CN101212212B - 具有自校准功能的高精度振荡器及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有自校准功能的高精度振荡器及校准方法，用于设定数字控制振荡装置的N字节控制字组以产生时序信号，自校准方法先执行该振荡器的电路初始化，再设定N字节控制字组的第(N-1)字节为1。之后，比较时序信号与频率参考信号的频率，当时序信号频率小于该频率参考信号的频率时，设定N字节控制字组的第(N-1)字节为0，当该时序信号频率没有小于频率参考信号的频率时，设定N字节控制字组的第N-1字节为1。重复上述步骤，以依序设定N字节控制字组的第(N-2)字节至第0字节。

Description

具有自校准功能的高精度振荡器及校准方法

技术领域

本发明涉及振荡器(Oscillator)的技术领域，尤指一种具有自校准功能的高精度振荡器及校准方法。

背景技术

现有的振荡电路在封装振荡器的集成电路外，以外加的电阻及电容来调整振荡电路的振荡频率。利用外加的电阻及电容的方式，虽然可以获得较佳准确度的振荡频率，但由外加的电阻及电容会增加集成电路封装的脚位(PAD)、振荡电路的面积、及电阻及电容成本，而使得整个振荡电路的成本大为提高。

为解决外加电阻及电容所产生成本提高的问题，另一种现有技术将电阻及电容与振荡器在同一个晶片(die)内实现(implement)。然而此种方法将受到半导体制造方法的影响，同一晶圆(wafer)上不同地方的晶片(die)会产生不同的振荡频率，并且振荡频率容易随温度变化，造成振荡器装置校准的困难。因此可知，现有振荡器装置及振荡器装置校准方法仍存有诸多的缺失而有予以改进的必要。

发明内容

本发明的一个目的在提供一种具有自校准功能的高精度振荡器及校准方法，可解决同一晶圆上不同地方的晶片会产生不同的振荡频率的问题，并且可避免振荡频率容易随温度变化的问题。

本发明的另一目的在提供一种具有自校准功能的高精度振荡器及校准方法，从而以有效提高振荡器的精确度。

依据本发明的一个特色，本发明提出一种具有自校准功能的高精度振荡器，其具有校准模式及工作模式。该高精度振荡器包括频率侦测装置、逻辑控制装置、第一数据总线、第一切换器及数字控制振荡装置。该频率侦测装置的第一输入端接收频率参考信号，其第二输入端接收除频信号，该频率侦测装置比较该频率参考频率信号及该除频信号的频率，用于产生指示信号，其中，该指示信号具有第一状态及一第二状态；该逻辑控制装置具有N字节的输出端口，其中N为正整数，并连接至该频率侦测装置，该逻辑控制装置依据该指示信号以设定该输出端口的字节值，当该高精度振荡器处于前述校准模式时，该逻辑控制装置则输出具有低电位的准备信号，当该高精度振荡器处于前述工作模式时，该逻辑控制装置则输出具有高电位的前述准备信号；该第一数据总线耦接于该N字节输出端口；该第一切换器耦接于第一数据总线，用于对该第一数据总线信号进行传输或阻隔；该数字控制振荡装置耦接于该第一切换器，经由该第一切换器及该第一数据总线而耦接于该N字节输出端口，该数字控制振荡装置依据该N字节的输出端口的值，以产生时序信号；其中，当该高精度振荡器处于校准模式时，该第一切换器为开启状态，用于传输该第一数据总线信号，该数字控制振荡装置依据该N字节的输出端口的值，以产生该时序信号，该频率侦测装置比较该频率参考频率信号及该除频信号的频率，以产生该指示信号，该逻辑控制装置依序依据该指示信号以分别设定该输出端口的第(N-1)字节至第0字节的值。

依据本发明的另一特色，本发明提出一种高精度振荡器的自校准方法，其用于设定数字控制振荡装置的N字节控制字组，该数字控制振荡装置依据该N字节控制字组以产生时序信号，该自校准方法包括：(A)执行该振荡器的电路初始化，以将N字节控制字组的每一字节初始化为0；(B)设定该N字节控制字组的第(N-1)字节为1；(C)比较该数字控制振荡装置产生的时序信号与频率参考信号的频率；(D)当该时序信号频率小于该频率参考信号的频率时，设定该N字节控制字组的第(N-1)字节为0，当该时序信号频率非小于该频率参考信号的频率时，设定该N字节控制字组的第(N-1)字节为1；(E)重复步骤(B)至步骤(D)，以依序设定该N字节控制字组的第(N-2)字节至第0字节。

附图说明

图1是本发明的具有自校准功能的高精度振荡器的方块图。

图2是本发明的具有自校准功能的高精度振荡器的流程图。

图3是本发明的具有自校准功能的高精度振荡器的频率调整示意图。

主要元件符号说明

频率侦测装置     110    逻辑控制装置        115

第一数据总线     120    第一切换器          125

数字控制振荡装置 130    除频装置            135

第二切换器       165    存储器装置          145

第二数据总线     150    第三切换器          140

第四切换器       160    工作模式选择装置    170

第一输入端       111    第二输入端          112

具体实施方式

图1是本发明的具有自校准功能的高精度振荡器的方块图，其中，该高精度振荡器具有校准模式及工作模式，该校准模式用于校准该振荡器的输出信号CLKOUT的频率。该振荡器包括频率侦测装置110、逻辑控制装置115、第一数据总线120、第一切换器125、数字控制振荡装置130、除频装置135、第二切换器165、存储器装置145、第二数据总线150、第三切换器140、第四切换器160、及工作模式选择装置170。

该频率侦测装置110的第一输入端111接收一频率参考信号REF_CLK，其第二输入端112接收除频信号clk_div。该频率侦测装置110比较该频率参考信号REF_CLK的频率及该除频信号clk_div的频率，以产生指示信号Indicator，其中，该指示信号Indicator具有第一状态(0)及第二状态(1)，该第一状态(0)用于指示该除频信号clk_div的频率小于该频率参考信号REF_CLK的频率，该第二状态(1)用于指示该除频信号clk_div的频率没有小于该频率参考信号REF_CLK的频率。

该逻辑控制装置115具有N字节的输出端口1151以输出N字节控制字组，并连接至该频率侦测装置110。该逻辑控制装置115依据该指示信号Indicator以设定该输出端口1151的字节值。当该指示信号Indicator为第一状态(0)时，表示该除频信号clk_div的频率小于该频率参考信号REF_CLK的频率，而设定该N字节控制字组的第i字节为0。当该指示信号Indicator为第二状态(1)时，表示该除频信号 clk_div的频率没有小于该频率参考信号REF_CLK的频率时，设定该N字节控制字组的第i字节为1。其中，i为0~(N-1)的整数。

当该高精度振荡器处于校准模式时，该逻辑控制装置115输出低电位(0)的Ready信号。当该高精度振荡器处于工作模式时，该逻辑控制装置115输出为电位(1)的Ready信号。

该第一数据总线120耦接于该N字节输出端口1151，用于传输第一数据总线信号至该数字控制振荡装置130或存储器装置145。

该第一切换器125耦接于该第一数据总线120，用于将该第一数据总线120至该数字控制振荡装置130的信号进行传输或阻隔。

该数字控制振荡装置130耦接于该第一切换器125，经由该第一切换器125及该第一数据总线120而耦接于该N字节输出端口1151。该数字控制振荡装置130依据该N字节的控制字组的值，以产生时序信号clock。

该除频装置135耦接于该数字控制振荡装置130，以将该时序信号clock除频，从而产生该除频信号clk_div。

当该高精度振荡器处于校准模式时，该第一切换器125为开启状态，用于传输该第一数据总线120信号。该数字控制振荡装置130依据该N字节控制字组的值，以产生该时序信号clock。该频率侦测装置110比较该频率参考信号REF_CLK及该除频信号clk_div的频率以产生该指示信号Indicator，该逻辑控制装置115依据该指示信号Indicator而分别设定该控制字组的第(N-1)字节至第0字节的值。

当该高精度振荡器处于工作模式时，该第一切换器125为关闭状态，用于阻隔该第一数据总线120信号传输至该数字控制振荡装置130。

该第二切换器165耦接于该第一数据总线120，用于传输或阻隔该第一数据总线120的信号至该存储器装置145，该存储器装置145耦接于该第二切换器165。

当该高精度振荡器处于校准模式时，该第二切换器165为开启状态，依序将该控制字组的第(N-1)字节至第0字节的值分别写入该存储器装置145中。当该高精度振荡器处于工作模式时，该第二切换器165为关闭状态，以阻隔该第一数据总线120信号写入该存储器装置 145中。

该第二数据总线150耦接于该数字控制振荡装置130及该存储器装置145之间。该第三切换器140耦接于该存储器装置145，用于传输或阻隔该存储器装置145的输出信号至该数字控制振荡装置130。

当该高精度振荡器处于校准模式时，该第三切换器140为关闭状态，以阻隔该存储器装置145的输出信号经由第二数据总线150而传送至该数字控制振荡装置130。当该高精度振荡器处于工作模式时，该第三切换器140为开启状态，以将该存储器装置145的输出信号经由第二数据总线150而传送至该数字控制振荡装置130。

该工作模式选择装置170的第一输入端连接至该逻辑控制装置115，以接收该逻辑控制装置115输出的Ready信号，该工作模式选择装置170的第二输入端接收模式选择信号MODE。当该高精度振荡器处于校准模式时，该逻辑控制装置115输出的Ready信号及该模式选择信号MODE均为低电位(0)，故该第四切换器160为关闭状态。当该高精度振荡器处于工作模式时，该逻辑控制装置115输出的Ready信号或该模式选择信号MODE为高电位(1)时，该第四切换器160则为开启状态。

该第四切换器160耦接于该数字控制振荡装置130，用于传输或阻隔该数字控制振荡装置130的该时序信号clock。当该高精度振荡器处于校准模式时，该第四切换器160为关闭状态，以阻隔该数字控制振荡装置130所输出的该时序信号clock传送至该高精度振荡器的输出信号CLKOUT。

当该高精度振荡器处于工作模式时，该第四切换器160为开启状态，以传输该数字控制振荡装置130所输出的该时序信号clock传送至该高精度振荡器的输出信号CLKOUT。

当该高精度振荡器处于校准模式时，该逻辑控制装置115输出低电位(0)的Ready信号，且模式选择信号MODE为低电位(0)。此时，该第一切换器125及第二切换器165为开启状态，第三切换器140及第四切换器160为关闭状态。当该高精度振荡器处于工作模式时，该逻辑控制装置115输出高电位(1)的Ready信号以及该模式选择信号MODE为高电位(1)。此时，该第一切换器125及第二切换器165为关闭状态， 第三切换器140及第四切换器160为开启状态。

图2是本发明的具有自校准功能的高精度振荡器的校准流程图。其用于设定数字控制振荡装置的N字节控制字组，该数字控制振荡装置依据该N字节控制字组以产生时序信号。首先，在步骤S210，执行该振荡器的电路初始化，以将N字节控制字组的每一字节初始化为0。在步骤S220，设定执行次数K为N-1。在步骤S230，设定该N字节控制字组的第K字节为1。

在步骤S240，比较该数字控制振荡装置产生的时序信号clock与频率参考信号REF_CLK的频率。当该时序信号clock频率小于该频率参考信号REF_CLK的频率时，执行步骤S260，否则，执行步骤S250。

在步骤S260中，判定该时序信号clock频率小于该频率参考信号REF_CLK的频率时，设定该N字节控制字组的第K字节为0。在步骤S250中，判定该时序信号clock频率非小于该频率参考信号REF_CLK的频率时，设定该N字节控制字组的第K字节为1。

在步骤S270中，将执行次数K减1。在步骤S280中，判断执行次数K是否小于0，若是，表示已经对N字节控制字组设定完成，故执行步骤S290。若否，执行步骤S230。由此，重复步骤S230至步骤S280，以依序设定该N字节控制字组的第N-2至第0字节。在步骤S290中，储存该N字节控制字组。

图3是本发明的具有自校准功能的高精度振荡器的频率调整示意图。其中，该频率参考信号REF_CLK的频率为6MHz，范围设定为(-30％)~(+30％)，该N字节控制字组为8字节，该数字控制振荡装置130的频率步阶(Frequency Step)为0.028MHZ(＝6Mx60％/128)。亦即，只要调整该N字节控制字组的字节数目，即可调整该数字控制振荡装置130的频率步阶，而获得高精度的振荡器。

由上述说明可知，本发明利用渐进方法，逐步求出该N字节控制字组，利用本发明技术，只要调整该N字节控制字组字节数目，即可调整该数字控制振荡装置130的频率步阶，而获得高精度的振荡器，同时可解决同一晶圆上不同地方的晶片会产生不同的振荡频率的问题，并且可避免振荡频率容易随温度变化的问题。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (13)

1.一种具有自校准功能的高精度振荡器，具有校准模式及工作模式，该高精度振荡器包括：

频率侦测装置，具有第一输入端，用于接收频率参考信号，以及第二输入端，用于接收除频信号，该频率侦测装置比较该频率参考频率信号及该除频信号的频率，以产生指示信号，其中，该指示信号具有第一状态及第二状态；

逻辑控制装置，具有N字节输出端口并连接至该频率侦测装置，其中N为正整数，该逻辑控制装置依据该指示信号以设定该输出端口的字节值，当该高精度振荡器处于前述校准模式时，该逻辑控制装置则输出具有低电位的准备信号，当该高精度振荡器处于前述工作模式时，该逻辑控制装置则输出具有高电位的前述准备信号；

第一数据总线，耦接于该N字节输出端口；

第一切换器，耦接于第一数据总线，用于传输或阻隔该第一数据总线的信号；以及

数字控制振荡装置，耦接于该第一切换器，通过该第一切换器及该第一数据总线而耦接于该N字节输出端口，该数字控制振荡装置依据该N字节输出端口的值，进而产生时序信号；

其中，当该高精度振荡器处于前述校准模式时，该第一切换器设定为开启状态，用于传输该第一数据总线的信号，该数字控制振荡装置依据该N字节输出端口的值，进而产生该时序信号，该频率侦测装置比较该频率参考频率信号及该除频信号的频率，进而产生该指示信号，该逻辑控制装置依据该指示信号的该第一状态及该第二状态，进而分别设定该输出端口的第(N-1)字节至第0字节的值。

2.根据权利要求1项所述的高精度振荡器，其进一步包含：

除频装置，耦接于该数字控制振荡装置，用于将该时序信号除频，进而产生该除频信号。

3.根据权利要求1项所述的高精度振荡器，其进一步包含：

第二切换器，耦接于该第一数据总线，用于传输或阻隔该第一数据总线信号；以及

存储器装置，耦接于该第二切换器；

其中，当该高精度振荡器处于前述校准模式时，该第二切换器为开启状态，依序将该N字节输出端口的第(N-1)字节至第0字节的值写入该存储器装置中。

4.根据权利要求3项所述的高精度振荡器，其进一步包含：

第二数据总线，耦接于该数字控制振荡装置；以及

第三切换器，耦接于该存储器装置，用于传输或阻隔该存储器装置的输出信号；

其中，当该高精度振荡器处于前述校准模式时，该第三切换器为关闭状态，用于阻隔该存储器装置的输出信号经由第二数据总线而传送至该数字控制振荡装置。

5.根据权利要求4项所述的高精度振荡器，其进一步包含：

第四切换器，耦接于该数字控制振荡装置，用于传输或阻隔该数字控制振荡装置的该时序信号；

其中，当该高精度振荡器处于前述校准模式时，该第四切换器为关闭状态，以阻隔该数字控制振荡装置输出的该时序信号。

6.根据权利要求5项所述的高精度振荡器，其中，当该高精度振荡器处于前述工作模式时，该第四切换器为开启状态，以传输该数字控制振荡装置输出的该时序信号。

7.根据权利要求4项所述的高精度振荡器，其中，当该高精度振荡器处于前述工作模式时，该第三切换器为开启状态，以将该存储器装置的输出信号经由第二数据总线而传送至该数字控制振荡装置。

8.根据权利要求3项所述的高精度振荡器，其中，当该高精度振荡器处于前述工作模式时，该第二切换器为关闭状态，以阻隔该第一数据总线信号写入该存储器装置中。

9.根据权利要求3项所述的高精度振荡器，其中，当该高精度振荡器处于前述工作模式时，该第一切换器为关闭状态，用于阻隔该第一数据总线信号传输至该数字控制振荡装置。

10.根据权利要求6项所述的高精度振荡器，其进一步包含：

工作模式选择装置，其第一输入端连接至该逻辑控制装置，以接收该逻辑控制装置输出的该准备信号，其第二输入端接收模式选择信号，当该高精度振荡器处于前述校准模式时，该逻辑控制装置输出的该准备信号及该模式选择信号均为低电位，用于关闭该第四切换器。

11.根据权利要求10项所述的高精度振荡器，其中，当该高精度振荡器处于前述工作模式时，该逻辑控制装置输出的该准备信号或该模式选择信号为高电位，用于开启该第四切换器。

12.一种高精度振荡器的自校准方法，用于设定数字控制振荡装置的N字节控制字组，其中N为正整数，该数字控制振荡装置依据该N字节控制字组以产生时序信号，该自校准方法包括：

A执行该振荡器的电路初始化，用于将该N字节控制字组的每一字节初始化为0；

B设定该N字节控制字组的第N-1字节为1；

C比较该数字控制振荡装置产生的该时序信号与频率参考信号的频率；

D当该时序信号的频率小于该频率参考信号的频率时，设定该N字节控制字组的第N-1字节为0，否则，设定该N字节控制字组的第N-1字节为1；以及

E重复步骤B至步骤D，用于依序设定该N字节控制字组的第N-2字节至第0字节。

13.根据权利要求12项所述的自校准方法，其进一步包含：

F储存该N字节控制字组。

Images