[发明专利]可数字地重新配置的超高精准内部振荡器

说明书

本申请涉及可数字地重新配置的超高精准内部振荡器。用于将内部振荡器调谐至期望频率F1的系统、方法和装置被示出，并使用包括电阻器、电容器和比较器的RC延迟元件。该方法包括从待调谐的振荡器接收时钟信号，触发该RC延迟元件的充电，并且在触发所述充电后N个时钟循环处，该方法确定在精准RC延迟元件上的电荷是高于还是低于基准电压。对时钟频率的校正基于该结果。

技术领域

所公开的实施例总体涉及内部振荡器的领域，并且更具体地涉及借助振荡器提供具有高精度的给定频率。

背景技术

振荡器可以宽泛地分类为晶体振荡器和内部振荡器。晶体振荡器可以具有精度高达百万分之一(ppm)或百万分之二的非常稳定的频率。另一方面，完全在硅芯片上构建的内部振荡器或具有一个或几个外部组件(例如，电阻器、电容器、电感器等)的内部振荡器不能提供相同的精度水平。对于内部振荡器，当前可以达到的最佳精度在0.5-1.0％的范围内；希望更高的精度。

为了在振荡器中达到高精度，需要在校正环路内部或外部的精准组件。这种精准组件可以使用一个或多个外部组件来实现，诸如片外电阻器-电容器组合、经修整的内部组件或这些组件的组合。修整是在组件上进行以从该组件获得特定精度的操作。该操作可以利用激光来物理地烧掉组件的一部分，或者设计可以提供多个开关，其可以在制造过程之后被设置以提供期望的结果。将片上元件诸如电阻器或电容器修整到非常高的精度(即在0.1％的范围内)几乎是不可能的和完全不切实际的。在这种困难的示例中，具有+-15％工艺变化的20K电阻器将需要300个步长(step)，每个20Ω。通过开关自身，几乎不可能实现小于20Ω的实际开关。如果我们不能在任何内部组件中实现高(～0.1％)精度，则我们不能使用完全片上组件来构建具有高精度的振荡器。

现有的高精准解决方案需要高精准模拟模块，诸如极低偏移的比较器/放大器，精确的开关电容器采样或高质量开关。此外，这些高精准度的解决方案需要修整精准模拟RC的过程。我们以前没有将内部电阻-电容(RC)时间常数修整至为0.1％的任何方法；因此，我们不能够构建具有这种精度水平的完全片上精准振荡器。此外，在合理的实际实现方式中，非理想性(比如开关导通电阻、上升时间/下降时间、不完全安置和寄生耦合)将精度限制在约0.5％以上。此外，对于包含多个振荡器的芯片，在芯片上的每个振荡器需要分别修整和调谐，这导致高测试成本。另外，当高精准振荡器被调谐到一个频率时，以后难以将相同的振荡器以类似的高精度调谐到某个其他频率。在一些情况下，这种重新调谐在小范围内是可能的，但在较大频率范围内是困难的。

发明内容

本专利申请公开了提供高精准模拟RC的系统、方法和设备，该高精准模拟RC可以用于实现具有0.1％或更好的精度的振荡器。在所公开的设计中，精准模拟RC不通过物理方法修整，而是通过时钟分频比“修整”；因此，根据所利用的分频比，可以实现非常精准的时钟。由于该分频，在系统中引入的其他误差也衰减，从而提供非常高精度的时钟频率。频率调谐模块(FTM)从待调谐的内部数字可控振荡器(DCO)接收时钟信号。给定振荡器的期望频率，FTM被编程为获知当DCO的频率精确时精准模拟RC电路中的电容器被充电或放电至基准电压所需的时钟周期的数量(N)。频率调谐模块触发精准模拟RC模块；然后在N个时钟周期后，将精准模拟RC模块上的电荷与基准电压进行比较。基于比较结果来调节DCO的频率。通过适当地设计精准模拟RC模块中的值，N的值可以为1000或更大，这提供了用于调谐DCO的频率的0.1％的步长。N的值可以基于RC模块的实际值而非设计值来设置。因此，DCO的频率可以非常精确地调谐，而与DCO中的工艺变化无关。对于N个时钟仅具有一个上升/下降时间通过因子N降低了非理想性的影响，并且比较器被定时以减少误差贡献。

总体而言，该系统是灵活并且可数字地重新配置。通过提供具有已知特性的精准模拟RC模块，频率调谐模块能够以先前在内部振荡器中不可能实现的精准度将给定芯片上的每个振荡器调谐到需求频率。该架构独立于DCO实现方式。所公开的解决方案是简单、低廉和实用的。单个延迟元件(模拟RC模块)可以被用于以多个不同频率修整多个时钟，从而提供显著的可数字重新配置性。