TWI577134B - 使用充電時間量測單元之嵌入式微控制器振盪器的精確板上調諧 - Google Patents

使用充電時間量測單元之嵌入式微控制器振盪器的精確板上調諧 Download PDF

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TWI577134B
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Description

使用充電時間量測單元之嵌入式微控制器振盪器的精確板上調諧
本發明係關於需要一精確時脈振盪器之積體電路裝置，且更特定而言，係關於具有一精確時脈振盪器之積體電路裝置，該精確時脈振盪器與該積體電路裝置整合在一起。
隨著積體電路裝置併入有更精密及複雜之周邊裝置，需要對一內部時脈振盪器之精確運行時間控制。舉例而言，一USB 2.0整合式周邊裝置必須滿足0.25%之時脈頻率準確度。一典型應用將必須使用一外部晶體來將該時脈頻率控制為該準確度。然而，一外部晶體頻率判定裝置需要兩個積體電路接針用於連接至該積體電路裝置中之內部振盪器電路。此造成低接針計數積體電路裝置之一問題，此乃因極少數封裝接針中之兩者必須專用於外部晶體。
使用內部頻率判定元件之一積體電路裝置將消除對連接至一晶體之外部接針要求。具有內部頻率判定元件之此一振盪器(例如，自含式振盪器)可係(例如，但不限於)一電阻器-電容器(RC)振盪器。但存在一問題，此乃因一內部自含式RC振盪器可在頻率上漂移，即使在製造積體電路裝置時對該振盪器進行了精確校準。此漂移可歸因於封裝應力、製作焊接應力、溫度及/或電壓改變等。
因此，需要一種精確運行時間自調諧機構，其將在一時間、溫度及操作條件改變範圍內維持一內部自含式時脈振 盪器之一所要頻率準確度。
根據一實施例，一種包括具有藉由使用一充電時間量測單元(CTMU)自動維持之一精確頻率之一頻率可調諧內部時脈振盪器之積體電路裝置可包括：一充電時間量測單元(CTMU)，其具有一已知值電容器及一已知值恆定電流源；一頻率可調諧時脈振盪器，其以一頻率將一時脈信號供應至該CTMU；一類比轉數位轉換器(ADC)，其耦合至該CTMU；及一數位處理器，其具有一記憶體，該數位處理器耦合至該CTMU、該頻率可調諧時脈振盪器及該ADC，其中在偵測到該時脈信號之指示其一週期之一開頭之一第一邏輯轉變之後，該數位處理器旋即致使該CTMU開始用該已知值恆定電流源充電該已知值電容器，在偵測到該時脈信號之指示其該週期之一結尾之一第二邏輯轉變之後，該CTMU旋即停止充電該電容器，該ADC取樣該電容器上之一電壓並將該電壓轉換為一數位電壓值，該數位處理器自該ADC讀取該數位電壓值並將此數位電壓值轉換成一週期時間值，該數位處理器比較該週期時間值與一參考週期時間值，其中：若該週期時間值大於該參考週期時間值，則該數位處理器致使該頻率可調諧時脈振盪器增加其該頻率，若該週期時間值小於該參考週期時間值，則該數位處理器致使該頻率可調諧時脈振盪器減小其該頻率，且若該週期時間值與該參考週期時間值實質上相同，則不改變該頻率可調諧時脈振盪器之該頻率。
根據又一實施例，該週期時間值表示複數個時脈信號週 期之一時間值。根據又一實施例，該CTMU可包括：一恆定電流源；一電流引導開關，其耦合至該恆定電流源；該電容器耦合至該電流引導開關，其中在該電流引導開關將該恆定電流源耦合至該電容器時該電容器上之該電壓在時間上實質上線性增加；及用於控制該電流引導開關之一電路，其中該電流引導開關在偵測到該時脈信號之該第一邏輯轉變之後旋即將該電容器耦合至該恆定電流源，且在偵測到該時脈信號之一第二邏輯轉變之後旋即將該電容器與該恆定電流源解耦。
根據又一實施例，用於控制該電流引導開關之該電路可包括：一第一正反器，其具有耦合至該時脈信號之一正邊緣觸發時脈輸入及耦合至該數位處理器之一重設輸入；一反相器，其具有耦合至該時脈信號之一輸入；一第二正反器，其具有耦合至該反相器之一輸出之一正邊緣觸發時脈輸入及耦合至該數位處理器之一重設輸入；及一「及」閘，其具有耦合至該第一正反器之一Q輸出之一第一輸入、耦合至該第二正反器之一非Q輸出之一第二輸入及耦合至該電流引導開關之一控制輸入之一輸出；其中該數位處理器重設該第一正反器及該第二正反器。
根據又一實施例，用於控制該電流引導開關之該電路可包括：一除N分頻器，其具有耦合至該時脈信號之一輸入；一第一正反器，其具有耦合至該除N分頻器之一輸出之一正邊緣觸發時脈輸入及耦合至該數位處理器之一重設輸入；一反相器，其具有耦合至該除N分頻器之該輸出之 一輸入；一第二正反器，其具有耦合至該反相器之一輸出之一正邊緣觸發時脈輸入及耦合至該數位處理器之一重設輸入；及一「及」閘，其具有耦合至該第一正反器之一Q輸出之一第一輸入、耦合至該第二正反器之一非Q輸出之一第二輸入及耦合至該電流引導開關之一控制輸入之一輸出；其中該數位處理器重設該第一正反器及該第二正反器以及該除N分頻器。
根據又一實施例，該ADC係一連續近似ADC。根據又一實施例，該ADC係一Σ-△ ADC。根據又一實施例，一電壓取樣電路取樣該電容器上之電壓並將該經取樣電壓耦合至該Σ-△ ADC。
根據又一實施例，該數位處理器自電容之已知值及電壓之數位表示來計算該時脈信號週期時間值。根據又一實施例，該數位處理器係一微控制器。根據又一實施例，該數位處理器係一微控制器。根據又一實施例，該數位處理器選自由以下各項組成之群組：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)及一特殊應用積體電路(ASIC)。根據又一實施例，該CTMU、該頻率可調諧時脈振盪器、該ADC及該數位處理器製作於一積體電路晶粒上。根據又一實施例，該積體電路晶粒包封於一積體電路封裝中。
根據又一實施例，該頻率可調諧時脈振盪器包括一增加/減小計數器及複數個二進制加權頻率判定元件。根據又一實施例，該等頻率判定元件選自由以下各項組成之群組中 之任何一或多者：電容器、電阻器、電感器及恆定電流源。根據又一實施例，該可調諧時脈振盪器之該頻率維持在一所要頻率之至少0.25%內。根據又一實施例，一溫度感測器耦合至該數位處理器，且一溫度補償查找表儲存於該記憶體中且用以在一溫度操作範圍內補償該CTMU。根據又一實施例，一電壓感測器耦合至該數位處理器，且一電壓補償查找表儲存於該記憶體中且用以在一電壓操作範圍內補償該CTMU。
根據另一實施例，一種用於使一積體電路裝置中之一時脈振盪器維持處於一精確頻率之方法可包括以下步驟：提供一充電時間量測單元(CTMU)，其具有一已知值電容器及一已知值恆定電流源；提供一頻率可調諧時脈振盪器，其以一頻率將一時脈信號供應至該CTMU；提供一類比轉數位轉換器(ADC)，其耦合至該CTMU；及提供一數位處理器，其具有一記憶體，該數位處理器耦合至該CTMU、該頻率可調諧時脈振盪器及該ADC，其中在偵測到該時脈信號之指示其一週期之一開頭之一第一邏輯轉變之後，該數位處理器旋即致使該CTMU開始用該已知值恆定電流源充電該已知值電容器，在偵測到該時脈信號之指示其該週期之一結尾之一第二邏輯轉變之後，該CTMU旋即停止充電該電容器，藉助該ADC取樣該電容器上之一電壓並將該電壓轉換為一數位電壓值，藉助該數位處理器自該ADC讀取該數位電壓值，藉助該數位處理器將該數位電壓值轉換成一週期時間值，藉助該數位處理器比較該週期時間值與 一參考週期時間值，其中：若該週期時間值大於該參考週期時間值，則增加該可調諧時脈振盪器之該頻率，若該週期時間值小於該參考週期時間值，則減小該可調諧時脈振盪器之該頻率，且若該週期時間值與該參考週期時間值實質上相同，則不改變該頻率可調諧時脈振盪器之該頻率。根據該方法之又一實施例，該週期時間值表示複數個時脈信號週期之一時間值。
結合附圖參考下文說明可更全面地理解本發明。
儘管易於對本發明作出各種修改及替代形式，但在圖式中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不意欲將本發明限定於本文中揭示之特定形式，而是相反，本發明欲涵蓋隨附申請專利範圍所定義之所有修改及等效形式。
根據本發明之教示，一充電時間量測單元(CTMU)用於判定內部自含式時脈振盪器之自由運行頻率且提供用於確認一所要精確時脈頻率(例如，在所要頻率之0.25%內)正在運行之極準確頻率(週期)資訊或將該時脈振盪器之頻率調整多少及向哪一方向調整以維持所要之頻率精確度之一指示。可實施內部自含式時脈振盪器之自動頻率調整以便維持其所要精確頻率。可將用於維持該CTMU之準確度之溫度及電壓補償設定檔儲存於一表(例如，非揮發性記憶體)中，用於進一步改良該內部自含式時脈振盪器之絕對頻率準確度。
該CTMU更全面地闡述於Microchip applications notes AN1250、AN1375等(可在www.microchip.com處獲得)以及美國專利第7,460,441 B2號及第7,764,213 B2號中；其中所有這些出於所有目的而以引用方式併入本文中。藉由在時脈頻率之一或多個週期內用一已知值恆定電流源來充電一已知值電容器、然後取樣形成於該電容器上之一電壓而達成CTMU週期/頻率量測準確度。然後，藉助一類比轉數位轉換器(ADC)將此經取樣電壓轉換成一數位值，且可使用一查找表(或以其他手段)將經取樣電壓之數位值轉換成一週期(頻率)值用於與一週期參考值相比較。若該週期值大於週期參考值，則必須對振盪器頻率進行頻率增加調整，且若該週期值小於週期參考值，則必須對振盪器頻率進行頻率減小調整。若該週期值在一可接受範圍內(例如，所要頻率之0.25%內)，則不需要調整振盪器頻率。
可藉由接入或斷開包括頻率判定電路之電容器及/或電阻器透過類比及/或數位手段來調整振盪器頻率，可調整至一電壓可變振盪器之電壓以使振盪器頻率變大或變小，可調整至一電流可變振盪器之電流以使振盪器頻率變大或變小，等等。可使用一數位處理器(例如，微控制器)來控制CTMU、取樣CTMU電容器上之電壓電荷、判定振盪器頻率(週期)及在必要時致使對振盪器頻率之校正以維持所要振盪器頻率精確度。此可全部以積體電路裝置之一使用者清楚之一自動閉環方式發生。
現在參考圖式，示意性地圖解說明特定實例性實施例之 細節。在該等圖式中，相同的元件將由相同的編號表示，且相似的元件將由帶有一不同小寫字母後綴的相同編號表示。
參考圖1，其繪示正自一恆定電流源充電之一電容器之一時間-電壓圖表。當透過一恆定電流源104充電一電容器118時，跨越電容器118之電壓V根據方程式(1)隨時間線性增加：I=C * dV/dT 方程式(1)其中C係電容器118之電容值，I係來自恆定電流源104之電流且V係時間T處電容器118上之電壓。當已知電流I、時間T及電壓V中之任何兩個值時，可自該兩個已知值計算另一未知值。舉例而言，若已知電容器118之電容及來自恆定電流源104之充電電流，則可判定電壓V1處之時間T1及電壓V2處之時間T2。以一類似方式，若已知電壓V1及V2(例如，V1與V2之間的電壓差)及時間T1與時間T2之間的已過去時間，則可判定電容C。
現在參考圖2，其繪示根據本發明之教示之一高解析度時間週期量測電路之一示意圖。該高解析度時間量測電路(通常由編號200表示)可包括一恆定電流源104、電流引導開關112及114、一電容器118、一電壓取樣開關116及一電荷排放開關120。可藉由閉合電荷排放開關120以便移除電容器118上之任何電荷(電壓)(短接至接地或共同電位VSS)來將電容器118初始化至實質上零電荷。亦可藉由閉合電壓取樣開關116藉助一類比轉數位轉換器(ADC)108(例 如，Σ-△)來取樣電容器118上之一初始電荷(電壓)而判定該電壓。電容器118可係一切換式電容器連續近似類比轉數位轉換器之部分，其中電壓取樣開關116係不必要的。
電流引導開關112及114可係整合至亦可含有本文中更全面論述之其他數位邏輯及類比電路之一積體電路基板(未展示)上之場效應電晶體等。電流引導開關112及114經組態以使得恆定電流源104始終感受到一負載，亦即，當開光114閉合且開關112斷開時，恆定電流源104耦合至共同電位VSS，且當開關112閉合且開關114斷開時，恆定電流源104耦合至電容器118。可自一開始/停止控制信號133控制電流引導開關112及114。舉例而言，當開始/停止控制信號133處於一邏輯「0」(低)時，開關114閉合且開關112斷開，或當開始/停止控制信號133處於一邏輯「1」(高)時，開關114斷開且開關112閉合。恆定電流源104將電容器118充電至直接取決於電流引導開關112閉合之時間長度之一電壓值，如由上文方程式1所判定。
開始/停止控制信號133在將針對其判定一時間週期之一事件之開頭(開始)處發生一正(例如，邏輯0至邏輯1)轉變(例如，↑時脈邊緣1)之後旋即變為一邏輯1。電容器118將由恆定電流源104充電，直至藉由開始/停止控制信號133在將針對其判定時間週期之事件之結尾處發生一負(例如，邏輯1至邏輯0)轉變(例如，↓時脈邊緣2)之後旋即變回至一邏輯0而斷開電流引導開關112為止。
可藉助一邏輯電路產生開始/停止控制信號133，該邏輯 電路包括一第一正反器126、一第二正反器128、一「及」閘124及一反相器136。在事件發生之前，已藉由來自數位處理器106之一CTMU重設信號130重設第一正反器126及第二正反器128(以及除N計數器138，若使用)以使得第一正反器126及第二正反器128之Q輸出處於一邏輯0。處於邏輯0之此等Q輸出致使「及」閘124輸出處於一邏輯0。「及」閘124之輸出產生開始/停止控制信號133。當在第一正反器126之時脈輸入處發生↑事件邊緣1時，第一正反器126之Q輸出變為一邏輯1。由於第二正反器128之非Q輸出亦處於一邏輯1，因此「及」閘124之輸出將變為一邏輯1，由此針對開始/停止控制信號133產生一邏輯1。第一正反器126及第二正反器128係正邊緣觸發(當至正反器之時脈輸入之信號自一邏輯0(低)變為一邏輯1(高)時)。
當開始/停止控制信號133處於一邏輯1時，電流引導開關112閉合(接通)且恆定電流源104開始充電電容器118。恆定電流源104繼續充電電容器118直至開始/停止控制信號133變回至一邏輯0，藉此斷開(關斷)電流引導開關112。在此特定實施例中，當「及」閘124之輸入中之一或多者處於一邏輯0時，「及」閘124之輸出(亦即，開始/停止控制信號133)將變為一邏輯0。「及」閘124之一輸入處之一邏輯0發生於在第二正反器128之時脈輸入處發生↓時脈邊緣2時。因此，電容器118僅在↑時脈邊緣1與↓時脈邊緣2之發生之間充電。雙態切換正反器126及正反器128之此序列僅可發生一次，且必須在再次取時脈頻率之另一時間週期樣 本之前自數位處理器106發送CTMU重設信號130。因此，數位處理器106可以經程式化之間隔來取樣時脈頻率，其中可藉由積體電路裝置(積體電路晶粒202)之時脈頻率漂移特性及其必要之任何頻率調整來判定該等間隔。
藉由在↓時脈邊緣2之後藉助一類比轉數位轉換器(ADC)108量測電容器118上之電壓，可結合電容器118之已知電容值使用表示↑時脈邊緣1與↓時脈邊緣2之間的時間間隔(週期)之一電壓來以極精確解析度計算時間間隔(時脈信號之週期)。舉例而言，可藉由使用電容器118上之所量測電壓及其已知電容值藉助執行上文方程式(1)之計算之數位處理器106來判定事件時間週期之計算。因此，時間週期量測精確度隨ADC 108解析度(例如，10或12個位元)及電容器118之所量測電容之準確度而變。可藉助在判定時間間隔(時脈信號之週期)中允許ADC解析度之更精細細微度之一除N計數器138來達成時脈信號之時間週期之解析度之一進一步改良。亦可藉由使用一外部高度準確頻率量測裝置(例如，頻率計數器)使電容器118上之各別電荷電壓與儲存於記憶體140之一非揮發性部分中之相關結果相關而在生產積體電路裝置期間或在現場對ADC輸出及週期時間進行精細調諧。
電荷排放開關120及電壓取樣開關116僅用於標準取樣與保持操作，其中電容器118可係將一經取樣類比電壓饋送至ADC 108之類比輸入之取樣與保持電路之部分或可係一連續近似ADC之部分。高解析度時間週期量測電路200可 製作於一積體電路晶粒202上，且積體電路晶粒202可包封於一積體電路封裝(未展示)中。可以一充電時間量測單元(CTMU)周邊裝置來實施前述高解析度時間週期量測電路200，該充電時間量測單元(CTMU)周邊裝置更全面地闡述於Microchip applications notes AN1250、AN1375等(可在www.microchip.com處獲得)以及美國專利第7,460,441 B2號及第7,764,213 B2號中，其中所有這些出於所有目的而以引用方式併入本文中。
記憶體140可係揮發性及/或非揮發性記憶體。可將一軟體及/或韌體操作程式及溫度及/或電壓補償表儲存於耦合至數位處理器106之記憶體140中。可藉由量測頻率(如上文所提及)並使該頻率隨溫度及/或電壓之任何改變相關來在測試積體電路裝置期間定義溫度及/或電壓補償表。
參考圖3，其繪示圖2之高解析度時間週期量測電路之一示意性時序圖。在頂部時序圖中，在時脈邊緣1與時脈邊緣2之間取時脈信號之一時間週期。在底部時序圖中，取四倍於該時脈信號週期之一時間週期。此係藉由使用除N計數器138獲得且產生時間解析度之一更精細細微度。由於與時脈信號之週期相比，時脈振盪器之任何頻率漂移通常將在一長時間週期上，因此當時脈頻率在所要頻率容差內時，時脈振盪器週期之一取樣僅需以不頻繁間隔發生。僅在必須改變時脈頻率以使其返回至所要頻率容差內時將需要時脈頻率週期之一更頻繁取樣，例如，在每一頻率改變之後，進行一新時間週期量測直至時脈頻率在所要頻率 容差內為止。
參考圖4，其繪示根據本發明之一特定實例性實施例之具有一內部時脈振盪器之一積體電路裝置之一示意性方塊圖，該內部時脈振盪器具有使用一CTMU進行精確頻率判定及其調諧的振盪器之板上調諧。積體電路裝置202包括一時脈振盪器240、一振盪器調諧電路242、一CTMU 200、一ADC 108及一數位處理器106。舉例而言，數位處理器106可係(例如，但不限於)一微控制器、一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)、一特殊應用積體電路(ASIC)等。
時脈振盪器240之一輸出耦合至CTMU 200之一時脈輸入。CTMU 200及ADC 108用於精確地判定時脈振盪器240之一(多個)週期，如圖2及圖3中所展示以及上文所闡述。當時脈週期(頻率)大於(小於)一所要時脈週期(頻率)時，數位處理器106將發送一遞增信號132至振盪器調諧電路242，然後振盪器調諧電路242增加時脈振盪器240之頻率。當時脈週期(頻率)小於(大於)所要時脈週期(頻率)時，數位處理器106將一遞減信號134發送至振盪器調諧電路242，然後振盪器調諧電路242減小時脈振盪器240之頻率。當時脈週期與所要時脈週期(頻率)實質上相同時，數位處理器106將不進行任何操作而致使振盪器調諧電路242改變時脈振盪器240之頻率。
可透過一類比或數位介面(此取決於感測器之輸出)將一溫度感測器142及/或一電壓感測器144耦合至數位處理器 106。溫度感測器142可用於自儲存於記憶體140中之一溫度補償表來判定對CTMU之溫度補償。電壓感測器144可用於自儲存於記憶體140中之一電壓補償表來判定對CTMU之電壓補償。
參考圖5，其繪示圖4中所展示之內部時脈振盪器及其調諧電路之一更詳細之示意性方塊圖。振盪器調諧電路242可包括一增加/減小計數器210及一頻率判定電路220。可自數位處理器106給增加/減小計數器210預載入一特定計數。可在製造積體電路裝置時或在積體電路裝置之一校準期間由一使用者在現場判定此特定計數。當時脈頻率大於所要時脈頻率時，至增加/減小計數器210之遞減信號134經確證以使得頻率判定電路增加時脈振盪器頻率，且當時脈頻率小於所要時脈頻率時，至增加/減小計數器210之遞增信號132經確證以使得頻率判定電路提升時脈振盪器頻率。
頻率判定電路220可由諸如電容器(圖6)、電阻器(未展示)、電感器(未展示)、恆定電流源(未展示)等或其組合之組件組成。可根據增加/減小計數器210之二進制(或BCD)輸出Q3至Q0增加及減小頻率判定電路220之調諧組件值。因此，時脈振盪器240之頻率將改變。可藉由增加/減小計數器210之位元數目來判定頻率改變解析度。
參考圖6，其繪示根據本發明之一特定實例性實施例之圖5中所展示之頻率判定電路之一示意圖。頻率判定電路220(圖5)可由複數個二進制加權電容器250組成，該複數 個二進制加權電容器250耦合至時脈振盪器240且判定其頻率。亦可以一類似方式利用電阻器及/或電流源，熟習數位電路設計且受益於本發明之技術者將知曉此實施方案。
雖然已參考本發明之實例性實施例來繪示、闡述及界定本發明之實施例，但此種參考並不暗示對本發明之一限定，且不應推斷出存在此種限定。所揭示之標的物能夠在形式及功能上具有大量修改、改動及等效形式，相關技術的且受益於本發明之技術人員根據本發明將會聯想到此等修改、改動及等效形式。所繪示及所闡述之本發明實施例僅係實例，而並非係對本發明範疇之窮盡性說明。
104‧‧‧恆定電流源
106‧‧‧數位處理器
108‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
112‧‧‧電流引導開關/開關
114‧‧‧電流引導開關/開關
116‧‧‧電壓取樣開關
118‧‧‧電容器
120‧‧‧電荷排放開關
124‧‧‧「及」閘
126‧‧‧第一正反器
128‧‧‧第二正反器
130‧‧‧充電時間量測單元重設信號
132‧‧‧遞增信號
133‧‧‧開始/停止控制信號
134‧‧‧遞減信號
136‧‧‧反相器
138‧‧‧除N計數器
140‧‧‧記憶體
142‧‧‧溫度感測器
144‧‧‧電壓感測器
200‧‧‧高解析度時間週期量測電路/充電時間量測單元(CTMU)
202‧‧‧積體電路晶粒
210‧‧‧增加/減小計數器
220‧‧‧頻率判定電路
240‧‧‧時脈振盪器
242‧‧‧振盪器調諧電路
250‧‧‧二進制加權電容器
C‧‧‧電容
I‧‧‧電流
T1‧‧‧時間
T2‧‧‧時間
V‧‧‧電壓
V1‧‧‧電壓
V2‧‧‧電壓
VSS‧‧‧接地或共同電位
圖1圖解說明正自一恆定電流源充電之一電容器之一時間-電壓圖表；圖2圖解說明根據本發明之教示之一高解析度時間週期量測電路之一示意圖；圖3圖解說明圖2之高解析度時間週期量測電路之一示意性時序圖；圖4圖解說明根據本發明之一特定實例性實施例之具有一內部時脈振盪器之一積體電路裝置之一示意性方塊圖，該內部時脈振盪器具有使用一CTMU進行精確頻率判定及其調諧的振盪器之板上調諧；圖5圖解說明圖5中所展示之內部時脈振盪器及其調諧電路之一更詳細之示意性方塊圖；且圖6圖解說明根據本發明之一特定實例性實施例之圖5中 所展示之頻率判定電路之一示意圖。
104‧‧‧恆定電流源
106‧‧‧數位處理器
108‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
112‧‧‧電流引導開關/開關
114‧‧‧電流引導開關/開關
116‧‧‧電壓取樣開關
118‧‧‧電容器
120‧‧‧電荷排放開關
124‧‧‧「及」閘
126‧‧‧第一正反器
128‧‧‧第二正反器
130‧‧‧充電時間量測單元重設信號
132‧‧‧遞增信號
133‧‧‧開始/停止控制信號
134‧‧‧遞減信號
136‧‧‧反相器
138‧‧‧除N計數器
140‧‧‧記憶體
200‧‧‧高解析度時間週期量測電路/充電時間量測單元(CTMU)
202‧‧‧積體電路晶粒
VSS‧‧‧接地或共同電位

Claims (20)

  1. 一種具有一頻率可調諧內部時脈振盪器之積體電路裝置，該頻率可調諧內部時脈振盪器具有藉由使用一充電時間量測單元(CTMU)自動維持之一精確頻率，該積體電路裝置包括：一充電時間量測單元(CTMU)，其具有一已知值電容器及一已知值恆定電流源；一頻率可調諧時脈振盪器，其以一頻率將一時脈信號供應至該CTMU；一類比轉數位轉換器(ADC)，其耦合至該CTMU；及一數位處理器，其具有一記憶體，該數位處理器耦合至該CTMU、該頻率可調諧時脈振盪器及該ADC，其中在偵測到該時脈信號之指示其一週期之一開頭之一第一邏輯轉變之後，該數位處理器旋即致使該CTMU開始用該已知值恆定電流源充電該已知值電容器，在偵測到該時脈信號之指示其該週期之一結尾之一第二邏輯轉變之後，該CTMU旋即停止充電該電容器，該ADC取樣該電容器上之一電壓並將該電壓轉換為一數位值，該數位處理器自該ADC讀取該數位值並將此數位值轉換成一週期時間值，該數位處理器比較該週期時間值與一參考週期時間值，其中： 若該週期時間值大於該參考週期時間值，則該數位處理器致使該頻率可調諧時脈振盪器增加其該頻率，若該週期時間值小於該參考週期時間值，則該數位處理器致使該頻率可調諧時脈振盪器減小其該頻率，且若該週期時間值與該參考週期時間值實質上相同，則不改變該頻率可調諧時脈振盪器之該頻率。
  2. 如請求項1之積體電路裝置，其中該週期時間值表示複數個時脈信號週期之一時間值。
  3. 如請求項1之積體電路裝置，其中該CTMU進一步包括：一電流引導開關，其耦合至該恆定電流源；該電容器耦合至該電流引導開關，其中在該電流引導開關將該恆定電流源耦合至該電容器時該電容器上之該電壓在時間上實質上線性增加；及用於控制該電流引導開關之一電路，其中該電流引導開關在偵測到該時脈信號之該第一邏輯轉變之後旋即將該電容器耦合至該恆定電流源，且在偵測到該時脈信號之一第二邏輯轉變之後旋即將該電容器與該恆定電流源解耦。
  4. 如請求項3之積體電路裝置，其中用於控制該電流引導開關之該電路包括：一第一正反器，其具有耦合至該時脈信號之一正邊緣觸發時脈輸入及耦合至該數位處理器之一重設輸入； 一反相器，其具有耦合至該時脈信號之一輸入；一第二正反器，其具有耦合至該反相器之一輸出之一正邊緣觸發時脈輸入及耦合至該數位處理器之一重設輸入；及一「及」閘，其具有耦合至該第一正反器之一Q輸出之一第一輸入、耦合至該第二正反器之一非Q輸出之一第二輸入及耦合至該電流引導開關之一控制輸入之一輸出；其中該數位處理器重設該第一正反器及該第二正反器。
  5. 如請求項4之積體電路裝置，其中用於控制該電流引導開關之該電路包括：一除N分頻器，其具有耦合至該時脈信號之一輸入以及耦合至該反相器(136)之該輸入及該第一正反器(126)之該正邊緣觸發時脈輸入的一輸出。
  6. 如請求項1之積體電路裝置，其中該ADC係一連續近似ADC。
  7. 如請求項1之積體電路裝置，其中該ADC係一Σ-△ ADC。
  8. 如請求項7之積體電路裝置，其進一步包括一電壓取樣電路，該電壓取樣電路用於取樣該電容器上之該電壓並將該經取樣電壓耦合至該Σ-△ ADC。
  9. 如請求項1之積體電路裝置，其中該數位處理器自電容之已知值及該電壓之數位表示來計算該時脈信號週期時間值。
  10. 如請求項1之積體電路裝置，其中該數位處理器係一微控制器。
  11. 如請求項1之積體電路裝置，其中該數位處理器選自由以下各項組成之群組：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)及一特殊應用積體電路(ASIC)。
  12. 如請求項1之積體電路裝置，其中該CTMU、該頻率可調諧時脈振盪器、該ADC及該數位處理器製作於一積體電路晶粒上。
  13. 如請求項12之積體電路裝置，其中該積體電路晶粒包封於一積體電路封裝中。
  14. 如請求項1之積體電路裝置，其中該頻率可調諧時脈振盪器包括一增加/減小計數器及複數個二進制加權頻率判定元件。
  15. 如請求項14之積體電路裝置，其中該等頻率判定元件選自由以下各項組成之群組中之任何一或多者：電容器、電阻器、電感器及恆定電流源。
  16. 如請求項14之積體電路裝置，其中該可調諧時脈振盪器之該頻率維持在一所要頻率之至少0.25%內。
  17. 如請求項1之積體電路裝置，其進一步包括：一溫度感測器，其耦合至該數位處理器；及一溫度補償查找表，其儲存於該記憶體中且用以在一溫度操作範圍內補償該CTMU。
  18. 如請求項1之積體電路裝置，其進一步包括：一電壓感 測器，其耦合至該數位處理器；及一電壓補償查找表，其儲存於該記憶體中且用以在一電壓操作範圍內補償該CTMU。
  19. 一種用於使一積體電路裝置中之一時脈振盪器維持處於一精確頻率之方法，該方法包括以下步驟：提供一充電時間量測單元(CTMU)，其具有一已知值電容器及一已知值恆定電流源；提供一頻率可調諧時脈振盪器，其以一頻率將一時脈信號供應至該CTMU；提供一類比轉數位轉換器(ADC)，其耦合至該CTMU；及提供一數位處理器，其具有一記憶體，該數位處理器耦合至該CTMU、該頻率可調諧時脈振盪器及該ADC，其中在偵測到該時脈信號之指示其一週期之一開頭之一第一邏輯轉變之後，該數位處理器旋即致使該CTMU開始用該已知值恆定電流源充電該已知值電容器，在偵測到該時脈信號之指示其該週期之一結尾之一第二邏輯轉變之後，該CTMU旋即停止充電該電容器，藉助該ADC取樣該電容器上之一電壓並將該電壓轉換為一數位值，藉助該數位處理器自該ADC讀取該數位值，藉助該數位處理器將該數位值轉換成一週期時間 值，藉助該數位處理器比較該週期時間值與一參考週期時間值，其中：若該週期時間值大於該參考週期時間值，則增加該可調諧時脈振盪器之該頻率，若該週期時間值小於該參考週期時間值，則減小該可調諧時脈振盪器之該頻率，且若該週期時間值與該參考週期時間值實質上相同，則不改變該頻率可調諧時脈振盪器之該頻率。
  20. 如請求項19之方法，其中該週期時間值表示複數個時脈信號週期之一時間值。
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