传感器、时钟脉冲频率调整系统及时钟脉冲频率调整方法

摘要

本发明实施例提供一种时钟脉冲频率调整系统，包括感测时钟脉冲产生单元、除频单元与控制器。感测时钟脉冲产生单元产生感测时钟脉冲讯号。除频单元电性连接感测时钟脉冲产生单元，接收感测时钟脉冲讯号并输出时钟脉冲校正讯号。控制器电性连接除频单元，具有第一计数值，为外部时钟脉冲讯号的频率除以预定时钟脉冲讯号的频率。控制器包括周期计数器与频率调整单元。周期计数器连接除频单元，用以接收外部时钟脉冲讯号与时钟脉冲校正讯号，并且获得第二计数值。频率调整单元电性连接周期计数器，用以根据第一计数值与第二计数值来计算时钟脉冲校正讯号与预定时钟脉冲讯号之间的频率差数据，来决定调整次数并调整感测时钟脉冲讯号的频率。

说明书

技术领域

本发明是关于一种鼠标内部的传感器，特别是指一种通过外部时钟脉 冲频率来自动调整内部时钟脉冲频率的传感器。

背景技术

光学鼠标以某一帧速率来撷取影像并且藉由影像之间的比较来计算 位移。帧速率主要是由传感器内部所产生的主时钟脉冲所决定，而且内部 时钟脉冲源会随着制程、电压与温度的变异而改变。由于，决定帧速率的 逻辑电路是由同一时钟脉冲源所驱动，所以帧速率也会以同样方式而随着 变化。内部时钟脉冲源的变异可以达到+/-20%。

鼠标的效能通常与帧速率息息相关，而此效能参数的两个例子为最大 速度与最大加速度，并且鼠标的最大速度与最大加速度会随着帧速率的增 加而增加。因此，为了保证鼠标能够符合所设定的速度且/或加速度的相 关规格，内部时钟脉冲源的变异则需要纳入考虑。举例来说，将鼠标的规 格设计成最大速度为10ips并且最大加速度为1g。为了符合所设计的规 格，则需要将帧速率设定为1000fps(frames per second)。之后，如果额定 时钟脉冲频率为10MHz且其具有+/-20%时钟脉冲变化，则最小-典型-最 大的时钟脉冲频率会是8-10-12MHz。

为了能够在时钟脉冲变化的范围内符合速度与加速度的设计规格，则 需要设定最小的帧速率，亦即在8MHz时将帧速率设定为1000fps。因此， 在最小-典型-最大的时钟脉冲频率为8-10-12MHz时，则最小-典型-最大 的帧速率为1000-1200-1440fps。在以上的例子中可以了解到，因为帧速 率在时钟脉冲频率变化的范围内被设定为大于1000fps在时钟脉冲频率 的变化中，鼠标都会符合速度为10ips且加速度为1g的设计规格。

然而，功耗几乎会随着帧速率的增加而随着线性增加。故，为了符合 速度为10ips且加速度为1g的设计规格，则具有大于1000fps的帧速率的 鼠标会消耗较多的能量。

发明内容

本发明实施例提供一种时钟脉冲频率调整系统，时钟脉冲频率调整系 统包括感测时钟脉冲产生单元、除频单元与控制器。感测时钟脉冲产生单 元产生感测时钟脉冲讯号。除频单元电性连接感测时钟脉冲产生单元，接 收感测时钟脉冲讯号并将感测时钟脉冲讯号的频率除以除频模数后输出 时钟脉冲校正讯号，其中除频模数为正整数。控制器电性连接除频单元， 所述控制器具有第一计数值，其中第一计数值为外部时钟脉冲讯号的频率 除以预定时钟脉冲讯号的频率。控制器包括周期计数器与频率调整单元。 周期计数器连接除频单元，所述周期计数器用以接收外部时钟脉冲讯号与 时钟脉冲校正讯号，并且通过外部时钟脉冲讯号来取样时钟脉冲校正讯号 以获得第二计数值。频率调整单元电性连接周期计数器，用以根据第一计 数值与第二计数值来计算时钟脉冲校正讯号与预定时钟脉冲讯号之间的 频率差数据，并根据频率差数据与步阶调整频率来决定调整次数并据此输 出时钟脉冲调整讯号至感测时钟脉冲产生单元以调整感测时钟脉冲讯号 的频率。

在本发明其中一个实施例中，频率调整单元用以将第一计数值的倒数 减去第二计数值的倒数后再将其相减结果乘以除频模数来获得频率差数 据，并且通过将外部时钟脉冲讯号的频率除以步阶调整频率来获得步阶调 整数据。

在本发明其中一个实施例中，频率调整单元将频率差数据乘以步阶调 整数据后获得调整次数，其中调整次数为正整数。

在本发明其中一个实施例中，频率调整单元根据频率差数据与步阶调 整频率，传送时钟脉冲调整讯号至感测时钟脉冲产生单元以单次调整感测 时钟脉冲讯号的之频率。

在本发明其中一个实施例中，频率调整单元根据调整次数与步阶调整 频率，传送时钟脉冲调整讯号至感测时钟脉冲产生单元以逐步调整感测时 钟脉冲讯号的频率。

在本发明其中一个实施例中，第二计数值为外部时钟脉冲讯号的频率 除以时钟脉冲校正讯号的频率。

在本发明其中一个实施例中，控制器更包括可程序化记忆单元。可程 序化记忆单元电性连接频率调整单元，所述可程序化记忆单元用以储存至 少一个最终时钟脉冲调整信号、除频模数、第一计数值、步阶调整频率与 调整次数。

在本发明其中一个实施例中，传感器时钟脉冲频率调整系统更包括影 像撷取单元。影像撷取单元电性连接感测时钟脉冲产生单元，所述影像撷 取单元接收感测时钟脉冲讯号并据此撷取表面影像，其中影像撷取单元具 有预定帧速率，并且预定帧速率对应于预定时钟脉冲讯号的频率。

本发明实施例另提供一种用于鼠标的传感器，传感器包括感测时钟脉 冲产生单元、除频单元与影像撷取单元。感测时钟脉冲产生单元产生感测 时钟脉冲讯号。除频单元电性连接感测时钟脉冲产生单元，所述除频单元 接收感测时钟脉冲讯号并将感测时钟脉冲讯号的频率除以除频模数后输 出时钟脉冲校正讯号，其中除频模数为正整数。影像撷取单元电性连接感 测时钟脉冲产生单元，所述影像撷取单元接收感测时钟脉冲讯号并据此撷 取表面影像，其中影像撷取单元具有预定帧速率，并且预定帧速率对应于 预定时钟脉冲讯号的频率。除频单元连接至控制器，所述控制器具有第一 计数值，并且第一计数值为外部时钟脉冲讯号的频率除以预定时钟脉冲讯 号的频率，其中控制器包括周期计数器与频率调整单元。周期计数器连接 除频单元，所述周期计数器用以接收外部时钟脉冲讯号与时钟脉冲校正讯 号，并且通过外部时钟脉冲讯号来取样时钟脉冲校正讯号以获得第二计数 值。频率调整单元电性连接周期计数器，用以根据第一计数值与第二计数 值来计算时钟脉冲校正讯号与预定时钟脉冲讯号之间的频率差数据，并根 据频率差数据与步阶调整频率来决定调整次数并据此输出时钟脉冲调整 讯号至感测时钟脉冲产生单元以调整感测时钟脉冲讯号的频率。

本发明实施例再提供一种时钟脉冲频率调整方法，用于一时钟脉冲频 率调整系统。时钟脉冲频率调整系统包括感测时钟脉冲产生单元、除频单 元与控制器，并且控制器包括周期计数器与频率调整单元，其中除频单元 电性连接感测时钟脉冲产生单元，所述周期计数器连接除频单元，所述频 率调整单元电性连接周期计数器。所述时钟脉冲频率调整方法包括以下步 骤：产生感测时钟脉冲讯号。接收感测时钟脉冲讯号并将感测时钟脉冲讯 号的频率除以除频模数后输出时钟脉冲校正讯号，其中除频模数为正整 数。接收外部时钟脉冲讯号与时钟脉冲校正讯号，并且通过外部时钟脉冲 讯号来取样时钟脉冲校正讯号以获得第二计数值。通过频率调整单元，根 据第一计数值与第二计数值来计算时钟脉冲校正讯号与预定时钟脉冲讯 号之间的频率差数据，其中第一计数值为外部时钟脉冲讯号的频率除以预 定时钟脉冲讯号之频率。根据频率差数据与步阶调整频率来决定调整次 数。根据调整次数，输出时钟脉冲调整讯号至感测时钟脉冲产生单元以调 整感测时钟脉冲讯号的频率。

在本发明其中一个实施例中，频率调整单元将第一计数值的倒数减去 第二计数值的倒数后再将其相减结果乘以除频模数来获得频率差数据，并 且通过将外部时钟脉冲讯号的频率除以步阶调整频率来获得步阶调整数 据。

在本发明其中一个实施例中，频率调整单元将频率差数据乘以步阶调 整数据后获得调整次数，其中调整次数为正整数。

在本发明其中一个实施例中，频率调整单元根据频率差数据与步阶调 整频率，传送时钟脉冲调整讯号至感测时钟脉冲产生单元以单次调整感测 时钟脉冲讯号的频率。

在本发明其中一个实施例中，频率调整单元根据调整次数与步阶调整 频率，传送时钟脉冲调整讯号至感测时钟脉冲产生单元以逐步调整感测时 钟脉冲讯号的频率。

综上所述，本发明实施例所提出的传感器、时钟脉冲频率调整系统及 其时钟脉冲频率调整方法，通过外部时钟脉冲频率来自动调整传感器的内 部频率以在默认的设计规格内符合预定帧频率，藉此能够有效地降低鼠标 的功耗。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发 明的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，而非对本 发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1为根据本发明例示性实施例所绘示的时钟脉冲频率调整系统的 区块示意图。

图2为根据本发明例示性实施例所绘示的时钟脉冲频率调整系统的 区块示意图。

图3为根据本发明实施例的外部时钟脉冲讯号取样时钟脉冲校正讯 号的波形图。

图4为根据本发明实施例所绘示的时钟脉冲频率调整方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

100：时钟脉冲频率调整系统

110：传感器

112：感测时钟脉冲产生单元

114：除频单元

116：影像撷取单元

120：控制器

122：周期计数器

124：频率调整单元

126：可程序化记忆单元

AS：时钟脉冲校正讯号

COUT1：第一计数值

COUT2：第二计数值

ECS：感测时钟脉冲讯号

EXCS：外部时钟脉冲讯号

FS：时钟脉冲调整讯号

T：周期

S410～S460：步骤

具体实施方式

在下文将参看附图更充分地描述各种例示性实施例，在附图中展示一 些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应 解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实 施例使得本发明将为详尽且完整，且将向本领域技术人员充分传达本发明 概念的范畴。在诸附图中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。 类似数字始终指示类似组件。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组 件，但此等组件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一组件与另一 组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本发明概念的 教示。如本文中所使用，术语「及/或」包括相关联的列出项目中的任一 者及一或多者的所有组合。

[时钟脉冲频率调整系统的实施例]

一般来说，光学鼠标的效能与帧速率(frame rate)息息相关，而关于鼠 标效能的两个参数为最大速度与最大加速度。光学鼠标的最大速度与最大 加速度会随着帧速率的增加而增加。光学鼠标的传感器是以一帧速率来撷 取影像并且在通过影像的比较来计算两连续影像之间的位移，其中帧速率 决定于光学鼠标内传感器所产生的感测时钟脉冲讯号的频率。传感器内部 的时钟脉冲频率会随着制程、电压与温度变异而有所变化。再者，由于决 定帧速率的逻辑电路也会被同样的感测时钟脉冲讯号所驱动，因此帧速率 也会随着变动。一般来说，传感器所产生的感测时钟脉冲讯号的频率会有 正负20%的变动。本公开内容提供一种通过外部时钟脉冲讯号来校正传感 器内部所产生的感测时钟脉冲讯号的频率以稳定帧速率，进而能够在符合 最大速度与最大加速度的设计参数下，有效地降低光学鼠标的功耗。

请参照图1，图1为根据本发明例示性实施例所绘示的时钟脉冲频率 调整系统的区块示意图。时钟脉冲频率调整系统100包括传感器110与控 制器120。控制器120电性连接至传感器110，其中传感器110配置于一 光学鼠标(图1未绘示)内，控制器120为配置在光学鼠标之外并且控制器 120接收一外部时钟脉冲讯号EXCS。本公开内容的光学鼠标的传感器110 将所产生的感测时钟脉冲讯号予以降频为时钟脉冲校正讯号AS，并将时 钟脉冲校正讯号AS传送至控制器120，通过控制器120所接收的外部时 钟脉冲讯号EXCS来将时钟脉冲校正讯号AS予以计数，其中外部时钟脉 冲讯号EXCS的频率大于时钟脉冲校正讯号AS的频率。接着，控制器120 根据时钟脉冲频率调整算法予以进行计算，之后，控制器120传送时钟脉 冲调整讯号FS至传感器110以一次性或逐步调整传感器110内部所产生 的感测时钟脉冲讯号的频率。

为了更详细地说明本发明所述时钟脉冲频率调整系统100的运作流 程，以下将举多个实施例中至少之一来作更进一步的说明。

在接下来的多个实施例中，将描述不同于上述图1实施例的部分，且 其余省略部分与上述图1实施例的部分相同。此外，为说明便利起见，相 似的参考数字或标号指示相似的组件。

[时钟脉冲频率调整系统的另一实施例]

请参照图2，图2为根据本发明例示性实施例所绘示的时钟脉冲频率 调整系统的区块示意图。时钟脉冲频率调整系统100的传感器110包括感 测时钟脉冲产生单元112、除频单元114与影像撷取单元116。时钟脉冲 频率调整系统100的控制器120包括周期计数器122、频率调整单元124 与可程序化记忆单元126。在本实施例中，感测时钟脉冲产生单元112会 产生一感测时钟脉冲信号ECS，其频率可能会与目标时钟脉冲讯号的频率 相同或不同，因此本公开内容通过周期性地自动侦测与校正机制来调整感 测时钟脉冲信号ECS的频率。除频单元114电性连接感测时钟脉冲产生 单元112，并且除频单元114接收感测时钟脉冲讯号ECS并且将感测时钟 脉冲讯号ECS的频率予以降频，亦即将感测时钟脉冲讯号ECS的频率除 以除频模数后输出时钟脉冲校正讯号AS，其中除频模数为一正整数。控 制器120具有第一计数值COUT1(储存于可程序化记忆单元126)，其中第 一计数值COUT1为外部时钟脉冲讯号EXCS的频率除以预定时钟脉冲讯 号的频率。周期计数器122电性连接除频单元114，并且周期计数器122 用以接收外部时钟脉冲讯号EXCS与时钟脉冲校正讯号AS，并且利用外 部时钟脉冲讯号EXCS来取样时钟脉冲校正讯号AS以获得第二计数值 COUT2，并将第二计数值COUT2传送至频率调整单元124，进一步来说， 第二计数值COUT2为外部时钟脉冲讯号EXCS的频率除以时钟脉冲校正 讯号AS的频率。

频率调整单元124电性连接周期计数器122，频率调整单元124接收 从周期计数器122所传送的第二计数值COUT2与从可程序化记忆单元 126内取得第一计数值COUT1并且根据第一计数值COUT1与第二计数值 COUT2来计算时钟脉冲校正讯号AS与预定时钟脉冲讯号之间的一频率 差数据。之后，频率调整单元124根据频率差数据与步阶调整频率来决定 对感测时钟脉冲产生单元112的调整次数并据此输出时钟脉冲调整讯号 FS至感测时钟脉冲产生单元112以调整感测时钟脉冲讯号ECS的频率。 进一步来说，频率调整单元124所进行的计算为将第一计数值COUT1的 倒数减去第二计数值COUT2的倒数后，再将其相减结果乘以除频模数来 获得频率差数据，并且通过将外部时钟脉冲讯号EXCS的频率除以步阶调 整频率来获得步阶调整数据。接着，频率调整单元124将频率差数据乘以 步阶调整数据后获得调整次数，其中在本实施例中，调整次数为正整数。 值得一提的是，在一实施例中，频率调整单元124根据频率差数据与步阶 调整频率，传送时钟脉冲调整讯号FS至感测时钟脉冲产生单元112以单 次调整感测时钟脉冲讯号ECS的频率，以使其接近或等于目标时钟脉冲 讯号的频率。在另一实施例中，频率调整单元124根据调整次数与步阶调 整频率，依序传送时钟脉冲调整讯号FS至感测时钟脉冲产生单元112以 逐步调整感测时钟脉冲讯号ECS的频率，以使其接近或等于目标时钟脉 冲讯号的频率。

影像撷取单元116电性连接感测时钟脉冲产生单元112，所述影像撷 取单元116接收感测时钟脉冲讯号ECS并据此撷取表面影像，其中影像 撷取单元116具有预定帧速率，并且预定帧速率对应于预定时钟脉冲讯号 的频率。值得一提的是，感测时钟脉冲产生单元112所产生的感测时钟脉 冲讯号ECS的频率可能会因为制程、电压或温度而与目标时钟脉冲讯号 的频率产生偏移。可程序化记忆单元126电性连接频率调整单元124，所 述可程序化记忆单元126可以是可抹除式只读存储器（EPROM）、电气 式可抹除只读存储器（EEPROM）。在本实施例中，可程序化记忆单元 126用以储存除频模数、第一计数值COUT1、步阶调整频率与调整次数。

为了更清楚说明本公开内容，以下将以一量化实施例来进行说明，以 便了解本公开内容。假设步阶调整频率为150kHz，目标时钟脉冲讯号的 频率为10MHz，外部时钟脉冲讯号EXCS的频率为24MHz，除频模数为 1000。在进行下述说明前，须先说明的是，下述实施例式以非线性系统做 一说明，亦即频率调整单元124根据调整次数与步阶调整频率，传送时钟 脉冲调整讯号FS至感测时钟脉冲产生单元112以逐步调整感测时钟脉冲 讯号ECS的频率。

在本实施例中，假设感测时钟脉冲讯号ECS小于目标时钟脉冲讯号 的频率，且感测时钟脉冲讯号ECS与目标时钟脉冲讯号频率差异量为 2MHz。详细来说，感测时钟脉冲产生单元112传送具有8MHZ频率的感 测时钟脉冲讯号ECS至除频单元114。此时，除频单元114会将感测时钟 脉冲讯号ECS的频率除以除频模数(亦即1000)后输出一具有8kHz频率的 时钟脉冲校正讯号AS至周期计数器122。请同时参照图3，图3为根据 本发明实施例的外部时钟脉冲讯号取样时钟脉冲校正讯号的波形图。周期 计数器122将在一周期T中以取样方式来进行计数，进一步来说，当周期 计数器122接收到时钟脉冲校正讯号AS的一个上升边缘时，则会开始以 具有24MHz频率的外部时钟脉冲讯号EXCS来对具有8kHz频率的时钟 脉冲校正讯号AS取样来进行计数，并且在时钟脉冲校正讯号AS的次一 个上升边缘时结束计数工作。据此，在本实施例中，周期计数器122会产 生一个3000次的第二计数值COUT2，如式(1)所示，并且将第二计数值 COUT2传送至频率调整单元124。接下来，频率调整单元124会自可程序 化记忆单元126撷取第一计数值COUT1，在本实施例中，第一计数值 COUT1的计算如式(2)所示，其中预定时钟脉冲讯号的频率为10kHz，其 为目标时钟脉冲讯号的频率(亦即10MHz)除以除频模数(亦即1000)。

24MHz/8kHz=3000次     式(1)

24MHz/10kHz=2400次    式(2)

接下来，频率调整单元124将第一计数值COUT1的倒数减去第二计 数值COUT2的倒数后再将其相减结果乘以除频模数来获得频率差数据 (亦即2MHz/24MHz)，如式(3)所示，并且频率调整单元124通过将外部 时钟脉冲讯号EXCS的频率除以步阶调整频率来获得一步阶调整数据，如 式(4)所示。接着，频率调整单元124将频率差数据乘以步阶调整数据后获 得调整次数，亦即将式(3)与式(4)进行相乘以获得式(5)，其中调整次数为 正整数13。在一非线性系统下，频率调整单元124会连续13次(每次增加 150kHz)传送时钟脉冲调整讯号FS至感测时钟脉冲产生单元112以逐步调 整感测时钟脉冲讯号ECS的频率，以使其更接近目标时钟脉冲讯号的频 率(10MHz)。据此，帧速率即不会随着感测时钟脉冲讯号ECS的频率而大 幅变动，故在一实施例中，帧速率可以设定为1000(每秒1000帧)以符合 设计规格(最大速度为10ips并且最大加速度为1g)，通过上述机制以使光 学鼠标能够达到降低功耗之功效。

1000×[(1/2400)－(1/3000)]=2MHz/24MHz    式(3)

24MHz/150kHz                             式(4)

(2MHz/24MHz)×(24MHz/150kHz)=13.33       式(5)

值得一提的是，在线性系统的另一实施例中，频率调整单元124在计 算出感测时钟脉冲讯号ECS与目标时钟脉冲讯号之间的频率差时，即可 单次传送时钟脉冲调整讯号FS至感测时钟脉冲产生单元112，以一次性 地调整感测时钟脉冲讯号ECS的频率。

[时钟脉冲频率调整方法的一实施例]

请参阅图4，图4为根据本发明实施例所绘示的时钟脉冲频率调整方 法的流程图。本例所述的方法可以在图2所示的时钟脉冲频率调整系统上 执行,因此请一并照图2以利理解。时钟脉冲频率调整方法包括以下步骤： 产生感测时钟脉冲讯号(步骤S410)。接收感测时钟脉冲讯号并将感测时钟 脉冲讯号的频率除以除频模数后输出时钟脉冲校正讯号，其中除频模数为 正整数(步骤S420)。接收外部时钟脉冲讯号与时钟脉冲校正讯号，并且通 过外部时钟脉冲讯号来取样时钟脉冲校正讯号以获得第二计数值(步骤 S430)。通过频率调整单元，根据第一计数值与第二计数值来计算时钟脉 冲校正讯号与预定时钟脉冲讯号之间的频率差数据，其中第一计数值为外 部时钟脉冲讯号的频率除以预定时钟脉冲讯号的频率(步骤S440)。根据频 率差数据与步阶调整频率来决定调整次数(步骤S450)。根据调整次数，输 出时钟脉冲调整讯号至感测时钟脉冲产生单元以调整感测时钟脉冲讯号 的频率(步骤S460)。

关于时钟脉冲频率调整系统的时钟脉冲频率调整方法的各步骤的相 关细节在上述图1～图3实施例已详细说明，在此恕不赘述。

在此须说明的是，图4实施例的各步骤仅为方便说明的须要，本发明 实施例并不以各步骤彼此间的顺序作为实施本发明各个实施例的限制条 件。

[实施例的可能功效]

综上所述，本发明实施例所提出的传感器、时钟脉冲频率调整系统及 其时钟脉冲频率调整方法，通过外部时钟脉冲频率来自动调整传感器的内 部频率以在默认的设计规格内符合预定帧频率，藉此能够有效地降低鼠标 的功耗。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。