CN103378824A - 实时时钟装置的信号产生电路及相关的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出用于实时时钟装置的信号产生电路，包含有振荡电路、电压侦测电路及控制电路。振荡电路用以产生振荡信号，电压侦测电路用以侦测信号产生电路所耦接的电压。控制电路，耦接于电压侦测电路及计数电路，当电压侦测电路所侦测的电压位于预设的电压范围内，控制电路会于第一时间设置振荡电路以较大电流产生振荡信号，于第二时间设置振荡电路以较小电流产生振荡信号，并于第三时间依据振荡信号而产生时脉信号。上述信号产生电路不但可以降低电力消耗，并且能够改善信号产生电路在低功耗状态时易受噪声的影响，而具有更强的抗噪声能力。因此，使实时时钟装置在低功耗的状态下，即使有噪声也仍然能够正常的运作。

Description

实时时钟装置的信号产生电路及相关的方法

技术领域

本发明涉及一种实时时钟装置，尤其是涉及一种实时时钟装置的信号产生电路。

背景技术

实时时钟装置(real time clock)可以输出代表现在时间的信号(以下称为实际时间)，并且具有低耗电量等优点，因而广泛地应用于计算机、数字相机及行动电话等电子设备中。

实时时钟装置需要依据信号产生电路提供各种所需的信号，以便能正确地计算实际时间。例如，信号产生电路可以产生32.768KHz的振荡信号(即每秒振荡215次)作为时脉信号，以输出至信号处理电路计算实际时间。信号产生电路还可以产生供电重置信号(power on reset，POR)，以便能够在电力供给正常的一段时间后，重置实时时钟装置的其它电路，而使实时时钟装置进行开始进行正常运作。

在节约能源及环保等诉求下，许多电子设备都需要被设计为消耗更低的电力，用以持续地计算实际时间的实时时钟装置也不例外。因此，必须降低实时时钟装置的电压或电流以降低电力消耗。然而，信号产生电路以较低的电压或电流运作时，常会有启动时间过长或者因为噪声而造成运作不稳定，因而会输出错误的时脉信号的情形，使实时时钟装置无法输出正确的时间，甚至无法正常运作。

此外，当信号产生电路以较低的电压或电流运作时，很容易因为噪声造成运作不稳定而需要多次重新启动，一般仅使用简单的电阻电容电路(RCcircuit)产生供电重置信号的实施方式，将无法于适当的时间产生供电重置信号，而无法适时地重置实时时钟装置的其它电路，因而造成实时时钟装置无法正常运作。

发明内容

有鉴于此，如何降低实时时钟装置的信号产生电路所消耗的电力，并且能使实时时钟装置正常的运作而提供所需的时间信号输出，实为业界有待解决的问题。

本说明书提供了一种实时时钟装置的信号产生电路的实施例，其包含：一振荡电路，用以产生一振荡信号；一电压侦测电路，用以侦测该信号产生电路所耦接的一电压；以及一控制电路，耦接于该电压侦测电路及该计数电路，当该电压侦测电路所侦测的该电压位于一预设的电压范围内，该控制电路会于一第一时间设置该振荡电路以一第一电流产生该振荡信号，于一第二时间设置该振荡电路以一第二电流产生该振荡信号，并于一第三时间依据该振荡信号而产生一时脉信号；其中该第一时间早于该第二时间，该第二时间早于该第三时间，并且该第一电流大于该第二电流。

本说明书另提供了一种实时时钟装置的信号产生方法的实施例，其包含：侦测一实时时钟装置所耦接的电压信号是否位于一预设的电压范围；于一第一时间设置一振荡电路以一第一电流产生一振荡信号；于一第二时间设置该振荡电路以一第二电流产生该振荡信号，并且该第二电流小于该第一电流；以及于一第三时间依据该振荡信号而产生一时脉信号；其中该第一时间早于该第二时间，该第二时间早于该第三时间。

上述实施例的优点之一是能够使实时时钟装置的信号产生电路降低其所消耗的电力，而达到环保及节约能源的效果。上述实施例的另一优点是这些低功率消耗的信号产生电路具有更强的抗噪声能力，使实时时钟装置能够正常的运作，而提供所需的时间信号。本发明的其它优点将藉由以下的说明和附图进行更详细的解说。

附图说明

图1为本发明一实施例的实时时钟装置简化后的功能方块图。

图2为图1的振荡电路的一实施例简化后的功能方块图。

图3为图1的计数电路的一实施例简化后的功能方块图。

图4为图1的实时时钟装置运作时的一实施例简化后的流程图。

图5和图6为实时时钟装置运作时所产生的信号的实施例简化后的时序图。

具体实施方式

以下将配合相关图式来说明本发明的实施例，在这些图式中，相同的标号表示相同或类似的元件、流程或步骤。

图1为本发明一实施例的实时时钟装置100简化后的功能方块图，为了便于说明，图1中省略了其它的元件和连接关系。实时时钟装置100包含有信号产生电路110和信号处理电路190，并且实时时钟装置100耦接于电压VDD。信号产生电路110包含有振荡电路120、电压侦测电路140、计数电路160、及控制电路180。信号产生电路110用以产生时脉信号XC和重置信号POR_O，并且输出至信号处理电路190，使信号处理电路190可以计算实际时间。

在本实施例中，振荡电路120耦接于晶体振荡器Xtal、电容C1和C2、及电阻R，而能产生32.768KHz的振荡信号XCi。图2为振荡电路120的一实施例简化后的功能方块图，为了便于说明，图2中省略了其它的元件和连接关系。振荡电路120包含有电流源电路122和124、以及开关126和128，能够依据控制电路180的设置而导通开关126及/或128，而将电流源电路122及/或电流源电路124的电流输出至晶体振荡器Xtal、电容C1和C2、及电阻R，因此能够以两个以上的不同电流值产生32.768KHz的振荡信号XCi。

电压侦测电路140用以侦测电压VDD的电压值，并且将电压VDD是否位于预设的电压值范围的信息通知控制电路180，使控制电路180能够采取对应的运作。例如，在一实施例中，当电压VDD位于3伏特至3.6伏特之间时，电压侦测电路140会将信号POR_OUT设置为高电位，而能将电压VDD已位于预设的电压范围的信息通知控制电路180。当电压VDD未位于预设的电压值范围时，电压侦测电路140会将信号POR_OUT设置为低电位，而能将电压VDD的电压位未位于预设的电压值范围的信息通知控制电路180，使控制电路180能够进行重置振荡电路120等动作。

计数电路160用以接收振荡电路120所产生的振荡信号XCi，以计算一个或多个时间值。计数电路160可以采用各种合适的电路元件实施，例如，在图3中，计数电路160采用16个D正反器300～315(D flip flop)实施(图3中仅显示D正反器300、301、313、314和315)，当D正反器300的输出Q为1，而其它D正反器301～315的输出Q为0时，代表计数电路160所计算的时间值为(1/32768)秒。当D正反器300～314的输出Q为1，而D正反器315的输出Q为0时，代表计数电路160所计算的时间值为32767/32768秒，即(20+21+...+214)/32768秒。以此种规则推算，当D正反器315的输出Q为1，而其它D正反器300～314的输出Q为0时，代表计数电路160所计算的时间值为1秒(即215×1/32768)。因此，计数电路160可以依据振荡信号XCi而精确的计算所经过的时间值。计数电路160的时间值可以使用正反器300～315的D输出端、Q输出端、及/或QB输出端的数值等方式代表，而传送至控制电路180。

控制电路180会接收电压侦测电路140的信号，当电压侦测电路140侦测到电压VDD位于预设的电压范围时，用以设置振荡电路120，使振荡电路120能够依据计数电路160的时间值，而于适当的时间使用不同的电流值产生所需的振荡信号。控制电路180会重置计数电路160，使计数电路160依据振荡信号XCi重新计算时间值(如图3中，藉由D正反器的reset端重置D正反器300～315)。例如，当实时时钟装置100耦接至电源，而电压侦测电路140侦测到电压VDD已位于预设的电压范围时，控制电路180会设置振荡电路120开始产生振荡信号XCi，并且重置计数电路160以重新计算时间值。在实时时钟装置100运作中，若电压VDD的电压发生异常(例如，电压VDD未位于预设的电压范围内)，控制电路180会重新设置振荡电路120开始产生振荡信号XCi，并且重置计数电路160以重新计算时间值。

在本实施例中，控制电路180会接收计数电路160的时间值，而能于适当的时间输出时脉信号XC或重置信号POR_O等控制信号。

此外，在本实施例中，由于振荡信号XCi具有噪声，而非良好的方波，若直接输出至信号处理电路190，可能会造成信号处理电路190的不正确运作。因此，控制电路180还会将振荡信号XCi经过各种模拟电路或者数字电路的运算而产生的时脉信号XC，使时脉信号XC的波型成为良好的方波。例如，控制电路180可以将振荡信号XCi与另一高电位的信号耦接于AND闸的输入端，使AND闸的输出端能产生良好方波的时脉信号XC。

信号处理电路190用以依据振荡电路120所产生的振荡信号而计算实际时间。例如，信号处理电路190可以将代表现在时间的信息纪录于储存单元(如，寄存器、随机存取存储器、及各种挥发性或非挥发性的存储器，图1中未绘示)，并且依据信号产生电路110所输出的时脉信号XC来更新储存单元所储存的内容。因此，计算机、数字相机及行动电话等电子设备即可藉由储存单元所储存的内容或者信号处理电路190所输出的信号而得知实际时间。

图4为实时时钟装置100的运作时的一实施例简化后的流程图，图5及图6为图4的实时时钟装置100运作时所产生的信号的实施例简化后的时序图，以下将搭配图1至6进一步说明实时时钟装置100的运作方式。

在流程410中，电源启动。例如，在图5的时间点T1时，实时时钟装置100的电源启动，电压VDD逐渐上升，并且在时间点T1～T2间到达预设的电压范围内。

在流程420中，电压侦测电路140侦测到电压VDD已经进入预设的电压范围，并且向控制电路180传送电压VDD已经进入预设的电压范围的信息。例如，在图5中，电压侦测电路140经过一段时间的侦测，至时间点T2时，电压侦测电路140判断电压VDD已经达到合适的工作范围，因此将POR_OUT信号拉升为高电位，以将电压VDD已经进入预设的电压范围的信息通知控制电路180。

在流程430中，控制电路180会重置计数电路160，并将振荡电路120的开关126和128设置为导通状态，使电流源122和124皆输出电流至晶体振荡器Xtal、电容C1和C2、及电阻R，而以较大的电流产生32.768KHz的振荡信号XCi。例如，在图5的时间点T2和T3之间，控制电路180设置振荡电路120使用电流源122和124的输出电流产生振荡信号XCi。

在流程440中，经过第一预设时间后(控制电路180会依据计数电路160的时间值进行判断，例如，经过图5中T2至T 3的时段)，此时振荡信号已经较为稳定。控制电路180将振荡电路120开关128设置为不导通状态，使振荡电路120仅以电流源122输出电流至晶体振荡器Xtal、电容C1和C2、及电阻R，而以较小的电流继续产生32.768KHz的振荡信号。此时，振荡电路120所输出的电流小于振荡电路120在流程430中所输出的电流。例如，在图5的时间点T3以后，控制电路180设置振荡电路120仅使用电流源122的输出电流产生振荡信号XCi。

在流程450中，经过第二预设时间后(控制电路180会依据计数电路160的时间值进行判断，例如，经过图5中T3至T4的时段)，控制电路180会将依据振荡信号XCi所产生的时脉信号XC输出至信号处理电路190。例如，在图5的时间点T4以后，控制电路180将依据振荡信号XCi所产生的时脉信号XC输出至信号处理电路190。

在流程460中，经过第三预设时间后(控制电路180依据计数电路160的时间值进行判断，例如，经过图5中T4至T5的时段)，若控制电路180仍然可以稳定地将时脉信号XC提供给信号处里电路190，则控制电路180输出重置信号POR_O，以重置实时时钟装置100的其它电路，使实时时钟装置100开始进行实际时间的计算。例如，在图5的时间点T5以后，控制电路190输出高电位的重置信号POR_O，以重置信号处理电路190及/或实时时钟装置100的其它电路。

在流程470中，电压侦测电路140会持续监测电压VDD，当电压VDD未位于预设的电压范围时，电压侦测电路140会向控制电路180传送电压VDD未位于预设的电压范围的信息。而回到流程410，重新以流程410～460的方式产生时脉信号XC及重置信号POR_O，使实时时钟装置100即使在有噪声的状况下仍然能够恢复运作。例如，在图6中，当实时时钟装置100已经运作了一段时间之后，在时间点T6时，电压VDD开始发生变动，电压侦测电路140经过一段时间的监测后，至时间点T7时，将POR_OUT信号设置为低电位，以将电压VDD未位于预设的电压范围的信息通知控制电路180。因此，控制电路180由时间点T7开始重复流程410～460的运作，而能于时间点T8继续提供时脉信号XC及于时间点T9产生高电位的重置信号POR_O，使实时时钟装置100能够恢复运作。

在其它的实施例中，晶体振荡器Xtal也可以采用电阻电容振荡器(RCoscillator)或电感电容振荡器(LC oscillator)等电路架构实现。

在其它的实施例中，振荡电路120也可以产生其它频率的振荡信号，例如，16.384KHz、65.536KHz或者频率非2的倍数的振荡信号。

在其它的实施例中，振荡电路120也可以包含一个或多个电流源电路。在其它的实施例中，振荡电路120的开关126和128也可以省略，而控制装置180以控制信号的电压或电流的大小来调整振荡电路120的电流源电路所产生的电流大小。

在其它的实施例中，也可以依据所需计算的时间以及振荡电路120所产生的振荡信号的频率，而适当的设置图3中计数电路160内部的正反器数量。此外，计数电路160也可以采用其它合适的硬件架构，例如使用处理器、微控制器、数字电路、模拟电路搭配存储单元等方式实施。

在其它的实施例中，控制电路180也可以在流程450和460中调整时脉信号XC和重置信号POR_O的输出顺序，例如，控制电路180可以于实质上相同的时间输出时脉信号XC和重置信号POR_O，或者控制电路180也可以先输出重置信号POR_O，再输出时脉信号XC。

在其它的实施例中，若实时时钟装置100使用其它的装置产生重置信号POR_O，则流程460以及控制电路180的相关硬件、固件或软件也可以省略。

在其它的实施例中，若振荡信号XCi的波形已经是良好的方波，则控制电路180也可以不使用其它电路进行处理，而将振荡信号XCi作为时脉信号XC输出。

上述信号产生电路110、振荡电路120、电压侦测电路140、计数电路160、控制电路180、信号处理电路190及其内部的元件，皆可以采用数字电路、模拟电路、处理器、硬件、或硬件搭配软件等方式实施。并且也可于实作时整合为单一集成电路产品，或者以一个或多个集成电路元件及/或离散电路元件的方式实施。

在上述的实施例中，信号产生电路110能够先以较大的电流快速地产生振荡信号，以降低启动时间。待振荡信号产生后，再以较小的电流继续产生振荡信号。因此，不但能够缩短实时时钟装置100的启动时间，并且还能降低实时时钟装置100运作时的电力消耗。

在上述的实施例中，当信号产生电路110以较小的电流产生振荡信号时，因为采用电压侦测电路140持续的侦测电压VDD，因此当电压VDD具有噪声而影响时脉信号XC的输出时，控制电路180会重新启动信号产生电路110，而能快速地重新提供时脉信号XC及/或重置信号POR_O，使实时时钟装置100能够快速恢复运作。

此外，信号产生电路110藉由使用控制电路180搭配计数电路160和振荡电路120，而能够准确的计算时间，以于适当的时间设置振荡电路120和计数电路160等进行正确的运作，以设置振荡电路120的输出电流、输出时脉信号XC及/或重置信号POR_O。因此，不但能够节省重置信号产生电路的硬件面积，并且能使实时时钟装置的硬件设计上能更具有弹性。

在说明书及权利要求中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的基准。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「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连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接、无线传输或光学传输等方式直接连接于第二元件，或通过其它元件或连接手段间接地电性或信号连接至第二元件。

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项目的任意组合。另外，除非本说明书中有特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。

在上述的实施例中，某些信号与元件仅采用电压或电流形式的表示方式或实施方式，所属技术领域的技术人员应可理解其等效的实施方式，而皆能够达成本发明的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，各个实施例间皆能适当的结合而不互斥，凡依本发明申请专利范围所做的之等同变化、修饰与组合，皆属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种实时时钟装置的信号产生电路，其包含：

一振荡电路，用以产生一振荡信号；

一电压侦测电路，用以侦测该信号产生电路所耦接的一电压；以及

一控制电路，耦接于该电压侦测电路及该计数电路，当该电压侦测电路所侦测的该电压位于一预设的电压范围内，该控制电路会于一第一时间设置该振荡电路以一第一电流产生该振荡信号，于一第二时间设置该振荡电路以一第二电流产生该振荡信号，并于一第三时间依据该振荡信号而产生一时脉信号；

其中该第一时间早于该第二时间，该第二时间早于该第三时间，并且该第一电流大于该第二电流。

2.如权利要求1所述的信号产生电路，其中于该第三时间后，当该电压侦测电路侦测到该电压未位于该预设的电压范围内，该控制电路会于一第四时间设置该振荡电路以该第一电流产生该振荡信号，于一第五时间设置该振荡电路以该第二电流产生该振荡信号，并于一第六时间依据该振荡信号而产生该时脉信号；该第四时间早于该第五时间，且该第五时间早于该第六时间。

3.如权利要求1所述的信号产生电路，其中该控制电路会于一第七时间产生一重置信号，用以重置一实时时钟装置，并且该第七时间晚于该第三时间。

4.如权利要求2所述的信号产生电路，其中该控制电路会于一第八时间产生一重置信号，用以重置一实时时钟装置，并且该第八时间晚于该第六时间。

5.如权利要求1至4任一项所述的信号产生电路，另包含有：

一计数电路，耦接于该振荡电路及该控制电路，用以依据该振荡信号计算一时间值；

其中该控制电路会依据该时间值以计算该第一时间、该第二时间、该第三时间、该第四时间、该第五时间、该第六时间、该第七时间、及/或该第八时间。

6.如权利要求5所述的信号产生电路，其中该控制电路会于该第1时间前及/或该第四时间前，重置该计数电路的该时间值。

7.一种用于实时时钟装置的信号产生方法，其包含：

侦测一实时时钟装置所耦接的电压信号是否位于一预设的电压范围；

于一第一时间设置一振荡电路以一第一电流产生一振荡信号；

于一第二时间设置该振荡电路以一第二电流产生该振荡信号，并且该第二电流小于该第一电流；以及

于一第三时间依据该振荡信号而产生一时脉信号；

其中该第一时间早于该第二时间，该第二时间早于该第三时间。

8.如权利要求7所述的信号产生方法，另包含：

于该第三时间后，当该电压未位于该预设的电压范围内，于一第四时间设置该振荡电路以该第一电流产生该振荡信号；

于一第五时间设置该振荡电路以该第二电流产生该振荡信号；以及

于一第六时间依据该振荡信号而产生该时脉信号；

其中该第四时间早于该第五时间，且该第五时间早于该第六时间。

9.如权利要求7所述的信号产生方法，另包含：

于一第七时间产生一重置信号，用以该实时时钟装置，并且该第七时间晚于该第三时间。

10.如权利要求8所述的信号产生方法，另包含：

于一第八时间产生一重置信号，以重置该实时时钟装置，并且该第八时间晚于该第六时间。

Images