一种高精度有源RC振荡器的高精度校准方法与流程

一种高精度有源rc振荡器的高精度校准方法
技术领域
1.本发明涉及时钟电路技术领域，特别涉及一种高精度有源rc振荡器的高精度校准方法。


背景技术：

2.目前，在有源rc振荡器的校准方法中，先校准可变电源，再校准可变电阻，最后校准可变电容，无论粗调到任意步进中，在精调步骤中，都能找到一个对应的频率最接近理想频率。
3.但是由于步进不均匀或者不相同，更加趋向曲线性的波动化，由于目标值与当前值之间的步进不均匀，不能准确的估算理想频率校准值，从而不能减少校准次数，不能减少校准时间。


技术实现要素：

4.本发明提供一种高精度有源rc振荡器的高精度校准方法，用以解决有源rc振荡器步进不均匀或者不相同，更加趋向曲线性的波动化，由于目标值与当前值之间的步进不均匀，不能准确的估算理想频率校准值，从而不能减少校准次数，不能减少校准时间的情况。
5.在具体实时中一种高精度有源rc振荡器的高精度校准方法，包括误差放大器和耦合器，误差放大器和耦合器与有源rc振荡器电连接，包括：
6.在有源rc振荡器上电后，获取目标震荡信号；
7.震荡信号通过误差放大器，生成震荡方波信号；
8.通过震荡方波信号，确定与目标震荡信号的误差曲线；
9.通过误差曲线耦合器，发出耦合信号，对有源rc振荡器进行信号校准。
10.作为一种可能的实施方式：所述方法还包括：
11.时钟模块，时钟模块与有源rc振荡器电连接，记录震荡信号在一个周期内的上升时间和下降时间；
12.时钟模块包括：
13.时基单元，用于生成基准时钟信号，对震荡信号进行；
14.信号调理单元，用于对震荡信号的电压进行信号调压，生成第一震荡信号；
15.pll倍频单元，用于对第一震荡信号进行频率翻倍，生成第二震荡信号；
16.时基单元，用于将第二震荡信号的频率转换为统一频率，生成第三震荡信号；
17.频率合成单元，用于将第三震荡信号通过鉴相器和滤波器进行锁相滤波，生成目标震荡信号。
18.作为一种可能的实施方式：所述滤波器包括电感l1，电容c1、电容c2、
19.电感l1的一端连接至有源rc振荡器，电感l1的另一端连接至误差放大器；
20.电容c1的一端连接至有源rc振荡器，电容c1的另一端对地连接，电容c2的一端连接至误差放大器，电容c2的另一端对地连接；
21.有源rc振荡器和差放大器分别对地连接。
22.作为一种可能的实施方式：所述方法还包括：
23.在有源rc振荡器上连接启动电路、基准电路和偏置电路；其中，
24.启动电路和基准电路电连接，基准电路和偏置电路电连接；
25.启动电路用于提供驱动电压；
26.基准电路用于为有源rc振荡器设置基准电压；
27.偏置电路用于为有源rc振荡器提供理想基准电路和理想基准电压。
28.作为一种可能的实施方式：所述方法还包括：
29.确定有源rc振荡器的时钟电路的网络节点；
30.设置网络节点的初始时钟速率和相位，并为每个网络节点设置公共的同步周期，根据网络节点分布构建网络拓扑结构；
31.通过连接关系将网络节点与相邻网络节点进行信息交换；
32.在接收到信息的时刻记录网络节点本地时钟读数并根据其自身的时钟读数和接收的信息内容进行延时补偿和测量值校正；
33.基于网络节点间的通信获取网络节点间测量的时间戳，即相对时钟速率；
34.最后计算出网络节点读数的同步误差，通过判断误差是否超过阈值决定是否结束循环。
35.作为一种可能的实施方式：所述方法还包括：
36.通过有源rc振荡器连接热敏电路；
37.热敏电路由第一运算放大器、第二运算放大器、数字发生器、稳压电阻和负温度系数的铂电阻构成；
38.铂电阻和第一运算放大器构成第一热敏监测端口，铂电阻连接到第一运算放大器正向输入端；
39.数字发生器和稳压电阻构成测量驱动端，并连接到第二运算放大器反向输入端，进行监测输出。
40.作为一种可能的实施方式：所述热敏电路包括如下执行步骤：
41.热敏电路中的铂电阻作为温度传感器监测有源rc振荡器的温度；
42.第一运算放大器将热敏电路监测到的温度的电压信号进行放大，生成热敏信号；
43.热敏信号通过数字发生芯片进行功率测量，并在测量后生成脉冲驱动信号；
44.脉冲驱动信号驱动第二运算放大器正向输入端连接pwm发生器并将其与固定基准电压的误差放大，并通过反馈电阻反馈到开关晶体管的基极，利用开关晶体管导通特性进行温度阈值检测；
45.当热敏电路的供电电压上升时，第二运算放大器的正向输入端的电压上升，其输出到开关晶体管基极的电压上升，从而增强开关开关晶体管的导通特性，通过导通特性，生成温度曲线。
46.作为一种可能的实施方式：所述方法还包括：
47.基于耦合信号，配置有源rc振荡器的时钟频率和校准精度；其中，
48.参考时钟频率为频率阈值，具备阈值区间；
49.通过参考时钟频率和校准精度，生成多个基于信号耦合的二元一次线性方程，进
行线性拟合，确定线性拟合的给定值集合；其中，
50.每个参考时钟频率和每个校准精度为一组，每一组生成一个二元一次线性方程；
51.将给定值集合划分为训练集和测试集，并带入预设的深度神经校准网络，生成局部拟最优解和全局拟合最优解；其中，
52.局部拟合最优解的终止条件为正弦波形在一个周期内不产生信号畸变；
53.全局拟合最有解的终止条件为正弦波形在多个周期内的相同，且不产生信号畸变；
54.通过局部拟最优解和全局拟合最优解，确定有源rc振荡器的校准控制参数。
55.作为一种可能的实施方式：所述误差放大器包括多个频段的信号接收端和信号放大端，每个信号接收端均配置有频段调节器；其中，
56.频段调节器用于对每个信号接收端的频段范围进行调节；
57.频段调节器包括第一信号通道和第二信号通道，第一信号通道用于接收目标震荡信号对应目标频段范围的第一信号，第二信号通道用于接收目标频段范围外的噪声频段信号；
58.信号接收端将第一信号通过时间进行波段划分，生成震荡方波信号的下降沿信号，信号接收端将噪声频段信号通过时间进行波段划分，生成震荡方波信号的上升沿信号，融合上升沿信号和下降沿信号，构成震荡方波信号。
59.作为一种可能的实施方式：所述误差曲线耦合器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；
60.第一端口为时钟信号输入端口，用于对生成的耦合信号进行频率监督，确定有源rc振荡器的时钟频率；
61.第二端口和第三端口为耦合对比端口；其中，
62.第二端口用于将目标震荡信号和理想震荡信号进行对比，确定第一校准精度；
63.第三端口用于采集多个误差曲线，进行误差曲线对比，确定多个第二校准精度；
64.第四端口为输出端口，用于将耦合器线性耦合的多个给定值集合进行训练，输出校准控制参数。
65.本发明的有益效果在于：
66.相对于现有技术中高精度有源rc振荡器的校准方法，例如相对于专利文件202011030393.2的技术，采用分次校准，将校准分为粗调、细调和精调；三个阶段的方式，本发明不需要这三个步骤，本发明首先通过震荡信号放大，如果存在误差信号，误差信号也会放大。然后将误差信号转化为方波信号，方波信号更加明确每一时刻目标震荡信号的变动幅度。而误差曲线耦合器其发出的是高精度有源rc振荡器的高精度信号的变动幅度曲线，误差曲线耦合器的作用是通过将目标震动信号的变动幅度和高精度信号的预期理想信号的震动幅度进行耦合，从而确定高精度有源rc振荡器误差，进行误差调节，实现高精度校准。
67.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
68.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
69.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
70.图1为本发明实施例中一种高精度有源rc振荡器的高精度校准方法的方法流程图；
71.图2为本发明实施例中时钟模块执行流程图；
72.图3为本发明实施例时钟模块的组成图；
73.图4为本发明实施例中滤波电路组成图；
74.图5为本发明实施例中热敏电路的组成图。
具体实施方式
75.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
76.本发明提出了一种高精度有源rc振荡器的高精度校准方法，包括误差放大器和耦合器，误差放大器和耦合器与有源rc振荡器电连接，包括：
77.在有源rc振荡器上电后，获取目标震荡信号；
78.震荡信号通过误差放大器，生成震荡方波信号；
79.通过震荡方波信号，确定与目标震荡信号的误差曲线；
80.通过误差曲线耦合器，发出耦合信号，对有源rc振荡器进行信号校准。
81.在该实施例中，如附图1所示，通过误差方法其将有源rc振荡器上电后的目标震荡信号进行放大，因为本发明采用的是误差放大器，通过误差放大器会进行实时rc震荡信号和参考震荡信号的比对，然后把这个比对过程中产生的电压转换为方波，转换为方波之后，更加容易确定每个时间点的误差值，所以可以生成误差曲线，确定每时每刻的误差，然后通过耦合器进行信号耦合，耦合器的作用是进行有源rc振荡器进行信号的校准。
82.本发明的有益效果在于：
83.相对于现有技术中高精度有源rc振荡器的校准方法，例如相对于专利文件202011030393.2的技术，采用分次校准，将校准分为粗调、细调和精调；三个阶段的方式，本发明不需要这三个步骤，本发明首先通过震荡信号放大，如果存在误差信号，误差信号也会放大。然后将误差信号转化为方波信号，方波信号更加明确每一时刻目标震荡信号的变动幅度。而误差曲线耦合器其发出的是高精度有源rc振荡器的高精度信号的变动幅度曲线，误差曲线耦合器的作用是通过将目标震动信号的变动幅度和高精度信号的预期理想信号的震动幅度进行耦合，从而确定高精度有源rc振荡器误差，进行误差调节，实现高精度校准。
84.作为一种可能的实施方式：所述方法还包括：
85.时钟模块，时钟模块与有源rc振荡器电连接，记录震荡信号在一个周期内的上升时间和下降时间；
86.时钟模块包括：
87.时基单元，用于生成基准时钟信号；
88.信号调理单元，用于对震荡信号的电压进行信号调压，生成第一震荡信号；
89.pll倍频单元，用于对第一震荡信号进行频率翻倍，生成第二震荡信号；
90.时基单元，用于将第二震荡信号的频率转换为统一频率，生成第三震荡信号；
91.频率合成单元，用于将第三震荡信号通过鉴相器和滤波器进行锁相滤波，生成目标震荡信号。
92.在该实施例中，如附图2和附图3所示，因为有源rc振荡器的精度校准都是基于时钟电路进行调节信号精度的，在这个过程中，会通过给时钟电路在一个周期的时间内进行震荡信号的检测，而在进行检测的过程中，时钟模块会对震荡信号进行调理，调理的作用是进行电压调节，让震荡信号更加便于进行对比，让rc震荡器的信号误差显示的更加清楚，倍频单元时进行震荡信号的频率翻倍调节，实现震荡信号的再次加强。最后通过频率转换，转换为统一频率这是为了进行更加准确的进行对比，最后通过锁相滤波实现目标震荡信号的转化。
93.上述技术方案中，通过上升时间和下降时间的确定，能够确定震荡信号的时间周期；频率翻倍和信号调理，是让震荡信号的误差显示的更加清楚。统一频率是为了进行同频对比，而锁相滤波是为了进行目标震荡信号的转化。
94.作为一种可能的实施方式：所述滤波器包括电感l1，电容c1、电容c2、
95.电感l1的一端连接至有源rc振荡器，电感l1的另一端连接至误差放大器；
96.电容c1的一端连接至有源rc振荡器，电容c1的另一端对地连接，电容c2的一端连接至误差放大器，电容c2的另一端对地连接；
97.有源rc振荡器和差放大器分别对地连接。
98.如附图4所示，在可能的实时方式中或通过滤波电路进行电压调节，滤波，让检测出来的结果更加精确。滤波器由一个电感和两个电容构成，从而实现对震荡信号的杂波信号进行调节。
99.本发明的滤波相对于现有技术，结合了误差放大器，滤波的时候，可以基于放大信号进行滤波，不会将误差信号看作需要进行滤波的其它信号。
100.作为一种可能的实施方式：所述方法还包括：
101.在有源rc振荡器上连接启动电路、基准电路和偏置电路；其中，
102.启动电路和基准电路电连接，基准电路和偏置电路电连接；
103.启动电路用于提供驱动电压；
104.基准电路用于为有源rc振荡器设置基准电压；
105.偏置电路用于为有源rc振荡器提供理想基准电路和理想基准电压。
106.在可能的实施例中，本发明的有源rc振荡器会设置单独连接启动电路、基准电路和偏置电路，然后通过电路驱动有源rc振荡器进行电压的调节，设置对比电压，从而进行更加精确的调节。
107.作为一种可能的实施方式：所述方法还包括：
108.确定有源rc振荡器的时钟电路的网络节点；
109.设置网络节点的初始时钟速率和相位，并为每个网络节点设置公共的同步周期，根据网络节点分布构建网络拓扑结构；
110.通过连接关系将网络节点与相邻网络节点进行信息交换；
111.在接收到信息的时刻记录网络节点本地时钟读数并根据其自身的时钟读数和接
收的信息内容进行延时补偿和测量值校正；
112.基于网络节点间的通信获取网络节点间测量的时间戳，即相对时钟速率；
113.最后计算出网络节点读数的同步误差，通过判断误差是否超过阈值决定是否结束循环。
114.在可能的实施例中，时钟模块是存在网络节点的，网路节点具有初始的时钟速率和相位，能够进行网络的周期性调节，在周期性调节的过程中时钟电路会设置时间戳进行时钟速率的判定，确定误差，最后在循环的过程中对时钟电路的自身，也就是时钟模块的循环调节。
115.网络拓扑结构是用于进行本地时钟读数，从而进行延时补偿和测量值的快速校正，在校正的过程中通过网络节点的同步误差，可以实现对误差的循环读取，循环判断，从而实现误差的快速计算，循环判定。
116.作为一种可能的实施方式：所述方法还包括：
117.通过有源rc振荡器连接热敏电路；
118.热敏电路由第一运算放大器、第二运算放大器、数字发生器、稳压电阻和负温度系数的铂电阻构成；
119.铂电阻和第一运算放大器构成第一热敏监测端口，铂电阻连接到第一运算放大器正向输入端；
120.数字发生器和稳压电阻构成测量驱动端，并连接到第二运算放大器反向输入端，进行监测输出。
121.本发明的原理在于：
122.如附图5所示，本发明的热敏电路是由具有温度感应、测量和驱动输出的动态热敏电路。现有技术中的热敏电路用在有源rc振荡器的检测中，只能检测一个温度，但是只能输出一个温度值，因为是直接监测得出的温度信息，无法构成能够实现不断监测的驱动型的温度曲线，而且现有技术中，热敏电路的驱动电压变化的时候，热敏电路的监测精度就会发生变化，而本发明只是输入温度曲线，不输出具体的温度值，所以能够更加直观的判断温度变化情况，电压变化晶体管的特性变化，对应的在进行有源rc振荡器校准的时候，有源rc振荡器的校准特性也发生变化。
123.因此，可以在对有源rc振荡器进行校准的时候，可以通过热敏感应，去除温度参数的干扰将温度因素作为进行校准过程中的一种干扰参数。
124.现有的有源rc振荡器更多的是适应一个温度区间，本发明是通过温度的变化，有源rc振荡器的信号频率发生变化，从而不同的温度得到的震荡信号不同，使得有源rc振荡器校准的更加准确。
125.作为一种可能的实施方式：
126.所述热敏电路包括如下执行步骤：
127.热敏电路中的铂电阻作为温度传感器监测有源rc振荡器的温度；
128.运算放大器将热敏电路监测到的温度的电压信号进行放大，生成热敏信号
129.热敏信号通过数字发生芯片进行功率测量，并在测量后生成脉冲驱动信号；
130.脉冲驱动信号驱动运算放大器正向输入端连接pwm发生器并将其与固定基准电压的误差放大，并通过反馈电阻反馈到开关晶体管的基极，利用开关晶体管导通特性进行温
度阈值检测；
131.当热敏电路的供电电压上升时，通过反馈电阻的反馈；
132.运算放大器的正向输入端的电压上升，其输出到开关晶体管基极的电压上升，从而增强开关开关晶体管的导通特性，通过导通特性，生成温度曲线。
133.上述技术方案的原理在于：本发明在进行热敏检测的过程中，热敏电路的铂电阻会通过热量实现温度检测，通过温度检测，可以确定有源rc振荡器工作运行的时候产生的温度，及温度区间，通过温度区间和判断有源rc振荡器正常工作的时候，工作的温度范围，热敏电路的供电电压上升，表示温度增加，温度增加的时候铂电阻的阻值增大，进而驱动温度电路的电压随之增大。
134.在上述执行步骤中，铂电阻会随着温度的变化，阻值进行变化，进而反馈对应的有源rc振荡器温度。运算放大器对温度信号进行放大，也就是在铂电阻阻值变化后，热敏电路中的电压信号进行放大，此时电压信号以脉冲信号的方式进行传输，因此可以转化为以波形状态显示的热敏信号，热敏信号通过数字发生芯片内置的功率测算程序进行功率测量，生成了脉冲驱动信号，脉冲驱动信号通过开关晶体管的导通特性，实现温度曲线的生成，而不是直接监测温度，同时驱动电压不同的情况下，温度曲线不同，也可以实现温度监测。
135.本发明在温度监测的过程中，为了得到最准确的温度监测曲线，还通过如下步骤：
136.首先，为了实现不同驱动电压的监测和，本发明构建了第一目标函数，第一目标函数用于确定不同电压下的温度曲线：
[0137][0138]
其中，ui表示第i个驱动电压下的电压参数；t
t
表示第i个驱动电压下，在t时刻的温度参数；上述温度曲线采用无量纲的方式进行计算，便于简化整个监测过程，n表示具有的不同驱动电压的数量；n理论上是无限的，只要监测精度够高，电压都不同，但是本发明在运算的时候，会设定电压区间，每个区间算作相同的电压参数，区间按照具体实施进行设置。
[0139]
步骤2，在目标函数确定之下，设定温度监测的约束条件，生成温度监测的优化模型：
[0140][0141]bi
，
t
表示第i个驱动电压下的在t时刻温度变化的动态系数，υ温度变化损失。y表示优化模型，y的值为优化后温度监测的曲线的坐标值。坐标值的纵轴是时间。s表示温度监测时间；υ的值小于1；
[0142]
通过上述优化模型，第一目标函数减去了温度监测下的温度监测可能产生的偏差，这个偏差是基于温度变化的动态系数生成对应的温度曲线，通过温度曲线的变化，判断有源rc振荡器运行过程中是否因为温度导致了精度偏差，进而作为校准的参数，在这个阶段不需要监测具体的温度值，只是净赚的监测电压变化下，温度的具体变化状态。
[0143]
在一种可能的实施方式中，所述方法还包括：
[0144]
基于耦合信号，配置有源rc振荡器的参考时钟频率和校准精度；其中，
[0145]
参考时钟频率为频率阈值，具备阈值区间；
[0146]
通过参考时钟频率和校准精度，生成多个基于信号耦合的二元一次线性方程，进行线性拟合，确定线性拟合的给定值集合；其中，
[0147]
每个参考时钟频率和每个校准精度为一组，每一组生成一个二元一次线性方程；
[0148]
将给定值集合划分为训练集和测试集，并带入预设的深度神经校准网络，生成局部拟最优解和全局拟合最优解；其中，
[0149]
局部拟合最优解的终止条件为正弦波形在一个周期内不产生信号畸变；
[0150]
全局拟合最有解的终止条件为正弦波形在多个周期内的相同，且不产生信号畸变；
[0151]
通过局部拟合最优解和全局拟合最优解，确定有源rc振荡器的校准控制参数。
[0152]
上述技术方案的原理在于：
[0153]
本发明在进行信号耦合的过程中，会预先配置有源rc振荡器的时钟频率和校准精度，从而实现高精度的校准能力，在这个过程中，时钟频率可以确定频率阈值，频率阈值中存在多个频率信号，这多个频率信号也就是在精度校准的过程不同频率下的信号，而校准精度，就是有源rc振荡器的预期运行精度，通过有源rc振荡器的预期运行精度和多个不同的频率信号，分别生成二元一次线性方程，进行线性拟合，所以可以生成多个线性拟合的给定值。这些给定值在划分为训练集和测试集之后，通过预设的深度神经校准网络，可以确定震荡信号在一个周期内每一时刻的局部最优解，也可以确定震荡信号整个周期的周期最优解。从而确定对应的有源rc振荡器的校准控制参数。对于信号畸变，信号畸变是有源rc振荡器在运行过程中，产生的误差信号导致的信号异常，也就是方波信号中的上升沿信号中超出目标频段范围的噪声信号。进而实现，有源rc振荡器的校准控制。
[0154]
在一种可能的实施方式中，所述误差放大器包括多个频段的信号接收端和信号放大端，每个信号接收端均配置有频段调节器；其中，
[0155]
频段调节器用于对每个信号接收端的频段范围进行调节；
[0156]
频段调节器包括第一信号通道和第二信号通道，第一信号通道用于接收目标震荡信号对应目标频段范围的第一信号，第二信号通道用于接收目标频段范围外的噪声频段信号；
[0157]
信号接收端将第一信号通过时间进行波段划分，生成震荡方波信号的下降沿信号，信号接收端将第二信号通时间进行波段划分，生成震荡方波信号的上升沿信号，融合上升沿信号和下降沿信号，构成震荡方波信号。
[0158]
上述技术方案的原理在于：
[0159]
本发明的误差放大器是由多个频段接收器和多个信号放大器组成，频段接收器作为信号接收端，可以实现震荡信号的接收，然后通过频段调节器，调节每个信号接收端接收的信号频段，进而实现对不同频段的信号进行划分，进而实现目标振荡信号和带有噪声的震荡信号的划分。振荡信号划分之后，上升沿信号和下降沿信号进行融合，构成振荡方波信号。
[0160]
上述技术方案的有益效果在于：
[0161]
本发明可以将噪声信号和目标振荡信号通过不同的通道进行划分，进而实现信号的融合，构成振荡方波信号。
[0162]
在一种可能的实施方式中，所述耦合信号由耦合器发出，耦合信号包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；
[0163]
第一端口为时钟信号输入端口，用于将接收耦合信号，并确定有源rc振荡器的时钟频率；
[0164]
第二端口和第三端口为耦合对比端口；其中，
[0165]
第二端口用于将目标震荡信号和理想震荡信号进行对比，确定第一校准精度；
[0166]
第三端口用于采集多个误差曲线，进行误差曲线对比，确定多个第二校准精度；
[0167]
第四端口为输出端口，用于将耦合器线性耦合的多个给定值集合进行训练，输出校准控制参数。
[0168]
上述技术方案的有益效果在于：
[0169]
本发明的耦合信号是通过耦合器进行发出，耦合信号具有四个信号端口，第一端口属于时钟端口，用于在进行误差曲线耦合的时候，确定耦合信号对应的时钟频率，进而配置有源rc振荡器的参考时钟频率；
[0170]
而第二端口和第三端口，通过将振荡信号的对比确定校准的精度，以及误差曲线的对比校准精度，实现校准精度的确定，在校准精度确定之后通过耦合器的线性耦合训练输出校准参数。
[0171]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。