雙模式時鐘系統及模式切換方法與流程

本發明屬于集成電路，具體涉及一種雙模式時鐘系統及模式切換方法。

背景技術：

1、在復雜soc系統中，需要高速時鐘信號來傳輸和接收信息。在典型的時鐘生成電路中，鎖相環pll接收同步輸入參考時鐘信號，并產生一個或多個高速時鐘信號，適用于發送或接收數據。鎖相環pll一般由鑒相器、濾波器、分頻器和壓控振蕩器組成，將輸入信號的相位與振蕩器的輸出相位進行比較，再通過調節壓控振蕩器的輸出實現時鐘倍頻。一般包含鎖相環的簡易的時鐘系統如圖1所示，芯片啟動完成并開始正常工作后，主時鐘會通過時鐘選擇多路復用器clk?sel?mux從片上振蕩器(on-chip-osc，oco)切換至外部晶振并提供給數字邏輯電路(digital?logic?circuit)以獲得更高的系統時鐘頻率和更好的時鐘性能。

2、在某些成本或外形規格受限的應用當中，相比于鎖相環，片上振蕩器避免了鎖相環對參考時鐘的要求，且需要的面積更小。然而片上振蕩器產生的時鐘信號受限于工藝、電壓和溫度的變化，難以實現高速和高穩定性的系統時鐘。為減小頻率變化，可使用負反饋環路將頻率鎖定至一個穩定的基準電壓，因此一定時鐘頻率范圍內的鎖頻環fll成為系統中鎖相環的可接受替代方案，對相位噪聲和頻率變化具有足夠的容差。如圖2所示，鎖頻環fll通常由頻率電壓轉換器f2v、濾波器、壓控振蕩器vco、分頻器和鎖定檢測電路ldc組成，在穩態下，頻率電壓轉換器f2v輸出電壓經過濾波后鎖定至基準電壓，再同樣通過調節壓控振蕩器vco實現輸出高精度的倍頻時鐘。

3、然而在一般高速、高精度要求的時鐘系統中，只包含鎖相環pll或鎖頻環fll，這對參考時鐘的形式和外形規格具有一定限制，例如只包含鎖頻環fll的系統無法支持外接參考時鐘源的工作模式；而只包含鎖相環pll的系統在缺少高質量的參考時鐘源時，頻率精度、抖動等指標又受到片上振蕩器on-chip-osc限制，無法獲得高質量的時鐘輸出，如果同時集成如圖1和圖2所示的鎖相環pll和鎖頻環fll又需要將近兩倍的芯片面積代價，因此上述傳統時鐘系統無法靈活支持不同應用場景的工作需求。

4、公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種雙模式時鐘系統及模式切換方法，其能夠實現鎖相環和鎖頻環相結合的雙環路系統，靈活支持不同應用場景的工作需求。

2、為了實現上述目的，本發明一具體實施例提供了一種雙模式時鐘系統，包括：鑒相器、濾波器、壓控振蕩器、分頻器和時鐘產生單元；所述鑒相器的第一輸入端用于接收參考時鐘信號，所述濾波器的輸出端與壓控振蕩器的輸入端相連，所述壓控振蕩器的輸出端與分頻器的輸入端相連，所述壓控振蕩器的輸出端輸出工作時鐘信號；

3、其中，在第一模式下，所述濾波器的輸入端與鑒相器的輸出端相連，且所述分頻器的輸出端與鑒相器的第二輸入端相連；在第二模式下，所述濾波器的輸入端與時鐘產生單元的輸出端相連，且所述分頻器的輸出端與時鐘產生單元的輸入端相連。

4、在本發明的一個或多個實施例中，所述時鐘系統還包括電荷泵，所述電荷泵的輸入端與鑒相器的輸出端相連，在第一模式下，所述濾波器的輸入端與電荷泵的輸出端相連，且所述分頻器的輸出端與鑒相器的第二輸入端相連。

5、在本發明的一個或多個實施例中，所述時鐘產生單元包括頻率電壓轉換器或振蕩器。

6、在本發明的一個或多個實施例中，所述時鐘產生單元包括振蕩器，所述時鐘系統還包括時鐘選擇模塊，所述時鐘選擇模塊的第一輸入端與外部晶振相連，所述外部晶振用于產生參考時鐘信號，所述時鐘選擇模塊的第二輸入端與振蕩器的輸出端相連，所述時鐘選擇模塊的輸出端與鑒相器的第一輸入端相連。

7、在本發明的一個或多個實施例中，在第一模式下，所述濾波器為2/3階環路濾波器，在第二模式下，所述濾波器為1階環路濾波器。

8、在本發明的一個或多個實施例中，在第一模式下，所述分頻器為整數/小數分頻器，在第二模式下，所述分頻器為整數分頻器。

9、在本發明的一個或多個實施例中，所述時鐘系統還包括ssc展頻模塊，在第一模式下，所述ssc展頻模塊與分頻器相連，在第二模式下，所述分頻器為非交疊輸出的整數分頻器。

10、在本發明的一個或多個實施例中，所述時鐘系統還包括時鐘檢測電路，在第一模式下，所述時鐘檢測電路基于參考時鐘信號和分頻器產生的分頻信號輸出時鐘鎖定表征信號，在第二模式下，所述時鐘檢測電路基于分頻器產生的分頻信號輸出時鐘穩定表征信號。

11、在本發明的一個或多個實施例中，所述時鐘系統還包括第一選擇器和第二選擇器，所述濾波器的輸入端通過第一選擇器與鑒相器的輸出端以及時鐘產生單元的輸出端相連，所述分頻器的輸出端通過第二選擇器與鑒相器的第二輸入端以及時鐘產生單元的輸入端相連，所述第一選擇器和第二選擇器基于控制信號的控制進行第一模式和第二模式的切換。

12、在本發明的一個或多個實施例中，所述時鐘系統還包括模式選擇電路，所述模式選擇電路基于自身的配置或者基于參考時鐘信號產生控制信號以進行第一模式和第二模式的切換。

13、本發明還包括了一種雙模式時鐘系統的模式切換方法，基于所述的雙模式時鐘系統，所述模式切換方法包括：

14、將濾波器的輸出端與壓控振蕩器的輸入端相連，將壓控振蕩器的輸出端與分頻器的輸入端相連，通過鑒相器的第一輸入端接收參考時鐘信號，通過壓控振蕩器的輸出端輸出工作時鐘信號；

15、選擇將所述濾波器的輸入端與鑒相器的輸出端相連，且將所述分頻器的輸出端與鑒相器的第二輸入端相連以進入第一模式；

16、選擇將所述濾波器的輸入端與時鐘產生單元的輸出端相連，且將所述分頻器的輸出端與時鐘產生單元的輸入端相連以進入第二模式。

17、在本發明的一個或多個實施例中，所述模式切換方法包括：通過信號配置以選擇在第一模式下或者在第二模式下產生工作時鐘信號，和/或，通過是否有參考時鐘信號和/或對參考時鐘信號的判斷以選擇在第一模式下或者在第二模式下產生工作時鐘信號，和/或，通過優先級選擇在第一模式下或者在第二模式下產生工作時鐘信號。

18、與現有技術相比，本發明的雙模式時鐘系統及模式切換方法，通過復用壓控振蕩器，同時包含雙模的濾波器、分頻器、時鐘檢測電路等雙模式電路結構，以及通過模式選擇電路可自動或者手動進行模式切換，從而在最大程度地節省面積和減少設計難度的基礎上，靈活實現鎖相環和鎖頻環相結合的雙環路系統，且在不同的應用條件下可切換接入不同的時鐘環路，以保證系統可靈活輸出高精度的高頻系統時鐘。本發明的雙模式時鐘系統不受參考時鐘規格限制，在有無外界高質量參考時鐘的應用條件下，都可以更靈活且低成本地獲得高速、高質量的系統時鐘。

技術特征：

1.一種雙模式時鐘系統，其特征在于，包括：鑒相器、濾波器、壓控振蕩器、分頻器和時鐘產生單元；所述鑒相器的第一輸入端用于接收參考時鐘信號，所述濾波器的輸出端與壓控振蕩器的輸入端相連，所述壓控振蕩器的輸出端與分頻器的輸入端相連，所述壓控振蕩器的輸出端輸出工作時鐘信號；

2.根據權利要求1所述的雙模式時鐘系統，其特征在于，所述時鐘系統還包括電荷泵，所述電荷泵的輸入端與鑒相器的輸出端相連，在第一模式下，所述濾波器的輸入端與電荷泵的輸出端相連，且所述分頻器的輸出端與鑒相器的第二輸入端相連。

3.根據權利要求1所述的雙模式時鐘系統，其特征在于，所述時鐘產生單元包括頻率電壓轉換器或振蕩器。

4.根據權利要求1所述的雙模式時鐘系統，其特征在于，所述時鐘產生單元包括振蕩器，所述時鐘系統還包括時鐘選擇模塊，所述時鐘選擇模塊的第一輸入端與外部晶振相連，所述外部晶振用于產生參考時鐘信號，所述時鐘選擇模塊的第二輸入端與振蕩器的輸出端相連，所述時鐘選擇模塊的輸出端與鑒相器的第一輸入端相連。

5.根據權利要求1所述的雙模式時鐘系統，其特征在于，在第一模式下，所述濾波器為2/3階環路濾波器，在第二模式下，所述濾波器為1階環路濾波器。

6.根據權利要求1所述的雙模式時鐘系統，其特征在于，在第一模式下，所述分頻器為整數/小數分頻器，在第二模式下，所述分頻器為整數分頻器。

7.根據權利要求6所述的雙模式時鐘系統，其特征在于，所述時鐘系統還包括ssc展頻模塊，在第一模式下，所述ssc展頻模塊與分頻器相連，在第二模式下，所述分頻器為非交疊輸出的整數分頻器。

8.根據權利要求1所述的雙模式時鐘系統，其特征在于，所述時鐘系統還包括時鐘檢測電路，在第一模式下，所述時鐘檢測電路基于參考時鐘信號和分頻器產生的分頻信號輸出時鐘鎖定表征信號，在第二模式下，所述時鐘檢測電路基于分頻器產生的分頻信號輸出時鐘穩定表征信號。

9.根據權利要求1所述的雙模式時鐘系統，其特征在于，所述時鐘系統還包括第一選擇器和第二選擇器，所述濾波器的輸入端通過第一選擇器與鑒相器的輸出端以及時鐘產生單元的輸出端相連，所述分頻器的輸出端通過第二選擇器與鑒相器的第二輸入端以及時鐘產生單元的輸入端相連，所述第一選擇器和第二選擇器基于控制信號的控制進行第一模式和第二模式的切換。

10.根據權利要求1所述的雙模式時鐘系統，其特征在于，所述時鐘系統還包括模式選擇電路，所述模式選擇電路基于自身的配置或者基于參考時鐘信號產生控制信號以進行第一模式和第二模式的切換。

11.一種雙模式時鐘系統的模式切換方法，基于權利要求1～10中任一項所述的雙模式時鐘系統，其特征在于，所述模式切換方法包括：

12.根據權利要求11所述的模式切換方法，其特征在于，所述模式切換方法包括：通過信號配置以選擇在第一模式下或者在第二模式下產生工作時鐘信號，和/或，通過是否有參考時鐘信號和/或對參考時鐘信號的判斷以選擇在第一模式下或者在第二模式下產生工作時鐘信號，和/或，通過優先級選擇在第一模式下或者在第二模式下產生工作時鐘信號。

技術總結
本發明公開了一種雙模式時鐘系統及模式切換方法，系統包括：鑒相器、濾波器、壓控振蕩器、分頻器和時鐘產生單元；濾波器的輸出端與壓控振蕩器的輸入端相連，壓控振蕩器的輸出端與分頻器的輸入端相連；在第一模式下，濾波器的輸入端與鑒相器的輸出端相連，且分頻器的輸出端與鑒相器的第二輸入端相連；在第二模式下，濾波器的輸入端與時鐘產生單元的輸出端相連，且分頻器的輸出端與時鐘產生單元的輸入端相連。根據本發明的雙模式時鐘系統及模式切換方法，通過復用壓控振蕩器，同時包含雙模的濾波器、分頻器、時鐘檢測電路等雙模式電路結構，從而在最大程度的節省面積和減少設計難度的基礎上，靈活實現鎖相環和鎖頻環相結合的雙環路系統。

技術研發人員：紀鑌姣,張林
受保護的技術使用者：思瑞浦微電子科技（上海）有限責任公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21