[发明专利]一种生成高精度时钟的数字振荡器频率合成的方法和装置

说明书

该发明公开了一种生成高精度时钟的数字振荡器频率合成的方法和装置，本发明提供的内容主要是通过两种频率锁定模式对振荡频率进行锁定输出。快速锁定模式先通过所有频率点的扫描输出，校准实际输出频率并记录在存储器中。再根据频率控制码字选择所需频率直接输出，达到快速频率输出的效果。逐级调节模式，经过两级振荡器的调节，将高精度的振荡频率分频输出。本发明的装置，主要包括，频率控制模块，DCO粗调模块，DCO精调模块，分频器模块，以实现上述方法。该方法和装置一方面可以在快速锁定模式实现频率的快速锁定输出，另一方面能够在逐级调节模式中输出高精度时钟，提高了频率输出的单调性。发明达到了可移植性高、低功耗的目的。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤指一种生成高精度时钟的数字振荡器频率合成的方法和装置。

背景技术

在当今的集成电路领域中，数字电路由于其功耗低、可移植性强、抗环境干扰能力优秀等特点，得到了广泛的应用。时钟，作为数字电路最关键的输入信号，一般由晶体振荡器或模拟锁相环产生。近年来，全数字锁相环与延时锁相环等时钟合成器的研发，让频率合成器拥有了更低的功耗和更快的频率合成速度，因此成为了时钟频率合成领域的一个重要研究方向。数字控制振荡器(DCO，简写为数字振荡器)作为数字频率合成器最关键的模块，其频率搜索方法和频率合成方式对整个频率合成性能有着直接影响。

目前的研究中，数字频率合成器已经有着诸多阶段性成果。但在具体的数字控制振荡器的频率搜索方法与合成方式上，缺少较为统一的应用于高精度数字频率的合成方法。在国内的研究中，全数字振荡器频率合成方法的研究成果也相对较少。根据已有的频率振荡器的种类，可以将其划分为电感电容振荡器、软件合成振荡器、数字控制振荡器。

电感电容振荡器，又称LC振荡器，属于传统频率振荡合成方式。应用于传统模拟锁相环当中，拥有较大的频率调谐范围以及很好的线性度。但由于其中带有模拟电路，有较大的功耗和不可移植到其他工艺的特性，不适用于低功耗设计中。

软件合成振荡器，其频率合成的功能不再用硬件电路实现，而是用计算机程序完成。一般来说，软件振荡器借助一个硬件平台，例如微处理器或数字信号处理器(DSP)，频率合成的功能用软件实现。这为设计提供了很大的灵活性，可以开发出大量不同的算法，计算指令数也随频率合成算法的复杂度的增加而增加。由于其频率合成需要通过软件实现，合成的速度受到软硬件转换速度制约，在集成电路的具体频率合成应用中存在诸多限制。

数字控制振荡器，又称DCO。可以通过软硬件协同设计方案实现，一般通过软件确定算法，再通过硬件描述语言以及数字设计流程完成设计并流片。因此在不同的工艺下有着较好的可移植性。同时因为整个振荡器模块完全由数字电路实现，频率调节速度快。主要存在的问题是由于控制端由数字码字调节，而不是线性的电压控制，因此频率调节的单调性、速度与精度是主要需改进的几个方面。

发明内容

本发明针对前人研究成果中，数字控制振荡器合成频率的单调性、速度和精度的不足，提供一种生成高精度时钟的数字振荡器频率合成的方法和装置，能够显著提升频率合成精度与合成速度，保持频率调节单调性。并能够通过数字电路设计工具直接综合实现，从而达到可移植性高、低功耗、减小设计成本的目的。

本发明的解决方案为一种生成高精度时钟的数字振荡器频率合成的方法和装置。

所述一种生成高精度时钟的数字振荡器频率合成的方法和装置，频率合成具体分为两种模式，快速频率锁定模式与逐级调节模式。

所述快速频率锁定模式，包含频率扫描输出校准，选择频率直接输出两个步骤。

所述频率扫描输出校准，通过对振荡器的有效振荡频率点从低频率到高频率依次扫描输出，保存对应的频率控制字到存储器内，供频率控制器选择。

所述选择频率直接输出，指根据存储器内已保存的扫描频率输出结果，选择所需的频率对应的频率控制字，直接控制振荡器输出所需频率。