CN102540868A - 一种移动通信终端慢时钟晶体频率补偿方法及装置 - Google Patents
一种移动通信终端慢时钟晶体频率补偿方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种移动通信终端慢时钟晶体频率补偿方法及装置，所述方法进入空闲模式，判断进入空闲模式的前一模式，若前一模式为正常工作模式，则获取校准参数，计算慢时钟晶体频率；若前一模式为睡眠模式，则首先获取同步偏差，然后判断同步偏差是否在设定的门限值内，若是，则补偿慢时钟晶体频率，否则进行慢时钟晶体频率强制校准；所述装置包括强制校准单元、同步偏差单元、修正校准单元和省电控制单元；本发明在不增加电路复杂度和终端硬件成本的条件下，保证了睡眠定时精确以及唤醒后系统不失步，并且也保证了最小限度的启动时钟校准单元，使得移动通信终端在空闲模式下睡眠时间最大化，降低了移动通信终端功耗。
Description
技术领域
本发明涉及到移动通信终端(简称UE)技术，特别涉及到一种移动通信终端慢时钟晶体频率补偿方法及装置。
背景技术
根据UE端业务类型不同，可将UE的工作状态划分为三种：正常工作模式、空闲模式和睡眠模式。正常工作模式是指UE进行正常的业务处理；空闲模式是指UE处于无业务的空转状态，在每一个寻呼周期(简称，DRX)定时接收网络侧的寻呼信息(简称，PICH)；睡眠模式是指UE的各模块进入低功耗或关闭高频时钟和电压域的省电模式，其三种状态之间的切换如图1所示，在正常工作模式下，业务完成，UE进入空闲模式；在空闲模式下，无业务产生，可控制UE进入睡眠模式；如果有业务产生，则返回正常工作模式；在睡眠模式下，如无业务产生，定时唤醒UE接收PICH；如果有业务产生，则返回正常工作模式。
现有技术中，最大限度节省移动通信终端功耗，延长移动通信终端的使用时间是本领域一直追求的目标。降低UE功耗的主要途径为：1)UE处于正常工作模式，可根据不同的业务动态调整所需要的频率和核电压，以使UE在不同业务下功耗最小；2)UE处于睡眠模式下，降低UE功耗；3)UE处于空闲模式下，定时唤醒接收网络侧的PICH，在保证UE和网络侧同步的前提下，使UE的睡眠时间最大化。本专利是针对UE处于空闲模式下节省移动通信终端功耗的情形进行说明。
移动通信终端UE的数字基带芯片内一般有一个时钟校准单元，其原理是利用芯片内部的硬件电路计数一定数量慢时钟周期内高频系统时钟的个数，以高频稳定的系统时钟为基准计算慢时钟晶体的频率。以慢时钟(例如32KHz)，高频时钟(例如26MHz)为例，其计算原理如下：
N(32K校准)/F32K＝H校准/F26M；
其中，N(32K校准)表示校准慢时钟晶体实际频率所设置的慢时钟周期个数；F32K表示慢时钟的频率；F26M表示高频时钟的频率；H校准表示N(32K校准)个慢时钟周期内硬件电路计数的高频时钟个数；
当UE处于关闭高频时钟的睡眠模式时，以此慢时钟进行定时维持芯片工作，由于慢时钟晶体的频率随环境温度的差异变化比较大，晶体频漂会导致以下两个问题，一是定时出现偏差，若UE在接收PICH时间点前唤醒过早，则会浪费大量的时间等待接收PICH，若UE在接收PICH的时间点后唤醒过晚，则接收不到PICH；二是晶体频漂会使N(32K校准)和H校准的对应关系出现变化，唤醒后使用H校准恢复系统帧号时会导致UE和网络侧出现同步偏差，若超过UE与网络失步的误差门限，则需要浪费大量的时间和功耗进行UE和网络侧的重同步。而频繁的启动时钟校准单元进行慢时钟频率计算会增加待机平均功耗，为使UE在空闲模式的睡眠时间最大化，降低待机平均电流，就需要尽量减少时间校准单元的启动次数。
常用方案(如图2，慢时钟以32KHz为例)是根据大量的测试结果设定门限值SCALE，当慢时钟计数到达该值时，启动时钟校准单元校准慢时钟晶体当前环境下的频率。采用本方案定时启动时钟校准，当实际晶体频率没有漂移时，会浪费系统功耗，减少待机时间；当在定时启动时钟校准单元之前，晶体频率已经发生较大的漂移，就会有定时误差过大以及移动终端与网络失步的风险。另外一种方案如中国专利200610072487.X“移动终端省电系统中的自适应校准装置及方法”，其原理是采用监测装置监测当前唤醒时刻的环境温度，对比前后两次唤醒的环境温度之差是否大于预设定的温度判决门限值，来决定是否启动时钟校准单元更新校准参数。采用本方案在降低启动时钟校准单元次数的同时也存在以下问题：一、增加了整个移动终端的成本；二、当多个DRX周期内环境温度累计漂移超过与保证同步所对应的最大温差门限值时，仍需要启动校准参数单元；三、该装置不能解决晶体老化率问题，随使用时间增长，晶体频率和温度漂移的对应参数需要重新测试。
发明内容
为克服现有技术的上述不足，本发明提供一种移动终端省电系统中慢时钟晶体频率的补偿方法及装置。
本发明的移动通信终端慢时钟晶体频率补偿方法，进入空闲模式，判断进入空闲模式的前一模式，若前一模式为正常工作模式，则获取校准参数H校准，计算慢时钟晶体频率；若前一模式为睡眠模式，则首先获取同步偏差，然后判断同步偏差是否在设定的门限值TH内，若是，则补偿慢时钟晶体频率，否则进行慢时钟晶体频率强制校准；所述设定的门限值TH为UE与网络侧不失步的最大时间长度；
所述获取同步偏差为：接收PICH，根据PICH信息计算唤醒后移动通信终端与网络侧的同步偏差；
所述补偿慢时钟晶体频率为：
F′32K＝N′32K/(N′32K/F32K+T同步偏差)
其中，N′32K表示获取实际睡眠的慢时钟周期个数，F32K表示睡眠前慢时钟的频率；
优选的，在所述补偿慢时钟晶体频率前，修正校准参数HN，得到修正的校准参数H′N：
H′N＝HN+(T同步偏差×F26M×N(32K校准))/N′32K
其中，F′32K表示每一个DRX周期UE唤醒后慢时钟晶体的补偿频率，N(32K校准)表示校准慢时钟晶体实际频率所设置的慢时钟周期个数，HN表示睡眠前N(32K校准)个慢时钟周期内高频时钟的时钟个数，F26M表示高频时钟的频率；
进而所述补偿慢时钟晶体频率为：
F′32K＝(N(32K校准)×F26M)/H′N
其中，H′N表示唤醒后N(32K校准)个慢时钟周期内高频时钟的时钟个数；
优选的，在对慢时钟晶体频率进行计算或者补偿过程中或者进行计算或者补偿后，若有业务产生，则进入正常工作模式；
本发明的移动通信终端慢时钟晶体频率补偿装置，包括强制校准单元、同步偏差单元、修正校准单元和省电控制单元，修正校准单元与省电控制单元、同步偏差单元和强制校准单元连接：强制校准单元与同步偏差单元连接，还与外部晶体慢时钟、校准周期和系统高频时钟SYSCLK连接；省电控制单元与外部晶体慢时钟相连；同步偏差单元与射频RF相连；
本发明利用移动终端在空闲模式下每个寻呼周期接收网络侧寻呼信息的特性，使用慢时钟晶体频漂导致的UE与网络侧的同步偏差进行慢时钟晶体频率补偿，该方案在不增加电路复杂度和移动通信终端硬件成本的条件下，不但保证了睡眠定时精确以及唤醒后系统不失步，而且也保证了最小限度的启动时钟校准单元，使得移动通信终端在空闲模式下的睡眠时间最大化，降低了移动通信终端功耗，并且不论晶体使用多久，得到的补偿频率都接近晶体在当前环境下的实际频率，避免了晶体随使用时间出现的老化率问题。
附图说明
图1为现有技术UE工作模式转移图；
图2为现有技术校准原理示意图；
图3为本发明移动通信终端慢时钟晶体频率补偿方法流程图；
图4为本发明移动通信终端慢时钟晶体频率补偿方法优选实施例状态转移图；
图5为本发明移动通信终端慢时钟晶体频率补偿方法优选实施例流程图；
图6为本发明移动通信终端慢时钟晶体频率补偿装置优选实施例结构图。
具体实施方式
为清楚说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面结合附图给出优选的实施例，对本发明移动通信终端慢时钟晶体频率补偿方法及装置做进一步说明，为便于理解，以慢时钟32KHz，高频时钟26MHz为例，尽管本发明中的一些公式或者描述中采用32KHz、26MHz等表示慢时钟和高频时钟的一些参数，但本领域技术人员显然清楚，本发明并不限于慢时钟32KHz，高频时钟26MHz的情形，所述方案对于采用慢时钟控制和高频时钟进行时钟控制的情形都适用。
本发明提供一种移动通信终端慢时钟晶体频率补偿方法，本实施例从正常工作模式开始，在正常工作模式下启动时钟强制校准，计算校准参数并存储；当UE进入空闲模式时，判断UE进入空闲模式的途径(即进入前一模式)，若前一模式为正常工作模式，则获取校准参数H校准，计算32KHz晶体频率；若前一模式为睡眠模式，则首先获取同步偏差，然后判断同步偏差是否在设定的门限值内，若是，则修正校准参数H′N，补偿32KHz晶体频率，否则进行32KHz晶体频率强制校准；进入睡眠模式，状态流转如图4所示；
本实施具体过程如下，流程如图5所示：
1、UE处于正常工作模式，启动时钟强制校准。在正常工作模式时，通过频偏调整可保证26MHz的频偏不超过0.1ppm，所以基本上认为26MHz的频率是稳定的。
101、设置校准周期(时钟校准单元完成一次校准的32KHz时钟周期个数)为N(32K校准)，N(32K校准)的数值越大，在UE唤醒后使用校准参数恢复帧号的误差越小，可根据实际情况配置。
102、启动数字基带芯片内部的硬件电路计数N(32K校准)个32KHz时钟周期内26MHz的时钟周期个数H校准(校准参数)，时钟校准单元完成一次校准就将该校准参数存储在内存中，同时时钟校准单元继续工作，保证UE从正常工作模式进入空闲时通过校准参数计算出来的32KHz晶体频率的精度；
2、当UE进入空闲模式时，判断UE进入空闲模式的途径，若UE是DRX周期唤醒接收完PICH后进入空闲，跳至步骤3执行；若UE从正常工作模式进入空闲模式，关闭掉强制校准，从校准参数存储单元提取校准参数H校准值后执行步骤5；
3、设置UE进入睡眠状态，本步骤的流程如下：
301、获取该DRX周期需要睡眠的时间长度T睡眠时间和睡眠模式；
302、设置睡眠模式以及睡眠的32KHz时钟周期个数N32K＝T睡眠时间×F32K，其中T睡眠时间表示在接收下一个PICH前UE可以睡眠的时间长度(单位：ms)；F32K表示UE进入睡眠前32KHz晶体的频率(单位：KHz)；N32K表示睡眠时间T睡眠时间内32KHz时钟周期个数；
303、使能UE睡眠信号IDLE_EN，控制关闭外围模拟基带器件、射频器件等，根据步骤301获取的睡眠模式控制高频时钟26MHz的开关，UE进入睡眠模式。同时，定时器开始工作，用32KHz晶体时钟进行计数，计满N32K个32KHz晶体时钟周期唤醒UE；
4、睡眠时间结束，进入空闲模式，操作步骤如下：
401、自然唤醒，获取实际睡眠的32KHz时钟周期个数N′32K，利用本次睡眠前的校准数据HN(其中，HN表示睡眠前N(32K校准)个32KHz时钟周期内高频时钟26MHz的时钟个数)值，恢复帧号计数器和帧长度计数器；
402、硬件电路自动开启DSP电源域，并恢复DSP数据，等待DSP的帧中断触发DSP在设定的帧号接收PICH；
403、使用接收到的PICH计算出UE与网络侧的同步偏差T同步偏差，若UE当前为空闲模式，将该同步偏差存储以备用；
404、判断同步偏差，若同步偏差大于门限值TH，则重新启动强制校准单元进行H校准校准，当UE处于空闲模式，则跳至步骤3继续执行；否则跳至步骤5执行32KHz晶体频率的补偿；
所述设定的门限值TH为UE与网络侧不失步的最大时间长度；
5、若UE从正常工作模式进入空闲，提取校准参数HN＝H校准；计算32KHz晶体睡眠前的补偿频率F32K＝(N(32K校准)×F26M)/HN后跳至步骤6执行；若UE是DRX周期唤醒接收完PICH后进入空闲，则需要完成以下操作：
501、计算偏差的高频时钟个数：
N26M＝T同步偏差×F26M
其中，F26M表示稳定的26MHz高频时钟频率；N26M表示唤醒后UE与网络侧同步偏差的26MHz时钟周期个数；
502、修正校准参数：
H′N＝HN+(T同步偏差×F26M×N(32K校准))/N′32K
其中，H′N表示唤醒后N(32K校准)个32KHz时钟周期内高频时钟26MHz的时钟个数；
503、补偿32KHz晶体频率F′32K：
F′32K＝(N(32K校准)×F26M)/H′N
其中，F32K表示每一个DRX周期UE唤醒后32KHz晶体的补偿频率；
优选的，提供补偿32KHz晶体频率F′32K的另一种方法：
F32K＝N′32K/(N′32K/F32K+T同步偏差)
优选的，还包括以下步骤：更新下次睡眠需要使用的32KHz晶体频率：F32K＝F′32K；
6、更新校准参数：HN＝H′N，若移动通信终端仍旧处于空闲模式，则跳至步骤3继续执行。
本发明还提供一种移动通信终端慢时钟晶体频率补偿装置，优选实施例结构如图6所示，包括强制校准单元、同步偏差单元、修正校准单元和省电控制单元，修正校准单元与省电控制单元、同步偏差单元和强制校准单元连接：强制校准单元与同步偏差单元连接，还与外部晶体慢时钟、校准周期和SYSCLK连接；省电控制单元与外部晶体慢时钟相连；同步偏差单元与射频RF相连；
当UE处于空闲模式下时，强制校准单元通过同步偏差单元判定是否启动，校准完成后将校准数据存储在修正校准单元中；同步偏差单元根据同步偏差值判定启动强制校准单元或修正校准单元；修正校准单元一是用于存储强制校准单元的校准参数，二是使用同步偏差单元提供的同步偏差修正校准参数，补偿慢时钟晶体频率；省电控制单元使用修正校准单元计算得到的补偿频率设置睡眠时间，控制UE进入睡眠。
所述强制校准单元包括：
校准周期存储单元，用于设置时钟校准单元完成一次校准所需要的慢时钟周期个数；
时钟强制校准单元，利用数字基带芯片内部的硬件逻辑电路计算一定数量慢时钟周期内高频时钟周期个数，完成一次校准将该校准参数存储在校准参数存储单元后再启动时钟校准单元；
所述同步偏差获取单元包括：
同步偏差计算单元，用于计算UE与网络侧的同步偏差；
同步偏差比较单元，与同步偏差计算单元和同步偏差门限存储单元相连，判断同步偏差是否超过设置的偏差门限值；
同步偏差门限存储单元，用于存储UE与网络侧同步偏差容忍的误差门限值；
所述修正校准单元包括：
校准参数修正单元，从睡眠时间计数单元和同步偏差计算单元提取实际睡眠的慢时钟周期个数和同步偏差，计算该次睡眠时间内偏移的高频时钟周期个数，修正校准参数存储单元内的校准参数；
校准参数存储单元，存储时钟强制校准模块计算出的校准参数以及校准参数修正单元修正的校准参数；
频率校准单元，提取校准参数，对外部的慢时钟晶体频率进行计算，得到慢时钟晶体在当前温度环境下的补偿频率；
所述省电控制单元包括：
睡眠时间设置单元，存储需要睡眠的时钟周期个数；
睡眠控制单元，当接收到睡眠使能IDLE_EN信号后，根据睡眠模式确认是否关闭高频时钟，若睡眠状态下关闭高频时钟，则启动慢时钟维持芯片省电模式的控制；当接收到定时器计数完成产生的信号后，唤醒UE。
定时器单元，定时作用，当计数器值等于睡眠时间设置单元设置的时钟个数时，产生唤醒AWAKE_EN信号；
睡眠时间计数单元，与慢时钟晶体相连，以UE进入睡眠和退出睡眠的信号为限，计数实际睡眠的慢时钟个数；
本发明的核心是利用移动终端在空闲模式下每个寻呼周期接收网络侧寻呼信息的特性，使用每一个DRX周期唤醒后UE与网络的同步偏差修正校准参数以降低下一个DRX周期的同步误差，并补偿慢时钟晶体频率，精确定时睡眠时间，从而保证了手机和基站系统的稳定同步。本发明在不增加电路复杂度和移动终端成本的基础上，减少启动时钟校准模块的次数，最大限度的增加系统的睡眠时间以降低待机平均电流，提高移动终端的待机时间，并且使用慢时钟晶体频漂导致的UE与网络侧的同步偏差进行慢时钟晶体频率补偿，不论晶体使用年限多长，得到的补偿频率都接近晶体在当前环境下的实际频率，避免了晶体随使用时间出现的老化率问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，在不脱离本发明原理的前提下，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动或者变型，这些改动或者变型也包含于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种移动通信终端UE慢时钟晶体频率补偿方法，其特征在于，进入空闲模式，判断进入空闲模式的前一模式，若前一模式为正常工作模式，则获取校准参数H校准，计算慢时钟晶体频率；若前一模式为睡眠模式，则首先获取同步偏差T同步偏差，然后判断同步偏差是否在设定的门限值TH内，若是，则补偿慢时钟晶体频率，否则进行慢时钟晶体频率强制校准；所述设定的门限值TH为UE与网络侧不失步的最大时间长度。
2.如权利要求1所述慢时钟晶体频率补偿方法，其特征在于，所述获取同步偏差为：接收寻呼信息PICH，根据PICH信息计算唤醒后移动通信终端与网络侧的同步偏差。
3.如权利要求1所述慢时钟晶体频率补偿方法，其特征在于，所述补偿慢时钟晶体频率为：
F′32K＝N′32K/(N′32K/F32K+T同步偏差)
其中，N′32K表示获取实际睡眠的慢时钟周期个数，F32K表示睡眠前慢时钟的频率。
4.如权利要求1所述慢时钟晶体频率补偿方法，其特征在于，在所述补偿慢时钟晶体频率前，修正校准参数HN，得到修正的校准参数H′N：
H′N＝HN+(T同步偏差×F26M×N(32K校准))/N′32K
其中，F′32K表示每一个DRX周期UE唤醒后慢时钟晶体的补偿频率，N(32K校准)表示校准慢时钟晶体实际频率所设置的慢时钟周期个数，HN表示睡眠前N(32K校准)个慢时钟周期内高频时钟的时钟个数，F26M表示高频时钟的频率；
进而所述补偿慢时钟晶体频率为：
F′32K＝(N(32K校准)×F26M)/H′N
其中，H′N表示唤醒后N(32K校准)个慢时钟周期内高频时钟的时钟个数。
5.如权利要求1所述慢时钟晶体频率补偿方法，其特征在于，在对慢时钟晶体频率进行计算或者补偿过程中或者进行计算或者补偿后，若有业务产生，则进入正常工作模式。
6.一种移动通信终端UE慢时钟晶体频率补偿装置，其特征在于，包括强制校准单元、同步偏差单元、修正校准单元和省电控制单元，修正校准单元与省电控制单元、同步偏差单元和强制校准单元连接；强制校准单元与同步偏差单元连接，还与外部晶体慢时钟、校准周期和系统高频时钟SYSCLK连接；省电控制单元与外部晶体慢时钟相连；同步偏差单元与射频RF相连；
7.如权利要求6所述慢时钟晶体频率补偿装置，其特征在于，所述强制校准单元包括：
校准周期存储单元，用于设置时钟校准单元完成一次校准所需要的慢时钟周期个数；
时钟强制校准单元，利用数字基带芯片内部的硬件逻辑电路计算一定数量慢时钟周期内高频时钟周期个数，完成一次校准将该校准参数存储在校准参数存储单元后再启动时钟校准单元。
8.如权利要求6所述慢时钟晶体频率补偿装置，其特征在于，所述同步偏差获取单元包括：
同步偏差计算单元，用于计算UE与网络侧的同步偏差；
同步偏差比较单元，与同步偏差计算单元和同步偏差门限存储单元相连，判断同步偏差是否超过设置的偏差门限值；
同步偏差门限存储单元，用于存储UE与网络侧的同步偏差容忍的误差门限值。
9.如权利要求6所述慢时钟晶体频率补偿装置，其特征在于，所述修正校准单元包括：
校准参数修正单元，从睡眠时间计数单元和同步偏差计算单元提取实际睡眠的慢时钟周期个数和同步偏差，计算该次睡眠时间内偏移的高频时钟周期个数，修正校准参数存储单元内的校准参数；
校准参数存储单元，存储时钟强制校准模块计算出的校准参数以及校准参数修正单元修正的校准参数；
频率校准单元，提取校准参数，对外部的慢时钟晶体频率进行计算，得到慢时钟晶体在当前温度环境下的补偿频率。
10.如权利要求6所述慢时钟晶体频率补偿装置，其特征在于，所述省电控制单元包括：
睡眠时间设置单元，存储需要睡眠的时钟周期个数；
睡眠控制单元，当接收到睡眠使能IDLE_EN信号后，根据睡眠模式确认是否关闭高频时钟，若睡眠状态下关闭高频时钟，则启动慢时钟维持芯片省电模式的控制；当接收到定时器计数完成产生的信号后，唤醒UE；
定时器单元，定时作用，当计数器值等于睡眠时间设置单元设置的时钟个数时，产生唤醒AWAKE_EN信号；
睡眠时间计数单元，与慢时钟晶体相连，以UE进入睡眠和退出睡眠的信号为限，计数实际睡眠的慢时钟个数。
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