CN116318061B - 一种可频率调节的振荡电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可频率调节的振荡电路，属于监测波形信号传输领域，电路包含振荡单元、电源单元、输出单元和修正单元；振荡单元包括非门和调谐电阻；所述电源单元包括多个功率不同的供电端；所述输出单元包括至少一个频率可调的时钟信号输出端；所述修正单元包括多个滤波器和多源控制器，其中滤波器用于监测非门的运行状态，多源控制器用于控制所述滤波器的工作周期，对环形振荡单元进行改进，消除工艺上非门首尾连接造成的脉冲波动不稳的问题，通过多源控制器监测滤波器和非门，消除冗余波形，实现振荡单元的稳定变频输出。

Description

一种可频率调节的振荡电路

技术领域

本说明书涉及微控制设备领域，特别涉及一种可频率调节的振荡电路。

背景技术

科学技术的日新月异，使得各种设备的发展趋向低功耗，面积小以及低成本，精准的时钟发生电路也趋向于全片上集成，高精度，高频率的方向发展。振荡器电路通常用于给各种集成电路芯片提供时钟信号。

通过接收到时钟信号得到工作指令或停止指令，随着工作完成度提高，复杂度增加，输出单一的时钟信号无法满足人们需求，因此针对现有的单一的时钟信号进行改进。

一般给各种电路芯片提供时钟信号的振荡器电路有以下几种：

一种是基于环形振荡器的产生电路。环形振荡器产生电路使用较为广泛，但是在CMOS工艺中，由于存在温度、工艺和电源电压的不稳定性，使得所述片内集成时钟电路的输出频率稳定性较差。

再一种是RC松弛(Relaxation)振荡器，由于其频率精度较高，目前的发展较为迅速，但由于RC松弛振荡器的工作频率较低，因此不适合较高频率的时钟信号应用。

另一种，也是较为常见的是时钟信号是采用石英晶体(Crystal)振荡器电作为时钟基准，但石英晶体振荡器成本高，受损率大，不适用平价的射频电子产品中。

因此，需要提供一种可频率调节的振荡电路，能够实现环形振荡器频率可调且输出稳定。

发明内容

本说明书实施例之一提供一种可频率调节的振荡电路，基于对环形振荡的改进，增加滤波器和多源控制器对振荡电路进行监测控制，当切换电源改变电路输出频率时，对每个非门输出的电压/电流进行监测和滤波，确保切换时的冗余电流/电压被过滤消除。

在一些实施例中，一种可频率调节的振荡电路，电路包含振荡单元、电源单元、输出单元和修正单元；振荡单元包括非门和调谐电阻；所述电源单元包括多个功率不同的供电端；所述输出单元包括至少一个频率可调的时钟信号输出端；所述修正单元包括多个滤波器和多源控制器，其中滤波器用于监测非门的运行状态，多源控制器用于控制所述滤波器的工作周期。

进一步的，所述振荡单元还包括至少一组非门，所述一组非门包括三个首尾连接的非门，其中，非门与至少一个滤波器连接。

进一步的，所述修正单元包括前馈滤波器、后馈滤波器和自适应滤波器，所述前馈滤波器用于获取非门A1的波形参数，所述后馈滤波器用于获取非门A2的波形参数，所述自适应滤波器用于获取非门A3的波形参数。

进一步的，多源控制器用于获取各个波形参数，控制至少一个供电端的输出，得到变频后的输出电压。

进一步的，所述多源控制器的计算过程如下，

式中，为变频后多源控制器的除余差值，/>为x时刻下自适应滤波器获取的波形值，/>为x时刻下前馈滤波器和后馈滤波器获取的冗余波形参数之和，n为自然整数，smooth()为平滑整流函数。

进一步的，触发所述多源控制器增加新电源端接入电路时，还包括下列步骤：

S1：接收变频信号，执行S2；

S2：所述非门A1、非门A2和非门A3均输出的波形参数正常，执行S3；

S3：根据变频后的参数值，调整对应新电源端上调谐电组的阻值。

进一步的，所述多源控制器的监测过程包括下列步骤：

S4：依次获取波形参数，计算除余差值，当除余差值为0时，执行S6，当除余差值非0时，执行S5；

S5：所述多源控制器驱动所述前馈滤波器和所述后馈滤波器对采集到的波形进行滤波处理，降低冗余波形参数和，直至除余差值为0；

S6：获取变频信号，执行S1。

进一步的，所述运行状态包括波形参数和运行温度。

进一步的，所述多源控制器基于温度传感器依次获取每个非门的温度值。

进一步的，所述波形参数是基于一组非门在工作时依次产生的三组时钟信号。

本发明的有益效果是：

1、对环形振荡单元进行改进，消除工艺上非门首尾连接造成的脉冲波动不稳的问题，通过多源控制器控制滤波器的工作周期，实现振荡单元的变频输出；

2、通过滤波器对各个非门进行除余差值消除，避免频率切换导致的冗余波，影响振荡单元的输出。

附图说明

本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本说明书一些实施例所示的振荡单元的示意图；

图2是根据本说明书一些实施例所示的多源控制器的工作原理示意图；

图3是根据本说明书一些实施例所示的滤波器的工作原理示意图；

图4是根据本说明书一些实施例所示的各个非门输出波形的示意图。

附图标记说明：100、振荡单元；101、滤波器；102、电源单元；201、非门A1；202、非门A2；203、非门A3；301、前馈滤波器；302、后馈滤波器；303、自适应滤波器；401、多源控制器；501、调谐电阻R2；502、电阻R1；601、电源端；602、新供电端。

实施方式

为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

实施例1：

请参照图1，本实施例一种可频率调节的振荡电路包括振荡单元100、电源单元102和滤波器101，其中振荡单元100由三个非门首尾连接，得到环形振荡器最小单元，发出时钟信号，由于环形振荡器是经由三个非门产生的时钟信号，一旦电路中间的环节出现波动，后面的器件均会输出波动的电压，因此本实施例通过对振荡器中的每个环节进行波形监测并滤波处理，确保后续的输出波形稳定；

值得说明的是，图1中，省略振荡电路中常见的晶闸管、电容、电阻等细节图，这里不作为本实施例的创新重点，不做过多叙述，未在图中示出。

值得说明的是，为了改变环形振荡器输出的频率大小，通过在电路耦合新的供电端，通过调节调谐电阻501（点位器、滑动变阻器等不限于能够改变阻值的器件）确定电阻值后，输出所需求的频率，其中，由于供电端的切换、电阻的改变、多个非门之间的输入和输出均发生变化，会出现少量的跳动波形，成为冗余波形。

为了实现在切换频率时，去除冗余波形，确保输出时钟信号的稳定，通过多源控制器401进行控制。

值得注意的是，请参照图2，所述修正单元包括前馈滤波器、后馈滤波器和自适应滤波器，所述前馈滤波器用于获取非门A1的波形参数，所述后馈滤波器用于获取非门A2的波形参数，所述自适应滤波器用于获取非门A3的波形参数，由于滤波器的工作原理是针对单一的波形输入，且一组非门中，针对相同的脉冲信号是依次经过三个非门，并非同时进入三个非门，所以必须针对每个非门的输出进行监测，确保每个非门输出的波形是否稳定。

值得注意的是，所述多源控制器的计算过程如下，

式中，为变频后多源控制器的除余差值，/>为x时刻下自适应滤波器获取的波形值，/>为x时刻下前馈滤波器和后馈滤波器获取的冗余波形参数之和，n为自然整数，smooth()为平滑整流函数。

通过除余差值的计算，确定冗余波形的大小，并进行调整，其中，需要注意的是，直流电在依次经过三个非门后才变成时钟信号，因此，非门A1、非门A2和非门A3的输出并不相同，本实施例根据输出的不同，匹配对应的滤波器，依次是前馈滤波器、后馈滤波器和自适应滤波器，计算步骤分别如下：

式中，为前馈滤波器，/>为后馈滤波器，/>为x时刻下前馈滤波器获取的波形值，/>为x时刻下前馈滤波器301获取的波形值，根据环形振荡器原理，在经过非门A3后得到时钟信号，因此非门A1和非门A2的输出由于不是完整的时钟信号，需要进行平滑整流处理，而自适应滤波器303/>的输入即非门A3输出为时钟信号，故无需进行平滑整流处理，请参照图4，通过前馈滤波器301和后馈滤波器302对非门A1和非门A2输出的非脉冲波进行平滑过滤，避免非脉冲波对多源控制器造成损坏。

值得说明的是，触发所述多源控制器增加新电源端接入电路时，还包括下列步骤：

S1：接收变频信号，执行S2；

S2：所述非门A1、非门A2和非门A3均输出的波形参数正常，执行S3；

S3：根据变频后的参数值，调整对应新供电端上调谐电组的阻值。

值得说明的是，当振荡单元运行正常时，通过多源控制器接收到新的变频需求时，通过调整调谐电阻的大小，确定即将并入的新供电端需要接收的电量的大小。本实施例以增加频率的需求举例，包括但不限于本申请以减少频率为结果，进行供电端的减少和断开，也不限于不断开其中一个供电端，直接对调谐电阻进行调整，实现减少频率的目的。

值得说明的是，所述多源控制器的监测过程包括下列步骤：

S4：依次获取波形参数，计算除余差值，即，除余差值为0时，执行S6，当除余差值非0时，执行S5；

S5：所述多源控制器驱动所述前馈滤波器和所述后馈滤波器对采集到的波形进行滤波处理，降低冗余波形参数和，直至除余差值为0；

S6：获取变频信号，执行S1。

值得说明的是，当存在时钟信号输出时，多源控制器一直处于监测状态，当S4中获取的出余差值为0时，说明非门A1和非门A2输出的波形未出现冗余波形，两个和与非门A3输出的波形值吻合，说明可以电路没有损耗，运行正常，可以进行后续的变频处理。

值得说明的是，所述运行状态包括波形参数和运行温度。

值得说明的是，由于环形振荡器在变频时，容易造成温度的急速上升，因此，多源控制器在监测是否存再冗余波形的情况下，还监测是否存在顺势高温，当出现瞬时高温时，触发电路的预警系统。

值得说明的是，请参照图3，本电路系统从至少一个供电端开始上电开始，各个非门和滤波器开始工作，各个元件输出的波形参数所构成正向反馈，经过每个逻辑非门，均对逻辑非门的输出信号进行验证，当符合要求时，滤波器会发出正向信号给多源滤波器，当波形参数出现冗余时，与设定的波形值不符时，通过滤波器子带的滤波整流函数，对冗余波形进行整流，避免直接发送至多源控制器，同时将信号反馈至多源控制器，多源控制器再通过调谐电阻等进行电源输入量的干预，以达到各个非门输出正常的波形参数。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进行改进，实施例1基于产生的冗余波形进行直接的滤波处理，并通过调节供电端实现除去冗余波形的目的，但当冗余波形为非线性波形呢，请再次参照图4，图4显示的非门A1和非门A2输出的线性波形（非线性波形在时间上不会连续），因此滤波器在进行滤波之前，还包括进行非线性滤波处理。具体非线性处理计算过程如下：

式中，a为平滑系数，当出现非线性波形时，a=0.95，为非门A1和非门A2输出波形中波形参数的自相关，/>为非门A1和非门A2输出波形中波形参数的互相关。

综上所述，本实施例通过对环形振荡单元进行滤波干预，实现对输出的电源电压的稳定监控，避免由于多组非门工艺之间的影响造成输出电压不稳的问题，一旦出现除余差值，多源控制器的正反馈指令使得前馈滤波器和后馈滤波器开始进行线性或非线性的滤波处理，避免冗余波形参数干扰非门A3输出的电压波形，导致时钟信号频率不稳，造成无线传感的灵敏度降低。

应当注意应用场景仅仅是为了说明的目的而提供的，并不意图限制本说明书的范围。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本说明书的描述，做出多种修改或变化。例如，应用场景还可以包括数据库。然而，这些变化和修改不会背离本说明书的范围。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。

同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (4)

1.一种可频率调节的振荡电路，其特征在于，电路包含振荡单元、电源单元、输出单元和修正单元；

振荡单元包括非门和调谐电阻；

所述电源单元包括多个功率不同的供电端；

所述输出单元包括至少一个频率可调的时钟信号输出端；

所述修正单元包括多个滤波器和多源控制器，其中滤波器用于监测非门的运行状态，多源控制器用于控制所述滤波器的工作周期；

所述振荡单元还包括至少一组非门，所述一组非门包括三个首尾连接的非门，其中，非门与至少一个滤波器连接；

所述修正单元包括前馈滤波器、后馈滤波器和自适应滤波器，所述前馈滤波器用于获取非门A1的波形参数，所述后馈滤波器用于获取非门A2的波形参数，所述自适应滤波器用于获取非门A3的波形参数；

多源控制器用于获取各个波形参数，控制至少一个供电端的输出，得到变频后的输出波形参数；

所述多源控制器的计算过程如下，

W(x)＝P(x)-P’(x)

式中，W(x)为变频后多源控制器的除余差值，P(x)为x时刻下自适应滤波器获取的波形值，P’(x)为x时刻下前馈滤波器和后馈滤波器获取的冗余波形参数之和，n为自然整数，smooth()为平滑整流函数；

触发所述多源控制器增加新电源端接入电路时，还包括下列步骤：

S1：接收变频信号，执行S2；

S2：所述非门A1、非门A2和非门A3均输出的波形参数正常，执行S3；

S3：根据变频后的参数值，调整对应新供电端上调谐电组的阻值；

所述多源控制器的监测过程包括下列步骤：

S4：依次获取波形参数，计算除余差值，当除余差值为0时，执行S6，当除余差值非0时，执行S5；

S5：所述多源控制器驱动所述前馈滤波器和所述后馈滤波器对采集到的波形进行滤波处理，降低冗余波形参数和，直至除余差值为0；

S6：获取变频信号，执行S1。

2.如权利要求1所述的一种可频率调节的振荡电路，其特征在于，所述运行状态包括波形参数和运行温度。

3.如权利要求2所述的一种可频率调节的振荡电路，其特征在于，所述多源控制器基于温度传感器依次获取每个非门的温度值。

4.如权利要求3所述的一种可频率调节的振荡电路，其特征在于，所述波形参数是基于一组非门在工作时依次产生的三组时钟信号。