專利名稱：高精度振蕩器及其自校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度振蕩器及其自校準(zhǔn)方法，具體地講，涉及一種具有自校準(zhǔn)功能的高精度振蕩器和用于高精度振蕩器的自校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的振蕩電路在封裝振蕩器的集成電路之外通過外加電阻器和電容器來調(diào)整振蕩電路的振蕩頻率。利用外加的電阻器和電容器來調(diào)整振蕩頻率的方式，雖然可以獲得比較好的準(zhǔn)確度的振蕩頻率，但外加電阻器和電容器會增加集成電路封裝的管腳、振蕩電路的面積以及電阻器和電容器的成本，從而增加了整個振蕩電路的成本。

圖1是傳統(tǒng)的使用外部晶振為芯片提供時鐘的電路的示意圖。該電路通過外接晶振CR、負(fù)載電容器Cl和C2以及芯片內(nèi)部集成的晶振驅(qū)動電路來為芯片產(chǎn)生時鐘。圖1所示的電路采用傳統(tǒng)的晶振電路為芯片提供時鐘，所以需要使用獨(dú)立的晶振和外部負(fù)載電容器，從而增加了成本。另外，由于外接晶振電路而占用了芯片的兩個管腳， 所以圖1所示的電路不適合管腳數(shù)目比較少的芯片，從而限制了該電路的應(yīng)用范圍。圖2是振蕩頻率可調(diào)的內(nèi)部振蕩器電路，該內(nèi)部振蕩器電路通過頻率控制電路和內(nèi)部振蕩器來產(chǎn)生芯片所需要的時鐘。頻率控制電路用于產(chǎn)生內(nèi)部振蕩器的控制位，內(nèi)部振蕩器根據(jù)不同的控制位產(chǎn)生不同的輸出頻率。為了獲得所需要的頻率，可以通過掃描所有碼元的方法獲得最接近目標(biāo)頻率的控制位來實(shí)現(xiàn)，這種方法主要通過軟件實(shí)現(xiàn)。圖2所示的電路雖然可以通過頻率控制電路來控制內(nèi)部振蕩器的頻率，但是為了獲取最優(yōu)的結(jié)果，其掃描次數(shù)可能需要2N次(N是內(nèi)部振蕩器控制位的位數(shù))，掃描時間比較長，而且不同的芯片所對應(yīng)的控制位的數(shù)值不一定完全相同，因此圖2所示的電路不利于產(chǎn)品出產(chǎn)時的固化。圖3a是振蕩頻率自動可調(diào)的內(nèi)部振蕩器電路，所述內(nèi)部振蕩器電路包括頻率比較器、逐次逼近比較器(SAR)和內(nèi)部振蕩器。頻率比較器將內(nèi)部振蕩器的當(dāng)前內(nèi)部振蕩器頻率和目標(biāo)頻率進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出到逐次逼近比較器。逐次逼近比較器根據(jù)該比較結(jié)果確定將逐次逼近比較器相應(yīng)位置1或清零。圖北是與振蕩頻率自動可調(diào)的內(nèi)部振蕩器電路相應(yīng)的方法的流程圖。假設(shè)內(nèi)部振蕩器共有N個控制位，并且內(nèi)部振蕩器的輸出頻率隨著控制數(shù)值的增加而不斷增加。在自動校準(zhǔn)中，首先將逐次逼近比較器的第(N-I)位置1，將第(N-幻位至第0位都清零。將當(dāng)前的內(nèi)部振蕩器頻率和目標(biāo)頻率進(jìn)行比較，如果內(nèi)部振蕩器頻率i^osc大于目標(biāo)頻率，則將第(N-I)位清零；如果內(nèi)部振蕩器頻率小于目標(biāo)頻率，則將第(N-I)位保持為1，然后將第(N-幻位置1，并將第(ND至第0位依然保持為0，然后繼續(xù)比較內(nèi)部振蕩器頻率和目標(biāo)頻率，從而確定第(N-幻位的值，如此反復(fù)，直到確定了第0位的值為止?？赏ㄟ^軟件或硬件方法實(shí)現(xiàn)所述方法。以下將參照表1對具有3位控制位的內(nèi)部振蕩器舉例說明，表1示出了所述內(nèi)部振蕩器的頻率與控制位的對應(yīng)關(guān)系。
表 權(quán)利要求
1.一種具有自校準(zhǔn)功能的高精度振蕩器，包括 振蕩單元，產(chǎn)生振蕩信號；頻率比較器，從振蕩單元接收振蕩信號，并基于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)來比較預(yù)設(shè)的參考信號的頻率和振蕩信號的頻率；逐次逼近比較器，基于頻率比較器的比較結(jié)果來獲得初始控制碼元； 后處理模塊，基于初始控制碼元產(chǎn)生相鄰控制碼元，并基于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)從初始控制碼元和相鄰控制碼元中選擇一個作為最終控制碼元，并將最終控制碼元輸出到振蕩單元，其中，振蕩單元基于最終控制碼元進(jìn)行自校準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的高精度振蕩器，其特征在于頻率比較器包括 參考信號計(jì)數(shù)器，對參考信號的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)；振蕩信號計(jì)數(shù)器，如果參考信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值小于預(yù)定閾值M,則振蕩信號計(jì)數(shù)器對振蕩信號的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到參考信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)定閾值M，振蕩信號計(jì)數(shù)器輸出當(dāng)前的計(jì)數(shù)值；比較單元，從振蕩信號計(jì)數(shù)器接收計(jì)數(shù)值，并將該計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
3.如權(quán)利要求2所述的高精度振蕩器，其特征在于所述逐次逼近比較器通過以下操作獲得初始控制碼元令變量K = N-I,將第K控制位置1，第0位至第K-I控制位置0，其中，N為振蕩單元的控制位的數(shù)量；根據(jù)比較單元的比較結(jié)果來設(shè)置第K位的值如果比較單元的比較結(jié)果是振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值大于或等于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)，則保持第K控制位為1 ；如果比較單元的比較結(jié)果是振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值小于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)，則將第K控制位置0 ； 設(shè) K = K-I ；如果K大于或等于0，則重復(fù)以上操作。
4.如權(quán)利要求1所述的高精度振蕩器，其特征在于所述逐次逼近比較器通過以下操作獲得初始控制碼元令變量K = N-I,將第K控制位置1，第0位至第K-I控制位置0，其中，N為振蕩單元的控制位的數(shù)量；比較振蕩信號的頻率和參考信號的頻率；如果振蕩信號的頻率大于參考信號的頻率，則保持第K控制位為1 ；如果振蕩信號的頻率小于參考信號的頻率，則將第K控制位置0 ； 設(shè) K = K-I ；如果K大于或等于0，則重復(fù)以上操作。
5.如權(quán)利要求2所述的高精度振蕩器，其特征在于所述后處理模塊包括第一比較器，從頻率比較器中的振蕩信號計(jì)數(shù)器接收計(jì)數(shù)值，并將該計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；相鄰控制碼元產(chǎn)生模塊，如果第一比較器的比較結(jié)果是計(jì)數(shù)值大于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)， 則相鄰控制碼元產(chǎn)生模塊將初始控制碼元減去1來產(chǎn)生相鄰控制碼元；如果第一比較器的比較結(jié)果是計(jì)數(shù)值小于或等于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)，則相鄰控制碼元產(chǎn)生模塊將初始控制碼元加1來產(chǎn)生相鄰控制碼元；第一寄存器，從振蕩信號計(jì)數(shù)器接收并存儲與初始控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，在接收所述計(jì)數(shù)值預(yù)定時間之后，將存儲的計(jì)數(shù)值發(fā)送到第二寄存器，并從振蕩信號計(jì)數(shù)器接收與相鄰控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值；第二寄存器，從第一寄存器接收和存儲與初始控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值；第一運(yùn)算器，計(jì)算與相鄰控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)之差的絕對值；第二運(yùn)算器，計(jì)算與初始控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)之差的絕對值；第二比較器，對第一運(yùn)算器和第二運(yùn)算器輸出的值進(jìn)行比較，其中，如果第一運(yùn)算器輸出的值小于第二運(yùn)算器輸出的值，則選擇相鄰控制碼元作為最終控制碼元；如果第一運(yùn)算器輸出的值大于或等于第二運(yùn)算器輸出的值，則選擇初始控制碼元作為最終控制碼元。
6.如權(quán)利要求2所述的高精度振蕩器，其特征在于所述預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)Refdata= M X TKEF/TTAe，其中，Refdata表示預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)，其為整數(shù)；Tkef表示參考信號的周期，Ttm表示目標(biāo)頻率信號的周期，M是所述預(yù)定閾值。
7.如權(quán)利要求1所述的高精度振蕩器，其特征在于所述高精度振蕩器還包括編碼器，對后處理模塊輸出的最終控制碼元編碼；存儲器，存儲有編碼的最終控制碼元；選擇器，用于選擇最終控制碼元的來源，從而使得高精度振蕩器處于非校準(zhǔn)狀態(tài)能獲得期望的頻率；解碼器，對從選擇器輸出的最終控制碼元解碼，并將解碼后的最終控制碼元輸出到振蕩單元。
8.如權(quán)利要求7所述的高精度振蕩器，其特征在于如果高精度振蕩器處于校準(zhǔn)狀態(tài)， 則選擇器從編碼器接收編碼后的最終控制碼元；如果高精度振蕩器處于非校準(zhǔn)狀態(tài)，則選擇器從存儲器接收最終控制碼元。
9.一種高精度振蕩器的自校準(zhǔn)方法，包括以下步驟基于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)來比較預(yù)設(shè)的參考信號的頻率和振蕩信號的頻率；基于比較結(jié)果產(chǎn)生初始控制碼元；基于初始控制碼元產(chǎn)生相鄰控制碼元；基于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)從初始控制碼元和相鄰控制碼元中選擇一個作為最終控制碼元， 高精度振蕩器基于最終控制碼元進(jìn)行自校準(zhǔn)。
10.如權(quán)利要求9所述的高精度振蕩器的自校準(zhǔn)方法，其特征在于基于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)來比較預(yù)設(shè)的參考信號的頻率和振蕩信號的頻率的步驟包括參考信號計(jì)數(shù)器對參考信號的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)；如果參考信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值小于預(yù)定閾值M，則振蕩信號計(jì)數(shù)器對振蕩信號的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到參考信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)定閾值M,振蕩信號計(jì)數(shù)器輸出當(dāng)前的計(jì)數(shù)值；從振蕩信號計(jì)數(shù)器接收計(jì)數(shù)值，并將該計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
11.如權(quán)利要求10所述的高精度振蕩器的自校準(zhǔn)方法，其特征在于產(chǎn)生初始控制碼元的步驟包括令變量K = N-I,將第K控制位置1，第0位至第K-I控制位置0，其中，N為振蕩單元的控制位的數(shù)量；根據(jù)比較步驟的比較結(jié)果來設(shè)置第K位的值如果比較結(jié)果是振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值大于或等于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)，則保持第K控制位為1 ；如果比較結(jié)果是振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值小于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)，則將第K控制位置0 ；設(shè) K = K-I ；如果K大于或等于0，則重復(fù)以上操作。
12.如權(quán)利要求9所述的高精度振蕩器的自校準(zhǔn)方法，其特征在于產(chǎn)生初始控制碼元的步驟包括令變量K = N-I，將第K控制位置1，第0位至第K-I控制位置0，其中，N為高精度振蕩器的控制位的數(shù)量；比較振蕩信號的頻率和參考信號的頻率；如果振蕩信號的頻率大于參考信號的頻率，則保持第K控制位為1 ；如果振蕩信號的頻率小于參考信號的頻率，則將第K控制位置0 ；設(shè) K = K-I ；如果K大于或等于0，則重復(fù)以上操作。
13.如權(quán)利要求10所述的自校準(zhǔn)方法，其特征在于產(chǎn)生相鄰控制碼元的步驟包括從振蕩信號計(jì)數(shù)器接收計(jì)數(shù)值，并將該計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；如果比較結(jié)果是計(jì)數(shù)值大于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)，則將初始控制碼元減去1來產(chǎn)生相鄰控制碼元；如果比較結(jié)果是計(jì)數(shù)值小于或等于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)，則將初始控制碼元加1來產(chǎn)生相鄰控制碼元。
14.如權(quán)利要求10所述的高精度振蕩器的自校準(zhǔn)方法，其特征在于選擇最終控制碼元的步驟包括計(jì)算與初始控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)之差的絕對值，并計(jì)算與相鄰控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)之差的絕對值；將上述兩個絕對值進(jìn)行比較；如果與初始控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)之差的絕對值小于或等于與相鄰控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)之差的絕對值，則選擇初始控制碼元作為最終控制碼元；如果與初始控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)之差的絕對值大于與相鄰控制碼元相應(yīng)的振蕩信號計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)之差的絕對值，則選擇相鄰控制碼元作為最終控制碼元。
15.如權(quán)利要求9所述的高精度振蕩器的自校準(zhǔn)方法，其特征在于所述高精度振蕩器的自校準(zhǔn)方法還可包括以下步驟編碼器對最終控制碼元編碼；存儲器存儲編碼的最終控制碼元；從編碼器和存儲器選擇最終控制碼元的來源，從而使得高精度振蕩器處于非校準(zhǔn)狀態(tài)能獲得期望的頻率；對從選擇器輸出的最終控制碼元解碼，并將解碼后的最終控制碼元輸出到振蕩單元。
16.如權(quán)利要求15所述的高精度振蕩器的自校準(zhǔn)方法，其特征在于如果高精度振蕩器處于校準(zhǔn)狀態(tài)，則選擇器從編碼器接收編碼后的最終控制碼元；如果高精度振蕩器處于非校準(zhǔn)狀態(tài)，則選擇器從存儲器接收最終控制碼元。
17.如權(quán)利要求10所述的高精度振蕩器的自校準(zhǔn)方法，其特征在于所述預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)Refdata = M χ TKEF/TTAe，其中，Refdata表示預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)，其為整數(shù)；Tkef表示參考信號的周期，Ttm表示目標(biāo)頻率信號的周期，M是所述預(yù)定閾值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高精度振蕩器及其自校準(zhǔn)方法。所述高精度振蕩器包括振蕩單元，產(chǎn)生振蕩信號；頻率比較器，從振蕩單元接收振蕩信號，并基于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)來比較預(yù)設(shè)的參考信號的頻率和振蕩信號的頻率；逐次逼近比較器，基于頻率比較器的比較結(jié)果來獲得初始控制碼元；后處理模塊，基于初始控制碼元產(chǎn)生相鄰控制碼元，并基于預(yù)設(shè)的參考數(shù)據(jù)從初始控制碼元和相鄰控制碼元中選擇一個作為最終控制碼元，并將最終控制碼元輸出到振蕩單元，其中，振蕩單元基于最終控制碼元進(jìn)行自校準(zhǔn)。
文檔編號H03K3/01GK102201801SQ20101013250
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者周鵬 申請人:三星半導(dǎo)體(中國)研究開發(fā)有限公司, 三星電子株式會社