CN102955494A - 一种wlan芯片的时钟树实现方法和电路 - Google Patents

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赵彦光
刘鹏
周卓
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Abstract

本发明提供一种WLAN芯片的时钟树实现方法和电路。该时钟树主时钟为PLL的输出时钟，通过分频，得到两个同源时钟，一个供给CPU系统，一个供给WLAN系统，这两个时钟可以分别降频使用，频率变化时，不需要暂停时钟，完全动态调整。WLAN系统时钟还进一步细分为多个时钟。时钟树整体上插入两级时钟门控来控制功耗。

Description

一种WLAN芯片的时钟树实现方法和电路
技术领域
本发明涉及WLAN芯片中的时钟树实现方法，通过人工设计WLAN的芯片的主干时钟结构，确保整个芯片的时钟系统能够正常稳健的工作。
背景技术
WLAN芯片主要用于笔记本，便携式设备等领域，对功耗比较敏感。如何降低功耗是WLAN芯片设计必须认真对待的一个问题。时钟树设计作为低功耗设计的重要一环，不仅要兼顾系统功能、性能，还需要尽可能设计灵活，在系统负载不大的情况下，降频工作，同时关闭不需要工作的时钟。
发明内容
本发明提供了一种WLAN芯片的时钟树实现方法，实现了时钟低功耗设计，在时钟树中插入时钟门控用来控制芯片功耗，具体步骤如下：
(1)将WLAN芯片系统根时钟进行门控；
(2)对WLAN芯片系统的根时钟进行分频，分别得到CPU系统时钟和WLAN系统时钟；
(3)将WLAN系统时钟作进一步分频，得到WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟；
(4)对CPU系统时钟、WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟进行门控；
(5)当关闭WLAN芯片系统根时钟门控的使能时，WLAN芯片系统进入睡眠状态；当需要苏醒时，打开WLAN芯片系统根时钟门控的使能，WLAN芯片系统进入正常工作状态；
(6)CPU系统时钟、WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟对应的模块不工作时，门控的使能信号自动关闭，而当需要对应模块工作时，门控的使能信号自动打开。
在功能方面，本时钟树分为两大时钟系统，两个系统频率可以根据系统需求，动态调节，在调节时，两个系统时钟相位必须保持不变。
在低功耗方面，本时钟树设计了两级时钟门控，即在系统时钟的根节点插入总的时钟门控，然后在两大时钟系统的页节点插入第二级门控。第一级总的时钟门控由系统低功耗控制电路来管理，第二级门控系统主要采用自适应技术来控制。时钟树实现电路包括锁相环PLL、一级时钟门控电路、分频器1、分频器2、二级时钟门控电路，其中：
由PLL产生系统根时钟，系统根时钟通过一级时钟门控电路后分支，系统根时钟通过分频器1后得到CPU系统时钟，系统根时钟通过分频器2得到WLAN系统时钟，将WLAN系统时钟作进一步分频，得到WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟；当关闭一级时钟门控电路的使能时，系统进入睡眠状态；当需要苏醒时，第一级门控使能被打开，系统进入正常工作状态；
二级时钟门控电路分别对CPU系统时钟、WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟插入门控单元，CPU系统时钟、WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟对应的模块不工作时，门控单元的使能信号自动关闭，而当需要对应模块工作时，门控单元的使能信号自动打开。
CPU系统时钟的频率是WLAN总线时钟频率的整数倍。CPU系统时钟和WLAN系统时钟变频时，不需要关断时钟就能实现变频，且两个时钟系统的时钟保持同相。为了保证CPU系统时钟和WLAN系统时钟变频时两个系统时钟保持同相，CPU系统时钟的分频因子必须在WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟上升沿同时到来的时刻才能更新，确保CPU系统时钟和WLAN系统时钟同相。
附图说明
图1是WLAN芯片的主时钟树结构。
图2是CPU时钟系统变频的时序。
具体实施方式
以下结合附图，具体说明本发明。以系统根时钟频率是480MHz，将WLAN系统时钟作进一步2分频，4分频，8分频为例。
如图1所示，系统根时钟由PLL产生，其中PLL的输入时钟是40MHz的clk_in_40m，PLL产生的时钟clk_pll为480MHz，通过时钟门控CG1后变为clk_pll_gated(480MHz)，clk_pll_gated分为两个分支，其中一个分支为CPU系统时钟，另外一个分支为WLAN系统时钟。clk_pll_gated时钟通过D1分频器(支持3～80整数分频)可以得到cpu的工作时钟clk_div_cpu_160m，该时钟最高工作频率为160MHz；clk_pll_gated时钟通过D2分频器(支持3～80整数分频)可以得到WLAN系统的最高频率时钟clk_div_160m，该时钟最高频率为160MHz，clk_div_160m时钟进一步2分频，4分频，8分频，得到时钟clk_div_80m，clk_div_40m，clk_div_20m。所有上述时钟都是同源同相位。
从图1中可以看到，还有第二级门控CG2，即对clk_div_cpu_160m，clk_div_160m，clk_div_80m，clk_div_40m，clk_div_20m都插入了门控单元，生成的门控时钟对应为clk_gated_cpu，c1k_gated_160m，clk_gated_80m，clk_gated_40m，clk_gated_20m。这些门控时钟都采用自适应系统，即对应模块不工作时，这些时钟都会被自动关闭，而当需要这些模块工作时，门控单元的使能信号会自动打开。图1中，第一级门控CG1的使能是由系统的功耗控制单元控制，当功耗控制单元控制芯片进入睡眠状态时，会关闭CG1，从而关闭整个时钟网络，当需要苏醒时，CG1被打开，整个时钟网络正常工作。
图1中，WLAN系统的2分频，4分频，8分频电路属于固定分频电路，其分频因子不可以改变。而D1和D2两个分频器，其分频因子都为3～80整数，系统可以根据需求，灵活改变该分频因子，但分频因子的改变必须保证cpu系统和WLAN系统的所有时钟同相位。如图2所示，cpu时钟系统的分频因子cpu_divider_parameter的改变有严格的限制，即该因子必须在clk_div_cpu_160m，clk_div_160m，clk_div_80m，clk_div_40m，clk_div_20m时钟上升沿同时到来的时刻(如图2A点所示)才能更新，这样才能确保两个系统所有时钟同相。同理，WLAN时钟系统分频因子wlan_divider_parameter改变也有同样的限制。通过这样的变频，cpu系统时钟和WLAN系统时钟可以实现动态的频率变换，而不需要关闭时钟后在进行频率变换。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种WLAN芯片的时钟树实现方法，其特征在于在时钟树中插入时钟门控用来控制芯片功耗，具体步骤如下：
(1)将WLAN芯片系统根时钟进行门控；
(2)对WLAN芯片系统的根时钟进行分频，分别得到CPU系统时钟和WLAN系统时钟；
(3)将WLAN系统时钟作进一步分频，得到WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟；
(4)对CPU系统时钟、WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟进行门控；
(5)当关闭WLAN芯片系统根时钟门控的使能时，WLAN芯片系统进入睡眠状态；当需要苏醒时，打开WLAN芯片系统根时钟门控的使能，WLAN芯片系统进入正常工作状态；
(6)CPU系统时钟、WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟对应的模块不工作时，门控的使能信号自动关闭，而当需要对应模块工作时，门控的使能信号自动打开。
2.一种WLAN芯片的时钟树实现电路，包括锁相环PLL、一级时钟门控电路、分频器1、分频器2、二级时钟门控电路，其中：
由PLL产生系统根时钟，系统根时钟通过一级时钟门控电路后分支，系统根时钟通过分频器1后得到CPU系统时钟，系统根时钟通过分频器2得到WLAN系统时钟，将WLAN系统时钟作进一步分频，得到WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟；当关闭一级时钟门控电路的使能时，系统进入睡眠状态；当需要苏醒时，第一级门控使能被打开，系统进入正常工作状态；
二级时钟门控电路分别对CPU系统时钟、WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟插入门控单元，CPU系统时钟、WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟对应的模块不工作时，门控单元的使能信号自动关闭，而当需要对应模块工作时，门控单元的使能信号自动打开。
3.如权利要求2所述的一种WLAN芯片的时钟树实现电路，其特征在于CPU系统时钟的频率是WLAN总线时钟频率的整数倍。
4.如权利要求2所述的一种WLAN芯片的时钟树实现电路，其特征在于CPU系统时钟和WLAN系统时钟变频时，不需要关断时钟就能实现变频，且两个时钟系统的时钟保持同相。
5.如权利要求2或4所述的一种WLAN芯片的时钟树实现电路，其特征在于为了保证CPU系统时钟和WLAN系统时钟变频时两个系统时钟保持同相，CPU系统时钟的分频因子必须在WLAN总线时钟和WLAN系统各模块时钟上升沿同时到来的时刻才能更新，确保CPU系统时钟和WLAN系统时钟同相。
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