[发明专利]片上时钟校准装置及校准方法

说明书

本发明公开一种片上时钟校准装置及校准方法，该装置包括RC振荡电路、分频校准电路和基准高频时钟源，分频校准电路包括定时计数器、分频比计算模块以及高频时钟启动模块；定时计数器接收分频器输出的低频时钟信号，并且间歇性的向高频时钟启动模块输出启动信号；高频时钟启动模块接收启动信号后，启动基准高频时钟源；基准高频时钟源启动后向分频比计算模块输出高频时钟信号；分频比计算模块接收原始RC时钟信号以及高频时钟信号，并计算分频比，将分频比的数值输出至分频器；分频器基于分频比对原始RC时钟信号进行分频并输出校准后的低频时钟信号。该方法使用上述校准装置实现时钟频率的校准。本发明能够实现低功耗的对低频时钟信号进行校准。

技术领域

本发明涉及时钟信号处理领域，尤其涉及一种片上时钟校准装置以及应用这种装置实现时钟信号校准的片上时钟校准方法。

背景技术

现有的电子设备大多在电路板上设置CPU等芯片，由于CPU等芯片处于工作状态时消耗的电能较多，因此，现在的电子设备往往设置芯片工作在唤醒(Active)模式或者休眠(Sleep)模式，芯片工作在唤醒模式下，以较高的频率工作，并且消耗的电能较多，而在休眠模式下，以较低的频率工作，消耗的电能较少。通常，当芯片需要执行指令时，例如需要对数据进行处理时，将进入唤醒模式，处于正常工作状态，当芯片不需要对数据进行处理时，将进入休眠模式，从而节省芯片所消耗的电能。

由于芯片工作在唤醒模式以及休眠模式，工作频率是不相同的，因此需要提供不同的时钟频率以满足芯片在两种不同模式下的工作频率的要求。并且，当芯片从唤醒模式进入休眠模式时，需要精确的将时钟频率切换到低频模式，而当芯片从休眠模式进入唤醒模式以后，需要精确的将频率切换至高频模式。为了芯片从休眠模式进入唤醒模式后，能够正确的进行时钟信号频率的恢复，对低功耗时钟的精度有较高的要求。

目前，大部分电子设备使用低频晶体振荡器提供休眠时钟信号，由于晶体振荡器的时钟精度较好且功耗低，所以在GPS、蓝牙、wifi等通信系统的芯片在休眠定时作为低功耗时钟信号源而广泛的应用。近年来随着移动通信和IOT设备的兴起，对设备的体积有更小的要求，对成本有更低的期待，所以片上低功耗时钟信号源(例如RC振荡器)被广泛应用和重点研究。但是片上低功耗时钟信号源的精度较差，随着温度变化、电压波动及工艺的差异而有较大变化，因此需要对片上低功耗时钟信号的频率进行校准。

对于具有休眠唤醒过程的系统所使用的增强系统时钟信号恢复的可靠性的方法，现有技术主要是通过提高时钟源的精度、提高通信系统对时钟信号误差的容忍度或者利用校准策略来解决的。

通过提高时钟源的精度的方法解决时钟误差问题是最为直接的方法，所以传统的低频低功耗时钟信号源都倾向利用晶体振荡器作为时钟源。但是如今的利用片上资源来设计低频低功耗时钟源的方法从物理层面受到了根本的限制，无法达到和晶体振荡器相当的性能。例如，在芯片制造以后，利用对电容电阻调校的方法来降低工艺层面的偏差对时钟信号源频率绝对值的影响，可是不能降低电容电阻的相对温度变化而带来相对显著的偏差以及电压波动对晶体管的影响。同时在芯片出厂调校测试增加了成本，且随着芯片老化时钟信号的频率还会逐渐偏离出厂调校的结果。

而降低通信协议对时钟精度的要求可以提高通信系统对时钟误差的容忍度，但是一般的通信系统都是遵照既定的协议进行通信，如蓝牙、wifi等。现有的技术是在估计从设备唤醒时间点附近增加保活传输次数，以此避免因为时钟信号的误差造成的主从设备失联的情况。因此，现有技术是通过提高对其余蓝牙设备的兼容性，降低了因为其他设备时钟误差过大造成的连接中断的情况。但是当某一设备作为从设备时依然要遵循蓝牙协议规范对时钟信号要求的精度，因为不能保证其余蓝牙设备在作为主设备时也采用了相同的时钟恢复方法，所以在一般的有明确通信协议规范的通信系统中，这种方法不太适用。