一种芯片振荡器温度补偿控制系统
阅读说明：本技术 一种芯片振荡器温度补偿控制系统 (Temperature compensation control system of chip oscillator ) 是由 朱晖 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及温度补偿控制,具体涉及一种芯片振荡器温度补偿控制系统,包括数字控制单元、温度传感器、校准单元、补偿单元、电流源、比较单元和振荡器电路,校准单元根据温度传感器检测信号选择合适的校准曲线发送至补偿单元,补偿单元基于校准曲线分别向电流源、比较单元发送补偿控制信号,电流源的电流信号通过调节开关发送至振荡器电路、比较单元,数字控制单元接收比较单元的输出信号,并对调节开关进行控制；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的振荡器输出时钟信号的频率容易受温度影响出现较大波动、进行温度补偿时需要消耗较多硬件资源的缺陷。(The invention relates to temperature compensation control, in particular to a temperature compensation control system of a chip oscillator, which comprises a digital control unit, a temperature sensor, a calibration unit, a compensation unit, a current source, a comparison unit and an oscillator circuit, wherein the calibration unit selects a proper calibration curve according to a detection signal of the temperature sensor and sends the calibration curve to the compensation unit; the technical scheme provided by the invention can effectively overcome the defects that the frequency of the clock signal output by the oscillator is easily influenced by temperature to generate larger fluctuation and more hardware resources are required to be consumed when temperature compensation is carried out in the prior art.)
技术领域
本发明涉及温度补偿控制，具体涉及一种芯片振荡器温度补偿控制系统。
背景技术
微处理器芯片中一般包含1个或多个内部RC振荡器电路，用于输出不同频率的振荡器时钟信号，并应用于微处理器的各子模块。通常微处理器内部的RC振荡器电路具有优点是：微处理器可以比较方便地获得不同频率的输出时钟信号，而且不需要使用外部晶体振荡器，降低系统成本、节约系统体积。缺点是：RC振荡器会占用芯片面积，而且RC振荡器的输出时钟信号频率会随温度发生显著变化，在没有经过补偿的情况下，RC振荡器的输出时钟信号频率随温度变化的范围约为30％。
传统的微处理器芯片RC振荡器电路控制原理如图6所示，通过控制I_charge和I_discharge的电流，以及电容C和参考电平VH、VL的大小，可使微处理器芯片获得不同频率的振荡器输出时钟信号。
这种控制方法的好处是电路简单，但是微处理器内部温度变化时，I_charge和I_discharge的电流变化显著，振荡器输出时钟信号的频率变化显著。由于振荡器输出时钟信号的频率随温度变化的范围较大，且没有显著的规律性，对于I_charge和I_discharge的电流进行温度补偿需要消耗较多的硬件资源。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种芯片振荡器温度补偿控制系统，能够有效克服现有技术所存在的振荡器输出时钟信号的频率容易受温度影响出现较大波动、进行温度补偿时需要消耗较多硬件资源的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种芯片振荡器温度补偿控制系统，包括数字控制单元、温度传感器、校准单元、补偿单元、电流源、比较单元和振荡器电路，所述校准单元根据温度传感器检测信号选择合适的校准曲线发送至补偿单元，所述补偿单元基于校准曲线分别向电流源、比较单元发送补偿控制信号，所述电流源的电流信号通过调节开关发送至振荡器电路、比较单元，所述数字控制单元接收比较单元的输出信号，并对调节开关进行控制。
优选地，所述数字控制单元通过控制调节开关交替断开、闭合，以控制电流源向振荡器电路充电，以及向比较单元供电。
优选地，所述补偿单元通过控制比较单元内部的尾电流大小，对比较单元的输出信号的振荡频率进行调节。
优选地，所述电流源包括各种比例的子电流源，所述电流源根据补偿控制信号对不同子电流源进行选择，构成总的参考电流IREF发送至振荡器电路，对振荡器电路的振荡频率进行调节。
优选地，所述振荡器电路包括电容C0、电容C1。
优选地，所述校准单元中存储有不同的校准曲线，并根据输入信息选择合适的校准曲线发送至补偿单元。
优选地，所述补偿单元对校准曲线进行量化转换，并将结果发送至电流源、比较单元进行校准和补偿。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种芯片振荡器温度补偿控制系统，具有以下有益效果：
1)进行温度补偿时需要增加的硬件资源较少，不需要大量的存储器和逻辑计算资源，存储补偿数据和逻辑计算处理，只需要增加很少的内部逻辑电路即可；
2)温度补偿后的振荡器输出时钟信号的频率波动随温度变化极小，能够满足对振荡器频率稳定性要求较高的应用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明校准单元中存储校准曲线的示意图；
图3为本发明中电流源的示意图；
图4为本发明中比较单元的示意图；
图5为本发明中温度补偿后振荡器输出时钟信号频率与温度之间的示意图；
图6为现有技术中RC振荡器控制电路的原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种芯片振荡器温度补偿控制系统，如图1至图4所示，包括数字控制单元、温度传感器、校准单元、补偿单元、电流源、比较单元和振荡器电路，校准单元根据温度传感器检测信号选择合适的校准曲线发送至补偿单元，补偿单元基于校准曲线分别向电流源、比较单元发送补偿控制信号，电流源的电流信号通过调节开关发送至振荡器电路、比较单元，数字控制单元接收比较单元的输出信号，并对调节开关进行控制。
如图2所示，校准单元中存储有不同的校准曲线，并根据输入信息(不同的温度工艺和电压条件)选择合适的校准曲线发送至补偿单元。
补偿单元对校准曲线进行量化转换，并将结果发送至电流源、比较单元进行校准和补偿。
数字控制单元通过控制调节开关(图1中三个虚线方框内为均为调节开关，可以采用COMS开关)交替断开、闭合，以控制电流源向振荡器电路充电，以及向比较单元供电。
如图4所示，补偿单元通过控制比较单元内部的Itail尾电流大小，对比较单元的输出信号的振荡频率进行调节。例如，Itail尾电流增加，比较单元的翻转速度加快，输出信号的振荡频率提高。
如图3所示，电流源包括各种比例的子电流源，电流源根据补偿控制信号对不同子电流源进行选择，构成总的参考电流IREF发送至振荡器电路，对振荡器电路的振荡频率进行调节。
本申请技术方案中，振荡器电路包括电容C0、电容C1，通过电容C0、电容C1可以改变输出时钟信号的频率。例如，电容C0、电容C1增加，振荡频率降低。数字控制单元通过控制调节开关交替断开、闭合，可以分别向电容C0、电容C1充电，保证振荡器电路正常工作。
校准单元根据微处理器内部温度传感器的输出信号，经过补偿函数的处理和计算，选择合适的校准曲线发送至补偿单元，补偿单元对校准曲线进行量化转换，并将结果发送至电流源、比较单元进行校准和补偿，调整电流源输出到电容C0、电容C1的电流大小，并通过控制比较单元内部的Itail尾电流大小，对比较单元的输出信号的振荡频率进行调节，从而获得稳定的、随温度变化波动极小的振荡器输出时钟信号。
此时的振荡器输出时钟信号的频率与温度之间的关系如图5所示，近似为2阶曲线或者抛物线等简单的函数曲线形状，并且频率随温度波动范围freqmax-freqmin的差值很小。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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