[发明专利]低功率时钟源

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2012年09月07提交的专利名称为“用于超低功率SoCs的片上时钟源”的美国专利申请61/698,534，和于2013年03月12提交的专利名称为“低功率时钟源”的美国专利申请61/777,688的优先权；每个专利的全部内容都通过引用的方式结合于此。

背景技术

嵌入系统有多种应用，包括提供监视、感觉、控制，或保护作用。这种嵌入系统通常根据对尺寸、功率消耗，或环境弹性的相对严格约束为具体应用定制。

一种类型的嵌入系统包括传感器节点，用于感测或监视一个或多个生理参数，或者用于其他应用。具有无线通信性能的传感器节点可以称为无线传感器节点(WSN)。位于主体身体上/附近/内部的传感器节点可以称为身体区域传感器节点(BASN)或身体传感器节点(BSN)。通过持续监视或记录生理信息，方便自动或远程跟踪，或当身体状态出现恶化时提供一个或多个警报，传感器节点能够向保健提供者提供重大利益。使用传感器节点获得的生理信息可以传递到其他系统，用于帮助诊断、预防和响应各种疾病，例如糖尿病、哮喘和心脏病。为了以非常严格的能量预算支持长系统寿命。在其他设备中的很多节点需要具有超低功率(ULP)消耗要求的硬件。很多设备需要稳定的时钟源，用于精确数据取样、RF射频调制，并且保持时间准确以减少重新与其他无线电同步的成本，以及其他原因。

概述

一种提供精确时钟源的方法包括使用晶体振荡器(XTAL)。晶体振荡器能够增加多个片外无源部件，具有在毫秒到秒的范围内的启动时间，能够消耗可利用的系统功率的可观的部分。例如，当测量ECG、提取心率，每隔几秒发送RF包时，获取具有200kHzXTAL的BSNSoC(片上系统)的能量消耗19量系。在这个例子中，总功率消耗中的超过2功率被200kHzXTAL消耗。另一种方法包括CMOS张弛振荡器。CMOS设备利用多晶硅和扩散电阻联合实现耐热性，从而在RC张弛振荡器中实现电阻。该电阻具有补偿温度依赖性，他们抵消温度变动的影响以实现大约60ppm/℃的温度稳定性。其他示例包括使用栅漏电流的片上振荡器。栅漏电流具有最小温度依赖性，因此使得这些振荡器相对稳定。然而，由于栅漏电流的低幅值，栅漏振荡器能够以非常低频率(例如，大约0.1-10Hz)下运行。

此外，本发明已经验证将要解决的问题包括提供可靠的、精确的//低功率消耗的时钟源。在一个例子中，本主题能够提供解决该问题的方案，例如提供一种使用多个具有不同稳定性和功率消耗特性的振荡电路的超低功率时钟源。

根据多个例子，提供了具有不同稳定特性(例如具有响应相似环境变化的不同操作稳定性)的第一振荡器和第二振荡器。在一个例子中，提供了一种具有超低功率运行要求的第一振荡器。提供了一种被配置成补偿一个或多个环境参数变化的第二振荡器。由于第二振荡器包括一个或多个补偿机构，与第一振荡器相比，第二振荡器对一个或多个环球参数的响应相对更稳定，但是第二振荡器具有较高的功率要求。在一个例子中，第一振荡器(例如，一种非补偿振荡器)能够间歇地锁定(例如，同步)或使用第二振荡器提供的信号进行校正。在校正过程中，第二振荡器可以失效或关闭以减少系统功率消耗。在一个例子中，第二振荡器能够利用一种参考时钟源(例如，包括XTAL、RF信号的片上时钟源，或其他时钟源)给出的信息间歇地调节。

在一个例子中，提供了一种ULP时钟源，所述ULP时钟源使用可在1钟源上运行的具有大约500ppm/℃温度稳定性的温度补偿片上数控振荡器(OSCCMP)和，以及可在1100nW上运行的具有大约1.67％/℃温度稳定性非补偿振荡器(OSCUCMP)。比较电路用于比较OSCCMP和OSCUCMP的输出信号。当OSCUCMP的输出信号对OSCCMP的输出信号的漂移超过指定量时，当OSCUCMP运行超过指定间隔，或当一个环境参数变化超过指定量时，补偿电路可以向OSCUCMP提供信号以更新OSCUCMP的运行特性(例如，运行频率)，并调节它的输出信号。

本概述的目的在于提供本专利申请的主题的概述。并不在于提供本发明的独有的或详尽的示例。详细的描述的目的在于提供关于本专利申请的进一步信息。

附图说明

图1一般地示出了传感器节点的部分的例子；

图2一般地示出了包括低稳性振荡器与高稳定性振荡器的间歇同步的例子；

图3一般地示出了时钟源拓扑的例子；