CN101026377A - 时钟产生电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种时钟产生电路。在产生与第一系统同步的时钟信号的第二系统中，根据利用第一系统中的第一振荡器的输出产生的参考信号与第二振荡器的输出之间的相位差控制第二振荡器以使得第二系统与第一系统同步的控制电压值被监测，从而由于第一振荡器的老化而发生的频率波动被检测。

Description

时钟产生电路

技术领域

本发明涉及具有由两个系统构成的冗余结构的时钟产生电路，并且更具体地涉及对由作为时钟源的振荡器的老化引起的频率波动的检测。

背景技术

根据现有技术，已经考虑了在两个系统(活动系统和备用系统)中产生相互同步的时钟的时钟产生电路。例如，在JP-A-1991-272234中描述了这样的电路。在这种时钟产生电路中，活动系统和备用系统各自具有时钟源，因而时钟产生电路利用在一个或另一个系统中产生的时钟来产生时钟。

高度稳定的振荡器被用作这种时钟产生电路的时钟源。因为随着时间的推移在这种振荡器中会发生频率波动，所以来自外部单元(例如GPS或无线时钟)的参考信号通常被用于持续校正。

但是，在不能从外部源输入参考信号的系统中，随着老化而发生的频率波动不能被自动地被校正。因此，存在这样的问题，即必须花时间和精力来通过在周期性维护期间调节频率时执行频率测量来检测在振荡器中是否由于老化而发生了频率波动。还存在这样的问题，即振荡器中频率波动的发生只能在周期性维护期间进行检测，因此，一直到进行这样的维护时才能产生准确的时钟。

发明内容

本发明的目的是提供一种时钟产生电路，其中在作为时钟源的振荡器中由于老化而引起的频率波动可以被检测，而不必在周期性维护期间执行频率测量。

在本发明中，当根据第一振荡器的输出产生时钟信号并且第一振荡器的输出被用于产生第一系统中的参考信号时，根据这个参考信号和第二系统中的第二振荡器的输出之间的相位差确定控制电压，然后这个控制电压被用于控制第二振荡器，以使得第二系统与第一系统同步。然后，通过将这个控制电压应用于第二振荡器，与第一系统同步的时钟信号被提供为来自第二系统的输出。在第二系统中，已经确定的控制电压的值被监测，并且这个控制电压值被用于检测第一振荡器中的频率波动。

根据参考附图的以下描述，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得清楚，所述附图示出了本发明的示例。

附图说明

图1示出了本发明的时钟产生电路的第一实施例；

图2示出了图1中所示的备用时钟产生电路的配置；

图3示出了在典型的压控振荡器中输出频率f相对于电压控制值Vc的特性；

图4示出了在典型的晶体振荡器中由于老化而引起的频率波动；

图5示出了当图1中所示的活动系统时钟产生电路的OCVCXO经历具有图4中所示的特性的频率波动时应用于备用系统时钟产生电路的OCVCXO的电压控制值；

图6是用于说明图1中所示的备用系统时钟产生电路中的电压控制流程的流程图；

图7示出了本发明的时钟产生电路的第二实施例；以及

图8是用于说明校正图7中所示的时钟产生电路中的活动系统时钟产生电路的频率波动的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了本发明的时钟产生电路的第一实施例。图2示出了图1中所示的备用系统时钟产生电路200的配置的细节。

如图1所示的实施例是由以下部分构成的冗余配置：活动系统时钟产生电路100，用于利用作为第一振荡器的高度稳定的恒温控制的压控晶体振荡器(下面缩写为“OCVCXO”)作为时钟源来产生并提供时钟信号；作为第二系统的备用系统时钟产生电路200，用于利用在活动系统时钟产生电路100中产生的参考信号REFn来产生并提供与活动系统时钟产生电路100同步的时钟信号作为输出。

活动系统时钟产生电路100由以下部分构成：作为第一电压控制装置的时钟控制电路101；OCVCXO102；参考信号产生电路103；以及作为第一时钟产生装置的时钟发生器104。

备用系统时钟产生电路200由以下部分构成：同步电路201，用于基于活动系统时钟产生电路100中已产生的参考信号REFn建立与活动系统时钟产生电路100的频率同步；频率偏移检测电路203，用于基于活动系统时钟产生电路100中已产生的参考信号REFn检测OCVCXO102的频率波动；以及作为第二时钟产生装置的时钟发生器202。

此外，如图2中所示，同步电路201由以下部分构成：相位检测电路204；作为第二电压控制装置的电压控制电路205；作为第二振荡器的OCVCXO206；以及1/N分频器207；并且频率偏移检测电路203由以下部分构成：作为控制装置的CPU-208；以及作为存储装置的存储器209。

电压控制电路101是用于施加作为OCVCXO102中的控制电压的电压控制值Vc的组件；并且OCVCXO102振荡并提供通过从电压控制电路101施加的电压控制值Vc进行频率控制的时钟。从电压控制电路101应用于OCVCXO102的电压控制值Vc通常被固定在初始调节值V0。

时钟发生器104对从OCVCXO102提供的时钟进行分频，以产生并提供活动系统时钟产生电路100中的时钟信号。

参考信号产生电路103接收作为输入的从OCVCXO102提供的时钟，并且产生作为同步信号的参考信号REFn并将其提供给备用系统时钟产生电路200。

相位检测电路204检测活动系统时钟产生电路100中产生的参考信号REFn与从OCVCXO206提供的并且在1/N分频器中被进行了1/N分频的时钟之间的相位差。

CPU208根据相位检测电路204中检测到的相位差确定被应用于OCVCXO206的控制电压，并且报告这个控制电压与预定电压范围的任何偏离。

电压控制电路205是用于将在CPU208中确定的控制电压应用于OCVCXO206的组件，并且OCVCXO206振荡并提供利用从电压控制电路205施加的控制电压进行了频率控制的时钟。

存储器209存储在CPU208中使用的控制电压信息。

时钟发生器202对从OCVCXO206提供的时钟进行分频，并且产生并提供与从活动系统时钟产生电路100提供的时钟信号相同相位且相同频率的时钟信号。

下面是关于具有上述配置的时钟产生电路的操作的说明。

在活动系统时钟产生电路100中，电压控制电路101的电压控制值Vc是固定的，因此由于OCVCXO102的老化使得输出的时钟频率会发生变化，但是在备用系统时钟产生电路200中，通过与频率变化同步的同步电路201的电压控制电路205来改变备用系统时钟产生电路200中的OCVCXO206的控制电压值。这里，被应用于构成备用系统时钟产生电路200的同步电路201的OCVCXO206的电压控制值被监测；预定的电压范围，例如具有系统所需要的频率稳定性的电压范围被设置；并且当电压控制值偏离这个电压范围时，例如由于老化引起的活动系统时钟产生电路100中的OCVCXO102的频率与允许的频率范围的偏离被检测到；并且系统被告知。

下面是关于操作细节的说明。

活动系统时钟产生电路100的OCVCXO102的配置使得输出频率根据从电压控制电路101施加的电压控制值Vc而变化，并且电压控制值Vc是被调节以得到系统所需要的频率的值，其被固定在V0(初始调节值)。

图3示出了在典型的压控振荡器的振荡器中输出频率f相对于电压控制值Vc的特性。

如图3中所示，在典型的压控振荡器中，输出频率f根据所施加的电压控制值Vc而变化。在本实施例中，说明了关于这个电压控制值Vc被设置为初始设置值V0的情况，V0被设置为实现对于系统而言最佳的频率。

当来自电压控制电路101的电压控制值Vc被应用于OCVCXO102时，在OCVCXO102中产生并提供利用电压控制值Vc进行频率控制的时钟。

在时钟发生器104中，这个时钟被分频以产生并提供时钟信号，此外，这个时钟被用在参考产生电路104中以产生并提供参考信号REFn。

电压控制值Vc是固定的，因此活动系统时钟产生电路100的输出时钟取决于OCVCXO102的输出特性。

图4示出了由典型的晶体振荡器老化引起的频率波动。

如图4值所示，其中初始设置值V0被设置的时间为t0，并且在典型的晶体振荡器中那个时刻的频率为f0，由于老化在输出频率中发生波动。因此，由于老化而引起的输出频率波动也会发生在图1中所示的OCVCXO102中。

从参考产生电路104提供的参考信号REFn被施加，作为备用系统时钟产生电路200的同步电路201的输入。

在同步电路201中，相位检测电路204首先检测所接收到的参考信号REFn与通过在1/N分频器207中对OCVCXO206的输出时钟进行1/N分频而得到的时钟之间的差异。

这个相位差被应用于CPU208，并且在CPU208中，基于这个相位差和存储在存储器209中的初始设置值V0的数据确定要应用于OCVCXO206的控制电压的值。换句话说，在CPU208中，为了提供所应用的相位差作为频率输出，计算要应用于OCVCXO206的电压的变化量，并且计算其电压正好从初始设置值V0改变了上述变化量的控制电压的值。

在CPU208中计算出的控制电压的值被应用于电压控制电路205，并且在电压控制电路205中，这个值被转换成OCVCXO206的控制电压电平并且被应用于OCVCXO206。

从活动系统时钟产生电路100提供的时钟信号和从备用系统时钟产生电路200提供的时钟信号之间的同步状态可以通过周期性地执行这一系列操作来保持。这个配置是已知的PLL电路技术的配置，但是当在本实施例中在备用系统时钟产生电路200中执行上述同步控制时，作为要应用于OCVCXO206的控制电压的电压控制值被监测，并且当这个电压控制值偏离被设置为预定电压范围(例如用于实现系统所需要的频率稳定性的电压范围)的电压范围时，例如由于老化所引起的活动系统时钟产生电路100中的OCVCXO102的频率的偏离被检测到，并且执行操作来警告系统。例如，采取一种配置用于提供警告(例如警报)，并且当在系统中检测到该警报时，执行控制以从活动系统切换到备用系统。

图5示出了当图1中所示的活动系统时钟产生电路100的OCVCXO102经历具有如图4中所示的特性的频率波动时应用于备用系统时钟产生电路200的OCVCXO206的电压控制值。图中的VH和VL分别示出了要被应用于OCVCXO206以实现系统中所需要的频率范围的电压控制值的最大值和最小值。另外，图6是用于说明图1中所示的备用系统时钟产生电路200的电压控制流程的流程图。

首先，在步骤S1中，备用系统时钟产生电路200的CPU208基于相位检测电路204检测到的相位差和存储在存储器209中的初始设置值V0的数据计算作为被应用于OCVCXO206的控制电压的控制电压值Vc。接下来，在步骤S2中，CPU将计算出的电压控制值Vc与存储在存储器209中的电压控制值的最大值VH和最小值VL进行比较。换句话说，CPU208将计算出的电压控制值Vc与存储在存储器209中的电压控制值的最大值VH和最小值VL进行比较，以确定电压控制值Vc是否偏离由电压控制值Vc的最大值VH和最小值VL确立的电压范围。

当如图中的实线所示VL＜Vc＜VH时，即当电压控制值Vc在最大值VH和最小值VL确立的电压范围内时，在步骤S3中，CPU208将这个电压控制值Vc设置为控制电压并将该控制电压应用于电压控制电路205。

另一方面，当VH＜Vc时或当VL＞Vc时，如在t＝tx的状态和之后图中虚线所示的特性所示，即当电压控制值Vc偏离最大值VH和最小值VL所确立的电压范围时，在步骤S4中，CPU208存储电压控制值Vc，而不将这个电压控制值设置为控制电压。为了分析OCVCXO102的缺陷，后面可以通过检查已存储在存储器209中的数据来检查由于OCVCXO102的老化所引起的频率波动的特性。

上述操作实现了对状态VH＜Vc或VL＞Vc的检测，即对系统偏离允许的频率范围的检测，从而可以确定例如由于活动系统时钟产生电路100中的OCVCXO102的老化所引起的频率波动的发生。

在上述实施例中，还可以考虑一种监测方法，其中被监测的VH和VL的范围被限制为大约系统标准的一半，并且其中当这个范围被超出时活动系统和备用系统被切换。

因而，可以通过在活动系统中的频率波动的影响导致偏离系统所允许的频率范围之前切换到备用系统来预防对系统的不利影响。

第二实施例

图7示出了本发明的时钟产生电路的第二实施例。

如图7中所示，本实施例不同于图1中所示电路的地方仅在于在活动系统时钟产生电路100中提供了周期性校正功能单元105，用于当OCVCXO102中发生频率波动时自动地执行OCVCXO102的频率的重调整。

当被应用于OCVCXO206的电压控制值Vc偏离内部CPU208中的预定电压范围时(见图2)，本实施例中的频率偏移检测电路203利用建立这个电压范围的阈值来计算OCVCXO102中的频率波动量，并将所计算出的频率变化量报告给周期性校正功能单元105。

周期性校正功能单元105基于从CPU208报告来的频率波动量计算要应用于OCVCXO102的控制电压的校正量。

本实施例中的电压控制电路101将利用在周期性校正功能单元105中计算出的校正值进行了校正的控制电压应用于OCVCXO102。

下面是关于校正图7中所示的时钟产生电路中的活动系统时钟产生电路100的频率波动的方法的说明。

首先，备用系统时钟产生电路200的频率偏移检测电路203的CPU208基于在相位检测电路204中检测到的相位差和存储在存储器209中的初始设置值V0的数据计算作为要被应用于OCVCXO206的控制电压的电压控制值Vc。当所计算出的电压控制值Vc在存储在存储器209中的电压控制值的最小值VL以下或最大值VH以上时，例如在t＝tx的状态下或之后图5中的虚线所示的状态下，即当电压控制值Vc偏离由最大值VH和最小值VL确立的电压范围时，在步骤S11中，CPU208检测到已经超出了阈值，并将这个情况报告给活动系统时钟产生电路100的周期性校正功能单元105。

在步骤S12中，频率偏移检测电路203的CPU208基于图5中所示的VL和Vm的值计算OCVCXO102的输出频率的波动量Δf。然后，CPU208将计算出的频率波动量Δf报告给活动系统时钟产生电路的周期性校正功能单元105。

在步骤S13中，活动系统时钟产生电路100的周期性校正功能单元105基于从CPU208报告的频率波动量Δf计算要被应用于OCVCXO102的控制电压的校正值Δv。然后，周期性校正功能单元105将这个校正值Δv应用于电压控制电路101。

然后，电压控制电路101利用在周期性校正功能单元105中计算出的这个校正值Δv将被应用于OCVCXO102的控制电压值从“V0”校正为“V0+Δv”，并且将校正后的控制电压值V0+Δv应用于OCVCXO102。然后，在步骤S14中，OCVCXO102产生并提供频率与控制电压值V0+Δv相对应的时钟。

上述一系列操作实现了对应于活动系统时钟产生电路100的OCVCXO102的输出频率Δf量的校正。

在上面所描述的本发明中，采取了一种配置，用于通过在产生与第一系统同步的时钟信号的第二系统中监视控制电压的值来检测由第一振荡器的老化所引起的频率波动，所述控制电压用于根据第二振荡器的输出和利用第一系统中的第一振荡器的输出产生的参考信号之间的相位差控制第二振荡器以使得第二系统与第一系统同步，从而由于作为时钟源的振荡器的老化而发生的频率波动可以被检测，而不必在周期性维护期间执行频率测量。

虽然利用特定术语描述了本发明的优选实施例，但是这种描述只是为了示例的目的，并且应当理解在不脱离所附权利要求的精神或范围的情况下，可以进行改变和变化。

Claims (7)

1.一种时钟产生电路，包括：

第一系统，其包括由控制电压控制的第一振荡器，用于根据所述第一振荡器的输出产生时钟信号；

第二系统，其包括由控制电压控制的第二振荡器，用于根据所述第二振荡器的输出产生与所述第一系统同步的时钟信号；

其中所述第二系统通过监测控制电压值来检测所述第一振荡器中的频率波动，所述控制电压值根据利用所述第一振荡器的输出产生的参考信号与所述第二振荡器的输出之间的相位差控制所述第二振荡器，以使得所述第二系统与所述第一系统同步。

2.根据权利要求1所述的时钟产生电路，其中：

所述第一系统包括：

第一电压控制装置，用于将控制电压施加到所述第一振荡器；

参考信号产生装置，用于利用所述第一振荡器的输出产生所述参考信号；以及

第一时钟产生装置，用于根据所述第一振荡器的输出产生时钟信号；

所述第二系统包括：

相位检测装置，用于检测所述参考信号产生装置中产生的参考信号和所述第二振荡器的输出之间的相位差；

控制装置，用于根据在所述相位检测装置中检测到的相位差确定被施加到所述第二振荡器的控制电压，并且当所述控制电压偏离预定的电压范围时报告所述偏离；

第二电压控制装置，用于将在所述控制装置中确定的控制电压施加到所述第二振荡器；以及

第二时钟产生装置，用于根据所述第二振荡器的输出产生时钟信号。

3.根据权利要求2所述的时钟产生电路，其中：

所述第二系统包括用于存储所述电压范围的存储器装置；并且

所述控制装置通过将所述控制电压与存储在所述存储器装置中的电压范围进行比较来确定所述控制电压是否偏离所述电压范围。

4.根据权利要求3所述的时钟产生电路，其中当所述控制电压偏离所述电压范围时，所述控制装置将所述控制电压存储在所述存储器装置中。

5.根据权利要求2至4中的任一权利要求所述的时钟产生电路，其中当所述控制电压偏离所述电压范围时，所述第二系统不将所述控制电压施加到所述第二振荡器。

6.根据权利要求2至5中的任一权利要求所述的时钟产生电路，其中：

当被施加到所述第二振荡器的控制电压偏离预定电压范围时，所述控制装置利用确立所述电压范围的阈值来计算频率波动量，并将计算出的频率波动量报告给所述第一系统；

所述第一系统包括周期性校正功能单元，用于基于从所述控制装置报告来的频率波动量计算被施加到所述第一振荡器的所述控制电压的校正值；并且

所述第一电压控制装置将利用在所述周期性校正功能单元中计算出的校正值校正后的控制电压施加到所述第一振荡器。

7.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的时钟产生电路，其中所述第一和第二振荡器是恒温控制的压控晶体振荡器。

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