專利名稱：提供穩(wěn)定時(shí)鐘信號的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號，更特別地，涉及一種提
供穩(wěn)定的通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)(UART)時(shí)鐘信號的技術(shù)。
背景技術(shù)：
本部分意在向讀者介紹與即將在下文中描述和/或要求保護(hù)的本 發(fā)明所涉及的各方面相關(guān)的技術(shù)的各個(gè)方面。這樣的討論被認(rèn)為是有 助于為讀者提供背景信息以促使讀者更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。 相應(yīng)地，應(yīng)理解，應(yīng)據(jù)此閱讀這些描述，而并非作為對現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn) 同。
現(xiàn)參照圖1，示出了在如AVMP3播放器之類的移動(dòng)音視頻(AV) 設(shè)備中的典型的處理裝置10。應(yīng)意識到，為了清楚，這里并未示出或 描述處理裝置10中的每個(gè)特征和元件。相信此處未描述或討論的特征 或元件對AV設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都已熟知。處理裝置10包 括主處理器12和微控制器(MCU) 14，該微控制器通過如通用異步 接收機(jī)/發(fā)射機(jī)(UART)總線16之類的串行總線，與主處理器12進(jìn) 行通信連接。主處理器12是精密處理器，負(fù)責(zé)控制AV設(shè)備功能，包 括但不限于AV回放、用戶界面(UI)導(dǎo)航、文件系統(tǒng)管理和嵌入式 操作系統(tǒng)(OS)執(zhí)行。MCU i4是低成本控制器，負(fù)責(zé)控制AV設(shè)備 功能，如按鍵矩陣掃描16、電池檢測18、電源控制20、 IR遙控器檢 測22和實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)的產(chǎn)生24。 MCU 14通過在UART總線上 發(fā)送信號TXD26及接收信號RXD28與主處理器12通信。
現(xiàn)參照圖2，示出了傳統(tǒng)MCU 14的定時(shí)電路。該定時(shí)電路包括 與電阻器44和電容器46連接的RC振蕩器42、與如32.768KHz晶體 之類的晶體50連接的晶體振蕩器48、以及與UART模塊或端口 54 連接的URAT時(shí)鐘52。 RC振蕩器42是高速振蕩器，被用作MCU 14及MCU外部設(shè)備16-22的主系統(tǒng)時(shí)鐘。 一般地，RC振蕩器頻率可在 2至8MHz范圍內(nèi)。RC振蕩器42的頻率隨溫度、電阻器44和電容器 46的值、供電電源波動(dòng)等等而變化。因此，RC振蕩器42可能有高達(dá) 10%的頻率偏移誤差。晶體振蕩器48是低速振蕩器，用于RTC生成 24。 AV設(shè)備使用RTC跟蹤實(shí)際時(shí)間，因此AV設(shè)備可以對內(nèi)容進(jìn)行 時(shí)間戳處理、保持日歷、并向用戶提供在屏?xí)r鐘顯示。當(dāng)AV設(shè)備在 待機(jī)模式下或其他一些低電流消耗模式下，RTC可用作系統(tǒng)時(shí)鐘。晶 體振蕩器的性能是典型地非常好(例如32.768kHz+A 100ppm)。為確 保MCU 14與主處理器12正確通信，UART模塊54需要由頻率偏移 誤差小于5%的115.2kHz的時(shí)鐘信號驅(qū)動(dòng)。確保UART模塊54工作 在正確的頻率并低于5%的容限頻率偏移誤差的一種可能的方法是使 用專用UART時(shí)鐘，如115.2kHz晶體振蕩器時(shí)鐘。使用專用晶體振 蕩器時(shí)鐘的缺點(diǎn)是增加了 MCU 14的成本，并導(dǎo)致AV設(shè)備成本增加。 另一種方法是使用RC振蕩器42或晶體振蕩器48作為UART時(shí)鐘52。 然而，此方法的缺點(diǎn)是RC振蕩器42的頻率偏移超過了 UART模塊 54的5%的容限頻率偏移誤差，且晶體振蕩器的頻率(例如32.768kHz) 不支持驅(qū)動(dòng)UART模塊54所需的115.2kHz時(shí)鐘信號。再一種方法是 以2至8MHz的晶體振蕩器替換RC振蕩器42，并使主系統(tǒng)時(shí)鐘與 UART模塊54共享該振蕩器。盡管共享的方法不像使用專用 32.768kHz的UART時(shí)鐘那么耗費(fèi)成本，但它的缺點(diǎn)還是不期望地增 加了MCU14的成本，并導(dǎo)致AV設(shè)備成本增加。 本發(fā)明就是為了克服上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
公開的實(shí)施例涉及一種低成本的信號調(diào)整或校準(zhǔn)方法，以及產(chǎn)生 穩(wěn)定時(shí)鐘信號以用于通信接口 (如UART端口)的裝置。更特別地， 微控制器內(nèi)的處理器使用低頻晶體振蕩器及縮放模塊消除包括在高頻 RC振蕩器所產(chǎn)生的不穩(wěn)定時(shí)鐘信號中的頻率偏移誤差。當(dāng)特定的觸發(fā) 事件發(fā)生，如當(dāng)微控制器加電、從休眠或待機(jī)模式醒來、或發(fā)生通信 錯(cuò)誤時(shí)，處理器檢測并消除頻率偏移誤差。


附圖中-
圖1示出了 AV設(shè)備中示例性MCU和主處理器設(shè)置的框圖； 圖2示出了傳統(tǒng)MCU定時(shí)電路的框圖； 圖3示出了本發(fā)明的MCU定時(shí)電路的框圖；以及 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的圖3中的MCU定時(shí)電路的操作處理流 程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例。為了提供這些實(shí)施 例的簡明的描述，并非實(shí)際實(shí)施方式中的每個(gè)特征都在本說明書中描 述。應(yīng)理解，在任何這樣的實(shí)際實(shí)施方式的開發(fā)中，如在任何工程或 設(shè)計(jì)項(xiàng)目中一樣，需要做出大量實(shí)施方式特定決策以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特 定目標(biāo)，例如遵從于系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制，可能從一種實(shí)施方 式變?yōu)榱硪环N實(shí)施方式。此外，應(yīng)理解，開發(fā)努力可能是復(fù)雜且消耗 時(shí)間的，對于受益于本公開的普通技術(shù)人員而言，開發(fā)努力可能會(huì)變 為采取設(shè)計(jì)、制作和制造的常規(guī)程序。
現(xiàn)參照圖3，示出了本發(fā)明的MCU60的定時(shí)電路。應(yīng)理解，定時(shí) 電路可由硬件、軟件或硬件軟件的結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。該定時(shí)電路包括與主 系統(tǒng)時(shí)鐘62連接的處理器61 (包括RC振蕩器64、電阻器66和電容器 68)， RTC70 (包括晶體振蕩器72和如32.768kHz晶體之類的晶體74)， 以及經(jīng)由縮放模塊78的通信接口76 (如UART模塊或端口)。主系統(tǒng)時(shí) 鐘62也通過縮放模塊78連接到UART模塊或端口76。
主系統(tǒng)時(shí)鐘62的RC振蕩器64是高速振蕩器，工作在2至8MHz的范 圍內(nèi)。RC振蕩器64的頻率隨溫度、電阻器66和電容器68的值、供電電 源波動(dòng)等等而變化。因此，RC振蕩器64可能有高達(dá)10Q/。的頻率偏移誤 差。RTC70的晶體振蕩器72是用于RTC信號產(chǎn)生的低速振蕩器。AV設(shè) 備使用RTC跟蹤實(shí)時(shí)時(shí)間，因此AV設(shè)備可以對內(nèi)容進(jìn)行時(shí)間戳處理， 保持日歷，并為用戶提供在屏?xí)r鐘顯示。當(dāng)AV設(shè)備在待機(jī)模式下或其他一些低電流消耗模式下，RTC可用作系統(tǒng)時(shí)鐘。當(dāng)AV設(shè)備在待機(jī)模 式下或其他一些低電流消耗模式下，晶體振蕩器72也可以用作系統(tǒng)時(shí) 鐘。晶體振蕩器的性能典型非常好(例如32.7681^12+/-100ppm)。
如上述所討論的，為確保MCU60與主處理器12正確通信，UART 模塊76應(yīng)由頻率偏移誤差小于5^的U5.2kHz的時(shí)鐘信號驅(qū)動(dòng)。同樣如 上述所討論的，希望能在實(shí)現(xiàn)UART時(shí)鐘頻率和容限頻率誤差的目標(biāo) 的同時(shí)不明顯增加MCU和AV設(shè)備的成本。本發(fā)明通過使用系統(tǒng)時(shí)鐘 62和RTC 70結(jié)合縮放模塊78和處理器61執(zhí)行的軟件程序以實(shí)現(xiàn)該目 標(biāo)。更特別地，將主系統(tǒng)時(shí)鐘62產(chǎn)生的時(shí)鐘信號傳送給縮放模塊78。 縮放模塊78基于縮放因子K調(diào)整接收到的時(shí)鐘信號并輸出用于驅(qū)動(dòng) UART模塊76的縮放后的信號。如以下進(jìn)一步詳細(xì)討論的，縮放因子 用于調(diào)整主系統(tǒng)時(shí)鐘62產(chǎn)生的時(shí)鐘信號，以確保用于驅(qū)動(dòng)UART模塊 76的縮放后的信號大約為115.2kHz，給出或帶有小于5%的頻率偏移誤 差。主系統(tǒng)時(shí)鐘62產(chǎn)生的時(shí)鐘信號的頻率、縮放模塊78輸出的縮放后 的時(shí)鐘信號的頻率和縮放因子K的關(guān)系如下
Fu=Fm/K
其中Fm是主系統(tǒng)時(shí)鐘62產(chǎn)生的時(shí)鐘信號的頻率，F(xiàn)u是縮放模塊78輸出 的縮放后的時(shí)鐘信號頻率。由于主系統(tǒng)時(shí)鐘62的RC振蕩器64的頻率隨 溫度、電阻器66和電容器68的值、供電電源波動(dòng)等等而變化，必須定 期調(diào)整縮放因子K以確?？s放后的時(shí)鐘信號的頻率Fu穩(wěn)定。
現(xiàn)參照圖4，示出了處理器61執(zhí)行的用于計(jì)算、調(diào)整或校準(zhǔn)縮放因 子K的軟件程序90。處理器61在步驟92啟動(dòng)軟件程序的執(zhí)行。由于程 序消耗時(shí)間和系統(tǒng)資源，在合適的時(shí)間執(zhí)行軟件程序很重要。也就是 說，在合適的觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)。在如AVMP3播放器之類的AV設(shè)備中， 應(yīng)在主處理器12加電前、將主處理器12由休眠或待機(jī)模式喚醒之前、 以及發(fā)生UART通信物理層錯(cuò)誤時(shí)執(zhí)行軟件程序90。應(yīng)注意，當(dāng)用于 驅(qū)動(dòng)UART模塊76的縮放后的時(shí)鐘信號包括大于或等于5y。的頻率偏移 誤差時(shí)，將會(huì)發(fā)生物理層錯(cuò)誤(例如奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤)。接下來，在步驟 94，處理器61指示主系統(tǒng)時(shí)鐘62在預(yù)定時(shí)間周期產(chǎn)生時(shí)鐘信號。接著 在步驟96，處理器61指示更精確的RTC 70產(chǎn)生處理器61使用的信號(例如32.768kHz的信號)，在步驟98，處理器61使用該信號測量主系 統(tǒng)時(shí)鐘62產(chǎn)生的時(shí)鐘信號的實(shí)際時(shí)間周期。處理器61使用RTC信號測 量所請求的主系統(tǒng)時(shí)鐘信號的一種方式是采用基于RTC信號的計(jì)數(shù) 器。該計(jì)數(shù)器用于對所請求的主系統(tǒng)時(shí)鐘信號的實(shí)際時(shí)間周期進(jìn)行計(jì) 數(shù)。此后，在步驟100，處理器61確定實(shí)際時(shí)間周期與所請求的時(shí)間周 期之間的偏移是否等于或大于預(yù)定的限制(如5%)。應(yīng)理解，這個(gè)偏 移等于系統(tǒng)時(shí)鐘62的RC振蕩器64的頻率偏移誤差。若該偏移不超過預(yù) 定限制，處理器61在步驟104不調(diào)整縮放因子K,等待下一次軟件程序 的執(zhí)行請求(即基于檢測到上述討論的事件之一的請求)。若偏移超過 預(yù)定限制，處理器61在步驟102調(diào)整縮放因子K以從用于驅(qū)動(dòng)UART模 塊76的縮放后的時(shí)鐘信號中消除頻率偏移誤差。可選地，處理器61可 調(diào)整縮放因子K以減小縮放后的時(shí)鐘信號中的頻率偏移誤差，使其頻 率偏移誤差降低至預(yù)定限制以下。此后，處理器61回到步驟94，重新 執(zhí)行步驟94-100，以確保縮放后的時(shí)鐘信號的頻率偏移誤差巳經(jīng)消除 或降低至預(yù)定限制以下。
本發(fā)明易受到各種修改和選擇性形式的影響，特定實(shí)施例通過附 圖中的示例方式示出，并在此詳細(xì)討論。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明并非 限于其公開的特定形式，而是覆蓋了所有在如本發(fā)明所附權(quán)利要求中 定義的精神和范圍之內(nèi)的修改、對等物和可供選擇的形式。
權(quán)利要求
1.一種在設(shè)備中提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號的方法，包括以下步驟請求(94)所請求的時(shí)間周期的第一信號，所述第一信號具有第一頻率和頻率偏移誤差；生成(96)具有第二頻率的第二信號；使用(98)所述第二信號測量所請求的信號的實(shí)際時(shí)間周期；確定(100)所請求的時(shí)間周期和所述實(shí)際時(shí)間周期之差；從所述差中得到(102)所述頻率偏移誤差；以及調(diào)整(102)所述第一信號以消除所述頻率偏移誤差。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述第一信號是由RC振蕩 器(64)產(chǎn)生的系統(tǒng)時(shí)鐘信號。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述第二信號是由晶體振蕩 器(72)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述調(diào)整后的第一 信號驅(qū)動(dòng)通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端口 (76)的步驟。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述調(diào)整步驟進(jìn)一步包括降 低所述第一信號的所述頻率。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述調(diào)整后的第一信號的所 述頻率低于所述第一信號的所述頻率且高于所述第二信號的所述頻 率。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法僅當(dāng)所述設(shè)備加電、 從休眠模式醒來，或發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)啟動(dòng)。
8. —種用于調(diào)整用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備通信接口的時(shí)鐘信號的裝置，所述 裝置包括-系統(tǒng)時(shí)鐘(62)，用于產(chǎn)生第一頻率容限范圍內(nèi)的第一頻率的系統(tǒng) 時(shí)鐘信號；實(shí)時(shí)時(shí)鐘(70)，用于產(chǎn)生第二頻率容限范圍內(nèi)的第二頻率的實(shí)時(shí) 時(shí)鐘信號；通信接口 (76)，所述通信接口需要時(shí)鐘信號具有在所述第一頻率和所述第二頻率之間的頻率、以及在所述第一頻率容限范圍和所述第二頻率容限范圍之間的頻率容限范圍；縮放模塊(78)，用于連接到所述系統(tǒng)時(shí)鐘(62)和所述通信模塊 (76)，所述縮放模塊(78)基于調(diào)整值調(diào)整所述系統(tǒng)時(shí)鐘信號的所述 頻率和所述頻率容限范圍，并將調(diào)整后的系統(tǒng)時(shí)鐘信號提供給所述通 信接口 (76);以及處理器(61 )，用于連接到所述系統(tǒng)時(shí)鐘(62)、所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘(70) 和所述縮放模塊(78)，所述處理器(61)檢測觸發(fā)事件，請求所述系 統(tǒng)時(shí)鐘(62)產(chǎn)生所期望的時(shí)間周期的系統(tǒng)時(shí)鐘信號，使用所述實(shí)時(shí) 時(shí)鐘信號測量所述系統(tǒng)時(shí)鐘信號的實(shí)際時(shí)間周期，確定所期望的時(shí)間 周期和所述實(shí)際時(shí)間周期之差，并基于所述差和所述通信接口 (76) 需要的所述時(shí)鐘信號頻率及頻率容限范圍，得到用于所述縮放模塊 (78)的所述調(diào)整值。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述系統(tǒng)時(shí)鐘(62)包括 RC振蕩器(64)。
10. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘(70)包括 晶體振蕩器(72)。
11. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述通信接口是通用異步 接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端口 (76)。
12. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述觸發(fā)事件是以下事件 之一所述音視頻設(shè)備加電、從休眠模式醒來，或發(fā)生通信錯(cuò)誤。
13. —種用于在設(shè)備中提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號的裝置，包括-用于請求(94)所請求的時(shí)間周期的第一信號的裝置，所述第一信號具有第一頻率和頻率偏移誤差；用于生成(96)具有第二頻率的第二信號的裝置；用于使用(98)所述第二信號測量所請求的信號的實(shí)際時(shí)間周期的裝置；用于確定(100)所請求的時(shí)間周期和所述實(shí)際時(shí)間周期之差的裝置；用于從所述差中得到(102)所述頻率偏移誤差的裝置；以及用于調(diào)整(102)所述第一信號以消除所述頻率偏移誤差的裝置。
14. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述第一信號是由RC振 蕩器(64)產(chǎn)生的。
15. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述用于產(chǎn)生第二信號的 裝置包括晶體振蕩器(72)。
16. 如權(quán)利要求13所述的裝置，進(jìn)一步包括用于使用所述調(diào)整 后的第一信號驅(qū)動(dòng)(61， 78)通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端口 (76)的裝 置。
17. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述用于調(diào)整(102)的 裝置進(jìn)一步包括用于降低(61， 78)所述第一信號的所述頻率的裝 置。
18. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述調(diào)整后的第一信號的 所述頻率低于所述第一信號的所述頻率且高于所述第二信號的所述頻 率。
19. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述裝置僅當(dāng)所述設(shè)備加 電、從休眠模式醒來，或發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)啟動(dòng)。
全文摘要
公開的實(shí)施例涉及一種低成本的信號調(diào)整或校準(zhǔn)方法，以及產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)通信接口(如UART端口(76))的穩(wěn)定時(shí)鐘信號的裝置。更特別地，微控制器(60)內(nèi)的處理器(61)使用低頻晶體振蕩器(72)及縮放模塊(78)消除包括在高頻RC振蕩器(64)產(chǎn)生的不穩(wěn)定時(shí)鐘信號中的頻率偏移誤差。當(dāng)特定的觸發(fā)事件發(fā)生，如當(dāng)微控制器加電、從休眠或待機(jī)模式醒來、或發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)，處理器檢測并消除頻率偏移誤差。
文檔編號G06F1/04GK101317145SQ200680044368
公開日2008年12月3日 申請日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者吳博中, 周逢栓, 謝沈會(huì) 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司