CN1111953C - 振荡器内建于集成电路内的频率调整方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种振荡器内建于集成电路内的频率调整方法与装置，包含启动信号、重置信号、时序参考脉冲及下列电路：一参考电压产生器，具有稳压的作用，一微调器，接收上述重置信号及参考电压产生器输出的一稳定参考电压，一充放电振荡器，输出一方波，一计频器，接收振荡器输出的方波，再将该方波予以计频，及一比较表，可将由计频器输入的频率值与设定值对照，而得出一相对值输出至微调器；微调器依据该信号与相耐值烧断对应的多晶硅熔丝而得出一新的P值。

Description

振荡器内建于集成电路内的频率调整方法与装置

技术领域

本发明涉及一种频率调整方法与装置，特别是有关于一种可精确调整内建于集成电路内的振荡器频率的调整方法与装置。

背景技术

例如在一般的红外线发射器集成电路应用上，大多需配合一振荡晶体(crystal)或谐振器(resonator)提供准确而不随外在电压或制造程序飘移的振荡波形给电路，整个电路的必备条件才算完整，如果没有振荡波形，则整个集成电路无法运作，此振荡晶体配置的形式，是以集成电路的其中两只接脚(pin)与该振荡晶体并联，一般此种集成电路与振荡晶体是一同配置(layout)在电路板上，而一般此种振荡晶体的体积与所占位置空间又不小，因而使得在产品在讲求小型化的今天来说，振荡晶体的确是一不利产品小型化的难题。另外，集成电路的脚数也无法降低，此亦是同样的问题。

因此，本发明提供一种可将振荡晶体以电路的形式内建于集成电路内，可在电路板上省去一个振荡晶体的体积；且因为现在半导体制造程序的技术非常地进步，所以即使集成电路增加了此一振荡电路，但也不会增加太多集成电路的体积，所以可具有小型化的优点。

但是，当将振荡电路内建于集成电路内时，振荡电路频率的准确度将又是个难以控制的难题，如何解这问题，即是本发明的主题。

此外，在一般的遥控器电路上，其内部的供应电源，例如电池，常会因时间因素造成电压衰减，及因瞬间使用时，会提供大电流而造成电源噪声，此电压衰减及大电流而造成的噪声，皆会对振荡频率造成影响，本发明亦将此问题一并解决。

发明内容

因此本发明之主要目的在提供一种可将振荡器内建于集成电路内，使得集成电路的外部接脚不再需要并接一个振荡晶体，因而节省电路板零件的配置(layout)面积，且也可省去集成电路外部并接一个振荡晶体的两接脚，而可达电路板小型化之优点。

本发明之另一目的在于提供一种振荡器内建于集成电路内时的频率调整方法与装置，可简单而准确地调整内建的振荡器，使其频率可调整至所需之值。

本发明之又一目的在于提供一种振荡器内建于集成电路内的频率调整方法与装置，可避免供应电源(例如电池)因时间因素造成电压衰减而造成振荡频率飘移，或因瞬间提供大电流而造成电源噪声所对振荡频率造成的影响。

根据本发明的一种振荡器内建于集成电路内的频率调整方法，包括下列步骤：

(a)以一电压稳压产生器输出一稳定的参考电压及所述参考电压的一系列参考分压，同时将所述参考电压予以分压成另两个分压而输出；

(b)以一电压微调器接收所述参考电压产生器输出的该稳定参考电压及所述参考电压的一系列参考分压，而输出一P倍的参考电压，其中0＜P＜1；

(c)以一充放电振荡器接收所述微调器输出的P倍参考电压，及所述参考电压产生器输出的参考电压、所述另两个分压，而输出一方波，所述充放电振荡器内部有电阻器及一电容器可控制该振荡器的初始频率，所述这些输入的电压用于微调所述振荡器的频率；

(d)以一计频器接收一时序参考脉冲及所述充放电振荡器输出的方波，将所述方波予以计频，计算出其频率的值，再将此值输出，所述计频器同时输出一程序信号至所述微调器；

(e)以一比较器将从所述计频器输入的频率值与一没定值对照，而得出相对值输出至所述微调器；及

(f)所述微调器依据所述程序信号与所述相对值烧断多晶硅熔丝而得出一新的P值，所述充放电振荡器再依此新的P值而得出一精确的频率。

根据本发明的一种振荡器内建于集成电路内的频率调整装置，其包含启动信号、重置信号、时序参考脉冲及下列电路：

一参考电压产生器，具有稳压的作用，首先，一电源经过所述参考电压产生器输出一稳定的参考电压及所述参考电压的一系列参考分压，同时将所述参考电压予以分压成另两个分压而输出；

一微调器，接收一重置信号及所述参考电压产生器输出的所述稳压参考电压及所述参考电压的一系列参考分压，而输出一P倍的参考电压，其中0＜P＜1；

一充放电振荡器，接收所述启动信号、所述微调器输出的P倍参考电压，及所述参考电压产生器输出的参考电压、所述另两个分压，而输出一方波，所述充放电振荡器内部有一电阻器及一电容器可决定所述振荡器的初始频率，所述这些输入的电压用于微调所述振荡器的频率；

一计频器，其接收所述重置信号、一时序参考脉冲及所述充放电振荡器输出的方波，将该方波予以计频，计算出其频率的值，再将此值输出，所述计频器同时输出一程序信号至所述微调器；及

一比较器，将从计频器输入的值与一没定值对照，而得出相对值输出至所述微调器；

所述微调器依据所述程序信号与所述相对值烧断多晶硅熔丝而得出一新的P值，所述充放电振荡器再依此新的P值而得出一精确的频率。

附图说明

图1是本发明振荡器内建于集成电路内的频率调整装置的系统方块图。

图2是参考电压产生器1的电路图。

图3(a)是微调器2的选择开关selector与图2参考电压产生器1的连接图。

图3(b)是微调器2的选择开关selector示意图。

图3(c)是微调器2的多晶硅熔丝程序化(programming)电路。

图4(a)是充放电振荡器3的线路图。

图4(b)是充放电振荡器3的电阻器R及电容器C充放电的波形图。

图5(a)是计频器4的电路图。

图5(b)是计频器4中的out、Q0、Q1、Q2、CKcnt、program的时序图。

图5(c)是out的周期T，藉由频率计算脉冲freq-count的计数及一时序参考脉冲Ckref的计数时序图。

图6是比较器的示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，为本发明振荡器内建于集成电路内的频率调整装置的系统方块图，其包含启动信号enable、重置信号reset、时序参考脉冲Ckref及下列电路：

一参考电压产生器1：其具有稳压作用，首先，一电源Vcc经过此参考电压产生器1后输出一稳定的参考电压Vref及Vref1～Vref31，同时再予以分压成(1/2)Vref及(3/4)Vref输出；

一微调器2：其接收上述重置信号reset及参考电压产生器1输出的一稳定参考电压Vref及Vref1～Vref31，再将它调整为P倍(0＜P＜1)作输出，即PVref作输出；

一充放电振荡器3：其接收上述启动信号enable、微调器2输出的PVref，及参考电压产生器1输出的Vref、(1/2)Vref及(3/4)Vref，而输出一方波out，充放电振荡器3内部有一电阻器R及电容器C可控制out的频率，因为设计及制造程序上有误差存在，所以此out的频率是一初始频率，未必很精准，必须等到微调后(容后再述)才能得到精确的频率；

一计频器4：其接收上述重置信号reset、时序参考脉冲Ckref及充放电振荡器3输出的方波out，再将该方波out予以计频，计算出其频率的值，再将此值输出，同时输出一程序(program)信号至微调器2；

一比较器5：其为一只读存储器，内部设有一对照表，可将由计频器4输入的频率值与设定值对照，而可得出一相对值fuse(0-4)输出至微调器2(fuse即为所述多晶硅熔丝之意)。

微调器2再依据该相对值与program信号而调整出一精确的频率输出。

对于上述各方块电路，以下各别介绍其实施的线路图，请参考图2所示，为参考电压产生器1的线路图，其为引用一Band Gap Voltage Reference的方式而设计，其中两个晶体管Q1，Q2之放大比例为1比N，若设电流I2＝10μA，N＝24，Q1之E、B极的电压Veb＝0.7volt，则可得出放大器OP的输出Vref＝1.6Volt，同时再以电阻R1予以分压成(1/2)Vref及(3/4)Vref，及由R11、R12、R13…R131、R132分压成Vref1～Vref31输出(其中R11＝R12＝R13＝…＝R131＝R132＝R1*1/32)。

请参考图3所示，为微调器2的线路图，微调器2主要由图3(b)所示的选择开关Selector及图3(c)所示的多晶硅熔丝程序化(programming)电路所组成，其中图3(a)为一个“32选1”的选择开关，此选择开关selector如图3(b)所示，为一5比特(bit)的开关，因而有(2的5次方＝32)32种切换状态，其S0、 S0、S1、 S1、S2、 S2、S3、 S3、S4、 S4之各别电位(1或0)由图3(c)所示之多晶硅熔丝程序化(programming)电路所决定，举其中一组来说，fuse(0)与program信号可控制MNO的导通与否。MNO导通时，R0被烧成断路(R0为一脆弱的多晶硅熔丝(poly fuse)电阻，容后再述)，此时A点电位为0，所以 S0电位＝1，S0电位＝0；MNO不导通时，则情况相反；所以藉由fuse(0)、fuse(1)…fuse(4)及program的信号，就可决定S0、 S0、S1、 S1、S2、 S2、S3、 S3、S4、S4之各别电位，也就决定出选择开关selector那一条通路被选定导通，也就是32条通路中的其中一条，所以可选出PVref，例如：若第20条导通时，P＝0.75+0.25(12/32)＝0.84375。

请参考图4(a)所示，其为充放电振荡器3的线路图，具有一电阻器R及一电容器C可作充放电的动作，其接收启动信号enable、微调器2输出的PVref，及参考电压产生器1输出的Vref、(1/2)Vref及(3/4)Vref，而输出一方波out，充放电振荡器3内部的电阻器R及电容器C的值，可控制其输出out方波的频率。图4(b)所示则是电阻器R及电容器C充放电的波形图，其周期为T，电路是电流I＝PVref/R，I*Δt/C＝ΔV，T＝2Δt＝2*CΔV/I，图4(b)中ΔV＝(1/2)Vref，所以得出周期T＝RC/P，由此可知T正比于RC，反比于P，而RC是固定的，P值则可调整至一理想的值，所以周期T亦可调整至一理想的值，也就是频率可调整至一理想的值；所以可藉由调整P值而得到想要的频率。

请参考图5(a)所示，其为计频器4的电路图，主要由4个T型触发器、一个D型触发器及另8个T型触发器连接而成，接收重置信号reset、时序参考脉冲Ckref及充放电振荡器3输出的方波out，图5(b)为其out、Q0、Q1、Q2、CKcnt、program的时序图，在图5(c)显示out的周期T，藉由参考脉冲Ckref的计数可算出目前out的周期相当于N个参考脉冲的时间。

因为时序参考脉冲Ckref是由外部提供的一已知频率，故我们由此N值，就可得出目前out的频率是多少，将此频率以freq-count(0-7)之8 bit数字信号的形式传至比较器5，比较器5再将之对应出一组值fuse(0-4)输出至微调器2。

为使Ckref与out的最大同步误差小于1/200＝0.5％，则计算脉冲freq-count的bit宽度为8 bit(2的8次方＝256＞200)，其bit宽度可依其准确度而变大。

请参考图6所示，其为比较器5的示意图，其为一8×5ROM，内部设有一对照表，可将由计频器4输入8 bit宽度的计算值freq-count(0-7)与设定值对照，而可得出一5 bit宽度的相对值fuse(0-4)输出至微调器2。fuse(0-4)的bit宽度亦可依其准确度而变大。

以上计算脉冲freq-count(0-7)包括：freq-count(0)、freq-count(1)、freq-count(2)、freq-count(3)、freq-count(4)、freq-count(5)、freq-count(6)、freq-count(7)；fuse(0-4)包括：fuse(0)、fuse(1)、fuse(2)、fuse(3)、fuse(4)。

微调器2再依据该相对值fuse(0-4)与program信号而得出一P值，P值的求法请再参考图3所示，及上述微调器2线路图的描述，P值求出后，即可调整出一精确的频率输出。

运用本发明在初期设定频率时，系依据频率的大小而决定充放电振荡器3内的电阻器R及电容器C的值的大小，但此R及C的值所决定的频率，正是前面所述之充放电振荡器3输出的out方波的频率，其仍有设计上及制造程序上的误差存在，并非很准确，所以再经过计频器4计频之后，计算出频率的差距，计频器4输出program信号至微调器2及freq-count(0-7)信号至比较器5，比较器5将之对映而得出一fuse(0-4)的值，fuse(0-4)的值输至微调器2，微调器2依据program及fuse(0-4)而得出一新的P值，再得出一较精确的频率。其中该调整P值的方式系藉由fuse(0-4)与program的信号以烧断多晶硅熔丝(poly fuse)的方式实施，其中该多晶硅熔丝(poly fuse)是指以IC制造程序中的多晶硅(poly)层布局成细丝形状，当作类似保险丝(fuse)的功能，当大电流流过时，会被烧断，在图3(c)中，R0及与它相同位置的其它电阻就是多晶硅熔丝(poly fuse)。

微调器2的设计是一开始所有的多晶硅熔丝都被连接未被烧断，然后进行精确频率的微调时，一定会依据fuse(0-4)之值而至少烧断其中某一个多晶硅熔丝，而只要有任一多晶硅熔丝被烧断后，将永远关闭微调器2，以避免多晶硅熔丝受到第二次程序化。

所以本发明只经过一次调整，就可得到精确的频率。而在一般的红外线发射遥控器的电路，在其发射动作的瞬间，由于流经红外线二极管(IR diode)的大电流会造成瞬间电压降，若在一般未具稳压的电路，此时其参考电压Vref可能就会跟着变动，因而会造成频率不稳。而本发明之参考电压产生器1具有稳压的作用，所得的输出参考电压Vref不会因电压源Vcc之突然骤降而受影响，所以不会有频率不稳的缺点。

还有另一种情形，在一般的红外线发射遥控器的电路，其所使用的电池在一段长时间后(例如数个月后或其它的长时间后)，其电压Vcc会稍微降一些(例如由3.3 volt降至3.1 volt)，但本发明中之参考电压产生器1具有稳压的作用，所以其输出Vref的变动不大，而且，在前面公式中：周期T＝RC/P(和Vcc无关)，所以周期T不会受到Vcc变动而受影响，所以频率亦不受影响。

重置信号reset的作用，主要是用来在本发明的电路刚启动时，将电路内部凡是有输出波与时序(Timing)有关的方块电路设定其初始状态，以使时序正确，不致有错误。

前面之启动信号enable可依据运用此集成电路的整个电路的状态而定，例如，当整个电路处在闲置状态(idle mode)时，启动信号enable可使充放电振荡器3停止振荡，相反地，也可使其恢复振荡。

Claims (9)

1.一种振荡器内建于集成电路内的频率调整方法，包括下列步骤：

(a)以一电压稳压产生器输出一稳定的参考电压及所述参考电压的一系列参考分压，同时将所述参考电压予以分压成另两个分压而输出；

(b)以一电压微调器接收所述参考电压产生器输出的该稳定参考电压及所述参考电压的一系列参考分压，而输出一P倍的参考电压，其中0＜P＜1；

(c)以一充放电振荡器接收所述微调器输出的P倍参考电压，及所述参考电压产生器输出的参考电压、所述另两个分压，而输出一方波，所述充放电振荡器内部有电阻器及一电容器可控制该振荡器的初始频率，所述这些输入的电压用于微调所述振荡器的频率；

(d)以一计频器接收一时序参考脉冲及所述充放电振荡器输出的方波，将所述方波予以计频，计算出其频率的值，再将此值输出，所述计频器同时输出一程序信号至所述微调器；

(e)以一比较器将从所述计频器输入的频率值与一设定值对照，而得出相对值输出至所述微调器；及

(f)所述微调器依据所述程序信号与所述相对值烧断多晶硅熔丝而得出一新的P值，所述充放电振荡器再依此新的P值而得出一精确的频率。

2.如权利要求1所述的振荡器内建于集成电路内的频率调整方法，其中所述比较器是一个只读存储器，内部设有一对照表。

3.如权利要求1所述的振荡器内建于集成电路内的频率调整方法，其中所述相对值为n+1比特的数字信号，n为一正整数。

4.如权利要求3所述的振荡器内建于集成电路内的频率调整方法，其中所述相对值的n值依所要设定频率的准确度而增加。

5.一种振荡器内建于集成电路内的频率调整装置，其包含启动信号、重置信号、时序参考脉冲及下列电路：

一参考电压产生器，具有稳压的作用，首先，一电源经过所述参考电压产生器输出一稳定的参考电压及所述参考电压的一系列参考分压，同时将所述参考电压予以分压成另两个分压而输出；

一微调器，接收一重置信号及所述参考电压产生器输出的所述稳压参考电压及所述参考电压的一系列参考分压，而输出一P倍的参考电压，其中0＜P＜1；

一充放电振荡器，接收所述启动信号、所述微调器输出的P倍参考电压，及所述参考电压产生器输出的参考电压、所述另两个分压，而输出一方波，所述充放电振荡器内部有一电阻器及一电容器可决定所述振荡器的初始频率，所述这些输入的电压用于微调所述振荡器的频率；

一计频器，其接收所述重置信号、一时序参考脉冲及所述充放电振荡器输出的方波，将该方波予以计频，计算出其频率的值，再将此值输出，所述计频器同时输出一程序信号至所述微调器；及

一比较器，将从计频器输入的值与一设定值对照，而得出相对值输出至所述微调器；

所述微调器依据所述程序信号与所述相对值烧断多晶硅熔丝而得出一新的P值，所述充放电振荡器再依此新的P值而得出一精确的频率。

6.如权利要求5所述的振荡器内建于集成电路内的频率调整装置，其中所述比较器是一个只读存储器，内部设有一对照表。

7.如权利要求5所述的振荡器内建于集成电路内的频率调整装置，其中所述相对值为n+1比特的数字信号，n为一正整数。

8.如权利要求7所述的振荡器内建于集成电路内的频率调整装置，其中所述相对值的n值依所要设定频率的准确度而增加。

9.如权利要求5所述的振荡器内建于集成电路内的频率调整装置，其中所述启动信号依据采用所述集成电路的整个电路的状态而定，当所述整个电路处于闲置状态时，所述启动信号使所述充放电振荡器停止振荡，反之则使其恢复振荡。

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