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时钟信号合成的方法与装置

阅读：1058发布：2020-08-11

IPRDB可以提供时钟信号合成的方法与装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明的实施例提供了一种时钟信号合成的方法与装置，具体来说为一种调整输出时钟信号的频率至要求的振荡频率的准确度内的方法与其装置。该方法的一实施例包含有下列步骤：进入一校正模式；产生一第一控制字符，以控制一时钟信号合成器的时序；调整该第一控制字符直到该合成器的时序实质上落入一参考时钟时序的一预设范围内；利用一温度传感器感测一温度；将第一控制字符的输出默认值储存至一非易失性存储器；离开该校正模式；利用该传感器感测该温度；以及依据该非易失性存储器的输出与该温度传感器的输出产生一第二控制字符，以控制该时钟信号合成器的时序。，下面是时钟信号合成的方法与装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种装置，包含：

一时钟信号合成器，在初始校正期间，依据一第一控制字符产生一第一时钟信号；在运作期间依据一第三控制字符与一第四控制字符产生一第二时钟信号；

一温度传感器，产生一第二控制字符，所述第二控制字符代表所述装置的温度；

一存储器，储存与输出所述第三控制字符；

一温度补偿频率控制器，接收所述第二控制字符与所述第三控制字符，以产生所述第四控制字符；以及一单点校正控制器，产生所述第一控制字符，其中，在所述初始校正期间，所述单点校正控制器调整所述第一控制字符直到所述第一时钟信号的时序实质上落入一参考时钟信号时序的一预设范围内；且在所述第一时钟信号的时序落入所述参考时钟信号的预设范围内时，所述单点校正控制器储存所述第一控制字符与所述第二控制字符至所述存储器，以作为所述第三控制字符；在所述运作期间，所述温度补偿频率控制器依据所述第二控制字符的变化相应地调整所述第四控制字符。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述时钟信号合成器包含有一用以产生所述第一时钟信号的振荡器。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述振荡器包含一电感与多个电容，在所述初始校正期间，每个所述电容由所述第一控制字符中各自的位控制。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，当所述各自的位为一第一逻辑值时，每个所述电容具有一第一电容值；当所述各自的位为一第二逻辑值时，每个所述电容具有一第二电容值。

5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述时钟信号合成器还包含一分数N锁相回路，所述分数N锁相回路依据所述第四控制字符锁定所述第一时钟信号，以产生所述第二时钟信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第四控制字符决定所述第二时钟信号的频率与所述第一时钟信号的频率比例。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述温度补偿频率控制器包含有一线性预估器，所述线性预估器用以依据所述第二控制字符与所述第三控制字符产生一第一中间字符。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述温度补偿频率控制器还包含一查找表，所述查找表依据所述第二控制字符与所述第三控制字符产生一第二中间字符。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，一第三中间字符利用加和所述第一中间字符与所述第二中间字符取得。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第四控制字符将所述第三中间字符与一固定字符结合而取得。

11.一种控制时序装置的方法，包含有：

进入一校正模式；

产生一第一控制字符，以控制一时钟信号合成器的时序；

调整所述第一控制字符直到所述时钟信号合成器的时序实质上落入一参考时钟信号时序的一预设范围内；

利用一温度传感器感测一温度；

将所述第一控制字符的输出储存至一存储器；

离开所述校正模式；

利用所述传感器感测所述温度；

依据所述存储器的输出与所述温度传感器的输出产生一第二控制字符，以控制所述时钟信号合成器的时序。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述时钟信号合成器包含有一振荡器，所述振荡器的一时序由所述第一控制字符控制；在所述时钟信号合成器为校正模式时，所述振荡器的所述时序由所述时钟信号合成器的时序决定。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述振荡器包含有一电感与多个电容，且在校正模式时，每个所述电容分别由所述第一控制字符的各自的位控制；在运作模式时，每个所述电容由所述第二控制字符的各自的位控制。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，当所述各自的位为一第一逻辑值时，每个所述电容具有一第一电容值；当所述各自的位为一第二逻辑值时，每个所述电容具有一第二电容值。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述时钟信号合成器还包含一分数N锁相回路，所述分数N锁相回路依据所述第二控制字符锁定所述振荡器的输出，以产生所述第二时钟信号。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述时钟信号的频率与所述振荡器输出频率的比例由所述第二控制字符决定。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，产生所述第二控制字符的步骤，包含利用一线性预估器依据所述第一控制字符与一温度编码产生一第一中间字符。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，产生所述第二控制字符的步骤，还包含利用查找表依据所述第一控制字符与所述温度编码产生一第二中间字符。

19.根据权利要求18所述的方法，还包含加和所述第一中间字符与所述第二中间字符，以产生一第三中间字符。

20.根据权利要求19所述的方法，还包含将所述第三中间字符与一固定字符结合，以产生所述第二控制字符。

21.一种装置，设于一芯片中，所述装置包含有：

一校正装置，接收一参考时钟信号与一校正时钟信号，依据所述校正时钟信号产生一准确时钟信号；以及一温度补偿装置，用以量测所述芯片的温度；

其中，在一校正模式，校正装置将产生的所述准确时钟信号调整至实质上落入一参考时钟信号时序的一预设范围内；在一运作模式，依据所述芯片温度的变化产生所述校正时钟信号校正所述准确时钟信号，以维持所述准确时钟信号的频率至指定频率要求的精确度范围内。

22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述校正装置包含一时钟信号合成器，所述时钟信号合成器用以合成所述校正时钟与一输入时钟信号，以产生所述准确时钟信号。

23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述时钟信号合成器包含有一振荡器与一分数N锁相回路，所述振荡器用以产生一自我持续时钟信号，且所述分数N锁相回路接收由自我持续时钟信号与一分数控制字符取得的所述输入时钟信号，产生所述准确时钟信号。

24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述准确时钟信号的频率实质上等于输入时钟信号的频率与所述分数控制字符的乘积。

25.根据权利要求23所述的装置，其中，所述自我持续时钟信号的频率依据所述振荡器的电容负载而改变。

说明书全文

时钟信号合成的方法与装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电子电路，特别是关于一种用以产生频率信号的电路组件。

背景技术

[0002] 一般准确时钟(accurate clock)由一石英振荡器(crystal oscillator)产生。其它的时钟则依据此准确时钟来产生。然而，石英振荡器的体积很大，且大部分的可携式产品希望能够最小化其体积。再者，若振荡频率很高时，石英振荡器的成本会相当高。相反地，在大幅度缩小体积的集成电路中所设置的时钟产生器具有相当小的体积，且其成本非常低。但是集成电路的时钟产生器常在制程、电压、及温度(Process，voltage and temperature(PVT))等变化的影响下，无法维持输出时钟的稳定。因此，集成电路的时钟产生器不易维持频率的准确性问题则有待克服。

[0003] 而集成电路的振荡器用以产生周期信号(例如时钟信号)，其中振荡器可为环形振荡器(ring oscillator)或电感电容共振腔振荡器(LC-tankoscillator)。

[0004] 一般来说，电感电容共振腔振荡器受上述PTV变化导致频率变动的影响比环形振荡器小。两种振荡器皆可利用改变调谐电路组件(tuningcircuit element)的电容调整而振荡，其中，电容的大小可依据相关控制信号来控制。

[0005] 而调谐电路组件可为各种组件或电路，例如晶体管或变容器(varactor)。调谐电路组件的电容可采用数字或模拟的方式改变。以数字的方式调整时，调谐电路组件的控制输入信号为二进制的1或0分别致能或禁能调谐电路组件，以产生较大的电容或较小的电容。以模拟方式调整时，调谐电路组件的控制输入信号为一模拟电压，该模拟电压的大小用以决定调谐电路组件的电容值。

[0006] 振荡器时钟的频率可在每一运作点的PVT量测出，且之后利用调谐电路组件进行相对应的调整，可以排除PVT变动的影响、且在指定频率与要求的精确度内产生振荡器时钟。然而，此种处理方式需要多点校正(multi-point calibration)才可达到真正的准确，且以测试成本来考虑的话会较不实际。

[0007] 详细说明需要多点校正的原因如下：

[0008] 在单点校正(one-point calibration)期间、且在已知供应电压与温度的情况下，准确时钟的频率可调整到指定的频率；另外，在单点校正后，准确时钟的频率由于制程变动导致指定的频率改变的问题可被消除至可忽视微小量。但是，准确时钟的频率只有在已知供应电压与温度下才能真正准确，当供应电压与芯片的温度改变时，准确时钟的频率将偏离指定的频率。

[0009] 一般，解决温度变化导致频率变化的方法如下：为了维持频率的准确而抵制芯片的温度变动，可利用温度传感器量测芯片的温度。再将量测到的芯片温度输入至一温度补偿频率控制器。接着，温度补偿频率控制器估计温度改变时准确时钟的频率变化。其中，准确时钟的频率可利用下列两种方式调整：

[0010] 第一种方法是改变振荡器的调谐电路组件的电容。

[0011] 第二种方法是利用分数N锁相回路(fractional-N phase-locked loop)改变其相关的分数控制字符(fractional control word)，以调整其输出时钟的频率。此种方式为熟悉本领域技术者知悉的方式，即将分数N锁相回路的输出时钟频率设计为实质上等于其输入时钟与分数控制字符的倍数。如此，分数控制字符的值的调整可改变分数N锁相回路的输出时钟。此处的输出时钟频率定义为准确时钟。

[0012] 再者，一般解决电压变化导置频率变化的方法如下：为了维持频率的准确而抵制供应电压的变动，在单点校正期间常采用线性调节器(linearregulator)来保持相同的供应电压，并以此供应电压作为准确时钟的供应电压。而为了达到最小化频率变化，会采用数字控制振荡器来产生准确时钟。其中，数字控制振荡器采用数字控制的调谐电路组件来改调整频率。以数字控制的方式控制调谐电路组件，设定调谐电路组件接收的二进制控制信号为二进制1或0，以分别致能或禁能该调谐电路组件。但是，控制信号为二进制，二进制信号的特性会导致数字控制振荡器的震荡频率对于供应电压变化的反应相当不灵敏。

发明内容

[0013] 本发明的目的之一，在提供一种用以产生时钟信号的方法与装置，且该时钟信号的频率可达到指定频率要求的准确度范围内。

[0014] 一实施例的方法与装置用以调整输出时钟信号的频率，让该频率接近一振荡频率要求的精确度范围内。

[0015] 一实施例的方法与装置用以合成时钟信号至一频率要求的精确度范围内。

[0016] 一实施例，在制程、电压与温度的变动影响下，单点校正与温度补偿机制可用来维持时钟信号的频率至指定频率要求的精确度范围内。

[0017] 一实施例的一种装置，包含：一时钟信号合成器、一温度传感器、一非易失性存储器、一非易失性存储器、以及一单点校正控制器。该时钟信号合成器于初始校正期间，依据一第一控制字符产生一第一时钟信号，且在运作期间依据一第三控制字符与一第四控制字符产生一第二时钟信号。温度传感器产生一第二控制字符，且第二控制字符代表该装置的温度。非易失性存储器用以储存与输出第三控制字符。而温度补偿频率控制器接收第二控制字符与第三控制字符，以产生第四控制字符。单点校正控制器则用以产生第一控制字符。其中，在初始校正期间，单点校正控制器调整第一控制字符直到第一时钟信号的时序实质上落入一参考时钟时序的一预设范围内，且在第一时钟信号实质上落入参考时钟时序的预设范围内时，单点校正控制器储存第一控制字符与第二控制字符的默认值至非易失性存储器以作为第三控制字符；另外，在运作期间，单点校正控制器被禁能，非易失性存储器为读取状态，且温度补偿频率控制器依据第二控制字符的变动相对应地调整第四控制字符。

[0018] 一实施例的一种控制时序装置方法，包含有下列步骤：首先，进入一校正模式；产生一第一控制字符，以控制一时钟信号合成器的时序；调整第一控制字符直到合成器的时序实质上落入一参考时钟时序的一预设范围内；利用一温度传感器感测一温度；将第一控制字符的输出默认值储存至一非易失性存储器；离开校正模式；利用传感器感测该温度；依据非易失性存储器的输出与温度传感器的输出产生一第二控制字符，以控制时钟信号合成器的时序。

[0019] 一实施例，一用以进行时钟信号合成的电路包含有一时钟信号合成器、一单点校正控制器、一非易失性存储器、一温度传感器、以及一温度补偿频率控制器。

[0020] 一实施例，时钟信号合成器包含有一振荡器与一分数N锁相回路。该振荡器用以产生振荡器的自我持续时钟。该自我持续时钟的频率依据整个振荡器的电容负载而改变。分数N锁相回路接收由自我持续时钟与一分数控制字符取得的一输入时钟信号，以产生一准确时钟信号。准确时钟信号的频率实质上等于输入时钟信号的频率与该分数控制字符的乘积。

[0021] 一实施例，时钟信号合成器用以产生一第一时钟信号(校正时钟信号)与一第二时钟信号(准确时钟信号)。第一时钟信号与第二时钟信号的频率分别标记为f1与f2。一实施例，第一时钟信号(校正时钟信号)为分数N锁相回路的输入时钟信号。

[0022] 熟悉本领域的技术者阅读下列揭露的内容后，将可清楚地了解本发明的上述与其它特征。

附图说明

[0023] 图1显示本发明一实施例的一用以进行准确时钟信号合成的电路的示意图。

[0024] 图2显示本发明一实施例的时钟信号合成器的示意图。

[0025] 图3(a)显示数字控制振荡器一实施例的示意图。

[0026] 图3(b)显示本发明一实施例的数字控制振荡器的等效电路的示意图。

[0027] 图4显示调谐电路组件的电容值与相关数字控制信号的电压波形比较图例。

[0028] 图5显示一适用于校正时钟信号的算法的流程图。

[0029] 图6显示本发明一实施例的温度补偿频率控制器的示意图。

[0030] 图7(a)显示本发明一实施例的频率误差估计器的方块图。

[0031] 图7(b)显示本发明一实施例的除频比例产生器的方块图。

[0032] 图8显示本发明一实施例的产生频率偏离比例的估计值的方法的流程图。

[0033] 主要组件符号说明

[0034] 100用以进行时钟信号合成的电路

[0035] 101时钟信号合成器

[0036] 102单点校正控制器

[0037] 103非易失性存储器

[0038] 104温度传感器

[0039] 105温度补偿频率控制器

[0040] 201振荡器

[0041] 202分数N锁相回路

[0042] 301电感电容共振腔

[0043] 302调谐电路组件

[0044] 601频率误差估计器

[0045] 603除频比例产生器

[0046] 702、708、712加法器

[0047] 704线性预估器

[0048] 706查找表

[0049] 710多任务器

具体实施方式

[0050] 以下配合图式详细说明本发明的各种实施例。该些或其它可能的实施例充分揭露以让本领域的技术者据以实施。实施例彼此间并不互斥，部分实施例亦可与其中的一或多个实施例结合成为新的实施例。接下来的详细说明仅是举例并不限制本发明的保护范围。

[0051] 本发明的实施例将有利于时钟信号的合成，该时钟信号的频率可达到指定频率要求的准确度范围内。由于该时钟信号的频率可达到指定频率要求的准确度范围内，故在此说明书中，将该时钟信号称为一准确时钟信号。

[0052] 一实施例，在单点校正期间，单点校正(one-point calibration)控制器接收一外部参考时钟信号与来自时钟信号合成器的第一时钟信号(校正时钟信号)，以调整校正时钟信号的频率f1至频率G1。单点校正仅在芯片送出至客户之前校正一次。而校正时钟信号由振荡器的自我持续时钟信号(self-sustained clock)取得。单点校正控制器产生校正时钟信号调整字符(calibration adjustment word)以配置(configure)振荡器的电容。例如，在已知的电压与温度下，配置校正时钟信号的频率f1靠近指定的频率G1。同时，温度传感器量测芯片的温度且产生一目前温度字符(currenttemperature word)。当单点校正完成后，非易失存储器(non-volatilememory)储存最后的校正调整字符(calibration adjustment word)与芯片目前温度字符(current on-chip temperature word)。

[0053] 接着，在芯片的电源通电(power on)后，非易失性存储器读取上述储存的信息，并产生一配置设定字符(configuration setting word)。接着，时钟信号合成器依据该配置设定字符配置调谐组件的设定。而温度传感器则持续监控芯片的温度，并产生目前温度字符(current temperature word)。温度补偿频率控制器接收配置设定字符与目前温度字符，依据该些字符产生一分数控制字符(fractional control word)。接着，时钟信号合成器接收分数控制字符，依据分数控制字符相对应地调整准确时钟信号的频率f2。最后，在制程、电压、温度的变动下，准确时钟信号的频率可维持在频率G2所需求的精确度。

[0054] 一实施例，用来进行时钟信号合成的电路可产生下列字符：包含由单点校正控制器产生一第一数字(控制)字符(校正调整字符)、由温度传感器产生一第二数字(控制)字符(目前温度字符)、由非易失性存储器产生一第三数字(控制)字符(配置设定字符)、及由温度补偿频率控制器产生一第四数字(控制)字符(分数控制字符)。

[0055] 振荡器可为环形振荡器(ring oscillator)或电感电容共振腔振荡器(LC-tank oscillator)，当然，本发明的振荡器并不限于此，可为目前现有或未来发展出的各种振荡器。

[0056] 一实施例，振荡器为电感电容共振腔振荡器。电感电容共振腔振荡器的频率可利用改变调谐电路组件(tunable circuit element)的电压来调整。调谐电路组件可为任何组件或电路，例如晶体管或变容器。调谐电路的电容可以数字或模拟的方式改变。当采用数字方式调整时，调谐电路的控制输入信号可为二进制的1或0，且分别致能或禁能调谐电路组件，以调整出较大电容值或较小电容值。当采用模拟方式调整时，调谐电路组件的输入控制信号的值可为一模拟电压，该模拟电压用以决定调谐电路的电容值大小。

[0057] 一实施例，振荡器可为一数字控制振荡器。此数字控制振荡器的所有调谐电路组件的电容可利用其相关的二进制控制信号改变。

[0058] 分数N锁相回路接收一输入时钟信号与一分数控制字符，以产生一准确时钟信号。准确时钟信号的频率实质上等于输入时钟信号的频率与分数控制字符的值的乘积。因此，准确时钟信号的频率可利用分数控制字符调整。一实施例，输入时钟信号为第一时钟信号，准确时钟信号则为第二时钟信号。

[0059] 在每一运作点的所有制程、电压、与温度，第二时钟信号的频率必须被量测出，以让第二时钟信号在PVT变动中维持频率。第二时钟信号的频率可依据振荡器的调谐电路的电容值的改变、或分数N锁相回路的分数控制字符来作相对应的调整。

[0060] 一实施例，来自时钟信号合成器的第一时钟信号(校正时钟信号)的频率可由单点校正控制器(one-point calibration controller)在已知供应电压V1与已知温度下校正，以调整至频率G1所需的精确度内。单点校正控制器产生一第一数字字符(校正调整字符)以配置在单点校正时振荡器的电容值。在单点校正完成后，非易失性存储器储存该第一数字字符(校正调整字符)与该第二数字字符(目前温度字符)。

[0061] 当芯片通电(powered on)，非易失性存储器读取储存的信息，以产生一第三数字字符(配置设定字符)。时钟信号合成器接收来自非易失性存储器的第三数字字符(配置设定字符)，以配置时钟信号合成器的调谐电路组件。第三数字字符的调谐配置用来对振荡器的调谐电路组件进行相应地致能或禁能控制。依此方式，在已知供应电压V1与已知温度T1下，频率f1与频率G1的频率差值将减少至几乎可以忽略的微小量。若分数N锁相回路的分数控制字符设定为预设除频比例则在已知供应电压V1与已知温度T1下，第二时钟信号的频率实质上等于频率G2。

[0062] 当芯片的温度改变，振荡器的自我持续时钟信号(self-sustained clocksignal)由原来指定的频率G1变为不同的频率。因此，第二时钟信号(准确时钟信号)的频率偏离指定频率G2。为了维持第二时钟信号的频率至频率G2要求的精确度，温度传感器量测芯片的温度T2以产生一第二字符(目前温度字符)。温度补偿频率控制器接收第二字符(目前温度字符)与第三字符(配置设定字符)，以产生第四数字字符(分数控制字符)来调整时钟信号合成器的准确时钟信号频率。为了让频率f2回到频率G2，分数控制字符必须自其预设比例改变。

[0063] 一实施例，温度补偿频率控制器包含有一频率误差估计器(frequencyerror estimator)与一除频比例产生器(division ratio generator)。频率误差估计器用以估计频率偏离比率(frequency deviation ratio)。频率偏离比例定义为(G1/f1-1)。除频比例产生器接收频率偏离比例的估计值，并产生第四数字字符(分数控制字符)。

[0064] 频率误差估计器包含有一线性预估器(linear predictor)与一查找表(lookup table)。线性预估器的输出为频率G1至频率f1的频率偏离比例(G1/f1-1)的线性预估值。线性预估器可利用存于第三数字字符(配置设定字符)的调谐配置设定，来决定第一时钟信号的温度灵敏度(temperaturesensitivity) 且将温度灵敏度乘以芯片温度T2与已知温度T1的温度差，以获得该线性预估值。芯片温度T2是由第二数字字符(目前温度字符)取得，已知温度T1是由第三数字字符(配置设定字符)取得。任何非线性偏离(实质上等于频率偏离比例与线性预估值的差值)储存于查找表，且可以利用T2-T1的温度差值制成索引来查询。整个查找表可预先计算出与并加以储存。线性预估值与查找表的输出(LUT(T2-T1))总和为该频率偏离比例的估计值。估计出的频率偏离比例预期会尽可能接近(G1/f1-1)。

[0065] 一实施例，除频比例产生器接收来自频率误差估计器的频率偏离估计值，以产生第四数字字符(分数控制字符)。估计的频率偏离比例与预设除频比例的乘积将产生偏离除频比例的估计值偏离除频比例表示分数N锁相回路所需的除频比例与预设除法比例的差值。偏离除频比例与预设除频比例的总和用来产生第四数字字符(分数控制字符)。

[0066] 由于第四数字字符的值非常接近G1/f1*DIV、且第一时钟信号的频率为f1，所以第四数字字符与第一时钟信号的频率的乘积非常接近G1*DIV。因为DIV实质上等于所以合成后的时钟信号的频率将非常接近G2。温度补偿频率控制器利用改变分数N锁相回路的分数控制字符的方式(例如让第二时钟信号的频率非常接近G2)，来补偿第一时钟信号的频率由频率G1的偏离的误差量。

[0067] 因为数字控制振荡器的调谐电路的二进制特性，数字控制振荡器的振荡频率对于供应电压的变动会有较少的起伏变化。采用数字控制振荡器，振荡器的频率变动会更为减少。一实施例，用来作为准确时钟信号合成的振荡器可为一数字控制振荡器。

[0068] 图1显示本发明一实施例的一用以进行准确时钟信号合成的电路100的示意图。一实施例，用以进行准确时钟信号合成的电路100包含有一时钟信号合成器101、一单点校正控制器102、一非易失性存储器103、一温度传感器104、以及一温度补偿频率控制器105。
电路100在校正时接收一参考时钟信号，以产生一准确时钟信号。

[0069] 图2显示本发明一实施例的时钟信号合成器101的示意图。时钟信号合成器101包含有一振荡器201与一分数N锁相回路202。振荡器201用以产生一自我持续时钟信号。振荡器201的自我持续时钟信号的频率依据振荡器本身的总电容负载决定。一实施例，振荡器201的自我持续时钟信号为校正时钟信号。时钟信号合成器101用以接收一校正调整字符(calibration adjustment word)121、一配置设定字符123、及一分数控制字符124，并产生一校正时钟信号与一准确时钟信号。

[0070] 校正时钟信号与准确时钟信号的频率分别标记为f1与f2。而电路100利用时钟信号合成器101产生第一时钟信号(校正时钟信号)与第二时钟信号(准确时钟信号)。

[0071] 一实施例，第一时钟信号(校正时钟信号)为分数N锁相回路202的输入时钟信号。分数N锁相回路202接收校正时钟信号与分数控制字符，以产生准确时钟信号。而准确时钟信号的频率实质上等于校正时钟信号的频率与分数控制字符的值的乘积。准确时钟信号的频率必须在制程、电压、及温度的变动下，仍能维持频率G2要求的精确度。

[0072] 第一时钟信号111的频率f1在已知的供应电压V1与已知的温度T1下，利用单点校正控制器102进行校正。一实施例，单点校正控制器102接收一外部参考时钟信号与第一时钟信号(校正时钟信号)，以在单点校正期间产生一较正调整字符121。时钟信号合成器101接收校正调整字符121，以在单点校正期间改变振荡器201的调谐电路组件的设定。在校正期间，温度传感器104量测芯片温度T1，并产生一目前温度字符122。在单点校正完成后，第一时钟信号(校正时钟信号)的频率将非常接近频率G1，且非易失性存储器103将储存最后的校正调整字符121与经过校正的温度字符(T1)。

[0073] 单点校正只在芯片出货至客户之前校正一次。因此，在单点校正完成后单点校正控制器102不再使用、也不再需要参考时钟信号。

[0074] 当芯片通电，非易失性存储器103读取储存的信息，并产生配置设定字符123。时钟信号合成器101接收来自非易失性存储器103的配置设定字符123，以配置振荡器
201的调谐电路组件。配置设定字符123的调谐信息用以相对应地致能(enable)或禁能(disable)振荡器201的调谐电路组件。依此方式，在已知供应电压V1与已知温度T1下，频率f1与G1的频率差值因为制程变动的影响可减至几乎可以忽略的大小。若分数N锁相回路的分数控制字符124设为预设除频比例则在已知供应电压V1与已知
温度T1的情况下，第二时钟信号的频率将接近频率G2。

[0075] 然而，第一时钟信号111的频率对芯片的温度变动仍然敏感。为了维持准确频率以抵制芯片的温度变动，温度传感器104会感测芯片的温度T2，以产生目前温度字符122。温度补偿频率控制器105接收配置设定字符123与目前温度字符122，来产生分数控制字符
124，以根据已知温度T1与目前温度T2调整第二时钟信号的频率。分数控制字符124(代表预设除频比例与估计的偏离除频比例的总和)传送至分数N锁相回路202，以合成出第二时钟信号的频率f2。之后，第二时钟信号的频率f2将实质上等于第一时钟信号的频率f1与分数控制字符124的值的乘积。在已知供应电压V1与已知温度T1下，分数控制字符124的值实质上等于其预设除频比例DIV。

[0076] 用以进行准确时钟信号合成的电路100利用单点校正控制器产生第一数字字符121(校正调整字符)、温度传感器104产生第二数字字符(目前温度字符)122、非易失性存储器103产生一第三数字字符(配置设定字符)123、以及温度补偿频率控制器产生一第四数字字符(分数控制字符)124。

[0077] 一实施例，本发明一实施例的振荡器为一数字控制振荡器。由于数字控制振荡器的调谐电路组件的二进制特性，数字控制振荡器在电压变动时其振荡频率较不受影响。

[0078] 图3(a)显示数字控制振荡器201一实施例的示意图。数字控制振荡器201包含有一电感电容共振腔301与多个调谐电路组件302。调谐电路组件302可为各种组件或电路，例如晶体管、变容器、金属绝缘金属电容器(metal insulated metal capacitor)...等，当然本发明并不限于此。每一调谐电路组件接收一相关的数字控制信号。当相关的数字控制信号为二进制1时，调谐电路组件被致能以产生一电容值C1；当相关的数字控制信号为二进制0时，调谐电路组件被禁能以产生一电容值C0。图4显示调谐电路组件的电容值与相关数字控制信号的电压波形比较图例。

[0079] 图3(b)显示本发明一实施例的数字控制振荡器的等效电路的示意图。数字控制振荡器201的振荡频率由电感器L(在电感电容共振腔301中)、电感损耗RSL(inductor loss)(在电感电容共振腔301中)、电容值CF(在电感电容共振腔301中)、电容值C(调谐电路的全部电容值的总和)、及电容损耗RSC(调谐电路的电容损耗)。振荡频率大约(roughly)实质上等于正常来说，电容损耗会小于电感损耗。因此，振荡频率的方程式可简化为

[0080] 图5显示一适用于校正时钟信号的算法的流程图。该算法用以调整第一时钟信号的频率f1至频率G1要求的精确度。频率G1由参考时钟信号的频率取得。在该图中，首先，比较目前第一时钟信号的频率f1与参考时钟信号的频率G1。

[0081] 若是，第一时钟信号的目前频率大于频率G1需求的精确度范围，则致能一数目的调谐电路，以降低第一时钟信号的频率；

[0082] 若否，第一时钟信号的目前频率大于频率G1要求的精确度范围，则检查第一时钟信号的目前频率是否低于频率G1要求的精确度范围，若是，禁能一数目的调谐电路组件，以提高第一时钟信号的频率；若否，则结束校正，且将调谐电路组件的配置方式与已知温度T1储存至非易失性存储器103。

[0083] 若分数N锁相回路的第四数字字符(分数控制字符)设定至预设除频比例则第二时钟信号的频率在已知供应电压V1与已知温度T1下，可被调整至频率G2要求的精确度范围。然而，振荡器的自我持续时钟信号的频率对于芯片温度变动仍然敏感。电感电容共振腔301的电感L、电感电容共振腔301的电容CF、及调谐电路组件的电容C一般来说在温度发生变化时相对上会有较小的变化。但是，电感损失则与温度有相当大地相依性，易受温度变化影响。电感损失的温度系数与装置的材质相关。第一时钟信号的频率的温度灵敏度可由下式计算出：其中

[0084] 若分数控制字符保持在其预设除频比例DIV，则第一时钟信号的频率漂移将导致第二时钟信号的频率改变。为了补偿温度变化引起的频率漂移，温度传感器104会最先被使用，以量测芯片温度T2。

[0085] 图6显示本发明一实施例的温度补偿频率控制器105的示意图。温度补偿频率控制器105用以接收第二数字字符(目前温度字符)与第三数字字符(配置设定字符)，并产生第四数字字符(分数控制字符)。温度补偿频率控制器105包含有一频率误差估计器601与一除频比例产生器603。频率误差估计器601用以估计出频率偏离比例。频率偏离比例定义为(G1/f1-1)。除频比例产生器603接收估计出的频率偏离比例，以产生第四数字字符(分数控制字符)。

[0086] 图7(a)显示本发明一实施例的频率误差估计器601的方块图。频率误差估计器601用以接收第二数字字符(目前温度字符)与第三数字字符(配置设定字符)，以产生频率偏离比例的估计值。频率误差估计器601包含有一加法器702、一线性预估器704、一查找表706、及另一加法器708。

[0087] 线性预估器704的输出为频率频偏离比例的一线性预测值(linearprediction)。线性预估器704利用存于第三数字字符(配置设定字符)的调谐配置设定决定第一频率信号的温度灵敏度且将温度灵敏度乘上芯片温度T2与已知温度T1的温度差值，以获得一线性预测值。如前所述，第一时钟信号的频率的温度灵敏度为可由方程式中知道，第一时钟信号的频率的温度灵敏度与调
谐电路的电容值C有很大的相依性。因此，温度灵敏度由侦测储存于非易失性存储器103的调谐电路组件的配置设定来决定。加法器702用以计算芯片温度T2与已知温度T1的温度差。线性预估器704输出的线性估计值为

[0088] 任何非线性偏离值(实质上等于频率偏离比例(G1/f1-1)与线性估计值的差值)储存于查找表706中，非线性偏离值可利用温度差值T2-T1制成索引，以方便在查找表706中查出。查找表的输出标记为LUT(T2-T1)。整个查找表706的数据可预先计算出。加法器708用以加和线性预估器704的输出与查找表706的输出。线性预估器704的输出与查找表706的输出总合为频率偏离比例的估计值。估计出的频率偏离比例期望能够尽可能地接近(G1/f1-1)。

[0089] 图7(b)显示本发明一实施例的除频比例产生器603的方块图。除频比例产生器603用以接收估计出的频率偏离比例，并产生第四数字字符(分数控制字符)，以调整第二时钟信号的频率。除频比例产生器603包含有一多任务器710与一加法器712。

[0090] 多任务器710用以将频率偏离比例的估计值乘上预设的除频比例DIV。此乘积为偏离除频比例的估计值。加法器712用以加和偏离除频比例与预设除频比例，以产生第四数字字符(分数控制字符)。

[0091] 分数N锁相回路202接收第一时钟信号与第四数字字符(分数控制字符)，以产生第二时钟信号。本实施例中，第二时钟信号的频率f2实质上等于第一频率信号频率f1与第四数字字符的值的乘积。由于第四数字字符的值非常接近G1/f1*DIV，所以频率f1与第四数字字符的乘积合成出的频率信号将非常接近G1*DIV。而因为DIV的值实质上等于所以G1*DIV的值实质上等于G2。

[0092] 图8显示本发明一实施例的产生频率偏离比例(G1/f1-1)的估计值的方法的流程图。该方法包含下列步骤：首先，取得已知温度T1与量测出的目前芯片温度T2。产生频率偏离比例的线性估计值。其中，线性估计的输出值为第一时钟信号频率的温度灵敏度与温度差值T1-T2的乘积。频率f1的温度灵敏度相依于振荡器的调谐电路组件的配置设定。产生任何非线性偏离值(实质上等于频率偏离比例与线性估计的差值)。非线性估测的输出值储存于查找表，且利用温度差T2-T1作成索引。将步骤804的线性估计与步骤806的非线性估计相加，以产生频率偏离比例的估计值。

[0093] 以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者可进行各种变形或变更。

标题	发布/更新时间	阅读量
时钟信号发生器-专利编号CN100338875C	2020-05-11	288
时钟信号发生器-专利编号CN108123701A	2020-05-13	521
时钟信号发生器-专利编号CN1773855A	2020-05-11	311
时钟信号发生器-专利编号CN1218490C	2020-05-12	484
复合时钟信号-专利编号CN1121755A	2020-05-13	874
时钟信号控制器-专利编号CN104734672B	2020-05-13	221
时钟信号发生器-专利编号CN102684654B	2020-05-12	353
时钟信号发生器-专利编号CN108123755A	2020-05-11	322
时钟信号控制器-专利编号CN104734672A	2020-05-11	1019
时钟信号发生器-专利编号CN1364340A	2020-05-12	353

时钟信号合成的方法与装置

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