振蕩裝置與時脈信號的產生方法
2023-07-02 02:41:01 1
振蕩裝置與時脈信號的產生方法
【專利摘要】一種振蕩裝置以及時脈信號的產生方法，適用於電子設備中，所述振蕩裝置包括系統振蕩器、時脈振蕩器、檢測電路以及調整單元。系統振蕩器在電子設備啟動時內建產生第一時脈信號。時脈振蕩器依據外部電路以振蕩產生第二時脈信號。檢測電路耦接系統振蕩器以及時脈振蕩器。調整單元耦接檢測電路以及時脈振蕩器。其中，檢測電路利用第一時脈信號來判斷第二時脈信號是否產生，當檢測電路判斷第二時脈信號並未產生時，調整單元調整時脈振蕩器中的內部參數，使時脈振蕩器重新振蕩產生第二時脈信號。
【專利說明】振蕩裝置與時脈信號的產生方法
【技術領域】
[0001]本發明是有關於一種振蕩裝置，且特別是有關於一種避免時脈信號起振困難的振蕩裝置以及時脈信號的產生方法。
【背景技術】
[0002]為使電子產品能夠正常的運作，所依靠的就是提供時脈的振蕩器(oscillator)。通過振蕩器產生準確的時脈，讓電子產品內部的晶片可以有順序的處理其所接收到的數據或信號，並於正確的時間傳送至其下一級的電路。目前電子產品中最廣為使用的為石英振蕩器(crystal oscillator)，由於石英振蕩器不但能提供較為精準的時脈，且同時具有不易受外在溫度、溼度、操作電壓等因素幹擾的特性，所以電子產品大多會使用石英振蕩器來提供其所需要的時脈。
[0003]圖1為一種振蕩處理模塊的方塊示意圖。請參照圖1，時脈信號產生模塊100包括外部電路110(如，石英振蕩器，或是電阻-電感-電容(RLC)等效電路模塊)以及振蕩裝置120。外部電路110可以包括電容C1、C2。由於外部電路110本身的機電共振十分穩定，所以振蕩裝置120利用外部電路110的上述特性，來輸出一個較為穩定的時脈信號。但也因如此，外部電路110好壞會影響振蕩裝置120是否能夠起振，以提供起振後時脈信號CLK。
[0004]一般來說，設計者在設計振蕩裝置120時，無法預先得知使用者所使用的外部電路110的品質好壞，例如是外部電路110於人工焊接不當或松香水清洗處理過程不夠完全，容易導致外部電路110的品質不良。若使用的外部電路110品質不良的話，容易造成振蕩裝置120起振速度過度緩慢而導致無法起振的可能。現有解決外部電路110品質差異的影響的處理方式是，分別調整外部電路110中電容C1、C2的比值，從而使振蕩裝置120能夠穩定起振。然而，通常使用此方法卻往往導致使用者需重新調整震蕩裝置120的內部設定，造成使用以及設計上的不便利。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種振蕩裝置以及時脈信號的產生方法，用以有效改善振蕩裝置因外部電路品質不佳從而導致無法起振的問題，因而提升在整體系統的操作上的便利性。
[0006]本發明的一種振蕩裝置以及時脈信號的產生方法，適用於電子設備中，所述振蕩裝置包括系統振蕩器、時脈振蕩器、檢測電路以及調整單元。系統振蕩器在電子設備啟動時內建產生第一時脈信號。時脈振蕩器依據外部電路以振蕩產生第二時脈信號。檢測電路率禹接系統振蕩器以及時脈振蕩器。調整單元耦接檢測電路以及時脈振蕩器。其中，檢測電路利用第一時脈信號來判斷第二時脈信號是否產生，當檢測電路判斷第二時脈信號並未產生時，調整單元調整時脈振蕩器中的內部參數，使時脈振蕩器重新振蕩產生第二時脈信號。
[0007]本發明的一種時脈信號的產生方法,適用於電子設備,包括:當電子設備啟動時，內建產生第一時脈信號；依據外部電路以振蕩產生第二時脈信號；利用第一時脈信號來判斷第二時脈信號是否產生；以及當判斷第二時脈信號並未產生時，則調整時脈振蕩器中的內部參數，以重新振蕩產生第二時脈信號。
[0008]在本發明的一實施例中，上述振蕩裝置更包括頻率追蹤單元以及多工器。頻率追蹤單元根據第二時脈信號來校正第一時脈信號的頻率，並產生第一校正時脈信號。多工器耦接系統振蕩器以及頻率追蹤單元以分別接收第一時脈信號以及第一校正時脈信號，其中，於電子設備啟動時，多工器將第一時脈信號傳送至電子設備，並且當檢測電路判斷第二時脈信號已產生時，多工器被切換以傳送第一校正時脈信號至電子設備。
[0009]在本發明的一實施例中，上述檢測電路更包括計數單元，當檢測電路判斷第二時脈信號並未產生時，計數單元進行計數以增加計數值的數值，其中，調整單元對應計數單元的計數值而調整時脈振蕩器中的內部參數。
[0010]在本發明的一實施例中，上述調整單元包括可變電流源，隨著計數值而調整輸出至時脈振蕩器的輸出電流。
[0011]在本發明的一實施例中，上述調整單元包括可變電阻，隨著計數值而調整時脈振蕩器的反饋電阻。
[0012]在本發明的一實施例中，上述調整單元包括可變電流源以及可變電阻。可變電流源隨著計數值而調整輸出至時脈振蕩器的輸出電流。可變電阻隨著計數值而調整時脈振蕩器的反饋電阻，其中，調整可變電阻的反饋電阻相較於調整可變電流源的輸出電流有較高的優先權。
[0013]在本發明的一實施例中，上述第一時脈信號的頻率為16MHz,且第二時脈信號的頻率為32kHz。
[0014]在本發明的一實施例中，上述第一時脈信號的頻率大於第二時脈信號的頻率。
[0015]在本發明的一實施例中，上述時脈信號的產生方法更包括當電子設備啟動時，將內建產生的第一時脈信號傳送至電子設備。
[0016]在本發明的一實施例中，上述時脈信號的產生方法更包括當判斷第二時脈信號已產生時，根據第二時脈信號來校正第一時脈信號的頻率，並產生第一校正時脈信號；以及傳送第一校正時脈信號至電子設備。
[0017]在本發明的一實施例中，上述時脈信號的產生方法更包括當判斷第二時脈信號並未產生時，進行計數以增加計數值的數值，並對應計數單元的計數值而調整時脈振蕩器中的內部參數。
[0018]在本發明的一實施例中，上述時脈信號的產生方法更包括隨著計數值而調整時脈振蕩器的反饋電阻或輸出電流。
[0019]在本發明的一實施例中，上述時脈信號的產生方法更包括隨著計數值而調整時脈振蕩器的反饋電阻及輸出電流，其中，調整時脈振蕩器的反饋電阻相較於調整時脈振蕩器的輸出電流有較高的優先權。
[0020]基於上述，本發明提供一種振蕩裝置以及時脈信號的產生方法，為了避免振蕩器使用品質不良的外部電路而導致振蕩裝置無法起振的問題，於是提出振蕩裝置以及時脈信號的產生方法，以有效地改善品質不良的外部電路所造成的影響，從而提升在整體系統的操作上的便利性以及穩定性。
[0021]為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明的限定。在附圖中:
[0023]圖1為一種振蕩處理模塊的方塊示意圖。
[0024]圖2為依照本發明的一實施例的振蕩裝置的方塊示意圖。
[0025]圖3為依照本發明的第一實施例關於檢測電路與調整單元的電路示意圖。
[0026]圖4為依照本發明的第二實施例關於檢測電路與調整單元的電路示意圖。
[0027]圖5為依照本發明的第三實施例關於檢測電路與調整單元的電路示意圖。
[0028]圖6為依照本發明的一實施例的振蕩裝置的振蕩方法的簡易流程示意圖。
[0029]附圖標號說明:
[0030]C1、C2:電容
[0031]CLKl:第一時脈信號
[0032]CLK2:第二時脈信號
[0033]CLK:時脈信號
[0034]CLK1』:第一校正時脈信號
[0035]M1、M2、M3、M4、M5:電晶體
[0036]100:時脈信號產生模塊
[0037]110:外部電路
[0038]120:振蕩裝置
[0039]210:系統振蕩器
[0040]220:時脈振蕩器
[0041]230:調整單元
[0042]240:檢測電路
[0043]250:頻率追蹤單元
[0044]260:多工器
[0045]310:可變電流源
[0046]320:可變電阻
[0047]340:計數單元
[0048]350:電流源
[0049]S610 ?S65O:步驟
【具體實施方式】
[0050]現將詳細參考本發明的示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例的實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/符號代表相同或類似部分。
[0051]圖2為依照本發明的一實施例的振蕩裝置的方塊示意圖。請參考圖2，在本實施例中，適用於電子設備中的振蕩裝置120包括系統振蕩器210、時脈振蕩器220、檢測電路240以及調整單元230。檢測電路240耦接系統振蕩器210以及時脈振蕩器220，調整單元230耦接檢測電路240以及時脈振蕩器220。系統振蕩器210在電子設備啟動時內建產生第一時脈信號CLK1，而時脈振蕩器220依據外部電路110以振蕩產生第二時脈信號CLK2，其中所述外部電路即為石英振蕩器(crystal oscillator),或可為一種電阻-電感-電容(RLC)等效電路模塊。此外，第一時脈信號CLKl的頻率大於第二時脈信號CLK2的頻率，舉例而言，第一時脈信號CLKl可為16MHz，而第二時脈信號CLK2可為32kHz，但並不以此為限。
[0052]值得注意的是，檢測電路240利用第一時脈信號CLKl來判斷第二時脈信號CLK2是否產生。當檢測電路240判斷第二時脈信號CLK2並未產生(也就是說，判斷時脈振蕩器220無法起振)時，則調整單元230可對應調整時脈振蕩器220中的內部參數，使時脈振蕩器220重新起振以產生第二時脈信號CLK2(此部分容後進行詳細說明)。詳細而言，檢測電路240利用第一時脈信號CLKl來判斷第二時脈信號CLK2是否產生的方式為利用第一時脈信號CLKl對第二時脈信號CLK2進行除頻，假若檢測電路240得到的除頻結果為持續的邏輯O或邏輯1，也就是說，檢測電路240無法從第一時脈信號CLKl對第二時脈信號CLK2的除頻過程中得到除頻後的時脈信號時，則檢測電路240即可判斷時脈振蕩器220並未產生第二時脈信號CLK2。
[0053]另一方面，振蕩裝置120更包括頻率追蹤單元250以及多工器260。在本實施例中，當檢測電路240判斷時脈振蕩器220已產生第二時脈信號CLK2後，頻率追蹤單元250用以根據該第二時脈信號CLK2來校正第一時脈信號CLKl的頻率，以產生第一校正時脈信號CLK1』。多工器260耦接系統振蕩器210以及該頻率追蹤單元250，用以分別接收第一時脈信號CLKl以及第一校正時脈信號CLK1』。此外，多工器260的控制端亦耦接至檢測電路240,如圖2所不。應注意的是,在本實施例中，於電子設備啟動時,多工器260即會將從系統振蕩器210接收到的第一時脈信號CLKl傳送至電子設備，以確保電子設備能夠持續運作。而後，當檢測電路240判斷第二時脈信號CLK2已產生時，則檢測電路240即可控制多工器260切換傳送第一校正時脈信號CLK1』至電子設備。
[0054]圖3為依照本發明的第一實施例關於檢測電路與調整單元的電路示意圖。請參考圖3，檢測電路240更包括計數單元340，其用以於檢測電路240判斷第二時脈信號CLK2並未產生時進行計數以增加計數值的數值，而調整單元230對應計數單元340的計數值，從而調整時脈振蕩器220中的內部參數。在本實施例中，雖然僅以調整單元230對應計數單元340的計數值，從而調整時脈振蕩器220中的內部參數的方式進行說明，但並不以此為限。
[0055]值得注意的是，在本實施例中，調整單元230對應計數單元340的計數值，從而調整時脈振蕩器220中的內部參數，所述內容參數包括通過調整單元230中的可變電流源310調整時脈振蕩器220中的輸出電流以及通過調整單元230中的可變電阻320調整時脈振蕩器220中的反饋電阻，如圖3所示。詳細而言，時脈振蕩器220中的反饋電阻與輸出電流可決定於時脈振蕩器220的開迴路增益(open-loop gain),通過調整單元230中的可變電流源310以及可變電阻320的數值調整，從而增大時脈振蕩器220的開迴路增益，以致使時脈振蕩器220能夠重新起振輸出第二時脈信號CLK2。
[0056]此外，應注意的是，調整單元230調整時脈振蕩器220中的反饋電阻相較於調整時脈振蕩器220中的輸出電流有較高的優先權，其是因為時脈振蕩器220有其預設的功耗限制，假若優先調整時脈振蕩器220中的輸出電流，容易導致輸出電流過大進而造成時脈振蕩器220毀損，降低時脈振蕩器220的使用壽命。後面將針對調整單元230如何對應檢測電路240中的計數單元340的計數值，從而調整時脈振蕩器220中的內部參數的方式進行舉例說明。
[0057]舉例而言，假設計數單元340的計數值的初始值為0，當檢測電路240判斷時脈振蕩器220並未產生第二時脈信號CLK2時，則檢測電路240中的計數單元340增加計數值的數值為I，而調整單元230中的可變電阻320則對應所述計數值調整時脈振蕩器220中的反饋電阻。接下來，檢測電路240再次判斷時脈振蕩器220是否產生第二時脈信號CLK2，應注意的是，每當檢測電路240的檢測結果仍為「否」時，則檢測電路240中的計數單元340再增加計數值的數值為2，進而調整單元230中的可變電阻320則對應所述計數值調整時脈振蕩器220中的反饋電阻，以此類推。當調整單元230中的可變電阻320已經無法再調整時，則調整單元230中的可變電流源310方對應所述計數值調整時脈振蕩器220中的輸出電流，並重複上述步驟接續調整時脈振蕩器220中的反饋電阻，直到檢測電路240判斷時脈振蕩器220產生第二時脈信號CLK2為止。
[0058]圖4為依照本發明的第二實施例關於檢測電路240與調整單元230的電路示意圖。應注意的是，圖4與圖3的差別在於，在圖4中，僅調整單元230中的可變電阻320對應檢測電路240中的計數單元340的計數值調整時脈振蕩器220中的反饋電阻。舉例而言，假設計數單元340的計數值的初始值為0，當檢測電路240判斷時脈振蕩器220並未產生第二時脈信號CLK2時，則檢測電路240中的計數單元340增加計數值的數值為1，而調整單元230中的可變電阻320則對應所述計數值調整時脈振蕩器220中的反饋電阻，以此類推，直到檢測電路240判斷時脈振蕩器220產生第二時脈信號CLK2為止。
[0059]圖5為依照本發明的第三實施例關於檢測電路240與調整單元230的電路示意圖。應注意的是，圖5與圖3的差別在於，在圖5中，僅調整單元230中的可變電流源310對應檢測電路240中的計數單元340的計數值調整時脈振蕩器220中的輸出電流。舉例而言，假設計數單元340的計數值的初始值為0，當檢測電路240判斷時脈振蕩器220並未產生第二時脈信號CLK2時，則檢測電路240中的計數單元340增加計數值的數值為1，而調整單元230中的可變電流源310則對應所述計數值調整時脈振蕩器220中的輸出電流，以此類推，直到檢測電路240判斷時脈振蕩器220產生第二時脈信號CLK2為止。
[0060]上述圖3至圖5中更繪示有多個電路元件包括由電晶體M1、M2、M3、M4、M5以及電流源350組合而成的時脈振蕩器220，如圖3至圖5中所示。應用本實施例者可利用其他電路結構來實現符合本揭露的精神的時脈振蕩器220，因此不以上述揭示為限。此外，可變電流源310和/或可變電阻320可調整時脈振蕩器220中的內部參數，從而改變時脈振蕩器220中的輸出電流和/或時脈振蕩器220中的反饋電阻，便可屬於符合本揭示的精神的時脈振蕩器。
[0061]另一方面，於上述圖3至圖5的本實施例中，可變電流源310以及可變電阻320可分別由三個電晶體以及三個電阻的並聯和串聯關係來構成，但電晶體以及電阻的數量跟耦接關係可視實際設計/應用需求做調整，並不僅限於此。
[0062]圖6為依照本發明的一實施例的振蕩裝置的振蕩方法的簡易流程示意圖。請同時參考圖2以及圖6，首先，於步驟S610中，當電子設備啟動時，系統振蕩器210內建產生第一時脈信號CLKl。其次，在步驟S620中，時脈振蕩器220依據外部電路110以振蕩產生第二時脈信號CLK2。接下來，在步驟630中，檢測電路240利用第一時脈信號CLKl來判斷第二時脈信號CLK2是否產生。當步驟S630的判斷結果為「否」時，則進入步驟S635中，其中，通過調整單元230調整時脈振蕩器220的內部參數，以重新振蕩產生第二時脈信號CLK2，並返回步驟S630(步驟S630、S635的詳細內容可參考上述圖3至圖5的相關說明)。
[0063]當檢測電路240判斷第二時脈信號CLK2已經產生(也就是說當步驟S630的判斷結果為「是」)時，則進入步驟S640，通過頻率追蹤單元250以從時脈振蕩器220接收的第二時脈信號CLK2對從系統振蕩器210接收的第一時脈信號CLKl進行校正。最後，在步驟S650中，檢測電路240根據檢測結果切換輸出校正時脈信號CLK1』至電子設備。
[0064]綜上所述，本發明提供一種振蕩裝置以及時脈信號的產生方法，於電子設備啟動時，先將從系統振蕩器210接收到的第一時脈信號CLKl通過多工器260傳送至電子設備，以確保電子設備能夠持續運作，而後通過振蕩裝置120中的檢測電路240判斷時脈振蕩器220是否產生第二時脈信號CLK2(也就是說，判斷時脈振蕩器220是否能夠起振)，若檢測結果為「否」時，則調整單元230依據檢測結果調整時脈振蕩器220的內部參數，直到檢測電路240的檢測結果為「是」時，則振蕩裝置120中的頻率追蹤單元250方用第二時脈信號CLK2對第一時脈信號CLKl進行校正，並通過檢測電路240控制多工器260切換輸出第一校正時脈信號CLK1』至電子設備。本發明基於上述方法及裝置，因而有效避免振蕩器使用品質不良的外部電路而導致振蕩裝置無法起振的問題，從而改善品質不良的外部電路所造成的影響，且有效提升在整體系統的操作上的便利性以及穩定性。
[0065]雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視權利要求所界定者為準。
【權利要求】
1.一種振蕩裝置，其特徵在於，適用於電子設備中，所述振蕩裝置包括: 系統振蕩器，在所述電子設備啟動時內建產生第一時脈信號； 時脈振蕩器，依據外部電路以振蕩產生第二時脈信號； 檢測電路，耦接所述系統振蕩器以及所述時脈振蕩器；以及 調整單元，耦接所述檢測電路以及所述時脈振蕩器， 其中所述檢測電路利用所述第一時脈信號來判斷所述第二時脈信號是否產生，當檢測電路判斷所述第二時脈信號並未產生時，所述調整單元調整所述時脈振蕩器中的內部參數，使所述時脈振蕩器重新振蕩產生所述第二時脈信號。
2.根據權利要求1所述的振蕩裝置，其特徵在於，更包括: 頻率追蹤單元，根據所述第二時脈信號來校正所述第一時脈信號的頻率，並產生第一校正時脈信號；以及 多工器，耦接所述系統振蕩器以及所述頻率追蹤單元以分別接收所述第一時脈信號以及所述第一校正時脈信號， 其中，於所述電子設備啟動時，所述多工器將所述第一時脈信號傳送至所述電子設備，並且當所述檢測電路判斷所述第二時脈信號已產生時，所述多工器被切換以傳送所述第一校正時脈信號至所述電子設備。
3.根據權利要求1所述的振蕩裝置，其特徵在於，所述檢測電路更包括: 計數單元，當所述檢測電路判斷所述第二時脈信號並未產生時，所述計數單元進行計數以增加計數值的數值， 其中，所述調整單元對應所述計數單元的計數值而調整所述時脈振蕩器中的內部參數。
4.根據權利要求3所述的振蕩裝置，其特徵在於，所述調整單元包括: 可變電流源，隨著所述計數值而調整輸出至所述時脈振蕩器的輸出電流。
5.根據權利要求3所述的振蕩裝置，其特徵在於，所述調整單元包括: 可變電阻，隨著所述計數值而調整所述時脈振蕩器的反饋電阻。
6.根據權利要求3所述的振蕩裝置，其特徵在於，所述調整單元包括: 可變電流源，隨著所述計數值而調整輸出至所述時脈振蕩器的輸出電流；以及 可變電阻，隨著所述計數值而調整所述時脈振蕩器的反饋電阻， 其中，調整所述可變電阻的反饋電阻相較於調整所述可變電流源的輸出電流有較高的優先權。
7.根據權利要求1所述的振蕩裝置，其特徵在於，所述第一時脈信號的頻率為16MHz，且所述第二時脈信號的頻率為32kHz。
8.根據權利要求1所述的振蕩裝置，其特徵在於，所述第一時脈信號的頻率大於所述第二時脈信號的頻率。
9.一種時脈信號的產生方法，其特徵在於，適用於電子設備，包括: 當所述電子設備啟動時，內建產生第一時脈信號； 依據外部電路以振蕩產生第二時脈信號； 利用所述第一時脈信號來判斷所述第二時脈信號是否產生；以及 當判斷所述第二時脈信號並未產生時，則調整時脈振蕩器中的內部參數，以重新振蕩產生所述第二時脈信號。
10.根據權利要求9所述的時脈信號的產生方法，其特徵在於，更包括: 當所述電子設備啟動時，將內建產生的所述第一時脈信號傳送至所述電子設備。
11.根據權利要求9所述的時脈信號的產生方法，其特徵在於，更包括: 當判斷所述第二時脈信號已產生時，根據所述第二時脈信號來校正所述第一時脈信號的頻率，並產生第一校正時脈信號；以及 傳送所述第一校正時脈信號至所述電子設備。
12.根據權利要求9所述的時脈信號的產生方法，其特徵在於，更包括: 當判斷所述第二時脈信號並未產生時，進行計數以增加計數值的數值，並對應所述計數單元的計數值而調整所述時脈振蕩器中的內部參數。
13.根據權利要求12所述的時脈信號的產生方法，其特徵在於，更包括: 隨著計數值而調整所述時脈振蕩器的反饋電阻或輸出電流。
14.根據權利要求12所述的時脈信號的產生方法，其特徵在於，更包括: 隨著所述計數值而調整所述時脈振蕩器的反饋電阻及輸出電流， 其中，調整所述時脈振蕩器的反饋電阻相較於調整所述時脈振蕩器的輸出電流有較高的優先權。
【文檔編號】H03L3/00GK104168015SQ201310187359
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月20日 優先權日:2013年5月20日
【發明者】廖國堡, 張家賢, 許哲維 申請人:揚智科技股份有限公司