一种用于晶振快速启动的半导体芯片时钟电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于晶振快速启动的半导体芯片时钟电路，包括：用于起振的晶振X1；分别连接在晶振两端的充电电容C1~C2，其用于调节晶振X1的工作频率；与晶振并联的反馈电阻R1；与晶振并联的供能单元，供能单元包括两个并联的反相器U1~U2，其用于为晶振X1提供起振能量；与供能单元连接的控制单元，其用于控制供能单元的工作，控制单元包括逻辑控制电路和计数器；供能单元还连接有输出处理单元，其由反相器U3~U4、与门U5构成，反相器U3~U4构成缓冲器。本实用新型专利技术选用两个反相器U1~U2并联在晶振X1两端，那么反相器输出端连接的晶振X1一端即可得到反相器U1~U2输出的两个叠加信号，从而使得晶振X1得到的起振能量更大。从而使得晶振X1得到的起振能量更大。从而使得晶振X1得到的起振能量更大。

【技术实现步骤摘要】
一种用于晶振快速启动的半导体芯片时钟电路


[0001]本技术涉及半导体芯片时钟电路领域，特别是涉及一种用于晶振快速启动的半导体芯片时钟电路。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，半导体芯片是当下科研的重点，今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体芯片有着极为密切的关连。其中，半导体芯片在工作时，其内部的时钟电路是非常重要的，其能够给半导体内部的其他电路提供工作时钟，使其能够正常工作，而晶振则是时钟电路工作的心脏。目前很多集成芯片已内建反相器与反馈电阻，芯片外部只需接一个晶振即可工作。但是这种方式晶振的起振时间长，为了提高整个半导体元件的运行速度，还需要提高晶振的起振时间。中国专利文件201920345554.3提出的一种SOC晶振启动电路，其通过将一个反相器与晶振并联，那么晶振的电压可直接在反相器的翻转电压点开始振荡并输出波形，从而迅速达到其稳定振荡所需的电压并输出。而在整个过程中，因为晶振是直接在反相器翻转电压点开始起振的，所以仅能够通过降低反相器翻转其电压所需要的时间来提高晶振的起振时间。一般晶振的标称值在测试时都会有一个“负载电容”的条件，在工作时要满足这个条件，振荡频率才与标称值一致，也就是说，只有连接合适的电容才能满足晶振的起振要求，晶振才能正常工作。所以晶振都会连接一个几pf到十几pf的负载电容，负载电容一般是与反相器输入输出端连接的，那么通过这个负载电容的充电时间即可得知反相器翻转其电压所需要的的时间，则通过公式T=VC/I，可知道电容充电时间是与充电电压、电流和自身电容量决定的。按照充电电压为1v，负载电容选用较小的3.2PF来计算，因为其驱动电流大概在300
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700μA，那么可算出充电时间大概是几微秒左右，即反相器翻转电压的时间单位是微秒级别，而一般3M的晶振时间大概是10毫秒左右，其时间单位为毫秒级别，所以上述专利的翻转时间仅为晶振起振时间的千分之一，在整个晶振起振的过程中，所占据的时间比例非常小，所以想要根据上述专利提出的结构来降低晶振的启动时间，作用是非常小的。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于：为了克服上述缺陷，提出一种用于晶振快速启动的半导体芯片时钟电路提高晶振的启动时间。
[0004]为实现上述目的，本技术的技术方案为：一种用于晶振快速启动的半导体芯片时钟电路，包括：用于起振的晶振X1；分别连接在晶振两端的充电电容C1~C2，其用于调节晶振X1的工作频率；与晶振并联的反馈电阻R1；与晶振并联的供能单元，供能单元包括两个并联的反相器U1~U2，其用于为晶振X1提供起振能量；与供能单元连接的控制单元，其用于控制供能单元的工作，控制单元包括逻辑控制电路和计数器，计数器包括N个D触发器、同或门和一个N输入端与门；供能单元还连接有输出处理单元，其由反相器U3~U4、与门U5构成，反相器U3~U4构成缓冲器。
[0005]进一步的，所述反相器U1~U2的输入端与电阻R1、晶振X1和电容C1的一端连接，反相器U1~U2的输出端与电阻R1、晶振X1的另一端和电容C1的一端连接，电容C1~C2的另一端均接地，反相器U2的输出端用于输出晶振X1的震荡信号；所述反相器U1还连接有开关S1~S2的一端，开关S1的另一端连接外部电压，开关S2的另一端接地；反相器U2的输出端连接至反相器U3的一端，反相器U3的另一端连接至反相器U4的一端，反相器U4的另一端连接至与门U5的一个输入端，其输出端作为整个晶振启动电路的输出晶振信号。
[0006]进一步的，所述计数器为3bit计数器，其由三个D触发器A1~A3、同或门U6~U8以及一个三输入端的与门U9构成，D触发器A1~A3的反向输出端均与其输入端D直接相连，D触发器A1~A3的CLR引脚均连接至rst信号， D触发器A1的时钟引脚接到输入信号fin_gated；并且其输出端的信号作为D触发器A2的输入时钟信号，其反向输出端的信号Q1连接至同或门U6的一个输入端，D触发器A2输出端的信号作为D触发器A3的输入时钟信号，其反向输出端的信号Q2连接至同或门U7的一个输入端，D触发器A3反向输出端的信号Q3连接至同或门U8的一个输入端，同或门U6~U8的另一输入端均连接计数预定值div_ctrl<3:1>，其输出端与与门U9的输入端连接，与门U9的输出端输出信号equal至逻辑控制电路中。
[0007]进一步的，所述逻辑控制电路包括D触发器A4~A6、与门U10~U17和反相器U18~U20，所述D触发器A4的输入端与计数器输出端的equal连接，其时钟引脚连接信号fin_gated，D触发器A4~A6的CLR引脚连接外部置位信号rst_ctrl，其输出端连接至与门U10的输入端，与门U10的输出端与D触发器A5的时钟引脚和反相器U18的输入端连接，反相器U18的输出端与与门U13的一个输入端连接，所述与门U13的另一输入端连接至置位信号rst_ctrl，其输出信号为rst；所述D触发器A5的输入端置“1”，其输出端作为开关控制信号boost_done与供能单元开关S1~S2连接以及与与门U11的一个输入端连接，与门U11的另一输入端与计数器的输出端equal连接，与门U11的输出端与D触发器A6的输入端连接，其时钟引脚连接信号fin_gated ，其输出端连接至与门U12的一个输入端，与门U12的输出信号su_done连接至反相器U19的输入端和与门U5的一个输入端，其输出端的信号su_done b连接至与门U14的一个输入端，与门U14的另一个输入端与供能单元中反相器U4的输出信号fin连接，其输出信号为fin_gated；所述D触发器A5输出端的开关控制信号boost_done还与反相器U20的输入端和与门U17的一个输入端连接，与门U17的另一个输入端连接晶体振荡稳定过程的预定计数值su_cnt<3:1>，反相器U20的输出端连接至与门U15的一个输入端，其另一输入端连接至驱动能力增加的预定计数值boost_cnt<3:1>，与门U15、U17的输出端连接至与门U16的两个输入端，与门U16的输出端为计数器的计数预定值div_ctrl<3:1>即其与计数器连接。
[0008]由于采用了上述方案，本技术的有益效果在于：解决了现有技术的不足，本技术提出一种用于晶振快速启动的半导体芯片时钟电路，其好处是：
[0009]（1）本技术选用两个反相器U1~U2并联在晶振X1两端，那么反相器输出端连接的晶振X1一端即可得到反相器U1~U2输出的两个叠加信号，从而使得晶振X1得到的起振能量更大，即相较于现有技术中只在晶振两端连接一个反相器而言，本技术的结构可使得晶振X1获得两倍的起振能量，从而可以将其起振时间降低一半。
[0010]（2）本技术在反相器U1上连接有开关S1~S2，其可以在晶振X1起振后趋于平衡震荡的时候，通过控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于晶振快速启动的半导体芯片时钟电路，其特征在于：包括：用于起振的晶振X1；分别连接在晶振两端的充电电容C1ˉC2，其用于调节晶振X1的工作频率；与晶振并联的反馈电阻R1；与晶振并联的供能单元，供能单元包括两个并联的反相器U1ˉU2，其用于为晶振X1提供起振能量；与供能单元连接的控制单元，其用于控制供能单元的工作，控制单元包括逻辑控制电路和计数器，计数器包括N个D触发器、同或门和一个N输入端与门；供能单元还连接有输出处理单元，其由反相器U3ˉU4、与门U5构成，反相器U3ˉU4构成缓冲器。2.根据权利要求1所述的一种用于晶振快速启动的半导体芯片时钟电路，其特征在于：所述反相器U1ˉU2的输入端与电阻R1、晶振X1和电容C1的一端连接，反相器U1ˉU2的输出端与电阻R1、晶振X1的另一端和电容C1的一端连接，电容C1ˉC2的另一端均接地，反相器U2的输出端用于输出晶振X1的震荡信号；所述反相器U1还连接有开关S1ˉS2的一端，开关S1的另一端连接外部电压，开关S2的另一端接地；反相器U2的输出端连接至反相器U3的一端，反相器U3的另一端连接至反相器U4的一端，反相器U4的另一端连接至与门U5的一个输入端，其输出端作为整个晶振启动电路的输出晶振信号。3.根据权利要求2所述的一种用于晶振快速启动的半导体芯片时钟电路，其特征在于：所述计数器为3bit计数器，其由三个D触发器A1ˉA3、同或门U6ˉU8以及一个三输入端的与门U9构成，D触发器A1ˉA3的反向输出端均与其输入端D直接相连，D触发器A1ˉA3的CLR引脚均连接至rst信号，D触发器A1的时钟引脚接到输入信号fin_gated；并且其输出端的信号作为D触发器A2的输入时钟信号，其反向输出端的信号Q1连接至同或门U6的一个输入端，D触发器A2输出端的信号作为D触发器A3的输入时钟信号，其反向输出端的信号Q2连接至同或门U7的一个输入端，D触发器A3反向输出端的信号Q3连接至同或门U8的一个输入端，同或门...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海涛，梁良，赵柏，张雪，周燕，
申请(专利权)人：四川微固光电有限公司，
类型：新型
国别省市：