CN117538730A - 一种低功耗时钟检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种低功耗时钟检测电路，用于检测输入的时钟信号是否丢失，具体电路包括：一个二分频模块、一个取反模块、两个电荷泵模块、两个滤波模块和一个逻辑处理模块；其中，待检测的时钟信号经过二分频模块后，得到第二时钟信号CLK2；第二时钟信号经过取反模块，得到反相第二时钟信号CLK2N；所述第二时钟信号CLK2和反相第二时钟信号CLK2N，分别经过电荷泵模块和滤波模块，得到第一输出信号VP1和第二输出信号VP2；将上述两路输出信号经过所述逻辑处理模块后，得到最终的输出信号SLK_STB，根据所述的最终的输出信号，判断待测的时钟信号是否丢失。
Description
技术领域
本发明涉及一种时钟检测电路，特别是一种低功耗时钟检测电路。
背景技术
在现在芯片系统中，时钟的稳定性至关重要，决定系统是否能够正常工作。时钟信号可能收到各种因素的干扰发生故障，主要包含时钟抖动和时钟丢失，这会导致系统的功能错误或者程序紊乱。
现有方案是采用基数方法检测时钟丢失，如图1所示。待测时钟信号送给计数器基数，当计数器计数到设定阈值以后，状态置位置为1，表示时钟没有丢失，此时状态输出复位计数器和状态置位；当输出为0表示时钟丢失。该设计电路简单，但是该计数器检测实时性比较差，对于偶尔出现小于基数周期丢失的时钟信号丢失不能检测到。
另外一种时钟检测电路如图2所示，在对时钟信号进行计数的同时增加高电平和低电平检测电路。该设计需要一个高频的计数脉冲，对待测时钟信号的高电平和低电平分别计数，来检测待测时钟信号的高电平和低电平是否有丢失。因为检测用的高频脉冲也有被干扰的可能，导致该方案的不可靠。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种低功耗时钟检测电路。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种低功耗时钟检测电路，，用于检测输入的时钟信号是否丢失，具体电路包括：一个二分频模块、一个取反模块、两个电荷泵模块、两个滤波模块和一个逻辑处理模块；
其中，待检测的时钟信号经过二分频模块后，得到第二时钟信号CLK2；第二时钟信号经过取反模块，得到反相第二时钟信号CLK2N；所述第二时钟信号CLK2和反相第二时钟信号CLK2N，分别依次经过电荷泵模块和滤波模块，得到第一输出信号VP1和第二输出信号VP2；将上述两路输出信号经过所述逻辑处理模块后，得到最终的输出信号SLK_STB，根据所述的最终的输出信号，判断待测的时钟信号是否丢失。
进一步的，所述的判断待测的时钟信号是否丢失，具体方法如下：
当所述最终的输出信号的逻辑电平和时钟信号正常时电荷泵的电平逻辑一致时，则判断待测的时钟信号正常，否则判断为待测的时钟信号丢失。
进一步的，所述的二分频模块，用于将输入的待测时钟信号，转换成占空比50％的第二时钟信号。
进一步的，用于滤除信号毛刺。
进一步的，所述的电荷泵模块，用于将时钟信号转换为逻辑高电平或逻辑低电平。
进一步的，所述的电荷泵模块，具体包括：
第一输入连接第三开关管的栅端，第三开关管的源端连接电源，漏端连接第二开关管和第一开关管的栅端；第一开关管的栅端和漏端连接在一起形成二极管连接，并和第二开关管的栅端连接，第一开关管的源端接电流源；第二开关管的栅端和第一开关管栅端连接，用于镜像第一开关管的电流，第二开关管源端接电流源，漏端为电荷泵模块的输出；
第二输入连接接第四开关管和第五开关管的栅端，第四开关管的源端接第一开关管的漏端，第四开关管的漏端接第六开关管的漏端；第七开关管的漏端接电流源，漏端和栅端短接形成二极管连接，接第六开关管的栅端；第六开关管的源端接地，用于镜像第七开关管的电流；第八开关管的栅端接第七开关管的栅端，源端接地，漏端接第五开关管的源端；第五开关管的漏端接第二开关管漏端，为电荷泵模块的输出；电容正端接电荷泵模块的输出，负端接地。
进一步的，所述的逻辑处理模块，具体如下：
当待测的时钟信号正常时，电荷泵输出信号为高电平时，所述逻辑处理模块为与门；
当待测的时钟信号正常时，电荷泵输出信号为低电平时，所述逻辑处理模块为或门。
进一步的，所述的电荷泵模块中，通过调节电源流的电流参数I和电容参数C，完成所述电路的功耗调节。
进一步的，所述的电荷泵模块中，第二开关管的尺寸是第一开关管的8倍，电流为电流源电流的8倍。
进一步的，所述的电荷泵模块中，第六开关管的尺寸和第七开关管相同，电流大小相同，等于电流源电流；
第八开关管的尺寸是第七开关管的两倍，电流大小为电流源电流的2倍。
有益效果：
1、本发明时钟丢失检测电路，可以检测时钟丢失。
2、本发明不需要额外的外部计数脉冲。
3、对于低速低功耗应用，本发明通过设置I和C的值，达到低功耗的要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是现有技术中一种时钟检测电路示意图。
图2是现有技术中另一种时钟检测电路示意图。
图3是本发的电路示意图。
图4是本发明中信号逻辑示意图。
图5是一个实施例中二分频电路的示意图。
图6是一个实施例中待测时钟信号通过二分频电路后的信号逻辑示意图。
图7是一个实施例中时钟取反电路示意图。
图8是一个实施例中的电荷泵电路示意图。
图9是一个实施例中的时钟检测电路示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种时钟检测电路，用于检测时钟信号是否丢失，其工作原理如图3所示：
待测时钟信号经过二分频模块以后产生一个CLK2信号，该信号经过电荷泵，产生VCP1信号，滤波电路滤除信号VCP1的毛刺，产生VP1信号；同时，经过二分频模块的CLK2信号经过取反模块，得到取反信号CLKN，经过电荷泵产生VCP2信号，滤波电路滤除信号VCP2的毛刺，产生VP2信号，最终VP1和VP2经过逻辑处理生成输出信号。
根据上述输出信号，判断时钟信号是否丢失，具体方法如下：
如果正常时钟时候电荷泵充电到高电平，逻辑处理后输出为高电平，则表示有时钟信号，而输出为低电平，则表示时钟丢失；相反，如果正常时钟时候电荷泵充电到低电平，则逻辑处理输出低电平表示有时钟信号，反之则表示时钟丢失。
如图4所示，为上述时钟检测电路的信号逻辑，具体如下：
在一个实施例中，本发明设计可以让正常时钟信号经过电荷泵以后输出VCP1/VCP2接近逻辑高电平，滤波电路滤除信号毛刺，VP1和VP2经过逻辑与生成输出高信号，高表示时钟没有丢失；当时钟丢失出现输出CLK2为恒高时候，电荷泵输出VCP1逻辑低，CLK2取反经过电荷泵输出VCP2为逻辑高，经过与门以后输出低，判读时钟丢失。同理，当时钟丢失出现输出CLK2为恒低时候，电荷泵输出VCP1逻辑高，CLK2取反经过电荷泵输出VCP2为逻辑低，经过与门以后输出低，判读时钟丢失。
同理，在另一个实施例中，本发明设计可以让正常时钟信号经过电荷泵以后输出VCP1/VCP2接近逻辑低电平，滤波电路滤除信号毛刺，VP1和VP2经过逻辑或生成输出低信号，表示时钟没有丢失；当时钟丢失出现输出CLK2为恒高时候，电荷泵输出VCP1逻辑低，CLK2取反经过电荷泵输出VCP2为逻辑高，经过或门以后输出高，判读时钟丢失。同理，当时钟丢失出现输出CLK2为恒低时候，电荷泵输出VCP1逻辑高，CLK2取反经过电荷泵输出VCP2为逻辑低，经过与门以后输出高，判读时钟丢失。
在一个实施例中，上述二分频电路采用D触发器实现，如图5所示，其中，输入时钟信号CLK接入D触发器的CLK时钟端口，D触发器的QN端口和D端口连接，输出端连接Q端口，即产生输出信号CLK2。
带检测时钟信号CLK通过上述二分频电路，产生占空比50％的时钟信号CLK2，输入输出信号关系如图6所示。
在一个实施例中，所述的取反模块可以直接用反相器实现，如图7所示，为反相器电路示意图，CLK2信号取反后产生CLK2N信号。
在一个实施例中，电荷泵电路可采用如图8所示的电路，具体电路如下：
经过二分频的信号CLK2作为所述电荷泵电路的第一输入VIN，信号CLK2取反后的信号CLK2N作为所述电荷泵电路的第二输入VIP；
输入VIN连接开关管PM2的栅端，PM2的源端连接电源，漏端连接PM1和PM0的栅端；PM0的栅端和漏端连接一起形成二极管连接，和PM1的栅端连接，PM0的源端接电源；PM1的栅端和PM0栅端连接，镜像PM0的电流，尺寸是PM0的8倍，电流为8I，PM1源端接电源，漏端输出VCP；
输入VIP接开关管MP和MN的栅端，MP的源端接PM0的漏端，MP的漏端接NM1的漏端；NM0的漏端接电流源I，漏端和栅端短接形成二极管连接，接NM1的栅端；NM1的源端接地，源端接地，尺寸和NM0尺寸一样，镜像NM0的电流，电流大小为I；NM2的栅端接NM0的栅端，源端接地，漏端接开关管MN的源端，NM2的尺寸是NM0的两倍，电流大小为2I；开关管MN的漏端接输出VCP；电容C0正端接VCP，负端接地。
因为VIP和VIN是来自检测信号的二分频信号，他们频率相等，相位相反。当有时钟输入时候，VIP为高时，VIN为低，PM2管导通，把PM1的栅极拉到高电平，PM1管关闭，MN管的栅极为高电平，MN管导通，以2I电流对电容C0放电，VCP电压降低当VIP为低时，VIN为高，MN栅极为低电平。MN管关闭，MP栅极为低电平，MP管导通，PM2管栅极为高电平，PM2管关闭，PM1以8I电流对电容C0充电，VCP电压升高/>一个周期，电压升高/>其中I为固定电流，C0为电荷泵电容，T为检测时钟的周期，通过选择电流源I，T和C0大小，选择需要多少个周期将电压抬升到VDD，以及充电到VDD以后电荷泵电压波动的大小。如果时钟丢失，VIP恒为高，此时VIN恒为低，VCP被放电到低电平；如果VIP恒为低，此时VIP恒为高，VCP被充电电到VDD。经过与门后输出为低电平，时钟丢失。
同理可以设置PM1的充电电流为2I，MN的放电电流为8I，这样正常时钟时候，电荷泵输出低电平，后面的逻辑处理采用或门，输出为0.
当正常有时钟的时候，电荷泵输出为高的，后面逻辑处理采用与门；当正常有时钟的时候，电荷泵输出为低的，后面逻辑处理采用或门。
在一个实施例中，所示的低功耗时钟检测电路的整体的一种电路如图9所示。其中，SM是施密特触发器，CLK_STB是与门的输出信号。
具体实现中，本申请提供计算机存储介质以及对应的数据处理单元，其中，该计算机存储介质能够存储计算机程序，所述计算机程序通过数据处理单元执行时可运行本发明提供的一种低功耗时钟检测电路的发明内容以及各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，ROM)或随机存储记忆体(random access memory，RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术方案可借助计算机程序以及其对应的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机程序即软件产品的形式体现出来，该计算机程序软件产品可以存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台包含数据处理单元的设备(可以是个人计算机，服务器，单片机，MUU或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本发明提供了一种低功耗时钟检测电路的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种低功耗时钟检测电路，其特征在于，用于检测输入的时钟信号是否丢失，具体电路包括：一个二分频模块、一个取反模块、两个电荷泵模块、两个滤波模块和一个逻辑处理模块；
其中，待检测的时钟信号经过二分频模块后，得到第二时钟信号CLK2；第二时钟信号经过取反模块，得到反相第二时钟信号CLK2N；所述第二时钟信号CLK2和反相第二时钟信号CLK2N，分别依次经过电荷泵模块和滤波模块，得到第一输出信号VP1和第二输出信号VP2；将上述两路输出信号经过所述逻辑处理模块后，得到最终的输出信号SLK_STB，根据所述的最终的输出信号，判断待测的时钟信号是否丢失。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗时钟检测电路，其特征在于，所述的判断待测的时钟信号是否丢失，具体方法如下：
当所述最终的输出信号的逻辑电平和时钟信号正常时电荷泵的电平逻辑一致时，则判断待测的时钟信号正常，否则判断为待测的时钟信号丢失。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗时钟检测电路，其特征在于，所述的二分频模块，用于将输入的待测时钟信号，转换成占空比50％的第二时钟信号。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗时钟检测电路，其特征在于，所述的滤波模块，用于滤除信号毛刺。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗时钟检测电路，其特征在于，所述的电荷泵模块，用于将时钟信号转换为逻辑高电平或逻辑低电平。
6.根据权利要求5所述的一种低功耗时钟检测电路，其特征在于，所述的电荷泵模块，具体包括：
第一输入(VIN)连接第三开关管(PM2)的栅端，第三开关管(PM2)的源端连接电源，漏端连接第二开关管(PM1)和第一开关管(PM0)的栅端；第一开关管(PM0)的栅端和漏端连接在一起形成二极管连接，并和第二开关管(PM1)的栅端连接，第一开关管(PM0)的源端接电流源；第二开关管(PM1)的栅端和第一开关管(PM0)栅端连接，用于镜像第一开关管(PM0)的电流，第二开关管(PM1)源端接电流源，漏端为电荷泵模块的输出(VCP)；
第二输入(VIP)连接接第四开关管(MP)和第五开关管(MN)的栅端，第四开关管(MP)的源端接第一开关管(PM0)的漏端，第四开关管(MP)的漏端接第六开关管(NM1)的漏端；第七开关管(NM0)的漏端接电流源，漏端和栅端短接形成二极管连接，接第六开关管(NM1)的栅端；第六开关管(NM1)的源端接地，用于镜像第七开关管(NM0)的电流；第八开关管(NM2)的栅端接第七开关管(NM0)的栅端，源端接地，漏端接第五开关管(MN)的源端；第五开关管(MN)的漏端接第二开关管(PM1)漏端，为电荷泵模块的输出(VCP)；电容(C0)正端接电荷泵模块的输出(VCP)，负端接地。
7.根据权利要求1所述的一种低功耗时钟检测电路，其特征在于，所述的逻辑处理模块，具体如下：
当待测的时钟信号正常时，电荷泵输出信号为高电平时，所述逻辑处理模块为与门；
当待测的时钟信号正常时，电荷泵输出信号为低电平时，所述逻辑处理模块为或门。
8.根据权利要求6所述的一种低功耗时钟检测电路，其特征在于，所述的电荷泵模块中，通过调节电源流的电流参数I和电容参数C，完成所述电路的功耗调节。
9.根据权利要求8所述的一种低功耗时钟检测电路，其特征在于，所述的电荷泵模块中，第二开关管(PM1)的尺寸是第一开关管(PM0)的8倍，电流为电流源电流的8倍。
10.根据权利要求9所述的一种低功耗时钟检测电路，其特征在于，所述的电荷泵模块中，第六开关管(NM1)的尺寸和第七开关管(NM0)相同，电流大小相同，等于电流源电流；
第八开关管(NM2)的尺寸是第七开关管(NM0)的两倍，电流大小为电流源电流的2倍。
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