[发明专利]一种应用于USB从设备时钟系统的自校正算法

说明书

本发明公开了一种应用于USB从设备时钟系统的自校正算法，旨在为USB从设备快速提供精确的时钟信号。该算法主要利用USB通信中连续SOF（Start Of Frame，起始帧）之间固定1ms包间隔的时间标度和振荡器的线性频率特性进行实现。首先，通过线性调节振荡器频率实现从设备正确识别SOF，同时产生最优的一级粗调控制码（Ctrl_Coarse_First）；其次，在二级粗调阶段，基于每次粗调结果逐步修调目标校正频率（F_aim），获得二级粗调控制码（Ctrl_Coarse_Sec）；最后，基于每次微调结果逐步修调目标校正频率（F_aim），获得满足频率精度要求的微调控制码，最终输出精确的USB时钟。本发明适用于USB接口芯片、MCU控制芯片等时钟校正实现。

技术领域

本发明主要涉及高精度时钟系统设计领域，特别涉及一种应用于USB从设备时钟系统的自校正算法。

背景技术

USB（Universal Serial BUS）接口是一种广泛应用于数据传输接口技术，需要一个高精度的时钟源为其提供准确的时钟信号，保证USB主从设备数据交互功能正确。例如，低速传输模式要求USB时钟频率范围为12M±1.5%，全速传输模式要求USB时钟频率范围为48M±0.25%，高速传输模式要求USB时钟频率范围为480M±0.05%。因此，在传统USB时钟产生方案的基础上，提出了无晶振的时钟系统方案，该方案降低了整体方案BOM，但是该方案需要在中测或者成测阶段基于外部基准时钟进行时钟频率校正测试，并将校正控制码烧写到NVM（Non-Volatile Memory，非易失性存储器），在后续应用中采用了该方案的时钟系统在上电后直接从NVM中读控制码即可，增加了设计成本和测试成本。

为了解决上述技术问题，本发明在无晶振的USB时钟系统方案基础上提出了一种应用于USB从设备时钟系统的自校正算法，该算法主要包括一级粗调校正，二级粗调校正和微调校正三种模式，在具体方案应用中采用该校正算法的时钟系统在上电后自校正系统自动工作，不需要从NVM中读取控制码进行振荡频率初始化，同时能够对当前工作环境条件引起的USB时钟频率变化进行实时校正，降低了工作电压，温度变化和制造工艺偏差对USB时钟频率的影响，增强了该时钟系统的鲁棒性。

发明内容

本发明要解决的问题在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种应用于USB时钟系统的自校正算法，该算法主要包括一级粗调校正，二级粗调校正和微调校正三种模式，在具体应用中采用该校正算法的时钟系统在上电后自校正系统自动工作，无需人工干预自动完成时钟校正工作，不需要额外NVM进行控制码存储，同时能够对由于当前工作环境条件引起的USB时钟频率变化进行实时校正，降低了工作电压，温度变化和制造工艺偏差对USB时钟频率的影响，实时为USB从设备提供精确时钟信号；相对于传统的采用晶振提供基准时钟源的USB时钟系统，本发明的自校正算法不需要外部晶振提供参考时钟，降低了产品方案的BOM成本；相对于现有的无晶振的自校正USB时钟系统，减少了中测或成测关于时钟校正方面的测试成本，同时降低了额外的NVM设计开销。

为实现上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种应用于USB从设备时钟系统的自校正算法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：设置粗调权重为W_Coare₀，W_Coare₁，...，W_Coare_n-1，微调权重为W_Fine₀，W_ Fine ₁，...，W_ Fine _m-1，粗调控制码为b0= b1=... b_n-1=0，微调控制码为a0=a1=... a_m-1=0，振荡器输出最低频率；

步骤二：一级校正开始工作，粗调控制码逐渐增大，振荡器频率逐渐提高，SOF校正模块从无法识别SOF到正确识别SOF，再到无法识别SOF，抛弃第一次识别SOF的粗调控制码和最后一次识别SOF的粗调控制码，通过加权处理获得最优粗调控制码（Ctrl_Code_First）；