专利名称：一种初始化产生稳定片内时钟的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路领域，特别是一种初始化产生稳定片内时钟的系统。
背景技术：
一个稳定精确的时钟对电路系统的工作至关重要，传统技术一般采用外接有源/无源 晶振来实现，这需要添加额外器件，增加了电路系统的成本与面积。传统技术还有采用通 过对片内振荡器硬件/软件修调来实现比较精确的时钟，但需要昂贵的测试仪器与繁复的 测试步骤，此外硬件修调还增加了工艺成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种初始化产生稳定片内时钟的系统，通过数字控制字修整了片 内时钟在制造过程中产生的误差，芯片投入使用前仅需进行一次自动初始化操作，避免了 复杂的测试环境与测试仪器的使用，大大简化了修调流程，降低了成本。
本发明的技术方案如下
一种初始化产生稳定片内时钟的系统，其特征在于包括设置有时钟自动锁定-配置 集成电路IP的芯片、晶振时钟源、非易失存储器、发光二级管，所述时钟自动锁定-配置 集成电路IP包括鉴相器、电荷泵、模数转换器、寄存器、数模转换器、电流/电压控制振 荡器和频率锁定检测电路，所述晶振时钟源与鉴相器的一端输入连接，鉴相器的输出与电 荷泵的输入连接，电荷泵的输出与模数转换器的输入连接，模数转换器的输出与寄存器的 输入连接，寄存器还与数模转换器和非易失存储器连接，数模转换器的输出与电流/电压 控制振荡器的输入连接，电流/电压控制振荡器的输出与鉴相器的另一端输入连接，整个 电路形成回路，所述晶振时钟源与电流/电压控制振荡器的输出还与频率锁定检测电路连 接。
所述时钟自动锁定-配置集成电路IP的信号流向如下
晶振时钟源将晶振参考时钟输入信号输入鉴相器，同时回路中电流/电压控制振荡器 将反馈时钟也作为一个输入信号输入鉴相器，鉴相器将表征两个输入时钟相位差异的信号(根据使用者的约定形成的编码方式)转化为对应的数字信息，并将数字信息输出至寄存 器；寄存器将所述数字信息存储后再输入至数模转换器，同时再将所述数字信息作为控制 字输出至片外非易失性寄存器；然后数模转换器将数字信息还原为与电荷泵输出电压相同 的模拟电压(模数-数模转化过程会引入一定误差，模数-数模精确度越高，误差越小)， 数模转化器输出模拟电压至电流/电压控制振荡器；电流/电压控制振荡器输出频率与电流 /电压成正比的时钟信号，然后将所述时钟信号作为反馈时钟至鉴相器，完成主信号回 路；同时，晶振参考时钟与反馈时钟还将输入至频率锁定检测电路，得到频率锁定状态变 量输出至片外。
所述系统通过外部开关控制开启和关断，系统的工作状态分为初始化状态和正常工作 状态。
初始化状态时，打开开关，系统自动完成误差检测一〉反馈调制一〉修正控制字输出， 并给出提示，初始化状态的具体过程如下
开关打开后，本系统开始上电工作，晶振时钟源将参考时钟送至鉴相器，若初始状态 反馈时钟相对参考时钟有相位差AO,鉴相器则会鉴别出AO，并将A①送入电荷泵， 电荷泵将AO转化为对应的电压Va，通过模数转换器一〉数模转换器，将Va转换为模拟 电压Vb或模拟电流Ib，通过模拟电压Vb或模拟电流Ib驱动电压/电流控制振荡器，电 压/电流控制振荡器产生反馈时钟，由于负反馈机制使得Va向着减小相位差AO的方向 移动，最后时钟自动锁定-配置集成电路IP通过锁相机制将反馈时钟锁定于参考时钟。
当反馈时钟锁定于参考时钟时，所述频率锁定检测电路检测出锁定状态，同时输出锁 定状态逻辑变量，通过锁定状态逻辑变量的控制，片内的寄存器存储的模数-数模转换器 过程内的中间数字信号被作为控制字读入片外的非易失性寄存器，同时点亮发光二级管给 出初始化操作完成提示。整个初始化过程实际上是利用模数-数模转换器过程内的中间数 字信号作为控制字，该控制字将片外晶振时钟准确复制为片内振荡器时钟，该控制字由本 发明系统自动产生。
所述正常工作状态的具体过程如下
正常工作时，将在初始化状态得到的存于非易失性寄存器内的控制字写入含有时钟自动锁定-配置集成电路IP的芯片的寄存器，寄存器再将控制字送入数模转换器，通过数模 转换器转化得到与控制字唯一对应的的电流/电压，将得到的电流/电压送入电流/电压控 制振荡器，通过电流/电压控制振荡器产生片内参考时钟送入芯片其它功能模块(此处 "功能模块"是指含该发明的芯片内完成其他具体功能的相关模块，这些模块正常工作时 需要一稳定参考时钟)。即通过控制字修正了芯片制造过程中产生的片内振荡器时钟误 差，同时采用与温度无关的参考电压、电流，使得正常工作时片内振荡器时钟随温度漂移 很小，于是可得到相对恒定片内时钟，不再需要外部晶振。 本发明的有益效果如下
本发明可以通过控制字修整芯片制造过程中产生的误差；采用与温度无关的参考电 压、电流，正常工作时片内各工作点随温度漂移很小；芯片投入使用前仅需进行一次初始 化操作，目的在于找到该芯片特定工艺角下所对应唯一的控制字；芯片正常工作时，该控 制字通过外部非易失性寄存器读入；本系统所产生的片内时钟对工艺，温度参数均不敏 感，完全可以代替外接晶振，节约成本；本发明的初始化方法避免了传统方法中繁复过 程，避免了复杂的测试环境与测试仪器的使用，大大简化了修调流程，降低了成本。
图1为本发明的初始化系统的示意图
图2为含本发明电路正常工作的示意图
图3为本发明的具体电路的示意图
图4为本发明的具体电路的仿真结果示意图
具体实施例方式
实施例1
如图1-2所示， 一种初始化产生稳定片内时钟的系统，包括设置有时钟自动锁定-配 置集成电路IP的芯片、晶振时钟源、非易失存储器、发光二级管，所述时钟自动锁定-配 置集成电路IP^括鉴相器、电荷泵、模数转换器、寄存器、数模转^t器、电流/电压控制 振荡器和频率锁定检测电路，所述晶振时钟源与鉴相器的一端输入连接，鉴相器的输出与 电荷泵的输入连接，电荷泵的输出与模数转换器的输入连接，模数转换器的输出与寄存器 的输入连接，寄存举还与数模转换器和非易失存储器连接，数模转换器的输出与电流/电 压控制振荡器的输入连接，电流/电压控制振荡器的输出与鉴相器的另一端输入连接，整个电路形成回路，所述晶振时钟源与电流/电压控制振荡器的输出还与频率锁定检测电路 连接。
所述时钟自动锁定-配置集成电路IP的信号流向如下
晶振时钟源将晶振参考时钟输入信号输入鉴相器，同时回路中电流/电压控制振荡器 将反馈时钟也作为一个输入信号输入鉴相器，鉴相器将表征两个输入时钟相位差异的信号 输出至电荷泵；电荷泵先将所述表征两个输入时钟相位差异的信号转化为低频模拟电压， 再将低频模拟电压输出至模数转换器；模数转换器将所述低频模拟电压按一定编码方式转 化为对应的数字信息，并将数字信息输出至寄存器；寄存器将所述数字信息存储后再输入 至数模转换器，同时再将所述数字信息作为控制字输出至片外非易失性寄存器；然后数模 转换器将数字信息还原为与电荷泵输出电压相同的模拟电压(模数-数模转化过程会弓I入 一定误差，模数-数模精确度越高，误差越小)，数模转化器输出模拟电压至电流/电压控 制振荡器；电流/电压控制振荡器输出频率与电流/电压成正比的时钟信号，然后将所述时 钟信号作为反馈时钟至鉴相器，完成主信号回路；同时，晶振参考时钟与反馈时钟还将输 入至频率锁定检测电路，得到频率锁定状态变量输出至片外。
所述系统通过外部开关控制开启和关断，系统的工作状态分为初始化状态和正常工作 状态。
初始化状态时，打开开关，系统自动完成误差检测-->反馈调制--〉修正控制字输出， 并给出提示，初始化状态的具体过程如下
开关打开后，本系统开始上电工作，晶振时钟源将参考时钟送至鉴相器，若初始状态 反馈时钟相对参考时钟有相位差A①，鉴相器则会鉴别出A(D，并将A①送入电荷泵， 电荷泵将AO)转化为对应的电压Va,通过模数转换器一〉数模转换器，将Va转换为模拟 电压Vb或模拟电流Ib，通过模拟电压Vb或模拟电流Ib驱动电压/电流控制振荡器，电 压/电流控制振荡器产生反馈时钟，由于负反馈机制使得Va向着减小相位差A①的方向 移动，最后时钟自动锁定-配置集成电路IP通过锁相机制将反馈时钟锁定于参考时钟。
当反馈时钟锁定于参考时钟时，所述频率锁定检测电路检测出锁定状态，同时输出锁 定状态逻辑变量，通过锁定状态逻辑变量的控制，片内的寄存器存储的模数-数模转换器 过程内的中间数字信号被作为控制字读入片外的非易失性寄存器，同时点亮发光二级管给 出初始化操作完成提示。整个初始化过程实际上是利用模数-数模转换器过程内的中间数片外晶振时钟准确复制为片内振荡器时钟，该控制字由本 发明系统自动产生。
所述正常工作状态的具体过程如下
正常工作时，将在初始化状态得到的存于非易失性寄存器内的控制字写入含有时钟自 动锁定-配置集成电路IP的芯片的寄存器，寄存器再将控制字送入数模转换器，通过数模 转换器转化得到与控制字唯一对应的的电流/电压，将得到的电流/电压送入电流/电压控 制振荡器，通过电流/电压控制振荡器产生片内参考时钟送入芯片其它功能模块(此处
"功能模块"是指含该发明的芯片内完成其他具体功能的相关模块，这些模块正常工作时 需要一稳定参考时钟)。即通过控制字修正了芯片制造过程中产生的片内振荡器时钟误 差，同时采用与温度无关的参考电压、电流，使得正常工作时片内振荡器时钟随温度漂移 很小，于是可得到相对恒定片内时钟，不再需要外部晶振。 实施例2
本方案为使用时钟自动锁定-配置集成电路IP完成初始化产生稳定片内时钟的PCB版 级应用方案。
如图3所示， 一个具体的初始化电路
晶振参考时钟f—ref与反馈时钟f一back作为两个输入信号输入至鉴相器，鉴相器将 两个信号输出至电荷泵，电荷泵将信号输出至模数转换器，模数转换器将信号输出至DFF 数据输入，反馈时钟f—back输出至DFF时钟输入，在每一个反馈时钟f—back的上升沿 DFF将模数转换器转换结果存储后输出至数模转换器，数模转换器输出电流作为电容充放 电网络充/放电流，电容充放电网络输出锯齿波至锯齿波上下阈值判决电路，该阈值判决 电路输出开关控制信号去控制电容充放电网络，同时该阈值判决电路还将输出反馈时钟 f一back至鉴相器，完成主信号回路。此处，片内电容充放电网络与锯齿波上下阈值判决 电路共同构成电流控振荡器，该流控振荡器系数KIC0-I/f^/(OAU)，式中I为充放电 电流，f为锯齿波振荡频率，C为充放电容，使用片内集成的金属电容可做较精确，AU 可以由带隙基准产生，随温度漂移很小，因此该流控振荡器系数KICO高度线性可调。
同时鉴相器输出至频率锁定检测输入，通过频率锁定检测机制得到频率锁定状态变量 输出至片外。
初始化工作时，鉴相器与电荷泵将f—ref与f—back相位误差转化为电压信号Vcon，Vcon通过ADC-〉DFF-〉DAC转化为电流信号Icon, Icon控制片内电容充放电网络充放电流 改变f—back,负反馈锁相机制最终使得f—back=f—ref，此时频率锁定检测器将检测出鉴 相器输出端的占空比相当小的细方波脉冲，由此判决频率已锁定，给出频率锁定状态变 量，该变量控制片外非易失性寄存器读出此时DFF中控制字，并且点亮发光二极管表示初 始化结束。
该具体电路的锁定过程结果如图4所示。Vcon经过一个过冲后稳定，频率锁定，此 时读出控制字。正常工作时将该控制字写入电路，即可得到相对恒定片内时钟。
本发明可以通过控制字修整芯片制造过程中产生的误差，采用与温度无关的参考电 压、电流，正常工作时片内各工作点随温度漂移很小。
本发明的初始化方法通过芯片内部集成电路自动完成误差检测一〉反馈调制-_〉修正 控制字输出，而不会出现传统方法中繁复的步骤人工测试频率一〉硬件上等离子/激光修 调，因此大大简化了修调流程，降低了成本。
权利要求
1、一种初始化产生稳定片内时钟的系统，其特征在于包括设置有时钟自动锁定-配置集成电路IP的芯片、晶振时钟源、非易失存储器、发光二级管，所述时钟自动锁定-配置集成电路IP包括鉴相器、电荷泵、模数转换器、寄存器、数模转换器、电流/电压控制振荡器和频率锁定检测电路，所述晶振时钟源与鉴相器的一端输入连接，鉴相器的输出与电荷泵的输入连接，电荷泵的输出与模数转换器的输入连接，模数转换器的输出与寄存器的输入连接，寄存器还与数模转换器和非易失存储器连接，数模转换器的输出与电流/电压控制振荡器的输入连接，电流/电压控制振荡器的输出与鉴相器的另一端输入连接，整个电路形成回路，所述晶振时钟源与电流/电压控制振荡器的输出还与频率锁定检测电路连接。
2、 根据权利要求l所述一种初始化产生稳定片内时钟的系统，其特征在于所述时 钟自动锁定-配置集成电路IP的信号流向如下晶振时钟源将晶振参考时钟输入信号输入鉴相器，同时回路中电流/电压控制振荡器 将反馈时钟也作为一个输入信号输入鉴相器，鉴相器将表征两个输入时钟相位差异的信号 输出至电荷泵；电荷泵先将所述表征两个输入时钟相位差异的信号转化为低频模拟电压， 再将低频模拟电压输出至模数转换器；模数转换器将所述低频模拟电压按一定编码方式转 化为对应的数字信息，并将数字信息输出至寄存器；寄存器将所述数字信息存储后再输入 至数模转换器，同时再将所述数字信息作为控制字输出至片外非易失性寄存器；然后数模 转换器将数字信息还原为与电荷泵输出电压相同的模拟电压，数模转化器输出模拟电压至 电流/电压控制振荡器；电流/电压控制振荡器输出频率与电流/电压成正比的时钟信号， 然后将所述时钟信号作为反馈时钟至鉴相器，完成主信号回路；同时，晶振参考时钟与反 馈时钟还将输入至频率锁定检测电路，得到频率锁定状态变量输出至片外。
3、 根据权利要求l所述一种初始化产生稳定片内时钟的系统，其特征在于所述系 统通过外部开关控制幵启和关断，系统的工作状态分为初始化状态和正常工作状态。
4、 根据权利要求3所述一种初始化产生稳定片内时钟的系统，其特征在于初始化 状态时，打开开关，系统自动完成误差检测一〉反馈调制一〉修正控制字输出，并给出提 示，初始化状态的具体过程如下开关打开后，本系统开始上电工作，晶振时钟源将参考时钟送至鉴相器，若初始状态 反馈时钟相对参考时钟有相位差AO，鉴相器则会鉴别出AO,并将A①送入电荷泵， 电荷泵将A(D转化为对应的电压Va，通过模数转换器--〉数模转换器，将Va转换为模拟 电压Vb或模拟电流Ib，通过模拟电压Vb或模拟电流Ib驱动电压/电流控制振荡器，电 压/电流控制振荡器产生反馈时钟，由于负反馈机制使得Va向着减小相位差A cD的方向 移动，最后时钟自动锁定-配置集成电路IP通过锁相机制将反馈时钟锁定于参考时钟。
5、 根据权利要求4所述一种初始化产生稳定片内时钟的系统，其特征在于当反馈 时钟锁定于参考时钟时，所述频率锁定检测电路检测出锁定状态，同时输出锁定状态逻辑 变量，通过锁定状态逻辑变量的控制，片内的寄存器存储的模数-数模转换器过程内的中 间数字信号被作为控制字读入片外的非易失性寄存器，同时点亮发光二级管给出初始化操 作完成提示。整个初始化过程实际上是利用模数-数模转换器过程内的中间数字信号作为 控制字，该控制字将片外晶振时钟准确复制为片内振荡器时钟，该控制字由本发明系统自 动产生。
6、 根据权利要求3所述一种初始化产生稳定片内时钟的系统，其特征在于所述正 常工作状态的具体过程如下正常工作时，将在初始化状态得到的存于非易失性寄存器内的控制字写入含有时钟自 动锁定-配置集成电路IP的芯片的寄存器，寄存器再将控制字送入数模转换器，通过数模 转换器转化得到与控制字唯一对应的的电流/电压，将得到的电流/电压送入电流/电压控 制振荡器，通过电流/电压控制振荡器产生片内参考时钟送入芯片。
全文摘要
本发明公开了一种初始化产生稳定片内时钟的系统，包括设置有时钟自动锁定-配置集成电路IP的芯片、晶振时钟源、非易失存储器、发光二级管，所述时钟自动锁定-配置集成电路IP包括鉴相器、电荷泵、模数转换器、寄存器、数模转换器、电流/电压控制振荡器和频率锁定检测电路，晶振时钟源与鉴相器的一端输入连接，鉴相器、电荷泵、模数转换器、寄存器依次连接，寄存器还与数模转换器和非易失存储器连接，数模转换器的输出与电流/电压控制振荡器的输入连接，电流/电压控制振荡器的输出与鉴相器的另一端输入连接，形成回路；所述晶振时钟源、电流/电压控制振荡器的输出均与频率锁定检测电路连接；本系统可以大大简化修调流程，降低成本。
文档编号H03L7/06GK101436086SQ200810147610
公开日2009年5月20日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者张子澈, 武国胜 申请人:四川登巅微电子有限公司