一种温度补偿实时时钟电路以及集成电路的制作方法

1.本发明涉及时钟集成电路技术领域，具体涉及一种具有插值算法的温度补偿实时时钟芯片。


背景技术：

2.温度补偿晶体振荡器(tcxo，temperature compensation x’tal oscillator)是一种可以提供广温度范围内高精度频率输出的有源振荡器。其中一种温度补偿结构，通过温度传感器检测温度，根据温度的数据调整振荡电路中的电容阵列，实现对振荡频率的温度补偿。该补偿结构通常还包括片上非易失性存储器，该存储器用于存储对应与不同温度下的电容阵列数据。其中，电容阵列的切换分辨率直接影响补偿精度。电容阵列切换分辨率越高，所需的非易失性存储器容量越大。例如电容切换阵列为l组。则所需非易失性存储器容量也为l组。通常的温度补偿晶体振荡器，采用单电源供电系统，或者采用片外额外的器件搭建备份电源系统。易用性欠缺或者需要额外的物料成本。


技术实现要素：

3.本发明实施例之一，一种双电源供电温度补偿实时时钟电路，包括振荡电路、温度传感器电路、模数转换电路，存储器电路、插值运算电路、以及电源选择控制器。所述振荡电路包括可变电容阵列，该可变电容阵列具有可设置的l个电容值输出，所述温度传感器电路的输出接入所述模数转换电路输入端，所述模数转换电路的输出中的第一输出端接入所述存储器电路的输入端，第二输出端接入所述插值运算电路，所述存储器电路连接所述所述插值运算电路，所述插值运算电路的输出端连接所述振荡电路的输入端。所述电源选择控制器，具有两个电源输入端vdd和vbat，输出端给内部电路提供电源vcc。
4.本发明提供了一种具有插值算法的温度补偿实时时钟芯片，该温度补偿实时时钟芯片与外部晶体振荡器相连，通过插值运算电路，实时时钟芯片通过调节内部电容阵列电容值对晶体振荡器频率进行温度补偿，并且所需的非易失性存储器容量可减少为现有方案所需容量的1/n。同时片内集成了电源选择控制器。用户可自行选择电源供电方案，在双电源方案中，当外部电源vdd掉电，电源选择控制器通过实时检测，切换到备用电源vbat，此时芯片自动进入低功耗模式，保证备用电源的使用时长。
附图说明
5.通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
6.图1是根据本发明实施例之一的具有插值运算电路的温度补偿实时时钟芯片结构图。
7.图2是根据本发明实施例之一的插值运算电路的结构图。
8.图3是根据本发明实施例之一插值运算电路的输入与输出关系表。
9.图4是根据本发明实施例之一振荡电路的结构图。
10.图5是根据本发明实施例之一的电源选择控制器结构图。
具体实施方式
11.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种具有插值算法的温度补偿实时时钟芯片。通过插值算法，可以减小存储器容量的需求。
12.根据一个或者多个实施例，如图1所示。一种温度补偿实时时钟电路，包括振荡电路、温度传感器电路、模数转换电路，存储器电路、插值运算电路以及电源选择控制器。
13.所述振荡电路包括可变电容阵列，该可变电容阵列具有可设置的l个电容值输出。所述温度传感器电路的输出接入所述模数转换电路输入端。所述模数转换电路的输出中的第一输出端接入所述存储器电路的输入端，第二输出端接入所述插值运算电路。所述存储器电路连接所述所述插值运算电路。所述插值运算电路的输出端连接所述振荡电路的输入端。
14.所述问题传感器电路用于检测所述实时时钟电路的环境温度，获得环境温度的模拟量数值。所述模数转换电路将温度模拟量数值转换为数字量数值，所述存储器电路存储l/n个可变电容阵列设置数据，该可变电容设置数据与温度补偿数据对应。
15.所述插值运算电路包括2个寄存器，以及与寄存器连接的插值运算器，由插值运算器进行线性插值运算。插值运算器包括一个或者多个加法器进行运算，通过输入2组数，求平均，得到中间数插值，再通过中间插值继续求平均，得到另外2组插值。根据n值，将存储器电路中存储的相邻2个可变电容阵列设置数据差值进行n等分。所述插值运算电路根据得到的温度数字量数值，以及所述存储器电路中存储的可变电容设置数据，经过插值运算获得所需的用于实时时钟电路温度补偿需要的可变电容设置数据。如图2所示。
16.所述温度补偿实时时钟电路还包括电源选择控制器，用于选择连通用于对该温度补偿实时时钟电路供电的数量至少为二路的电源电路中的一路电源电路。如图1中所示，电源选择控制器可以同时连接电源vdd和电源vbat，其中电源vbat可以作为备用电源使用。由于本实施例中，这种备用电源的连接设计，可以极大增强温度补偿实时时钟电路可靠性，增强该电路抵抗突发故障的能力，保证了实时时钟电路作为系统核心关键器件的鲁棒性。
17.根据一个或者多个实施例，一种具有插值算法的温度补偿实时时钟芯片包括振荡电路，温度传感器，模数转换电路，存储器，插值调整电路。
18.所述温度传感器输出端接模数转换电路输入端，所述模数转换电路输出端接存储器的输入端，所述插值调整电路输入端分别接模数转换电路输出端以及存储器输出端。所述插值调整电路输出端接振荡电路的输入端。所述温度传感器将温度对应的电压值通过模数转换电路转化为数字温度数据。
19.如图4所示，所述振荡器电路包括电流源i1、n型场效应管m0、可变电容阵列c1和c2、反馈电阻rb、串联电阻rf。n型场效应管m0的漏极同时连接电流源i1和串联电阻rf的一端，所述反馈电阻rb跨接在所述n型场效应管m0的栅极和漏极之间，所述n型场效应管m0的栅极连接外部晶体振荡器的一端x1，所述串联电阻rf的另一端连接外部晶体振荡器的一端x2，同时，所述n型场效应管m0的栅极与所述串联电阻rf的另一端接入一可变电容阵列。
20.又如图4所示，在振荡电路中包括多个电容器，第1电容器、第2电容器、
···
、第n(n为2以上的整数)电容器、第1开关～第n开关以及切换用电容器。或者是，第1电容器、第2电容器、
···
、第n电容器的电容值为c0、2
×
c0、
···
、2n-1
×
c0。也可以是，第1开关～第n开关与第1电容器～第n电容器分别串联连接。也可以是，切换用电容器的电容值是c0。也可以是，切换用开关与切换用电容器串联连接。
21.存储器将温度数据和可变电容电路的电容调整值对应起来而进行存储。插值运算电路可以读出与温度数据的高位比特对应的第1电容调整值和第2电容调整值，并根据温度数据的低位比特对第1电容调整值和第2电容调整值进行线性插值，从而求出与温度数据对应的电容调整值。也可以是，插值运算处理电路根据电容调整值的小数数据以时分方式切换地将作为电容调整值的整数数据的第1电容控制数据和第2电容控制数据输出到可变电容电路。这样，存储器存储将温度数据和电容调整值对应起来而得的表。通过对电容调整值进行线性插值，生成比如图3中对应表的温度分辨率的电容调整值。由此，能够高精度地对振荡频率进行温度补偿。并且，由于能够节约表的数据量，所以能够节约存储器的存储容量。图3是插值运算电路采用并行总线的输入与输出关系表。其中，adc[9:2]是模数转换电路的输出，该输出连到存储器；adc[1:0]是模数转换电路的输出，该输出连到插值运算电路；capj[12:0]是插值运算电路的输出，该输出连接振荡电路；cmi[12:0]是存储器的输出，该输出连接所述插值运算电路。在这里，电路之间数据传输也可以采用串行方式实现。
[0022]
本发明中，存储器存储了原有数量的1/n的温度数据对应的电容阵列数据，该n值可选择2，4，8，16。本发明芯片中的插值算法电路根据温度数据，以及存储器中电容阵列数据，通过固定的插值算法，填补未存储在存储器中电容阵列数据。通过所述插值算法，提高了频率补偿精度到原来的n倍。所需存储器的容量仅有1/n。
[0023]
值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。