專利名稱：用于產(chǎn)生時鐘信號的電路及包括該電路的電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型一般涉及電子電路，并且特別涉及用于產(chǎn)生時鐘信號的電路。
背景技術(shù)：
實時時鐘(RTC)器件存在于多種需要保持準(zhǔn)確時間的電子裝置中，例如，個人電腦、服務(wù)器以及嵌入式系統(tǒng)。RTC器件將時鐘源，通常為32. 768kHz石英晶體，提供的振蕩信號分頻為例如IHz的時鐘信號。多數(shù)應(yīng)用要求時鐘精準(zhǔn)度優(yōu)于5ppm。影響時鐘精準(zhǔn)度的因素包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和震動，其中環(huán)境溫度的影響最大。由于晶體頻率隨溫度漂移的特性，RTC器件，特別是應(yīng)用于較寬溫度范圍時，需要校準(zhǔn)。已經(jīng)有多種方法被應(yīng)用于補償由溫度變化引起的頻率偏差。一種方法是通過調(diào)整加載到晶體的容性負(fù)載來將晶體校正到標(biāo)稱頻率。另一種方法是通過周期性地刪除或者插入時鐘脈沖來調(diào)整時鐘頻率。這兩種方法都基于晶體的頻率-時間曲線，根據(jù)該曲線，使用晶體的溫度作為輸入計算出在某一時刻或者某一周期內(nèi)的補償方法。通常，同一批次的晶體被認(rèn)為是具有相似的頻率特性，因此普遍的做法是測量一個批次里的幾個晶體的頻率-溫度曲線，然后取這些曲線的平均作為該批次的每個晶體的曲線并且存入存儲器以用于校準(zhǔn)目的。然而，由于例如制造誤差等原因，每個晶體的頻率表現(xiàn)都是不同的。此外，在焊接晶體過程中產(chǎn)生的熱沖擊也可能改變晶體的頻率。因此，當(dāng)需要高精準(zhǔn)度或者為其他目的時，為每個晶體定制的或者特有的頻率-溫度曲線是非常重要的。為實現(xiàn)此目的，需要在幾個不同的溫度下分析每個晶體的頻率特性，這需要將所有的測試設(shè)備在具有不同環(huán)境溫度的幾個測試室之間搬運，或者需要等待測試室升溫/降溫至期望的環(huán)境溫度。為達到此目的將花費大量的人力和時間。因此，一種有效地為每個晶體生成特有的頻率-溫度曲線的電路和方法將是令人期待的，并且基于每個晶體特有的頻率-溫度曲線而產(chǎn)生時鐘信號的電路和方法將是有益的。

實用新型內(nèi)容在一個實施例中，提供了一種電路，該電路包括溫度傳感器，配置成感測時鐘源的第一溫度，其中，所述時鐘源用于提供振蕩信號且配置成經(jīng)歷至少一個第二溫度，其中，所述振蕩信號用于被分頻為時鐘信號，所述第二溫度是通過溫度改變模塊實現(xiàn)的，所述溫度改變模塊配置成改變所述時鐘源附近的溫度；以及校準(zhǔn)模塊，配置成基于所述第一溫度，所述至少一個第二溫度，參考信號以及在所述至少一個第二溫度下的所述振蕩信號來校準(zhǔn)所述時鐘信號。在另一個實施例中，提供了一種電子裝置，該電子裝置包括一種電路，所述電路包括溫度傳感器，配置成感測時鐘源的第一溫度，其中，所述時鐘源用于提供振蕩信號且配置成經(jīng)歷至少一個第二溫度，其中，所述振蕩信號用于被分頻為時鐘信號，所述第二溫度是通過溫度改變模塊實現(xiàn)的，所述溫度改變模塊配置成改變所述時鐘源附近的溫度；以及校準(zhǔn)模塊，配置成基于所述第一溫度，所述至少一個第二溫度，參考信號以及在所述至少一個第二溫度下的所述振蕩信號來校準(zhǔn)所述時鐘信號。在又一個實施例中，提供了一種方法，該方法包括放置時鐘源于至少一個第三溫度；基于所述至少一個第三溫度，參考信號以及在所述至少一個第三溫度下的所述時鐘源的振蕩信號來生成至少一個校準(zhǔn)參數(shù)；測量所述時鐘源的第四溫度；以及基于所述至少一個校準(zhǔn)參數(shù)和所述第四溫度校準(zhǔn)通過分頻所述振蕩信號獲得的時鐘信號。上文已經(jīng)概括而非寬泛地給出了本公開內(nèi)容的特征。本公開內(nèi)容的附加特征將在此后描述，其形成了本實用新型權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以容易地使用所公開的構(gòu)思和具體實施方式
，作為修改和設(shè)計其他結(jié)構(gòu)或者過程的基礎(chǔ)，以便執(zhí)行與本實用新型相同的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，這些等同結(jié)構(gòu)沒有脫離所附權(quán)利要求書中記載的本實用新型的主旨和范圍。

為了更完整地理解本公開以及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考以下描述，其中圖1示出了根據(jù)一個實施例的用于產(chǎn)生時鐘信號的電路；圖2示出了根據(jù)另一個實施例的用于產(chǎn)生時鐘信號的電路；圖3示出了圖2的電路的校準(zhǔn)模塊的一個示例性構(gòu)成；圖4示出了圖1和圖2的電路的溫度改變模塊的一個示例性構(gòu)成；圖5示出了圖1和圖2的電路的溫度傳感器的一個示例性構(gòu)成；圖6示出了根據(jù)一個實施例的電表，除非指明，否則不同附圖中的相應(yīng)標(biāo)記和符號一般表示相應(yīng)的部分。繪制附圖是為了清晰地示出本公開內(nèi)容的實施方式的有關(guān)方面，而未必是按照比例繪制的。為了更為清晰地示出某些實施方式，在附圖標(biāo)記之后可能跟隨有字母，其指示相同結(jié)構(gòu)、材料或者過程步驟的變形。
具體實施方式
下面詳細(xì)討論實施例的實施和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所討論的具體實施例僅僅示范性地說明實施和使用本實用新型的特定方式，而非限制本實用新型的范圍。圖1示出了根據(jù)一個實施例的用于產(chǎn)生時鐘信號103的電路10。電路10包括溫度傳感器105和校準(zhǔn)模塊106。溫度傳感器105配置成感測時鐘源101的第一溫度107，校準(zhǔn)模塊106配置成校準(zhǔn)時鐘信號103。其中，時鐘源101用于提供振蕩信號102且可操作地被放置于至少一個由溫度改變模塊104實現(xiàn)的第二溫度108。首先，時鐘源101被放置于至少一個由溫度改變模塊104實現(xiàn)的第二溫度108，溫度改變模塊104配置成改變時鐘源101處或者附近的溫度。在實際應(yīng)用中，第二溫度108 可以是，在例如出貨前的測試階段中，時鐘源101附近的局部溫度。通過表征在至少一個第二溫度108下的時鐘源101的振蕩信號102，可以獲得時鐘源101的特有的頻率_溫度特性。之后，為校準(zhǔn)目的，溫度傳感器105感測時鐘源101的第一溫度107。在實際應(yīng)用中，第一溫度107是時鐘源101在運行過程中的溫度，該溫度將由于極端的氣候、時鐘源自加熱或者其他原因而改變。然后，校準(zhǔn)模塊106基于至少一個第二溫度108、第一溫度107、參考信號109以及在至少一個第二溫度108下的時鐘源101的振蕩信號102來校準(zhǔn)時鐘信號103。該參考信號109用于測量振蕩信號102的精準(zhǔn)度，并且可以由高精度頻率源提供。綜上所述，由于溫度改變模塊104改變時鐘源101附近的溫度，第二溫度108可以獨立于環(huán)境溫度而被有效地改變。以這種方式，可以節(jié)省用于在幾個具有不同溫度的測試室之間搬運所有測試設(shè)備或者等待測試室升溫/降溫至期望的環(huán)境溫度的人力和時間。此外，電路10使得為每個時鐘源101的定制的/特有的頻率-溫度曲線易于實現(xiàn)。因此，由于不足夠精確的頻率-溫度曲線造成的時鐘信號準(zhǔn)確度方面的限制可以得到改善。而且，因為電路10使得能夠?qū)崿F(xiàn)為每個時鐘源101的定制的/特有的頻率-溫度曲線，使用中等精度的或者較低精度的晶體作為時鐘源也是可以接受的。與高精度的晶體相比，中等精度的或者較低精度的晶體較便宜，因此，電路10在成本敏感的應(yīng)用上是有利的。附加地，與增加一個專用的RTC(例如，一個現(xiàn)成的溫度補償晶體振蕩器T)(C0)到電路板上的這種會增加電路板面積的通常做法相比，可以將校準(zhǔn)模塊106、分頻器(未示出)、和/或溫度傳感器105集成到，例如，執(zhí)行其他功能的微控制器(MCU)，這將更有效地利用電路板空間，從而利于裝置小型化。應(yīng)當(dāng)理解，校準(zhǔn)模塊106可以以任何適合的算法或者構(gòu)造校準(zhǔn)時鐘信號103。例如，校準(zhǔn)模塊106可以基于至少一個第二溫度108、第一溫度107、參考信號109以及在第二溫度108下的振蕩信號102來計算應(yīng)施加到變?nèi)荻O管上的電壓?；蛘?，校準(zhǔn)模塊106可以基于至少一個第二溫度108、第一溫度107、參考信號109以及在第二溫度108下的振蕩信號102來周期性地計算應(yīng)當(dāng)增加或者刪除的時鐘脈沖。該實施例提供的是一種用于生成為每個時鐘源的定制的/特有的頻率-溫度曲線的電路及方法，通過何種具體算法或者構(gòu)造校準(zhǔn)時鐘信號不是限制因素。應(yīng)當(dāng)理解，第二溫度108的數(shù)量可以根據(jù)，例如，用于匹配時鐘源101的頻率-溫度曲線的多項式的級數(shù)而改變。具體地，例如，時鐘源是具有標(biāo)稱頻率為32. 768kHz的石英晶體，多項式的形式為(f-fj/fo = I^(T-Tci)WX,其中f是時鐘源101在溫度T的振蕩頻率，f0是標(biāo)稱頻率32. 768kHz，K是曲線常數(shù)，T0是拐點溫度，X是在溫度Ttl的頻率偏差。在這種情況下，已知振蕩信號102在三個第二溫度108下的頻率，通過求解在三個第二溫度108下的聯(lián)立方程可以獲得K、T0, X的值。在另一個例子中，對于同一批次的晶體， 曲線常數(shù)K被認(rèn)為是相同的，時鐘源101配置成經(jīng)歷兩個不同的第二溫度108以獲得Ttl 和X的值。在又一個例子中，為精確的匹配或者其他目的，多項式的形式為(f-foVf。= K1* (T-Ttl) 2+K2* (T-Ttl)+X，時鐘信號101配置成經(jīng)歷四個不同的第二溫度108以獲得&、K2, V X的值。圖2示出了根據(jù)一個實施例的用于產(chǎn)生時鐘信號103的電路20。相對于圖1所示的電路10，電路20的溫度傳感器205被進一步配置成感測第二溫度108。因為溫度傳感器205提供第二溫度108的值，則不需要精確地控制溫度改變模塊104來獲得期望的第二溫度108。[0033]在一個實施例中，時鐘源101作為內(nèi)部元件被包括在電路10或電路20中。在下文中，將描述校準(zhǔn)模塊106、溫度改變模塊104以及溫度傳感器105、205的示例性構(gòu)成。圖3示出了校準(zhǔn)模塊106的示例性構(gòu)成。如圖所示，校準(zhǔn)模塊106包括計算單元 301、存儲器302和校準(zhǔn)單元303。校準(zhǔn)模塊106可以依以下方式運行。首先，計算單元301從溫度傳感器205接收至少一個第二溫度108，從時鐘源101 接收在至少一個第二溫度108下的振蕩信號102，以及從一個高精度頻率源接收參考信號 109。計算單元301基于至少一個第二溫度108，在該第二溫度108下的振蕩信號102以及參考信號109，通過求解對應(yīng)該至少一個第二溫度108的聯(lián)立方程，生成至少一個校準(zhǔn)參數(shù) 304。然后，存儲器302從計算單元301接收所述至少一個校準(zhǔn)參數(shù)304。最后，校準(zhǔn)單元303從溫度傳感器205接收第一溫度107以及從存儲器302接收所述至少一個校準(zhǔn)參數(shù)304，并且基于第一溫度107和所述至少一個校準(zhǔn)參數(shù)304校準(zhǔn)時鐘信號103。應(yīng)當(dāng)理解，校準(zhǔn)單元303可以通過任何適合的算法或者構(gòu)造校準(zhǔn)時鐘信號103。例如，校準(zhǔn)單元303可以基于第一溫度107以及至少一個校準(zhǔn)參數(shù)304來計算應(yīng)施加到變?nèi)荻O管的電壓以調(diào)整加載到時鐘源101的容性負(fù)載?；蛘撸?zhǔn)單元303可以基于第一溫度107以及至少一個校準(zhǔn)參數(shù)304來計算應(yīng)插入或者刪除的時鐘脈沖的數(shù)目。用于校準(zhǔn)時鐘信號的具體算法或構(gòu)造不構(gòu)成限制因素。圖4示出了溫度改變模塊104的示例性構(gòu)成。如圖所示，溫度改變模塊104包括功率電阻401和開關(guān)402。在實施中，當(dāng)?shù)诙囟?08需要被改變時，功率電阻401被耦接到電源403。為了有效地改變第二溫度108，功率電阻401鄰近時鐘源101設(shè)置，時鐘源在圖4中示為石英晶體。開關(guān)402響應(yīng)于控制信號404來控制功率電阻401和電源403之間的連接。在一個例子中，控制信號404包括脈寬調(diào)制(PWM)信號。通過改變PWM信號404 的占空比，施加到功率電阻401的等效電壓被改變，從而改變第二溫度108。在一個例子中，開關(guān)402包括雙極型晶體管，其發(fā)射端和集電端分別耦接到功率電阻401和電源403，其基極端耦接到并接收控制信號404。應(yīng)當(dāng)理解，開關(guān)402可以具有各種構(gòu)造，包括MOS晶體管在內(nèi)的其他開關(guān)也是適用的。應(yīng)當(dāng)理解，溫度改變模塊104可以被包含在電路10或者20內(nèi)，也可以獨立于電路 10或20。在一個例子中，圖4的溫度改變模塊104被包含在電路10或20中。為此目的， 石英晶體101、功率電阻401和開關(guān)402可以被表面安裝到印刷電路板上。在另一個例子中，溫度改變模塊104包括一個熱電偶，其獨立于電路10或20并被設(shè)置在測試儀器上。具體地，該測試儀器可以具有多個設(shè)置于其上的熱電偶。在測試中，多個晶體被與該多個熱電偶一一對應(yīng)地放置，因此每個晶體的第二溫度可以被各自的熱電偶改變。圖5示出了溫度傳感器105或205的一個示例性構(gòu)成。溫度傳感器105或205包括熱敏電阻501，該熱敏電阻501的電阻值隨著溫度改變較大(相比于標(biāo)準(zhǔn)電阻而言)。當(dāng)時鐘源101附近的第二溫度108或者第一溫度107改變時，熱敏電阻501的電阻值相應(yīng)地改變，而電阻502的電阻值基本不變。因此，在中間節(jié)點503處的電壓發(fā)生改變。節(jié)點503 處的電壓隨后被提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)以被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，根據(jù)該數(shù)字值，可以從，例如，基于熱敏電阻501的電阻-溫度關(guān)系生成的查找表，來獲得第二溫度108或第一溫度 107。應(yīng)當(dāng)理解，圖5所示的溫度傳感器僅是示例性的。能夠感測時鐘源101附近溫度的其他器件、模塊或單元也是適用的。在一個例子中，熱敏電阻501、功率電阻401和時鐘源101彼此鄰近，從而時鐘源 101附近的第二溫度108可以被有效地改變，并且熱敏電阻501可以準(zhǔn)確地感測時鐘源101 的溫度。在另一個例子中，熱敏電阻501、功率電阻401和時鐘源101被封裝在一個密封元件中，例如，硅膠層，從而熱敏電阻501、功率電阻401和時鐘源101被與周圍環(huán)境隔離。以這種方式，熱敏電阻501、功率電阻401和時鐘源101具有基本相同的溫度。其他封裝材料， 例如樹脂，也是適用的。根據(jù)本公開的各個實施例的電路可以應(yīng)用于包括但不限于電表、銷售終端設(shè)備、 實時時鐘裝置等電子裝置中。圖6示出了根據(jù)一個實施例的電表60。電表60包括根據(jù)不同實施例的電路。在該例子中，電表60包括MCU601，其中集成了 RTC模塊602。如圖所示，RTC模塊602包括溫度傳感器205和校準(zhǔn)模塊106，時鐘源101和溫度改變模塊104位于MCU601外部。在一個例子中，MCU601、時鐘源101和溫度改變模塊104被表面安裝到印刷電路板上。在測試過程中，溫度改變模塊104的兩端分別被耦接至電源和地，開關(guān)402的控制端被耦接到，例如 MCU601的PWM管腳，以接收控制信號。通過改變該控制信號的占空比，時鐘源101附近的第一溫度被改變。如前述的，校準(zhǔn)模塊106校準(zhǔn)時鐘信號。應(yīng)當(dāng)理解，雖然圖4、5、6中的時鐘源示出為石英晶體，電路10或20也適用于其他具有隨溫度改變的頻率特性的時鐘源，例如，陶瓷振蕩器，硅振蕩器，等等。還應(yīng)當(dāng)理解， 盡管校準(zhǔn)過程在一些例子中描述為基于校準(zhǔn)參數(shù)的計算，該校準(zhǔn)過程也可以是查找表的點之間的插值過程，該查找表可以通過將時鐘源置于多個第二溫度并且測量其振蕩頻率而生成。在本公開中，為示范目的，電路實施例的運作參照方法實施例描述。然而，應(yīng)該理解本公開中電路的運作和方法的實現(xiàn)互相獨立。也就是說，所公開的電路實施例可以依照其他方法運作，所公開的方法實施例可以通過其他電路實現(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將容易地理解的是，材料和方法可以變化，同時仍然處于本實用新型的范圍之內(nèi)。還應(yīng)理解的是，除了用來示出實施方式的具體上下文之外，本實用新型提供了多種可應(yīng)用的創(chuàng)造性構(gòu)思。因此，所附權(quán)利要求意在將這些過程、機器、制品、組合物、裝置、方法或者步驟包括在其范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電路，其特征在于，包括溫度傳感器，配置成感測時鐘源的第一溫度，其中，所述時鐘源用于提供振蕩信號且配置成經(jīng)歷至少一個第二溫度，其中，所述振蕩信號用于被分頻為時鐘信號，所述第二溫度是通過溫度改變模塊實現(xiàn)的，所述溫度改變模塊配置成改變所述時鐘源附近的溫度；以及校準(zhǔn)模塊，配置成基于所述第一溫度，所述至少一個第二溫度，參考信號以及在所述至少一個第二溫度下的所述振蕩信號來校準(zhǔn)所述時鐘信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述時鐘源配置成經(jīng)歷至少兩個不同的第二溫度；以及所述校準(zhǔn)模塊配置成基于所述第一溫度，所述至少兩個不同的第二溫度，所述參考信號以及在所述至少兩個不同的第二溫度下的所述振蕩信號校準(zhǔn)所述時鐘信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述溫度傳感器進一步配置成感測所述至少兩個不同的第二溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述校準(zhǔn)模塊包括計算單元，配置成基于所述至少兩個不同的第二溫度，所述參考信號以及在所述至少兩個不同的第二溫度下的所述振蕩信號來生成至少兩個校準(zhǔn)參數(shù)；存儲器，配置成存儲并提供所述至少兩個校準(zhǔn)參數(shù)；以及校準(zhǔn)單元，配置成基于所述第一溫度和所述至少兩個校準(zhǔn)參數(shù)來校準(zhǔn)所述時鐘信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項所述的電路，其特征在于，還包括所述溫度改變模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，還包括所述時鐘源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述溫度改變模決包括功率電阻，鄰近所述時鐘源，配置成耦接到電源并散熱；以及開關(guān)，耦接在所述功率電阻和所述電源之間，配置成響應(yīng)于控制信號而將所述功率電阻耦接到所述電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述開關(guān)包括雙極型晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述溫度傳感器，所述功率電阻和所述時鐘源彼此鄰近。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其特征在于，所述溫度傳感器，所述功率電阻和所述時鐘源被密封在密封元件中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其特征在于，所述密封元件包括硅膠層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路，其特征在于，所述時鐘源包括石英晶體。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路，其特征在于，所述溫度傳感器包括熱敏電阻。
14.一種電子裝置，包括權(quán)利要求1-13中任一項所述的電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子裝置，其特征在于，所述電子裝置包括實時時鐘裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子裝置，其特征在于，所述電子裝置包括電表。
專利摘要在一個實施例中，提供了一種用于產(chǎn)生時鐘信號的電路及包括該電路的電子裝置，該電路包括溫度傳感器，配置成感測時鐘源的第一溫度，其中，所述時鐘源用于提供振蕩信號且配置成經(jīng)歷至少一個第二溫度，其中，所述振蕩信號用于被分頻為時鐘信號，所述第二溫度是通過溫度改變模塊實現(xiàn)的，所述溫度改變模塊配置成改變所述時鐘源附近的溫度；以及校準(zhǔn)模塊，配置成基于所述第一溫度，所述至少一個第二溫度，參考信號以及在所述至少一個第二溫度下的所述振蕩信號來校準(zhǔn)所述時鐘信號。
文檔編號H03L1/02GK202153732SQ201020701470
公開日2012年2月29日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者李曉先, 王慎 申請人:意法半導(dǎo)體(中國)投資有限公司