CN103186164A - 时钟产生器与时钟信号产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种时钟产生器，用以产生一时钟信号。该时钟产生器包含：一第一振荡器，用于产生一第一振荡信号；以及一切换电路，耦接至该第一振荡器与一第二振荡器，用以接收该第一振荡信号以及该第二振荡器所产生之一第二振荡信号，并依据一状态信号选择该第一振荡信号与该第二振荡信号的其中之一作为该时钟信号。本发明还提供一种时钟信号产生方法。

Description

时钟产生器与时钟信号产生方法
技术领域
本发明有关于时钟信号的产生，尤指一种使用时钟切换架构的时钟产生器与相关方法。
背景技术
手机等电子装置是人们日常生活中所使用的装置，其使用处理器来处理许多的信号处理演算、处理指令与控制信号产生或发送，并整合/协调手机或电子装置里的其他内部电路的操作。
一般来说，手机或电子装置中的处理器或是其它内部电路需要两个外部晶体振荡器(crystal oscillator)。请参照图1，图1为传统电子装置10的时钟产生架构的示意图。第一晶体振荡器110提供低频时钟信号(例如睡眠/唤醒时钟(sleep/wake-up clock)以及实时时钟(real-time clock,RTC))给内部电路130，以在待机模式中提供系统时序控制以及系统时间追踪，而第二晶体振荡器120则提供高频时钟信号给内部电路130以供高频应用来使用。
纵然晶体振荡器具有良好的特性(像是低温度系数以及中等的功率消耗)，并且也可以提供准确的时钟信号，但是晶体振荡器的硬件成本仍是很高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种时钟产生器以及时钟信号产生方法。
依据本发明之一示范性实施例，提供了一时钟产生器。时钟产生器被用来提供时钟信号，并包含：第一振荡器与切换电路。切换电路耦接至第一振荡器与一第二振荡器。切换电路被用来接收第一振荡器所产生的第一振荡信号以及第二振荡器所产生的第二振荡信号。此外，切换电路被用以依据状态信号来从第一振荡信号与第二振荡信号之中选择其一作为该时钟信号。
依据本发明之另一示范性实施例，提供了产生时钟信号之方法，并包含：使用第一振荡器产生第一振荡信号；接收第一振荡信号与一第二振荡器所产生的第二振荡信号；并依据一状态信号来从第一振荡信号与第二振荡信号之中选择其一作为时钟信号。
在本发明中，能够根据状态信号选择适当的振荡信号作为时钟信号，使得在电池不连接至电子装置时，可使用低耗电之硅振荡器提供时钟参考给实时时钟，故电子装置会消耗辅助电源供应模块所供应之有限电力并维持电子装置之时间记录。一旦电池与电子装置重新连接并供应充足电力，具高准确度之晶体振荡器会被用以提供时钟参考给实时时钟，以确定电子装置可继续对正确的实时时间进行追踪。另外，因为使用本发明之时钟切换架构的电子装置只需要一外部晶体振荡器(第二振荡器)，比起传统两个晶体振荡器之组合，硬件成本将被降低，而且本发明的该时钟产生器的功率消耗并不超过两个晶体振荡器结合起来的总功率消耗。
附图说明
图1绘示传统时钟产生架构的示意图；
图2绘示依据本发明的一示范性实施例的时钟产生器的示意图；
图3绘示依据本发明的另一示范性实施例的时钟产生器的示意图；
图4绘示依据本发明的一示范性实施例的指示信号、状态信号与所选择的时钟信号的时序图；
图5绘示依据本发明的又一示范性实施例的时钟产生器的示意图；
图6绘示依据本发明的另一示范性实施例的振荡信号、状态信号与所选择的时钟信号的时序图；以及
图7绘示依据本发明之一示范性实施例的产生时钟信号的方法流程图。
具体实施方式
在本说明书以及权利要求书当中使用了某些词汇来指代特定的组件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”是一个开放式之用语，因此应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可以直接电气连接于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
请参照图2，其是依据本发明的一实施例的时钟产生器的示意图。如图2所示，时钟产生器200用以提供时钟信号S_CLK以作为电子装置20的内部电路260(像是处理器、收发器之类)的时钟参考，而该电子装置20可以是手持装置、移动电话、智能手机、笔记本电脑之类。时钟产生器200包含第一振荡器210与切换电路220，第一振荡器210产生第一振荡信号S_clk1。此外，电子装置20另包含产生第二振荡信号S_clk2的第二振荡器230。切换电路220耦接至该第一振荡器210与该第二振荡器230，并用以接收该第一振荡信号S_clk1与该第二振荡信号S_clk2。切换电路220会基于状态信息(statusinformation)来选择第一振荡信号S_clk1与第二振荡信号S_clk2其中之一以作为该时钟信号S_CLK。
在一实施例中，切换电路220会依据指示电子装置20的电源供应状态(power supply status)的状态信号S_stat，来选择多个振荡信号(S_clk1与S_clk2)的其中之一以作为该时钟信号S_CLK。然而，本发明的范畴并不被局限于指示电子装置20的电源供应状态的信号，在本发明之其它实施例中，依据有关于时钟产生器200及/或电子装置20的其它状态信息，来选择该些振荡信号之其一作为该时钟信号S_CLK亦是可行的。
在一实施例中，如图3所示，时钟产生器200另包含状态信号产生器240。状态信号产生器240被用以监控一电源供应模块250的功率状态，以及依据所监控的功率状态来产生该状态信号S_stat。该电源供应模块250可以是电池或其它形式的电源供应装置，用以供应电源E.power给包含有该时钟产生器200、该第二振荡器230以及该内部电路260的电子装置20。假如电源供应模块250从电子装置20移除或是暂时地与电子装置20分离，电源供应模块250的功率状态将会被指示为低(low)或空(empty)。在这时候，如果电子装置20具有辅助电源供应模块(未绘示于图3)，像是电容、水银电池或备用电池，则有限电源可被供应给电子装置20，用以维持电子装置20的一些必要功能。例如，电子装置20需要持续针对当前时间进行追踪(track)。如果因为缺乏电力而让实时时钟停止操作或振荡器停止提供时钟参考，电子装置20将会无法正确地追踪当前时间，这会造成电子装置20的一些其它功能(例如，时间显示)失效，在此情况下，辅助电源供应模块会提供电力以在短时间内维持当前时间的追踪。
为了更经济地使用辅助电源供应模块之有限电力，切换电路220会选择耗电量较低的振荡器所产生的振荡信号。假设第一振荡器210的功率消耗低于第二振荡器230的功率消耗，状态信号产生器240会在电源供应模块250被从电子装置20移除或与电子装置20暂时分离时，产生具有特定准位的状态信号S_stat以指示低/空功率状态。接下来，具有特定准位的状态信号S_stat会让切换电路220去选择第一振荡信号S_clk1作为该时钟信号S_CLK。另外，第二振荡器230的操作可被电子装置20的控制器(未绘示于图3)所终止以降低功耗。
在一实施例中，如果第二振荡信号S_clk2较第一振荡信号S_clk1准确，切换电路220将在电源供应模块250的电力被指示为足够时，选择第二振荡信号S_clk2作为时钟信号S_CLK以当作时钟参考，也就是说，当电源供应模块250在从电子装置20移除或与电子装置20暂时分离之后而被重新连接至电子装置20时，状态信号产生器240会产生具有另一特定准位的状态信号S_stat来指示高(high)功率状态。之后，切换电路220会选择第二振荡信号S_clk2作为时钟信号S_CLK，同时，第一振荡器210的操作可被终止以降低功耗。可以理解的是，该第一振荡器210的操作也可以继续保持在工作状态。
请参照图4，其中绘示了功率状态指示信号PWR_stat、状态信号S_stat与所选择的时钟信号S_CLK的时序图。在一实施例中，状态信号产生器240会依据管理电源供应模块250的电源管理单元(power management unit,PMU)之输出信息，来产生状态信号S_stat。通过侦测电源供应模块250的输出电压，电源管理单元会产生功率状态指示信号PWR_stat。如果电源供应模块250被连接至电子装置20并可以供应足够的电力，功率状态指示信号PWR_stat会被拉高(asserted)，而使得状态信号S_stat随之被拉高。换句话说，如果电源供应模块250自电子装置20被移除、暂时与电子装置20分离或无法供应足够电力，则功率状态指示信号PWR_stat会被拉低(de-asserted)，而使得状态信号S_stat随之被拉低。因此，切换电路220便会选择第一振荡信号S_clk1与第二振荡信号S_clk2之其一，以作为该时钟信号S_CLK。
依据本发明之另一实施例，如图5所示，状态信号产生器240可用另一种方法来产生状态信号S_stat。在此实施例中，状态信号产生器240会监控第二振荡器230的操作状态以侦测电源供应模块250的功率状态，并依据所监控的操作状态来相对应地产生状态信号S_stat。更明确来说，状态信号产生器240监控第二振荡器230是否振荡产生第二振荡信号S_clk2，其原理是第二振荡器230会因为高频操作而需要较高的电力来运作，并在电源供应模块250自电子装置20移除或与电子装置20暂时分离时，快速地停止振荡。换句话说，如果电源供应模块250的电力是充足的，第二振荡器230将会产生振荡以产生第二振荡信号S_clk2，因此，切换电路220会依据第二振荡信号S_clk2来进行信号选择。
请参照图6，图6绘示了第二振荡信号S_clk2、状态信号S_stat以及所选择的时钟信号S_CLK的时序图。如果状态信号产生器240监测到第二振荡器230已经有一段时间停止产生时钟脉冲，状态信号产生器240会产生具有特定准位的状态信号S_stat以指示电源供应模块250的低/空功率状态，该状态信号S_stat会让切换电路220选择第一振荡信号S_clk1作为时钟信号S_CLK。于一设计变化中，一旦侦测到第二振荡器230停止产生时钟脉冲，状态信号产生器240可立即产生具有特定准位的状态信号S_stat，该状态信号S_stat会让切换电路220选择第一振荡信号S_clk1作为时钟信号S_CLK。另外，只要状态信号产生器240监测到第二振荡器230再度开始产生时钟脉冲，状态信号产生器240会产生具有另一特定准位的状态信号S_stat，以指示电源供应模块250之高功率状态，该状态信号S_stat会让切换电路220选择第二振荡信号S_clk2作为时钟信号S_CLK。同样地，假如侦测到第二振荡器230开始产生时钟脉冲，则状态信号产生器240可立即或隔一段时间之后产生具有另一特定准位之状态信号S_stat。于一些实施例中，当切换电路220选择第二振荡信号S_clk2作为时钟信号时，第一振荡器210之操作可能会被终止。当然，可以理解的是，该第一振荡器210之操作也可以继续保持在工作状态。
此外，为了电子装置20中的不同应用，在一实施例中，第一振荡器210与第二振荡器230分别包含振荡器核心电路(oscillator core)，该振荡器核心电路可分别于时钟LF1与时钟HF1振荡，以产生第一原始振荡信号S_oscl与第二原始振荡信号S_osc2。例如，第一原始振荡信号S_osc1(像是睡眠/唤醒时钟、实时时钟等等)提供电子装置20在待机模式中的时序控制以及时间追踪，第二原始振荡信号S_osc2原本被提供给高频应用来使用，因此，在被用来作为实时时钟的时钟参考之前，第一原始振荡信号S_osc1与第二原始振荡信号S_osc2需要先进行除频(frequency dividing)。在此实施例中，第一振荡器210与第二振荡器230会包括有除频器(frequency divider)，以分别对第一原始振荡信号S_osc1与第二原始振荡信号S_osc2执行除频操作，以产生第一振荡信号S_clk1与第二振荡信号S_clk2。进行除频之后，第一振荡信号S_clk1与第二振荡信号S_clk2将具有相同时钟(例如32.768kHz或32kHz)。然而，这不是用来对本发明设限，在本发明之其它实施例中，第一振荡器210与第二振荡器230内只有一个除频器或者根本没有任何的除频器。
如上所述，既然第一振荡器210可在低功耗之下提供时钟信号以供实时时钟使用，因此第一振荡器210可以是硅振荡器(silicon oscillator)，其通常具有低功耗以及较低硬件成本，而且第一振荡器210可被嵌入至包含切换电路220的同一集成电路中，以降低芯片尺寸。此外，因为硅振荡器的温度系数不佳，而晶体振荡器的温度系数系低于硅振荡器之温度系数，较有利的做法是当电力充足时，以晶体振荡器来实作第二振荡器230，以提供更准确的时钟信号以供实时时钟之用。
基于上述之时钟产生器，本发明也提供了产生时钟信号的方法。图7为依据本发明一实施例的用以产生时钟信号之方法的流程图。请注意，假若可达到大致上相同的结果，则图7中之步骤不须完全遵照所示之顺序来执行，且步骤也不需要是连续的；也就是说，其它步骤可以插入至其中。
首先，在步骤310中，第一振荡器210被用以产生第一振荡信号。因此，流程继续执行至步骤320，第一振荡信号210与第二振荡器230所产生的第二振荡信号会被接收。在步骤330中，依据指示电子装置的电源供应状态的状态信号，来选择第一振荡信号与第二振荡信号之其一来作为该时钟信号。在本发明之一实施例中，产生时钟信号的方法另包含：监控供电给第一振荡器210的电源供应模块250的功率状态，并依据所监控的功率状态来产生该状态信号。在本发明之另一实施例中，产生时钟信号的方法另包含：监控第二振荡器230的操作状态，以侦测供电给时钟产生器200与第二振荡器230的电源供应模块250的功率状态，并依据所监控的操作状态来产生该状态信号。
本发明产生时钟信号之方法的原理与操作相似于上述的时钟产生器200的原理与操作，故本发明的方法的详细说明便在此省略以求简洁。
为了某些原因，使用者有时会需要将电池从电子装置中分离/移除，例如，当电池电量用完或电池无法供电时，使用者需要换一个新电池。另外，如果电子装置是手机，用户需要在更换不同的用户识别卡(SIM卡)或安装新的用户识别卡之前，将电池分离/移除，因此，电池将会暂时自电子装置分离。在本发明中，当电池不连接至电子装置时，低耗电之硅振荡器会被用于提供时钟参考给实时时钟，故电子装置会消耗辅助电源供应模块所供应之有限电力并维持电子装置之时间记录。一旦电池与电子装置重新连接并供应充足电力，具高准确度之晶体振荡器会被用以提供时钟参考给实时时钟，以确定电子装置可继续对正确的实时时间进行追踪。另外，因为使用本发明之时钟切换架构的电子装置只需要一外部晶体振荡器(另一个由硅振荡器所取代)，比起传统两个晶体振荡器的组合，硬件成本将被降低。
虽然本发明已以较佳实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的范围内，可以做一些改动，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的范围为准。

Claims (18)

1.一种时钟产生器，用以产生一时钟信号，包含：
一第一振荡器，用于产生一第一振荡信号；以及
一切换电路，耦接至该第一振荡器与一第二振荡器，用以接收该第一振荡信号以及该第二振荡器所产生的一第二振荡信号，并依据一状态信号选择该第一振荡信号与该第二振荡信号的其中之一作为该时钟信号。
2.如权利要求1所述之时钟产生器，其特征在于，该状态信号指示使用该时钟产生器的一电子装置的电源供应状态。
3.如权利要求1所述之时钟产生器，另包含：
一状态信号产生器，用以监控供电给该时钟产生器的一电源供应模块的一功率状态，并依据所监控之该功率状态来产生该状态信号。
4.如权利要求3所述之时钟产生器，其特征在于，当该电源供应模块从该时钟产生器移除或与该时钟产生器分离时，该状态信号产生器产生具有特定准位的状态信号以指示低/空功率状态；当该电源供应模块连接至该时钟产生器时，该状态信号产生器产生具有另一特定准位的状态信号以指示高功率状态。
5.如权利要求4所述之时钟产生器，其特征在于，该第二振荡信号较该第一振荡信号准确，当该状态信号产生器产生低/空功率状态信号时，该切换电路选择该第一振荡信号作为该时钟信号；当该状态信号产生器产生高功率状态信号时，该切换电路选择该第二振荡信号作为该时钟信号。
6.如权利要求1所述之时钟产生器，另包含：
一状态信号产生器，用以监控该第二振荡器的一操作状态，以侦测供电给该时钟产生器与该第二振荡器的一电源供应模块的一功率状态，并依据所监控的该操作状态来产生该状态信号。
7.如权利要求6所述之时钟产生器，其特征在于，该第二振荡器产生高频脉冲，该状态信号产生器监控该第二振荡器是否产生振荡以产生该第二振荡信号。
8.如权利要求7所述之时钟产生器，其特征在于，当该状态信号产生器侦测到该第二振荡器停止产生时钟脉冲时，该状态信号产生器产生具有特定准位的状态信号以指示该电源供应模块的低/空功率状态；当该状态信号产生器侦测到该第二振荡器开始产生时钟脉冲时，该状态信号产生器产生具有另一特定准位的状态信号以指示该电源供应模块的高功率状态。
9.如权利要求8所述之时钟产生器，其特征在于，该第二振荡信号较该第一振荡信号准确，当该状态信号产生器产生低/空功率状态信号时，该切换电路选择该第一振荡信号作为该时钟信号；当该状态信号产生器产生高功率状态信号时，该切换电路选择该第二振荡信号作为该时钟信号。
10.如权利要求1所述之时钟产生器，其特征在于，该第二振荡器是晶体振荡器，而该第一振荡器是硅振荡器。
11.如权利要求1所述之时钟产生器，其特征在于，该第一振荡器与该切换电路被设置于同一集成电路之内。
12.一种时钟信号产生方法，包含：
使用一第一振荡器来产生一第一振荡信号；
接收该第一振荡信号与一第二振荡器所产生的一第二振荡信号；以及
依据一状态信号来选择该第一振荡信号与该第二振荡信号的其中之一以作为该时钟信号。
13.如权利要求12所述之时钟信号产生方法，另包含：
监控供电给该第一振荡器的一电源供应模块的一功率状态，当该电源供应模块从该第一振荡器移除或与该第一振荡器分离时，产生具有特定准位的状态信号以指示低/空功率状态；当该电源供应模块连接至该第一振荡器时，产生具有另一特定准位的状态信号以指示高功率状态。
14.如权利要求13所述之时钟信号产生方法，其特征在于，该第二振荡信号较该第一振荡信号准确，当产生低/空功率状态信号时，选择该第一振荡信号作为该时钟信号；当产生高功率状态信号时，选择该第二振荡信号作为该时钟信号。
15.如权利要求12所述之时钟信号产生方法，另包含：
监控该第二振荡器的一操作状态，以侦测供电给该第一振荡器与该第二振荡器的一电源供应模块的一功率状态，并依据所监控的该操作状态来产生该状态信号。
16.如权利要求15所述之时钟信号产生方法，其特征在于，该第二振荡器产生高频脉冲，所述监控该第二振荡器的一操作状态的步骤包括：
监控该第二振荡器是否振荡以产生该第二振荡信号。
17.如权利要求16所述之时钟信号产生方法，其特征在于，当监控到该第二振荡器停止产生时钟脉冲时，产生具有特定准位的状态信号以指示该电源供应模块的低/空功率状态；当监控到该第二振荡器产生时钟脉冲时，产生具有另一特定准位的状态信号以指示该电源供应模块的高功率状态。
18.如权利要求17所述之时钟信号产生方法，其特征在于，该第二振荡信号较该第一振荡信号准确，当侦测到产生低/空功率状态信号时，选择该第一振荡信号作为该时钟信号；当侦测到产生高功率状态信号时，选择该第二振荡信号作为该时钟信号。
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