所公開的實施例總體涉及內部振蕩器的領域，并且更具體地涉及借助振蕩器提供具有高精度的給定頻率。

背景技術：

振蕩器可以寬泛地分類為晶體振蕩器和內部振蕩器。晶體振蕩器可以具有精度高達百萬分之一(ppm)或百萬分之二的非常穩(wěn)定的頻率。另一方面，完全在硅芯片上構建的內部振蕩器或具有一個或幾個外部組件(例如，電阻器、電容器、電感器等)的內部振蕩器不能提供相同的精度水平。對于內部振蕩器，當前可以達到的最佳精度在0.5-1.0％的范圍內；希望更高的精度。

為了在振蕩器中達到高精度，需要在校正環(huán)路內部或外部的精準組件。這種精準組件可以使用一個或多個外部組件來實現(xiàn)，諸如片外電阻器-電容器組合、經修整的內部組件或這些組件的組合。修整是在組件上進行以從該組件獲得特定精度的操作。該操作可以利用激光來物理地燒掉組件的一部分，或者設計可以提供多個開關，其可以在制造過程之后被設置以提供期望的結果。將片上元件諸如電阻器或電容器修整到非常高的精度(即在0.1％的范圍內)幾乎是不可能的和完全不切實際的。在這種困難的示例中，具有+-15％工藝變化的20K電阻器將需要300個步長(step)，每個20Ω。通過開關自身，幾乎不可能實現(xiàn)小于20Ω的實際開關。如果我們不能在任何內部組件中實現(xiàn)高(～0.1％)精度，則我們不能使用完全片上組件來構建具有高精度的振蕩器。

現(xiàn)有的高精準解決方案需要高精準模擬模塊，諸如極低偏移的比較器/放大器，精確的開關電容器采樣或高質量開關。此外，這些高精準度的解決方案需要修整精準模擬RC的過程。我們以前沒有將內部電阻-電容(RC)時間常數(shù)修整至為0.1％的任何方法；因此，我們不能夠構建具有這種精度水平的完全片上精準振蕩器。此外，在合理的實際實現(xiàn)方式中，非理想性(比如開關導通電阻、上升時間/下降時間、不完全安置和寄生耦合)將精度限制在約0.5％以上。此外，對于包含多個振蕩器的芯片，在芯片上的每個振蕩器需要分別修整和調諧，這導致高測試成本。另外，當高精準振蕩器被調諧到一個頻率時，以后難以將相同的振蕩器以類似的高精度調諧到某個其他頻率。在一些情況下，這種重新調諧在小范圍內是可能的，但在較大頻率范圍內是困難的。

技術實現(xiàn)要素：

本專利申請公開了提供高精準模擬RC的系統(tǒng)、方法和設備，該高精準模擬RC可以用于實現(xiàn)具有0.1％或更好的精度的振蕩器。在所公開的設計中，精準模擬RC不通過物理方法修整，而是通過時鐘分頻比“修整”；因此，根據(jù)所利用的分頻比，可以實現(xiàn)非常精準的時鐘。由于該分頻，在系統(tǒng)中引入的其他誤差也衰減，從而提供非常高精度的時鐘頻率。頻率調諧模塊(FTM)從待調諧的內部數(shù)字可控振蕩器(DCO)接收時鐘信號。給定振蕩器的期望頻率，F(xiàn)TM被編程為獲知當DCO的頻率精確時精準模擬RC電路中的電容器被充電或放電至基準電壓所需的時鐘周期的數(shù)量(N)。頻率調諧模塊觸發(fā)精準模擬RC模塊；然后在N個時鐘周期后，將精準模擬RC模塊上的電荷與基準電壓進行比較。基于比較結果來調節(jié)DCO的頻率。通過適當?shù)卦O計精準模擬RC模塊中的值，N的值可以為1000或更大，這提供了用于調諧DCO的頻率的0.1％的步長。N的值可以基于RC模塊的實際值而非設計值來設置。因此，DCO的頻率可以非常精確地調諧，而與DCO中的工藝變化無關。對于N個時鐘僅具有一個上升/下降時間通過因子N降低了非理想性的影響，并且比較器被定時以減少誤差貢獻。

總體而言，該系統(tǒng)是靈活并且可數(shù)字地重新配置。通過提供具有已知特性的精準模擬RC模塊，頻率調諧模塊能夠以先前在內部振蕩器中不可能實現(xiàn)的精準度將給定芯片上的每個振蕩器調諧到需求頻率。該架構獨立于DCO實現(xiàn)方式。所公開的解決方案是簡單、低廉和實用的。單個延遲元件(模擬RC模塊)可以被用于以多個不同頻率修整多個時鐘，從而提供顯著的可數(shù)字重新配置性。

在一個方面中，公開了將內部振蕩器調諧到期望頻率F1的方法的實施例。該方法使用包括電阻器、電容器和比較器的精準RC延遲元件。該方法包括：從待調諧的振蕩器接收時鐘信號；觸發(fā)RC延遲元件的充電；在距觸發(fā)充電的M個時鐘循環(huán)處，獲得指示在RC延遲元件上的電壓是否高于或低于基準電壓的第一結果；以及基于該第一結果向振蕩器提供校正反饋。

在另一方面中，公開了將內部振蕩器調諧到期望頻率F1的方法的進一步的實施例。該方法使用包括電阻器、電容器和比較器的RC延遲元件。該方法包括：從待調諧的振蕩器接收時鐘信號；觸發(fā)RC延遲元件的放電；在距觸發(fā)放電的M個時鐘循環(huán)處，獲得指示RC延遲元件上的電壓是否高于或低于基準電壓的結果；以及基于該結果向振蕩器提供校正反饋。

在又一方面中，公開了集成電路(IC)芯片的實施例。該IC芯片包括：頻率調諧模塊，其經耦合以向振蕩器提供控制信號并且從振蕩器接收時鐘信號；以及RC延遲元件，其包括數(shù)字緩沖器、電阻器、電容器和比較器，該電阻器被連接在數(shù)字緩沖器和比較器的第一輸入端之間，該比較器的第二輸入端接收基準電壓，該電容器具有連接在電阻器和比較器的第一輸入端之間的端子，并且數(shù)字緩沖器被連接以接收起始觸發(fā)；其中所述頻率調諧模塊被配置成執(zhí)行以下操作：觸發(fā)RC延遲元件的充電；在距觸發(fā)充電的M個時鐘循環(huán)后，從比較器獲得第一結果；以及基于給第一結果向振蕩器提供校正反饋。

附圖說明

在附圖中的圖形中借助示例的方式而非限制的方式示出本公開的實施例，在附圖中，相同的標記指示相似的元件。應當注意的是，在本公開中，對“某一”或“一個”實施例的不同引用不一定是相同的實施例，并且這樣的引用可以意指至少一個實施例。此外，當結合實施例描述特定特征、結構或特性時，認為結合無論是否明確描述的其他實施例來產生此類特征、結構或特性在本領域技術人員的知識范圍內。

附圖并入說明書中并形成說明書的一部分以說明本公開的一個或多個示例性實施例。通過以下結合所附權利要求并參考附圖的具體實施方式，將理解本公開的各種優(yōu)點和特征，在附圖中：

圖1示出根據(jù)本專利申請的實施例的用于將內部DCO調諧到超高精準度的方法的示例系統(tǒng)；

圖2示出根據(jù)本專利申請的實施例的將內部DCO調諧到超高精準度的方法的示例流程圖；

圖3示出根據(jù)本專利申請的實施例的用于操作RC電路的雙充電/放電方法的時序的示例；

圖4示出根據(jù)本專利申請的雙充電/放電實施例的將內部DCO調諧到超高精準度的方法的示例流程圖；和

圖5示出根據(jù)本專利申請的實施例的包含多個內部DCO并且包括將那些內部DCO調諧至超高精準度的電路的示例芯片。

具體實施方式

現(xiàn)將參考附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施例。在本發(fā)明的實施例的以下詳細描述中，闡述了許多具體細節(jié)以便提供對本發(fā)明的更透徹的理解。然而，對于本領域的普通技術人員將顯而易見的是，本發(fā)明可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下被實踐。在其他情況下，公知特征沒有詳細描述以避免不必要地使描述復雜化。另外，諸如“耦合”和“連接”等術語及其派生詞可用于以下描述、權利要求或這兩者中。應當理解，這些術語不一定旨在作為彼此的同義詞?！榜詈稀笨梢杂糜谥甘颈舜丝梢曰蚩梢圆恢苯游锢砘螂娊佑|的兩個或多個元件彼此協(xié)作或交互?！斑B接”可以用于指示在彼此耦合的兩個或多個元件之間的通信的建立，即通信關系。

現(xiàn)在參考附圖且更具體地參考圖1，其中示出根據(jù)本申請的實施例的用于將內部DCO 116調諧到超高精準度的系統(tǒng)100。頻率調諧模塊112經連接以將控制信號136提供至內部DCO 116并且從DCO 116接收時鐘信號138。在至少一個實施例中，內部DCO 116是低廉、低功率DCO。在至少一個實施例中，內部DCO 116是高性能DCO。兩種類型的DCO均可以實現(xiàn)相同的最終頻率精度。

FTM 112經連接以將信號130、132提供至精準RC延遲元件102并且從精準RC延遲元件102接收信號134，如將在以下更詳細地討論的。精準RC延遲元件102包含數(shù)字緩沖器104，其接收來自FTM 112的觸發(fā)信號130以開始電路的充電。電阻器106被連接在數(shù)字緩沖器104和比較器110的第一輸入端之間，并且電容器108具有連接在電阻器106和比較器110的第一輸入端之間的一個端子。在一個示例實施例中，電阻器106的值為752K并且電容器108的值為5.75pF以對于120MHz的時鐘周期實現(xiàn)N＝500的值。比較器110在第二輸入端上接收基準電壓Vref，并且通過連接132接收來自FTM112的信號作為時鐘輸入。來自比較器110的結果被提供至FTM 112，指示在精準RC延遲元件102上的電荷是否大于或小于Vref。在所公開的實施例中，電阻器106和電容器108不需要被修整，但被允許隨著工藝而變化。相反，N的值被補償以“修整”RC工藝變化。換句話說，一旦芯片完成，就精確地確定經由電阻器106將電容器108充電到基準電壓Vref所需的時間Tref。該值除以與DCO 116的期望頻率相關聯(lián)的周期可以被用于初始化N，其表示如果DCO的頻率正確在Tref秒內出現(xiàn)的時鐘的數(shù)量。使用這種“邏輯修整”的方法意味著對精準RC延遲元件102沒有開關或寄生影響，從而允許該延遲元件非常精確。通過選擇電阻器106和電容器108的正確值，可以實現(xiàn)N的任何值。雖然已經按照RC網絡解釋了電路，但是應當認識到，所公開的概念也可以使用電感器-電容器(LC)電路或簡單地使用電流充電電容器來實施。

FTM 112控制DCO 116的自校準過程200，將現(xiàn)在參考圖2來描述該過程。FTM 112從DCO 116接收(205)時鐘信號，其具有周期‘tclk’。FTM 112觸發(fā)(210)信號130，該信號使得精準RC延遲元件102以受控速率充電。FTM 112可以被提供有待使用的N的值。FTM 112然后確定(215)自觸發(fā)充電以來是否已經出現(xiàn)N個時鐘循環(huán)。在恰好“N”個時鐘之后，F(xiàn)TM 112觸發(fā)時鐘輸入端132并獲得比較器110的結果，該比較器110將精準RC延遲元件102上的電荷與Vref進行比較(220)。FTM 112確定(225)比較器134的結果是“高”還是“低”。如果結果為高，則在N*tclk時間內，RC延遲元件102被充電大于Vref；因此N*tclk＞Tref。如果結果為低，則在N*tclk時間內，RC延遲元件102被充電小于Vref；因此N*tclk＜Tref?；诒容^器結果，F(xiàn)TM 112向DCO 116給出校正反饋。在該示例中，如果結果為低，則FTM 112減小(230)時鐘信號的頻率；如果結果高，則FTM 112增加(235)該頻率。在穩(wěn)定狀態(tài)下，時鐘周期“tclk”將在“Tref/N”周圍徘徊，這取決于DCO的步長。在DCO中很容易實現(xiàn)小步長，因此如果我們能夠假設DCO步長是可忽略的，則tclk將近似等于Tref/N。當DCO步長充分小于1/N時，最終頻率的精度將近似等于1/N。雖然已經按照“計數(shù)”(即，作為RC延遲模塊充電所需的時鐘周期的數(shù)量)描述了精準RC延遲模塊的操作，但本領域技術人員應當理解，在不脫離本公開的精神的情況下，電路的操作也可以純粹按照對RC延遲模塊充電所需的時間來限定。類似地，雖然電路已經被描述為充電電路，但是本領域技術人員將理解，在不脫離本公開的精神的情況下，電路也可以被實現(xiàn)為放電電路。

在電路的元件中的偏移可以按照設計或結果的初始值與相同結果的當前值之間的差來定義。雖然在定義N的值中考慮RC延遲元件的初始偏移，但是在至少一個實施例中，比較器110的偏移影響隨時間改變，從而導致需要校正的精準RC延遲元件102的漂移。該校正可以通過使用雙充電/放電方法來實施，其時序在圖3示出。在時序圖300中，先前的變量‘N’由兩個變量‘M’和‘N’代替，其中M和N一起確定在調諧DCO 116中可獲得的步長的大小。在該實施例中，M表示在其期間精準RC延遲元件102以精準速率被充電的時鐘的數(shù)量，而N表示在其期間精準RC延遲元件102以精準速率放電的時鐘的數(shù)量。應當理解，時鐘信號302是從DCO 116接收的時鐘，而線304表示電容器108上的電荷。虛線306表示Vref的值。當DCO 116的時鐘被正確地調諧時，電容器108在M個時鐘內充電至Vref并且在N個時鐘內放電。在示例實施例中，比較器110已經漂移，使得線308表示比較器110的偏移。

現(xiàn)將參照圖4的流程圖400描述由時序圖300表示的方法。在該圖中，F(xiàn)TM 112從DCO 116接收(405)時鐘信號，并觸發(fā)信號130從而以受控速率開始對精準RC延遲元件102充電(410)。如圖3所示，信號130在時鐘循環(huán)的起始處被觸發(fā)。FTM 112確定(415)自從觸發(fā)充電起是否已出現(xiàn)M個時鐘循環(huán)，并且如果尚未出現(xiàn)M個時鐘循環(huán)則等待。在恰好M個時鐘之后，F(xiàn)TM112觸發(fā)到比較器110的時鐘輸入端132并獲得(420)比較器的第一結果。FTM 112然后打開開關(未具體示出)以快速地將電容器充電(425)到兩倍的基準電壓。一旦電容器108被完全充電，F(xiàn)TM 112就觸發(fā)(430)精準RC延遲元件102以受控速率放電。要注意，放電也在時鐘循環(huán)起始時開始。然后，F(xiàn)TM 112確定(435)自從觸發(fā)放電起是否已經出現(xiàn)N個時鐘循環(huán)，并且等待直到該條件已經出現(xiàn)。在恰好N個時鐘循環(huán)之后，F(xiàn)TM 112從比較器110獲得(440)第二結果。本領域技術人員將認識到，雖然放電電路已經被公開為充電到兩倍的基準電壓，但是，只要放電時間是已知的，那么在放電階段也可以使用其他電壓，例如三倍的基準電壓。

一旦FTM 112具有第一結果的值和第二結果的值，F(xiàn)TM 112就確定(445)兩個值是否相同。如果兩個結果彼此一致，則FTM 112將轉變M和N的值以校正偏移，而如果兩個結果不一致，則FTM 112將調節(jié)DCO頻率。如所示的，當兩個結果值相同時，F(xiàn)TM 112接下來確定(450)兩個結果是高還是低。如果兩個結果都為低，則FTM 112將M的值增加(455)給定量且將N的值減小相同的量以校正偏移。如果兩個結果都為高，則FTM 112將M的值減小(460)給定量并將N的值增加相同的給定量。如果第一和第二結果彼此不同，則FTM 112確定(470)第一結果是高還是低。如果第一結果為高，則FTM 112增加(475)DCO 116的時鐘信號的頻率，從而減小其周期tclk。如果第一結果為低，則FTM 112減小(480)DCO 116的時鐘信號的頻率，從而增加其周期tclk。該決策過程在下面所示的表1中表示。

表1

在穩(wěn)定狀態(tài)，

其中Ts等于tclk，并且

V_os為偏移電壓。

如果我們假設α＝1/2(該值提供針對頻移的最大靈敏度并且更易于比較器設計)，我們可以寫成，

為了在Vdd＝1.1V時實現(xiàn)小于0.1％的Ts變化，比較器偏移必須小于±20mV。與使用當前方法的小于±381uV的偏移相比，該值高度寬松。要注意，最終調諧頻率取決于(M+N)，而不是它們各自的值。

用于啟動和調諧振蕩器所需的時間可以與初始調諧精度進行權衡。例如實現(xiàn)1％的精度僅要求每步長約100個時鐘，但實現(xiàn)0.1％的精度要求每步長約1000個時鐘。在至少一個實施例中，系統(tǒng)被配置有實現(xiàn)5％的精度內的非?？焖俚膯忧胰缓缶徛厥諗康椒浅８叩木?，例如約0.1％。調諧邏輯和相關聯(lián)的延遲元件僅需要在頻率調諧期間運行；在全部其他時間，這些元件可以被斷電。

申請人注意到，相同的延遲元件和相關聯(lián)的頻率調諧能力可以由在集成電路(IC)芯片上的多個振蕩器使用，其中每個振蕩器被調諧到不同頻率。該實現(xiàn)方式的實施例在圖5中示出。圖5的IC芯片500大體對應于圖1并且包含用于元件的類似編號，因此除非必要，否則在本文中將不明確討論該圖的細節(jié)。應當理解，雖然IC芯片500被示為僅包含DCO和相關聯(lián)的調諧模塊，但是其他電路(未具體示出)也提供在IC芯片500上以完成多種任務。另外，雖然在該圖中示出了具有相應的控制線536、537和時鐘輸出端538、539的兩個DCO 516A、516B，但是將理解，任何數(shù)量的DCO都可以連接到FTM 512。FTM 512僅需要接收來自每個DCO的時鐘，具有到每個DCO的控制線，以及接收包含用于每個DCO的M和N的適當值的輸入540、542。值得注意的是，在不調諧時，每個時鐘連接可以被關閉。因此，存在對時鐘耦合的最小的關注。還將理解，如果具有頻率f1的一個振蕩器用代碼k1調諧，則對于該IC芯片，頻率和代碼之間的關系保持恒定，即：

其中代碼k1和kn是指在調諧頻率時在本文中所用的計數(shù)，即，當雙充電/放電方法未被利用時N的值，以及當雙充電/放電方法被使用時M和N的值。值得注意的是，可以按照這個等式將振蕩器重新調諧到不同頻率。借助RC模塊上的單個“邏輯”修整操作“修整”多個振蕩器的能力等同于降低IC芯片的測試成本。

在本公開的各種實施例的以上描述中，應當理解本文所使用的術語僅用于描述具體實施例的目的而不旨在限制本發(fā)明。除非另有定義，否則本文使用的全部術語(包括技術和科學術語)具有與本發(fā)明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同含義。還應當理解，術語(諸如在通常使用的字典中定義的那些術語)應當理解為具有與它們在本說明書和相關技術的語境中的含義一致的含義并且不能以理想化或過度正式意義來理解，除非在本文明確定義。

在本文參考計算機實施的方法、裝置(系統(tǒng)和/或設備)和/或計算機程序產品的框圖和/或流程圖來描述至少一些示例實施例。應當理解，框圖和/或流程圖說明的方框，以及框圖和/或流程圖說明中的方框的結合可以通過由一個或多個計算機電路執(zhí)行的計算機程序指令來實施。此類計算機程序指令可以提供至通用計算機電路、專用計算機電路和/或其他可編程數(shù)據(jù)處理電路的處理器電路以產生機器，使得指令(其經由計算機的處理器和/或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行)轉換和控制晶體管、存儲在存儲器位置中的值以及此類電路內的其他硬件組件從而實施在框圖和/或流程圖框中指定的功能/動作，從而創(chuàng)建裝置(功能性)和/或用于實施在框圖和/或流程圖框中指定的功能/動作的結構。另外，計算機程序指令還可以存儲在非暫時性實體計算機可讀介質中，該介質可以引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置以特定方式運行，使得存儲在計算機可讀介質中的指令產生包括實施框圖和/或流程圖框或者框中指定的功能/動作的指令的制品。

應當理解，在本公開的附圖中示出的流程圖中的任何一個中例示的動作、步驟、功能、組件或框可修改、更改、替換、定制化或以其他方式布置在特定流程圖或框圖內，包括刪除或省略特定動作、步驟、功能、組件或框。此外，在特定流程圖中例示的動作、步驟、功能、組件或框可以與在另一個流程圖和/或框圖中例示的動作、步驟、功能、組件或框相互混合或以其它方式相互布置或重新布置以便實行相對于用于實踐本專利公開的教導內容的一個或多個過程的附加變型、修改和配置。

雖然已經詳細地示出和描述了各種實施例，但是權利要求不限于任何特定的實施例或示例。以上具體實施方式不應被解讀為暗示任何特定的組件、元件、步驟、動作或功能是必要的，使得其必須包括在權利要求的范圍內。除非明確地如此陳述，否則對以單數(shù)形式元素的引用不旨在意指“一個且僅一個”，而是“一個或多個”。本領域普通技術人員已知的上述實施例的元件的全部結構和功能等同物通過引用明確地并入本文，并且旨在被包括在本權利要求中。因此，本領域技術人員將認識到，本文所描述的示例性實施例可以在所附權利要求的精神和范圍內以各種修改和變型來實踐。