CN102981551B - 一种实时时钟温度补偿***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时时钟温度补偿***，该***包括修调寄存器、补偿间隔寄存器、低相位误差修调机制控制器、晶振和频率修调电路，修调寄存器，用于存储增减脉冲标志位F和修调数据M，补偿间隔寄存器，用于保存补偿间隔时间值T，与所述修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，在补偿时间间隔T内，通过判断当前状态下对应补偿的秒时钟，并根据修调数据的大小，输出当前秒时钟的修调值m，晶振，用于产生时钟频率，与时钟发生器和低相位误差修调机制控制器相连的频率修调电路，当该频率修调电路接收到当前秒时钟的修调值m时，根据增减脉冲标志位F，对晶振输出时钟进行增减脉冲操作，最终输出精准低相位误差的1Hz时钟。

Description

一种实时时钟温度补偿***及方法

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，特别涉及一种用于电子电路的实时时钟的温度补偿***及方法。

背景技术

实时时钟（Real Time Clock，简称RTC）是电子电路中广泛使用的重要元件，它利用晶体来执行定时的功能。晶体在预设的频率振荡，通过更新计数器的方式来实现精确的定时。由于晶体频率存在随着温度变化而漂移的特性，所以实时时钟若要得到精准的1Hz时钟，就必须进行温度补偿。

目前技术中通常采用补偿方案如图1。图中所示的实时时钟数字温度补偿***组成，包括温度传感器，ADC，ROM，补偿电路，OSC，RTC功能电路。ROM存储器中保存OSC随温度变化的修调数据，温度传感器将环境温度转换电信号，经过ADC将电信号转换为数字信号；根据修调数据补偿晶振输出的32.768kHz，最终输出精准的1Hz时钟。

为了补偿晶振输出时钟的误差，目前常用的补偿电路技术中，常采用突发式的补偿方案，即是在一定的补偿间隔周期内，通过在某一秒内突发式的增加或减少一定数量的时钟个数，最终分频得到1Hz时钟。此种方法可以从宏观上解决晶振输出时钟的误差，最终得到时间准确的1Hz，但此时的1Hz时钟相位误差非常大。

为了解决上述时钟精准度的问题，出现了一种采用平均修调的方法。如在专利申请号为200810084325.7的中国专利申请文件中公开了一种实时时钟校准方法，此方法是在一定的补偿间隔周期内，通过平均分配修调值。若在一定的补偿间隔时间T内，存在N个时钟周期的误差，则通过平均取商Q和余数R的方式，在前T-1秒内，增加或减少Q个时钟；在第T秒，增加或减少Q+R个时钟。此种方式可以从一定意义上缩小了因增减脉冲带来的1Hz时钟的相位误差，但最后一秒增减脉冲数目依然多出R个。时间间隔T越大，余数R变化范围也将越大，因此可能带来的相位误差也将越大。

发明内容

本发明的目的是提供一种一种实时时钟温度补偿***及方法，以解决现有技术中的补偿方法无法解决实时时钟温度补偿相位误差的问题。

本发明的技术方案是，一种实时时钟温度补偿***，该***包括修调寄存器、补偿间隔寄存器、低相位误差修调机制控制器、晶振和频率修调电路，其中

修调寄存器，用于存储增减脉冲标志位F和修调数据M，

补偿间隔寄存器，用于保存补偿间隔时间值T，

与所述修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，在补偿时间间隔T内，通过判断当前状态下对应补偿的秒时钟，并根据修调数据的大小，输出当前秒时钟的修调值m，

晶振，用于产生时钟频率，

与时钟发生器和低相位误差修调机制控制器相连的频率修调电路，当该频率修调电路接收到当前秒时钟的修调值m时，根据增减脉冲标志位F，对晶振输出时钟进行增减脉冲操作，最终输出精准低相位误差的1Hz时钟。

所述的低相位误差修调机制控制器包括，修调寄存器更新单元、一个除法器、一个计时器、两个比较器、一个选择器、修调值m更新单元和增减脉冲标志位F更新单元，

所述的除法器与修调寄存器更新单元和补偿间隔寄存器相连，该除法器定义修调寄存器为除数，补偿间隔寄存器为被除数，最终输出商Q和余数R，

所述的计时器，耦合于1Hz时钟和比较器1之间，用于计时得到当前秒时钟在补偿间隔时间T内是第几秒，当达到时间间隔T时，计时器从1开始，重复的计时工作从1到T，

所述的两个比较器中的第一比较器，与修调寄存器更新单元相连，用于比较当前秒状态是否达到补偿时间间隔T，当达到时，更新修调寄存器，

所述的两个比较器中的第二比较器，与除法器和计时器相连，且又与选择器相连，用于比较当前计时状态下，是否达到余数R个，若达到，与选择器配合，赋值修调值m=Q，若没有，则赋值修调值m=Q+1，

所述的选择器，与第二比较器和除法器相连，选择器又与修调值m更新单 元相连。

所述的增减脉冲标志位F更新单元，与修调寄存器更新单元和1Hz时钟相连，用于将增减脉冲标志位F与修调值同步。

所述的与修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，工作流程包括以下步骤，

第一步，计时器计数cnt，第一比较器判断，对于补偿时间间隔T，当cnt=T时，更新修调寄存器，此时修调寄存器将经过除法器最终得商Q和余数R，若cnt<T，则保存修调寄存器不变，商Q和余数R也将保持不变；

第二步，第二比较器判断，当cnt小于等于R时，此时选择器将选择Q+1个赋值给修调寄存器m，若大于R时，则选择器将赋值修调寄存器m=Q；

所述的低相位误差修调机制控制器中的修调值m，在补偿间隔T时间内存在R个Q+1的修调值，(T－R)个Q的修调值。

在补偿间隔时间T内，若与标准时间Ts相比存在时间误差ΔT，即ΔT＝T-Ts，在1秒钟时间内存在时间误差Δt，满足

修调寄存器存储的N bit修调数据M，通过低相位误差修调机制控制器得到T秒内每秒钟对应的修调值m，m满足关系 $m_{\left[i\right]}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{INT}\left(\frac{M}{T}\right)& (R<i\&le;T)\\ \mathrm{INT}\left(\frac{M}{T}\right)+1& (1\&le;i\&le;R)\end{array}\right..$

一种实时时钟温度补偿方法，基于实时时钟温度补偿***，该***包括修调寄存器、补偿间隔寄存器、低相位误差修调机制控制器、晶振和频率修调电路，其中

修调寄存器，用于存储增减脉冲标志位F和修调数据M，

补偿间隔寄存器，用于保存补偿间隔时间值T，

与所述修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，在补偿时间间隔T内，通过判断当前状态下对应补偿的秒时钟，并根据修调数据的大小，输出当前秒时钟的修调值m，

晶振，用于产生时钟频率，

与时钟发生器和低相位误差修调机制控制器相连的频率修调电路，当该频率修调电路接收到当前秒时钟的修调值m时，根据增减脉冲标志位F，对晶振输 出时钟进行增减脉冲操作，最终输出精准低相位误差的1Hz时钟，

所述的低相位误差修调机制控制器包括，修调寄存器更新单元、一个除法器、一个计时器、两个比较器、一个选择器、修调值m更新单元和增减脉冲标志位F更新单元，

所述的除法器与修调寄存器更新单元和补偿间隔寄存器相连，该除法器定义修调寄存器为除数，补偿间隔寄存器为被除数，最终输出商Q和余数R，

所述的计时器，耦合于1Hz时钟和比较器1之间，用于计时得到当前秒时钟在补偿间隔时间T内是第几秒，当达到时间间隔T时，计时器从1开始，重复的计时工作从1到T，

所述的两个比较器中的第一比较器，与修调寄存器更新单元相连，用于比较当前秒状态是否达到补偿时间间隔T，当达到时，更新修调寄存器，

所述的两个比较器中的第二比较器，与除法器和计时器相连，且又与选择器相连，用于比较当前计时状态下，是否达到余数R个，若达到，与选择器配合，赋值修调值m=Q，若没有，则赋值修调值m=Q+1，

所述的选择器，与第二比较器和除法器相连，选择器又与修调值m更新单元相连。

所述的增减脉冲标志位F更新单元，与修调寄存器更新单元和1Hz时钟相连，用于将增减脉冲标志位F与修调值同步，

所述的与修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，工作流程包括以下步骤，

第一步，计时器计数cnt，第一比较器判断，当cnt=T时，更新修调寄存器，此时修调寄存器将经过除法器最终得商Q和余数R，若cnt<T，则保存修调寄存器不变，商Q和余数R也将保持不变；

第二步，第二比较器判断，当cnt小于等于R时，此时选择器将选择Q+1个赋值给修调寄存器m，若大于R时，则选择器将赋值修调寄存器m=Q；所述的低相位误差修调机制控制器中的修调值m，在补偿间隔T时间内存在R个Q+1的修调值，(T－R)个Q的修调值。

在补偿间隔时间T内，若与标准时间Ts相比存在时间误差ΔT，即ΔT＝T-Ts，在1秒钟时间内存在时间误差Δt，满足 修调寄存器存储的N bit修调数据M，通过低相位误差修调机制控制器得到T秒内每秒钟对应的修调值m，m满足关系 $m_{\left[i\right]}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{INT}\left(\frac{M}{T}\right)& (R<i\&le;T)\\ \mathrm{INT}\left(\frac{M}{T}\right)+1& (1\&le;i\&le;R)\end{array}\right..$

本发明为了更大程度上减少相邻时钟间的相位差异，提出了一种全新的修调值分配方案，将余数R个时钟，分配到补偿间隔时间周期内，在补偿间隔周期内，存在了R个Q+1的修调值，（T-R）个Q的修调值。此种技术方案，相邻的1Hz时钟周期至多存在1个时钟的时间误差，大大的减少了1Hz时钟的相位误差。

附图说明

图1实时时钟数字温度补偿***框图

图2本发明的低相位误差的数字温度补偿实时时钟电路框图

图3本发明的低相位误差修调机制控制器结构图

图4本发明的低相位误差修调机制控制器流程图

图5本发明的低相位误差数字温度补偿实时时钟时序图

具体实施方式

以下参考附图说明本发明的优选实施例，图2给出本发明的***结构框图，结构框图中包括：修调寄存器，补偿间隔寄存器，低相位误差修调机制控制器，晶振，频率修调电路。

修调寄存器，该修调寄存器由增减脉冲标志位F和修调数据M组成。

补偿间隔寄存器，该寄存器用于保存补偿间隔时间值T。

与修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，在补偿时间间隔T内，通过判断当前状态下对应补偿的秒时钟，并根据修调数据的大小，输出当前秒时钟的修调值m。

晶振，该优选例选用晶振作为时钟发生器，用于产生时钟频率

与时钟发生器和低相位误差修调机制控制器相连的频率修调电路，当频率 修调电路接收到当前秒时钟的修调值m时，根据增减脉冲标志位F，对晶振输出时钟进行增减脉冲操作，最终输出精准低相位误差的1Hz时钟。

上述的与修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，该结构如图3，其包括修调寄存器更新单元，一个除法器，一个计时器，两个比较器，一个选择器，修调值m更新单元，增减脉冲标志位F更新单元。

上述的低相位误差修调机制控制器结构图3中的除法器，与修调寄存器更新单元和补偿间隔寄存器相连，除法器其定义修调寄存器为除数，补偿间隔寄存器为被除数，最终输出商Q和余数R。

上述的低相位误差修调机制控制器结构图3中的计时器，耦合于1Hz时钟和比较器1之间，用于计时得到当前秒时钟在补偿间隔时间T内是第几秒，当达到时间间隔T时，计时器从1开始，重复的计时工作从1到T。

上述的低相位误差修调机制控制器结构图3中的比较器1，与修调寄存器更新单元相连，用于比较当前秒状态是否达到补偿时间间隔T，当达到时，更新修调寄存器。

上述的低相位误差修调机制控制器结构图3中的比较器2，与除法器和计时器相连，且又与选择器相连，用于比较当前计时状态下，是否达到余数R个，若达到，与选择器配合，赋值修调值m=Q；若没有，则赋值修调值m=Q+1。

上述的低相位误差修调机制控制器结构图3中的选择器，与比较器2和除法器相连，选择器又与修调值m更新单元相连。

上述的增减脉冲标志位F更新单元，其与修调寄存器更新单元和1Hz时钟相连，其将增减脉冲标志位F与修调值同步。

上述的与修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，工作流程如图4。低相位误差修调机制控制器分为两大部分执行。

第一，计时器计数cnt，比较器1判断，当cnt=T时，更新修调寄存器，此时修调寄存器将经过除法器最终得商Q和余数R;若cnt<T,则保存修调寄存器不变，商Q和余数R也将保持不变。

第二，比较器2判断，当cnt小于等于R时，此时选择器将选择Q+1个赋值给修调寄存器m，若大于R时，则选择器将赋值修调寄存器m=Q。

上述的低相位误差修调机制控制器中的修调值m，在补偿间隔T时间内存在R个Q+1的修调值，(T-R)个Q的修调值。

此次优选实例m值的一种计算方法，如时序图5。

在一定的补偿间隔时间T内，若与标准时间Ts相比存在时间误差ΔT，ΔT＝T-Ts。在1秒钟时间内存在时间误差Δt，满足修调寄存器存储的N bit修调数据M，通过低相位误差修调机制得到T秒内每秒钟对应的修调值m，m满足关系 $m_{\left[i\right]}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{INT}\left(\frac{M}{T}\right)& (R<i\&le;T)\\ \mathrm{INT}\left(\frac{M}{T}\right)+1& (1\&le;i\&le;R)\end{array}\right..$

时序图5中显示了补偿后1Hz时钟与标准1Hz时钟几乎同相。当晶振输出时钟CLK频率f_clk小于标准频率fs，fs=32.768kHz，此时的ΔT>0，即Δt>0，此时应该减小CLK脉冲的输入；若当晶振输出时钟CLK频率f_clk大于标准频率fs，此时的ΔT<0，即Δt<0，此时应该增加CLK脉冲的输入。以上两种情况采用修调寄存器中的增减脉冲标志位F加以区分。

本发明的低相位误差的数字温度补偿实时时钟技术方案，采用低相位误差修调机制，依据修调数据M和补偿时间间隔T得到平均数Q和余数R，平均分配修调数值m，使相邻每秒最多存在1个CLK时钟周期的误差。这和当前累计误差的突发补偿方式相比，避免了时钟在某个秒脉冲周期中突发式的增减CLK时钟脉冲数，降低了时钟相位误差，使相邻的每秒达到一个平滑的过度。此次方案即提高了时钟的精度，又降低了1Hz时钟的相位误差，从整体上提高了时钟的性能。

Claims (4)

1.一种实时时钟温度补偿***，其特征在于，该***包括修调寄存器、补偿间隔寄存器、低相位误差修调机制控制器、晶振和频率修调电路，其中

修调寄存器，用于存储增减脉冲标志位F和修调数据M，

补偿间隔寄存器，用于保存补偿间隔时间值T，

与所述修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，在补偿时间间隔T内，通过判断当前状态下对应补偿的秒时钟，并根据修调数据的大小，输出当前秒时钟的修调值m，

晶振，用于产生时钟频率，

与时钟发生器和低相位误差修调机制控制器相连的频率修调电路，当该频率修调电路接收到当前秒时钟的修调值m时，根据增减脉冲标志位F，对晶振输出时钟进行增减脉冲操作，最终输出精准低相位误差的1Hz时钟，

所述的低相位误差修调机制控制器包括，修调寄存器更新单元、一个除法器、一个计时器、两个比较器、一个选择器、修调值m更新单元和增减脉冲标志位F更新单元，

所述的除法器与修调寄存器更新单元和补偿间隔寄存器相连，该除法器定义修调寄存器为除数，补偿间隔寄存器为被除数，最终输出商Q和余数R，

所述的计时器，耦合于1Hz时钟和第一比较器之间，用于计时得到当前秒时钟在补偿间隔时间T内是第几秒，当达到时间间隔T时，计时器从1开始，重复的计时工作从1到T，

所述的两个比较器中的第一比较器，与修调寄存器更新单元相连，用于比较当前秒状态是否达到补偿时间间隔T，当达到时，更新修调寄存器，

所述的两个比较器中的第二比较器，与除法器和计时器相连，且又与选择器相连，用于比较当前计时状态下，是否达到余数R个，若达到，与选择器配合，赋值修调值m＝Q，若没有，则赋值修调值m＝Q+1，

所述的选择器，与第二比较器和除法器相连，选择器又与修调值m更新单元相连，

所述的增减脉冲标志位F更新单元，与修调寄存器更新单元和1Hz时钟相连，用于将增减脉冲标志位F与修调值同步，

所述的与修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，工作流程包括以下步骤，

第一步，计时器计数cnt，第一比较器判断，对于补偿时间间隔T，当cnt＝T时，更新修调寄存器，此时修调寄存器将经过除法器最终得商Q和余数R，若cnt<T，则保存修调寄存器不变，商Q和余数R也将保持不变；

第二步，第二比较器判断，当cnt小于等于R时，此时选择器将选择Q+1个赋值给修调寄存器m，若大于R时，则选择器将赋值修调寄存器m＝Q；

所述的低相位误差修调机制控制器中的修调值m，在补偿间隔T时间内存在R个Q+1的修调值，(T－R)个Q的修调值。

2.如权利要求1所述的实时时钟温度补偿***，其特征在于，

在补偿间隔时间T内，若与标准时间Ts相比存在时间误差ΔT，即ΔT＝T-Ts，在1秒钟时间内存在时间误差Δt，满足

修调寄存器存储的N bit修调数据M，通过低相位误差修调机制控制器得到T秒内每秒钟对应的修调值m，m满足关系 $m_{\left[i\right]}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{INT}\left(\frac{M}{T}\right)& (R<i\&le;T)\\ \mathrm{INT}\left(\frac{M}{T}\right)+1& (1\&le;i\&le;R)\end{array}\right..$

3.一种实时时钟温度补偿方法，基于实时时钟温度补偿***，该***包括修调寄存器、补偿间隔寄存器、低相位误差修调机制控制器、晶振和频率修调电路，其中

修调寄存器，用于存储增减脉冲标志位F和修调数据M，

补偿间隔寄存器，用于保存补偿间隔时间值T，

晶振，用于产生时钟频率，

所述的低相位误差修调机制控制器包括，修调寄存器更新单元、一个除法器、一个计时器、两个比较器、一个选择器、修调值m更新单元和增减脉冲标志位F更新单元，

其特征在于，包括以下步骤：

与所述修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，在补偿时间间隔T内，通过判断当前状态下对应补偿的秒时钟，并根据修调数据的大小，输出当前秒时钟的修调值m；

与时钟发生器和低相位误差修调机制控制器相连的频率修调电路，当该频率修调电路接收到当前秒时钟的修调值m时，根据增减脉冲标志位F，对晶振输出时钟进行增减脉冲操作，最终输出精准低相位误差的1Hz时钟；

所述的除法器与修调寄存器更新单元和补偿间隔寄存器相连，该除法器定义修调寄存器为除数，补偿间隔寄存器为被除数，最终输出商Q和余数R，

所述的计时器，耦合于1Hz时钟和第一比较器之间，用于计时得到当前秒时钟在补偿间隔时间T内是第几秒，当达到时间间隔T时，计时器从1开始，重复的计时工作从1到T，

所述的两个比较器中的第一比较器，与修调寄存器更新单元相连，用于比较当前秒状态是否达到补偿时间间隔T，当达到时，更新修调寄存器，

所述的两个比较器中的第二比较器，与除法器和计时器相连，且又与选择器相连，用于比较当前计时状态下，是否达到余数R个，若达到，与选择器配合，赋值修调值m＝Q，若没有，则赋值修调值m＝Q+1，

所述的选择器，与第二比较器和除法器相连，选择器又与修调值m更新单元相连，

所述的增减脉冲标志位F更新单元，与修调寄存器更新单元和1Hz时钟相连，用于将增减脉冲标志位F与修调值同步，

所述的与修调寄存器相连的低相位误差修调机制控制器，工作流程包括以下步骤，

第一步，计时器计数cnt，第一比较器判断，当cnt＝T时，更新修调寄存器，此时修调寄存器将经过除法器最终得商Q和余数R，若cnt<T，则保存修调寄存器不变，商Q和余数R也将保持不变；

第二步，第二比较器判断，当cnt小于等于R时，此时选择器将选择Q+1个赋值给修调寄存器m，若大于R时，则选择器将赋值修调寄存器m＝Q；

所述的低相位误差修调机制控制器中的修调值m，在补偿间隔T时间内存在R个Q+1的修调值，(T－R)个Q的修调值。

4.如权利要求3所述的实时时钟温度补偿方法，其特征在于，

在补偿间隔时间T内，若与标准时间Ts相比存在时间误差ΔT，即ΔT＝T-Ts，在1秒钟时间内存在时间误差Δt，满足

修调寄存器存储的N bit修调数据M，通过低相位误差修调机制控制器得到T秒内每秒钟对应的修调值m，m满足关系 $m_{\left[i\right]}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{INT}\left(\frac{M}{T}\right)& (R<i\&le;T)\\ \mathrm{INT}\left(\frac{M}{T}\right)+1& (1\&le;i\&le;R)\end{array}\right..$