CN102624331B - 实时时钟的温度补偿电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及实时时钟领域，公开了一种实时时钟的温度补偿电路及其方法。本发明中，在电源控制模块的控制下，存储器根据比较器的判断结果，决定是否开启，在存储器不开启的情况下，用比特位较低的寄存器组代替存储器，可以降低实时时钟的温度补偿功耗，同时作为一种设计结构上的创新，不需要依赖于特定的工艺或是器件的支持，非常容易实现。根据实际环境中温度变化的快慢不同，定时开启温度传感器，可以进一步降低实时时钟的温度补偿功耗。

Description

实时时钟的温度补偿电路及其方法

技术领域

本发明涉及实时时钟领域，特别涉及实时时钟的温度补偿技术。

背景技术

在实时时钟(Real-Time Clock，简称“RTC”)的设计中，由于温度的变化造成了时钟晶振的频率变化，从而导致RTC计数不准确，因此需要根据温度的变化补偿晶振的驱动电容，以使得频率保持不变。

温度补偿RTC一般采用查找表(lookup table)方式进行补偿，即将补偿电容值存储在存储器中，由于存储器需要消耗一定的功耗，所以采用这种方式补偿的RTC功耗会比较大。RTC在需要电池供电的系统中应用非常广泛，例如在手持设备中等，因此需要进行低功耗设计。

温度补偿RTC的功耗主要集中在内部晶体振荡器OSC、数字计数器以及温度补偿电路中。本发明的发明人发现，现有技术中，低功耗设计主要集中在降低OSC的功耗以及数字计数器的功耗，而针对温度补偿电路的低功耗设计则相对较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时时钟的温度补偿电路及其方法，可以降低实时时钟的温度补偿功耗，同时作为一种设计结构上的创新，不需要依赖于特定的工艺或是器件的支持，非常容易实现。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种实时时钟的温度补偿电路，包括晶体振荡器、温度传感器和存储有所有补偿值的存储器，还包括：比较器、寄存器组和电源控制模块；

比较器，用于判断温度传感器输出的当前温度值是否在寄存器组保存的补偿值范围内，

如果是，则寄存器组直接将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，

否则，电源控制模块控制打开存储器，存储器将与当前温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值输出给寄存器组，寄存器组更新与当前温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值，寄存器组将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，电源控制模块控制关闭存储器；

晶体振荡器使用收到的补偿值进行温度补偿，其中，N为正整数。

本发明的实施方式还公开了一种实时时钟的温度补偿方法，包括以下步骤：

判断温度传感器输出的当前温度值是否在寄存器组保存的补偿值范围内，

如果是，则直接从寄存器组中将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，

否则，打开存储有所有补偿值的存储器，将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，并将与当前温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值更新到寄存器组，关闭存储器；

晶体振荡器使用收到的补偿值进行温度补偿，其中，N为正整数。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在电源控制模块的控制下，存储器根据比较器的判断结果，决定是否开启，在存储器不开启的情况下，用比特位较低的寄存器组代替存储器，可以降低实时时钟的温度补偿功耗，同时作为一种设计结构上的创新，不需要依赖于特定的工艺或是器件的支持，非常容易实现。

进一步地，根据实际环境中温度变化的快慢不同，定时开启温度传感器，可以进一步降低实时时钟的温度补偿功耗。

附图说明

图1是本发明第一实施方式中一种实时时钟的温度补偿电路的结构示意图；

图2是本发明第二实施方式中一种实时时钟的温度补偿方法的流程示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种实时时钟的温度补偿电路。图1是该实时时钟的温度补偿电路的结构示意图。

具体地说，如图1所示，该实时时钟的温度补偿电路包括晶体振荡器、温度传感器、存储器、比较器、寄存器组和电源控制模块。

存储器中存储有所有的补偿值。

这里的存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Prog rammable ROM，简称“EEPROM”)或者可擦除、可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称“EPROM”)等。

温度传感器的电源和存储器的电源由主电源供电，但是受到电源控制模块的控制，可以关断和打开。

比较器，用于判断温度传感器输出的当前温度值是否在寄存器组保存的补偿值范围内，

如果是，则寄存器组直接将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，

否则，电源控制模块控制打开存储器，存储器将与当前温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值输出给寄存器组，寄存器组更新与当前温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值，寄存器组将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，这里，也可以是由存储器直接将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，电源控制模块控制关闭存储器。

存储器中存储的补偿值的数目大于N。

晶体振荡器使用收到的补偿值进行温度补偿，其中，N为正整数。

此外，还包括：数字计数器，用于对来自晶体振荡器的脉冲进行计数。

当然，在本发明的其它某些实施方式中，数字计数器也可以没有。

当数字计数器计时达到预定时间间隔时，电源控制模块控制打开温度传感器。

在实际环境中，根据温度变化的快慢预先设置好预定时间间隔，可以是1秒钟、1分钟、10分钟、30分钟或者1个小时等等。

根据实际环境中温度变化的快慢不同，定时开启温度传感器，可以进一步降低实时时钟的温度补偿功耗。

当然，在本发明的其它某些实施方式中，温度传感器也可以是一直开启着的。

在电源控制模块的控制下，存储器根据比较器的判断结果，决定是否开启，在存储器不开启的情况下，用比特位较低的寄存器组代替存储器，可以降低实时时钟的温度补偿功耗，同时作为一种设计结构上的创新，不需要依赖于特定的工艺或是器件的支持，非常容易实现。

接下来，具体说明该实时时钟的温度补偿电路的工作原理。该实时时钟的温度补偿电路，有两种工作模式，一种是正常的温度补偿模式，另一种是低功耗的温度补偿模式。

在正常的温度补偿模式下，芯片上电后，晶体振荡器OSC开始工作产生时钟，数字计数器工作，开始计时。此时存储器和温度传感器都不工作，处于电源关断状态。当计时达到预定时间间隔的时候，例如1秒，开始进行温度补偿，此时先只打开温度传感器监测当前温度，产生当前温度值，然后打开存储器，存储器中存储着所有的补偿值，不同的当前温度值对应着不同的补偿值，找到对应的补偿值后，将补偿值送给OSC，OSC内部补偿电路会根据补偿值的不同改变电容值，使得OSC的频率达到正确的值。此时的补偿功耗Pcompensation包括打开存储器、读取存储器的功耗Prom和改变补偿电容的功耗Pcap。

即Pcompensation＝Prom+Pcap。

在实际环境中，由于温度变化比较慢，在某些地区可能长时间的温度变化都不大，昼夜温差也较小，因此如果设定定时打开温度传感器测量当前温度，在恒温的情况下，可以大大降低温度补偿功耗。

在进入低功耗模式后，先打开温度传感器监测当前温度，将测得的当前温度值data0保存到比较器中，然后打开存储器，将与当前温度值对应的补偿值读出，同时顺序将该当前温度值附近的N组补偿值都读出，如当前温度值是25度，N＝6，可以将25度上下的6个温度值22度、23度、24度、26度、27度和28度所对应的补偿值都读出存入到寄存器组中，并将当前温度值对应的补偿值送到OSC去调整补偿电容，最后关闭温度传感器和存储器。

在定时补偿的情况下，当时间进行到预定的时刻必须进行温度补偿的时候，先打开温度传感器监测当前温度值data1，将比较器中的data0与data1进行比较，如果二者相同，则不改变补偿值，这样节省了功耗，即Pcompensation＝0；如果二者不同，则比较data1的值是不是在data0附近的N个温度值范围内，如果在范围内，则直接在寄存器组中找到相应的补偿值，送给OSC，此时不需要打开存储器，节省了功耗Prom，补偿功耗只有改变补偿电容的功耗Pcap，即Pcompensation＝Pcap。

可以看出，在该实时时钟的温度补偿电路中，数字计数器、电源控制模块、比较器、寄存器组和晶体振荡器始终开启，温度传感器根据实际情况定时开启，存储器则根据比较器的结果开启：当温度传感器测得的当前温度值与上次的温度值相同时，不开启存储器，不改变补偿值，也就不改变补偿电容，节省了功耗；或者当前温度值虽然与上次的温度值不同，但是仍然能够在寄存器组中找到相应的补偿值时，也不开启存储器，节省了功耗。

总之，该实时时钟的温度补偿电路可以有效地降低温度补偿RTC的补偿功耗，从而可以降低整体功耗。

此外，这是一种针对RTC温度补偿特性的设计结构上的创新，不需要依赖于特定的工艺或是器件的支持，非常利于实现。

需要说明的是，本发明电路实施方式中提到的各模块都是逻辑模块，在物理上，一个逻辑模块可以是一个物理模块，也可以是一个物理模块的一部分，还可以以多个物理模块的组合实现，这些逻辑模块本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑模块所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述电路实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的模块引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的模块。

本发明第二实施方式涉及一种实时时钟的温度补偿方法。图2是该实时时钟的温度补偿方法的流程示意图。

具体地说，如图2所示，该实时时钟的温度补偿方法包括以下步骤：

在步骤201中，判断温度传感器输出的当前温度值是否在寄存器组保存的补偿值范围内。

若是，则进入步骤202；若否，则进入步骤204。

在步骤201之前，还包括以下步骤：

打开温度传感器，将温度传感器输出的初始温度值保存到比较器中。

打开存储器，将与初始温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值保存到寄存器组中，并将与初始温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，关闭存储器和温度传感器。

晶体振荡器使用收到的补偿值进行温度补偿，其中，N为正整数。

上述步骤作为初始化步骤，只执行一次。

此外，步骤201，还包括以下子步骤：

打开温度传感器，将温度传感器输出的当前温度值与比较器中存储的初始温度值进行比较，

如果当前温度值与初始温度值相同，维持寄存器组对晶体振荡器的当前补偿值。

如果当前温度值与初始温度值不同，但当前温度值在初始温度值附近的N个温度值范围内，则判断为温度传感器输出的当前温度值在寄存器组保存的补偿值范围内。

关闭温度传感器。

为了更好地节省功耗，可以预先设定时间间隔，当数字计数器计时达到预定时间间隔时，执行步骤201。

根据实际环境中温度变化的快慢不同，定时开启温度传感器，可以进一步降低实时时钟的温度补偿功耗。

在步骤202中，直接从寄存器组中将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器。

此后进入步骤203，晶体振荡器使用收到的补偿值进行温度补偿。

此后再次回到步骤201。

在步骤204中，打开存储器，将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器。

在此步骤中，可以是由存储器直接将补偿值输出给晶体振荡器，也可以是由寄存器组输出给晶体振荡器。

在由寄存器组输出给晶体振荡器的情况下，步骤204包括以下子步骤：

打开存储器，先将与当前温度值对应的补偿值更新到寄存器组中，寄存器组再将该补偿值输出给晶体振荡器。

此后进入步骤205，将与当前温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值更新到寄存器组。其中，N为正整数。

此后进入步骤206，关闭存储器。

此后进入步骤203。

存储器中存储有所有的补偿值，补偿值的数目大于N。

本实施方式是与第一实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种实时时钟的温度补偿电路，包括晶体振荡器、温度传感器和存储有所有补偿值的存储器，其特征在于，还包括：比较器、寄存器组和电源控制模块；

比较器，用于判断温度传感器输出的当前温度值是否在寄存器组保存的补偿值范围内，

如果是，则寄存器组直接将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，

否则，电源控制模块控制打开存储器，存储器将与当前温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值输出给寄存器组，寄存器组更新与当前温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值，寄存器组将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，电源控制模块控制关闭存储器；

晶体振荡器使用收到的补偿值进行温度补偿，其中，N为正整数。

2.根据权利要求1所述的实时时钟的温度补偿电路，其特征在于，还包括：数字计数器，用于对来自晶体振荡器的脉冲进行计数。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的实时时钟的温度补偿电路，其特征在于，当数字计数器计时达到预定时间间隔时，电源控制模块控制打开温度传感器。

4.一种实时时钟的温度补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

判断温度传感器输出的当前温度值是否在寄存器组保存的补偿值范围内，

如果是，则直接从寄存器组中将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，

否则，打开存储有所有补偿值的存储器，将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，并将与当前温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值更新到寄存器组，关闭存储器；

晶体振荡器使用收到的补偿值进行温度补偿，其中，N为正整数。

5.根据权利要求4所述的实时时钟的温度补偿方法，其特征在于，在所述打开存储有所有补偿值的存储器，将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器的步骤中，存储器直接将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器。

6.根据权利要求4所述的实时时钟的温度补偿方法，其特征在于，在所述打开存储有所有补偿值的存储器，将与当前温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器的步骤中，包括以下子步骤：

打开存储器，先将与当前温度值对应的补偿值更新到寄存器组中，寄存器组再将该补偿值输出给晶体振荡器。

7.根据权利要求4所述的实时时钟的温度补偿方法，其特征在于，在所述判断温度传感器输出的当前温度值是否在寄存器组保存的补偿值范围内的步骤之前，还包括以下步骤：

打开温度传感器，将温度传感器输出的初始温度值保存到比较器中；

打开存储器，将与初始温度值及其附近的N个温度值对应的补偿值保存到寄存器组中，并将与初始温度值对应的补偿值输出给晶体振荡器，关闭存储器和温度传感器；

晶体振荡器使用收到的补偿值进行温度补偿，其中，N为正整数。

8.根据权利要求4所述的实时时钟的温度补偿方法，其特征在于，所述判断温度传感器输出的当前温度值是否在寄存器组保存的补偿值范围内的步骤，包括以下子步骤：

打开温度传感器，将温度传感器输出的当前温度值与比较器中存储的初始温度值进行比较，

如果当前温度值与初始温度值相同，维持寄存器组对晶体振荡器的当前补偿值；

如果当前温度值与初始温度值不同，但当前温度值在初始温度值附近的N个温度值范围内，则判断为温度传感器输出的当前温度值在寄存器组保存的补偿值范围内；

关闭温度传感器。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的实时时钟的温度补偿方法，其特征在于，当数字计数器计时达到预定时间间隔时，执行所述判断温度传感器输出的当前温度值是否在寄存器组保存的补偿值范围内的步骤。