CN101499774A - 一种晶体振荡装置及其负载电容的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例是关于一种晶体振荡装置及其负载电容的控制方法，所述的晶体振荡装置包括：振荡器和晶体连接端口；所述的装置还包括：负载电容阵列，连接于所述振荡器与晶体连接端口之间，用于为晶体提供负载电容；阵列控制器，连接与所述负载电容阵列，用于控制所述的负载电容阵列的电容值，以使所述的负载电容阵列的电容值匹配所述的晶体。本发明实施例的有益效果在于，采用本发明的晶体振荡装置设计者不需要添加外部电容器；提高硬件电路复用度，更改晶体时不需要更改其它任何硬件；不同负载电容的晶体可以相互替代，采购时可以选择的范围较大，降低采购风险和成本。

Description

一种晶体振荡装置及其负载电容的控制方法

技术领域

本发明涉及集成电路设计，特别是关于一种晶体振荡装置及其负载电容的控制方法。

背景技术

如图1所示，现有的晶体振荡装置100包括振荡器101，所述的振荡器电路连接于晶体300用于输出时钟信号，电容Cd 400，Cg 500为负载电容，分别连接于晶体300的两端。

在使用带有晶体振荡装置的IC过程中，不同的晶体往往需要匹配不同容值的电容器，以使晶体能够正常工作，这个电容器就叫负载电容。随着IC技术越来越成熟，集成度越来越高，尤其是手持设备，几乎把所有电路模块集成到一个芯片内部，例如，电源管理(PM)、音频、LCD接口、摄像头接口、SD卡接口、USB接口等等。如图1所示，晶体振荡器电路集成在IC内部，晶体和负载电容放在集成电路(Integrated circuit，IC)的外部，因此晶体和负载电容会占去一部分印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)空间，这使本来就很复杂的PCB布局布线更加复杂。特别是在更换不同的晶体时，需要重新选择与更换后的晶体相匹配的负载电容，这也造成了使用上的不便。

发明内容

本发明的实施例提供一种晶体振荡装置，所述的装置包括：振荡器和晶体连接端口；所述的装置还包括：负载电容阵列，连接于所述振荡器与晶体连接端口之间，用于为晶体提供负载电容；阵列控制器，连接与所述负载电容阵列，用于控制所述的负载电容阵列的电容值，以使所述的负载电容阵列的电容值匹配所述的晶体。

本发明实施例还提供一种晶体负载电容阵列控制方法，所述的方法包括：产生控制信号，通过控制信号控制负载电容阵列的电容值，使所述的负载电容阵列的电容值与晶体匹配。

本发明实施例的有益效果在于，采用本发明的晶体振荡装置，设计者不需要添加外部电容器；提高硬件电路复用度，更改晶体时不需要更改其它任何硬件；不同负载电容的晶体可以相互替代，采购时可以选择的范围较大，降低采购风险和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为现有技术晶体振荡装置架构图；

图2为本发明第一实施例中晶体振荡装置示意图；

图3为本发明第二实施例中晶体振荡装置架构图；

图4为本发明第二实施例中所述的阵列控制器的架构图；

图5为本发明第五实施例中所述的方法的流程图；

图6为本发明第六实施例中所述的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本发明实施例一提供一种晶体振荡装置，所述的装置包括振荡器和晶体连接端口；所述的装置还包括：负载电容阵列，用于为晶体提供负载电容；阵列控制器，用于控制所述的负载电容阵列的电容值，以使所述的负载电容阵列的电容值匹配所述的晶体。

如图2所示，本实施例中的晶体振荡装置200包括振荡器201，振荡器201通过晶体连接端口204连接于一个晶体300，在振荡器201与晶体300之间连接，负载电容阵列203。振荡器201，用以提供振荡信号；负载电容阵列203，用于为晶体提供负载电容。晶体振荡装置200还包括阵列控制器202，用于控制所述的负载电容阵列203的电容值，以使所述的负载电容阵列203的电容值匹配所述的晶体300。

采用实施例的晶体振荡装置可以提高硬件电路复用度，更改晶体时不需要更改其它任何硬件，不同负载电容的晶体可以相互替代，采购时可以选择的范围较大，降低采购风险和成本。

实施例二：

如实施例一中的晶体振荡装置200，于本实施例中所述的负载电容阵列203包括电容及开关，如图3所示，所述的负载电容阵列203包括：

第一负载电容阵列203，所述的第一负载电容阵列203包括：

第一电容阵列单元2031，所述的第一电容阵列单元2031包括复数个电容Cd1、Cd2、Cd3、Cd4、Cd5……Cdn，所述这些电容以并联的方式连接；

第一开关单元2032，连接于所述的第一电容阵列单元2031与接地之间，所述的第一开关单元2032包括复数个开关Jd1、Jd2、Jd3、Jd4、Jd5……Jdm，所述的开关的个数与所述的电容的个数相同并一一对应，用以根据所述的阵列控制器202的控制闭合或断开所述的复数个电容；

第二负载电容阵列204，所述的第二负载电容阵列204包括：

第二电容阵列单元2041，所述的第二电容阵列单元2041包括复数个电容Cg1、Cg2、Cg3、Cg4、Cg5……Cgn，所述这些电容以并联的方式连接；

第二开关单元2042，连接于所述的第二电容阵列单元2041与接地之间，所述的第二开关单元2042包括复数个开关Jg1、Jg2、Jg3、Jg4、Jg5……Jgm，所述的开关的个数与所述的电容的个数相同并一一对应，用以根据所述的阵列控制器202的控制闭合或断开所述的复数个电容；

所述的晶体振荡装置200的第一端210及第二端220分别连接于所述的晶体300的两端，所述的第一端210连接于所述的第一负载电容阵列203，所述的第二端220连接于所述的第二负载电容阵列204。

所述的阵列控制器202，所述的阵列控制器202包括(请同时参考图3、图4)：

开关控制单元2021，所述的开关控制单元2021连接于所述的第一开关单元2032及第二开关单元2042，用以通过开关控制信号控制所述的第一开关单元2032及第二开关单元2042中的开关的闭合或断开；

控制信号生成单元2022，用于生成对应于所有可能的第一负载电容阵列203及第二负载电容阵列204中电容的组合的开关控制信号，并根据所述的振荡器201的状态依序通过所述的开关控制单元2022发送给所述的第一开关单元2032及所述的第二开关单元2042，如果所述的振荡器201处于非正常状态，所述的控制信号生成单元2022则发送下一个开关控制信号，直到监测到所述的振荡器201处于正常状态为止；

振荡器监测单元2023，连接于所述的振荡器201，用于监测所述的振荡器201的状态。

所述的第一负载电容阵列203及第二负载电容阵列204中的每个电容可以通过阵列控制器202来选通，从而可以匹配不同负载电容的晶体300。晶振300的负载电容如公式1所示：

负载电容＝[(Cd×Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C       (公式1)

式中Cd、Cg为分别接在晶振300的两个脚上和对地的电容，Cic(集成电路内部杂散电容)+△C(PCB上杂散电容)相对固定，经验值为3至5pf，可控部分为Cd、Cg，其中Cd＝Cd1×Jd1+Cd2×Jd2+……+Cdn×Jdn，Jdn取值为0或1，同理Cg＝Cg1×Jg1+Cg2×Jg2+……+Cgn×Jgn。

本实施例中的开关为高速MOS FET或者高速晶体管构成的电控开关。

本实施例中还可在阵列控制器202中增加了控制信号接收单元，所述的控制信号接收单元接收外部装置(例如可产生开关控制信号的主机)输入的开关控制信号，并将所述的控制信号发送给所述的第一负载电容阵列203及第二负载电容阵列204。

采用实施例的装置可以提高硬件电路复用度，更改晶体时不需要更改其它任何硬件，不同负载电容的晶体可以相互替代，采购时可以选择的范围较大，降低采购风险和成本。

实施例三：

本实施例中晶体振荡装置的负载电容控制方法包括：产生控制信号，通过控制信号控制负载电容阵列的电容值，使所述的负载电容阵列的电容值与晶体匹配。

采用实施例的方法可以提高硬件电路复用度，更改晶体时不需要更改其它任何硬件，不同负载电容的晶体可以相互替代，采购时可以选择的范围较大，降低采购风险和成本。

实施例四：

如实施例三提供的方法：产生控制信号，通过控制信号控制负载电容阵列的电容值，使所述的负载电容阵列的电容值与晶体匹配。其中所述的负载电容阵列包括电容阵列单元及控制所述的电容阵列单元的开关单元，电容阵列单元包括复数个电容，开关单元包括与电容阵列单元对应的复数个开关；产生控制信号为产生开关控制信号；所述通过控制信号控制负载电容阵列的电容值为通过开关控制信号控制所述的开关单元的闭合或断开来控制负载电容阵列的电容值。

如图5所示，本实施例的方法包括以下步骤：

S401：阵列控制器生成对应于所述的第一负载电容阵列、第二负载电容阵列的所有可能电容组合的开关控制信号并依序发送至第一负载电容阵列、第二负载电容阵列；

S402：所述的第一负载电容阵列、第二负载电容阵列根据所述的开关控制信号控制负载电容的值；

S403：监测振荡器状态是否正常，如果所述的振荡器状态正常则结束操作，如果所述的振荡器状态不正常则继续发送所述的开关控制信号；

S404：结束。

本实施例的方法还包括，接收由所述晶体振荡装置外部的装置提供的开关控制信号，所述的第一负载电容阵列、第二负载电容阵列根据所述的外部装置提供的开关控制信号控制负载电容的值；

采用实施例的方法可以提高硬件电路复用度，更改晶体时不需要更改其它任何硬件，不同负载电容的晶体可以相互替代，采购时可以选择的范围较大，降低采购风险和成本。

实施例五：

本实施例与第二实施例相似，区别在于本实施例中的控制信号生成单元2022在所述的振荡器处于非正常状态时，判断所述的所有组合的开关控制信号是否发送完毕，如果没有发送完毕则所述的控制信号生成单元2022发送下一个开关控制信号，如果发送完毕则输出错误报告。

在本实施例中所述的阵列控制器202内部还可集成缺省时钟单元，用于检测所述的振荡器201是否输出时钟信号，如果所述的振荡器201没有输出时钟信号，则提供初始时钟信号。所述的缺省时钟单元可包括RC振荡器电路或者有其它时钟能够驱动IC能够工作，这样当IC上电以后，首先是RC振荡器电路或者其它时钟电路产生缺省的时钟信号，以驱动IC能够正常工作。控制信号生成单元2022将所有可能的负载电容组合依序发送，然后通过振荡器监测单元2023监视振荡器201的工作状态是否正常，形成一个闭环控制。当控制信号生成单元2022得知所有可能的负载电容组合的负载信号都发送完毕，而所述的振荡器201仍不能正常工作，则控制所述的振荡器停止输出时钟信号，所述的缺省时钟单元检测到所述的振荡器201没有输出时钟信号，提供缺省时钟信号，以使IC能够继续工作。

本实施例的晶体振荡装置在负载电容无法匹配时可即时报告错误并提供缺省时钟，设计者不需要添加外部电容器；提高硬件电路复用度，更改晶体时不需要更改其它任何硬件；不同负载电容的晶体可以相互替代，采购时可以选择的范围较大，降低采购风险和成本。

实施例六：

如图6所示，本实施例的方法包括：

S501：阵列控制器生成对应于所述的第一负载电容阵列、第二负载电容阵列的所有可能电容组合的开关控制信号并依序发送至第一负载电容阵列、第二负载电容阵列；

S502：所述第一负载电容阵列、第二负载电容阵列根据所述的开关控制信号控制负载电容的值；

S503：监测振荡器状态是否正常，如果所述的振荡器状态正常则结束操作，如果所述的振荡器状态不正常则继续下一步骤；

S504：判断是否所有可能组合的开关控制信号是否都已发送，如果不是则继续发送所述的开关控制信号，如果是报告错误状态并结束；

S505：报告错误状态；

S506：结束。

在本实施例中还可以检测所述的振荡器201是否输出时钟信号，如果所述的振荡器201没有输出时钟信号，则提供初始时钟信号。这样当IC上电以后，首先产生缺省的时钟信号，以驱动IC能够正常工作。然后依序发送所有可能的负载电容组合，监视振荡器的工作状态是否正常，形成一个闭环控制。当得知所有可能的负载电容组合的负载信号都发送完毕，而所述的振荡器仍不能正常工作，则控制所述的振荡器停止输出时钟信号。随即检测到所述的振荡器201没有输出时钟信号，而开始提供缺省时钟信号，以使IC能够继续工作。

本实施例的晶体振荡装置在负载电容无法匹配时可即时报告错误并提供缺省时钟，设计者不需要添加外部电容器；提高硬件电路复用度，更改晶体时不需要更改其它任何硬件；不同负载电容的晶体可以相互替代，采购时可以选择的范围较大，降低采购风险和成本。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种晶体振荡装置，所述的装置包括：振荡器和晶体连接端口；其特征在于，所述的装置还包括：

负载电容阵列，连接于所述振荡器与晶体连接端口之间，用于为晶体提供负载电容；

阵列控制器，连接与所述负载电容阵列，用于控制所述的负载电容阵列的电容值，以使所述的负载电容阵列的电容值匹配所述的晶体。

2.如权利要求1所述的晶体振荡装置，其特征在于，所述的负载电容阵列包括电容及开关。

3.如权利要求1所述的晶体振荡装置，其特征在于，所述的负载电容阵列包括：

第一负载电容阵列，连接于振荡器的第一端与接地之间，所述的第一负载电容阵列包括：

第一电容阵列单元，所述的第一电容阵列单元包括复数个电容，所述这些电容以并联的方式连接；

第一开关单元，连接于所述的第一电容阵列单元与接地之间，所述的第一开关单元包括复数个开关，用以根据所述的阵列控制器的控制闭合或断开所述的复数个电容；

第二负载电容阵列，连接于振荡器的第二端与接地之间，所述的第二负载电容阵列包括：

第二电容阵列单元，所述的第二电容阵列单元包括复数个电容，所述这些电容以并联的方式连接；

第二开关单元，连接于所述的第二电容阵列单元与接地之间，所述的第二开关单元包括复数个开关，用以根据所述的阵列控制器的控制闭合或断开所述的复数个电容。

4.如权利要求1所述的晶体振荡装置，其特征在于，所述的阵列控制器包括：开关控制单元，所述的开关控制单元连接于所述的第一开关单元及第二开关单元，用以通过开关控制信号控制所述的第一开关单元及第二开关单元中的开关的闭合或断开。

5.如权利要求4所述的晶体振荡装置，其特征在于，所述的阵列控制器还包括控制信号接收单元，用于接收由所述晶体振荡装置外部的装置提供的开关控制信号，并将所述的开关控制信号发送给所述的开关控制单元。

6.如权利要求4所述的晶体振荡装置，其特征在于，所述的阵列控制器还包括：

控制信号生成单元，用于生成对应于所有可能的第一负载电容阵列及第二负载电容阵列中电容的组合的开关控制信号，并根据所述的振荡器的状态依序通过所述的开关控制单元发送给所述的第一开关单元及所述的第二开关单元，如果所述的振荡器处于非正常状态，所述的控制信号生成单元则发送下一个开关控制信号，直到监测到所述的振荡器处于正常状态为止；

振荡器监测单元，连接于所述的振荡器，用于监测所述的振荡器的状态。

7.如权利要求5所述的晶体振荡装置，其特征在于，所述的控制信号生成单元在所述的振荡器处于非正常状态时，判断所述的所有组合的开关控制信号是否发送完毕，如果没有发送完毕则所述的控制信号生成单元发送下一个开关控制信号，如果发送完毕则输出错误报告。

8.如权利要求1所述的晶体振荡装置，其特征在于，所述的晶体振荡装置还包括缺省时钟单元，用于检测所述的振荡器是否输出时钟信号，如果所述的振荡器没有输出时钟信号，则提供缺省时钟信号。

9.一种晶体振荡装置的负载电容控制方法，其特征在于，所述的方法包括：产生控制信号，通过控制信号控制负载电容阵列的电容值，使所述的负载电容阵列的电容值与晶体匹配。

10.如权利要求9所述的晶体振荡装置的负载电容控制方法，其特征在于，所述的方法进一步还包括：所述的负载电容阵列包括电容阵列单元及控制所述的电容阵列单元的开关单元，电容阵列单元包括复数个电容，开关单元包括与电容阵列单元对应的复数个开关；

所述产生控制信号为产生开关控制信号；

所述通过控制信号控制负载电容阵列的电容值为通过开关控制信号控制所述的开关单元的闭合或断开来控制负载电容阵列的电容值。

11.如权利要求10所述的晶体振荡装置的负载电容设置方法，其特征在于，所述开关控制信号为接收的由所述晶体振荡装置外部的装置提供的开关控制信号。

12.如权利要求10所述的晶体振荡装置的负载电容设置方法，其特征在于，所述产生开关控制信号为：

生成对应于所述的负载电容阵列的所有可能电容组合的开关控制信号

所述通过控制信号控制负载电容阵列的电容值为：将所述所有可能电容组合的开关控制信号依序发送；

根据所述的开关控制信号控制所述的负载电容阵列的电容值；

监测振荡器状态是否正常，如果所述的振荡器状态正常则结束操作，如果所述的振荡器状态不正常则继续发送所述的开关控制信号。

13.如权利要求12所述的晶体振荡装置的负载电容设置方法，其特征在于，所述的振荡器状态不正常时进一步包括：判断是否所有可能组合的开关控制信号是否都已发送，如果是则发送错误报告并结束操作，如果不是则继续依序发送所述的开关控制信号。

14.如权利要求12所述的晶体振荡装置的负载电容设置方法，其特征在于，所述的方法还包括：检测所述的振荡器是否输出时钟信号，如果所述的振荡器没有输出时钟信号，则提供缺省时钟信号。

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