CN101738930B - 一种时钟校准方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时钟校准方法、装置和系统,在相同测量精度的要求下,大大缩减测量时间,进而节省了系统功耗。其技术方案为:方法包括:输入欲测量时钟的测量周期数,启动测量;产生经过第一时钟信号同步的第一测量窗,在第一测量窗内使用第一时钟周期测量,直至到达第一时钟周期的周期数的预设值;产生经过第二时钟信号同步的第二测量窗,在第二测量窗内使用第二时钟周期测量,输出第二时钟周期的周期数。本发明应用于无线通信中的时钟校准。
Description
技术领域
本发明涉及一种时钟校准方法、装置及系统,尤其涉及一种用于任何无线通信标准下的终端装置的时钟校准方法、装置和系统。
背景技术
为了保持与网络的同步,手机在待机条件下每隔一段时间就要从网络侧接收一次寻呼消息,而接收完寻呼消息后,手机将再次进入睡眠状态,此时系统只有外部32K时钟,而为了保持系统唤醒后的时序仍然和网络能够同步,系统睡眠时间精度往往要求很高,而要实现较高的睡眠时间精度,就必须对这个外部32K时钟进行校准。
传统慢时钟校准中所用的测量方法的原理请参见图1,首先,根据测量精度要求设置测量周期数N32K,然后通过测量启动控制位启动16位计数器10,这样测量过程就开始了。图1中的16位计数器10产生输出(OUT)信号记录当前的32K慢时钟周期数,而比较器12根据测量周期数N32K及16位计数器10的当前周期数输出值,产生供测量用的时间窗。D触发器14进行系统时钟SYSCLK和测量窗的同步,以保证测量窗与系统时钟SYSCLK相位的确定性。而32位计数器16在测量窗所控制的时间范围内,对系统时钟SYSCLK的上升沿进行计数,从而得到N32K个外部32K时钟周期内所包含的系统时钟SYSCLK的周期数。
传统的测量方法由于直接利用系统时钟SYSCLK作为最小测量刻度,因此在每次测量窗内的绝对误差最大为1个SYSCLK,如图2所示,假定实际的外部慢时钟周期是系统时钟周期的7.9倍,从图2中可以看出,在测量窗TW的时间段内,实际出现的SYSCLK的上升沿为7个,这样误差就达到了0.9个SYSCLK,极端的情况下便可达到1个SYSCLK的误差。
这种传统的时钟校准方法就是利用较高频率的系统时钟SYSCLK(13M或26M)对外部32K时钟直接进行测量,这种方法能够达到的精度是:(1/测量的系统时钟周期数),例如,如果测量误差要求为1PPM,这种方法就要求测量的时钟周期数即为100万个。实际上,对于3G无线网络,如TD-SCDMA网络,对睡眠时间的精度要求往往高达0.2PPM,而为了实现这样的睡眠定时精度,测量时间要求超过5M个系统时钟SYSCLK,如果系统时钟为13M,这样的校准周期相当于接近400ms,而这样长的校准时间无疑对于系统功耗而言有较大的增加,以30mA电流估算,对于寻呼周期为1.28S的TD—SCDMA系统而言,假定1分钟测量一次,则因为时钟测量而带来的系统功耗的增加量为30mA*400ms/60s=0.2mA。
待机时间作为衡量手机性能的一个重要指标,越来越为人们所重视,也越来越成为衡量一部终端性能优劣的一个重要判决依据。而手机在待机时的功耗开销主要包含两方面:一个是为接收网路侧寻呼信道及相关处理的功耗开销,另一个则是为了前述的为保持终端与网络同步而周期性进行的外部32K时钟校准。对于传统的校准技术而言,校准功耗开销的大小直接取决于校准需要达到的测量精度,校准精度要求越高,功耗则越大,反之则越小。而对于3G无线终端特别是TD-SCDMA终端而言,对于校准精度的要求相当高,一般要求校准精度小于0.5ppm,而对于如此高的校准精度,传统校准技术由于只是利用单一的系统时钟SYSCLK直接对外部32K时钟进行测量,因此只能单纯依靠测量时间的增加来提高校准的精度,而测量时间的成倍增加也直接导致时钟校准功耗的成倍增加。另外,测量时间的增加无疑也要求测量时钟周期的增加,而测量时钟周期自然需要更高的计数时间,这样用来计数测量时间的时钟计数器位宽自然就会要求较高,从而硬件成本也相应增加。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题,提供了一种时钟校准方法,实现了在相同测量精度的要求下,大大缩减测量时间,进而节省了系统功耗。
本发明的另一目的在于提供了一种时钟校准装置,实现了在相同的测量精度的要求下,大大缩减测量时间,进而节省了系统功耗。
本发明的再一目的在于提供了一种时钟校准系统,实现了在相同的测量精度的要求下,大大缩减测量时间,进而节省了系统功耗。
本发明的技术方案为:本发明揭示了一种时钟校准方法,包括:
输入欲测量时钟的测量周期数,启动测量;
产生经过第一时钟信号同步的第一测量窗,在该第一测量窗内使用第一时钟周期测量,直至到达该第一时钟周期的周期数的预设值;
产生经过第二时钟信号同步的第二测量窗,在该第二测量窗内使用第二时钟周期测量,输出第二时钟周期的周期数。
上述的时钟校准方法,其中,该欲测量时钟是无线终端的外部32K时钟,该第一时钟为系统时钟SYSCLK,该第二时钟为无线终端的内部高频时钟HCLK。
上述的时钟校准方法,其中,该第一时钟周期的周期数的预设值为:[N32k×SYSCLK/max(F32k)—1],其中[]运算代表向下取整,N32k是欲测量的外部32K时钟的测量周期数,F32k为外部32K时钟的最高时钟频率。
上述的时钟校准方法,其中,外部32K时钟的最高时钟频率为:外部32K时钟的晶体频率×(1+飘逸范围)。
本发明还揭示了一种时钟校准装置,包括:
输入模块,输入欲测量时钟的测量周期数;
启动模块,启动测量;
第一测量窗产生模块,产生经过第一时钟信号同步的第一测量窗;
第一时钟测量模块,在该第一测量窗内使用第一时钟周期测量,直至到达第一时钟周期的周期数的预设值;
第二测量窗产生模块,产生经过第二时钟信号同步的第二测量窗;
第二时钟测量模块,在该第二测量窗内使用第二时钟周期测量,输出第二时钟周期的周期数。
上述的时钟校准装置,其中,该欲测量时钟是无线终端的外部32K时钟,该第一时钟为系统时钟SYSCLK,该第二时钟为无线终端的内部高频时钟HCLK。
上述的时钟校准装置,其中,该装置还包括:
一预设模块,计算该第一时钟周期的周期数的预设值:[N32k×SYSCLK/max(F32k)—1],其中[]运算代表向下取整,N32k是欲测量的外部32K时钟的测量周期数,F32k为外部32K时钟的最高时钟频率。
上述的时钟校准装置,其中,在该预设模块中,该外部32K时钟的最高时钟频率的计算公式为:外部32K时钟的晶体频率×(1+飘逸范围)。
本发明另外揭示了一种时钟校准系统,包括:
第一计数器,接收欲测量时钟的测量周期数和测量启动控制位;
比较器,接收该第一计数器的输出和该欲测量时钟的测量周期数,输出未同步的第一测量窗信号;
第一D触发器,接收比较器的输出和第一时钟信号,产生经过第一时钟信号同步的第一测量窗;
第二计数器,接收第一D触发器输出的第一测量窗、第一时钟以及该第一时钟的预设周期数,以第一时钟周期为测量单位在该第一测量窗内进行计数,直至到达第一时钟周期的周期数的预设值;
与门,接收该比较器的输出和该第二计数器的输出;
第二D触发器,接收该与门的输出和第二时钟信号,产生经过第二时钟信号同步的第二测量窗;
第三计数器,接收该第二D触发器输出的第二测量窗、第二时钟,以第二时钟周期为测量单位在该第二测量窗内进行计数,输出第二时钟周期的周期数。
上述的时钟校准系统,其中,该欲测量时钟是无线终端的外部32K时钟,该第一时钟为系统时钟SYSCLK,该第二时钟为无线终端的内部高频时钟HCLK。
上述的时钟校准系统,其中,该系统还包括:
预设模块,预设第一时钟周期数的值:[N32k×SYSCLK/max(F32k)—1],其中[]运算代表向下取整,N32k是欲测量的外部32K时钟的测量周期数,F32k为外部32K时钟的最高时钟频率。
上述的时钟校准系统,其中,在该预设模块中,该外部32K时钟的最高时钟频率的计算公式为:外部32K时钟的晶体频率×(1+飘逸范围)。
本发明对比现有技术有如下的有益效果:本发明通过低频系统时钟和内部高频时钟进行接力测量,从而使得在相同的时间内的测量误差变为一个内部高速时钟周期,而非一个系统时钟周期,进而实现了在更短的时间内达到与传统技术相同的校准精度,测量时间的减少使得发明技术的功耗开销也随之变小,以及硬件逻辑开销与传统技术相比都大大减少。也就是说,本发明利用低频系统时钟和内部高频时钟相结合的方法一起对外部32K慢时钟进行测量,由于大部分时间仍然利用系统时钟进行测量,因此单位时间内的平均电流相比传统测量方法基本没有增加,而由于在后面测量窗的结束部分充分利用了高频时钟测量刻度更加精确的特性,从而在相同测量精度的要求下,大大缩减测量时间,进而节省了系统功耗。
附图说明
图1是传统校准方法的原理框图。
图2是传统校准方法的测量时序图。
图3是本发明的时钟校准方法的较佳实施例的流程图。
图4是本发明的时钟校准方法的一个示例的测量时序图。
图5是本发明的时钟校准装置的较佳实施例的原理框图。
图6是本发明的时钟校准系统的较佳实施例的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图3示出了本发明的时钟校准方法的较佳实施例的流程。
步骤S10:输入欲测量时钟的测量周期数。本实施例中的欲测量时钟是无线终端的外部32K慢时钟。
步骤S11:启动测量,例如可以通过一个控制信号来启动测量。
步骤S12:产生经过第一时钟信号同步的第一测量窗。该第一测量窗以第一时钟周期为测量单位。本实施例中的第一时钟周期为系统时钟SYSCLK周期。
步骤S13:在第一测量窗内使用第一时钟周期(例如是系统时钟SYSCLK周期)测量。
步骤S14:判断是否到达第一时钟(系统时钟SYSCLK)的周期数的预设值。如果没有到达预设值,则返回步骤S13,如果到达预设值,则进入步骤S15。
对于系统时钟SYSCLK的周期数的预设值:[N32k×SYSCLK/max(F32k)—1],其中[]运算代表向下取整,N32k是欲测量的外部32K时钟的测量周期数,F32k为外部32K时钟的最高时钟频率。其中外部32K时钟的最高时钟频率为:外部32K时钟的晶体频率×(1+飘逸范围)。
例如,外部32K时钟的晶体频率为32768,飘逸范围为30ppm,则最高时钟频率F32k为32768×(1+30ppm),约为32769Hz。如果N32k为1024,SYSCLK为13M,则系统时钟SYSCLK周期数的预设值为:[1024×13M/32769—1]=406236。
步骤S15:产生经过第二时钟信号同步的第二测量窗。该第二测量窗以第二时钟周期为测量单位。本实施例中的第二时钟周期为无线终端的内部高频时钟HCLK。
步骤S16:在第二测量窗内使用第二时钟周期(例如是内部高频时钟HCLK周期)测量。
步骤S17:判断欲测量时钟(在本实施例中是无线终端的外部32K时钟)的周期数是否已经到达,如果还未到达,则返回步骤S16,如果已经到达,则进入步骤S18。
步骤S18:输出第二时钟周期(例如是内部高频时钟HCLK周期)的周期数。
这样就通过预设周期数的第一时钟SYSCLK和第二时钟HCLK测量了外部32K时钟的输入周期,亦即,外部32K时钟的输入周期等于第一时钟的预设周期数和测量到的第二时钟的周期数之和。
图4示出了本发明的一个实例的测量时序。由于第一测量窗TW0的最后时间段即第二测量窗TW1的高脉冲时间段,采用的时钟刻度为HCLK,因此最大的时钟周期误差即为1/HCLK。而假定HCLK和SYSCLK的分频比为16:1,则测量的最大误差即为1/HCLK(即1/(SYSCLK*16))。因此在相同的校准时间周期内,测量误差降低了16倍,也就是校准精度提高了16倍。换言之,为了得到相同的校准精度,本发明的方法所需的测量时间为传统技术的1/16,从而大大降低了时钟校准所需要的功耗。
图5示出了对应的本发明的时钟校准装置的原理。本发明的时钟校准装置的实施例包括输入模块20、启动模块21、第一测量窗产生模块22、第一时钟测量模块23、第二测量窗产生模块24和第二时钟测量模块25以及预设模块26。
输入模块20输入欲测量时钟的测量周期数,在本实施例中是无线终端的外部32K时钟的测量周期数。启动模块21启动测量,例如可以通过一个控制信号来启动测量。第一测量窗产生模块22产生经过第一时钟信号同步的第一测量窗,第一测量窗以第一时钟周期为测量单位,本实施例中的第一时钟周期为系统时钟SYSCLK周期。
然后,由第一时钟测量模块23在第一测量窗内使用该第一时钟周期(系统时钟SYSCLK周期)测量,直至到达第一时钟周期的周期数的预设值。对于系统时钟SYSCLK来说,其周期数的预设值可以由预设模块26设置为:[N32k×SYSCLK/max(F32k)—1],其中[]运算代表向下取整,N32k是欲测量的外部32K时钟的测量周期数,F32k为外部32K时钟的最高时钟频率。其中外部32K时钟的最高时钟频率为:外部32K时钟的晶体频率×(1+飘逸范围)。例如,外部32K时钟的晶体频率为32768,飘逸范围为30ppm,则最高时钟频率F32k为32768×(1+30ppm),约为32769Hz。如果N32k为1024,SYSCLK为13M,则系统时钟SYSCLK周期数的预设值为:[1024×13M/32769—1]=406236。
再通过第二测量窗产生模块24产生经过第二时钟信号同步的第二测量窗,第二测量窗以第二时钟周期为测量单位,本实施例中的第二时钟周期为无线终端的内部高频时钟HCLK。最后,通过第二时钟测量模块25在第二测量窗内使用第二时钟周期(HCLK周期)测量,输出第二时钟周期的周期数。本实施例通过预设周期数的第一时钟SYSCLK和第二时钟HCLK测量了外部32K时钟的输入周期,亦即,外部32K时钟的输入周期等于第一时钟的预设周期数和测量到的第二时钟的周期数之和。
图6示出了本发明的时钟校准系统的较佳实施例的原理。请参见图6,本发明的时钟校准系统的实施例包括12位的第一计数器30、比较器31、第一D触发器32、16位的第二计数器33、与门34、第二D触发器35、16位的第三计数器36以及预设模块37。
12位的第一计数器30接收欲测量的无线终端的外部32K时钟的周期数,并在测量启动控制位的控制下启动测量过程。比较器31接收第一计数器30的输出和欲测量的无线终端的外部32K时钟周期数,输出未同步的第一测量窗信号。第一D触发器32接收比较器31的输出和系统时钟SYSCLK时钟信号,产生经过SYSCLK同步后的第一测量窗。预设模块37预设系统时钟SYSCLK周期数的预设值:[N32k×SYSCLK/max(F32k)—1],其中[]运算代表向下取整,N32k是欲测量的外部32K时钟的测量周期数,F32k为外部32K时钟的最高时钟频率。其中外部32K时钟的最高时钟频率为:外部32K时钟的晶体频率×(1+飘逸范围)。例如,外部32K时钟的晶体频率为32768,飘逸范围为30ppm,则最高时钟频率F32k为32768×(1+30ppm),约为32769Hz。如果N32k为1024,SYSCLK为13M,则系统时钟SYSCLK周期数的预设值为:[1024×13M/32769—1]=406236。
在第一测量窗内,即TW0为高电平时,第二计数器33工作,在第二计数器33计数到系统时钟SYSCLK的预设值之前,其输出一直为低电平。直到第二计数器33计数到系统时钟SYSCLK的预设值之后,其输出由低电平变成高电平,并与比较器31的输出通过与门34经过逻辑与运算。逻辑运算的结果与内部高频时钟HCLK在第二D触发器35中同步,输出以内部高频时钟HCLK为测量单位的第二测量窗TW1到第三计数器36。在第二测量窗TW1内,第三计数器36开始工作,其最终输出值就是TW1为高电平时的HCLK的周期数。本实施例通过预设周期数的第一时钟SYSCLK和第二时钟HCLK测量了外部32K时钟的输入周期,亦即,外部32K时钟的输入周期等于第一时钟的预设周期数和测量到的第二时钟的周期数之和。
上述实施例中的计数器的位宽并不用于限制本发明的保护范围,本领域普通技术人员可知计数器的位宽只和计数精度相关。
本发明的发明点在于利用了测量时钟刻度直接决定测量精度的特性,在测量窗的末尾利用内部高频时钟获得较高的测量精度;同时,根据时钟频率的高低直接决定着功耗开销的特性,在测量窗的大部分时间段内,仍然利用与传统技术相同的慢时钟进行测量,从而即实现了在更短的时间内获得相同的校准精度的目标,而短时间内的大部分时间的测量时钟仍然为系统时钟,因此与传统方法相比,新技术由于测量时间的减少,功耗也大大降低,慢时钟测量计数器位宽也大大减少。
本发明的优点在于:(1)对于相同的校准精度要求,新技术由于缩短了测量时间,大大降低了由于校准而带来的系统功耗开销,从而减少了系统待机平均电流,间接的提高了终端系统的待机时间。(2)为了获得相同校准精度,由于新技术要测量的慢时钟周期更短,因此,慢时钟测量计数器的位宽也大大降低,测量时间计数器位宽从16位降为12位;而测量结果虽然使用了两级计数,但每级计数器都只有16位,总共相当于1个17位的计数器,而传统方法使用的是32位计数器。因此,发明技术比传统技术而言,减少了硬件逻辑开销,从而电路面积有所减少。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的,本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下,对上述实施例做出种种修改或变化,因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限,而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (12)
1.一种时钟校准方法,包括:
输入欲测量时钟的测量周期数,启动测量;
产生经过第一时钟信号同步的第一测量窗,在该第一测量窗内使用第一时钟周期测量,直至到达该第一时钟周期的周期数的预设值;
产生经过第二时钟信号同步的第二测量窗,在该第二测量窗内使用第二时钟周期测量,输出第二时钟周期的周期数。
2.根据权利要求1所述的时钟校准方法,其特征在于,该欲测量时钟是无线终端的外部32K时钟,该第一时钟为系统时钟SYSCLK,该第二时钟为无线终端的内部高频时钟HCLK。
3.根据权利要求2所述的时钟校准方法,其特征在于,该第一时钟周期的周期数的预设值为:[N32k×SYSCLK/max(F32k)-1],其中[]运算代表向下取整,N32k是欲测量的外部32K时钟的测量周期数,max(F32k)为外部32K时钟的最高时钟频率。
4.根据权利要求3所述的时钟校准方法,其特征在于,外部32K时钟的最高时钟频率为:外部32K时钟的晶体频率×(1+飘逸范围)。
5.一种时钟校准装置,包括:
输入模块,输入欲测量时钟的测量周期数;
启动模块,启动测量;
第一测量窗产生模块,产生经过第一时钟信号同步的第一测量窗;
第一时钟测量模块,在该第一测量窗内使用第一时钟周期测量,直至到达第一时钟周期的周期数的预设值;
第二测量窗产生模块,产生经过第二时钟信号同步的第二测量窗;
第二时钟测量模块,在该第二测量窗内使用第二时钟周期测量,输出第二时钟周期的周期数。
6.根据权利要求5所述的时钟校准装置,其特征在于,该欲测量时钟是无线终端的外部32K时钟,该第一时钟为系统时钟SYSCLK,该第二时钟为无线终端的内部高频时钟HCLK。
7.根据权利要求6所述的时钟校准装置,其特征在于,该装置还包括:
一预设模块,计算该第一时钟周期的周期数的预设值:[N32k×SYSCLK/max(F32k)-1],其中[]运算代表向下取整,N32k是欲测量的外部32K时钟的测量周期数,max(F32k)为外部32K时钟的最高时钟频率。
8.根据权利要求7所述的时钟校准装置,其特征在于,在该预设模块中,该外部32K时钟的最高时钟频率的计算公式为:外部32K时钟的晶体频率×(1+飘逸范围)。
9.一种时钟校准系统,包括:
第一计数器,接收欲测量时钟的测量周期数和测量启动控制位;
比较器,接收该第一计数器的输出和该欲测量时钟的测量周期数,输出未同步的第一测量窗信号;
第一D触发器,接收比较器的输出和第一时钟信号,产生经过第一时钟信号同步的第一测量窗;
第二计数器,接收第一D触发器输出的第一测量窗、第一时钟以及该第一时钟的预设周期数,以第一时钟周期为测量单位在该第一测量窗内进行计数,直至到达第一时钟周期的周期数的预设值;
与门,接收该比较器的输出和该第二计数器的输出;
第二D触发器,接收该与门的输出和第二时钟信号,产生经过第二时钟信号同步的第二测量窗;
第三计数器,接收该第二D触发器输出的第二测量窗、第二时钟,以第二时钟周期为测量单位在该第二测量窗内进行计数,输出第二时钟周期的周期数。
10.根据权利要求9所述的时钟校准系统,其特征在于,该欲测量时钟是无线终端的外部32K时钟,该第一时钟为系统时钟SYSCLK,该第二时钟为无线终端的内部高频时钟HCLK。
11.根据权利要求10所述的时钟校准系统,其特征在于,该系统还包括:
预设模块,预设第一时钟周期数的值:[N32k×SYSCLK/max(F32k)-1],其中[]运算代表向下取整,N32k是欲测量的外部32K时钟的测量周期数,max(F32k)为外部32K时钟的最高时钟频率。
12.根据权利要求11所述的时钟校准系统,其特征在于,在该预设模块中,该外部32K时钟的最高时钟频率的计算公式为:外部32K时钟的晶体频率×(1+飘逸范围)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20100616 Assignee: Shanghai Li Ke Semiconductor Technology Co., Ltd. Assignor: Leadcore Technology Co., Ltd. Contract record no.: 2018990000159 Denomination of invention: Method, device and system for setting clock Granted publication date: 20120111 License type: Common License Record date: 20180615 |
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EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |