[发明专利]USB设备接口的内建晶振实现电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及USB接口应用，具体涉及一种应用于USB设备接口的内建晶振实现电路及方法。

 

背景技术

USB接口因为其低成本、高速率等特性，越来越广泛地应用于数据传输领域。但随着工艺和技术的进步，USB接口相关设备的价格竞争和性能竞争越来越激烈，而USB接口的成本缩减也成为产品成本缩减需求中的重要一环。

在大多数应用中，USB设备接口需要一颗高质量的晶振作为其输入时钟源，产生高精度的系统时钟，以保证USB设备与主机通信质量。高质量晶振由于成本缩减极其有限，并且在USB设备接口的整体成本中占了很大的比重，因此为了明显地缩减其设计成本，需要在USB设备接口中实现内建晶振方案，以节省外部晶振的成本开销。

USB设备接口现行主流的内建晶振方案主要包括：基准时钟校准法、外部器件校准法、量产写入校准法等。这些方案共同的缺陷是：在频率校准之后随着外部环境的变化，系统时钟会产生不可忽视的频率偏移，这将导致USB设备接口具有较差的兼容性；同时，必需的测试步骤也增加了测试成本，不利于整体成本的缩减。

随着USB接口的价格竞争越演越烈，要求其设计成本越来越低，并且性能指标不能降低，现行主流的内建晶振方案已不再满足需要。

    

发明内容

本发明的目的是，提供一种USB设备接口的内建晶振实现电路和方法。该电路可以为USB1.1设备接口和USB2.0设备接口节省外部晶振，极大地缩减了USB设备接口的设计成本，同时能够满足高质量的性能需求。

本发明的另一目的是，提供一种USB设备接口的内建晶振实现方法。该方法基于一种动态的时钟校准技术，该技术的使用实现了USB设备接口的内建晶振，其内建时钟具有高精度，可以满足USB设备接口对于系统时钟的性能需求。

本发明采用的技术方案为，一种USB设备接口的内建晶振实现电路，其特征在于：所述内建晶振实现电路包括一高频振荡器、一采样时钟分频器、一USB数据接收器、一USB数据状态机、一USB内建时钟判决器、一输入时钟分频器、一低带宽锁相环。

所述高频振荡器的一1A输出端与所述采样时钟分频器的一2A输入端相连；所述采样时钟分频器的一2B输出端与所述USB内建时钟判决器的一5A输入端相连；所述USB数据接收器的一3A输入端与数据总线DP信号相连，所述USB数据接收器的一3B输入端与数据总线DM信号相连，所述USB数据接收器的一3C输出端与所述低带宽锁相环的一7B输出端相连，所述USB数据接收器的一3D输出端与所述USB数据状态机的一4A输入端相连；所述USB数据状态机的一4B输入端与所述低带宽锁相环的一7B输出端相连，所述USB数据状态机的一4C输出端与所述USB内建时钟判决器的一5B输入端相连；所述USB内建时钟判决器的一5C输出端与所述输入时钟分频器的一6C输入端相连；所述输入时钟分频器的一6B输出端与所述低带宽锁相环的一7A输入端相连；所述低带宽锁相环的一7B输出端为系统时钟CLK_SYS。

本发明采用的另一技术方案为，一种USB设备接口的内建晶振实现方法，该方法基于一种动态的时钟校准技术，其校准过程按照以下步骤实施：

步骤A：系统复位结束；

步骤B：所述高频振荡器产生高频时钟，所述采样时钟分频器生成判决时钟送入所述USB内建时钟判决器，配置所述输入时钟分频器的初始分频数，所述低带宽锁相环生成初始频率的系统时钟CLK_SYS；

步骤C：USB设备接口已完成全速或高速握手过程，所述USB数据接收器开始接收主机发送来的命令包和数据包；

步骤D：所述USB数据状态机解析出接收包信息中携带的特征信息KEY_WORD，将KEY_WORD送入所述USB内建时钟判决器，并转入步骤E；

步骤E：所述USB内建时钟判决器以计数KEY_WORD时间长度或其间隔时间长度为基准时间，判断出判决时钟的频率区间，并运算出判决时钟频率与理想频率之差，若频率之差已在USB协议要求的精度范围内，则跳转入步骤H；若频率之差还不满足USB协议要求的精度范围，则转入步骤F；

步骤F：所述USB内建时钟判决器以改变输入时钟分频系数的方式反馈控制所述低带宽锁相环的输入时钟，并转入步骤G；

步骤G：所述低带宽锁相环响应输入时钟的变化，经历环路稳定过程后生成该次校准后的系统时钟CLK_SYS，跳转入步骤D；