CN107968648A - 一种校准无晶振usb设备内部振荡器时钟的*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种校准无晶振USB设备内部振荡器时钟的***，该***包括：粗调校准环路、细调校准环路。其中，粗调校准环路包括振荡器、锁相环、计数器、第一计数判决器、eFuse、粗调控制字选择器，它利用芯片CP（Chip Probe）测试阶段外灌的基准时钟对振荡器产生的时钟进行粗略校准，以确保USB设备能够识别USB主机发送过来的数据流中的SOF（Strat Of Frame）令牌包。细调校准环路包括振荡器、锁相环、SOF检测器、SOF间隔计数器、第二计数判决器，它以SOF检测器检测到的USB主机发送过来的数据流中的SOF脉冲信号作为基准时钟对振荡器产生的时钟进行精细校准，以确保达到USB协议要求的频偏，从而达到省去芯片外部有源晶振或晶体的目的。
Description
技术领域
本发明涉及串行接口数据传输技术领域，特别是涉及无晶振的USB（UniversalSerial Bus）设备内部振荡器时钟校准***。
背景技术
USB2.0协议对USB 主机、USB 设备之间的工作频偏有着严格的限制，例如，低速传输模式要求频偏小于1.5M±1.5%（15000ppm），全速传输模式要求频偏小于12M±0.25%（2500ppm），高速传输模式要求频偏小于480M±0.05%（500ppm）。因此，在传统的USB接口数据传输架构中，如图1所示，除了USB主机100、USB设备101以及它们之间的USB总线104，为满足USB主机和设备之间的频偏要求，USB主机100、USB设备101分别采用了高精度的晶振102、103作为基准时钟源。然而，使用高精度的外置有源晶振或晶体成本高、占用较大的PCB面积，且USB 主机与设备之间会有固定的频率差。
鉴于此，有必要将USB 设备的基准时钟源内置，设计一个内部振荡器，例如一个RC（Resister Capacitor）振荡器，作为USB 设备的基准时钟源。然而，由于工艺的偏差，RC振荡器输出时钟频率偏差高达±25%，无法确保USB设备与USB主机刚连接时能够识别USB主机发送过来的握手包，特别是USB2.0高速模式，很可能连接失败。若在芯片进行CP（ChipProbe）测试阶段，在一定电压、温度下，利用外灌的基准时钟对振荡器进行校准，将校准值写入eFuse存储，也只能校准工艺偏差。实际产品内置振荡器输出时钟频率随电源电压、温度变化依然会超出USB2.0高速模式频偏要求，导致USB2.0设备与USB2.0主机能够连接成功，但后续数据传输很可能会中断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种校准无晶振的USB 设备内部振荡器时钟的***。
一种时钟校准***，包括粗调、细调两步频率校准，两者拥有不同的频率校准范围和精度。
第一步粗调，在芯片的CP（Chip Probe）测试阶段，利用外灌的基准时钟对USB 设备内部振荡器产生的时钟进行粗略校准（校准工艺偏差），确保USB 设备刚连接到USB主机时，能够识别USB 主机发送过来的数据流中的SOF（Strat Of Frame）令牌包。
第二步细调，以检测到的SOF脉冲信号作为基准时钟对USB 设备内部振荡器产生的时钟进行精细校准（实时校准，校准工艺、电源、温度偏差），以确保达到USB2.0协议定义的频偏要求，从而达到省去芯片外部有源晶振或晶体的目的。
在其中一个实施例中，一种时钟校准***，包括粗调、细调两个校准环路。其中，粗调校准环路包括振荡器、锁相环、计数器、第一计数判决器、eFuse、粗调控制字选择器。细调校准环路包括振荡器、锁相环、SOF检测器、SOF间隔计数器、第二计数判决器。
所述粗调校准环路与所述细调校准环路共用所述振荡器和所述锁相环。
所述粗调校准环路中，所述振荡器输出时钟送给所述锁相环进行频率倍增，所述锁相环输出时钟送给所述计数器对CP阶段外灌的基准时钟周期进行计数，所述计数器计数值送给所述第一计数判决器进行判决，所述第一计数判决器判决结果分别送往所述eFuse和所述粗调控制字选择器，所述粗调控制字选择器输出控制字送往所述振荡器对其输出时钟频率进行粗调。当所述第一计数判决器判决没有锁定时，所述粗调控制字选择器直接选择所述第一计数判决器输出控制字，继续对所述振荡器进行粗调。当所述第一计数判决器判决锁定时，送往所述eFuse的控制字写入所述Efuse，所述粗调校准环路锁定，所述粗调控制字选择器选择所述eFuse中存储的控制字，完成对所述振荡器的粗调。
所述细调校准环路中，所述振荡器输出时钟送给所述锁相环进行频率倍增，所述锁相环输出时钟分别送给所述SOF检测器、所述SOF间隔计数器，所述SOF检测器检测到的SOF脉冲信号送给所述SOF间隔计数器，由所述锁相环输出时钟对其进行计数，计数值送给所述第二计数判决器进行判决，所述第二计数判决器输出控制字送往所述振荡器对其输出时钟频率进行细调。当所述第二计数判决器判决没有锁定时，所述第二计数判决器输出控制字继续对所述振荡器进行粗调。当所述第二计数判决器判决锁定时，所述第二计数判决器输出控制字锁定，完成对所述振荡器的细调。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明方法的优点和***实现方式将会更加明显和清晰，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为传统的USB接口数据传输架构示意图；
图2为采用当前发明的时钟校准***的USB接口数据传输架构示意图；
图3为发明的USB设备内部振荡器时钟校准***示意图；
图4为全速USB设备的帧间隔示意图；
图5为高速USB设备的帧间隔示意图。
具体实施方式
图2为采用当前发明的USB设备内部振荡器时钟校准***的USB接口数据传输架构，USB 设备 201包含内部振荡器时钟校准***203。
如图3所示，在一个具体的实施例中，所述的USB 设备内部振荡器时钟校准***203，包括粗调校准环路310以及细调校准环路320，它们共用的振荡器301和锁相环302。
如图3所示，其中一个实施例中，粗调校准环路310包括振荡器301、锁相环302、计数器311、第一计数判决器312、eFuse314、粗调控制字选择器313。振荡器301输出时钟送给锁相环302进行倍增，锁相环302输出时钟315送给计数器311，对芯片CP测试阶段外灌的基准时钟305的一个周期进行计数，计数器311的计数值送给第一计数判决器312进行判决，当计数值大于Ndn或小于Nup时，粗调控制字选择器313直接选择第一计数判决器312输出的控制字，对振荡器301进行粗调。当计数值在Ndn1 、Nup1之间时，第一计数判决器312判决锁定，输出控制字317写入eFuse314、锁定信号316置高，粗调控制字选择器313选择eFuse314存储的粗调控制字，完成对振荡器301的粗调。对应锁相环302输出时钟315、324、325、304的精度为480MHz±2100ppm（高速模式）、48MHz±10500ppm（全速模式），能够确保细调校准环路320中的SOF检测器321正确识别USB 主机发送过来的数据流中的SOF令牌包。
在其中一个实施例中，所述基准时钟305频率为0.25MHz。
在其中一个实施例中，所述计数值Ndn1和Nup1，在高速模式下为Ndn1=1924、Nup1=1916，全速模式下为Ndn1=194、Nup1=190。
如图3所示，其中一个实施例中，细调校准环路320包括振荡器301、锁相环302、SOF检测器321、SOF间隔计数器322、第二计数判决器323。振荡器301输出时钟送给锁相环302进行倍增，锁相环302输出时钟324送给SOF检测器321，锁相环302同时输出时钟325送给SOF间隔计数器322，SOF检测器321检测到的SOF脉冲信号送给SOF间隔计数器322，SOF间隔计数器322计数结果送给第二计数判决器323进行判决，判决结果对振荡器301进行细调。
由于USB 主机发送给USB 设备的SOF令牌包在全速模式下为1ms±500ns、高速模式下间隔为125us±62.5ns，如图4、5所示。当细调校准环路320中的SOF间隔计数器322的计数值，大于Ndn2或小于Nup2时，第二计数判决器323输出控制字继续振荡器301输出时钟进行调整。当SOF间隔计数器322的计数值，在Ndn2和Nup2之间时，细调校准环路320锁定，第二计数判决器323输出细调控制字锁定，对应锁相环302输出时钟315、324、325、304精度为480MHz±500ppm（高速模式）、48MHz±2500ppm（全速模式）。
在其中一个实施例中，所述计数值Ndn2和Nup2，在高速模式下为Ndn2=60030、Nup2=59970，全速模式下为Ndn2=48120、Nup2=47880。
以上实例仅为本发明的优选例子而已，本发明的设计构思并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种校准无晶振USB设备内部振荡器时钟的***，其特征在于，包括粗调、细调两步频率校准，两者拥有不同的频率校准范围和精度。
2.根据权利要求1所述的时钟校准***，其特征在于，第一步粗调，在芯片的CP（ChipProbe）测试阶段，利用外灌的基准时钟对USB 设备内部振荡器产生的时钟进行粗略校准（校准工艺偏差），确保USB 设备刚连接到USB主机时，能够识别USB 主机发送过来的数据流中的SOF（Strat Of Frame）令牌包。
3.根据权利要求2所述的时钟校准***，其特征在于，第二步细调，以检测到的SOF脉冲信号作为基准时钟对USB 设备内部振荡器产生的时钟进行精细校准（实时校准，校准工艺、电源、温度偏差），以确保达到USB2.0协议定义的频偏要求，从而达到省去芯片外部有源晶振或晶体的目的。
4.一种校准无晶振USB设备内部振荡器时钟的***，其特征在于，包括粗调、细调两个校准环路。
5.根据权利要求4所述的时钟校准***，其特征在于，粗调校准环路包括振荡器、锁相环、计数器、第一计数判决器、eFuse、粗调控制字选择器；振荡器输出时钟送给锁相环进行倍增，锁相环输出时钟送给计数器，对阶段外灌的基准时钟周期进行计数，计数值送给第一计数判决器判决，判决结果分别送往eFuse和粗调控制字选择器，粗调控制字选择器输出控制振荡器进行频率粗调。
6.根据权利要求4所述的时钟校准***，其特征在于，细调校准环路包括振荡器、锁相环、SOF检测器、SOF间隔计数器、第二计数判决器；振荡器输出时钟送给锁相环进行倍增，锁相环输出时钟送给SOF检测器以及SOF间隔计数器，SOF间隔计数器对SOF检测器检测到的SOF脉冲信号进行计数，计数值送给第二计数判决器判决，输出细调控制字控制振荡器进行频率细调。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180427 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |