專利名稱：故障安全振蕩器監(jiān)測與報警的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用外部時鐘振蕩器的集成電路裝置，且更特定來說，涉及對外部時鐘振蕩器進行監(jiān)測及如果其操作出現(xiàn)故障那么進行報警。
背景技術：
具有帶有處理器的數(shù)字裝置的電子應用通常使用外部頻率確定元件及/或外部振蕩器(例如，晶體或陶瓷諧振器及/或電子電路)來確立用于確定從低功率(例如，待用或休眠)模式周期性喚醒的穩(wěn)定時基。如果此外部頻率確定元件/振蕩器出于任何原因而停止，那么所述數(shù)字裝置的處理器將保持睡眠，除非通過另一觸發(fā)事件喚醒到操作模式。圍繞此問題的可能工作是啟用所述數(shù)字裝置中的監(jiān)視計時器，且如果外部振蕩器的故障發(fā) 生，那么就將其用作故障安全。然而，在數(shù)字裝置中使用監(jiān)視計時器可過度提高數(shù)字裝置及可能其它緊密相關的裝置應用的休眠(待用)電流消耗。因此，為降低數(shù)字裝置的電力消耗，通常停用監(jiān)視計時器。在無從監(jiān)視計時器到數(shù)字裝置的處理器的喚醒觸發(fā)信號的情況下，當處理器處于低功率模式時，如果外部振蕩器出現(xiàn)故障，那么處理器就將保持睡眠。另一選擇為，(在操作模式中)處理器必須保持喚醒足夠長以驗證外部頻率確定元件/振蕩器正在操作。在操作模式中所花費的此額外時間將增加數(shù)字裝置的電力消耗。

發(fā)明內容
通過使用簡單延遲及監(jiān)測電路來解決上文提及的問題且實現(xiàn)其它及進一步益處，所述簡單延遲及監(jiān)測電路在外部頻率確定元件/振蕩器正在運行時充電到第一邏輯電平，且如果外部頻率確定元件/振蕩器出現(xiàn)故障，那么放電(暫停)到第二邏輯電平。
根據本發(fā)明的特定實例性實施例，一種具有主要時鐘振蕩器監(jiān)測與報警的數(shù)字裝置包括處理器，其具有操作模式及低功率休眠模式；計時器計數(shù)器，其具有耦合到所述處理器的輸入的輸出及用于接受多個時鐘脈沖的輸入；主要時鐘振蕩器，其耦合到所述計時器計數(shù)器的所述輸入及外部頻率確定元件，其中所述主要時鐘振蕩器以由所述外部頻率確定元件確定的頻率產生多個時鐘脈沖；直流(DC)阻擋電容器，其耦合到所述主要時鐘振蕩器；二極管，其連接到所述DC阻擋電容器；電壓存儲電容器，其連接到所述二極管，其中所述電壓存儲電容器經由所述二極管且從所述多個時鐘脈沖充電到一電壓；電流吸收器，其連接到所述電壓存儲電容器，其中當不從所述多個時鐘脈沖充電時，所述電流吸收器將所述電壓存儲電容器上的所述電壓放電；及電壓比較器，其具有連接到所述處理器的輸入的輸出、連接到所述電壓存儲電容器的第一輸入，及連接到參考電壓的第二輸入，其中當所述電壓存儲電容器上的所述電壓大于所述參考電壓時，所述電壓比較器的所述輸出處于第一邏輯電平，且當所述電壓存儲電容器上的所述電壓小于或等于所述參考電壓時，所述電壓比較器的所述輸出處于第二邏輯電平。根據本發(fā)明的另一特定實例性實施例，一種監(jiān)測數(shù)字裝置的主要時鐘振蕩器及在其出現(xiàn)故障后即刻產生報警的方法包括用來自主要時鐘振蕩器的多個脈沖將電壓存儲電容器充電到一電壓；借助電壓比較器監(jiān)測所述電壓存儲電容器上的所述電壓，其中當所述電壓存儲電容器上的所述電壓大于參考電壓時，不從所述電壓比較器發(fā)出報警，且當所述電壓存儲電容器上的所述電壓小于或等于所述參考電壓時，從所述電壓比較器發(fā)出所述報警；及在從所述電壓比較器發(fā)出所述報警之后，切換到備用時鐘。其中處理器具有操作模式及低功率休眠模式，且當從所述電壓比較器發(fā)出所述報警時，所述處理器從所述低功率休眠模式喚醒到所述操作模式。


結合附圖參考以下描述可獲得對本發(fā)明的更全面理解，在附圖中圖I圖解說明根據本發(fā)明的特定實例性實施例的具有電路的數(shù)字裝置的示意圖，所述電路用于監(jiān)測外部頻率確定元件/振蕩器的操作，及如果所述外部頻率確定元件/振蕩器出現(xiàn)故障，那么發(fā)信號通知所述數(shù)字裝置的處理器；且圖2圖解說明圖I中所展示的數(shù)字裝置的示意圖中的各個信號點的示意性電 壓-時間波形。雖然易于對本發(fā)明做出各種修改及替代形式，但在圖式中已展示并在本文中詳細描述其特定實例性實施例。然而，應了解，本文對特定實例性實施例的描述并不意欲將本發(fā)明限制于本文所揭示的特定形式，而是相反，本發(fā)明意欲涵蓋如由所附權利要求書所定義的所有修改及等效物。
具體實施例方式現(xiàn)在參考圖式，示意性地圖解說明特定實例性實施例的細節(jié)。圖式中，將由相同編號表示相同元件，且將由帶有不同小寫字母下標的相同編號表示類似元件。參考圖1，其描繪根據本發(fā)明的特定實例性實施例的具有電路的數(shù)字裝置的示意圖，所述電路用于監(jiān)測外部頻率確定元件/振蕩器的操作，及如果所述外部頻率確定元件/振蕩器出現(xiàn)故障，那么發(fā)信號通知所述數(shù)字裝置的處理器。數(shù)字裝置100包括處理器102、備用時鐘104、計時器計數(shù)器106、電壓比較器108、電壓參考110、電流吸收器112、電壓存儲電容器116、二極管118、直流(DC)阻擋電容器120、緩沖器122及振蕩器反相器124。振蕩器反相器124耦合到外部頻率確定元件128 (例如，晶體、陶瓷諧振器等)以及負載電容器130及132。負載電容器130及132中的一者或兩者可用作由振蕩器反相器124及頻率確定元件128形成的主要時鐘振蕩器的反饋及/或頻率調整組件。預期且在本發(fā)明的范圍內，二極管118及/或電壓存儲電容器116及阻擋電容器120可在數(shù)字裝置100內部或外部，例如，不是包括數(shù)字裝置100的集成電路裸片及/或集成電路封裝(未展示)的部分，而是與其在外部連接。通常，包括振蕩器反相器124及頻率確定元件128的主要時鐘振蕩器提供時鐘信號脈沖列(例如，多個時鐘脈沖(圖2的時序圖A))到處理器102及計時器計數(shù)器106。計時器計數(shù)器106計數(shù)來自主要時鐘振蕩器的某一脈沖數(shù)目，且當已計數(shù)到所述某一脈沖數(shù)目時將把處理器102喚醒。然而，如果主要時鐘振蕩器的任何組件出于任何原因而出現(xiàn)故障(例如，外部組件(頻率確定元件128及/或負載電容器130及132中的一者或一者以上)出現(xiàn)故障)，或到裸片或封裝的連接出現(xiàn)故障，那么計時器計數(shù)器106將永不計數(shù)到高達來自主要時鐘振蕩器的某一脈沖數(shù)目以便周期性地喚醒處理器102。根據本發(fā)明的教示，延遲及監(jiān)測電路在主要時鐘振蕩器是操作的(正適當?shù)毓ぷ?時充電到第一邏輯電平，且如果主要時鐘振蕩器出現(xiàn)故障，那么放電(暫停)到第二邏輯電平。當處于第二邏輯電平時來自此延遲電路的輸出可用以警告(中斷)處理器102使得可由處理器102起始主要時鐘振蕩器故障錯誤例程。如果所述時鐘振蕩器出現(xiàn)故障，那么數(shù)字裝置100可使用內部備用時鐘振蕩器104。延遲及監(jiān)測電路確保，如果處理器102處于休眠模式中那么將醒來，且當處于其操作模式中時被警告使用備用時鐘104。備用時鐘振蕩器104也可以是處理器通常用于其操作的內部時鐘，且主要時鐘振蕩器(具有高穩(wěn)定性頻率確定元件128)可結合處理器內部振蕩器(例如，備用時鐘振蕩器104) —起用作精密計時器?，F(xiàn)在參考圖2，其描繪圖I中所展示的數(shù)字裝置的示意圖中的各個信號點的示意性電壓-時間波形。來自主要時鐘振蕩器的多個時鐘脈沖(波形A)經由阻擋電容器120耦合到二極管118。二極管118對電壓存儲電容器116進行整流(僅使正電壓分量-波形B
通過)，借此將電壓存儲電容器116充電到大致等于多個脈沖的電壓值的正電壓(波形C)。如果緩沖器122的輸出應被強迫到穩(wěn)態(tài)邏輯高(“I”)，那么也使用阻擋電容器120來阻擋DC。電流吸收器112從電壓存儲電容器116不斷地汲取恒定電流，但此恒定電流實質上小于當來自主要時鐘振蕩器的多個脈沖是操作時從二極管118供應的充電電流。然而，如果主要時鐘振蕩器停止工作(也就是說，并沒有多個脈沖將電壓存儲電容器116充電)，那么電流吸收器112將對電壓存儲電容器116上的電壓電荷進行線性降低汲取(波形C)。電壓比較器108用以在主要時鐘振蕩器正在工作時及在其未工作時產生信號到處理器102?？蓪㈦妷罕容^器108的輸出連接到處理器102(例如，用于中斷或喚醒的輸入)，其中當電壓比較器108的輸出處于第一邏輯電平(例如，邏輯低(“0”))時，處理器102以正常方式發(fā)揮作用(主要時鐘振蕩器正在運行)，且當電壓比較器108的輸出處于第二邏輯電平(例如，邏輯高(“I”)時，警告處理器102主要時鐘振蕩器已停止發(fā)揮作用(波形D)。通過將電壓存儲電容器116上的電壓與來自電壓參考110的參考電壓(Vref)比較來確定來自電壓比較器108的輸出邏輯電平。當電壓存儲電容器116上的電壓電荷大于Vref時，電壓比較器108的輸出處于第一邏輯電平,且當電壓存儲電容器116上的電壓電荷等于或小于Vref時，電壓比較器108的輸出處于第二邏輯電平。最初，在電力接通復位(POR)或節(jié)電接通復位(BOR)期間，可忽略來自比較器108的輸出直到電壓存儲電容器116已通過從主要時鐘振蕩器接收初始幾個時鐘脈沖而充電到高達正常操作電壓(外部時鐘操作)。電壓參考110可以是耦合于供應電壓及供應共用點、帶隙電壓參考等之間的電阻器網絡分壓器。處于第二邏輯電平的電壓比較器108的輸出可用以產生中斷，所述中斷可接著從低功率休眠狀態(tài)(模式)喚醒處理器102，或另一選擇為，中斷處理器102的常規(guī)操作且設定主要時鐘振蕩器故障旗標。比較器108及電壓參考無需精確，這是因為僅需要從正常操作的粗略偏差來將比較器108的輸出切換到第二邏輯電平。電流吸收器112針對外部振蕩器故障結合電壓存儲電容器116的電容值及其上的電壓電荷確定暫停時間周期，且將致使電壓存儲電容器116上的電壓電荷線性地衰減。電流吸收器112將處于比可從主要時鐘振蕩器的多個時鐘脈沖獲得的電流低的電流，以使得電壓存儲電容器116可從此多個時鐘脈沖充電。用于使電壓存儲電容器116上的電壓等于或小于參考電壓的放電時間大于多個時鐘脈沖的一個時鐘周期。在主要時鐘振蕩器的故障之后達到參考電壓的放電時間可以是(舉例來說，但不限于)100微秒。外部時鐘信號(多個時鐘脈沖)不可直接用以將電壓存儲電容器116充電，這是因為如果到二極管118的輸入信號粘滯在邏輯高(例如，約Vdd)，那么電流吸收器112無法使電壓存儲電容器116放電。因此，阻擋電容器120是用以將來自主要時鐘振蕩器的脈沖交流(AC)耦合到二極管118，二極管118僅允許正電壓從中通過，有效地阻擋任何負電壓。作為使用阻擋電容器120的結果，電壓存儲電容器116可僅在來自主要時鐘振蕩器的脈沖正在接通與關斷雙態(tài)切換(存在來自主要時鐘振蕩器的多個時鐘脈沖)時充電。
雖然已通過參考本發(fā)明的實例性實施例來描繪、描述及定義了本發(fā)明的各個實施例，但此類參考并不意味著對本發(fā)明的限定，且不應推斷出存在此限定。所揭示的標的物能 夠在形式及功能上具有大量修改、變更及等效物，相關技術領域的技術人員將聯(lián)想到這些修改、變更及等效物并受益于本發(fā)明。所描繪及所描述的本發(fā)明的各個實施例僅為實例，而不是對本發(fā)明范圍的窮盡性說明。
權利要求
1.一種具有主要時鐘振蕩器監(jiān)測與報警的數(shù)字裝置，其包括 處理器，其具有操作模式及低功率休眠模式； 計時器計數(shù)器，其具有耦合到所述處理器的輸入的輸出及用于接受多個時鐘脈沖的輸A ； 主要時鐘振蕩器，其耦合到所述計時器計數(shù)器的所述輸入及外部頻率確定元件，其中所述主要時鐘振蕩器以由所述外部頻率確定元件確定的頻率產生所述多個時鐘脈沖； 直流DC阻擋電容器，其耦合到所述主要時鐘振蕩器； 二極管，其連接到所述DC阻擋電容器； 電壓存儲電容器，其連接到所述二極管，其中所述電壓存儲電容器經由所述二極管且從所述多個時鐘脈沖充電到一電壓； 電流吸收器，其連接到所述電壓存儲電容器，其中當不從所述多個時鐘脈沖充電時，所述電流吸收器將所述電壓存儲電容器上的所述電壓放電；及 電壓比較器，其具有連接到所述處理器的輸入的輸出、連接到所述電壓存儲電容器的第一輸入及連接到參考電壓的第二輸入，其中 當所述電壓存儲電容器上的所述電壓大于所述參考電壓時，所述電壓比較器的 所述輸出處于第一邏輯電平，且 當所述電壓存儲電容器上的所述電壓小于或等于所述參考電壓時，所述電壓比較器的所述輸出處于第二邏輯電平。
2.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中當所述處理器處于所述低功率休眠模式且所述電壓比較器的所述輸出處于所述第二邏輯電平時，所述處理器返回到所述操作模式。
3.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中當所述處理器處于所述低功率休眠模式且所述電壓比較器的所述輸出處于所述第二邏輯電平時，所述處理器返回到所述操作模式且使用備用時鐘來進行其操作。
4.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中當所述處理器處于所述低功率休眠模式且所述電壓比較器的所述輸出處于所述第二邏輯電平時，所述處理器返回到所述操作模式且執(zhí)行主要時鐘振蕩器故障程序例程。
5.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中當所述處理器處于所述操作模式且所述電壓比較器的所述輸出處于所述第二邏輯電平時，所述處理器使用備用時鐘來進行其操作。
6.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中當所述處理器處于所述操作模式且所述電壓比較器的所述輸出處于所述第二邏輯電平時，所述處理器執(zhí)行主要時鐘振蕩器故障程序例程。
7.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中所述第一邏輯電平為邏輯低且所述第二邏輯電平為邏輯高。
8.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中所述第一邏輯電平為邏輯高且所述第二邏輯電平為邏輯低。
9.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中所述外部頻率確定元件為晶體。
10.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中所述外部頻率確定元件為陶瓷諧振器。
11.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中所述參考電壓由電壓參考供應。
12.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中所述電壓參考為帶隙電壓參考。
13.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中所述參考電壓是從耦合于供應電壓與供應共用點之間的電阻器網絡分壓器供應的。
14.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其中所述電流吸收器為恒定電流吸收器。
15.根據權利要求14所述的數(shù)字裝置，其中所述恒定電流吸收器將所述電壓存儲電容器及時地線性放電。
16.根據權利要求I所述的數(shù)字裝置，其進一步包括在起動后即刻忽略所述電壓比較器的所述輸出直到所述電壓存儲電容器從所述多個時鐘脈沖充電。
17.—種監(jiān)測數(shù)字裝置的主要時鐘振蕩器及在其出現(xiàn)故障后即刻產生報警的方法，所述方法包括 用來自主要時鐘振蕩器的多個脈沖將電壓存儲電容器充電到一電壓； 借助電壓比較器監(jiān)測所述電壓存儲電容器上的所述電壓，其中 當所述電壓存儲電容器上的所述電壓大于參考電壓時，不從所述電壓比較器發(fā)出報警，且 當所述電壓存儲電容器上的所述電壓小于或等于所述參考電壓時，從所述電壓比較器發(fā)出所述報警 '及 在從所述電壓比較器發(fā)出所述報警之后切換到備用時鐘。
18.根據權利要求17所述的方法，其中處理器具有操作模式及低功率休眠模式，所述方法進一步包括當從所述電壓比較器發(fā)出所述報警時將所述處理器從所述低功率休眠模式喚醒到所述操作模式的步驟。
19.根據權利要求17所述的方法，其中處理器具有當從所述電壓比較器發(fā)出所述報警時起始的時鐘故障異常程序例程。
全文摘要
一種故障安全振蕩器監(jiān)測與報警電路從外部振蕩器接收時鐘脈沖，如果所述外部振蕩器發(fā)生故障，那么所述故障安全振蕩器監(jiān)測與報警電路會將所述外部振蕩器故障通知數(shù)字處理器。所述故障安全振蕩器監(jiān)測與報警電路為極低電流使用電路，當所述外部振蕩器正常發(fā)揮作用時，用來自所述外部振蕩器的時鐘脈沖將存儲電容器充電，且如果所述外部振蕩器停止發(fā)揮作用，那么用恒定電流吸收器將所述存儲電容器放電。當所述存儲電容器上的電壓電荷變得小于參考電壓時，將報警信號發(fā)送到所述數(shù)字處理器以用于對所述有故障外部振蕩器進行異常或錯誤處置。
文檔編號G06F1/14GK102782603SQ201180012097
公開日2012年11月14日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權日2010年3月26日
發(fā)明者喬納森·狄龍, 恩里克·阿萊曼, 約瑟夫·朱利謝爾, 維維安·德爾波特 申請人:密克羅奇普技術公司