时钟产生器及移动设备 |
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| 申请号 | CN201210589871.2 | 申请日 | 2012-12-28 | 公开(公告)号 | CN103199859A | 公开(公告)日 | 2013-07-10 |
| 申请人 | 联发科技股份有限公司; | 发明人 | 郭俊明; 杨松谕; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种时钟产生器，用于移动设备，可根据一待机 信号 操作在全电源模式与低电源模式其中之一，以产生高频 时钟信号 和低频时钟信号。该时钟产生器包括： 晶体 振荡器 ，用于根据该时钟产生器的电源模式产生特定 频率 的振荡信号；以及分频模 块 ，用于根据该时钟产生器的全电源模式和低电源模式，分别以特定除数对该振荡信号进行分频，从而在该全电源模式和低电源模式下分别产生该低频时钟信号；以及缓冲模块，用于对该振荡信号进行放大，以在该全电源模式产生该高频时钟信号。其中，该低频时钟信号在该全电源模式期间的频率等于在低电源模式期间的频率。本发明还提供一种采用该时钟产生器的移动设备。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种时钟产生器，用于移动设备，可根据一待机信号操作在全电源模式与低电源模式其中之一，以产生高频时钟信号和低频时钟信号，该时钟产生器包括： |
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| 说明书全文 | 时钟产生器及移动设备技术领域背景技术[0002] 随着电子技术的不断发展，移动通信设备可具有不止一种无线通信服务，例如GSM/GPRS/EGPRS(GGE)、蓝牙、Wi-Fi、WiMAX无线通信服务、LTE无线通信服务等等。现代化的一移动电子设备可包括很多无线通信模块以分别提供对应于不同通信标准的通信服务。此外，由于精确的振荡器（例如，一晶体振荡器）的成本很高，为了减少生产成本，移动电子设备中的全部无线通信模块可共享单独一个参考振荡器。 [0003] 一般来说，移动通信设备需要多个外部晶体振荡器来提供基准时钟到不同的功能模块。例如，该通信设备的收发芯片需要一个外部的高频（例如，26MHz）振荡晶体，该振荡晶体具有较高的性能规格，以提供一基准时钟来产生射频信号或用于各种通信服务（例如GSM/GPRS/EGPRS(GGE)、蓝牙、Wi-Fi、WiMAX、LTE等等）的调制/解调操作。此外，该移动设备还需要另外一个低频（例如32KHz）振荡晶体，以用于在移动通信待机（例如：实时时钟，简称RTC）时或者当没有电池时（当电池被从该设备移除时）提供一基准时钟。 [0004] 然而，晶体振荡器的硬件成本相当高。例如，对于生产成本大概为1～2美元的一个移动通信芯片来说，该高频振荡晶体（例如，成本大概是0.1美元）和该低频振荡晶体（例如，成本大概是0.15美元）的成本高至占整个芯片生产成本的20%。而且，该设备所要求的印刷电路板的面积也会由于该多个振荡器的使用而增加。 [0005] 因此，提供一种减少芯片成本以及电路面积的时钟产生方式以用于移动通信设备，已经成为业界共同的目标。 发明内容[0006] 有鉴于此，本发明实施例提供一种时钟产生器以及采用该时钟产生器的移动设备。 [0007] 本发明一实施例提供一种时钟产生器，用于移动设备，可根据一待机信号操作在全电源模式与低电源模式其中之一，以产生高频时钟信号和低频时钟信号。该时钟产生器包括：晶体振荡器，用于根据该时钟产生器的电源模式产生特定频率的振荡信号；以及分频模块，用于根据该时钟产生器的电源模式，以特定除数对该振荡信号进行分频，从而产生该低频时钟信号。该低频时钟信号在该全电源模式期间的频率等于在低电源模式期间的频率。 [0008] 本发明另一实施例提供一种使用上述时钟产生器的移动设备。 [0009] 在现有技术中，一移动通信设备需要多个外部晶体振荡器来提供基准时钟，以用于设备的不同功能模块，从而增加了生产成本和电路面积。相比较而言，本发明在时钟产生器利用一个单一的晶体振荡器，该时钟产生器可以工作在不同的电源模式以产生多个时钟信号，用于处于活动或待机模式下的移动设备中的不同通信模块。因此，可以有效地降低生产成本和电路面积。附图说明 [0010] 图1是本发明一实施例的时钟产生器的模块示意图； [0011] 图2是图1的时钟产生器的具体示意图； [0012] 图3是图2的时钟产生器的一振荡晶体和一调谐模块的等效电路示意图； [0013] 图4是本发明一实施例提供的移动通信设备的示意图； [0014] 图5是图4的移动通信设备的操作时序图。 具体实施方式[0015] 在本说明书以及权利要求书当中使用了某些词汇来指代特定的组件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”是一个开放式之用语，因此应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一设备耦接于第二设备，则代表第一设备可以直接电气连接于第二设备，或通过其它设备或连接手段间接地电气连接至第二设备。 [0016] 请参照图1，其是本发明一实施例的时钟产生器10的模块示意图。该时钟产生器10可用于一移动通信设备中，并能够操作在不同的电源模式，以产生具有不同频率的时钟信号。该时钟产生器10包括一晶体振荡器12、一缓冲模块112以及一分频模块106。该晶体振荡器12包括一个振荡晶体102、一个放大器模块104、以及一个调谐模块108。该调谐模块108对该振荡晶体102调谐，以产生具有对应于上述电源模式的频率的振荡信号SOSC。 该缓冲模块112与该分频模块106并联，该缓冲模块112将该振荡信号SOSC放大，以产生高频时钟信号CLK_H。该放大器模块104驱动该振荡晶体102，并抵消该振荡晶体102的损耗以维持该振荡信号SOSC。该分频模块106对该振荡信号SOSC进行分频，以产生一低频时钟信号CLK_L。在现有技术中，移动设备采用分离的晶体振荡器，以分别产生用于射频（RF）传输的高频时钟信号或用于移动设备在待机模式下的低频时钟信号。与此相反，本发明的时钟产生器10只利用一个振荡晶体102，以及操作在不同的电源模式以产生不同的时钟信号，从而降低了生产成本和电路面积。 [0017] 更详细地，该时钟产生器10可以根据一待机信号STB工作在全电源模式FPM和低电源模式LPM。该晶体振荡器12可以是一个具有高性能规格的高频（例如26兆赫）数字控制晶体振荡器（DCXO）。该调谐模块108与该振荡晶体102并联，并且用于根据该时钟产生器10的电源模式，调整该振荡信号SOSC的频率。该放大器模块104驱动该振荡晶体102以维持该振荡信号SOSC。其中，该放大器模块104消耗的功率依赖于该时钟产生器10的电源模式。因此，该放大器模块104根据需要，在不同的功耗模式消耗不同的功率量。该分频模块 106根据该电源模式，以一个特定的除数DIV对该振荡信号SOSC进行分频，以产生该低频时钟信号CLK_L。该CLK_H可用于该移动设备的各种无线通信操作，例如射频（RF）信号的产生或各种通信服务（如GSM/GPRS/EGPRS（GGE）、蓝牙、Wi-Fi、全球互通微波存取（WiMAX）技术、长期演进（LTE）等）的调制/解调操作。该低频时钟信号CLK_L（例如32KHz）可以被用作在待机模式期间的基准时钟（例如实时时钟，RTC）。因此，只需要一个振荡晶体产生该移动设备的不同时钟信号，从而降低生产成本和电路面积。 [0018] 更具体地，请参阅图2，其是该时钟产生器10的具体示意图。如图2中所示，该调谐模块108与该振荡晶体102并联，并包括两个可变电容器阵列CDAC和CAFC，其可以被调谐以根据电源模式调整该振荡晶体102的振荡频率。该放大器模块104包括一个电流源1042、一个NMOS晶体管N1和一个电阻器R。该NMOS晶体管N1的栅极和漏极耦接到该振荡晶体102的两个端。该电阻器R耦接在该NMOS晶体管N1的栅极和漏极之间，以提供偏置（电压）。 该NMOS晶体管N1具有对应于该时钟产生器10的电源模式的一个特定的跨导值Gm。该电流源1042用于为该NMOS晶体管N1提供足够的能量，以补偿该振荡晶体102的损耗并维持该振荡信号SOSC，这反过来又驱动该缓冲模块112产生该高频时钟信号CLK_H。该分频模块106是一个分频因子为n的分频器，并且可以优选为sigma-delta调制（SDM）分数n分频器，其中，n是根据该时钟产生器10的电源模式的除数DIV的平均值。该调谐模块108、该NMOS晶体管N1、和该分频模块106的操作是本领域技术人员公知的，故不再详述。 [0019] 首先，当该待机信号（或一激活信号）STB指示该时钟产生器10操作在全电源模式FPM下时，该电流源1042被设置为更高的电流位，因而使该NMOS晶体管N1的跨导Gm具有更高的跨导值Gm_FPM,以提供足够的功率来产生射频时钟信号。然后，该振荡信号SOSC被放大，以产生该高频时钟信号CLK_H。同时，该分频模块106采用除数DIV_FPM对该振荡信号SOSC进行分频，以产生该低频时钟信号CLK_L。在该全电源模式FPM期间，该高频时钟信号CLK_H用于激活所述移动设备的无线通信，而该低频时钟信号CLK_L用来提供一个时钟信号，以保持该移动设备的其他部分（如实时时钟）处于待机状态。 [0020] 在另一方面，当该移动设备处于待机模式时，该待机信号STB可以指示该时钟产生器10操作在低电源模式LPM下，且由于不需要高性能的时钟信号产生方式，该电流源1042可被设置为更低的电流位，且该NMOS晶体管N1的跨导值Gm具有一个较低的值Gm_LPM。在这种情况下，该放大器模块104在低功耗模式LPM下消耗更少的功率和更低的电流（例如，100微安）。同时，该分频模块106由除数DIV_LPM对该振荡信号SOSC进行分频，以产生该低频时钟信号CLK_L，从而用于提供该移动设备的移动通信待机时的时钟信号（例如，实时时钟）。 [0021] 应当指出，该低频时钟信号CLK_L需要一直产生（在高电源模式FPM和低功耗模式LPM之类），并且，由于该实时时钟用于协调所述移动设备从待机模式激活以接收寻呼和其它重要的通信操作，该低频时钟信号CLK_L在任何时候都保持在相同的频率是重要的。然而，当该NMOS晶体管N1的跨导值Gm在低功耗模式LPM下降低时，可能会在该低频时钟信号CLK_L的频率中发生频率偏差或误差。因此，该时钟产生器10需要某种频率补偿。 [0022] 更详细地，请参阅图3，其是该振荡晶体102和调谐模块108的等效电路示意图。如图3所示，该谐振频率，该振荡晶体102相当于一个L-R-C电路。该L-R-C电路包括电感器L304、电阻器R306和电容器C1302、C2308。该调谐模块108与该振荡晶体102并联，该振荡晶体102的振荡频率f_OSC可以表示为： [0023] (方程1) [0024] 其中，L是电感器304的电感值，Ceq是电容器308和该调谐模块108的可变电容器阵列CDAC和CAFC的等效电容总和。由于该可变电容器阵列CDAC和CAFC可以根据该待机信号STB进行调整，使得该待机信号STB可以控制该振荡晶体102的振荡频率。该可变电容器阵列CDAC和CAFC可分别用于振荡晶体102的粗调和微调。返回参照图2所示，放大器模块104消耗的功率主要由该NMOS晶体管N1的跨导值Gm所确定。在全电源模式FPM下，该跨导值Gm被设置为较高的跨导值Gm_FPM，在低功耗模式LPM下，该跨导值Gm被设置为较低的跨导值Gm_LPM。然而，本领域技术人员可以理解，该振荡晶体102的振荡取决于以下振荡条件： [0025] (方程2) [0026] 其中，K是发生振荡的一个阈值。换句话说，为了使振荡发生，该跨导值Gm与该等效电容总和Ceq必须被保持在一个特定的比例。因此，当跨导值Gm在低电源模式LPM期间被降低以获得更低的功耗时，该等效电容总和Ceq也需要被减小以维持该振荡条件。这可以通过降低该调谐模块108中的可变电容器阵列CDAC和CAFC的电容值来实现。然而，从方程1可以看出，当该等效电容总和Ceq在低功耗模式LPM下被降低时，会导致该振荡信号SOSC的频率增加，并使得该低频时钟信号CLK_L从一个指定的值漂移。由于该低频时钟信号CLK_L用作实时时钟并且必须保持稳定，因此，如上所述，所产生的频率误差可能会对移动通信产生严重的后果。因此，该时钟产生器10需要纳入频率误差补偿机制。 [0027] 在一个实施例中，该分频模块106可以设计成在不同电源模式期间具有不同的除数。例如，在低电源模式LPM下，当移动设备进入待机状态，该除数DIV可被设置为更高的值DIV_LPM，以补偿该振荡晶体102在低功耗模式LPM下所增加的振荡频率。因此，所产生的低频时钟信号CLK_L可能被保持等于在全电源模式FPM下的时钟信号。另一方面，在全电源模式FPM期间，当该移动设备处于活动状态，并且需要一个高品质和高频的时钟信号，该除数DIV可能被设置为较低的值DIV_FPM，使得所产生的低频时钟信号CLK_L可保持等于在低功耗模式LPM下的时钟信号。 [0028] 该时钟产生器10可用于移动设备中。请参照图4，其是根据本发明的一个实施例的移动设备40的示意性框图。该移动设备40包括该时钟产生器10和多个无线通信模块402-410。该移动设备40可以是笔记本、蜂窝电话、便携式游戏设备、便携式多媒体播放器、接收器或其他类似产品。该时钟产生器10可用于提供不同的时钟信号给所述多个无线通信模块402-410，以分别提供不同的无线通信服务。该无线通信模块402-410可使用不同的协议通过空中接口与相应的设备（例如，基站、接入点、蓝牙设备等等）进行通信。该无线通信模块402，例如，包括天线ANT、RF模块412和基带处理模块414。该RF模块412通过空中接口接收无线射频信号，以及将所接收到的RF信号转换成基带信号。然后，该基带信号由该基带处理模块414处理。该时钟产生器10可提供该高频时钟信号CLK_H，以用于该RF模块412和基带处理模块414的各种通信操作，如调制/解调、编码/解码等等。通常情况下，移动处理器需要两个外部晶体振荡器，一个用于提供RF时钟信号，另一个用于提供待机模式和电池关闭时钟。相比较而言，该移动设备40只需要一个单一的晶体振荡器（时钟产生器10）。因此，片上振荡器的生产成本（例如少于0.001美元）相对于晶体振荡器（如 0.1～0.15美元）来说是可以忽略不计的。因此，该移动设备40可以有一个低得多的生产成本。 [0029] 请参考图5，其是该移动设备40的不同通信模块的操作的时序图。当任何一个通讯模块活动时，该时钟产生器10工作在全电源模式FPM，以根据系统需求（例如蓝牙、2G系统等）来提供不同频率给每个通信模块。例如，在时间周期T1，该2G系统是活动的，而蓝牙是在待机状态下。因此，该时钟产生器10工作在全电源模式FPM，以产生该高频时钟信号CLK_H，从而为该2G通信模块提供射频时钟信号。同时，该时钟产生器10继续产生该低频时钟信号CLK_L以供其他非活动的通信模块（例如，该蓝牙系统）使用。另一方面，在时间周期T2期间，该移动设备40没有一个通信模块处于活动状态。因此，该时钟产生器10可以工作在低电源模式LPM，且只产生该低频时钟信号CLK_L给该些通信模块。 [0030] 值得注意的是，本发明的精神是在时钟产生器中利用一个单一的晶体振荡器，并通过分频和不同的电源模式产生不同的时钟。然而，本领域技术人员可以适当地作出各种变化和修改。例如，该振荡器无须是数字控制晶体振荡器（DCXO），也可以是其他类型的振荡器。此外，该振荡器可以在外部连接到该时钟产生器。该分频器的类型也没有特别限定，只要该分频器的除数可以调整以实现频率误差补偿，并保持该低频时钟在不同功耗模式期间相等即可。 [0031] 在现有技术中，一个移动通信设备需要多个外部晶体振荡器来提供基准时钟，以用于设备的不同功能模块，从而增加了生产成本和电路面积。相比较而言，本发明在时钟产生器利用一个单一的晶体振荡器，该时钟产生器可以工作在不同的电源模式以产生多个时钟信号，用于处于活动或待机模式下的移动设备中的不同通信模块。因此，可以有效地降低生产成本和电路面积。 [0032] 虽然本发明已以较佳实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的范围内，可以做一些改动，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的范围为准。 |
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