[发明专利]低功率振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种精确的电子振荡器。

背景技术

许多电子电路需要时钟源。它通常是在包括微处理器的电路中的高频晶体振荡器。然而，这种高频晶体振荡器有明显分流。对功率敏感的应用，因此会希望对某些定时功能，附加或替代地，使用相对低功率、低频率的时钟源。

这种安排在电池供电的设备中尤为可取，其中，可以通过在尽可能多的时间保持主微处理器和其高频晶体掉电来保护电池的寿命。在这种情形中可以使用一种低频振荡器和相关的计时器，以最小的功耗（如，满足低平均功率传输协议，下面会解释）在精确的时间为微控制器和高频晶体产生唤醒信号。

通常，使用低频晶体振荡器（例如，32.768千赫晶体）或弛张振荡器的电路（例如，一个电阻电容（RC）振荡器）产生低频率的时钟信号。

32.768kHz晶体振荡器可以相对较低的电流消耗（例如0.5微安）提供高精确度（例如，+/-30万分之一（ppm））。但是，它需要一个外部晶体，该外部晶体是一个大的、分立元件，从而占用了印刷电路板（PCB）上相当大的空间。在空间受限的设备中，如移动电话，这会是一个显著的缺点。它还需要两个额外的芯片引脚，以便连接到集成电路。此外，外部晶体振荡器会显着增加电路的总物料成本。

与此相反，完全集成的弛张振荡器电路不占用芯片引脚，并且避免了对外部元件的需求。它也比晶体便宜相当多，并且可以具有与晶体振荡器相似的低电流消耗。然而，它远不如晶体精确，具有的典型精度为+/-300,000ppm。通过精细校准（例如，通过适当地调整一个可编程电阻），其精度可以提高到大约+/-10,000ppm，但这仍然是一个比晶体振荡器差300至1000倍的系数。

精确的定时往往是在应用中实现良好电源效率的关键。这在使用基于分组传输和时分多路复用（TDM）的低功率无线电系统中尤为正确。在这种情况下，大部分的时间从属设备上的大部分电路可以是睡眠状态，低频计时器被用来在正确的时间唤醒所需的部分，以接收和处理来自主发送器的传入数据包。如果每秒发送500微秒的数据包，那么接收和确认数据包可能只需要1毫秒左右。因此，以精确的时钟，该系统可以在高达99.9％的的时间内大幅断电。

但是，如果驱动计时器的低频时钟是不精确的，那么将需要保守地提前打开无线接收窗口，以尽量减少由于时钟的运行速度慢引起的发送数据包丢失的可能。因为接收器电路和微处理器必须在必要之前被唤醒，因而不精确时钟导致了功率浪费。即使振荡器精度为+/-10,000ppm，例如被很好校准的弛张振荡器可能达到的，微控制器仍然必须在空闲时间结束前的1％被唤醒，即，对1秒的闲置时期提前10毫秒。然后接收方将保持唤醒11毫秒而不是理想的1毫秒，导致从属设备电池寿命的大幅减少。

发明内容

本发明的目的是提供一种振荡器电路，以解决传统低频振荡器的缺点。

本发明的一个方面，提供了一种集成振荡器电路，包括：

振荡器，配置为在第一频率和第二频率之间切换；以及

切换装置，配置为接收表示目标频率的输入，并且，每隔由所述输入所确定的时间段，在所述第一和第二频率之间切换所述振荡器，以促使所述振荡器的输出频率接近于所述目标频率。

本发明的这个方面延伸出一种集成电路振荡器的操作方法，其中，所述振荡器被配置为在第一频率和第二频率之间进行切换，所述方法包括：接收表示目标频率的输入；以及每隔由所述目标频率所确定的时间段，将所述振荡器在第一和第二频率之间切换，以促使所述振荡器的平均输出频率接近所述目标频率。

它也延伸出一种包括这种振荡器、还包括微处理器或微控制器（例如，片上系统）的集成电路。

因此，本技术领域的技术人员将会看到，根据本发明，通过适当地配置在两个输出频率之间进行切换的模式，振荡器可以合成精确或约等于目标频率的输出频率（在一定周期数上的平均）。振荡器可以被校准，以产生所需的有效输出频率，其精确度与简单地采用了一个固定的或可编程的电阻器和一个固定电容器的组合的已知的RC振荡器所能达到的相比高很多。

申请人相信，在本发明的实施例中可以实现的+/-100ppm的精度，优于传统校准的RC振荡器约100倍。此精度接近晶体振荡器，没有晶体的成本和空间要求，同时还享有低频晶体的低功率特点。