, o GSM) y sus mejoras, tales como el GSM/EDGE, y el Acceso
Múltiple por División de Código (CDMA), tales como los sistemas por
radio de telefonía celular que cumplen los estándares de
telecomunicaciones IS-95, cdma2000 y Wideband CDMA
(CDMA de banda ancha o WCDMA). Los sistemas digitales de
comunicaciones incluyen también los sistemas TDMA y CDMA
"mezclados", tales como los sistemas por radio de telefonía
celular, que cumplen el estándar del Sistema Universal de
Telecomunicaciones Móviles (UMTS), que especifica un sistema de
móviles de tercera generación (3G) que está desarrollado por el
Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones (ETSI) dentro
del marco IMT-2000 de la Unión Internacional de
Telecomunicaciones (UIT). El Proyecto de Asociación de Tercera
Generación (3GPP) promulga el estándar UMTS. El Acceso de Alta
Velocidad de Paquetes de Datos por Enlace Descendente (HSDPA) es
una evolución del WCDMA especificado en la versión de la edición 5
de la especificación WCDMA del 3GPP. El 3GPP ha empezado a
considerarse como el siguiente paso más grande o evolución del
estándar 3GPP (algunas veces denominado Súper 3G - "S3G") para
asegurar la competitividad a largo plazo del 3G.
Otros tipos de sistemas digitales de
comunicaciones permiten a los equipos colaborar entre sí por medio
de redes inalámbricas. Ejemplos de ello incluyen los equipos de Red
Inalámbrica de Área Local (WLAN) y Bluetooth®.
Una cosa que estos diferentes sistemas tienen en
común es la necesidad de mantener un sincronismo preciso. En los
modernos transceptores de radio (por ejemplo, los teléfonos WCDMA,
GSM y S3G y los equipos WLAN y Bluetooth®), se utilizan dos relojes
diferentes; un reloj del sistema (SC) y un reloj de tiempo real
(RTC). El SC es normalmente un reloj de alta frecuencia, que
funciona a varios MHz, y está generado por un oscilador altamente
estable, aplicando a menudo un cristal controlado por temperatura.
El SC actúa como referencia y es la fuente de frecuencia para todas
las operaciones de radio relacionadas, tales como la síntesis de
portadoras de radio frecuencia (RF). Los cristales utilizados para
el SC tienen una precisión del orden de 20 partes por millón (ppm).
Sin embargo, para los terminales celulares, esta precisión se
mejora enclavando el SC a las señales de enlace descendente
transmitidas por las estaciones base de la red de móviles. El SC se
sintoniza con las señales del enlace descendente y por tanto tiene
inherente la mejor estabilidad de la referencia de reloj utilizada
en la estación base, que es alrededor de
0,5 ppm.
0,5 ppm.
La estabilidad del SC se obtiene a costa del
consumo de corriente eléctrica. Para hacer funcionar el SC, se
requieren varias decenas de miliamperios (mA). En particular, el SC
requiere demasiada corriente cuando el transceptor está en modo de
reposo o en modo de baja potencia, en el cual está durmiente la
mayor parte del tiempo. Por tanto, el SC se apaga durante los
estados durmientes. Con el fin de conservar el sincronismo durante
tales estados durmientes, los transceptores modernos incluyen
también un reloj de no-referencia, tal como un
oscilador de baja potencia (LPO) o un reloj de tiempo real (RTC) que
funciona con un nivel mucho más bajo de consumo de corriente
(varias decenas a cientos de microamperios). El RTC funciona
normalmente a una frecuencia mucho más baja que el SC, típicamente
a varios kHz.
El RTC se utiliza para diversas operaciones de
sincronismo en el terminal celular. Controla los periodos durmientes
y determina cosas tales como cuando el terminal tiene que despertar
para supervisar el canal de control de búsqueda o explorar otros
canales de control de radiodifusión. El RTC determina también
durante cuánto tiempo puede mantenerse el sincronismo del enlace
ascendente con la red. El sincronismo del enlace ascendente es
crítico en los sistemas de ventanas de tiempo (es decir, sistemas
que tienen un componente TDMA, tal como el GSM y la recientemente
desarrollada Evolución a Largo Plazo (LTE) para los sistemas 3G
(S3G)). Debido al retardo desconocido de propagación ida y vuelta
entre el terminal y la estación base, se necesita enviar por
adelantado los mensajes de control del sincronismo (TA) al terminal
con el fin de alinear los tiempos de recepción de sus transmisiones
de enlace ascendente con los tiempos de otras transmisiones de
enlace ascendente. La deriva del reloj es una causa general de
desajuste del sincronismo del enlace ascendente, y requiere que el
terminal envíe ráfagas por enlace ascendente frecuentemente para que
la estación base pueda medir el desajuste de sincronismo y ordenar
adecuadamente al terminal que ajuste su tiempo por medio del mensaje
TA.
La estabilidad inherente del RTC es muy pobre,
típicamente de 50 a 100 ppm. Sin embargo, su estabilidad mejora
mediante calibraciones sucesivas. El SC se utiliza como referencia
estable durante la calibración. Una vez que el RTC está calibrado,
tiene un nivel de estabilidad cercano a la estabilidad del SC. Entre
eventos de calibración, la estabilidad permanece dentro de unas
pocas ppm.
El documento US 6.124.764 describe un método de
calibración que explota los tiempos periódicos despiertos de
búsqueda. En particular, la señal de salida del LPO es supervisada
durante un número M de ventanas de supervisión. Estas ventanas se
corresponden preferiblemente con periodos despiertos en el modo de
espera del sistema central del que es parte el LPO. Durante los
periodos despiertos, pueden tener lugar otras actividades, tales
como por ejemplo la exploración de búsqueda. Los resultados del
proceso de supervisión son acumulados. Basándose en el resultado
acumulado obtenido a partir de M ventanas de supervisión, se
determina una decisión para el esquema de corrección para el
siguiente periodo que abarque otras M ventanas de supervisión.
Las técnicas convenciones de calibración tienen
el problema de que requieren un tiempo de calibración bastante
largo. Durante la calibración, el SC tiene que funcionar y esto
origina que se experimente un alto nivel de consumo de corriente.
Con el fin de limitar el consumo de potencia, se mantiene bajo el
ciclo de trabajo de la calibración. Sin embargo, esto significa que
hay un tiempo bastante largo entre actualizaciones consecutivas de
la calibración. Durante este tiempo, el RTC puede tener una deriva
bastante grande. Como el RTC controla el sincronismo del enlace
ascendente, esta deriva requerirá que se envíen ráfagas de enlace
ascendente a la estación base frecuentemente, para dar soporte al
procedimiento del TA. El terminal gasta potencia cuando envía una
ráfaga por enlace ascendente y esto reduce el tiempo de espera del
terminal. Además, todas estas ráfagas de enlace ascendente aumentan
la sobrecarga en la red.
Se desea por tanto proporcionar técnicas y
aparatos de calibración del reloj que superen estos problemas.
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Debe enfatizarse que los términos
"comprende" y "comprendiendo", cuando se utilizan en esta
memoria, se considera que especifican la presencia de las
características, enteros, pasos o componentes mencionados; pero el
uso de estos términos no impide la presencia o adición de una o más
de otras características, enteros, pasos, componentes o grupos de
los mismos. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, el
anterior y otros objetos se consiguen con métodos y aparatos que
determinan una medición representativa que es indicativa de una
velocidad de oscilación relativa de un reloj de referencia durante
un periodo de calibración representativo, donde el reloj de
referencia genera una señal del reloj de referencia, y donde un
número de ciclos conocido de una señal generada por un reloj de
no-referencia abarca el periodo de calibración
representativo. La determinación de la medición representativa que
es indicativa de la velocidad de oscilación relativa del reloj de
referencia, durante el periodo de calibración representativo,
incluye la definición de una pluralidad de periodos de calibración
que incluyen un primer periodo de calibración y un segundo periodo
de calibración. Se hace que el primer periodo de calibración
comience en un primer tiempo de inicio, donde un valor de
compensación del primer tiempo es igual a la diferencia entre el
primer tiempo de inicio y un punto de transición de la señal del
reloj de referencia, dentro del primer periodo de calibración. De
forma similar, se hace que el segundo periodo de calibración
comience en un segundo tiempo de inicio, donde un valor de
compensación del segundo tiempo es igual a la diferencia entre el
segundo tiempo de inicio y un punto de transición de la señal del
reloj de referencia, dentro del segundo periodo de calibración. El
primer valor de compensación del tiempo es diferente del segundo
valor de compensación del tiempo.
Se genera una pluralidad de mediciones para cada
uno de la pluralidad de periodos de calibración, determinando una
característica que es indicativa de la velocidad de oscilación
relativa del reloj de referencia, durante dicho periodo de la
pluralidad de periodos de calibración. La pluralidad de mediciones
se utiliza para determinar un valor medio de la medición. El valor
medio de la medición se utiliza como medición representativa que es
indicativa de la velocidad de oscilación relativa del reloj de
referencia, durante el periodo de calibración representativo.
En algunos modos de realización, la
característica que es indicativa de la velocidad de oscilación
relativa del reloj de referencia durante dicho periodo de la
pluralidad de periodos de calibración, es un valor numérico que
representa un número de ciclo del reloj de referencia, que ocurren
durante dicho periodo de la pluralidad de periodos de calibración.
En otros modos de realización, la característica que es indicativa
de la velocidad de oscilación relativa del reloj de referencia
durante dicho periodo de la pluralidad de periodos de calibración,
es un valor numérico que representa una frecuencia de la señal del
reloj de referencia durante dicho periodo de la pluralidad de
periodos de calibración. En otros modos de realización, la
característica que es indicativa de la velocidad de oscilación
relativa del reloj de referencia durante dicho periodo de la
pluralidad de periodos de calibración, es un valor numérico que
representa un periodo de la señal del reloj de referencia durante
dicho periodo de la pluralidad de periodos de calibración.
En algunos modos de realización, la pluralidad
de periodos de calibración están concatenados entre sí.
En algunos modos de realización, cada uno de los
primero y segundo tiempos de inicio está determinado aleatoriamente
o pseudo-aleatoriamente.
En algunas alternativas, el segundo tiempo de
inicio ocurre dentro del primer periodo de calibración. En algunos
de tales modos de realización, el primer tiempo de inicio es
coincidente con un punto de transición de la señal generada por el
reloj de no-referencia; el segundo tiempo de inicio
es coincidente con un punto de transición diferente de la señal
generada por el reloj de no-referencia y ese punto
de transición y el punto de transición diferente de la señal
generada por el reloj de no-referencia no son
coincidentes entre sí.
En algunos modos de realización, los
procesos/aparatos descritos en esta memoria se efectúan/emplean
dentro de un dispositivo móvil. En algunos de estos modos de
realización, cada uno de los primero y segundo tiempos de inicio se
hace que ocurran durante un periodo despierto del dispositivo
móvil.
En algunos modos de realización, la medición
representativa que es indicativa de la velocidad de oscilación
relativa del reloj de referencia, durante el periodo de calibración
representativo, se utiliza para calibrar el reloj de
no-referencia.
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Los objetos y ventajas de la invención se
comprenderán leyendo la siguiente descripción detallada,
conjuntamente con los dibujos, en los cuales:
La figura 1 representa señales asociadas con una
técnica convencional de calibración.
La figura 2 es un diagrama que ilustra cómo el
sincronismo de señales de frecuencias diferentes puede aparecer,
cada una de ellos, teniendo el mismo número de ciclos durante un
periodo de calibración dado.
La figura 3 es un gráfico que representa la
relación de entrada/salida de un método de calibración convencional,
comparada con una relación ideal de entrada/salida.
La figura 4 es un gráfico que ilustra le
precisión mejorada que puede obtenerse cuando se mide la frecuencia
de un reloj de tiempo real, aumentando el tiempo de calibración.
La figura 5 representa un ejemplo de señal de
salida del SC y una parte inicial de un periodo de calibración.
La figura 6 representa gráficos que ilustran la
relación entre los valores real y medido de la frecuencia del RTC,
para tres valores iniciales diferentes de compensación.
La figura 7 es un diagrama de tiempos que
ilustra cómo se aplican las operaciones de calibración sucesivas a
una señal SC_{OUT}.
La figura 8 es un diagrama de tiempos que
ilustra cómo se aplican las operaciones de calibración sucesivas a
una señal SC_{OUT}, donde los valores iniciales de la compensación
no se mantienen constantes.
La figura 9 es un diagrama de tiempos que
ilustra cómo se aplican las operaciones de calibración sucesivas a
una señal SC_{OUT}, durante periodos de calibración no contiguos,
donde los valores iniciales de la compensación no se mantienen
constantes.
La figura 10 representa ejemplos de gráficos que
ilustran la relación entre los valores real y medido de la
frecuencia del RTC, que resultan del uso de periodos de calibración
no contiguos, donde para cada periodo de calibración, el valor
inicial de la compensación se determina aleatoriamente o
pseudo-aleatoriamente.
La figura 11 es un diagrama de bloques de un
modo de realización que utiliza una pluralidad de contadores, cuyo
funcionamiento se solapa entre sí.
La figura 12 es un diagrama de tiempos que
ilustra cómo se determinan los tiempos de inicio y de parada de la
pluralidad de contadores.
La figura 13 es un diagrama de flujo que
representa los pasos que se efectúan de acuerdo con diversos modos
de realización.
\vskip1.000000\baselineskip
Se describirán ahora las diversas
características de la invención con referencia a las figuras, en las
cuales las piezas similares son identificadas con los mismos
caracteres de referencia. Se describirán ahora los diversos
aspectos de la invención con más detalle, en conexión con varios
ejemplos de modos de realización. Para facilitar una comprensión de
la invención, muchos aspectos de la invención se describen en
términos de secuencias de acciones a realizar por elementos de un
sistema de ordenador u otro hardware capaz de ejecutar instrucciones
programadas. Se admitirá que en cada uno de los modos de
realización, las diversas acciones podrían ser realizadas por
circuitos especializados (por ejemplo, puertas lógicas discretas
interconectadas, para efectuar una función especializada), por
instrucciones de programa ejecutadas por uno o más procesadores, o
por una combinación de ambas cosas. Más aún, la invención puede ser
considerada además materializada enteramente dentro de cualquier
forma de portador legible por ordenador, tal como una memoria de
estado sólido, disco magnético, disco óptico u onda portadora (tal
como ondas portadores de radiofrecuencia, frecuencia de audio o
frecuencia óptica) que contengan un conjunto apropiado de
instrucciones de ordenador que harían que el procesador llevase a
cabo las técnicas descritas en esta memoria. Así, los diversos
aspectos de la invención pueden ser materializados de distintas
maneras diferentes, y todas esas formas están contempladas dentro
del alcance de la invención. Para cada uno de los diversos aspectos
de la invención, cualquiera de tales formas de los modos de
realización puede ser denominada en esta memoria como "lógica
configurada para" realizar un acción descrita, o alternativamente
como "lógica que" realiza una acción descrita.
En un aspecto, se presenta un método y un
aparato que hacen uso de varios contadores que cuentan en paralelo
sobre un corto periodo de tiempo. La calibración final es la
combinación de los resultados de los cortos periodos de conteo. Los
tiempos de inicio de los contadores son diferentes para cada periodo
de conteo.
Aplicando varios contadores cortos en paralelo,
se puede obtener la misma precisión en un periodo de tiempo más
corto, reduciendo así el periodo de calibración. Esto permite a su
vez aplicar la calibración más frecuentemente, dando como resultado
un reloj de no-referencia más preciso.
En otros modos de realización, la complejidad
del hardware se reduce al tiempo que se mantiene el mismo nivel de
precisión empleando el mismo contador (contadores) en cada uno de
una serie de intervalos de tiempo y combinando los resultados
obtenidos de ello.
Se describen ahora éste y otros aspectos con más
detalle. La figura 1 representa señales asociadas con una técnica
convencional de calibración que implica un reloj de referencia y un
reloj de no-referencia. Más en particular, se
representa un ejemplo de señal SC_{OUT} de salida generada por un
SC (no ilustrado) (o más genéricamente, un reloj de referencia, y
un ejemplo de señal RTC_{OUT} de salida generada por un RTC (no
ilustrado) (o más genéricamente, un reloj de
no-referencia. Los tiempos de inicio y de parada de
un periodo 101 de calibración están determinados por el RTC. Así,
el número de ciclos 103 de RTC (N_{RTC}) que abarcan el periodo
101 de calibración, es ya conocido. Durante el periodo 101 de
calibración, se cuenta el número de ciclos 105 del SC (N_{SC}).
Si el periodo 101 de calibración abarca N_{RTC} ciclos y se
cuentan N_{SC} ciclos durante el mismo periodo, la relación entre
la frecuencia del RTC, F_{RTC}, y la frecuencia del SC, F_{SC},
es
Como FSC es una frecuencia altamente estable, la
frecuencia del RTC, F_{RTC} puede ser determinada con precisión.
El circuito de sincronismo tiene entonces en cuenta el valor actual
de F_{RTC} cuando determina los tiempos de los procedimientos del
modo durmiente. Puede demostrarse que la precisión final de esta
técnica es \pm 1/N_{SC}. Esto está ilustrado en la figura 2,
que es un diagrama que ilustra cómo el sincronismo de las señales
del SC_{OUT} con diferentes frecuencias, puede parecer que tienen
el mismo número de ciclos durante un periodo 201 de calibración
dado. En el ejemplo a), una frecuencia nominal F_{SC} de una señal
SC_{OUT} se mide contando el número de bordes delanteros de la
señal para obtener un recuento N_{SC}. En este ejemplo, N_{SC} =
6. Sin embargo, se puede contar el mismo número N_{SC} = 6 si
F_{SC} se aumenta en un factor de (N_{SC}+1)/N_{SC}, o si se
disminuye en un factor de (N_{SC}-1)/N_{SC} como
se ilustra en los ejemplos b) y c), respectivamente.
Esto es también evidente en la figura 3, que es
un gráfico que representa la relación de entrada/salida de un
método de calibración convencional, comparada con una relación ideal
de entrada/salida. En este ejemplo, N_{SC} = 100, N_{RTC} = 1
y F_{SC} = 100. El valor real de F_{RTC} ilustrado en el eje
horizontal aumenta de 1 a 1,05. El valor medido de F_{RTC} está
ilustrado en el eje vertical. La relación ideal entre el real y el
medido está representada por la línea 301. Sin embargo, los valores
medidos de F_{RTC} (vistos en el eje Y) puede alcanzar solamente
valores discretos, de manera que se introduce un error inherente (en
este ejemplo, el error inherente es \pm 0,005). Si se
incrementase el tiempo de calibración en un factor de 10 (en este
ejemplo, N_{RTC} = 10, N_{SC} = 1000), el error de
cuantificación sería reducido y la precisión podría mejorarse por
tanto en un factor de 10, como se ilustra en la figura 4.
En técnicas convencionales, se cuenta el número
de ciclos de la señal SC_{OUT} en un contador que ha de tener un
tamaño de al menos N_{SC}. Para ser capaz de alcanzar una
precisión de \pm 1/N_{SC}, el contador tiene que contar con una
duración del tiempo de N_{SC}/F_{SC}. Si se desea una precisión
de 0,1 ppm y la frecuencia del SC es 10 MHz, la duración de la
calibración utilizando la técnica convencional tendría que ser de 1
segundo de extensión. Durante este segundo, el SC ha de funcionar
continuamente. Para mantener bajo el consumo de corriente, la
calibración solamente podría ser llevada a cabo cada pocos minutos.
La precisión de 0,1 ppm requeriría un contador capaz de contar
hasta 10 millones, que está representado por 24 bits.
En lo que sigue, se describen métodos y aparatos
de calibración que producen una precisión mejorada sin utilizar un
contador más grande, como se acaba de describir anteriormente. En
algunos modos de realización, esto se consigue aplicando el mismo
contador muchas veces. Se describirán dos de estos modos de
realización. En un primer modo de realización, se utiliza un solo
contador corto, lo que da como resultado una reducción de la
complejidad del hardware, pero no una reducción del tiempo de
calibración. En un segundo modo de realización, hay varios periodos
cortos de calibración distribuidos en el tiempo.
En primer lugar, es importante comprender cómo
el sincronismo inicial del periodo de calibración con respecto al
ciclo de referencia (SC) tiene influencia sobre el resultado de la
medición. Cada uno de los periodos de calibración tiene un tiempo
de inicio (es decir, el momento en el cual comienza la medición) y
cada señal de salida del referencia (SC) tiene al menos un punto de
transición (por ejemplo, la ocurrencia de un borde delantero, un
borde trasero, cero u otro cruce de niveles) la detección del cual
es un indicador de la ocurrencia de un ciclo de la señal de salida
del SC. El tiempo de inicio del periodo de calibración está
relacionado con un punto de transición de la señal de
no-referencia. El primer punto de transición de la
señal de salida de referencia que ocurrirá después del tiempo de
inicio, es el primer evento detectado a contar (por ejemplo,
representativo de un ciclo) dentro del periodo de calibración. La
figura 5, que representa un ejemplo de la señal de salida del SC,
SC_{OUT}, y una parte inicial de un periodo 501 de calibración,
ayudará a ilustrar esto. El valor inicial 503 de compensación, o
desajuste \Deltat, entre el tiempo de inicio T_{1} del periodo
de calibración y el punto de transición T_{1} que ocurre después
(en este ejemplo, el borde de subida que ocurre después) de la
señal de salida del SC, SC_{OUT}, está ilustrado también.
Para ilustrar cómo, para un valor dado de
N_{SC}, el valor inicial 503 de compensación tiene influencia
sobre el resultado de la medición, la relación entre los valores de
frecuencia real y medido del RTC (F_{RTC\_real} y
F_{RTC\_medido}, respectivamente) está representado en la figura 6
para tres valores iniciales diferente 503 de compensación. La
relación ideal está ilustrada como una línea recta 601. Para
cualquier valor dado de F_{RTC\_real} el error se observa como la
diferencia entre el valor medido de la frecuencia
(F_{RTC\_medido}) y el valor ideal. Puede observarse que el error
más pequeño, igual a \pm0,5/N_{SC} se consigue solamente cuando
\DeltaT = 0,5/F_{SC}. Como contraste, para \DeltaT =
0,99/F_{SC}, el error puede ser 1 N_{SC}; y para \DeltaT =
0,01/F_{SC}, el error puede ser -1 N_{SC}.
De acuerdo con un aspecto de la invención, la
precisión de la calibración aumenta aplicando operaciones de
calibración sucesivas a una señal SC_{OUT}, como se ilustra en la
figura 7. Se cuenta el número de ciclos del SC en cada ventana de
calibración y se genera la media (promedio) de los resultados.
Supóngase, para fines de ejemplo, que la calibración se repite cada
diez veces (N_{CAL} = 10). En el ejemplo ilustrado en la figura
7, la fase inicial \DeltaT es la misma para cada ventana de
calibración. Como resultado, el valor de cuenta medido (N_{SC})
es el mismo para cada ventana de calibración, y la media es
consecuentemente idéntica a cada valor contado individual. Por
tanto, la precisión no aumenta y se obtienen los mismos resultados
de la relación de entrada-salida, como se ilustra
en la figura 3, es decir, para N_{SC} = 100.
Para evitar esto, de acuerdo con otro aspecto de
la invención, se realizan calibraciones sucesivas como se ha
estudiado anteriormente, pero el valor inicial de la compensación,
\DeltaT, no se mantiene constante. Una manera de conseguir esto
es concatenando los periodos de calibración como se ilustra en la
figura 8. Debido a los efectos de paso del tiempo, el valor inicial
\DeltaT de la compensación es diferente para periodos de
calibración diferentes. Nuevamente, el resultado final se obtiene
promediando los tres recuentos determinados en los diez periodos de
calibración consecutivos. Sin embargo, en este caso, la relación de
entrada-salida (es decir, entre F_{RTC\_real} y
F_{RTC\_real}) es el mismo que el ilustrado en la figura 4. Es
decir, la precisión ha mejorado realmente en un factor de 10 (y
tiene la misma precisión que la que se habría obtenido con un solo
contador largo, contando N_{SC} = 1000). Al concatenar los
periodos de calibración no se reduce ni se aumenta el tiempo global
de calibración (que sigue siendo 1000/F_{SC}). Sin embargo, los
resultados han sido obtenidos utilizando un contador que es 10
veces más corto que el que sería requerido por técnicas
convencionales. Obsérvese que cuando F_{SC} es un entero múltiplo
de F_{RTC}, la compensación inicial no cambia; pero en ese caso,
la medición devuelve un valor exacto para F_{RTC} y el promedio no
es necesario.
Puede no ser posible siempre concatenar los
periodos de calibración como se ilustra en la figura 8. Por ejemplo,
como se ha mencionado anteriormente, el documento US 6.124.764
describe un método de calibración que explota los tiempos
despiertos periódicos de búsqueda. La técnica antes descrita puede
ser aplicada ahora, donde durante cada periodo despierto se cuenta
el número de ciclos de SC. Con el fin de beneficiarse de las
mediciones sucesivas, el valor \DeltaT de la compensación inicial
debe ser diferente para periodos de medición diferentes, y es
preferiblemente diferente para cada periodo de medición nuevo. Una
manera de conseguir esto es tomando un valor aleatorio de \DeltaT
para cada tiempo despierto nuevo. El procedimiento está ilustrado en
el diagrama de tiempos de la figura 9. El sincronismo inicial de
cada periodo de calibración se elige aleatoriamente o
pseudo-aleatoriamente, preferiblemente con una
distribución uniforme entre [0, 1/F_{SC}].
La figura 10 muestra un ejemplo de la relación
resultante de entrada-salida (es decir,
F_{RTC\_real} sobre el eje horizontal y F_{RTC\_medido} sobre
el eje vertical) cuando se promedian los recuentos obtenidos en
diez periodos despiertos diferentes. Aunque no se mejora en un
factor de 10, la precisión es claramente mejorada en comparación
con la técnica convencional de realizar una sola medición (volver a
referirse a la figura 3 para la comparación).
Se describirán ahora modos de realización
alternativos que utilizan un enfoque paralelo. En el diagrama de
bloques de la figura 11 se representa un ejemplo de modo de
realización. El modo de realización representado en la figura 11
puede ser incluido en cualquier equipo electrónico (no ilustrado en
esta memoria por razones de claridad) que requiera el tipo de
calibración estudiado aquí que incluye, aunque no está limitado a
ello, equipos de comunicaciones celulares (por ejemplo,
dispositivos móviles), equipos de redes inalámbricas de área local,
y equipos de redes inalámbricas de área personal. El modo de
realización incluye una pluralidad (por ejemplo, un número entero
n) de contadores 1101_{x} (1 \leq x \leq n). Por ejemplo, un
modo de realización puede incluir n = 10 contadores. Cada uno de
los contadores 1101_{x} es capaz de contar un número nominal de
ciclos de trabajo del SC (N_{SC\_nom}), por ejemplo, N_{SC\_nom}
= 100. La señal de salida (SC_{OUT}) del SC (o más genéricamente,
la señal de salida de un reloj de referencia) es suministrada a un
nodo de entrada del reloj en cada uno de los contadores 1101_{x}
para este fin. Cada uno de los contadores 1101_{x} responde a un
punto de transición (por ejemplo un borde) de la señal de salida
(SC_{OUT}) del SC, ajustando (por ejemplo, incrementando) el
valor de conteo que mantiene. Se observará que en modos de
realización alternativos, se puede dar el caso de que los
contadores 1101_{x} que empezaron antes podrían terminar su
medición antes de que acaben otros contadores 1101_{x}. En tales
casos, puede ser posible diseñar el modo de realización de tal
manera que el valor del contador final se almacene en una memoria, y
que el contador 1101_{x} se reinicie para obtener un valor de
medición de un periodo de calibración que tenga lugar más tarde.
Así, el número de contadores 1101_{x} (es decir, el valor de n)
no necesita ser igual al número de periodos de calibración a
medir.
El inicio y parada de cada contador 1101_{x}
está controlado por la señal correspondiente de n señales de
control (señales de habilitación del contador) generadas por la
lógica 1103 de control del sincronismo y suministradas a una
entrada de habilitación de un contador correspondiente de los
contadores 1101_{x}. Cada señal de control (señal de habilitación
del contador) se asegura que tenga una duración igual a la duración
del periodo de calibración representativo, y cada uno de los
contadores 1101_{x} responde a un punto de transición de la señal
de salida del SC, solamente cuando su señal de control (señal de
habilitación del contador) está asegurada. El conteo generado por
cada uno de los contadores 1101_{x} representa los resultados del
periodo correspondiente a uno de los n periodos de calibración que
se solapan entre sí en alguna medida. En este ejemplo, habrá 10
periodos de calibración solapados, porque hay 10 contadores.
Cada uno de los contadores 1101_{x} suministra
su salida a una lógica 1105 de promedio. La lógica 1105 de promedio
recibe los valores de conteo desde la pluralidad de contadores
1101_{x} y genera a partir de ellos un valor medio (promediado),
y suministra este valor a su salida. Este valor de salida, que
representa N_{SC} puede ser utilizado para determinar F_{RTC}
de acuerdo con la relación descrita anteriormente.
Como se ha estudiado anteriormente, la salida
del RTC (RTC_{OUT}) (o más genéricamente, la señal generada por
un reloj de no-referencia) determina cuándo se
efectuará la calibración (por ejemplo, los tiempos de inicio y
parada de la calibración basándose en la ocurrencia de puntos de
transición del reloj de no-referencia). De nuevo,
con el fin de beneficiarse de los resultados del promedio, los
valores iniciales de compensación de los distintos contadores no
deben ser iguales todos ellos, y son preferiblemente todos
diferentes. Esto puede conseguirse incluyendo, dentro de la lógica
1103 de control del sincronismo, una lógica que haga aleatorio el
tiempo de inicio de cada contador 1101_{x} (por ejemplo, por medio
de técnicas aleatorias o pseudo-aleatoria). Esta
aleatoriedad de los tiempos de inicio dará como resultado una
relación de entrada-salida tal como la ilustrada en
la figura 10.
Un modo de realización alternativo no utiliza
tiempos de inicio aleatorios del contador, sino que en su lugar
tiene una lógica 1103 de control del sincronismo que incluye una
lógica para determinar los tiempos de inicio y parada de acuerdo
con el diagrama de tiempos de la figura 12. La figura 12 representa
un ejemplo de relación entre las señales SC_{OUT} y RTC_{OUT}.
La lógica para determinar los tiempos de inicio y parada del
contador inicia cada uno de los contadores 1101_{x} en sucesión,
siendo retardado el inicio de cada contador 1101_{x} en un ciclo
del RTC, de manera que el inicio del contador n-simo
1101_{n} es retardado en n-1 ciclos de RTC desde
el inicio del primer contador 1101_{1}. (Para obtener una
perspectiva de cuántos ciclos de RTC representa esto en comparación
con el número total de ciclos de RTC durante los cuales estarán
funcionando los contadores 1101_{x}, se observará que
normalmente, la ventana de calibración total cuenta muchos ciclos
de RTC, por ejemplo del orden de N_{RTC} = 32768 para una
implementación de WCDMA). Debido al efecto deslizante, los valores
iniciales \DeltaT de compensación no serán todos iguales (es
decir, al menos dos o más de los valores iniciales de compensación
serán diferentes entre sí). La consecuente relación de
entrada-salida a partir de este enfoque será como
la representada en la figura 4. Así, en este ejemplo, la precisión
de la calibración ha de ser mejorada en un factor de 10, mientras
que la duración de la calibración ha aumentado en una cantidad
despreciable. En otras palabras, la precisión deseada puede ser
obtenida en aproximadamente 1/10 del tiempo.
Así, independientemente de qué modo de
realización se implemente, la lógica 1103 de control del sincronismo
hace que, por ejemplo, se asegure una primera señal de habilitación
del contador en un primer tiempo de inicio, donde el valor de
compensación del primer tiempo es igual a la diferencia entre el
primer tiempo de inicio y un primer punto de transición de la señal
del reloj de referencia; y hace que se asegure una segunda señal de
habilitación de contador en un segundo tiempo de inicio, donde un
valor de compensación del segundo tiempo es igual a la diferencia
entre el segundo tiempo de inicio y un segundo punto de transición
de la señal del reloj de referencia. La lógica 1103 de control del
sincronismo hace que el primer y segundo tiempos de inicio sean
tales que el valor de compensación del primer tiempo es diferente
del valor de compensación del segundo tiempo.
La figura 13 es un diagrama de flujo que
representa los pasos aplicables a todos los modos de realización
antes descritos y a otros. El proceso comienza definiendo los
periodos de calibración (paso 1301), incluyendo el primer y segundo
periodos de calibración, como se ha estudiado anteriormente. (Nota:
el uso de "primero" y "segundo" en este caso no se
refiere al orden temporal. En su lugar, estas etiquetas se utilizan
simplemente para distinguir uno de los periodos de calibración de
cualquier otro de los periodos de calibración). Esto es, cada uno
de los periodos de calibración tiene un tiempo de inicio relacionado
con un punto de transición del reloj de
no-referencia. Cada periodo de calibración tiene
también un valor de compensación del tiempo que es igual a la
diferencia entre el tiempo de inicio del periodo de calibración y un
punto de transición de la señal del reloj de referencia
(SC_{OUT}) dentro del periodo de calibración. En los ejemplos de
modos de realización descritos anteriormente, los valores de
compensación del tiempo son diferentes para todos los periodos de
calibración. Sin embargo, éste podría no ser el caso para modos de
realización alternativos. Para obtener los beneficios de la
invención, los valores de compensación del tiempo de al menos dos de
los periodos de calibración (por ejemplo, el primer y segundo
valores de compensación del tiempo, correspondientes al primer y
segundo periodos de calibración, respectivamente) deben ser
diferentes entre sí. A continuación, se genera una pluralidad de
mediciones para cada uno de la pluralidad de periodos de
calibración, midiendo el número de ciclos del reloj de referencia
que ocurren durante dicho periodo de la pluralidad de periodos de
calibración (paso 1303). En modos de realización tales como los
representados en las figuras 8 y 9, estas mediciones se hacen de
una en una, en secuencia. Alternativamente, en modos de realización
que emplean una pluralidad de contadores (véase por ejemplo la
figura 11), dos o más de estas mediciones pueden solaparse entre
sí.
La pluralidad de mediciones así obtenidas se
utilizan después para asegurar un número medio de ciclos de la
señal del reloj de referencia por periodo de calibración (paso
1305).
Este número medio de ciclos del reloj de
referencia por periodo de calibración se utiliza después como número
de ciclos medidos de la señal del reloj de referencia que ocurren
durante el periodo de calibración. Tal utilización puede incluir,
por ejemplo, la determinación de la frecuencia del reloj de
no-referencia (RTC_{OUT}) como se ha estudiado
anteriormente. En algunos modos de realización, esa utilización
podría ser alternativamente una comparación del valor medido con un
valor nominal (por ejemplo, con el fin de determinar si el reloj de
no-referencia RTC_{OUT} está funcionando demasiado
rápido o demasiado lento y en qué medida).
Las técnicas de calibración descritas
anteriormente son ventajosas en cuanto que pueden ser utilizadas,
por ejemplo, para mejorar la precisión sin aumentar la complejidad
del hardware utilizando el enfoque en serie, o bien para acortar el
tiempo de calibración utilizando el enfoque en paralelo. Este último
es bastante importante, ya que mejorará los modos de baja potencia
en terminales celulares; durante cada periodo despierto para
comprobar el canal de búsqueda, se puede calibrar el reloj de
no-referencia (por ejemplo, el RTC).
La invención ha sido descrita con referencia a
modos de realización particulares. Sin embargo, será fácilmente
evidente para los expertos en la técnica que es posible materializar
la invención en formas específicas distintas a las del modo de
realización descrito anteriormente.
Por ejemplo, los modos de realización antes
descritos implican establecer un valor numérico que es
representativo de un número de ciclos del reloj de referencia que
tienen lugar durante un periodo de calibración. Sin embargo, esto
es simplemente una posible característica indicativa de la velocidad
de oscilación del reloj de referencia con respecto a la del reloj
de no-referencia (de aquí en adelante "velocidad
de oscilación relativa"). En otros modos de realización, se
podrían medir otras características durante los periodos de
calibración y promediar estas características medidas. Por ejemplo,
la característica medida podría ser la frecuencia (por ejemplo,
expresada en Hz) del reloj de referencia. En otros modos de
realización más, la característica medida podría ser el periodo
(por ejemplo, expresado en segundos).
Por tanto, los modos de realización descritos
son meramente ilustrativos y no deben considerarse restrictivos en
modo alguno. El alcance de la invención está dado por las
reivindicaciones anexas, en lugar de la descripción precedente, y
todas las variaciones que caen dentro del alcance de las
reivindicaciones pretenden estar comprendidas en él.
Claims (15)
1. Un método para establecer una medición
representativa que sea indicativa de una velocidad de oscilación
relativa de un reloj de referencia, durante un periodo de
calibración representativo, donde el reloj de referencia genera una
señal del reloj de referencia, y donde un número conocido de ciclos
de una señal generada por un reloj de no-referencia
abarca el periodo de calibración representativo, comprendiendo el
método:
- definir una pluralidad de periodos de calibración que incluya un primer periodo de calibración y un segundo periodo de calibración;
- hacer que el primer periodo de calibración comience en un primer tiempo de inicio, donde un primer valor de compensación del tiempo es igual a la diferencia entre el primer tiempo de inicio y un punto de transición de la señal del reloj de referencia, dentro del primer periodo de calibración;
- hacer que el segundo periodo de calibración comience en un segundo tiempo de inicio, donde un segundo valor de compensación del tiempo es igual a la diferencia entre el segundo tiempo de inicio y un punto de transición de la señal del reloj de referencia, dentro del segundo periodo de calibración;
- generar una pluralidad de mediciones, para cada uno de los periodos de la pluralidad de periodos de calibración, estableciendo una característica que es indicativa de la velocidad de oscilación relativa del reloj de referencia, durante dicho periodo de la pluralidad de periodos de calibración;
- caracterizado porque
- el primer valor de compensación del tiempo es diferente del segundo valor de compensación del tiempo; y porque el método comprende además:
- utilizar la pluralidad de mediciones para establecer un valor medio de la medición; y
- utilizar el valor medio de la medición como medición representativa que es indicativa de la velocidad de oscilación relativa del reloj de referencia, durante el periodo representativo de calibración.
2. El método de la reivindicación 1, en el que
la característica que es indicativa de la velocidad de oscilación
relativa del reloj de referencia, durante dicho periodo de la
pluralidad de periodos de calibración, es un valor numérico que
representa un número de ciclos de la señal del reloj de referencia o
una frecuencia de la señal del reloj de referencia o un periodo de
la señal del reloj de referencia, durante dicho periodo de la
pluralidad de periodos de calibración.
3. El método de la reivindicación 1 o 2, en el
que la pluralidad de periodos de calibración están concatenados
entre sí.
4. El método de la reivindicación 1 o 2, en el
que cada uno de los primero y segundo tiempos de inicio se
determina aleatoriamente o
pseudo-aleatoriamente.
5. El método de la reivindicación 1 o 2, en el
que el segundo tiempo de inicio ocurre dentro del primer periodo de
calibración.
6. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, que comprende:
- utilizar la medición representativa que es indicativa de la velocidad de oscilación relativa del reloj de referencia, durante el periodo representativo de calibración, para calibrar el reloj de no-referencia.
7. Un aparato que establece una medición
representativa que es indicativa de una velocidad de oscilación
relativa de un reloj de referencia, durante un periodo
representativo de calibración, en el que el reloj de referencia
genera una señal del reloj de referencia, y donde un número conocido
de ciclos de una señal generada por un reloj de
no-referencia abarca el periodo representativo de
calibración, comprendiendo el aparato:
- una lógica configurada para definir una pluralidad de periodos de calibración que incluye un primer periodo de calibración y un segundo periodo de calibración;
- una lógica configurada para:
- hacer que el primer periodo de calibración comience en un primer tiempo de inicio, donde un primer valor de compensación del tiempo es igual a la diferencia entre el primer tiempo de inicio y un punto de transición de la señal del reloj de referencia, dentro del primer periodo de calibración; y
- hacer que el segundo periodo de calibración comience en un segundo tiempo de inicio, donde un segundo valor de compensación del tiempo es igual a la diferencia entre el segundo tiempo de inicio y un punto de transición de la señal del reloj de referencia, dentro del segundo periodo de calibración, y donde el primer valor de compensación de tiempo es diferente del segundo valor de compensación del tiempo,
- una lógica configurada para generar una pluralidad de mediciones, para cada uno de la pluralidad de periodos de calibración, estableciendo una característica que es indicativa de la velocidad de oscilación relativa del reloj de referencia, durante dicho periodo de la pluralidad de periodos de calibración;
- una lógica configurada para utilizar la pluralidad de mediciones y establecer un valor medio de la medición; y
- una lógica configurada para utilizar el valor medio de la medición como medición representativa que es indicativa de la velocidad de oscilación relativa del reloj de referencia, durante el periodo representativo de calibración.
8. El aparato de la reivindicación 7, en el que
la característica que es indicativa de la velocidad de oscilación
relativa del reloj de referencia, durante dicho periodo de la
pluralidad de periodos de calibración, es un valor numérico que
representa un número de ciclos de la señal del reloj de referencia o
una frecuencia de la señal del reloj de referencia o un periodo de
la señal del reloj de referencia, durante dicho periodo de la
pluralidad de periodos de calibración.
9. El aparato de la reivindicación 7 u 8, en el
que la pluralidad de periodos de calibración están concatenados
entre sí.
10. El aparato de la reivindicación 7 u 8, en
el que cada uno de los primero y segundo tiempo de inicio se
determina aleatoriamente o
pseudo-aleatoriamente.
11. El aparato de la reivindicación 7 u 8, en
el que el segundo tiempo de inicio ocurre dentro del primer periodo
de calibración.
12. El aparato de la reivindicación 11, en el
que:
- el primer tiempo de inicio es coincidente con un punto de transición de la señal generada por el reloj de no-referencia;
- el segundo tiempo de inicio es coincidente con un punto de transición diferente de la señal generada por el reloj de no-referencia; y
- el punto de transición y el punto de transición diferente de la señal generada por el reloj de no-referencia no son coincidentes entre sí.
13. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 12, que comprende:
- una lógica que utiliza la medición representativa que es indicativa de la velocidad de oscilación relativa del reloj de referencia, durante el periodo de calibración representativo, para calibrar el reloj de no-referencia.
14. Un aparato para establecer un número de
ciclos medido de una señal del reloj de referencia que tiene lugar
durante un periodo de calibración representativo, donde un número
conocido de ciclos de la señal del reloj de
no-referencia, generada por un reloj de
no-referencia, abarca el periodo de calibración
representativo, comprendiendo el aparato:
- una lógica (1103) de control del sincronismo que recibe la señal del reloj de no-referencia y genera a partir de ella una pluralidad de señales de habilitación de contadores, incluyendo una primera señal de habilitación de un contador y una segunda señal de habilitación de un contador, donde cada señal de habilitación de contador se asegura con una duración igual a la duración del periodo de calibración representativo;
- una pluralidad de contadores (1101_{1} - 1101_{n}), que tienen cada uno de ellos una entrada de habilitación conectada para recibir una respectiva señal de la pluralidad de señales de habilitación de contadores, y que tiene cada uno de ellos un nodo de entrada del reloj conectado para recibir la señal del reloj de referencia, donde cada uno de los contadores mantiene un valor de conteo que se ajusta como respuesta a la ocurrencia de un punto de transición de la señal del reloj de referencia, solamente si la respectiva señal de la pluralidad de señales de habilitación de los contadores está asegurada; y
- una lógica (1105) que recibe los valores de conteo desde la pluralidad de contadores y genera a partir de ellos un valor medio,
- donde
- la lógica (1103) de control del sincronismo hace que se asegure una primera señal de habilitación del sincronismo en un primer tiempo de inicio, donde un primer valor de compensación del tiempo es igual a la diferencia entre el primer tiempo de inicio y un primer punto de transición de la señal del reloj de referencia;
- la lógica (1103) de control del sincronismo hace que se asegure una segunda señal de habilitación del sincronismo en un segundo tiempo de inicio, donde un segundo valor de compensación del tiempo es igual a la diferencia entre el segundo tiempo de inicio y un segundo punto de transición de la señal del reloj de referencia; y
- el primer valor de compensación del tiempo es diferente del segundo valor de compensación del tiempo.
15. El aparato de la reivindicación 14, que
comprende tantos contadores como periodos de calibración, y donde
cada uno de los contadores funciona solamente durante el periodo
correspondiente de la pluralidad de periodos de calibración.
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