專利名稱：Rc振蕩器裝置和電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高準(zhǔn)確度的RC振蕩器和電路。
背景技術(shù)：
振蕩器是(舉例來說)微控制器及其它集成電路中的主要時(shí)鐘源?？稍黾诱袷幤鞯臄?shù)目以(舉例來說)借助鎖相環(huán)路獲得所需頻率。然而，時(shí)鐘準(zhǔn)確度受振蕩器源限制。內(nèi)部RC振蕩器由于其相對低的成本而對于微控制器及其它應(yīng)用來說是具有吸引力的。其可與其它芯片上組件高度集成且通常不需要外部組件。然而，RC振蕩器的準(zhǔn)確度通常不超過百分之幾，此限制其到非關(guān)鍵時(shí)鐘的使用。具有準(zhǔn)確時(shí)鐘要求的許多應(yīng)用并入有高度準(zhǔn)確的晶體振蕩器。為了并入晶體振蕩 器，此些應(yīng)用通常需要多個(gè)輸入/輸出引腳及外部組件。雖然此些要求由于空間及成本約束而在微控制器及其它應(yīng)用中為不合意的，但傳統(tǒng)上尚未獲得適合替代方案。一些應(yīng)用需要具有比可由RC振蕩器提供的容限(S卩，百分之幾)更佳的容限但不像晶體振蕩器一樣準(zhǔn)確(即，百萬分之幾十(ppm))的時(shí)鐘。舉例來說，處于全速的通用串行總線(USB)可需要2500ppm的時(shí)鐘準(zhǔn)確度。通常使用晶體振蕩器來滿足這些時(shí)鐘要求。在低功率模式中，可不斷地操作一個(gè)振蕩器以便以周期性間隔喚醒系統(tǒng)?？墒褂贸凸β?ULP)RC振蕩器。然而，由于此振蕩器通常為高度不準(zhǔn)確的，因此其僅允許系統(tǒng)以近似間隔喚醒。鑒于ULP RC振蕩器的相對不良準(zhǔn)確度，其通常不適用作頻率倍增器的參考。對于其中ULP RC振蕩器并非足夠準(zhǔn)確的應(yīng)用，可使用32kHz晶體振蕩器，但其進(jìn)一步增加系統(tǒng)的成本。

實(shí)用新型內(nèi)容在本實(shí)用新型的一個(gè)方面中，一種裝置包含RC振蕩器電路且并入有可個(gè)別地及組合地經(jīng)啟用以改進(jìn)振蕩器輸出頻率的穩(wěn)定性或準(zhǔn)確度的各種特征。所述振蕩器電路可操作以提供可調(diào)諧輸出頻率且包含可在第一與第二操作模式之間切換的偏置電路。所述模式中的一者相對于另一模式具有振蕩器偏置電流的較小漂移。所述裝置還包含漂移補(bǔ)償電路，所述漂移補(bǔ)償電路可操作以基于所述振蕩器輸出頻率與參考頻率的比較而在閉環(huán)操作模式中對所述振蕩器輸出頻率的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。所述裝置進(jìn)一步包含處理器，所述處理器可操作以基于所述振蕩器電路的附近的所測量溫度值而在開環(huán)操作模式中對所述振蕩器頻率的基于溫度的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。在另一方面中，描述一種操作提供可調(diào)諧輸出頻率的RC振蕩器電路的方法。所述方法包向所述振蕩器電路提供致使所述振蕩器電路的偏置電路在第一與第二操作模式之間切換的信號，所述第一及第二操作模式中的一者相對于另一模式具有振蕩器偏置電流的較小漂移。產(chǎn)生模式選擇信號以啟用以下操作模式中的一者閉環(huán)操作模式，其用以基于所述振蕩器輸出頻率與參考頻率的比較而對所述振蕩器輸出頻率的漂移進(jìn)行補(bǔ)償；或開環(huán)操作模式，其用以基于所述振蕩器電路的附近的所測量溫度值而對所述振蕩器頻率的基于溫度的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。進(jìn)一步方面涉及操作提供可調(diào)諧輸出頻率的RC振蕩器電路。根據(jù)此方面，將所述振蕩器電路的輸出頻率與參考頻率進(jìn)行比較，并基于所述比較而調(diào)整所述振蕩器電路中的可調(diào)諧電阻器的輸入值。此方面包含檢測所述可調(diào)諧電阻器的所述輸入值對應(yīng)于規(guī)定的可能值范圍內(nèi)的最高或最低值，并在檢測到所述最高或最低值的情況下產(chǎn)生錯(cuò)誤信號。在另一方面中，本申請描述了一種RC振蕩器裝置，包括RC振蕩器電路，其可操作以提供可調(diào)諧輸出頻率，所述振蕩器電路包含可在第一與第二操作模式之間切換的偏置電路，所述第一及第二操作模式中的一者相對于另一模式具有振蕩器偏置電流的較小漂移；漂移補(bǔ)償電路，其可操作以基于所述振蕩器輸出頻率與參考頻率的比較而在閉環(huán)操作模式中對所述振蕩器輸出頻率的漂移進(jìn)行補(bǔ)償；及處理器，其可操作以基于所述振蕩器電路的附近的所測量溫度值而在開環(huán)操作模式中對所述振蕩器頻率的基于溫度的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。所述偏置電路還可包含與絕對溫度成比例分支及與絕對溫度互補(bǔ)分支。所述RC振蕩器電路還可包括可調(diào)諧電容器及可調(diào)諧電阻器，所述可調(diào)諧電容器及可調(diào)諧電阻器中的每一者是根據(jù)相應(yīng)輸入值調(diào)整的，其中在根據(jù)所述閉環(huán)及開環(huán)模式的操作期間，所述可調(diào)諧電阻器的所述輸入值分別由所述處理器及所述漂移補(bǔ)償電路來調(diào)整。所述漂移補(bǔ)償電路還可包含可操作以將所述振蕩器電路的輸出頻率與參考頻率進(jìn)行比較的比較器，其中所述漂移補(bǔ)償電路可操作以基于所述比較而調(diào)整所述可調(diào)諧電阻器的所述輸入值。所述的RC振蕩器裝置還可包括一個(gè)或一個(gè)以上寄存器以存儲所述電容器及所述電阻器的所述相應(yīng)輸入值。在另一方面中，本申請描述了一種可操作以提供可調(diào)諧輸出頻率的RC振蕩器電路，所述振蕩器電路包括可調(diào)諧電容器及可獨(dú)立于所述電容器調(diào)諧的電阻器；偏置電路，其可在第一與第二操作模式之間切換其中所述偏置電路包含與絕對溫度成比例分支及與絕對溫度互補(bǔ)分支，其中在所述第一操作模式中，僅啟用所述與絕對溫度成比例分支，且其中在所述第二操作模式中，啟用所述與絕對溫度成比例分支及所述與絕對溫度互補(bǔ)分支兩者。一些實(shí)施方案包含以下優(yōu)點(diǎn)中的一者或一者以上。所揭示的裝置可組合工廠校準(zhǔn)、運(yùn)行時(shí)校準(zhǔn)及溫度補(bǔ)償以克服低功率RC振蕩器的傳統(tǒng)缺點(diǎn)。此允許振蕩器在一些應(yīng)用中替換對32kHz晶體操作的使用且在各種應(yīng)用中替換對任何晶體振蕩器作為時(shí)鐘參考的需要。設(shè)計(jì)可以與傳統(tǒng)ULP RC振蕩器相比非常小的成本額外開銷來實(shí)施且在一些情況下可提供足夠高的準(zhǔn)確度以便消除對待用以產(chǎn)生系統(tǒng)中的其它時(shí)鐘的輔助RC振蕩器的需要。依據(jù)以下詳細(xì)描述、附圖及權(quán)利要求書，將容易明了其它方面、特征及優(yōu)點(diǎn)。

圖I是圖解說明根據(jù)本實(shí)用新型包含RC振蕩器電路的裝置的實(shí)例的框圖。圖2圖解說明RC振蕩器電路的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。圖3圖解說明用于振蕩器頻率的溫度補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)操作模式的電路的實(shí)例。圖4是圖解說明用于調(diào)整振蕩器頻率的算法的實(shí)例的流程圖。圖5圖解說明用于振蕩器頻率的溫度補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)操作模式的電路的實(shí)例。圖6是溫度對用于調(diào)整RC振蕩器中的可調(diào)諧電阻的值的圖表的實(shí)例。圖7圖解說明存儲與振蕩器的操作相關(guān)聯(lián)的信息的控制寄存器的實(shí)例。
具體實(shí)施方式
如圖I的實(shí)例中所圖解說明，例如微控制器的裝置包含中央處理單元(CPU) 20及具有相關(guān)聯(lián)電路的RC振蕩器核心22。振蕩器核心22提供可調(diào)諧低速低功率時(shí)鐘源?？墒褂么鎯τ诜且资源鎯ζ?例如，一對寄存器24、26)中的信息來設(shè)定RC振蕩器的標(biāo)稱頻率值。另外，所述裝置并入有可改進(jìn)RC振蕩器的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確度的一個(gè)或一個(gè)以上特征。下文更詳細(xì)解釋的這些特征包含可切換芯片上偏置電路，所述可切換芯片上偏置電路可經(jīng)啟用以在溫度補(bǔ)償模式中操作以減小振蕩器偏置電流的漂移。還可使用在圖I中展示為調(diào)諧電路28及精細(xì)計(jì)算電路30的硬件邏輯在閉環(huán)模式中對基于溫度的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。另夕卜，可使用由CPU 20執(zhí)行的軟件程序在開環(huán)模式中對基于溫度的漂移進(jìn)行補(bǔ)償，CPU 20至少部分地基于所測量溫度值而動(dòng)態(tài)地調(diào)整存儲于寄存器26中的值。在所圖解說明的實(shí)施方案中，可啟用前述技術(shù)中的任一者來提供更大靈活性。然而，在一些情況下，可實(shí)施少于全部技術(shù)。CPU 20可(舉例來說)借助數(shù)據(jù)總線36耦合到寄存器24、26。如圖2中所圖解說明，RC振蕩器核心22的組件可實(shí)施于單個(gè)集成電路芯片中且包含可調(diào)諧電容器32及可調(diào)諧電阻器34?？杀舜霜?dú)立調(diào)諧的電容及電阻的值確定經(jīng)受由于(舉例來說)溫度的改變所致的小變化的振蕩頻率。舉例來說，增加電容會減小振蕩頻率，且增加電阻也會減小振蕩頻率。所述電路還包含用于對電容器32進(jìn)行復(fù)位的復(fù)位開關(guān)M3以及充當(dāng)比較器的二極管Ml及開關(guān)晶體管M2。RC振蕩器核心22包含經(jīng)由開關(guān)56、58耦合到電容器32及電阻器34的偏置電路60。標(biāo)稱振蕩頻率(在此實(shí)例中，為64kHz)出現(xiàn)在反相器42的輸出處。在所圖解說明的實(shí)例中，將電容器32的可能值分割成七個(gè)二進(jìn)制步長，所述步長可用多位向量(即，“粗略”)來啟用以對過程變化進(jìn)行補(bǔ)償。同樣地，在所圖解說明的實(shí)例中，將電阻器34的可能值分割成六個(gè)二進(jìn)制步長，所述步長可用另一多位向量(“精細(xì)”)來啟用。這些向量提供對振蕩器頻率的粗略及精細(xì)調(diào)諧。雖然可在單個(gè)向量中規(guī)定用于電容器及電阻器值的信號，但使用兩個(gè)單獨(dú)向量可導(dǎo)致較低成本。在此情況下，電容器32及電阻器34的尺寸可經(jīng)選擇以便可將振蕩器調(diào)諧到約IOOOppm的準(zhǔn)確度，從而使設(shè)計(jì)可用作各式各樣目的的時(shí)鐘參考。類似地，電阻器34的調(diào)諧范圍可為足夠?qū)挼囊詫φ袷幤髦械娜魏晤A(yù)期溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。在裝置通電之后，即刻從寄存器24、26讀取用于粗略及精細(xì)向量的先前所存儲值。在所圖解說明的實(shí)例中，粗略值在操作期間通常保持固定。如果精細(xì)值也保持固定，那么振蕩器頻率將趨向于隨溫度的改變而略微漂移。如下文所解釋，可啟用用于振蕩器溫度補(bǔ)償?shù)囊环N或一種以上技術(shù)來減小此漂移。舉例來說，可在生產(chǎn)測試期間確立粗略及精細(xì)向量的初始值。在一些實(shí)施方案中，在生產(chǎn)測試期間，將來自RC振蕩器核心22的32kHz輸出信號(“clk32k”)與準(zhǔn)確的32kHz時(shí)鐘信號進(jìn)行比較。接著調(diào)整粗略值直到輸出盡可能接近32kHz為止。還可調(diào)諧精細(xì)值以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步準(zhǔn)確度。如果在多個(gè)不同溫度下執(zhí)行生產(chǎn)測試，那么可針對第二溫度重新校準(zhǔn)精細(xì)值。此額外值也可存儲于非易失性存儲器中。在稍后時(shí)間，如果期望，那么可由用戶通過致使將經(jīng)更新值寫入到寄存器24來取代粗略值。此外，如下文所解釋，可在閉環(huán)模式或開環(huán)模式中調(diào)諧精細(xì)值。雖然圖I展示用于分別存儲粗略及精細(xì)值的兩個(gè)不同寄存器24、26，但在一些實(shí)施方案中，可將兩個(gè)值存儲于單個(gè)寄存器中。在RC振蕩器核心22的操作期間，振蕩如下發(fā)生。最初，將節(jié)點(diǎn)nl放電，從而致使開關(guān)M2關(guān)斷。因此，節(jié)點(diǎn)n2處的電壓比反相器42的閾值電壓高，且節(jié)點(diǎn)n3處的電壓為O伏(V)。接下來，穿過開關(guān)Ml的偏置電流將電容器32充電，此致使節(jié)點(diǎn)nl處的電壓線性地上升直到達(dá)到開關(guān)M2的閾值電壓為止。接著，開關(guān)M2接通，且偏置電流流動(dòng)穿過開關(guān)M2。節(jié)點(diǎn)n4處的電壓增加(但其低于反相器42的閾值電壓)，且節(jié)點(diǎn)n2處的電壓降低直到達(dá)到反相器42的閾值電壓為止。接著，反相器42在節(jié)點(diǎn)n3上驅(qū)動(dòng)高電平，此致使開關(guān)M3將節(jié)點(diǎn)nl放電。雖然反相器42的輸出處的標(biāo)稱振蕩頻率為64kHz，但針對靈活性及低功率使用可提供32kHz及IkHz的替代時(shí)鐘輸出。舉例來說，為了允許準(zhǔn)確的工作循環(huán)時(shí)鐘，可將64kHz信號除以2以提供32kHz輸出信號。此輸出信號為RC振蕩器核心22的標(biāo)稱時(shí)鐘輸出且可使用(舉例來說)來代替位于系統(tǒng)中別處的32kHz晶體振蕩器的輸出。為了節(jié)省外部時(shí)鐘網(wǎng)中的電力，可將輸出進(jìn)一步除以32以產(chǎn)生IkHz輸出信號。RC振蕩器核心22包含分頻器46、52及邏輯門44、48、50、54以提供前述輸出(即，clk64k、clk32k、clklk)。這些輸出中的每一者可由對應(yīng)啟用信號(即，en64k、en32k、enlk)獨(dú)立地啟用。通過將分頻器52集成到RC振蕩器核心芯片中，可減小總體功率消耗。此外，通過僅按照需要來啟用邏輯門44、48、50、54，可進(jìn)一步減小總體功率消耗?？苫趩⒂眯盘?“en”)而啟用核心振蕩器22作為32kHz類屬時(shí)鐘源。控制寄存器70存儲控制前述啟用信號以及其它控制信號的值。在一些實(shí)施方案中，控制寄存器具有32個(gè)位。圖7中圖解說明此寄存器的一部分及其所存儲的信息。在所圖解說明的實(shí)例中，偏置電路60包含與絕對溫度成比例(PTAT)分支62及與絕對溫度互補(bǔ)(CTAT)分支64兩者。PTAT分支62包含晶體管M4、M5、M6、M7及集成電阻器Rl0 CTAT分支64包含晶體管M8、M9、M10、M11、M12及集成電阻器R2。PTAT電路62汲取相對低的電流，且因此可有利地用于低功率操作模式。然而，PTAT電路62通常為溫度相依的。相比之下，PTAT電路62與CTAT電路64的組合的溫度相依性小得多且因此可用于需要較準(zhǔn)確的溫度補(bǔ)償操作模式的應(yīng)用。如下文所解釋，RC振蕩器核心22可在第一低功率模式與第二溫度補(bǔ)償模式之間切換。在后一模式中,對振蕩器電流偏置進(jìn)行溫度補(bǔ)償以減小漂移。然而，溫度補(bǔ)償可以略高的電流消耗為代價(jià)來進(jìn)行。如在圖2的實(shí)例中所圖解說明，PTAT電路62的輸出耦合到晶體管M17、M18，當(dāng)振蕩器核心22在非溫度補(bǔ)償模式中操作時(shí)，晶體管M17、M18又分別耦合到開關(guān)56、58。因此，在非溫度補(bǔ)償操作模式中，開關(guān)56、58處于圖2中所示的位置中。另外，PTAT電路62及CTAT電路64兩者的輸出耦合到求和電路66，求和電路66包含充當(dāng)電流源的晶體管M13、M14、M15、M16。當(dāng)振蕩器核心22在溫度補(bǔ)償模式中操作時(shí)，求和電路66的輸出分別耦合到開關(guān)56、58。因此，在溫度補(bǔ)償操作模式中，開關(guān)56、58從圖2中所示的位置移動(dòng)到其替代位置。開關(guān)的位置由“啟用溫度補(bǔ)償”信號(entc)控制。entc信號的值由存儲于控制寄存器70中的值確定(參見圖7)且控制RC振蕩器核心22是否在溫度補(bǔ)償模式中操作。在所圖解說明的實(shí)例中，當(dāng)entc信號的值為低時(shí)，僅啟用偏置電路60的PTAT分支(即，無溫度補(bǔ)償)。另一方面，當(dāng)entc信號值的值為高時(shí)，啟用PTAT及CTAT分支兩者使得振蕩器核心在溫度補(bǔ)償模式中操作。因此，RC振蕩器核心22可在第一低功率模式(通過僅使用PTAT偏置分支32)與第二溫度補(bǔ)償模式(通過使用PTAT偏置分支32及CTAT偏置分支34兩者)之間切換。此特征通過提供呈現(xiàn)較高準(zhǔn)確度與較低功率消耗之間的折衷的不同操作模式而提供較大靈活性。 RC振蕩器核心22中的各種晶體管可(舉例來說)使用MOSFET (例如，PM0S)技術(shù)來實(shí)施。然而，在一些實(shí)施方案中可使用其它類型的晶體管。RC振蕩器核心芯片還包含用于時(shí)鐘信號(clk64k、clk32k、clklk)、啟用信號(en、en64k、en32k、enlk)、粗略及精細(xì)控制信號以及操作電壓(vdd及vss)的各種輸X/輸出引腳。甚至在可切換芯片上偏置電路經(jīng)啟用以在溫度補(bǔ)償模式中操作以減小振蕩器偏置電流的漂移時(shí)，振蕩器輸出可能仍存在某一小量的基于溫度的漂移。在一些情況下，此漂移可大約為12Hz/K。為了提供對基于溫度的漂移的額外補(bǔ)償，裝置可并入 有閉環(huán)模式或開環(huán)模式中的運(yùn)行時(shí)校準(zhǔn)。所述裝置是在閉環(huán)模式還是開環(huán)模式中操作由存儲于控制寄存器70中的值(“MODE”)確定(參見圖7)。下文更詳細(xì)論述的開環(huán)及閉環(huán)技術(shù)調(diào)整用以調(diào)諧電阻器34的值的精細(xì)向量值。此外，盡管芯片上偏置電路在所圖解說明的實(shí)例中是以模擬電路實(shí)施，但可以數(shù)字方式實(shí)施開環(huán)及閉環(huán)技術(shù)。在閉環(huán)模式中，調(diào)諧電路28動(dòng)態(tài)地調(diào)諧精細(xì)向量的值直到振蕩器輸出匹配規(guī)定的參考頻率為止。此頻率可為(舉例來說)從高頻晶體振蕩器或從已知頻率的某一其它外部信號獲得的經(jīng)分割時(shí)鐘信號。如圖3中所示，將高度準(zhǔn)確的高頻參考時(shí)鐘提供到時(shí)鐘分割器60，時(shí)鐘分割器60分割參考時(shí)鐘信號以產(chǎn)生具有規(guī)定參考頻率(例如，32kHz)的信號。比較器62將來自分頻器60的參考頻率與來自RC振蕩器核心22的輸出信號(例如，clk32k)進(jìn)行比較。頻率比較器62基于振蕩器的頻率與參考頻率的比較而產(chǎn)生指示當(dāng)前精細(xì)值是太高還是太低的信號。精細(xì)計(jì)算單元30實(shí)施基于來自頻率比較器62的測量而確定最優(yōu)精細(xì)值的算法。在一些實(shí)施方案中，精細(xì)計(jì)算單元30應(yīng)用經(jīng)細(xì)化值并繼續(xù)進(jìn)行下一迭代。由于振蕩器22可能為相對緩慢的，因此在盡可能少的迭代中找出正確設(shè)定為有利的。此可(舉例來說)經(jīng)由二進(jìn)制搜索來實(shí)現(xiàn)，在所述二進(jìn)制搜索中，精細(xì)計(jì)算單元30以大的步長開始且接著針對每一后續(xù)迭代將步長大小除以2 (參見圖4)。此實(shí)施方案對于數(shù)字邏輯實(shí)施方案來說也為切實(shí)可行的，因?yàn)榫?xì)向量中的每一位位置對應(yīng)于下一步長大小。舉例來說，如果精確地產(chǎn)生32kHz的正確精細(xì)值為11011(二進(jìn)制)，那么針對所圖解說明的實(shí)施方案，由精細(xì)計(jì)算單元30實(shí)施的算法將為如下迭代I :精細(xì)=10000〉》太低迭代2 :精細(xì)=11000 >太低迭代3 :精細(xì)=11100 >太高迭代4 :精細(xì)=11010〉》太低迭代5 :精細(xì)=11011》〉盡可能接近正確值因此，在此情況下，在僅五個(gè)迭代中，可找出用于精細(xì)向量的所有五個(gè)位的最優(yōu)值，但所得振蕩器頻率可能由于精細(xì)向量的有限分辨率而有點(diǎn)太高或太低。此外，最優(yōu)精細(xì)值將有可能由于振蕩器22中的溫度漂移而隨時(shí)間改變。優(yōu)選地，為了確保振蕩器22保持大致鎖定到32kHz平均頻率，由精細(xì)計(jì)算電路30執(zhí)行的算法針對后續(xù)迭代交替地加上或減去I。[0041]精細(xì)向量的位的數(shù)目可經(jīng)選擇以便通常可通過僅調(diào)整精細(xì)向量來對溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償，只要已正確地校準(zhǔn)粗略向量即可。然而，有時(shí)可能在粗略值的校準(zhǔn)中出現(xiàn)錯(cuò)誤，或者溫度可在振蕩器的規(guī)定范圍之外漂移。在此些情形下，可將由精細(xì)計(jì)算單元30確定的最終精細(xì)值設(shè)定為最高或最低可能值(例如，11111或00000)。在此些情況下，不可能使用單獨(dú)的閉環(huán)技術(shù)來對進(jìn)一步溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償。此情形指示先前將粗略向量設(shè)定為太高或太低。為了解決此些情形，精細(xì)計(jì)算單元30可包含飽和錯(cuò)誤檢測器38，飽和錯(cuò)誤檢測器38在精細(xì)值處于任一極值的情況下給CPU 20產(chǎn)生錯(cuò)誤旗標(biāo)。作為響應(yīng)，CPU 20可調(diào)整粗略值(向上或向下)并觸發(fā)新的迭代序列以設(shè)定最優(yōu)精細(xì)值。前述特征可通過允許處置錯(cuò)誤狀態(tài)而幫助增加裝置的穩(wěn)健性及實(shí)際可用性。圖5圖解說明可如何使用由CPU 20執(zhí)行的軟件程序以至少部分地基于所測量溫度值調(diào)整所存儲的精細(xì)值而在開環(huán)模式中對基于溫度的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。軟件可根據(jù)由傳感器80測量的芯片上溫度及存儲于非易失性存儲器中的一個(gè)或一個(gè)以上校準(zhǔn)值來使用精細(xì)向量的開環(huán)調(diào)諧。傳感器80可包含模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以將所測量模擬溫度信號轉(zhuǎn)換成等效數(shù)字信號。如果來自兩個(gè)不同溫度的先前所存儲校準(zhǔn)值為可用的(例如，參見圖6:tl、t2)，那么可由CPU 20基于芯片上溫度的所測量值(ts)使用內(nèi)插來確定精細(xì)向量。如果一個(gè)校準(zhǔn)值為可用的，那么可通過基于設(shè)計(jì)的一般表征假設(shè)典型溫度梯度來外推精細(xì)向量的值。CPU 20可借助數(shù)據(jù)總線36耦合到寄存器24、26使得所述CPU可改變存儲于所述寄存器中的值。在低功率操作期間，振蕩器以固定的粗略及精細(xì)設(shè)定操作。振蕩頻率最初為高度準(zhǔn)確的，此可消除對32kHz晶體振蕩器的需要。如果在低功率操作期間溫度改變，那么溫度漂移可影響振蕩器22的準(zhǔn)確度。如果此為不容許的，那么可使用超低功率定時(shí)器來周期性地喚醒裝置且開始高速晶體振蕩器的操作。調(diào)諧邏輯28接著可在閉環(huán)模式中操作且自動(dòng)調(diào)整精細(xì)設(shè)定以使用晶體振蕩器輸出作為參考時(shí)鐘來產(chǎn)生準(zhǔn)確的32kHz輸出。裝置接著可切斷晶體振蕩器且返回到低功率操作。凈效應(yīng)是以由高速晶體振蕩器的周期性操作產(chǎn)生的略高平均功率消耗為代價(jià)而無限地限制溫度漂移。雖然前述實(shí)例描述其中將RC振蕩器電路22作為微控制器的一部分并入的的裝置，但也可將振蕩器電路并入到其它類型的裝置中，包含各種集成電路，包含(舉例來說)射頻芯片及存儲器芯片。其它實(shí)施方案也在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種RC振蕩器裝置，其特征在于包括 RC振蕩器電路，其可操作以提供可調(diào)諧輸出頻率，所述振蕩器電路包含可在第一與第二操作模式之間切換的偏置電路，所述第一及第二操作模式中的一者相對于另一模式具有振蕩器偏置電流的較小漂移； 漂移補(bǔ)償電路，其可操作以基于所述振蕩器輸出頻率與參考頻率的比較而在閉環(huán)操作模式中對所述振蕩器輸出頻率的漂移進(jìn)行補(bǔ)償；及 處理器，其可操作以基于所述振蕩器電路的附近的所測量溫度值而在開環(huán)操作模式中對所述振蕩器頻率的基于溫度的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RC振蕩器裝置，其特征在于所述偏置電路包含與絕對溫度成比例分支及與絕對溫度互補(bǔ)分支。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RC振蕩器裝置，其特征在于所述RC振蕩器電路包括可調(diào)諧電容器及可調(diào)諧電阻器，所述可調(diào)諧電容器及可調(diào)諧電阻器中的每一者是根據(jù)相應(yīng)輸入值調(diào)整的，其中在根據(jù)所述閉環(huán)及開環(huán)模式的操作期間，所述可調(diào)諧電阻器的所述輸入值分別由所述處理器及所述漂移補(bǔ)償電路來調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的RC振蕩器裝置，其特征在于所述漂移補(bǔ)償電路包含可操作以將所述振蕩器電路的輸出頻率與參考頻率進(jìn)行比較的比較器，其中所述漂移補(bǔ)償電路可操作以基于所述比較而調(diào)整所述可調(diào)諧電阻器的所述輸入值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的RC振蕩器裝置，其特征在于其包括一個(gè)或一個(gè)以上寄存器以存儲所述電容器及所述電阻器的所述相應(yīng)輸入值。
6.一種可操作以提供可調(diào)諧輸出頻率的RC振蕩器電路，其特征在于所述振蕩器電路包括 可調(diào)諧電容器及可獨(dú)立于所述電容器調(diào)諧的電阻器； 偏置電路，其可在第一與第二操作模式之間切換其中所述偏置電路包含與絕對溫度成比例分支及與絕對溫度互補(bǔ)分支，其中在所述第一操作模式中，僅啟用所述與絕對溫度成比例分支，且其中在所述第二操作模式中，啟用所述與絕對溫度成比例分支及所述與絕對溫度互補(bǔ)分支兩者。
專利摘要本實(shí)用新型涉及RC振蕩器裝置和電路。所述裝置包含RC振蕩器電路且并入有可個(gè)別地及組合地幫助改進(jìn)振蕩器輸出頻率的穩(wěn)定性或準(zhǔn)確度的各種特征。所述振蕩器電路可操作以提供可調(diào)諧輸出頻率且包含可在第一與第二操作模式之間切換的偏置電路。所述模式中的一者相對于另一模式具有振蕩器偏置電流的較小漂移。所述裝置還包含漂移補(bǔ)償電路，所述漂移補(bǔ)償電路可操作以基于所述振蕩器輸出頻率與參考頻率的比較而在閉環(huán)操作模式中對所述振蕩器輸出頻率的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。所述裝置進(jìn)一步包含處理器，所述處理器可操作以基于所述振蕩器電路的附近的所測量溫度值而在開環(huán)操作模式中對所述振蕩器頻率的基于溫度的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。
文檔編號H03K3/011GK202818249SQ20112057682
公開日2013年3月20日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者弗羅德·米爾?！け说蒙? 克里斯托弗·埃勒斯戈德·科克, 羅南·巴爾齊克, 埃爾溫·多曹爾 申請人:愛特梅爾公司