一种频率稳定的时钟电路技术领域
本发明属于电子电路技术领域，涉及时钟电路及时钟校准。
背景技术
系统时钟通常由石英晶体振荡器提供，但因其内部腔体结构很难满足高加速度的
应用要求，可以通过设计片内时钟发生器代替石英晶振，以提高高加速度应用的可靠性，并
且降低系统成本。时钟电路主要包括电源、振荡器和时钟校准等模块，振荡器主要有环形振
荡器和弛豫振荡器两种形式，因电路结构不同时钟校准方法较多，但是在低功耗、较高时钟
精度的应用领域中存在以下缺点：
1、传统的时钟产生电路输出时钟的稳定性严格依赖于工作电压和电流，对前级稳
压电路和电流基准电路要求严格。其电路结构本身没有抑制时钟抖动的能力，工作电压或
电流的变化将会直接影响输出时钟的精度，且电路性能受PVT变化的影响较大。
2、传统的时钟校准方法可以提高时钟抖动的抑制能力，但是受限于时钟电路很难
同时兼顾工艺、电压、温度和功耗，无法在uW级功耗设计要求下，电路随PVT变化时，保证输
出时钟具有较高的精度(≤1％)。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种时钟电路和时钟校准方法，以实现输
出时钟信号的频率稳定。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括稳压器、带隙基准电路、时钟电
路、复位电路、逻辑控制电路和电流镜阵列。
外部电源为稳压器和带隙基准电路供电，稳压器给时钟电路、电流镜阵列和复位
电路提供稳定电源电压，带隙基准电路产生与温度变化无关的基准电流，提供给电流镜阵
列、复位电路和稳压器；时钟电路通过内部的振荡器电路产生振荡波形，经整形后输出时钟
信号，并提供给逻辑控制电路；复位电路产生复位信号，控制逻辑控制电路开始工作；逻辑
控制电路通过计数器检测时钟电路输出的时钟信号的频率，当时钟信号的频率出现偏差
时，计数器计数结果不等于设定数，则调整电流镜阵列输出电流的大小，进而调整时钟电路
的输出时钟频率。
本发明的有益效果是：由于采用了稳压器，使输出时钟频率受电源电压波动的影
响很小；由于采用了带隙基准电路，使输出时钟频率受温度变化的影响很小；本发明的校准
算法采用反馈控制，经过多次迭代，使输出时钟频率受工艺变化的影响很小；本发明采用的
逻辑控制电路算法简单，电路规模较小，电路整体功耗较低。另外，本发明可以通过对电流
镜阵列进行微调，适用于不同频率要求的应用。
附图说明
图1是本发明的时钟电路结构图。
图2输出时钟频率偏低时的时钟校准输出过程示意图。
图3是输出时钟频率偏高时的时钟校准输出过程示意图。
图4是本发明的时钟电路逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施
例。
本发明包括电流镜阵列、时钟电路以及逻辑控制电路。电流镜阵列的输出端连接
到时钟电路，用来控制时钟电路内部的充放电电流的大小，以调整时钟的输出频率。逻辑控
制电路的输出端连接到电流镜阵列，用来控制电流镜阵列中PMOS管的开启与关断，调整电
流镜阵列输出电流的值。时钟电路的输出端连接到逻辑控制电路，逻辑控制电路内部的计
数器通过对输出时钟计数，控制时钟校准数据的值，校准输出时钟信号。同时，时钟电路的
输出端作为整个电路结构的输出，输出给外部电路。
稳压器的输入端连接到外部输入的电源供电信号，其输出端连接到时钟电路、电
流镜阵列和复位信号的输入端，为上述电路提供稳定的电源电压
带隙基准电路的输入端连接到外部输入的电源供电信号，其输出端连接到电流镜
阵列、复位电路和稳压器，为上述电路提供稳定的基准电流。
复位电路的输入端连接到稳压器和带隙基准电路，其输出端连接到逻辑控制电
路，为逻辑控制电路提供复位信号。
为实现上述目的，本发明的时钟电路工作过程如下：
(1)外部输入的电源供电信号为稳压器和带隙基准电路供电，稳压器给时钟电路
和复位电路提供纹波较小的稳定电源电压，带隙基准电路产生与温度变化无关的基准电
流，提供给电流镜阵列。
(2)时钟电路在稳定的电源电压作用下，通过内部的振荡器电路，产生振荡波形，
经整形后将产生的时钟信号提供给逻辑控制电路，并且该时钟信号作为电路的最终输出。
(3)复位电路在稳压器输出电压和带隙基准输出电流的作用下开始工作，产生复
位信号，输出到逻辑控制电路，使其准备就绪，开始工作。
(4)逻辑控制电路通过计数器检测时钟电路输出的时钟信号的频率。计数器在复
位信号后的初始的50μs时间内，对时钟信号进行计数。当时钟频率恰好为符合要求的X MHz
时，计数结果为100，此时不需要进行时钟校准。初始状态时，逻辑控制电路中时钟校准数据
adj_bit的值为128(8’b10000000)，该组数据用来控制电流镜阵列。
(5)当时钟频率出现偏差时，计数器计数结果N不等于100，在逻辑控制电路内部，
通过算法调整时钟校准数据adj_bit的值，从而调整电流镜阵列输出电流的大小。该电流用
于对时钟电路内部电容的充放电，电流的变化会使充放电时间发生变化，进而调整了输出
时钟频率。时钟频率的变化又作为逻辑控制电路的输入，使其内部计数器的计数结果N发生
变化。当时钟频率偏小时，N小于100，此时时钟校准数据的值调整为[(100-N)+adj_bit]，经
过多次迭代直至N的值满足99＜N＜101，即N＝100，此时输出时钟频率满足需求，校准完成；
当时钟频率偏大时，计数结果N大于100，此时将adj_bit值除以2后作为新的adj_bit值，继
续利用公式adj_bit＝[(100-N)+adj_bit]进行迭代，直至N＝100，此时输出时钟频率满足
需求，校准完成。
通过上述步骤完成时钟校准过程，输出稳定的时钟信号。
参照图1，本发明的实施例包括，稳压器102、复位电路105、带隙基准101、电流镜阵
列104、时钟电路103以及逻辑控制106。其中，时钟电路103的输入端D、电流镜阵列104的输
入端E和复位电路105的输入端G均连接到稳压器的输出端。时钟电路用来产生符合要求的
时钟信号。电流镜阵列104用于为时钟电路提供充放电电流，该电流值决定了最终输出时钟
频率的大小。复位电路用来使逻辑控制电路准备就绪，开始工作状态。
逻辑控制106的输入端I连接时钟电路的输出端，逻辑控制的输入端K连接复位电
路105的输出端，逻辑控制电路用于检测输出时钟频率，根据检测值输出时钟校准数据J，提
供给电流镜阵列，用于时钟频率的校准。
带隙基准101的输入端均连接到外部输入的电源供电信号，带隙基准101的输出端
F、C和B分别连接到电流镜阵列、复位电路和稳压器，为上述电路提供稳定的基准电流。
稳压器102的输入端A连接到外部输入的电源供电信号，稳压器102的输出端D、E和
G分别连接到时钟电路、电流镜阵列和复位电路的输入端，为上述各电路提供稳定的电源电
压。
参照图4，逻辑控制电路产生的控制逻辑如下：
时刻401，复位信号有效，复位逻辑控制电路。逻辑控制电路开始工作。在50μs内对
时钟输出进行计数。
时刻402，计数完成，根据计数结果校准时钟频率。
本发明的时钟电路包括如下工作过程：
步骤1，电源信号对稳压器和带隙基准电路供电。
稳压器和带隙基准电路正常工作，为时钟电路，电流镜阵列及复位电路提供稳定
的电压电流信号，复位电路产生复位信号，使逻辑控制电路完成复位。
步骤2，时钟电路产生输出时钟信号。
步骤3，逻辑控制电路检测时钟误差并校准。
当输出时钟频率等于X MHz时，逻辑控制电路输出的时钟校准数据不变，时钟频率
稳定。当输出时钟频率大于X MHz时，逻辑控制电路通过减小电流镜阵列输出电流值，来降
低时钟频率。当输出时钟频率小于X MHz时，逻辑控制电路通过增大电流镜阵列输出电流
值，来提高时钟频率。
步骤4，经校准后输出频率稳定的时钟信号。
经过上述步骤，时钟电路能够输出符合要求的X MHz的时钟信号。