專利名稱：一種超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及低頻時(shí)鐘電路，尤其涉及一種超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器。
背景技術(shù)：
在通信系統(tǒng)中，時(shí)鐘是一個(gè)必須而關(guān)鍵的信號，在射頻收發(fā)機(jī)前端，需要本地振蕩時(shí)鐘，將接收到的射頻輸入信號下變頻到中頻或零頻，或者將數(shù)據(jù)調(diào)制信號，上混頻到高頻載波發(fā)射出去。在模擬基帶，需要時(shí)鐘對中頻或零頻信號進(jìn)行采樣，在基帶處理器中，需要參考時(shí)鐘，對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，所以時(shí)鐘產(chǎn)生是一個(gè)重要而關(guān)鍵的模塊。已有技術(shù)時(shí)鐘產(chǎn)生有以下幾種一種是用于射頻接收前端的本地振蕩時(shí)鐘，該時(shí)鐘信號對頻譜純度有較高要求，同時(shí)要求輸出時(shí)鐘可調(diào)，用參考晶振和PLL產(chǎn)生，電路復(fù)雜且要求高。另一種是用于高速IO和數(shù)字信號處理中，要求輸出多相位時(shí)鐘，利用DLL產(chǎn)生。 還有一種是應(yīng)用于低功耗系統(tǒng)中的低頻時(shí)鐘信號，低頻時(shí)鐘對相位噪聲要求較低，不需多相位輸出，但對功耗和面積嚴(yán)格要求，要求低功耗低頻時(shí)鐘有穩(wěn)定的時(shí)鐘輸出，且功耗小于幾個(gè)uA.。在目前的實(shí)現(xiàn)方案中，由Lerstaveesin L和Gupta M等提出的高頻率合成后再分頻產(chǎn)生技術(shù)，發(fā)表在IEEE固態(tài)電路雜志第43卷9期，名稱為” A 48_860MHz CMOS Low-IF Direct-Conversion DTV Tuner, ”利用射頻前端PLL的分頻產(chǎn)生，電路構(gòu)成需配置主PLL， 這種分頻時(shí)鐘抖動雖小，但存在功耗大的缺陷。另一種已有技術(shù)，由^ung IA和Greason J K等發(fā)表在IEEE固態(tài)電路雜志第27卷11期，名稱為”APLL ClockGenerator with 5to IlOMHz of Lock Range for Microprocessors，”利用環(huán)形寬帶環(huán)形振蕩器加PLL產(chǎn)生，這種方案仍然存在功耗較大，且需面積較大，存在不能滿足低功耗的要求的缺陷。還有一種已有技術(shù)，Cypress Semiconductor Corporation推出的產(chǎn)品ICD2053B，利用片外的參考晶振分頻產(chǎn)生，這種方案所需面積小，但是功耗也在ImA以上，達(dá)不到低功耗的要求，同樣存在不能滿足低功耗要求的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)時(shí)鐘產(chǎn)生器功耗大，不能滿足低功耗要求的缺陷，提供一種超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，能夠在工藝偏差，電源電壓波動、溫度變化時(shí)，輸出一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘，同時(shí)電路的功耗小于2uA，電路全集成于芯片內(nèi)。本發(fā)明目的是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)?！N超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其電路構(gòu)成包括寬帶環(huán)形振蕩器、自校正單元、頻率檢測單元和分頻器；寬帶環(huán)形振蕩器輸出端連接自校正單元輸入端和分頻器輸入端，輸出頻率信號？_0%，這是寬范圍、線性變化的時(shí)鐘頻率信號，自校正單元輸出端連接寬帶環(huán)形振蕩器的輸入端，用于對寬帶環(huán)形振蕩器輸出F_osc的頻偏超限值時(shí)調(diào)節(jié)其振蕩頻率；頻率檢測單元輸入端接入寬帶環(huán)形振蕩器的輸出時(shí)鐘，用以檢測輸出時(shí)鐘信號并與預(yù)設(shè)值比較輸出比較結(jié)果，其輸出端連接自校正單元的控制信號端，用于輸出使能信號啟動自校正單元對寬帶環(huán)形振蕩器實(shí)現(xiàn)自校正，校正由工藝、溫度、電壓改變引起的寬帶環(huán)形振蕩器頻偏超限的輸出時(shí)鐘的變化，振蕩器的輸出F_osc經(jīng)分頻器分頻，輸出所需的時(shí)鐘頻率信號。所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其在于所述寬帶環(huán)形振蕩器由反相器單元，譯碼及偏置電路構(gòu)成；反相器單元的偏置輸入端連接譯碼及偏置電路的偏置輸出端VN和VP， 用于獲得偏置電流；譯碼及偏置電路的譯碼信號輸入端連接自校正單元的N位控制字輸出端，用于提供線性可調(diào)的偏置電流，偏置輸出端為VN和VP;寬帶環(huán)形振蕩器輸出的振蕩頻率連接分頻器，輸出所需的線性可調(diào)的時(shí)鐘頻率信號。所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其在于所述所述自校正單元包括上升沿檢測器、 上升沿計(jì)數(shù)器、參考分頻器、狀態(tài)機(jī)、參考計(jì)數(shù)器、比較器和參數(shù)配置1單元構(gòu)成；上升沿檢測器輸入端接入F_0SC，上升沿檢測器的一個(gè)輸出端連接上升沿計(jì)數(shù)器，其另一個(gè)輸出端連接狀態(tài)機(jī)，上升沿計(jì)數(shù)器連接狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)機(jī)接入來自片外的RST復(fù)位信號和來自頻率檢測單元的Mart信號，狀態(tài)機(jī)連接參數(shù)配置1單元，用于輸出參數(shù)配置字，參數(shù)配置1單元的一個(gè)參數(shù)配置端連接參考分頻器，用于配置分頻預(yù)設(shè)值，其另一個(gè)參數(shù)配置端連接比較器，用于配置參考計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)值；狀態(tài)機(jī)還連接比較器，用于接收比較結(jié)果；輸入為參考頻率 F_ref的參考分頻器，其分頻輸出端連接參考計(jì)數(shù)器輸入端，比較器一個(gè)輸入端連接參考計(jì)數(shù)器輸出端，用于參考計(jì)數(shù)值與參考計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)值作比較，比較器的輸出端連接狀態(tài)機(jī)；狀態(tài)機(jī)輸出Cal_ok使能信號，用于自校正完成指示并使能頻率檢測單元；自校正單元的狀態(tài)機(jī)輸出N位二進(jìn)制波段控制碼B，N為正整數(shù)，狀態(tài)機(jī)還輸出頻率檢測單元所需的參數(shù)配置值 P_d2。所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其在于所述頻率檢測單元包括頻率檢測使能門、 倍頻器、檢測計(jì)數(shù)器、參數(shù)配置2單元和比較器；頻率檢測使能門的輸入端連接自校正完成使能信號Cal_ok和振蕩器輸出F_osc，頻率檢測使能門的輸出端連接倍頻器輸入端，倍頻器輸出端連接檢測計(jì)數(shù)器輸入端，檢測計(jì)數(shù)器輸出端連接頻檢比較器的輸入端，比較器的輸出端輸出Mart信號，用于使自校正單元啟動自校正；接入?yún)?shù)配置P d2的參數(shù)配置2 單元的一個(gè)參數(shù)配置端連接到倍頻器，用于為倍頻器配置倍頻次數(shù)預(yù)設(shè)值，倍頻比可選擇 1，2，4，8倍，其另一參數(shù)配置端連接到頻檢比較器，用于配置檢測計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)值。所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其在于所述反相器單元由三級單端反相器和3個(gè)電容組成；三級單端反相器串聯(lián)連接，前一級輸出端Y端與下一級輸入端A端相連，第3級串單端反相器的輸出端Y端反饋連接第1級串單端反相器的輸入端A端，三級單端反相器的VN端和VP端分別并聯(lián)連接，用于連接譯碼及偏置電路提供的偏置電壓VN和VP ;3個(gè)電容的一端各自連接對應(yīng)單端反相器輸出端，3個(gè)電容的另一端接地，用于與反相器的等效負(fù)載電阻構(gòu)成反相器延時(shí)結(jié)構(gòu)。所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其在于所述單端反相器由2個(gè)PMOS管和第2個(gè) NMOS管構(gòu)成，其中第1個(gè)PMOS管的源極接電源電壓Vcc，柵極接偏置端VP，漏極與第2個(gè) PMOS管的源極相接；第2個(gè)PMOS管與第1個(gè)NMOS管接成標(biāo)準(zhǔn)反相器結(jié)構(gòu)，它們的柵極并聯(lián)接輸入端A，它們的漏極并聯(lián)接輸出端Y ；第一個(gè)NMOS管的源極與第二個(gè)NMOS管的漏極相接，第二個(gè)NMOS管的柵極接偏置端VN，源極接地。所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其在于環(huán)形振蕩器還包括延時(shí)部件，延時(shí)部件由每級反相器中的第一個(gè)PMOS和第二個(gè)NMOS組成的電流源和每級反相器連接的電容構(gòu)成， 每一級PMOS和NMOS電流源的電流隨波段控制碼B線性變化，其延時(shí)時(shí)間由電流對電容的充電時(shí)間確定，延時(shí)時(shí)間隨波段控制碼B線性變化，用于實(shí)現(xiàn)可調(diào)的線性延時(shí)。自校正單元提供帶環(huán)形振蕩器的N位二進(jìn)制波段控制碼B為線性變化的，控制偏置電路的偏置電流，隨 N位二進(jìn)制波段控制碼B線性變化而線性調(diào)整偏置，輸出的偏置電流也是線性變化，對應(yīng)接入偏置VP、VN的各反相器第一個(gè)PMOS或第二個(gè)NMOS電流源的電流也線性變化。所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其在于所述自校正單元還包括一個(gè)起振檢測部件，其輸入端連接上升沿檢測器輸出端，其輸出端連接狀態(tài)機(jī)，用于判斷寬帶環(huán)形振蕩器起振，經(jīng)3次延時(shí)與判斷，結(jié)果為否，，確定寬帶環(huán)形振蕩器異常，電路復(fù)位或關(guān)閉。所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其在于所述譯碼及偏置電路由自偏置電流鏡，防浪涌啟動電路，譯碼及電流控制電路，偏置輸出電路組成；所述自偏置電流鏡包括由共源共柵結(jié)構(gòu)的電流源和自偏置電路，用于輸出電流為譯碼及電流控制電路提供參考基準(zhǔn)電流；所述防浪涌啟動電路包括防浪控制電路和浪涌吸收電容，浪涌吸收電容連接控制管柵極，控制管漏極連接至自偏置電流鏡，用于實(shí)現(xiàn)控制自偏置電流鏡參考電流的急劇變化；所述譯碼及電流控制電路由可配置的N個(gè)電流源和N個(gè)波段控制碼接入控制電路組成，N個(gè)電流源和N個(gè)波段控制碼接入控制電路一一對應(yīng)連接，N個(gè)電流源的的偏置端都連接自偏置電流鏡的偏置輸出端，獲得參考基準(zhǔn)電流，N個(gè)波段控制碼的接入控制電路對應(yīng)連接N個(gè)中的一位波段控制碼輸出端，用于實(shí)現(xiàn)N位波段控制碼轉(zhuǎn)換到N位電流控制，輸出可配置的線性的偏置電流；所述偏置輸出電路包括PMOS管電流源電平轉(zhuǎn)換電路，其共源共柵結(jié)構(gòu)的電流源輸入端連接譯碼及電流控制的電流輸出端VN，經(jīng)電流源輸出為寬帶環(huán)形振蕩器中反相器單元的偏置輸入端的NMOS管電流源提供偏置VN，PMOS管電流源電平轉(zhuǎn)換電路先鏡像NMOS電流源的電流，再電平轉(zhuǎn)換為PMOS管的偏置電壓，電路輸出端VP為相應(yīng)的反相器單元PMOS 管電流源提供偏置VP。所述自偏置電流鏡由PMOS管MPl、MP2、MP5和NMOS管麗1 MN4 組成，MP2漏極輸出的電流為譯碼及電流控制電路提供參考基準(zhǔn)電流；所述防浪涌啟動電路由MP3，MP4和電容C組成，MP3的漏極接至自偏置電流鏡，用于防止參考電流的急劇變化； 所述譯碼及電流控制電路由可配置的N個(gè)電流源和N個(gè)波段控制碼接入電路組成，譯碼及電流控制電路接入N位的波段控制碼，用于實(shí)現(xiàn)N位波段控制碼轉(zhuǎn)換到N位電流控制，輸出可配置的偏置電流；所述偏置輸出電路的輸入連接譯碼及電流控制的電流輸出，寬帶環(huán)形振蕩器中 NMOS管電流源其偏置VN，經(jīng)麗5柵極輸出，相應(yīng)的PMOS管電流源其偏置VP由MN6、MP18構(gòu)成，經(jīng)MP18柵極輸出。當(dāng)芯片上電或電源電壓發(fā)生大的跳變時(shí)，MP4對電容C進(jìn)行充電，使 MP3的柵極電位慢慢趨于穩(wěn)定。超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器芯片上電或?qū)r(shí)鐘產(chǎn)生器復(fù)位時(shí)，狀態(tài)機(jī)根據(jù)接收機(jī)需求，通過參數(shù)配置字對配置參數(shù)預(yù)設(shè)值；自校正單元中起振檢測處理部件開始工作判斷寬帶環(huán)形振蕩器是否起振，帶環(huán)形振蕩器起振后，自校正單元開始工作，根據(jù)比較器結(jié)果，輸出調(diào)整寬帶環(huán)形振蕩器頻偏的波段控制碼，校正結(jié)束，校正完成信號Cal_ok置為高電平， Cal_ok將使能選通輸出時(shí)鐘信號F_osc，送入頻率檢測單元。頻率檢測單元開始工作，檢測經(jīng)過可控倍頻器倍頻時(shí)鐘信號，送頻檢比較器與預(yù)設(shè)值作比較判斷，當(dāng)寬帶環(huán)形振蕩器輸出時(shí)鐘的誤差超過預(yù)設(shè)值時(shí)，判斷結(jié)果為是，頻檢比較器輸出的自校正啟動信號Mart置為高電平，開啟自校正單元進(jìn)入校正工作，重新對寬帶環(huán)形振蕩器作頻偏校正。若檢測結(jié)果為否，則頻檢比較器輸出Mart置為低電平，控制自校正單元進(jìn)入休眠，時(shí)鐘產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)超低功耗。自校正單元的波段控制碼維持校正結(jié)果輸出，Cal_ok信號維持高電平，使頻率檢測單元處于檢測，隨時(shí)檢測寬帶環(huán)形振蕩器輸出時(shí)鐘的頻偏。本發(fā)明實(shí)質(zhì)性效果1、提供了一種超低功耗時(shí)鐘產(chǎn)生器的技術(shù)方案，使時(shí)鐘產(chǎn)生器的功耗由毫安級降到2微安級，滿足低功耗要求。2、本發(fā)明時(shí)鐘產(chǎn)生器通過自校正能夠克服工藝偏差、電壓波動、溫度變化引起寬帶環(huán)形振蕩器輸出時(shí)鐘的變化，提供一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘信號輸出。3、本發(fā)明時(shí)鐘產(chǎn)生器采用頻率檢測和自校正技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輸出時(shí)鐘信號頻率校正， 線性可調(diào)。4、本發(fā)明時(shí)鐘產(chǎn)生器采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS片上實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，超低功耗，面積小，易于集成，可靠性高，可廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器框圖；圖1中11-寬帶環(huán)形振蕩器，12-頻率檢測單元，13-自校正單元，14-分頻器。圖加是本發(fā)明實(shí)施例的寬帶環(huán)形振蕩器構(gòu)成的連接框圖；圖2b是本發(fā)明實(shí)施例的寬帶環(huán)形振蕩器的反相器單元構(gòu)成框圖；圖2c是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例反相器單元的反相器構(gòu)成電路圖；圖2d是本發(fā)明實(shí)施例譯碼及偏置電路的電原理圖；圖2中21-反相器單元，22-譯碼及偏置電路，211-第1反相器，212-第2反相器， 213-第3反相器，A-反相器輸入端，Y-反相器輸出端，VN-偏置電壓，VP-偏置電壓，221-自偏置電流鏡，222-防浪涌啟動電路，223-譯碼及電流控制電路，224-偏置輸出電路。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的自校正單元的框圖；圖3中31-上升沿檢測器，32-上升沿計(jì)數(shù)器，33-參考分頻器，34-狀態(tài)機(jī)，35-參考計(jì)數(shù)器，36-比較器，37-參數(shù)配置1單元。圖4是本發(fā)明實(shí)施例的頻率檢測單元框圖；圖4中41-使能控制門，42-倍頻器，43-檢測計(jì)數(shù)器，44-參數(shù)配置2單元，45-頻檢比較器45。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行詳細(xì)闡述，使本發(fā)明的技術(shù)方案、有益效果得到進(jìn)一步說明。本發(fā)明實(shí)施例超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器的構(gòu)成框圖，如圖1所示，超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器包括寬帶環(huán)形振蕩器11、頻率檢測單元12、自校正單元13和分頻器14。采本發(fā)明實(shí)施例電路片上集成，無需PLL復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，輸出時(shí)鐘頻率可調(diào)，且在工藝偏差、電源電壓波動、溫度變化的情況下保持輸出時(shí)鐘恒定的輸出，整個(gè)電路的功耗在2微安以下。在本實(shí)施例中，寬帶環(huán)形振蕩器11克服工藝偏差和溫度變化帶來的振蕩頻率變化帶來的影響，寬帶環(huán)形振蕩器11的輸出頻率有一個(gè)可調(diào)范圍，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)寬范圍的頻率輸出。寬帶環(huán)形振蕩器11有N位波段控制碼，本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)置N為5，具有32級頻率可調(diào)能力，每級對應(yīng)的振蕩頻率根據(jù)5位二進(jìn)制波段控制碼的增加，而線性增加。寬帶環(huán)形振蕩器11的輸出連接自校正單元13，每次芯片上電或電路復(fù)位后，根據(jù)對輸出時(shí)鐘的配置要求，自校正單元13對寬帶環(huán)形振蕩器11進(jìn)行自校正，使輸出時(shí)鐘滿足要求，寬帶環(huán)形振蕩器11的輸出經(jīng)分頻器14分頻后，作為時(shí)鐘輸出。頻率檢測單元12對寬帶環(huán)形振蕩器11輸出頻率進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到的頻率不在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)時(shí)，則開啟參考時(shí)鐘和自校正單元，自校正單元13 重新對寬帶環(huán)形振蕩器11進(jìn)行自校正。用本實(shí)施例方案，克服了采用射頻前端中主PLL分頻產(chǎn)生時(shí)鐘方案帶來的功耗大、面積大、成本高的問題，避免了利用環(huán)形寬帶環(huán)形振蕩器11 加PLL方案帶來的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、面積較大、功耗也較大的問題，改善了采用參考晶振分頻產(chǎn)生時(shí)鐘方案的需要片外元件一直工作，因而功耗大到毫安級的缺點(diǎn)。時(shí)鐘產(chǎn)生器的，是功耗的主要來源，本發(fā)明時(shí)鐘信號源采用簡單結(jié)構(gòu)和占用芯片面積較小的寬帶環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。寬帶環(huán)形振蕩器如圖加所示，寬帶環(huán)形振蕩器采用多級級聯(lián)單端的反相器21和譯碼及偏置電路22，用以實(shí)現(xiàn)超低功耗。來自校正電路輸出的波段控制碼B4 BO經(jīng)譯碼及偏置電路22后，給反相器單元21提供電流源偏置VP、VN。實(shí)施例的反相器單元21如圖2b所示，反相器單元21采用3級級聯(lián)單端反相器 211、212和213。為了滿足振蕩判據(jù)的增益條件和相位條件，同時(shí)為了增大每級反相器的延時(shí)，降低振蕩頻率，每級反相器的輸出端與地之間都接有負(fù)載電容，并實(shí)現(xiàn)延時(shí)的線性可調(diào)。3級單端反相器211、212和213電路相同，時(shí)鐘產(chǎn)生器工作頻率在IMHz時(shí)，功耗為納安級。本實(shí)施例中的單端反相器如圖2c所示，單端反相器211由2個(gè)PMOS管Mll和M12， 2個(gè)NMOS管M13和M14實(shí)現(xiàn)。第一個(gè)PMOS管Mll的源極接電源Vcc，柵極接偏置電壓VP， 漏極與第二個(gè)PMOS管M12的源極相接。第二個(gè)PMOS管M12與第一 NMOS管M13接成標(biāo)準(zhǔn)的反相器結(jié)構(gòu)，它們的柵極并接在輸入端A，漏極并接在輸出端B，第一個(gè)NMOS管M13的源極與第二個(gè)NMOS管M14的漏極相接，第二個(gè)NMOS管M14的柵極接偏置電壓VN，源極接地。 第一個(gè)PMOS管Mll是PMOS電流源，第2個(gè)NMOS管M14是NMOS電流源，PMOS電流源為反相器提供充電電流，NMOS電流源為反相器提供放電電流，電流源和反相器的負(fù)載電容Cl構(gòu)成每級反相器的延時(shí)單元，振蕩頻率的調(diào)諧主要是通過調(diào)整電流源的電流，以控制對電容Cl 的充電和放電時(shí)間，來調(diào)整每一級的延時(shí)時(shí)間而實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)諧。實(shí)施例的譯碼及偏置電路22的電路構(gòu)成如圖2d所示，本實(shí)施例中N值取5。譯碼及偏置電路22由自偏置電流鏡 221，防浪涌啟動電路222，譯碼及電流控制電路223，偏置輸出電路2 組成。自偏置電流鏡221包括由PMOS管MPl和MP2成的共源共柵結(jié)構(gòu)電流源，以及由匪OS管麗1 麗4禾口 MP5構(gòu)成的自偏置電路，為電流源提供偏置，電流源的MP2漏極輸出電流作為譯碼及電流控制電路的參考基準(zhǔn)電流。防浪涌啟動電路222由PMOS管MP3，MP4和電容C組成，當(dāng)芯片上電或電源電壓發(fā)生大的跳變時(shí)，MP4對電容C進(jìn)行充電，使MP3的柵極電位慢慢趨于穩(wěn)定，流過MP3的電流也慢慢變化而趨于穩(wěn)定，MP3的漏極接至自偏置電流鏡，防止參考電流的急劇變化。譯碼及電流控制電路223接入5位的電流控制碼，實(shí)現(xiàn)輸出偏置電流的可配置，由 MP6 MP12組成可配置的電流源，而MP13 MP17接入波段控制碼B4 B0，實(shí)現(xiàn)波段控制碼到電流控制的轉(zhuǎn)換。偏置輸出電路224的麗5管的柵、漏極并聯(lián)連接譯碼及電流控制電路223的電流輸出，經(jīng)麗5柵極輸出，為寬帶環(huán)形振蕩器中NMOS管電流源提供偏置VN。MN6 管的柵連接譯碼及電流控制電路223的電流輸出，MP18管的柵、漏極并聯(lián)連接MN6管的漏極，由MN6管和MP18管提供，經(jīng)MP18柵極輸出相應(yīng)的PMOS管電流源的偏置VP。本發(fā)明實(shí)施例的自校正單元的電路構(gòu)成框圖，如圖3所示，自校正單元包括上升沿檢測器31、上升沿計(jì)數(shù)器32、參考分頻器33、狀態(tài)機(jī)34、參考計(jì)數(shù)器35、比較器36、參數(shù)配置單元37。寬帶環(huán)形振蕩器11輸出時(shí)鐘頻率信號F_osc接入上升沿檢測器31，檢測器輸出連接狀態(tài)機(jī)34和上升沿計(jì)數(shù)器32，上升沿計(jì)數(shù)器32輸出送回狀態(tài)機(jī)34，參考時(shí)鐘信號F_ref接參考分頻器33。參數(shù)配置1單元37的一個(gè)輸出接參考分頻器33，另一個(gè)輸出接比較器36，參考分頻器33輸出接參考計(jì)數(shù)器35，參考計(jì)數(shù)器35輸出的計(jì)數(shù)值與參數(shù)配置單元的預(yù)設(shè)值送至比較器36進(jìn)行比較，比較器36輸出比較結(jié)果送至狀態(tài)機(jī)34，狀態(tài)機(jī) 34輸出Cal_ok，B和P_d2，進(jìn)行相應(yīng)控制。自校正電路由上升沿檢測器31和狀態(tài)機(jī)34構(gòu)成振蕩器是否起振檢測器，當(dāng)上升沿檢測器31沒有檢測到振蕩器輸出信號的上升沿，且經(jīng)狀態(tài)機(jī)34延時(shí)再檢測其上升沿，如達(dá)到3次，則表明振蕩器沒有振蕩，電路復(fù)位或關(guān)閉。狀態(tài)機(jī)內(nèi)置二分搜索算法，其輸出N位的波段控制碼B (n-1) B0。本實(shí)施例N設(shè)置為5，5位波段控制碼B4 B0。對于采用3級級聯(lián)反相器的寬帶環(huán)形振蕩器，最多搜索工作5次就能確定輸出頻率所在的子波段，大大節(jié)省了輸出時(shí)鐘切換到另外一個(gè)頻率時(shí)所需的建立時(shí)間。通過配置參考分頻器33的分頻比，實(shí)現(xiàn)校正工作時(shí)間和電路功耗的調(diào)整。自校正電路包含校正頻率精度控制字，允許校正的寬帶振蕩器的輸出信號頻率偏差士(1 5) %，狀態(tài)機(jī)內(nèi)置的配置表，通過查表快速配置頻率精度控制字對應(yīng)的比較上、下限值。本發(fā)明實(shí)施例的頻率檢測單元電路構(gòu)成框圖，如圖4所示，頻率檢測單元包括頻率檢測的使能控制門41、倍頻器42、檢測計(jì)數(shù)器43、參數(shù)配置2單元44、頻檢比較器45。頻率檢測使能控制門41的一個(gè)輸入端連接寬帶環(huán)形振蕩器11的輸出時(shí)鐘，另一個(gè)輸入端連接自校正單元13輸出的校正完成信號Cal_ok，Cal_ok作為頻率檢測單元的使能信號。頻率檢測使能控制門41接倍頻器42，倍頻器42的輸出接檢測計(jì)數(shù)器43。參數(shù)配置2單元44 的一個(gè)輸出接倍頻器42，另一個(gè)輸出接頻檢比較器45，參數(shù)配置2單元根據(jù)需求對倍頻預(yù)設(shè)值和檢測計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)值進(jìn)行配置。檢測計(jì)數(shù)器43的計(jì)數(shù)值與參數(shù)配置2單元的預(yù)設(shè)值送入頻檢比較器45行比較，頻檢比較器45輸出信號Mart。當(dāng)計(jì)數(shù)值不在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)時(shí)， 自校正Mart信號變?yōu)楦唠娖?，Mart信號送給自校正單元，重新開啟自校正單元，完成當(dāng)寬帶環(huán)形振蕩器發(fā)生頻漂時(shí)的自檢測，并自校正后恒定頻率輸出。本發(fā)明實(shí)施例的工作過程的描述如下當(dāng)芯片上電或?qū)﹄娐窂?fù)位后，首先根據(jù)接收機(jī)實(shí)際應(yīng)用要求，對時(shí)鐘產(chǎn)生器配置參數(shù)預(yù)設(shè)值，包括自校正單元13的上升沿計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)值，參考分頻器的分頻比，頻率檢測單元12頻檢比較器的檢測計(jì)數(shù)上、下限預(yù)設(shè)值，倍頻器的倍頻比值，同時(shí)一一進(jìn)行配置。本發(fā)明時(shí)鐘產(chǎn)生器實(shí)施例中，參考時(shí)鐘F_ref為16. 384MHz，設(shè)置上升沿計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)值為5，參考分頻器分頻比為4，頻率精度控制字為011，即允許偏差士3%，對應(yīng)的自校正比較器的下限預(yù)設(shè)值為177，上限預(yù)設(shè)值為189，頻率檢測單元中倍頻器的倍頻比為8，計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)值為5，檢測計(jì)數(shù)上、下限預(yù)設(shè)值為42和32。參數(shù)配置好后，自校正單元13的上升沿計(jì)數(shù)器32對寬帶環(huán)形振蕩器11輸出時(shí)鐘的上升沿進(jìn)行檢測，如果有檢測到上升沿，當(dāng)連續(xù)統(tǒng)計(jì)5個(gè)上升沿后，返回使能信號給狀態(tài)機(jī)34，該過程用于確保寬帶振蕩器切換到新的子波段后，其輸出振蕩信號工作穩(wěn)定。狀態(tài)機(jī)；34開啟上升沿計(jì)數(shù)器32和參考計(jì)數(shù)器35計(jì)數(shù)， 分別對寬帶環(huán)形振蕩器11輸出時(shí)鐘F_osc和參考時(shí)鐘F_ref經(jīng)參考分頻器分頻后的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果沒有檢測到上升沿，則延時(shí)10個(gè)參考時(shí)鐘周期，再次檢測，如此延時(shí)檢測3 次，若仍然沒有檢測到寬帶環(huán)形振蕩器11輸出時(shí)鐘信號上升沿，狀態(tài)機(jī)34判定寬帶環(huán)形振蕩器11沒有起振，關(guān)閉電路。當(dāng)上升沿計(jì)數(shù)器32開始計(jì)數(shù)時(shí)，狀態(tài)機(jī)34判斷計(jì)數(shù)值是否到達(dá)預(yù)設(shè)值5，如果沒有，繼續(xù)計(jì)數(shù)；若計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)值5，則狀態(tài)機(jī)34發(fā)出停止信號，上升沿計(jì)數(shù)器32計(jì)數(shù)和參考計(jì)數(shù)器35停止計(jì)數(shù)，并將參考計(jì)數(shù)器35的參考計(jì)數(shù)值送比較器36 與參考計(jì)數(shù)上、下限預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，比較結(jié)果送狀態(tài)機(jī)34。如果狀態(tài)機(jī)34判斷參考計(jì)數(shù)值小于預(yù)設(shè)值的下限，表明寬帶環(huán)形振蕩器11的輸出時(shí)鐘的頻率偏高了，狀態(tài)機(jī)34給寬帶環(huán)形振蕩器11輸出波段控制碼B<4:0>，參見附圖3，B為代號，B<4:0>為寬帶振蕩器控制頻率的5個(gè)控制位。二分法加一，即由預(yù)置的波段碼16跳至24，寬帶環(huán)形振蕩器的譯碼及偏置電路將波段碼轉(zhuǎn)換成電流，放慢反相器單元的充、放電過程，而降低振蕩頻率，并對各計(jì)數(shù)器復(fù)位后，上升沿檢測器31再對寬帶環(huán)形振蕩器11輸出時(shí)鐘的上升沿進(jìn)行檢測，參考計(jì)數(shù)器35對參考分頻信號計(jì)數(shù)；如果參考計(jì)數(shù)器35的計(jì)數(shù)值大于預(yù)設(shè)值的上限，則表明寬帶環(huán)形振蕩器11的輸出時(shí)鐘的頻率偏低了，狀態(tài)機(jī)34給寬帶環(huán)形振蕩器11輸出波段控制碼 B<4:0>，二分法減一，即由預(yù)置的波段碼16跳至8，寬帶環(huán)形振蕩器的譯碼及偏置電路將波段碼轉(zhuǎn)換成電流，加速反相器單元的充、放電過程，而提高振蕩頻率，對各計(jì)數(shù)器復(fù)位后，再進(jìn)行檢測、計(jì)數(shù)和判斷，重復(fù)上述過程，直到參考計(jì)數(shù)器35的計(jì)數(shù)值在參考計(jì)數(shù)上、下限預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)，狀態(tài)機(jī)34將校正完成信號Cal_ok置為高電平，表征自校正過程結(jié)束，校正完成信號Cal_ok作為使能信號輸出。高電平的Cal_ok作為使能信號送到頻率檢測單元12， 使能控制選通門41開啟，寬帶環(huán)形振蕩器11輸出時(shí)鐘F_osc通過倍頻器42按預(yù)設(shè)倍頻值倍頻F_osc，送檢測計(jì)數(shù)器43對倍頻時(shí)鐘信號計(jì)數(shù)，檢測計(jì)數(shù)器43計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值后，將檢測計(jì)數(shù)值送頻檢比較器45與檢測計(jì)數(shù)器預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，判斷檢測計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值是否在預(yù)設(shè)值內(nèi)，當(dāng)計(jì)數(shù)值不在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)時(shí)，頻檢比較器45將輸出信號Mart置為高電平，高電平的Mart信號送給自校正單元13，重新開啟自校正單元，自校正單元13對寬帶環(huán)形振蕩器11的頻漂實(shí)施自校正。如果判斷數(shù)值在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)時(shí)，則檢測計(jì)數(shù)器復(fù)位，重新開始頻率檢測過程，并將^art置為低電平，低電平的Mart信號送給狀態(tài)機(jī)34，使自校正單元13進(jìn)入休眠，時(shí)鐘產(chǎn)生器以低功耗模式運(yùn)行。頻率檢測單元一直對輸出時(shí)鐘進(jìn)行檢測，檢測到振蕩器的頻漂超過預(yù)設(shè)值時(shí)，開啟自校正單元13，時(shí)鐘產(chǎn)生器針對檢測到的頻漂進(jìn)行校正，以保證輸出時(shí)鐘頻率不隨工藝偏差、電源電壓波動以及溫度變化而發(fā)生漂移。
本發(fā)明的保護(hù)范圍，并非局限于本發(fā)明描述的實(shí)施例。只要各種變化在所附權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)例均在保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1.一種超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其電路構(gòu)成包括寬帶環(huán)形振蕩器、自校正單元、頻率檢測單元和分頻器；寬帶環(huán)形振蕩器輸出端連接自校正單元輸入端和分頻器輸入端，輸出頻率信號F_osc，自校正單元輸出端連接寬帶環(huán)形振蕩器的輸入端，用于對寬帶環(huán)形振蕩器調(diào)節(jié)其振蕩頻率；頻率檢測單元輸入端接入寬帶環(huán)形振蕩器的輸出時(shí)鐘，其輸出端連接自校正單元的控制信號端，用于輸出使能信號啟動自校正單元對寬帶環(huán)形振蕩器實(shí)現(xiàn)自校正， 振蕩器的輸出F_osc經(jīng)分頻器分頻，輸出所需的寬范圍、線性變化的時(shí)鐘頻率信號。
2.如權(quán)利要求1所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其特征在于所述寬帶環(huán)形振蕩器由反相器單元，譯碼及偏置電路構(gòu)成；其中所述反相器單元的偏置輸入端連接譯碼及偏置電路的偏置輸出端VN和VP，用于獲得偏置電流；譯碼及偏置電路的譯碼信號輸入端連接自校正單元的N位控制字輸出端，用于提供線性可調(diào)的偏置電流，偏置輸出端為VN和VP;寬帶環(huán)形振蕩器輸出的振蕩頻率連接分頻器，輸出所需的線性可調(diào)的時(shí)鐘信號。
3.如權(quán)利要求1所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其特征在于所述自校正單元包括上升沿檢測器、上升沿計(jì)數(shù)器、參考分頻器、狀態(tài)機(jī)、參考計(jì)數(shù)器、比較器和參數(shù)配置1單元構(gòu)成；上升沿檢測器輸入端接入F_osc，上升沿檢測器的一個(gè)輸出端連接上升沿計(jì)數(shù)器，其另一個(gè)輸出端連接狀態(tài)機(jī)，上升沿計(jì)數(shù)器連接狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)機(jī)接入來自片外的RST復(fù)位信號和來自頻率檢測單元的Mart信號，狀態(tài)機(jī)連接參數(shù)配置1單元，用于輸出參數(shù)配置字，參數(shù)配置1單元的一個(gè)參數(shù)配置端連接參考分頻器，用于配置分頻預(yù)設(shè)值，其另一個(gè)參數(shù)配置端連接比較器，用于配置參考計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)值；狀態(tài)機(jī)還連接比較器，用于接收比較結(jié)果；輸入為參考頻率F_ref的參考分頻器，其分頻輸出端連接參考計(jì)數(shù)器輸入端，比較器一個(gè)輸入端連接參考計(jì)數(shù)器輸出端，用于參考計(jì)數(shù)值與參考計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)值作比較，比較器的輸出端連接狀態(tài)機(jī)；狀態(tài)機(jī)輸出Cal_ok使能信號，用于自校正完成指示并使能頻率檢測單元；自校正單元的狀態(tài)機(jī)輸出N位二進(jìn)制波段控制碼B，N為正整數(shù)，狀態(tài)機(jī)還輸出頻率檢測單元所需的參數(shù)配置值P_d2。
4.如權(quán)利要求1所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其特征在于所述頻率檢測單元包括頻率檢測使能門、倍頻器、檢測計(jì)數(shù)器、參數(shù)配置2單元和比較器；頻率檢測使能門的輸入端連接自校正完成使能信號Calok和振蕩器輸出F_osc，頻率檢測使能門的輸出端連接倍頻器輸入端，倍頻器輸出端連接檢測計(jì)數(shù)器輸入端，檢測計(jì)數(shù)器輸出端連接頻檢比較器的輸入端，比較器的輸出端輸出Mart信號，用于使自校正單元啟動自校正；接入?yún)?shù)配置卩_ d2的參數(shù)配置2單元的一個(gè)參數(shù)配置端連接到倍頻器，用于為倍頻器配置倍頻次數(shù)預(yù)設(shè)值，其另一參數(shù)配置端連接到頻檢比較器，用于配置檢測計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)值。
5.如權(quán)利要求2所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其特征在于所述反相器單元由三級單端反相器和3個(gè)電容組成；三級單端反相器串聯(lián)連接，前一級輸出端Y端與下一級輸入端 A端相連，第3級串單端反相器的輸出端Y端反饋連接第1級串單端反相器的輸入端A端， 三級單端反相器的VN端和VP端分別并聯(lián)連接，用于連接譯碼及偏置電路提供的偏置電壓 VN和VP ；3個(gè)電容的一端各自連接對應(yīng)單端反相器輸出端，3個(gè)電容的另一端接地，用于與反相器的等效負(fù)載電阻構(gòu)成反相器延時(shí)結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求2所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其特征在于所述單端反相器由2個(gè) PMOS管和第2個(gè)NMOS管構(gòu)成，其中第1個(gè)PMOS管的源極接電源電壓Vcc，柵極接偏置端VP,漏極與第2個(gè)PMOS管的源極相接；第2個(gè)PMOS管與第1個(gè)NMOS管接成標(biāo)準(zhǔn)反相器結(jié)構(gòu)，它們的柵極并聯(lián)接輸入端A，它們的漏極并聯(lián)接輸出端Y ；第一個(gè)NMOS管的源極與第二個(gè)NMOS管的漏極相接，第二個(gè)NMOS管的柵極接偏置端VN，源極接地。
7.如權(quán)利要求2所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其特征在于所述寬帶環(huán)形振蕩器還包括延時(shí)部件，延時(shí)部件由每級反相器中的第一個(gè)PMOS和第二個(gè)NMOS組成的電流源和每級反相器連接的電容構(gòu)成，每一級PMOS和NMOS電流源的電流隨波段控制碼B線性變化，其延時(shí)時(shí)間由電流對電容的充電時(shí)間確定，延時(shí)時(shí)間隨波段控制碼B線性變化，用于實(shí)現(xiàn)可調(diào)的線性延時(shí)。
8.如權(quán)利要求2所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其特征在于所述自校正單元還包括一個(gè)起振檢測部件，其輸入端連接上升沿檢測器輸出端，其輸出端連接狀態(tài)機(jī)，用于判斷寬帶環(huán)形振蕩器起振，經(jīng)3次延時(shí)與判斷，確定寬帶環(huán)形振蕩器異常，電路復(fù)位或關(guān)閉。
9.如權(quán)利要求2所述的超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其特征在于所述譯碼及偏置電路由自偏置電流鏡，防浪涌啟動電路，譯碼及電流控制電路，偏置輸出電路組成；其中所述自偏置電流鏡包括由共源共柵結(jié)構(gòu)的電流源和自偏置電路，用于輸出電流為譯碼及電流控制電路提供參考基準(zhǔn)電流；所述防浪涌啟動電路包括防浪控制電路和浪涌吸收電容，浪涌吸收電容連接控制管柵極，控制管漏極連接至自偏置電流鏡，用于實(shí)現(xiàn)控制自偏置電流鏡參考電流的急劇變化；所述譯碼及電流控制電路由可配置的N個(gè)電流源和N個(gè)波段控制碼接入控制電路組成，N個(gè)電流源和N個(gè)波段控制碼接入控制電路一一對應(yīng)連接，N個(gè)電流源的的偏置端都連接自偏置電流鏡的偏置輸出端，獲得參考基準(zhǔn)電流，N個(gè)波段控制碼的接入控制電路對應(yīng)連接N個(gè)中的一位波段控制碼輸出端，用于實(shí)現(xiàn)N位波段控制碼轉(zhuǎn)換到N位電流控制，輸出可配置的線性的偏置電流；所述偏置輸出電路包括共源共柵結(jié)構(gòu)的電流源和PMOS管電流源電平轉(zhuǎn)換電路，其共源共柵結(jié)構(gòu)的電流源輸入端連接譯碼及電流控制的電流輸出端VN，經(jīng)電流源輸出為寬帶環(huán)形振蕩器中反相器單元的偏置輸入端的NMOS管電流源提供偏置VN，PMOS管電流源電平轉(zhuǎn)換電路先鏡像NMOS電流源的電流，再電平轉(zhuǎn)換為PMOS管得偏置電壓，電路輸出端VP為相應(yīng)的反相器單元PMOS管電流源提供偏置VP。
全文摘要
本發(fā)明公開一種超低功耗的時(shí)鐘產(chǎn)生器，包括寬帶環(huán)形振蕩器，自校正單元，頻率檢測單元和分頻器。由反相器單元、譯碼及偏置電路構(gòu)成的寬帶環(huán)形振蕩器提供寬范圍、線性變化的時(shí)鐘信號；由上升沿檢測器、上升沿計(jì)數(shù)器、參考分頻器、狀態(tài)機(jī)、參考計(jì)數(shù)器、比較器和參數(shù)配置單元構(gòu)成的自校正單元，用以校正由工藝、溫度、電壓改變引起的寬帶環(huán)形振蕩器的輸出時(shí)鐘變化；由頻率檢測使能門、倍頻器、檢測計(jì)數(shù)器、參數(shù)配置單元和比較器構(gòu)成的頻率檢測單元，用以檢測輸出時(shí)鐘，當(dāng)輸出時(shí)鐘的頻偏超過預(yù)設(shè)值時(shí)，開啟自校正單元。時(shí)鐘產(chǎn)生器可按需調(diào)節(jié)輸出時(shí)鐘頻率，克服時(shí)鐘產(chǎn)生器的頻漂，結(jié)構(gòu)簡單，超低功耗，面積小，易于集成，可靠性高，廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)。
文檔編號H03K3/012GK102545838SQ201110336738
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者尹喜珍, 莫泰山, 馬成炎, 黃璐 申請人:嘉興聯(lián)星微電子有限公司