CN103716107B - 时钟分发系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及时钟分发系统和方法。一种集成电路具有时钟子系统和电路。该时钟子系统配置为提供参考时钟信号至第一模块和第二模块。电路配置为分发描述该参考时钟信号的特性的信息至第二模块。用该电路分发的信息使所述第二模块能够基于该信息适配该参考时钟信号。

Description

时钟分发系统和方法
技术领域
本公开涉及电子时钟信号发送，并且更具体地，涉及电子时钟信号分发的系统和方法。
背景技术
在电子领域中，时钟信号，比如节拍器，被用来协调电路的动作。例如电脑零售商经常将注意力引至给定处理器中的时钟速率的频率，以宣传计算机的性能。
时钟信号还广泛用于通信电路。许多现代移动通信装置可以合并多种通信标准。例如，许多现代移动电话包括多个标准，诸如全球移动通信系统标准(GSM；也被称为2G)，通用移动通信系统标准(UMTS；也被称为3G)，全球定位系统标准(GPS)，电气和电子工程师学会的802.11系列标准(有时也称为Wi-Fi或WLAN)，蓝牙标准，和长期演进标准(LTE)。这些各种标准经常可能需要独特的时控要求。因此，时钟子系统在各种通信标准中被发现作为功能块，并可能影响整个系统成本。
发明内容
在本公开的一个方面中，集成电路具有时钟子系统和电路。该时钟子系统被配置为提供参考时钟信号至第一模块和第二模块。该电路被配置为分发描述参考时钟信号的特性的信息至该第二模块。该电路分发的信息使所述第二模块能够基于该信息适配参考时钟信号。
以下特征中的一个或多个可以被包括。第一模块可以是移动通信标准，其被配置为与移动通信网络中的基站同步。第一模块可以被压控温补晶体振荡器(VCTCXO)级时钟信号驱动，并且第二模块可以被配置为被温补晶体振荡器级时钟信号驱动。第二模块可以包括全球导航卫星系统(GNSS)接收器。信息可以由时钟子系统生成，或者可以由第一通信模块生成。第二模块内的算法可以基于在该信息中提供的时钟质量来不断地适配该第二模块。时钟子系统可以被集成到第一模块内。时钟子系统可以是单独的模块。
在本公开的一个方面中，共享时钟信号的方法包括：分发参考时钟信号至第一模块和标准第二模块，分发描述参考时钟信号的特性的信息至第二模块，并且用该信息适配参考时钟信号以满足第二模块的时控要求。
以下特征中的一个或多个可以被包括。用于在多个通信标准模块之间分发共享时钟信号的方法可以进一步包括同步参考时钟信号至移动通信网络中的基站。参考时钟可以由来自压控温补晶体振荡器(VCTCXO)或晶体振荡器(XO)的振荡信号生成。该信息可以包括被配置来调整数模转换器(DAC)的频率校正值。适配参考时钟信号可以包括：用信息的频率校正值调整数模转换器(DAC)，并且用数字滤波器低通滤波参考时钟信号。第二模块内的算法可以基于在该信息中提供的时钟质量来不断地适配该第二模块。参考时钟信号可以在第一模块内生成。参考时钟信号可以在单独的时钟子系统模块内生成。
附图说明
为了进一步明晰本发明的上面和其它的优点和特征，通过参考在附图中被图示的本发明的具体实施例，本发明的更具体的描述将被呈现。应该理解，这些附图仅描绘本发明的典型实施例，并且因此不要被认为限制其范围。通过使用附图，将用额外的特殊性和细节描述和说明本发明，其中：
图1是时钟分发系统；
图2描绘了根据本发明的一个方面的时钟信号的共享；
图3是根据本发明的一个方面的共享时钟信号的电路，其详述参考图2描述的信息电路的实施；
图4是根据本发明的一个方面的在移动通信网络和全球导航卫星系统(GNSS)模块之间共享时钟信号的电路；和
图5示出了根据本发明的一个方面的用于在多个通信标准模块之间分发共享时钟信号的方法。
具体实施方式
现在将参考附图，其中相同的结构将被提供相同的参考名称。应该理解，附图是本发明示范性实施例的概略和示意表示，并且它们不限制本发明也不一定按比例绘制。
集成电路(IC)技术的进展允许多个通信标准在单个系统上的增加集成。集成方法包括例如片上系统(SoC)集成，系统级封装(SiP)集成，和其它模块集成方法。在蜂窝应用中的这种集成例如允许通过在实施各种通信标准的系统之间共享功能块来降低整个系统成本的可能性。时钟子系统是在实施各种通信标准时需要的功能块，并且可能在整个系统开发中具有相对高的成本。因此，具有同时为所有通信系统服务的单个时钟子系统将是有益的。
然而，对时钟子系统的要求通常取决于给定的通信标准，并且在各种通信标准之间可能不同。对于标准(诸如2G GSM，3G UMTS，和LTE)，给定的标准可能希望或者可能甚至需要将时钟子系统同步至蜂窝基站。这个同步允许由参考时钟生成的激励(spur)相对于接收的信道是固定的。
如果参考时钟被同步至主通信标准的基站，并且同时被与辅助通信标准共享，那么参考时钟可能针对辅助通信标准被人工降级。换句话说，当参考时钟被同步至主通信标准(诸如2G GSM)的基站，并且该参考时钟也被用于辅助通信标准(诸如WLAN)时，辅助通信标准的性能可能例如由于使参考时钟至同步主通信标准的基站而被降级。而且，在辅助通信标准可能需要比被同步至主通信标准的基站的参考时钟所供应的更稳定的参考时钟的实例中，这样的限制甚至可能使针对单个参考时钟的一些方法变得不可行。提交于2008年9月15日的Hammes等的共同未决申请12/210763(其内容通过引用被结合到这里)详述了用于在集成移动设备内共享时钟参考信号的特定方法和系统。
图1是一个时钟分发系统。分享参考时钟的尝试通常被限制为选择彼此之间具有时控兼容性级别的通信标准。例如，3G UMTS和蓝牙具有已经被发现能够共享一个参考时钟的时控特性。另一方面，GPS需要更稳定的参考时钟，并且因此采用温补晶体振荡器(TCXO)的第二参考时钟通常被添加到例如具有3GUMTS和GPS两者的装置中。参考图1，描述了一个典型的系统设置。移动通信装置1包括第一时钟子系统3，其生成被分发至主通信系统7和多个辅助通信系统9，11的时钟信号5。主通信系统7可以经由控制信号13提供反馈至时钟子系统3。
各个通信系统7、9、11是各种通信标准的实施。例如，主通信系统7可以实施2G GSM标准，而辅助通信系统9和11例如可以分别是蓝牙和WLAN标准的实施。
移动通信装置1还包括第二时钟子系统15，其生成被分发至具有严格时钟要求的辅助通信系统19的时钟信号17。换句话说，辅助通信系统19是具有严格时钟要求的通信标准的实施。例如，具有严格时钟要求的通信标准的示例是GPS。因为GPS接收器使用该卫星所发送的信号的渡越时间计算它到给定卫星的距离，所以重要的是，GPS接收机的时钟是精确的。据估计，例如，一微秒的误差有可能使GPS接收器的计算引起980英尺的偏离。
因此，尽管移动通信装置1能够在多个通信系统(诸如主通信系统7和辅助通信系统9和11)之间共享时钟子系统3，但仍然需要其他时钟子系统(并且尤其时钟子系统15)来驱动特定通信标准的实施。多个时钟子系统的这个要求增加了移动通信装置1的复杂性和成本。
图2描绘了根据本发明的一个方面的时钟信号的共享。如图1中，移动通信装置21包括时钟子系统23，其生成被分发至主通信系统7和多个辅助通信系统9，11的时钟信号25。此外，时钟信号25被分发至具有严格时钟要求的辅助通信系统19。因此，通信装置21能够在包括具有严格时钟要求的通信系统的多个通信系统之间共享时钟子系统23。结果，降低了移动通信装置21的复杂性和成本。
为了与如图2中示出的所有通信系统7，9，11，19共享单个参考时钟(诸如时钟子系统23)，除了在通信系统7，9，11，19间分配时钟信号25之外，时钟信息27通过电路被分发至通信系统7，9，11，19。例如，这个电路可以实施为专用的数据总线。
因此，集成电路(诸如图2中示出的移动通信装置21)具有：时钟子系统23，配置为提供参考时钟信号25至主模块(主通信系统7)和至少一个辅助模块(多个辅助通信系统9，11)；和一个电路，配置为分发描述参考时钟信号的特性的时钟信息27到至少一个辅助模块。用电路分发的时钟信息使得至少一个辅助模块能够基于该时钟信息适配该参考时钟信号。
因为可以从时钟信号25中合成出对通信系统7，9，11，19来说在本地的一些时钟(本地时钟)，这个合成的信息可以作为时钟信息27的部分被包括，并且用于抵消可能已例如通过同步到外部参考而被引入的任何人工降级。因此，时钟信息质量没有改变，并且通信系统7，9，11，19没有彼此影响。
通过与通信系统7，9，11，19共享单个参考时钟(诸如时钟子系统23)，例如通过具有比传统的多时钟系统更少的激励源，移动通信装置21的整体系统集成被简化。
为了保证通过共享单个参考时钟而引入的任何人工降级被充分地抵消，时钟信息27可以在与时钟信号25同步的电路上分发。另外，时钟信息27可以被加入时间戳以提供时间相关性。时钟信息27可以另外被用于基于时钟信号25的质量度量选择适当的通信系统算法。即，时钟信息不仅可以用于合成本地时钟，还可以以动态方式用来选择适当的通信系统算法。
图3是根据本发明的一个方面的具有时钟信息总线的时钟分发系统，其详述了参照图2所描述的元信道的实施。因此，与图2类似，移动通信装置31包括时钟子系统23，时钟子系统23生成被分发至主宏29和多个辅助宏33，35的时钟信号25。时钟信息27可以由时钟系统23直接生成，或者可以在经由控制信号13控制时钟子系统23的主宏29内生成。例如，图3示出了在主通信系统7内生成的时钟信息27’的详细实施。即，时钟信息27’是在宏29内生成的时钟信息27的特定实施。宏29可以包括主通信系统7的功能以及用于生成时钟信息27’的功能。换句话说，宏29可以是独立宏，或者可以包含在另一个宏(例如诸如蜂窝宏)内。因此，宏29的功能独立于特定的拓扑结构。
时钟信息27’包括控制信息，质量信息，延迟和有效性信息，脉冲形式信息，温度效应信息，灵敏度信息，以及其它信息。应该理解，时钟信息27’不限于上述列举的信息集，而可以包括对于提供足够时控机制所相关的其它信息。关于上述列举的信息集，这些术语被理解为意指如下。
质量信息指示被发送至结束宏33和35的信号的质量。延迟和有效性信息指示发送至结束宏33和35的信号何时有效以及是否有效。脉冲形式信息包括控制位以控制时钟子系统23的频率如何被滤波并且在给定的控制位集根据时钟信号25生效前提供特定的过渡时间。这种脉冲形式信息指示滤波位的形式，并因此给出关于时钟信号25的频率何时变化的更多定时信息。温度效应向结束宏33和35指示时钟信号25的频率由于温度变化而变化了多少。例如如图3中示出的关于控制字变化的时钟灵敏度(也被称为灵敏度)是时钟信号25或本地时钟参考的频率和控制位之间的比率，其可以帮助结束宏33和35从控制位估计更精确的频率变化。
时钟信息27’的一些部分(诸如灵敏度和质量)也可以通过将来自结束宏33和35的反馈37提供给宏29来改良。例如当主动跟踪多个卫星时，全球导航卫星系统(GNSS)可能能够生成对时钟信号的非常精确的测量。因此，对时钟信号的这些精确测量可以用来从GNSS结束宏生成反馈并发送至宏29以改良时钟信息27’(诸如灵敏度和质量)。
图4是根据本发明的一个方面的时钟分发系统。主通信系统(蜂窝2G/3G宏43)由基于压控温补晶体振荡器(VCTCXO)的时钟子系统23驱动。除了主宏43之外，移动通信装置41包括辅助宏，全球导航卫星系统(GNSS)宏45。宏45需要温补晶体振荡器(TCXO)等效时钟子系统。
在操作期间，宏43使用自动频率校正回路(AFC-回路)同步时钟子系统23至活动的远程基站。因为GNSS系统需要稳定的参考时钟，所以由于多普勒效应正改变其频率的时钟通常是不够的。
为了在宏43和45之间共享单个参考时钟(诸如时钟子系统23)，在移动通信装置41中包括自动频率校正总线(AFC-总线)51。在操作中，宏43生成自动频率校正值(AFC-字)并在AFC-总线51上分发AFC-字。AFC-字经由数模转换器(DAC)47通过AFC-总线51和53被施加到时钟子系统23。类似地，DAC49在宏45之前在AFC-总线55上被采用。有效脉冲也与AFC-字一前一后地生成，并被分发到有效总线57上。有效总线57允许将宏45与应用至时钟子系统23的频率校正同步。
时钟子系统23频率的变化使用宏43内的数字滤波器进行低通滤波。因此，频率变化的瞬时行为在移动通信装置41内被计及，并且宏45包括基本上相同的数字滤波器。因此，通过采用来自有效总线57的AFC-字和有效性信息，为每一个时间点生成瞬时频率。该瞬时频率随后能够用来对时钟信号25的变化进行计数，其用来为宏45合成本地频率。类似的方法可以与基于晶体振荡器加负温度系数热敏电阻器(XO+NTC)的时钟子系统一起使用。一种替代方法可以包括具有固定的参考时钟和通过调节锁相环来移位本地时钟。
图5示出了根据本发明的一个方面的用于在多个通信标准模块之间分发共享时钟信号的方法。具体地说，方法61是用于在多个通信标准模块之间分发共享时钟信号的方法。方法61包括：提供参考时钟信号至主通信标准模块和至少一个辅助通信标准模块63；提供时钟信息至该至少一个辅助通信模块65；以及基于该时钟信息，使参考时钟信号适配于至少一个辅助通信模块的时控要求67。
方法63可以使用以上所提供的本公开的一些方面来执行。例如，在提供参考时钟信号到主通信标准模块和至少一个辅助通信标准模块63中，可以采用时钟子系统23以给例如通信系统7、9、11、19提供时钟信号25。
方法63可以进一步包括同步参考时钟信号至移动通信网络中的基站。提供参考时钟可以包括用压控温补晶体振荡器(VCTCXO)或数字控制晶体振荡器(DCXO)生成一个振荡信号。提供时钟信息可以包括提供应当用数模转换器(DAC)施加的频率校正值。适配参考时钟信号可以包括设置数模转换器(DAC)的频率校正值和用数字滤波器低通滤波该参考时钟信号。时钟信息可以用来基于时钟质量动态适配在至少一个辅助模块中使用的算法。时钟信息可以包括选自由以下各项组成的组的至少一个信息条目：质量信息、延迟和有效性信息、脉冲形式信息、温度效应信息和灵敏度信息。
模块可以是可以呈现为软件、硬件或它们的组合的不同功能的单元，包括宏、系统、子系统和接口电路。当模块的功能在任何部分中通过软件执行时，该模块包括机器可读介质。
在不脱离本发明精神或基本特性的情况下，本发明可以体现在其它的特定形式中。所描述的实施例在所有方面都要被认为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述指示。在权利要求书的等同的含义和范围内的所有变化都要被包含在其范围内。

Claims (15)

1.一种集成电路，包括：
时钟子系统，配置为提供参考时钟信号至第一模块和第二模块；和
电路，配置为分发描述该参考时钟信号的特性的信息至该第二模块，
其中用该电路分发的信息使得所述第二模块能够基于该信息适配该参考时钟信号，并且所述信息包括指示该参考时钟信号何时有效以及是否有效的延迟和有效性信息以及关于该参考时钟信号的频率何时变化的定时信息。
2.如权利要求1所述的集成电路，其中该第一模块是配置为与移动通信网络中的基站同步的移动通信标准。
3.如权利要求2所述的集成电路，其中该第一模块配置为被压控温补晶体振荡器(VCTCXO)级时钟信号驱动，以及该第二模块配置为被温补晶体振荡器(TCXO)级时钟信号驱动。
4.如权利要求1所述的集成电路，其中该第二模块包括全球导航卫星系统(GNSS)接收器。
5.如权利要求1所述的集成电路，其中第二模块内的算法基于在该信息中提供的时钟质量来不断地适配该第二模块。
6.如权利要求1所述的集成电路，其中该时钟子系统集成到该第一模块内。
7.如权利要求1所述的集成电路，其中该时钟子系统是单独的模块。
8.如权利要求1所述的集成电路，其中所述信息由所述时钟子系统生成。
9.如权利要求1所述的集成电路，其中所述信息由所述第一模块生成。
10.一种用于共享时钟信号的方法，包括：
分发参考时钟信号至第一模块和第二模块；
分发描述该参考时钟信号的特性的信息至第二模块并且所述信息包括指示该参考时钟信号何时有效以及是否有效的延迟和有效性信息以及关于该参考时钟信号的频率何时变化的定时信息；以及
用该信息适配参考时钟信号以满足第二模块的时控要求。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括：
同步该参考时钟信号至移动通信网络中的基站。
12.如权利要求10所述的方法，
其中该参考时钟信号用来自压控温补晶体振荡器(VCTCXO)或晶体振荡器(XO)的振荡信号生成；
其中该信息包括被配置来调整数模转换器(DAC)的频率校正值；并且
其中适配参考时钟信号包括用信息的频率校正值调整数模转换器(DAC)并且用数字滤波器低通滤波参考时钟信号。
13.如权利要求10所述的方法，其中第二模块内的算法基于在该信息中提供的时钟质量来不断地适配该第二模块。
14.如权利要求10所述的方法，其中该参考时钟信号在单独的时钟子系统模块内生成。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述参考时钟信号在所述第一模块内生成。
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