一种适用于MCU的时钟快速锁定系统及方法与流程

本发明涉及集成电路，具体是一种适用于mcu的时钟快速锁定系统及方法。

背景技术：

1、随着现代集成电路设计技术的发展和数字芯片制造水平的提升，芯片可以实现的功能越来越丰富，芯片在社会中扮演着越来越重要的角色，而mcu是一种集成电路，内含处理器核心、内存和可编程输入/输出外设。

2、时钟是mcu非常重要的一部分，它在嵌入式系统中发挥着关键的作用。时钟为mcu提供了基准，确保不同部件和功能在同一时间基准下同步操作，确保mcu能够按照预定的时序要求执行任务，例如控制系统中的定时任务、数据采样等。在涉及通信的应用中，时钟同步是确保正确通信和数据同步的基础。时钟用于控制嵌入式系统中各种设备和模块的时序，确保它们按照正确的顺序执行任务。其稳定性直接影响整个系统的稳定性。

3、现有技术通常采用标准的计数器法或时间间隔测量法来实现时钟频率检测。在这些方法中，使用一个固定时间窗口内的脉冲计数或测量连续脉冲之间的时间间隔来确定频率。这些方案往往依赖于外部的高精度参考时钟源和微控制器单元(mcu)或微处理器来处理数据，电路设计复杂，功耗大，成本较高，需要改进。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于mcu的时钟快速锁定系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种适用于mcu的时钟快速锁定系统，包括振荡器模块(osc)、复用器模块(ppm)、分频器模块(nf)和切换移相器模块(tps)，振荡器模块输出ck1、ck2、ck3、ck4四个待测时钟供给复用器模块，复用器模块对四个待测时钟处理后输出振荡器时钟ckmux供给分频器模块，分频器模块对振荡器时钟ckmux分频后输出时钟ckf供给切换移相器模块，切换移相器模块输入系统的参考时钟信号ckr，切换移相器模块可输入复位信号reset、模块使能信号en切换移相器模块；切换移相器模块输出对时钟ckf处理后的ckfd信号，输出对时钟ckr处理后的ckrd信号，以及输出时钟ckfd与时钟ckrd的相位锁定信号lock切换移相器模块，时钟ck1同时作为系统的输出时钟cko。

4、作为本发明再进一步的方案：切换移相器模块由控制器和双组移相器组成，双组移相器是由两个基于锁存器的移相器psa和psb组成，两者共用一条延迟为8τd的延迟线，双组移相器接收控制器发出的shota和shotb信号，返回经过处理的ckf延迟信号ckfa和ckfb、相位信号swa和swb信号，而控制器经过处理这些信号，送出控制信号shota和shotb，以及经过延时处理的ckfd、ckrd以及锁定信号lock切换移相器模块。

5、作为本发明再进一步的方案：在移相器psa和psb中，ckf通过延迟线，每隔一个延迟单元输出一个信号dl[n]，n的最终确认值由shota或shotb捕获的相位之一确定，shot信号是控制双组移相器锁存器的使能信号，shota和shotb由于分别控制着各自的移相器，需要分开，选择的dl[n]通过异或门复用，然后通过延时的延迟门，延时为τt的三态反相器，延时为τab的mux，和延时为τfd的mux，成为输出信号ckfd。

6、作为本发明再进一步的方案：在控制器中，selab是由ckr经过d触发器分频的信号，通过selab来确定使用ckfa还是ckfb来产生ckfd，而flagre是一个标志信号，用来表明延迟线的检测正在进行中，这时使用有效τmux切换移相。

7、一种适用于mcu的时钟快速锁定方法，包括以下步骤：

8、步骤1，计算ckr单周期内发生的相的总提前tmux；

9、步骤2，每隔一个周期的ckr激活复用器模块，为ckf的频率确定提供了额外的周期，避免切换移相器模块受到输入之间频率不匹配的影响；

10、步骤3，切换移相器模块通过对ckf和ckr进行延时和复用，产生ckfd和ckrd两个信号。

11、作为本发明再进一步的方案：步骤1中：开始相位锁定，振荡器模块产生四个信号，每个信号相对于上一个信号的延迟为四分之一个周期，复用器模块开始计数，按照计数对4相位的输出进行多路复用，复用器模块的输出ckmux成为相位拉伸后的输出,其中复用器模块的时钟为振荡器模块时钟经过nd分频后的时钟；当selmux停止变化时，复用器模块会持续输出当前选择的信号，每进行一次相位拉伸，会进行拉伸四分之一个t振荡器模块周期，导致ckdig的每个周期的ckmux周期更短；

12、递增的selmux使得相位信号被选择为ckmux；由于ckdig的频率是ckr的nf/nd倍，因此ckr单周期内发生的相的总提前tmux表示为：

13、tmux＝(tosc/4)×(nf/2nd) (1)；

14、其中t振荡器模块是振荡器模块输出的周期，nf和nd分别为主次分频器的分频数。

15、作为本发明再进一步的方案：步骤2中，每隔一个周期的ckr激活复用器模块，为ckf的频率确定提供了额外的周期，避免切换移相器模块受到输入之间频率不匹配的影响；复用器模块的操作重复k次，直到ckf与ckr的相位偏移满足:

16、τmux＝τinit-ktmux＜6×τd (2)；

17、其中τinit为初始相位偏移，τd为切换移相器模块中延迟线的单位延迟，在复用阶段，切换移相器模块会持续监测τmux，直到τmux进入有效输入范围6τd；当满足(2)式时，复用器模块关闭。

18、作为本发明再进一步的方案：步骤3中：ckf通过延迟线8τd，然后每隔一个延迟单元输出一个信号，分别为dl[n](n＝0、1、2、3、4、5、6、7)，所选的dl[n]然后通过一个缓冲器和一个三态反相器，其延迟分别为τp和τt，产生信号ckfa和ckfb，信号ckfa和ckfb被切换选择信号selab选择并复用为ckab，另一个时钟ckiv用于产生无毛刺的ckfd，然后由ckab和ckiv，经过flagre的选择复用，生成ckfd；

19、ckrd通过延迟ckr生成，通过选择延迟τr和τrb，将输出的ckrd和ckfd之间的相位偏移τtps限制在τd以内。

20、作为本发明再进一步的方案：步骤3中，从ckf到ckfd的时间延迟τf-fd表示为：

21、τf-fd＝(n+1)τd+(τp+τt+τab+τfd) (3)；

22、从ckr到ckrd的时间延迟τr-rd表示为：

23、τr-rd＝τmux+τr+τrb (4)；

24、其中参数n是表示ckf相对于ckr的相对相位的度量，切换移相器模块限定范围表示为：

25、τtps＝τf-fd-τr-rd|＜τd (5)。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以模块化设计,分为振荡器模块、复用器模块、分频器模块以及切换移相器模块，电路简单，功耗较小；

27、使用相位拉伸进行快速相位拉近，再使用切换移相使得参考时钟和待测时钟的上升沿接近，时间较短；

28、可通过修改分频器模块的值来针对不同的晶振和待测时钟进行具体更改，并且可以通过更改设计中单元的延时来匹配不同工艺下的器件，兼容性好。