TWI528131B - 用於故障安全振盪器監測及警示之數位裝置及方法 - Google Patents

用於故障安全振盪器監測及警示之數位裝置及方法 Download PDF

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Description

用於故障安全振盪器監測及警示之數位裝置及方法
本發明係關於使用一外部時鐘振盪器之積體電路裝置，且更特定而言，係關於對外部時鐘振盪器進行監測及在其操作出現故障之情況下進行警示。
具有帶有一處理器之一數位裝置之電子應用通常使用一外部頻率確定元件及/或外部振盪器(例如，晶體或陶瓷共振器及/或電子電路)來確立用於確定自一低功率(例如，待用或休眠)模式週期性喚醒之一穩定時基。若此外部頻率確定元件/振盪器出於任何原因而停止，則該數位裝置之處理器將保持睡眠，除非藉由另一觸發事件喚醒至一操作模式。圍繞此問題之一可能工作係啟用該數位裝置中之一監視計時器且在外部振盪器之故障發生之情況下就將其用作一故障安全。然而，在數位裝置中使用監視計時器可過度提高數位裝置及可能其他緊密相關之裝置應用之休眠(待用)電流消耗。因此，為降低數位裝置之電力消耗，通常停用監視計時器。在無自監視計時器至數位裝置之處理器之一喚醒觸發信號之情形下，當處理器係處於低功率模式時，在外部振盪器出現故障之情況下處理器就將保持睡眠。另一選擇係，(在一操作模式中)處理器必須保持喚醒足夠長以驗證外部頻率確定元件/振盪器正在操作。在操作模式中所花費之此額外時間將增加數位裝置之電力消耗。
藉由使用一簡單延遲及監測電路來解決上文提及之問題且達成其他及進一步益處，該簡單延遲及監測電路在一外部頻率確定元件/振盪器正在運行時係充電至一第一邏輯位準，且在外部頻率確定元件/振盪器出現故障之情況下放電(暫停)至一第二邏輯位準。
根據本發明之一特定實例性實施例，一種具有一主要時鐘振盪器監測及警示之數位裝置包括：一處理器，其具有一操作模式及一低功率休眠模式；一計時器計數器，其具有耦合至該處理器之一輸入之一輸出及用於接受複數個時鐘脈衝之一輸入；一主要時鐘振盪器，其耦合至該計時器計數器之該輸入及一外部頻率確定元件，其中該主要時鐘振盪器以由該外部頻率確定元件確定之一頻率產生複數個時鐘脈衝；一直流(DC)阻擋電容器，其耦合至該主要時鐘振盪器；二極體，其連接至該DC阻擋電容器；一電壓儲存電容器，其連接至該二極體，其中該電壓儲存電容器係透過該二極體且自該複數個時鐘脈衝充電至一電壓；一電流汲入，其連接至該電壓儲存電容器，其中當不自該複數個時鐘脈衝充電時，該電流汲入將該電壓儲存電容器上之該電壓放電；及一電壓比較器，其具有連接至該處理器之一輸入之一輸出、連接至該電壓儲存電容器之一第一輸入及連接至一參考電壓之一第二輸入，其中當該電壓儲存電容器上之該電壓大於該參考電壓時，該電壓比較器之該輸出係處於一第一邏輯位準，且當該電壓儲存電容器上之該電壓小於或等於該參考電壓時，該電壓比較器之該輸出係處於一第二邏輯位準。
根據本發明之另一特定實例性實施例，一種監測一數位裝置之一主要時鐘振盪器及在其出現故障後產生一警示的方法包括：以來自一主要時鐘振盪器之複數個脈衝將一電壓儲存電容器充電至一電壓；藉助一電壓比較器監測該電壓儲存電容器上之該電壓，其中當該電壓儲存電容器上之該電壓大於一參考電壓時，不自該電壓比較器發出警示，且當該電壓儲存電容器上之該電壓小於或等於該參考電壓時，自該電壓比較器發出該警示；及在自該電壓比較器發出該警示之後，切換至一備用時鐘。其中一處理器具有一操作模式及一低功率休眠模式，且當自該電壓比較器發出該警示時，該處理器自該低功率休眠模式喚醒至該操作模式。
現在參考圖式，示意性地圖解說明一特定實例性實施例之細節。圖式中，將由相同編號表示相同元件，且將由帶有一不同小寫字母下標之相同編號表示相似元件。
參考圖1，其繪示根據本發明之一特定實例性實施例之具有一電路之一數位裝置之一示意圖，該電路用於監測一外部頻率確定元件/振盪器之操作，及在該外部頻率確定元件/振盪器出現故障之情況下，給該數位裝置之一處理器發訊。一數位裝置100包括一處理器102、一備用時鐘104、一計時器計數器106、一電壓比較器108、一電壓參考110、一電流汲入112、一電壓儲存電容器116、二極體118、一直流(DC)阻擋電容器120、一緩衝器122及一振盪器反相器124。振盪器反相器124係耦合至一外部頻率確定元件128(例如，一晶體、陶瓷共振器等)以及負載電容器130及132。負載電容器130及132中之一者或兩者可用作由振盪器反相器124及頻率確定元件128形成之一主要時鐘振盪器之回饋及/或頻率調整組件。本發明涵蓋且在本發明之範疇內，二極體118及/或電壓儲存電容器116及阻擋電容器120可在數位裝置100內部或外部，例如，不是包括數位裝置100之積體電路晶粒及/或積體電路封裝(未展示)的部分，而是與其外部地連接。
通常，包括振盪器反相器124及頻率確定元件128之主要時鐘振盪器提供一時鐘信號脈衝列(例如，複數個時鐘脈衝(圖2之時序圖A))至處理器102及計時器計數器106。計時器計數器106計數來自主要時鐘振盪器之某一脈衝數目，且當已計數到彼某一脈衝數目時將喚醒處理器102。然而，若主要時鐘振盪器之任何組件出於任何原因而出現故障(例如，一外部組件(頻率確定元件128及/或一或多個負載電容器130及132)出現故障)，或至晶粒或封裝之連接出現故障，則計時器計數器106將永不計數到高達來自主要時鐘振盪器之某一脈衝數目以便週期性地喚醒處理器102。
根據本發明之教示，一延遲及監測電路在主要時鐘振盪器係操作(適當地工作)時充電至一第一邏輯位準，且在主要時鐘振盪器出現故障之情況下放電(暫停)至一第二邏輯位準。當處於第二邏輯位準時，來自此延遲電路之輸出可用來警告(中斷)處理器102使得可藉由處理器102起始一主要時鐘振盪器故障錯誤常式。在該時鐘振盪器出現故障之情況下，數位裝置100可使用內部備用時鐘振盪器104。延遲及監測電路確保若處理器102處於一休眠模式之情況則將醒來，且當處於其操作模式時被警告使用備用時鐘104。備用時鐘振盪器104亦可係處理器通常用於其操作之一內部時鐘，且主要時鐘振盪器(具有高穩定性頻率確定元件128)可結合處理器內部振盪器(例如，備用時鐘振盪器104)用作一精密計時器。
現在參考圖2，其繪示圖1中所示之數位裝置之示意圖中之各個信號點的示意性電壓-時間波形。來自主要時鐘振盪器之複數個時鐘脈衝(波形A)係透過阻擋電容器120耦合至二極體118。二極體118對電壓儲存電容器116進行整流(僅使正電壓分量-波形B通過)，藉此將電壓儲存電容器116充電至大致等於複數個脈衝之電壓值之一正電壓(波形C)。在緩衝器122之輸出應被強迫至一穩定邏輯高(「1」)的情況下，亦可使用阻擋電容器120阻擋DC。電流汲入112自電壓儲存電容器116不斷地汲取一恆定電流，但此恆定電流大致小於當來自主要時鐘振盪器之複數個脈衝係操作時自二極體118供應的充電電流。然而，在主要時鐘振盪器停止工作(亦即，無複數個脈衝充電電壓儲存電容器116)的情況下，電流汲入112將對電壓儲存電容器116上的電壓電荷(波形C)進行線性降低汲取。
電壓比較器108用於在主要時鐘振盪器正在工作時及在其未工作時產生一信號至處理器102。可將電壓比較器108之輸出連接至處理器102(例如，用於一中斷或一喚醒之一輸入)，其中當電壓比較器108之輸出係處於一第一邏輯位準(例如，邏輯低(「0」))時，處理器102以一正常方式發揮作用(主要時鐘振盪器正在運行)，且當電壓比較器108之輸出係處於一第二邏輯位準(例如，邏輯高(「1」))時，警告處理器102主要時鐘振盪器已停止發揮作用(波形D)。藉由比較電壓儲存電容器116上之電壓與來自電壓參考110之一參考電壓(Vref)來確定來自電壓比較器108的輸出邏輯位準。當電壓儲存電容器116上之電壓電荷大於Vref時，電壓比較器108之輸出係處於第一邏輯位準，且當電壓儲存電容器116上之電壓電荷等於或小於Vref時，電壓比較器108之輸出係處於第二邏輯位準。最初，在電力接通重設(POR)或節電接通重設(BOR)期間，可忽略來自比較器108之輸出直至電壓儲存電容器116已藉由接收來自主要時鐘振盪器之初始幾個時鐘脈衝而充電到高達一正常操作電壓(外部時鐘操作)。電壓參考110可係耦合於一供應電壓與一供應共同點(一帶隙電壓參考等)之間之一電阻器網路分壓器。
處於第二邏輯位準之電壓比較器108之輸出可用於產生一中斷，該中斷可接著自一低功率休眠狀態(模式)喚醒處理器102或另一選擇係，中斷處理器102之常規操作且設定一主要時鐘振盪器故障旗標。
比較器108及電壓參考不必精確，乃因僅需要自正常操作之一粗略偏差來將比較器108之輸出切換至第二邏輯位準。電流汲入112針對一外部振盪器故障結合電壓儲存電容器116之電容值及其上之電壓電荷確定超時時間週期，且將致使電壓儲存電容器116上之電壓電荷線性地衰減。電流汲入112將處於比可自主要時鐘振盪器之複數個時鐘脈衝獲得之電流低的一電流，以使電壓儲存電容器116可自此複數個時鐘脈衝充電。用於使電壓儲存電容器116上之電壓等於或小於參考電壓之放電時間係大於複數個時鐘脈衝之一個時鐘週期。在主要時鐘振盪器之一故障之後達到參考電壓之放電時間可係(舉例而言，但不限於)100微秒。
外部時鐘信號(複數個時鐘脈衝)不可直接用於將電壓儲存電容器116充電，乃因在至二極體118之輸入信號黏滯在一邏輯高(例如，約Vdd)的情況下，則電流汲入112無法使電壓儲存電容器116放電。因此，阻擋電容器120係用於將來自主要時鐘振盪器之脈衝交流(AC)耦合至二極體118，二極體118僅允許一正電壓從中通過，有效地阻擋任何負電壓。作為使用阻擋電容器120之一結果，電壓儲存電容器116可僅在來自主要時鐘振盪器之脈衝正在接通與關斷雙態切換(存在來自主要時鐘振盪器之複數個時鐘脈衝)時充電。
雖然已藉由參考本發明之實例性實施例來繪示、闡述及界定了本發明之各項實施例，但此等參考並不意味著對本發明之一限定，且不應推斷出存在此限定。所揭示之標的物能夠在形式及功能上具有大量修改、變更及等效物，熟悉相關技術者將聯想到此等修改、變更及等效物並受益於本發明。所繪示及所闡述之本發明之各項實施例僅係實例，而非係對本發明範圍之窮盡性說明。
100．．．數位裝置
102．．．數位處理器
104．．．備用時鐘振盪器
106．．．計時器計數器
108．．．電壓比較器
110．．．電壓參考
112．．．電流汲入
116．．．電壓儲存電容器
118．．．二極體
120．．．直流(DC)阻擋電容器
122．．．緩衝器
124．．．振盪器反相器
128．．．頻率確定元件
130．．．負載電容器
132．．．負載電容器
A．．．時鐘脈衝波形/時序圖
B．．．正電壓分量波形
C．．．脈衝電壓值波形
D．．．主要時鐘振盪器波形
結合附圖參考上文闡述可獲得對本發明之一更全面地理解，在附圖中：
圖1圖解說明根據本發明之一特定實例性實施例之具有一電路之一數位裝置的一示意圖，該電路用於監測一外部頻率確定元件/振盪器之操作及在該外部頻率確定元件/振盪器出現故障的情況下給該數位裝置之一處理器發訊；及圖2圖解說明圖1中所示數位裝置之示意圖中之各個信號點之示意性電壓-時間波形。
雖然易於對本發明作出各種修改及替代形式，但在圖式中已展示並在本文中詳細闡述其特定實例性實施例。然而，應瞭解，本文對特定實例性實施例之闡述並非意欲將本發明限制於本文所揭示之特定形式，而是相反，本發明意欲涵蓋如隨附申請專利範圍所界定之所有修改及等效物。
100．．．數位裝置
102．．．數位處理器
104．．．備用時鐘振盪器
106．．．計時器計數器
108．．．電壓比較器
110．．．電壓參考
112．．．電流汲入
116．．．電壓儲存電容器
118．．．二極體
120．．．直流(DC)阻擋電容器
122．．．緩衝器
124．．．振盪器反相器
128．．．頻率確定元件
130．．．負載電容器
132．．．負載電容器

Claims (19)

  1. 一種具有一主要時鐘振盪器監測及警示之數位裝置，其包括：一處理器，其具有一操作模式及一低功率休眠模式；一計時器計數器，其具有耦合至該處理器之一輸入之一輸出及用於接受複數個時鐘脈衝之一輸入；一主要時鐘振盪器，其耦合至該計時器計數器之該輸入及一外部頻率確定元件，其中該主要時鐘振盪器以由該外部頻率確定元件確定之一頻率產生該複數個時鐘脈衝；一直流(DC)阻擋電容器，其耦合至該主要時鐘振盪器；二極體，其連接至該DC阻擋電容器；一電壓儲存電容器，其連接至該二極體，其中該電壓儲存電容器係透過該二極體且自該複數個時鐘脈衝充電至一電壓；一電流汲入，其連接至該電壓儲存電容器，其中當不自該複數個時鐘脈衝充電時，該電流汲入將該電壓儲存電容器上之該電壓放電；及一電壓比較器，其具有連接至該處理器之一輸入之一輸出、連接至該電壓儲存電容器之一第一輸入，及連接至一參考電壓之一第二輸入，其中當該電壓儲存電容器上之該電壓大於該參考電壓時，該電壓比較器之該輸出係處於一第一邏輯位準，且當該電壓儲存電容器之該電壓小於或等於該參考電壓時，該電壓比較器之該輸出係處於一第二邏輯位準。
  2. 如請求項1之數位裝置，其中當該處理器係處於該低功率休眠模式且該電壓比較器之該輸出係處於該第二邏輯位準時，該處理器返回至該操作模式。
  3. 如請求項1之數位裝置，其中當該處理器係處於該低功率休眠模式且該電壓比較器之該輸出係處於該第二邏輯位準時，該處理器返回至該操作模式且使用一備用時鐘以用於其操作。
  4. 如請求項1之數位裝置，其中當該處理器係處於該低功率休眠模式且該電壓比較器之該輸出係處於該第二邏輯位準時，該處理器返回至該操作模式且執行一主要時鐘振盪器故障程式常式。
  5. 如請求項1之數位裝置，其中當該處理器係處於該操作模式且該電壓比較器之該輸出係處於該第二邏輯位準時，該處理器使用一備用時鐘以用於其操作。
  6. 如請求項1之數位裝置，其中當該處理器係處於該操作模式且該電壓比較器之該輸出係處於該第二邏輯位準時，該處理器執行一主要時鐘振盪器故障程式常式。
  7. 如請求項1之數位裝置，其中該第一邏輯位準係一邏輯低且該第二邏輯位準係一邏輯高。
  8. 如請求項1之數位裝置，其中該第一邏輯位準係一邏輯高且該第二邏輯位準係一邏輯低。
  9. 如請求項1之數位裝置，其中該外部頻率確定元件係一晶體。
  10. 如請求項1之數位裝置，其中該外部頻率確定元件係一陶瓷共振器。
  11. 如請求項1之數位裝置，其中該參考電壓係由一電壓參考供應。
  12. 如請求項1之數位裝置，其中該電壓參考係一帶隙電壓參考。
  13. 如請求項1之數位裝置，其中自耦合於一供應電壓與一供應共同點之間之一電阻器網路分壓器供應該參考電壓。
  14. 如請求項1之數位裝置，其中該電流汲入係一恆定電流汲入。
  15. 如請求項14之數位裝置，其中該恆定電流汲入使該電壓儲存電容器及時地線性地放電。
  16. 如請求項1之數位裝置，進一步包括在起動時忽略該電壓比較器之該輸出直至該電壓儲存電容器自該複數個時鐘脈衝充電。
  17. 一種監測一數位裝置之一主要時鐘振盪器及在其出現故障時產生一警示的方法，該方法包括：以來自一主要時鐘振盪器之複數個脈衝將一電壓儲存電容器充電至一電壓；以一電壓比較器監測該電壓儲存電容器上之該電壓，其中當該電壓儲存電容器上之該電壓大於一參考電壓時，不自該電壓比較器發出警示，且當該電壓儲存電容器上之該電壓小於或等於該參考電壓時，自該電壓比較器發出該警示；及在自該電壓比較器發出該警示之後切換至一備用時鐘。
  18. 如請求項17之方法，其中一處理器具有一操作模式及一低功率休眠模式，該方法進一步包括當自該電壓比較器發出該警示時將該處理器自該低功率休眠模式喚醒至該操作模式的步驟。
  19. 如請求項17之方法，其中一處理器具有當自該電壓比較器發出該警示時起始的時鐘故障例外狀況程式常式。
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