CN114531150A - 用于小尺寸芯片的双频率输出方法、装置及小尺寸芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种适用于小尺寸芯片的双频率输出方法、装置及小尺寸芯片，涉及集成电路芯片及通信设备技术领域，能够进一步减小总体方案的尺寸和成本，从而在实现高度集成化的前提下，还能够满足两级频率输出独立开关控制的需求。本发明包括：所述小尺寸芯片采用单个MHz级晶体振荡器作为振荡源，所述MHz级晶体振荡器同时连接MHz级时钟驱动器和kHz级频率分频器，其中，由MHz级时钟驱动器控制MHz级频率输出的开关状态，由kHz级时钟驱动器控制kHz级频率输出的开关状态；在确认当前所需的频率输出后，通过所述MHz级时钟驱动器和所述kHz级时钟驱动器分别控制MHz级频率输出的开关状态和kHz级频率输出的开关状态。本发明适用于小尺寸芯片。
Description
技术领域
本发明涉及通信设备技术领域，尤其涉及一种适用于小尺寸芯片的双频率输出方法、装置及小尺寸芯片。
背景技术
在一些通信***如LTE、5G通信，GNNS，物联网智能终端等***中，除了高精度MHz级频率的业务时钟要求以外，通常也会需要kHz级别的时钟如kHz级，作为整个***中主控单元的计时、低速机器时钟，以保证***在待机或休眠模式下可以保证长时间准确运作。一般而言，小型智能终端、5G通信设备等现代网络通信产品，往往都会追求小型化和低功耗等指标。
但随着设备的小型化，电路板的尺寸越来越小(业内也会将这些小型化设备上应用的电路板、芯片等称之为“小尺寸芯片”)，同时放置两颗独立晶体振荡器来产生时钟信号无疑会对电路板设计增加额外的空间和成本的压力。尤其是，在实际的生产过程中发现，若要实现独立控制开关状态，则也需要两颗独立的晶体振荡器各自输出不同级别的时钟信号，信号之间存在相互干扰，需要增加额外的隔离电路，因此在布局时通常会考虑间隔一定距离，最终导致通过设计优化来降低尺寸的效果有限。
因此，尽管晶体振荡器时钟芯片的封装尺寸已实现小型化，但对于完全满足设备的需求还存在一定距离，尤其是在电路板设计的尺寸和成本的缩减方面。
发明内容
本发明的实施例提供一种适用于小尺寸芯片的双频率输出方法、装置及小尺寸芯片，能够进一步减小总体方案的尺寸和成本，从而在实现高度集成化的前提下，还能够满足两级频率输出独立开关控制的需求。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供的方法，包括：
所述小尺寸芯片采用单个MHz级晶体振荡器作为振荡源，所述MHz级晶体振荡器同时连接MHz级时钟驱动器和kHz级频率分频器，其中，由MHz级时钟驱动器控制MHz级频率输出的开关状态，由kHz级时钟驱动器控制kHz级频率输出的开关状态；在确认当前所需的频率输出后，通过所述MHz级时钟驱动器和所述kHz级时钟驱动器分别控制MHz级频率输出的开关状态和kHz级频率输出的开关状态。
第二方面，本发明的实施例提供的小尺寸芯片，包括：
在所述小尺寸芯片中安装有一颗MHz级晶体振荡器作为振荡源并产生MHz级振荡信号，所述MHz级的晶体振荡器的组成部分，包括：晶体谐振器、振荡电路和负载电容；
所述MHz级晶体振荡器与MHz级时钟驱动器和kHz级频率分频器连接，所述kHz级频率分频器连接kHz级时钟驱动器。
所述MHz级晶体振荡器产生的MHz级的振荡信号输入所述MHz级时钟驱动器后，所述MHz级时钟驱动器产生MHz级频率输出；所述MHz级晶体振荡器产生的MHz振荡信号输入所述kHz级频率分频器后，所述kHz级频率分频器输出转换为kHz级别的振荡信号，再输入所述kHz级时钟驱动器，所述kHz级时钟驱动器产生kHz级频率输出。
所述MHz级时钟驱动器用于控制MHz级频率输出的开关状态；kHz级时钟驱动器用于控制kHz级频率输出的开关状态。
第三方面，本发明的实施例提供的用于小尺寸芯片的双频率输出装置，包括：
补偿触发单元，用于当需要进行温度补偿时，触发温度补偿模块运行，其中，进行温度补偿的工作模式包括：高精度补偿模式和低功耗模式；
高精度补偿单元，用于当进入所述高精度补偿模式时，通过所述温度补偿模块检测所述MHz级晶体振荡器内部的晶体谐振器的温度信息；根据检测到的温度信息和谐振器温度特性，获取所述MHz级晶体振荡器的频率偏移量，并根据所述频率偏移量修改所述MHz级晶体振荡器内部的负载电容的容值；
低功耗补偿单元，用于当进入所述低功耗模式时，通过所述温度补偿模块检测所述MHz级晶体振荡器内部的晶体谐振器的温度信息；根据检测到的温度信息和谐振器温度特性，获取所述MHz级晶体振荡器的频率偏移量，并根据所述频率偏移量修改所述kHz级频率分频器的分频比。
本发明实施例提供的适用于小尺寸芯片的双频率输出方法、装置及小尺寸芯片，仅利用单个MHz级频率晶体振荡器，即可产生MHz级频率时钟和kHz级频率时钟，即通过一个晶体振荡器就实现了两级频率输出且两级频率输出可以单独控制开关；在频率输出需要温度补偿即更高精度要求的场景下，多种模式同时兼顾高精度和低功耗的工况；并且，本实施例中仅利用单个MHz级频率晶体振荡器，即可产生高精度MHz级频率时钟和低功耗kHz级频率时钟，即通过一个晶体振荡器就实现了同时兼顾高精度和中高精度的工况，具体就是通过一个晶体振荡器即可实现MHz级频率时钟和kHz级频率时钟两个级别频率的时钟，用于两级频率时钟的信号其实是同源的，并不存在现有技术中不同源信号导致的相互干扰的问题，从而也就解决了小尺寸芯片上容易出现的两个时钟信号的相互干扰的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1、图2为TCXO的振荡原理的示意图；
图3为现有的***架构示意图；
图4为本发明实施例提供的基础芯片结构示意图；
图5为本发明实施例提供的***设计架构示意图；
图6为本发明实施例提供的带温度补偿模块的芯片结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
TCXO(Temperature Compensate X'tal(crystal)Oscillator)即温度补偿晶体振荡器是一种常用的频率器件，其原理是通过感应周围环境温度,将温度信息做适当变换后控制晶体振荡器的输出频率,以求达到稳定输出频率的效果，常用的实现方式为通过片内的热敏电阻网络实时监控温度，基于温度信息调整晶体谐振器的负载电容修正频率以补偿晶体谐振器在不同温度下的频率偏移。TCXO主要用在电子设备中作为提供高精度、高稳定度的时钟功能模块，常见频率为MHz级别，常用于一些通信***如LTE、5G通信，GNNS，物联网智能终端等，TCXO的精度直接影响***通信链路的稳定，因此在这些***中TCXO的精度是十分重要的。例如：TCXO的振荡原理为利用片内石英晶体谐振器的压电效应，同片内振荡器电路配合，产生标定频率的时钟信号。内部石英晶体谐振器的等效电路图1、2所示，其中，Co为静电容，L1为动态电感，C1为动态电容，R1为动态电阻。石英晶体谐振器在使用时会与外部电路组成振荡电路，其振荡频率与整体的负载电容有关。
负载电容由晶体谐振器两端的寄生电容Cs、输入电容Ci、输出电容Co、引线寄生电容、PCB引线寄生电容及外接电容等组成。负载电容决定了振荡电路频率的精准度，若负载电容相比晶体谐振器所要求的的值偏小，频率则偏大，反之亦然。在TCXO温度补偿晶体振荡器中，晶体谐振器所需的负载电容及起振电路已集成至片内，在加入电源激励的条件下即可起振产生准确的时钟信号。
在实际的应用场景中，晶体谐振器的输出频率会随环境温度的变化而变化，如在-40～85℃温度范围内，晶体谐振器的频率偏移范围可能达到标称频率+/-20～30ppm(百万分之)，若想要达到高精度(如+/-1ppm以内)，则需要补偿电路的修正。注：如上数值仅为辅助描述，非本方案实际指标。
TCXO频率补偿的原理是通过感应周围环境温度,将温度信息做适当变换后控制晶体振荡器的输出频率,以求达到稳定输出频率的效果。常用的实现方式为通过片内的热敏电阻网络实时监控温度，基于温度信息调整晶体谐振器的负载电容以修正温度带来的频率误差，将中精度的原始振荡信号补偿至高精度。
TCXO在电子设备中提供高精度、高稳定度时钟，常见频率为MHz级别，常用于一些通信***如LTE、5G通信，GNNS，物联网智能终端等，TCXO的精度直接影响***通信链路的稳定，因此在这些***中TCXO的精度是十分重要的。除了高精度MHz级时钟的要求以外，在这些***中，通常也会需要kHz级别的时钟，典型如32.768kHz时钟信号作为RTC(Real-TimeClock)即实时时钟芯片模块的时钟基准，一般也是通过晶体振荡器加补偿的方式实现，该时钟作为整个***中主控单元的计时、低速机器时钟，该时钟的特性为中高等精度、低功耗以保证***在待机或休眠模式下可以保证长时间准确运作。
针对这两类不同频率级别的时钟需求，现有***一般采用分立的两颗晶体振荡器时钟芯片。比如图3所示的，典型时钟***中使用的TCXO及RTC时钟方式。在正常工作模式下，TCXO和RTC时钟保持常开的状态；在待机或休眠模式下，一般会关闭TCXO以节省功耗，保留RTC时钟维持***的最基本运行。
针对现有方案中的问题，本实施例进行了进一步的设计，大致的设计目的在于：采用集成的方案，利用一个MHz级晶体振荡器作为振荡源(也可称之为“本振”)同时产生可独立控制的MHz级和kHz级频率输出以减小芯片尺寸，进一步满足***及设备对电路板尺寸和成本缩减的需求，芯片的基础结构大致如图4所示。小尺寸芯片中安装有一颗普通温度稳定度的MHz级的晶体振荡器作为振荡源，产生MHz级振荡信号。所述MHz级的晶体振荡器的组成部分，包括：MHz级晶体谐振器、振荡电路和负载电容。当所述MHz级晶体振荡器产生的MHz级的振荡信号输入所述MHz级时钟驱动器时，所述MHz级时钟驱动器产生MHz级频率输出。当所述MHz级晶体振荡器产生的MHz振荡信号输入所述kHz级频率分频器时，所述kHz级频率分频器将MHz级的振荡信号向kHz级转换，并将转换后的kHz级别的振荡信号输入kHz级时钟驱动器并产生kHz级频率输出。
大致如图5所示的，采用集成的方案后，可以有效地缩减芯片的布板面积以减小电路板的尺寸和成本。
但是在实际应用中，***在正常工作模式需要高精度的时钟信号，在待机模式下需要低功耗的时钟信号。因此本实施例方案的设计难点在于：如何使用同一振荡源满足不同的场景的需求。
本发明实施例提供一种适用于小尺寸芯片的双频率输出方法，如图6所示，包括：
所述小尺寸芯片采用单个MHz级晶体振荡器作为振荡源，所述MHz级晶体振荡器同时连接MHz级时钟驱动器和kHz级频率分频器及驱动器产生MHz级和kHz级两级频率输出，其中，由MHz级时钟驱动器控制MHz级频率输出的开关状态，由kHz级时钟驱动器控制kHz级频率输出的开关状态。
在确认当前所需的频率输出后，通过所述MHz级时钟驱动器和所述kHz级时钟驱动器分别控制MHz级频率输出的开关状态和kHz级频率输出的开关状态。其中，实际应用中总共可以出现4中开关状态：只有MHz级频率输出、只有kHz级频率输出、同时有MHz级频率输出和kHz级频率输出和没有频率输出。具体的，可以由运行了本实施例所设计的芯片的设备作为执行主体来执行“确定”的动作，比如装备了小尺寸芯片的交换机设备等，具体由设备上运行的***程序做判断和确认。
当需要进行温度补偿时，触发温度补偿模块运行，其中，温度补偿的工作模式包括：高精度补偿模式和低功耗模式。小尺寸芯片采用双工作模式的温度补偿模块，在频率输出需要温度补偿即更高精度要求的场景下，所述温度补偿模块检测所述小尺寸芯片内部的温度信息，并根据检测到的温度信息分别对两级频率输出进行补偿即精度提升。本实施例中，小尺寸芯片中安装有一颗MHz级的晶体振荡器作为振荡源，MHz级的晶体振荡器与MHz级时钟驱动器和kHz级频率分频器连接。在高精度补偿模式下，调整晶体振荡器的负载电容，以达到对频率的温度补偿，使得MHz和kHz级频率输出都可以达到高精度稳定度。当进入所述低功耗补偿模式后，补偿方式调整为修改kHz级分频器的分频比，使得kHz级频率输出达到中高精度稳定度。本实施例中，可以通过温度补偿模块根据工作***的需求制定补偿的策略，这个策略分为了高精度补偿模式，低功耗补偿模式。其中，高精度补偿工作则直接确认需要补偿多少电容值；而低功耗补偿模式下则是需要确认分频比。
进一步的，当进入所述高精度补偿模式时，通过所述温度补偿模块检测所述MHz级晶体振荡器内部的晶体谐振器的温度信息。根据检测到的温度信息和谐振器温度特性，获取所述MHz级晶体振荡器的频率偏移量，并根据所述频率偏移量修改所述MHz级晶体振荡器内部的负载电容的容值，所述谐振器温度特性包括：所述谐振器的频率与所述谐振器温度之间的变化关系。
其中，所述根据检测到的温度信息，修改负载电容的容值，包括：通过温度补偿模块检测所述晶体振荡器的温度信息；根据所述温度信息及谐振器温度特性确定所述晶体振荡器的频率偏移量，并根据所得到的频率偏移量相应修改负载电容的容值对晶体振荡器进行频率补偿从而提升MHz级和kHz级频率输出的频率精度。时钟的源头是晶体振荡器，这是一个中精度的时钟源头，晶体谐振器+负载电容+振荡电路组合为晶体振荡器，其中负载电容的大小可以影响晶体振荡器的输出频率。需要说明的是，利用晶体谐振器、振荡电路和负载电容的共通作用来产生振荡信号的原理和机制，属于目前已有的技术，本实施例中不再赘述。
在实际应用中，对晶体振荡器的频率进行补偿，以便于应对实际应用中出现的频率会随温度的变化而变化的情况，比如：仅靠晶体振荡器本身的精度，20摄氏度工作温度时频率是100MHz，70摄氏度工作温度就偏移成了100.003M。为了让这个偏差更小，需要捕捉晶体振荡器的温度信息，从而间接知道频率偏移量，从而对其进行补偿，如高精度要求为70摄氏度工作温度时在100.0001MHz以内，中高精度在100.001MHz以内。在高精度补偿模式下，直接调整负载电容的值来改变源头频率，从而使得MHz级和kHz级频率输出都保持在高精度。
当进入所述低功耗模式时，通过所述温度补偿模块检测所述MHz级晶体振荡器内部的晶体谐振器的温度信息。根据检测到的温度信息和谐振器温度特性，获取所述MHz级晶体振荡器的频率偏移量，并根据所述频率偏移量修改所述kHz级频率分频器的分频比。
其中，所述根据检测到的温度信息，修改kHz级分频器的分频比，包括：通过温度补偿模块检测所述晶体振荡器的温度信息；根据所述温度信息及谐振器温度特性确定所述晶体振荡器的频率偏移量，并根据所得到的频率偏移量修改kHz级频率分频器的分频比从而提升kHz级频率输出的频率精度。
可选的，若是只采用一个开关状态运行的情况，则可以关闭MHz级时钟驱动器从而关闭MHz级时钟信号，并保持所述kHz级频率分频器和所述kHz级时钟驱动器运行。从而将功耗等级降低至uA级，以便于实现最大程度的节能降功耗。
其中，进入所述低功耗补偿模式时，不会再修改负载电容的容值，而是通过功耗更低的方式调整kHz级分频器的分频比将kHz级频率输出稳定度保持在中高精度，并可以选择通过关闭MHz级频率时钟的方式将整体功耗降低至uA级。本实施例中，仅利用单个MHz级频率晶体谐振器，即可产生高精度MHz级频率时钟和低功耗32.768kHz或其余kHz级频率时钟，即通过一个晶体振荡器就实现了两级频率输出且两级频率输出可以单独控制开关；在频率输出需要温度补偿即更高精度要求的场景下，多种模式同时兼顾高精度和低功耗的工况。本实施例中，所述小尺寸芯片中安装有一颗普通温度稳定度的MHz级的晶体振荡器作为振荡源，产生MHz级振荡信号。
其中，所述MHz级的晶体振荡器的组成部分，包括：晶体谐振器、振荡电路和负载电容。具体可以利用晶体谐振器、振荡电路和负载电容的共通作用，产生MHz级振荡信号。需要说明的是，利用晶体谐振器、振荡电路和负载电容的共通作用来产生振荡信号的原理和机制，属于目前已有的技术，本实施例中不再赘述。
当所述晶体振荡器产生的MHz级的振荡信号输入所述MHz级时钟驱动器时，所述MHz级时钟驱动器产生MHz级时钟信号。当所述晶体振荡器产生的MHz振荡信号输入所述kHz级频率分频器时，所述kHz级频率分频器将MHz级的振荡信号向kHz级别进行转换，并将转换后的振荡信号输入kHz级时钟驱动器并产生kHz级时钟信号。所述MHz级和kHz级时钟驱动器可以分别控制MHz级和kHz级两级频率输出的开关状态。
本实施例中，根据算法模型得到晶体振荡器在特定温度下相比标称频率的频率偏移量信息，并基于上述频率偏移量信息利用不同补偿方式对MHz级或kHz级时钟信号进行频率补偿。具体的，本实施例中可以采用两种补偿方式，模拟的方式和数字的方式，分别用于高精度补偿和低功耗补偿。模拟的补偿方式为修正晶体振荡器的负载电容以修正频率。数字的补偿方式为修改数字分频器的分频比修正频率。
本实施例中，所述根据检测到的温度信息，修改负载电容容值，以便于对晶体谐振器随温度变化产生的频率偏移量进行补偿，包括：通过温度补偿模块检测所述MHz级的晶体谐振器的温度信息。根据所述温度信息确定所述MHz级的晶体谐振器的频率偏移量，并根据所得到的频率偏移量对晶体谐振器的输出频率进行频率补偿。例如：除了温度以外，本实施例中的搭配晶体谐振器使用的负载电容的容值是影响晶体谐振器频率的另一因素。如：标称50MHz，10pF负载电容的晶体谐振器在实际负载电容容值为10pF时频率为50MHz。实际容值为11pF时为49.99995MHz；实际容值为9pF时为50.00005MHz。在实际应用中，如在25摄氏度工作温度，负载电容容值为10pF时，晶体谐振器频率为50MHz，当工作温度为85摄氏度时，晶体谐振器频率变化至50.0025MHz，调整负载电容容值至更高值如15pF理论上可补偿温度变化带来的频率偏移。即根据温度信息通过调整负载电容容值的方法修正晶体谐振器的频率偏移量，从而提升晶体振荡器的温度稳定度及精度。
当进入所述低功耗补偿模式时，获取所述MHz级的晶体谐振器的频率偏移量，并根据所获取的频率偏移量确定所述kHz级分频器的分频比并进行更新，之后利用更新后的分频比对kHz级时钟信号进行频率补偿。例如：在25摄氏度工作温度时，晶体谐振器频率为50MHz，晶体振荡器的振荡信号相应亦是50MHz，当kHz级分频器分频比设置为1000时，kHz级时钟信号为50MHz/1000＝50kHz。当工作温度为85摄氏度时，晶体谐振器及晶体振荡器频率变化至50.0025MHz，调整分频比为1000.05理论上可补偿温度变化带来的频率偏移。即根据温度信息通过调整分频比可调整kHz级频率输出的频率，从而提升kHz级频率输出的温度稳定度及精度。
本实施例中，还提供一种于小尺寸芯片，其架构的特点如图6所示的，包括：
在所述小尺寸芯片中安装有一颗普通温度稳定度的MHz级的晶体振荡器作为振荡源并产生MHz级振荡信号，所述MHz级的晶体振荡器的组成部分，包括：晶体谐振器、振荡电路和负载电容。MHz级的晶体振荡器与MHz级时钟驱动器和kHz级频率分频器连接，所述kHz级频率分频器连接kHz级时钟驱动器。
其中，所述晶体振荡器产生的MHz级的振荡信号输入所述MHz级时钟驱动器后，所述MHz级时钟驱动器输出MHz级时钟信号。所述晶体振荡器产生的MHz振荡信号输入所述kHz级频率分频器后，所述kHz级频率分频器输出转换为将kHz级别的振荡信号，再输入所述kHz级时钟驱动器，所述kHz级时钟驱动器输出kHz级时钟信号。具体来说，所述小尺寸芯片中安装有一颗普通温度稳定度的MHz级晶体谐振器作为振荡源，搭配片内振荡电路和负载电容产生MHz级振荡信号，晶体谐振器、振荡电路及负载电容的组合为晶体振荡器。所述晶体振荡器产生的MHz振荡信号输入MHz级时钟驱动器以产生MHz级时钟信号以及输入kHz级分频器。所述kHz级频率分频器，用于将MHz级振荡信号向kHz级别转换，输入kHz级时钟驱动器产生kHz级时钟信号。
在实际应用中，***在正常工作模式需要高精度的时钟信号，在待机模式下需要低功耗的时钟信号，因此，本实施例的设计难点之一在于：如何使用同一振荡源满足不同的场景的需求。本实施例中，采用MHz级单一晶体振荡器作为振荡源，晶体振荡器的输出可以连接MHz级频率时钟驱动器得到MHz频率时钟输出，或是经过kHz级频率分频器后得到kHz级频率时钟输出，两者可以独立控制开关使能。
本实施例的方案，可以满足MHz级时钟的高精度，也可以满足kHz级时钟满足低功耗的中高精度。从而在***进入待机时，关断MHz级时钟，32.768kHz时钟需工作在uA级低功耗补偿模式。即本实施例可以同时该方案具有两种工作模式，在高精度和低功耗场景下，应当采用不同的补偿方式：在高精度补偿模式时，温度补偿模块根据检测到的温度信息采用模拟的方式调整晶体谐振器的负载电容，从而达到对频率的温度补偿，使得MHz和kHz级频率输出都可以达到高精度稳定度；在***需要进入待机状态等低功耗补偿模式时，可以独立关闭MHz级频率时钟，保持kHz级频率输出时钟在工作状态并进入低功耗补偿模式，在低功耗补偿模式下，补偿方式从调整晶体谐振器负载电容切换至通过数字方式调整kHz级分频器。以保持中高精度并将功耗降低至uA级。通过不同的补偿方式，这种集成方案可以完美地替代原来必须使用两颗芯片的方案，极大地节省了版图布局面积以及物料成本。
本实施例中，还提供一种适用于小尺寸芯片的两级频率输出多模式控制的装置，包括：
补偿触发单元，用于当需要进行温度补偿时，触发温度补偿模块运行，其中，进行温度补偿的工作模式包括：高精度补偿模式和低功耗模式。
高精度补偿单元，用于当进入所述高精度补偿模式时，通过所述温度补偿模块检测所述MHz级晶体振荡器内部的晶体谐振器的温度信息；根据检测到的温度信息和谐振器温度特性，获取所述MHz级晶体振荡器的频率偏移量，并根据所述频率偏移量修改所述MHz级晶体振荡器内部的负载电容的容值。
低功耗补偿单元，用于当进入所述低功耗模式时，通过所述温度补偿模块检测所述MHz级晶体振荡器内部的晶体谐振器的温度信息；根据检测到的温度信息和谐振器温度特性，获取所述MHz级晶体振荡器的频率偏移量，并根据所述频率偏移量修改所述kHz级频率分频器的分频比。
本实施例将低功耗kHz及高精度MHz级频率时钟集成到同一时钟芯片的方案，如图5所示的，为集成方案在***中的应用框图，该方案对***可以提供多种优势：统一的时钟信号管理：利用单个MHz级频率晶体谐振器产生高精度MHz级频率时钟和低功耗32.768kHz或其余kHz级频率时钟，从而也极大缩小布局所需要面积；MHz级和kHz级频率时钟可独立控制使能，kHz级频率时钟可进入低功耗补偿模式；在低功耗补偿模式下，通过纯数字方式调节32.768kHz或其余kHz级频率时钟分频器做输出频率温度补偿。
本实施例方案的优点在于：统一的时钟信号管理，并且极大缩小布局所需要面积，同时也可以减少整体功耗。并且，还需满足以下功能以达到分立方案的效果：MHz级时钟满足高精度；kHz级时钟满足低功耗，中高精度；在***进入待机时，关断MHz级时钟，32.768kHz时钟需工作在uA级低功耗补偿模式。
将MHz和kHz级时钟的振荡源统一到同一晶体谐振器可以最大化降低布板所需要的尺寸和成本。但如上文所述，***在正常工作模式需要高精度的时钟信号，在待机模式下需要低功耗的时钟信号，这种方案的设计难点在于如何使用同一振荡源满足不同的场景的需求。
在高精度和低功耗场景下，应当采用不同的补偿方式。本发明的架构采用MHz级单一晶体谐振器作为振荡源，晶体谐振器振荡电路的输出可以连接MHz级频率时钟驱动器得到MHz频率时钟输出或是经过kHz级频率分频器后得到kHz级频率时钟输出，两个时钟驱动器可以独立控制开关使能。
同时该方案具有两种工作模式，在高精度补偿模式时，温度补偿模块根据检测到的温度信息采用调整晶体谐振器的负载电容的方式达到对频率的温度补偿，使得MHz和kHz级频率输出都可以达到高精度稳定度；在***需要进入待机状态时，可以独立关闭MHz级频率时钟，保持kHz级频率输出时钟在工作状态并进入低功耗补偿模式，在低功耗补偿模式下，补偿方式从调整晶体谐振器负载电容切换至用纯数字的方式调整kHz级分频器的分频系数值以保持中高精度并将功耗降低至uA级。通过不同的补偿方式，这种集成方案可以完美地替代原来必须使用两颗芯片的方案，极大地节省了版图布局面积以及物料成本。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种适用于小尺寸芯片的双频率输出方法，其特征在于，所述小尺寸芯片采用单个MHz级晶体振荡器作为振荡源，所述MHz级晶体振荡器同时连接MHz级时钟驱动器和kHz级频率分频器，其中，由MHz级时钟驱动器控制MHz级频率输出的开关状态，由kHz级时钟驱动器控制kHz级频率输出的开关状态；
在确认当前所需的频率输出后，通过所述MHz级时钟驱动器和所述kHz级时钟驱动器分别控制MHz级频率输出的开关状态和kHz级频率输出的开关状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当需要进行温度补偿时，触发温度补偿模块运行，其中，温度补偿的工作模式包括：高精度补偿模式和低功耗模式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
当进入所述高精度补偿模式时，通过所述温度补偿模块检测所述MHz级晶体振荡器内部的晶体谐振器的温度信息；
根据检测到的温度信息和谐振器温度特性，获取所述MHz级晶体振荡器的频率偏移量，并根据所述频率偏移量修改所述MHz级晶体振荡器内部的负载电容的容值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
当进入所述低功耗模式时，通过所述温度补偿模块检测所述MHz级晶体振荡器内部的晶体谐振器的温度信息；
根据检测到的温度信息和谐振器温度特性，获取所述MHz级晶体振荡器的频率偏移量，并根据所述频率偏移量修改所述kHz级频率分频器的分频比。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小尺寸芯片中安装有一颗MHz级的晶体振荡器作为振荡源，产生MHz级振荡信号；
所述MHz级的晶体振荡器的组成部分，包括：MHz级晶体谐振器、振荡电路和负载电容。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，当所述MHz级晶体振荡器产生的MHz级的振荡信号输入所述MHz级时钟驱动器时，所述MHz级时钟驱动器产生MHz级频率输出；
当所述MHz级晶体振荡器产生的MHz振荡信号输入所述kHz级频率分频器时，所述kHz级频率分频器将MHz级的振荡信号向kHz级转换，并将转换后的kHz级别的振荡信号输入kHz级时钟驱动器并产生kHz级频率输出。
7.一种于小尺寸芯片，其特征在于，包括：
在所述小尺寸芯片中安装有一颗MHz级晶体振荡器作为振荡源并产生MHz级振荡信号，所述MHz级的晶体振荡器的组成部分，包括：晶体谐振器、振荡电路和负载电容；
所述MHz级晶体振荡器与MHz级时钟驱动器和kHz级频率分频器连接，所述kHz级频率分频器连接kHz级时钟驱动器。
8.根据权利要求7所述的小尺寸芯片，其特征在于，所述MHz级晶体振荡器产生的MHz级的振荡信号输入所述MHz级时钟驱动器后，所述MHz级时钟驱动器产生MHz级频率输出；
所述MHz级晶体振荡器产生的MHz振荡信号输入所述kHz级频率分频器后，所述kHz级频率分频器输出转换为kHz级别的振荡信号，再输入所述kHz级时钟驱动器，所述kHz级时钟驱动器产生kHz级频率输出。
9.根据权利要求8所述的小尺寸芯片，其特征在于，所述MHz级时钟驱动器用于控制MHz级频率输出的开关状态；kHz级时钟驱动器用于控制kHz级频率输出的开关状态。
10.一种适用于小尺寸芯片的双频率输出装置，其特征在于，包括：
补偿触发单元，用于当需要进行温度补偿时，触发温度补偿模块运行，其中，进行温度补偿的工作模式包括：高精度补偿模式和低功耗模式；
高精度补偿单元，用于当进入所述高精度补偿模式时，通过所述温度补偿模块检测所述MHz级晶体振荡器内部的晶体谐振器的温度信息；根据检测到的温度信息和谐振器温度特性，获取所述MHz级晶体振荡器的频率偏移量，并根据所述频率偏移量修改所述MHz级晶体振荡器内部的负载电容的容值；
低功耗补偿单元，用于当进入所述低功耗模式时，通过所述温度补偿模块检测所述MHz级晶体振荡器内部的晶体谐振器的温度信息；根据检测到的温度信息和谐振器温度特性，获取所述MHz级晶体振荡器的频率偏移量，并根据所述频率偏移量修改所述kHz级频率分频器的分频比。
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| CN114531150A true CN114531150A (zh) | 2022-05-24 |
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|---|---|---|---|
| CN202210156329.1A Pending CN114531150A (zh) | 2022-02-21 | 2022-02-21 | 用于小尺寸芯片的双频率输出方法、装置及小尺寸芯片 |
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2022
- 2022-02-21 CN CN202210156329.1A patent/CN114531150A/zh active Pending
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