CN101072029B - 一种单芯片上多种精确时钟产生电路及其实现方法 - Google Patents

Abstract

一种单芯片上多种精确时钟产生电路及其实现方法，所述电路包括：高精度时钟信号源，用于产生时钟信号；分频器，用于接收所述时钟信号，并输出一个标准时钟给比较器；内部振荡器，用于产生一个内部时钟并输出给比较器；比较器，将所述标准时钟与所述内部时钟进行比较，如果存在偏差，则输出信号给频率调节寄存器；频率调节寄存器，用于收到所述比较器的输出信号，使所述内部时钟接近所述标准时钟；频率设置寄存器，用于设置内部振荡器的频率。本发明只需要通过一个高精度时钟信号源，就可以根据芯片主机的功能和功耗的要求使时钟电路产生多种相应频率的精确时钟，使得外围的电子器件达到最少，从而使电路板的制造成本降低到最小。

Description

一种单芯片上多种精确时钟产生电路及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路，特别涉及一种单芯片上多种精确时钟产生电路及其实现方法。

背景技术

近些年来，随着集成电路工艺的不断提高，越来越多的系统都被集成在了芯片上。电子产品无外围器件和低成本步伐也越来越快。灵活而精确的时钟电路对于现在的单芯片无线通信芯片的整体功耗具有重要作用。

在现有的多时钟电路的单芯片通信系统中，多种精确时钟是通过多个时钟产生电路发生。其通常采用以下两种解决方法：

一种解决方法是，在芯片上采用多个用于产生精确时钟的晶体振荡电路。这就需要在应用时，在芯片以外连接多个与之频率对应的振荡晶体。

另一种解决方法是，从芯片以外其他电路引入精确时钟。当工作在不同模式下，需要不同的时钟信号时，还需要在芯片内外搭建与之相对应的控制电路。

上述两种解决方法都需要增加芯片的输入和输出端口，同时还需要更多的能产生精确时钟的外围电路。当工作在不同模式下，需要不同的时钟信号时，还需要在芯片之外搭建与之相对应的控制电路。由于所需的时钟是由多个固定的源产生，在电路应用中缺乏灵活性。这些都对芯片的应用提出了更高的要求，不但增加了芯片的应用成本，而且限制了芯片的应用领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单芯片上多种精确时钟电路及其实现方法，通过一个晶体振荡器给电路提供多种精确时钟。

为了解决上述技术问题，本发明所采用如下技术方案：

一种单芯片上多种精确时钟产生电路，包括：

高精度时钟信号源，用于产生时钟信号；

分频器，用于接收所述时钟信号，并输出一个标准时钟给比较器；

内部振荡器，用于产生一个内部时钟并输出给比较器；

比较器，将所述标准时钟与所述内部时钟进行比较，如果存在偏差，则输出信号给频率调节寄存器；

频率调节寄存器，用于收到所述比较器的输出信号，并控制内部振荡器的振荡频率变化，使所述内部时钟接近所述标准时钟；

频率设置寄存器，用于设置内部振荡器的频率。

其中，所述高精度时钟信号源为一采用振荡晶体的时钟产生电路。

其中，所述频率设置寄存器还可与所述分频器连接，所述频率设置寄存器同时用于设置分频器的分频比。

一种单芯片上多种精确时钟电路的实现方法，采用上述单芯片上多种精确时钟电路，包括以下步骤：

步骤一、开机后，频率设置寄存器设置内部振荡器频率；

步骤二、对内部振荡器进行频率校准；

步骤三、判断电路是否处于低耗状态？如果否，则进入步骤四，如果是，则进入步骤五；

步骤四、高精度时钟信号源工作，时钟信号用于驱动芯片主机，主机处于高功耗高速工作状态。

步骤五、则内部振荡器工作，产生的已校准的低速时钟信号用于驱动芯片主机，单芯片系统处于低功耗低速工作状态。

其中，在所述步骤二中，通过分频器输出的标准时钟对内部振荡器进行频率校准。

其中，在所述步骤一中，还包括频率设置寄存器设置分频器的分频比步骤。

其中，在所述步骤二中，由比较器对所述标准时钟与所述内部时钟进行比较，如果存在偏差，则输出信号给频率调节寄存器；由频率调节寄存器控制内部振荡器的振荡频率变化，使所述内部时钟精度接近所述标准时钟精度。

其中，在所述步骤二中，在振荡器校准时，芯片主机电路的工作由高精度时钟信号源驱动。

其中，在所述步骤四中，当主机工作状态，如温度，电压发生变化时，转步骤二。

其中，在所述步骤五中，还包括一低功耗等级判断，根据低功耗等级设置内部振荡器频率。

本发明只需要通过一个晶体振荡器提供的高精度时钟信号源，就可以根据芯片主机的功能和功耗的要求使时钟电路产生多种相应频率的精确时钟，这样可以使外围的电子器件达到最少，从而使与之相对应的电路板的制造成本降低到最小。由于内部振荡器的内部振荡频率可以由软件或芯片其他部分通过指令控制和设置，其振荡频率可以灵活控制，从而使整体功耗降低。使电路可以在更加灵活时钟状态下工作。同时由于内部振荡器的精度已经由高精度时钟信号源进行了校准，其时钟的精确度得到很好的保持。这对于多种工作模式下的通信系统的工作，特别是时分同步系统的系统，提供灵活的手段。

附图说明

图1是本发明的电路结构示意图。

图2是本发明的实现方法的流程示意图。

具体实施方式

单芯片上多种精确时钟电路实施例

如图1所示，本发明的单芯片上多种精确时钟电路位于一单芯片系统中，该单芯系统还包括电路其它部分7，如射频前端的模拟电路，芯片中央处理器等。

本发明的单芯片上多种精确时钟电路包括：

高精度时钟信号源1，用于产生时钟信号；该时钟信号在该电路中为唯一的精确时钟信号。

分频器3，用于接收高精度时钟信号源1的时钟信号，并根据设置的频率寄存器输出一个标准时钟给比较器4和电路其它部分7；

内部振荡器2，用于产生一个内部时钟并输出给比较器4和电路其它部分7；

比较器4，将所述标准时钟与所述内部时钟进行比较，如果存在偏差，则输出信号给频率调节寄存器6；

频率调节寄存器6，用于收到所述比较器4的输出信号，并控制内部振荡器2的振荡频率变化，使所述内部时钟接近所述标准时钟；

频率设置寄存器5，用于设置内部振荡器2的频率，以实现灵活的振荡频率。

其中，所述高精度时钟信号源1为一采用振荡晶体的时钟产生电路。

其中，所述频率设置寄存器5与所述分频器3设有连接，所述频率设置寄存器5还用于设置分频器3的分频比。

单芯片上多种精确时钟电路的实现方法实施例

如图2所示，一种单芯片上多种精确时钟电路的实现方法，采用上所述的单芯片上多种精确时钟电路，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、开机后，频率设置寄存器设置内部振荡器频率；内部振荡器振荡在所设置的振荡频率附近。

步骤二、对内部振荡器进行频率校准；

步骤三、判断电路是否处于低耗状态？如果否，则进入步骤4，如果是，则进入步骤5；

步骤四、高精度时钟信号源工作，驱动电路正常工作；

步骤五、则内部振荡器工作，主机处于低功耗工作状态。

在所述步骤一中，还包括频率设置寄存器设置分频器的分频比步骤。

在所述步骤二中，由比较器对所述标准时钟与所述内部时钟进行比较，如果存在偏差，则输出信号给频率调节寄存器；由频率调节寄存器控制内部振荡器的振荡频率变化，使所述内部时钟接近所述标准时钟。在振荡器校准时，芯片主机电路的工作由高精度时钟信号源驱动。

在所述步骤四中，当主机工作状态发生变化时，如温度、电压发生变化，转步骤二。

在所述步骤五中，还包括一低功耗等级判断，根据低功耗等级设置内部振荡器频率。

上述实现方法中，当电路系统在晶体振荡器，即用于产生高精度时钟的电路时钟工作模式的时候，该电路对内部的振荡电路进行校准。

内部振荡电路的振荡频率由软件对所需的工作模式下的时钟频率灵活决定。例如在信息处理量大的时候，需要高速的时钟来驱动芯片工作，同时需要精确时钟来同步与电路其他部分(如射频电路)的通信，这就需要高速精确时钟，电路的时钟电路的功耗也相对较高。这时按步骤四进行工作，即由高精度时钟信号源工作，驱动电路正常工作；而在信息量较少时，芯片需要与信息处理量对应的工作频率来进行操作，同时也要保持与外围电路的精确同步。这就需要同样精确的多模式的时钟产生电路。当在内部时钟工作模式下，晶体振荡时钟停止工作，芯片中电路其他部分所需的时钟由经过校准的内部振荡电路产生。

此外，由于信息量较少时的功耗存在多种情况，例如在无线通信中通常存在正常工作模式和待机模式。在正常工作模式下，通信系统通常工作在高速精确时钟的驱动下，功率消耗最大。而在待机模式下，根据无线终端与其他基站距离的远近、信号的强弱和同步所需信息量的多少，来设置芯片的工作时钟频率，同时保持同样的精确时钟，从而进一步降低功耗。

Claims (8)

1.一种单芯片上多种精确时钟产生电路，其特征在于包括：

高精度时钟信号源(1)，用于产生时钟信号；

分频器(3)，用于接收所述时钟信号，并输出一个标准时钟给比较器(4)；

内部振荡器(2)，用于产生一个内部时钟并输出给比较器(4)；

比较器(4)，将所述标准时钟与所述内部时钟进行比较，如果存在偏差，则输出信号给频率调节寄存器(6)；

频率调节寄存器(6)，用于收到所述比较器(4)的输出信号，并控制内部振荡器(2)的振荡频率变化，使所述内部时钟接近所述标准时钟；

频率设置寄存器(5)，用于设置内部振荡器(2)的频率；

所述高精度时钟信号源(1)为一采用振荡晶体的时钟产生电路；

所述频率设置寄存器(5)与所述分频器(3)设有连接，所述频率设置寄存器(5)还用于设置分频器(3)的分频比。

2.一种单芯片上多种精确时钟电路的实现方法，采用权利要求1所述的单芯片上多种精确时钟电路，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、开机后，频率设置寄存器设置内部振荡器频率；

步骤二、对内部振荡器进行频率校准；

步骤三、判断电路是否处于低耗状态？如果否，则进入步骤四，如果是，则进入步骤五；

步骤四、高精度时钟信号源工作，时钟信号用于驱动芯片主机，主机处于高功耗高速工作状态。

步骤五、则内部振荡器工作，产生的已校准的低速时钟信号用于驱动芯片主机，单芯片系统处于低功耗低速工作状态。

3.根据权利要求2所述的一种单芯片上多种精确时钟电路的实现方法，其特征在于：所述步骤一中，还包括频率设置寄存器设置分频器的分频比步骤。

4.根据权利要求2或3所述的一种单芯片上多种精确时钟电路的实现方法，其特征在于：所述步骤二中，通过分频器输出的标准时钟对内部振荡器进行频率校准。

5.根据权利要求2或3所述的一种单芯片上多种精确时钟电路的实现方法，其特征在于：所述步骤二中，由比较器对所述标准时钟与所述内部时钟进行比较，如果存在偏差，则输出信号给频率调节寄存器；由频率调节寄存器控制内部振荡器的振荡频率变化，使所述内部时钟精度接近所述标准时钟精度。

6.根据权利要求2或3所述的一种单芯片上多种精确时钟电路的实现方法，其特征在于：所述步骤二中，在振荡器校准时，芯片主机电路的工作由高精度时钟信号源驱动。

7.根据权利要求2或3所述的一种单芯片上多种精确时钟电路的实现方法，其特征在于：所述步骤四中，当主机工作状态发生变化时，转步骤二。

8.根据权利要求2或3所述的一种单芯片上多种精确时钟电路的实现方法，其特征在于：所述步骤五中，还包括一低功耗等级判断，根据低功耗等级设置内部振荡器频率。

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