(57)【要約】  第一発振器（１０２）を較正する方法が開示されている。温度測定値を得るために温度を測定し、前記温度測定値と少なくとも一つの過去温度測定値との違いが閾値量を超えるかどうかの判定を行なう。前記温度測定値と少なくとも一つの過去温度測定値との違いが前記閾値量を超える場合は、基準発振器（１０８、１１０）を使用して第一発振器（１０２）を較正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一発振器を較正する方法であって、前記方法は、
温度測定値を得るために温度を測定することと、
前記温度測定値と少なくとも一つの過去温度測定値との違いが閾値量を超えるかどうかを判定することと、
前記温度測定値と前記少なくとも一つの過去温度測定値との違いが前記閾値量を超える場合は、前記第一発振器を較正するために基準発振器を使用することと、を含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第一発振器を較正する必要が生じると、前記基準発振器を電源投入する要求を発行することを含む
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも一つの過去温度測定値は、前記第一発振器が最後に較正したときの測定温度を含む
ことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一発振器を定期的に較正することを、さらに含む
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記温度を一定の間隔で測定することを含む
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記第一発振器はＲＣ発振器である
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記基準発振器は、前記第一発振器よりも高い周波数を有するＲＣ発振器、または、水晶発振器である
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも一つの過去温度測定値は、メモリに記憶される
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
複数の過去温度測定値を前記メモリに格納することと、前記複数の過去温度測定値を後続の温度測定値と比較することと、を含む
ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記メモリの各温度値は、それと関係付けられた較正結果を有する
ことを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
新たな較正が行なわれると、前記温度測定値および対応する較正結果を前記メモリに追加することを含む
ことを特徴とする、請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
複数の基準発振器が設けられて前記メモリには温度値およびそれと関係付けられた較正結果からなる複数のデータ集合体が含まれ、前記複数のデータ集合体の各集合体が異なる基準発振器に対応する
ことを特徴とする、請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
複数の基準発振器が設けられる
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記閾値量は、基準発振器の種類に応じて異なる値が割り当てられる
ことを特徴とする、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
温度センサが自動的に前記温度を測定することを含む
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記温度測定値が所定の上限閾値を超えているか、または、所定の下限閾値を下回っているかどうかを前記温度センサが判定することを含む
ことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記温度センサが、前記温度が所定のもしくは前記上限閾値を超えたか、または、所定のもしくは前記下限閾値を下回ったことを示す信号を自動的に発信し、その後に前記温度測定値に基づいて前記上限閾値および前記下限閾値を自動的に更新することを含む
ことを特徴とする、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記閾値量は、異なる温度ごとに、または、異なる温度範囲ごとに異なる値が割り当てられる
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
第一発振器と、
基準発振器と、
温度感知部と、
前記第一発振器を較正するための較正部と、
少なくとも一つの過去温度測定値を格納するメモリと、を備える装置であって、
前記装置は、前記温度感知部による温度測定値と前記少なくとも一つの過去温度測定値との違いが閾値量を超えるかどうかを判定し、前記温度測定値と前記少なくとも一つの過去温度測定値との違いが前記閾値量を超える場合は、前記第一発振器を較正するために前記基準発振器を使用するよう構成される
ことを特徴とする装置。
【請求項２０】
前記第一発振器を較正する必要が生じると、前記基準発振器を電源投入する要求を発行するよう、さらに構成される
ことを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの過去温度測定値は、前記第一発振器が最後に較正したときの測定温度を含む
ことを特徴とする、請求項１９または請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第一発振器を定期的に較正するよう、さらに構成される
ことを特徴とする、請求項１９乃至請求項２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記温度を一定の間隔で測定するよう、さらに構成される
ことを特徴とする、請求項１９乃至請求項２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記第一発振器はＲＣ発振器である
ことを特徴とする、請求項１９乃至請求項２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
前記基準発振器は、前記第一発振器よりも高い周波数を有するＲＣ発振器、または、水晶発振器である
ことを特徴とする、請求項１９乃至請求項２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記少なくとも一つの過去温度測定値は、前記メモリに記憶される
ことを特徴とする、請求項１９乃至請求項２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
複数の過去温度測定値を前記メモリに格納し、前記複数の過去温度測定値を後続の温度測定値と比較するよう、さらに構成される
ことを特徴とする、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記メモリの各温度値は、それと関係付けられた較正結果を有する
ことを特徴とする、請求項２６または請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
新たな較正が行なわれると、前記温度測定値および対応する較正結果を前記メモリに追加するよう、さらに構成される
ことを特徴とする、請求項２６乃至請求項２８のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
前記メモリには温度値およびそれと関係付けられた較正結果からなる複数のデータ集合体が含まれ、前記複数のデータ集合体の各集合体が異なる基準発振器に対応する複数の基準発振器を備える
ことを特徴とする、請求項２６乃至請求項２９のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
複数の基準発振器を備える
ことを特徴とする、請求項１９乃至請求項２９のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
前記閾値量は、基準発振器の種類に応じて異なる値が割り当てられる
ことを特徴とする、請求項３０または請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記温度センサは、自動的に温度を測定するように構成される
ことを特徴とする、請求項１９乃至請求項３２のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
前記温度センサは、前記温度測定値が所定の上限閾値を超えているか、または、所定の下限閾値を下回っているかどうかを判定するよう、さらに構成される
ことを特徴とする、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記温度センサは、前記温度が所定のもしくは前記上限閾値を超えたか、または、所定のもしくは前記下限閾値を下回ったことを示す信号を自動的に発信し、その後に前記温度測定値に基づいて前記上限閾値および前記下限閾値を自動的に更新するよう、さらに構成される
ことを特徴とする、請求項３３または請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記閾値量は、異なる温度ごとに、または、異なる温度範囲ごとに異なる値が割り当てられる
ことを特徴とする、請求項１９乃至請求項３５のいずれかに記載の装置。
【請求項３７】
前記装置の一部または全部は、共有集積回路上に設けられる
ことを特徴とする、請求項１９乃至請求項３６のいずれかに記載の装置。
【請求項３８】
前記基準発振器は、前記共有集積回路の外部にある
ことを特徴とする、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記温度感知部は、前記共有集積回路の外部にある
ことを特徴とする、請求項３７または請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
第一発振器と、
前記第一発振器を較正するための較正部と、
少なくとも一つの過去温度測定値を格納するメモリと、
ｉ）温度感知部、および、基準発振器からの信号を受信するための入力部、ｉｉ）基準発振器、および、温度感知部からの信号を受信するための入力部、ｉｉｉ）基準発振器からの信号を受信するための入力部、および、温度感知部からの信号を受信するための入力部、という特徴または特徴の組み合わせのうちの少なくとも一つと、を備える集積回路であって、
前記集積回路は、前記温度感知部による温度測定値と前記少なくとも一つの過去温度測定値との違いが閾値量を超えるかどうかを判定し、前記温度測定値と前記少なくとも一つの過去温度測定値との違いが前記閾値量を超える場合は、前記第一発振器を較正するために前記基準発振器、または、基準発振機から受信した前記信号を使用するよう構成される
ことを特徴とする集積回路。
【請求項４１】
適切なプロセッサ上で実行されると、第一発振器を較正するよう前記プロセッサを構成するソフトウェア、またはソフトウェア記憶媒体であって、該較正は、
温度測定値を受信するステップと、
前記温度測定値と少なくとも一つの過去温度測定値との違いが閾値量を超えるかどうかを判定するステップと、
前記温度測定値と前記少なくとも一つの過去温度測定値との違いが前記閾値量を超える場合は、前記第一発振器を較正するために基準発振器を使用するステップと、を実行することによって行なう
ことを特徴とする、ソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項４２】
前記第一発振器を較正する必要が生じると、前記基準発振器を電源投入する要求を発行するよう前記プロセッサをさらに構成する
ことを特徴とする、請求項４１に記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項４３】
前記少なくとも一つの過去温度測定値は、前記第一発振器が最後に較正したときの測定温度を含む
ことを特徴とする、請求項４１または請求項４２に記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項４４】
前記第一発振器を定期的に較正するよう前記プロセッサをさらに構成する
ことを特徴とする、請求項４１乃至請求項４３のいずれかに記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項４５】
前記温度を一定の間隔で測定するよう前記プロセッサをさらに構成する
ことを特徴とする、請求項４１乃至請求項４４のいずれかに記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項４６】
前記少なくとも一つの過去温度測定値は、メモリに記憶される
ことを特徴とする、請求項４１乃至請求項４５のいずれかに記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項４７】
複数の過去温度測定値を前記メモリに格納し、前記複数の過去温度測定値を後続の温度測定値と比較するよう前記プロセッサをさらに構成する
ことを特徴とする、請求項４６に記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項４８】
前記メモリの各温度値は、それと関係付けられた較正結果を有する
ことを特徴とする、請求項４６または請求項４７に記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項４９】
新たな較正が行なわれると、前記温度測定値および対応する較正結果を前記メモリに追加するよう前記プロセッサをさらに構成する
ことを特徴とする、請求項４６乃至請求項４８のいずれかに記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項５０】
前記メモリには温度値およびそれと関係付けられた較正結果からなる複数のデータ集合体が含まれ、前記複数のデータ集合体の各集合体が複数の基準発振器の各々に対応する
ことを特徴とする、請求項４６乃至請求項４９のいずれかに記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項５１】
前記閾値量は、異なる温度ごとに、または、異なる温度範囲ごとに異なる値が割り当てられる
ことを特徴とする、請求項４１乃至請求項５０のいずれかに記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【請求項５２】
前記閾値量は、基準発振器の種類に応じて異なる値が割り当てられる
ことを特徴とする、請求項４１乃至請求項５１のいずれかに記載のソフトウェア、またはソフトウェア媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、正確な電子発振器、特に、その較正に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの電子回路は、クロック源を必要とする。このクロック源は、一般的に、マイクロプロセッサを含む回路にある高周波水晶発振器である。しかし、このような高周波水晶発振器には、かなりの電流が流れる。したがって、電力消費が気になる応用例については、一部のタイミング機能に対し、追加的または代替的に、比較的低電力で低周波のクロック源を使用するのが望ましい可能性がある。
【０００３】
このような構成は、主マイクロプロセッサとその高周波水晶発振器をできるだけ多くの時間にわたって電源切断状態のまま保つことによってバッテリ寿命を節約することができるバッテリ駆動機器においては特に望ましい。このような状況では、低周波発振器とそれに関係付けられたタイマを使用し、正確な時刻に（例えば、後で説明するような低平均電力伝送プロトコルを満たす）最小の消費電力で、マイクロコントローラおよび高周波水晶発振器用の覚醒信号を生成することができる。
【０００４】
一般に、低周波クロック信号は、低周波水晶発振器（例えば、３２.７６８キロヘルツの水晶発振器）または弛張発振器回路（例えば、抵抗・コンデンサ（ＲＣ）発振器）を用いて生成される。
【０００５】
３２.７６８キロヘルツの水晶発振器は、比較的低い消費電流（例えば、０.５マイクロアンペア）で高精度（例えば、±３０百万分率（ｐｐｍ））を発揮することができる。しかし、大きくて個別の構成要素である外部水晶発振器を必要とするので、プリント回路基板（ＰＣＢ）上でかなりのスペースを占める。この点は、携帯電話などのスペースに制約のあるデバイスでは大きな欠点となり得る。また、集積回路に接続するために二本の追加チップピンも必要となる。また、外部水晶発振器は、回路の総コストを大幅に押し上げる可能性がある。 
【０００６】
対照的に、完全に統合された弛張発振器回路は、チップピンを占有しないので外部構成要素の必要性がなくなる。また、水晶発振器よりもかなり安価でありながら、消費電流は水晶発振器と同じ程度まで低くすることができる。しかし、水晶発振器よりもはるかに精度が劣り、典型的な精度は±３０万ｐｐｍである。（プログラマブル抵抗を適切に調整するなどして）注意深く較正すれば、この精度は約±１万ｐｐｍまで向上させることができるが、それでも水晶発振器より３００〜１０００倍程度悪い。
【０００７】
応用例で優れた電力効率を達成するためには、正確なタイミングがしばしば重要となる。パケットベースの伝送と時分割多重化（ＴＤＭ）を用いる低電力無線システムにおいて特にこのことが当てはまる。この状況では、スレーブデバイス上のほとんどの回路は、多くの時間はスリープ状態となり、低周波タイマを使用して適切な時に必要な部品を覚醒させ、マスタ送信機からの着信パケットを受信して処理することができる。５００マイクロ秒のパケットが１秒毎に送信された場合、パケットを受信して受信確認を行なうことは、約１ミリ秒前後しかかからない。したがって、正確なクロックを使えば、最大９９.９％の時間にわたってシステムの電力消費を大幅に下げることが可能なはずである。
【０００８】
しかし、タイマを駆動する低周波クロックが不正確である場合、クロックが遅いせいで送信されたパケットを失う可能性を最小限にするために、安全策を取って無線受信ウィンドウを早めに開くことが必要になる。したがって、不正確なクロックは、受信回路とマイクロプロセッサを必要以上に早く覚醒しなければならないので電力を無駄に消費することになってしまう。よく較正された弛張発振器がそうであるように、たとえ発振器が±１万ｐｐｍの精度を持っていたとしても、マイクロコントローラは、休止期間の終了前１％、つまり、１秒間の休止期間に対して１０ミリ秒早く覚醒させる必要がある。すると、受信機は、理想的な１ミリ秒ではなく１１ミリ秒間覚醒することになり、スレーブデバイスのバッテリ寿命を大幅に減少させることにつながる。
【０００９】
英国特許第２４８８０１３号には、±１００ｐｐｍの精度を達成することができる改良型低電力発振器が記載されている。その精度は、第一周波数と第二周波数との間で切り替えるように構成された、ＲＣ発振器等の低周波数発振器を使用して達成される。この切り替えは、目標周波数の入力担当者が決定した間隔で、発振器の平均出力周波数が該目標周波数に近似するように行なわれる。これによって、該発振器は、スレーブデバイスを駆動するタイマの精度を向上させることができ、ある程度は上述の問題点を軽減することができる。
【００１０】
しかし、ＲＣ発振器のような低電力発振器は、一般的に、長時間動作しつつ一定で正確な周波数を維持することはなく、温度および他の要因のような周囲条件が変化している場合はなおさらである。したがって、低電力発振器は、一定で正確な周波数が維持されることを保証するために較正する必要があり、そうしないと、発振器を使用するデバイスの電力効率が上述した理由のせいで損なわれることになる。ただし、較正は、高電力水晶発振器のような高精度の基準クロックを必要とする。基準クロックは、使用するたびに電源投入する必要があり、これもまたデバイスの電力効率に支障となる。したがって、少なくとも、較正と関係付けられた高電力必要性の問題を改善することによって、タイミングに関して低電力発振器に依存するスレーブデバイスのバッテリ寿命をさらに増加することができる改良型低電力発振器が依然として必要である。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、改良型低電力発振器を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明は、第一発振器を較正する方法であって、前記方法は、
温度測定値を得るために温度を測定することと、
前記温度測定値と少なくとも一つの過去温度測定値との違いが閾値量を超えるかどうかを判定することと、
前記温度測定値と前記少なくとも一つの過去温度測定値との違いが前記閾値量を超える場合は、前記第一発振器を較正するために基準発振器を使用することと、を含む。
【００１３】
本発明は、装置にまで及び、前記装置は、
第一発振器と、
基準発振器と、
温度感知部と、
前記第一発振器を較正するための較正部と、を備え、
前記装置は、前記温度感知部による温度測定値と少なくとも一つの過去温度測定値との違いが閾値量を超えるかどうかを判定し、前記温度測定値と前記少なくとも一つの過去温度測定値との違いが前記閾値量を超える場合は、前記第一発振器を較正するために前記基準発振器を使用するよう構成される。
【００１４】
前述した装置の一部または全部は、共有集積回路上に設けてもよい。しかし、一連の実施形態において、前記基準発振器は、外部にある。一部の実施形態において、前記温度感知部は、外部にある可能性が高い。したがって、本発明は、これまで提示した装置的特徴を備えるが、前記基準発振器の代わりに基準発振器からの信号、および／または、前記温度感知部の代わりに温度感知部からの信号を受信するための入力部を備える集積回路にも及ぶ。
【００１５】
本発明は、適切なプロセッサ上で実行されると、第一発振器を較正するよう前記プロセッサを構成するソフトウェア、およびソフトウェア記憶媒体にまで及び、該較正は、
温度測定値を受信するステップと、
前記温度測定値と少なくとも一つの過去温度測定値との違いが閾値量を超えるかどうかを判定するステップと、
前記温度測定値と前記少なくとも一つの過去温度測定値との違いが前記閾値量を超える場合は、前記第一発振器を較正するために基準発振器を使用するステップと、を実行することによって行なう。
【００１６】
このように、本発明に従って、発振器は、前記温度と測定値との違いが閾値量を超えると基準発振器によって較正される。本出願人は、特定の発振器（例えば、低周波ＲＣ発振器）が一定の温度で安定した周波数を保持することができる、すなわち、任意の所与の温度での前記発振器の発振周波数は、前記発振器がその温度のままでいるか、または、異なる温度で動作していた前記発振器がその温度に戻った場合、同一または実質的に同一であることがよく分かった。この種の発振器のこの特性を利用して、温度変化が原因で必要になると高電力基準発振器を用いて低電力の第一発振器を較正するがそれ以外のときには稀にしか、または、まったく行なわないことによって、基準発振器の電源投入すべき時間量を減らすことができる。こうすれば、全体の消費電力を減少させることができる。
【００１７】
したがって、一連の好ましい実施形態において、前記第一発振器を較正する必要が生じると、前記基準発振器を電源投入する要求が発行される。こうすれば、不要のときは前記基準発振器の電源を切ることができる。しかし、前記基準発振器は、他の目的のために必要となる場合があるので（例えば、内蔵マイクロプロセッサのクロックとして）、較正が必要になったときはすでに実行中かもしれないし、および／または、較正が実行された後も実行中のままであるかもしれない。
【００１８】
一連の実施形態において、前記第一発振器はＲＣ発振器である。この発振器は、電力消費量が比較的低くてすむ。しかし、他のタイプの発振器を使用してもよく、例えば、前記第一発振器はリング発振器であってもよい。前記第一発振器の周波数は、前記基準発振器の周波数より低くてもよい。
【００１９】
前記基準発振器は、高周波ＲＣ発振器または水晶発振器であってもよい。前記基準発振器は、実質的に温度とは無関係な発振周波数を有することが好ましい。
【００２０】
一部の環境において、または、一部の応用例に対して、前記温度は、長時間にわたって著しい変動はない。しかし、前記第一発振器の動作、よって、その精度は、バックグラウンドドリフトなど温度以外の要因によって影響され得る。したがって、一部の実施形態において、前記第一発振器は、たとえ温度によって促されなくても、定期的に較正される。前記発振器が温度測定値に応答して較正されてから所定の期間が経過した場合、定期的な較正を行なってもよい。そのような較正の間隔は固定であっても可変であってもよい。一部の実施形態においては、前記第一発振器の精度に関する履歴データに応じて変化させてもよい。例えば、（回路が温度以外の要因によってそれほど影響されないなどの理由で）前記第一発振器が比較的正確であると判断された場合、較正の間隔を大きくすることができる。これにより、前記基準発振器がスリープ状態でいられる時間を長くすることができ、電力を節約することができる。
【００２１】
一連の実施形態において、前記温度は、タイマから提供される信号に応答するなど一定の間隔で測定される。大きな温度変化を検出して必要に応じ前記発振器を較正するために、十分に頻繁に前記温度を監視することが保証されるべきである。前記温度は、定期的な「バックグラウンド」較正が行なわれる場合も、測定してよい。一部の実施形態において、前記温度は、温度センサを含む非同期回路によって測定される。前記非同期回路は、連続的に前記温度を監視することができる。前記非同期回路は、割り込み信号が最後に送信されたときの前記温度と比較して所定量を超える温度変化があった場合、前記較正部に割り込み信号を送信してもよい。前記割り込み信号は、温度データを含んでもよいし、前記温度測定部に測定を促すだけでもよい。
【００２２】
前記少なくとも一つの過去温度測定値は、メモリに格納してもよい。一連の実施形態においては、今回の測定温度と前記第一発振器が最後に較正したときの測定温度との間の比較のみ行なわれる。これによって、前記第一発振器は、前記温度が前記閾値量だけ変化したときは必ず較正されることになる。前記閾値量は、例えば、前回の較正が指定された精度を満たすには不十分となるほどの大きな温度変化がある場合には前記発振器が較正されることを保証するために設定する必要がある。
【００２３】
別の一連の実施形態によれば、特に、（低周波ＲＣ発振器のような）特定の発振器は所定の温度で安定であるという出願人の観察を考慮した場合、複数の過去温度測定値を前記メモリ内に格納しておき後続の温度測定値と比較する。こうすれば、異なる複数の温度で実行された較正に対応する複数の較正結果を探索用テーブルに格納しておくことができる。前記較正結果は、前記基準発振器を使用した再較正を行なわずに前記発振器を補正するために使用することができる、バイアス値や補正値やオフセット値などの値であればよい。
【００２４】
この構成の利点は、予め格納された全ての値と閾値量だけ前記温度が異なる場合にのみ新たな較正を行なうようにすることができる点である。こうすれば、さらに較正の回数を（したがって、消費電力も）減らすことになる。
【００２５】
前記メモリの各温度値は、それと関係付けられた較正結果を有してもよい。新たな較正が行なわれると、前記温度測定値および対応する較正結果を前記メモリに追加することができる。こうすれば、デバイス固有の探索用テーブルを構築することができ、前記温度に起因する較正の必要性を徐々に減らすことができる。
【００２６】
上述のように、前記第一発振器の精度は、温度以外の要因によって影響され得る。したがって、較正結果が既に前記メモリに存在する温度で、またはそれに近い温度で前記第一発振器をときどき、例えば、定期的に較正することは有益であるかもしれない。このような較正が行なわれると、前記メモリ内にあって前記温度に対応する前記較正結果を更新することができる。必要に応じて、前記温度は、格納されている前記温度と全く同じではない場合にも格納してもよい。
【００２７】
前記基準発振器は、任意の適切な種類であればよい。例えば、高周波ＲＣ発振器および水晶発振器は、両方とも高精度のタイミングを提供することができる。しかし、前記温度センサから提供される前記温度測定値は、前記基準発振器から温度センサに提供される基準周波数に依存し得る。例えば、前記温度センサは、温度依存周波数を有するリング発振器を使用してもよいが、この場合、前記温度依存周波数は、前記温度を決定するために前記基準発振器からの基準周波数と比較される。したがって、前記温度測定値は、前記基準周波数を提供する前記基準発振器、例えば、基準発振器の種類（高周波ＲＣ発振器、水晶発振器など）に依存する場合がある。
【００２８】
例えば、前記基準発振器が水晶発振器または高周波ＲＣ発振器である場合、前記基準発振器を稼働させるために電力を必要とするかもしれないが、前記温度測定は、一般的に、較正よりもはるかに迅速に行なうことができる（例えば、１０ミリ秒と比較して１０マイクロ秒程度）ので、温度測定のためのエネルギーは、較正のためのものより少なくて済む。したがって、頻繁に温度測定をするが較正は稀にしか行なわなければ、頻繁に較正を伴う方法と比較して、まだかなりのエネルギー節約になる。
【００２９】
一連の実施形態において、複数の基準発振器が設けられる。これらは、異なる種類のものであってもよい。一連の実施形態において、過去に格納された温度値は、どちらの基準発振器、例えば、どんな種類の基準発振器が測定を行なうために使用されたかの表示と関係付けられている。したがって、前記メモリは、過去温度測定値を各発振器ごとに含むことができる。例えば、温度測定値は、前記基準発振器が第一タイプ、例えば水晶発振器、の場合は第一メモリ位置に記録し、前記基準発振器が前記第一タイプとは異なる第二タイプ、例えば高周波ＲＣ発振器、の場合は第二メモリ位置に記録してもよい。
【００３０】
デバイスが複数の基準発振器を有する場合には、較正を実行するために既に稼働している基準発振器を優先的に使用するように設定してもよい。こうすれば、わざわざ較正のために発振器を電源投入するよりエネルギー効率が良い。
【００３１】
一連の実施形態において、前記メモリには温度値およびそれと関係付けられた較正結果からなる複数のデータ集合体が含まれ、前記複数のデータ集合体の各集合体は異なる基準発振器に対応する。こうすれば、上述したやり方で各基準発振器ごとに探索用テーブルを構築することができる。
【００３２】
温度を測定することと、温度変化があったかどうかを判定することと、必要に応じて、温度変化があったことを示す信号を温度測定モジュールから中央プロセッサに送信することと、に関連するステップは自動的に発生するのが望ましいかもしれない。特に、これらのステップがハードウェアによって自動的に実施されることが望ましい。これによって、ソフトウェアとの相互作用は、閾値を超える温度変化があったときに実行されるステップに限定され、有益である。
【００３３】
一部の実施形態において、前記温度は、例えば、周期的に、連続的に、サンプリングスケジュールに従って、ある事象に応答して、または、前述したように前記温度が所定量だけ変化した場合、自動的に温度を測定するよう構成されたハードウェアを有する温度センサによって測定される。前記過去温度測定値プラスおよびマイナス前記閾値量にそれぞれ相当する上限温度閾値および下限温度閾値を前記ハードウェアに提供するか、または、前記ハードウェアが自分で定義すればよい。前記ハードウェアは、前記温度測定値が所定のもしくは前記上限閾値を超えているか、または、所定のもしくは前記下限閾値を下回っているかどうかを判定するよう構成してもよい。前記ハードウェアは、前記温度が所定のもしくは前記上限閾値を超えたか、または、所定のもしくは前記下限閾値を下回ったことを示す信号を自動的に発信し、その後に前記温度測定値に基づいて前記上限閾値および前記下限閾値を自動的に更新するよう構成してもよい。
【００３４】
前記第一発振器の周波数の温度に対する依存性は、リニアであってもなくてもよい。例えば、一部の温度では前記周波数が温度によって大きく変化するので、一部の温度範囲では、比較的小さな温度変化しかない場合でも較正が必要になるかもしれない。逆に、一部の温度範囲では前記周波数が温度によってほとんど変化しないので、一部の温度範囲では、比較的大きな温度変化がある場合しか較正が必要にならないかもしれない。したがって、本発明の一部の実施形態において、前記閾値量は、異なる温度ごとに、または、異なる温度範囲ごとに異なる値が割り当てられる場合がある。前記閾値量は、基準発振器の種類に応じて異なる値が割り当てられる場合もある。異なる閾値量を生じさせる他の関連要因もあるかもしれないので、一般的に、前記閾値量は必ずしも固定されない。
【００３５】
過去温度測定値を直接的な温度値として格納する必要はない。例えば、所定の固定温度値からの偏差として記録することもできるし、直接に温度値ではない代表数式で、または代表数式に基づいて、記録されてもよい。
【００３６】
以下の段落では、本発明の一部の実施形態に係るオプション機能を記述する。これらの機能によって、上記で指定した前記第一発振器を構成し得る発振器が定義される。しかし、本発明の他の実施形態では、他の種類の発振器を使用してもよい。この発信器は、第一周波数と第二周波数とを切り替えることによって、目標周波数に近似する平均化周波数を出力する。
【００３７】
以下でさらに記載するように、前記第一発振器の較正は、粗較正および／または微細較正を含んでもよい。較正結果は、粗較正と微細較正のいずれかまたは両方に関わる、および／または、目標周波数に関わる較正値を含んでもよい。
【００３８】
前記発振器は、第一周波数と第二周波数との間で切り替えられるように構成されてもよく、目標周波数の代表となる入力を受信し、前記発振器の平均出力周波数が前記目標周波数に近似するように、前記入力によって決定された間隔で、前記第一周波数と前記第二周波数との間で前記発振器を切り替えるように構成された切り換え手段を設けることができる。
【００３９】
このような発振器を含む集積回路は、（例えば、システムオンチップの）マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラをさらに含んでもよい。
【００４０】
二つの出力周波数の間を切り替えるパターンを適切に構成することによって、前記発振器は、（多数のサイクルにわたって平均化されたとき）目標周波数に完全に、または、ほぼ等しい出力周波数を合成してもよい。前記発振器は、単に固定コンデンサを固定抵抗器またはプログラマブル抵抗器と組み合わせて使用する既知のＲＣ発振器で可能な状態よりもはるかに高い精度で所望の実効出力周波数を生成するよう較正することができる。
【００４１】
本出願人は、従来の較正されたＲＣ発振器よりも数百倍優れているような発振器を有する実施形態を使用すれば、±１００ｐｐｍの精度を達成することができると確信している。この精度は、低周波水晶発振器の低消費電力特性を依然として共有しながら、水晶発振器のコストとスペースの要件なしで、水晶発振器の精度に近づくものである。
【００４２】
二つの周波数には差が無いことが好ましく、そうすれば前記出力周波数を正確かつ円滑に制御することができる。したがって、前記第一周波数および前記第二周波数の高い方は、前記二つの周波数の低い方の２倍未満であることが好ましく、１０％未満しか高くないことがより好ましく、そして、約３％しか高くないことが最も好ましい。例えば、前記二つの周波数間の比率は３３：３２かその近傍であればよい。前記比率は、前記二つの周波数間の差が（絶対値であれ相対値であれ）前記二つの周波数のどちらか一方を（前記発振器用の電流源を制御するなどして）調整することが可能な最小の増分よりも広くなるように設定されるのが理想的である。このようにして、前記発振器周波数の一方または両方を粗較正した後に誤差が残っても、前記二つの周波数の間を適切に切り換えることによって補正することができる。
【００４３】
通常の動作時には、前記目標周波数は、前記第一周波数と前記第二周波数との間のどこかの値である必要がある。
【００４４】
前記発振器の出力は非常に正確に制御することができるので、前記発振器回路からの出力を使用することと、水晶発振器または高周波数クロックから合成された低周波クロックのような何か別のクロック源の出力を使用することとをシームレスに切り替えることが可能である。
【００４５】
前記切り替え手段への入力は、前記目標周波数を表すデジタル信号またはアナログ信号を含んでもよい。一部の実施形態においては、前記入力は、前記第一周波数と前記第二周波数との間の切り替え比率を示す値をそのまま含むか符号化している。前記比率は、前記発振器が、前記第二周波数との対比で前記第一周波数で動作するべき発振器サイクルの割合を表してもよい。例えば、前記入力は、毎１０２４サイクルのうち前記発振器が前記二つの周波数のうちの低い方で作動するべき発振器サイクル数を示すデジタル値（例えば、１０ビットの数）を含んでいてもよい。前記切り替え手段は、示された前記比率を満たすように、一定期間どのように二つの周波数の間を切り替えるのか（スイッチングパターン）を決定してもよい。
【００４６】
本発明に係って仕様化された前記較正部は、較正コントローラであってもよい。前記切り替え手段への前記入力は前記較正コントローラから提供されてもよく、前記較正コントローラは前記第一発振器の一部を形成してもよいしそこから分離していてもよい。前記較正コントローラは、前記発振器に提供すべき更新入力を生成するために、定期的に前記発振器の（微細）較正を行なうように構成されていてもよい。
【００４７】
前記第一発振器は前記基準発振器から生成される基準クロックに対して較正されるが、前記基準発振器は、マイクロプロセッサに接続された比較的高周波の水晶発振器（例えば、本発振器回路の前記目標周波数よりも一桁、二桁、または三桁高速に発振する水晶発振器）のような水晶発振器であってもよい。この較正操作は、通常は、温度が大きく変化したときだけしか行なう必要がないので、前記高周波の水晶発振器は、連続的にまたは頻繁に電源投入する必要はなく、その結果、本発明によって電力節約が可能となる。
【００４８】
前記第一発振器は、半導体基板上に完全に一体化されていることが好ましい。こうすれば、非常に小型になるとともに、部品表に追加することなく回路内に組み込むことができるようになる。
【００４９】
前記第一発振器は、任意の適切な設計のものとすることができる。例えば、弛緩型発振器またはリング発振器であってもよい。しかし、どんなデザインを使用するにしても、前記二つの周波数の間で迅速に切り替えられるのが好ましく、例えば、前サイクルの周波数設定からの残存効果が一切ない状態で、あるサイクルから次のサイクルに切り替えることが挙げられる。
【００５０】
前記第一発振器の回路は、静電容量を第一静電容量値と第二静電容量値との間で変えることができる電荷蓄積手段と、前記電荷蓄積手段に接続された電流源と、を備え、前記静電容量が前記第一静電容量値に等しいと前記第一周波数で、前記静電容量が前記第二静電容量値に等しいと前記第二周波数で発振するように構成された発振器を形成してもよい。すると、前記切り替え手段は、前記入力によって決定された間隔で前記電荷蓄積手段を前記第一静電容量値と前記第二静電容量容量値との間で切り替えるように構成される。
【００５１】
静電容量を第一静電容量値と第二静電容量値との間で変えることができる電荷蓄積手段と、前記電荷蓄積手段に接続された電流源と、を備え、前記静電容量が前記第一静電容量値に等しいと第一周波数で、前記静電容量が前記第二静電容量値に等しいと第二周波数で発振する発振器を形成するＩＣ発振器を動作させる方法は、前記発振器の前記平均出力周波数を前記目標周波数に近似するために、前記目標周波数によって決定された間隔で前記電荷蓄積手段を前記第一静電容量値と前記第二静電容量値との間で切り替えることを含んでもよい。
【００５２】
前記電荷蓄積手段は、一つ以上のコンデンサを備えていてもよい。前記第一静電容量値と前記第二静電容量値の間で連続的に可変であってもよいが、前記二つの値の間で離散的に切り替えられるよう構成されるのが好ましい。当然のことながら、前記切り替え手段が三つ以上の値の間で切り替えるように構成された状態で、三つ以上の値のように、二つよりも多い静電容量値を使用してもよい。しかし、二つの値だけを使用する実施形態は、三つ以上用いたものよりも実装が簡単であるにもかかわらず精度と低電力に関して説明したすべての利点を提供する。
【００５３】
前記電荷蓄積手段は、前記発振器回路に永久的に接続された第一コンデンサと、前記発振器回路に選択的に（例えば、前記第一コンデンサと直列に、または並列に）接続可能な第二コンデンサと、前記電荷蓄積手段の全体の静電容量を変更するために、前記第二コンデンサを前記発振器回路に接続したり接続を切ったりするように構成されたスイッチ（例えばトランジスタ）と、を備える。前記第二静電容量は、前記第一コンデンサの静電容量の５０％または１０％未満など、前記第一静電容量より小さいことが好ましく、前記第二コンデンサがある場合と無い場合の総静電容量が約３％だけしか違わないように、前記第一静電容量の約３％であるのがより好ましい。
【００５４】
または、前記電荷蓄積手段は、第一静電容量および第二静電容量を有する第一コンデンサおよび第二コンデンサと、常に前記第一コンデンサおよび前記第二コンデンサの一方または他方だけを前記発振器回路に接続するように構成されたスイッチと、を備えることができる。この場合、前記第二静電容量は、前記第一静電容量とは５０％未満または１０％未満だけ違うことが好ましく、約３％だけ違うのが最も好ましい。例えば、静電容量比は３３：３２であればよい。
【００５５】
上記構成の両方において、前記第一コンデンサまたは前記第二コンデンサは、実際には一体化された単一構造体を備える必要はなく、単一の電荷蓄積物として一緒に機能する複数のコンデンサを備えてもよいことがよく分かるであろう。クロックサイクルの各半周期ごとに別のコンデンサを使用してもよい。
【００５６】
前記電流源は、抵抗手段（例えば、一つ以上の抵抗器）、または、任意の他の適切な手段（例えば、能動電流源またはトランジスタ電流源）を備えてもよい。プログラマブル電流源適合器を備えてもよい。
【００５７】
前記切り替え手段は、前記発振器の前記平均出力周波数が前記目標周波数に近似することになる任意の適切なやり方で前記第一静電容量値と前記第二静電容量値との間を切り替えることができる。平均出力は、所定のサイクル数のような、所定の期間にわたる平均出力であってもよい。
【００５８】
前記発振器の出力は、適切な期間（例えば、複数の１０２４サイクルの平均）にわたって平均すると前記目標周波数の値とほぼ等しくなるか、または、プラスマイナス１００ｐｐｍ以内のように許容可能な誤差範囲または精度に留まることによって、前記目標周波数に近似することができる。前記発振器の出力は、一般的に、正確に理論的な目標値を達成することはない。さらに、有限のサイクル数にわたり所定の比率に応じて周波数切り替え動作を行なうと、たとえ理想的な状況下であっても、数値の丸め効果のせいで前記目標周波数に正確に合致することはできない場合がある。したがって、前記切り替え手段への入力は、所定の期間にわたって前記目標周波数に最も近い出力周波数を与える許容入力範囲の値であると判定することができる。
【００５９】
前記切り替え手段は、比較的滑らかな出力を生成するために、有限の期間にわたって高周波サイクルおよび低周波サイクルを分配するように構成することができる。例えば、前記第一周波数での周波数サイクルを前記第二周波数での周波数サイクルの間にできるだけ均一に分配するように構成されてもよい。前記第一周波数のサイクルを前記第二周波数のサイクルに分配するのは、何らかの所定パターンまたは分散特性に応じて行なうことができる。所定の期間にわたって周波数変化の数を最大化するように構成することができる。周波数切り替えを適切に構成することによって、前記発振器の出力は、前記平均出力周波数からの偏差が最小（すなわち、経時的に累積不要変動が最小）になるようにすることができる。
【００６０】
前記切り替え手段は、任意の適切な切り替え回路または切り替え部品であればよい。前記切り替え手段は、有限の期間にわたって前記第一周波数での前記周波数サイクルを前記第二周波数で前記周波数サイクルの間にできるだけ均一に分配するように構成された、シグマ・デルタ変調器を備えてもよい。
【００６１】
効果的に機能するためには、前記第一周波数および前記第二周波数の値は、前記目標出力周波数の値を挟んだ広がりを持つ必要がある。目標出力の範囲を達成可能にするために、一部の実施形態では、前記第一静電容量値および前記第二静電容量値の一つまたは両方を変化させることができる。前記発振器は、前記第一周波数および前記第二周波数の一つ、または好ましくは両方、の値が前記発振器回路内の可変電流のレベルに依存するように構成することができる。前記発振器は、プログラマブル電流源を備えてもよく、例えば、プログラマブル抵抗、または、電流レベルを調整することによって前記第一周波数か前記第二周波数かもしくはその両方を変化させるために使用することができるプログラマブル電流源適合器を備えてもよい。このような調整は、前記切り替え手段を制御することによって可能となる比較的微細な出力周波数調整と比較すると、比較的粗くてもよい。
【００６２】
粗較正が行なわれると、前記第一周波数および前記第二周波数が目標周波数を間に挟んだ広がりを持つように（一方は前記目標周波数よりも高く、他方は前記目標周波数よりも低く）、それらの一方もしくは両方の値を調整することができる。前記発振器は、前記二つの周波数のうち高い方を調整し、低い方の周波数を高い方の周波数の固定比率として、または、高い方の周波数から定数を差し引いた値として決定することによって粗く較正することができる。
【００６３】
前記粗較正は、システムクロックのような基準、例えば、水晶発振器に対して行なってもよい。前記較正は、電流源を調整することによって、例えば、一つ以上のプログラマブル抵抗器を調整することによって行なってもよい。電流源は、前記発振器の公称周波数の百分率移動ステップ、例えば、２.５％の移動ステップ、でプログラマブルであるよう構成することができる。（公称周波数は、前記二つの周波数のうち高い方か低い方、または、二者の平均のような中間周波数とすることができる）。前記粗較正の精度（例えば、２.５％）は、粗較正後の残りの誤差が常に微細較正動作（以下に記載）によって補正することができるように、高い方の周波数と低い方の周波数との間の差（例えば、３％）よりも細かいことが好ましい。このような粗較正を行なうと、一般的には、高い方の周波数または低い方の周波数に対する周波数精度が約±２５，０００ｐｐｍとなる可能性があり、この精度は従来の較正されたＲＣ発振器と同じである。
【００６４】
追加的または代替的に、微細較正の動作を行なって、前記発振器の出力周波数を前記目標周波数に近似する前記切り替え手段への入力を生成してもよい。こうすれば、前記発振器に約±１００ｐｐｍの最終精度をもたらすことができる。前記較正コントローラは、前記第一周波数および前記第二周波数の各々について（基準クロックに対して測定された）基準時間にわたって発振器出力サイクルを計数し、例えば、前記発振器が所与の目標出力周波数に対して低い方の周波数で実行する必要があるサイクルの割合を算出することによって、これらの計数から前記切り替え手段への前記入力を導出することができる。
【００６５】
前記コントローラに目標出力周波数を提供してもよい。前記コントローラは、前記第一周波数および前記第二周波数がもはや前記目標周波数を間に挟んだ広がりを持たないと判断した場合（例えば、微細較正の動作を行なうとき）、粗較正を行なうように構成されてもよい。
【００６６】
前記チップが最初に電源投入またはリセットされると粗較正および／または微細較正を行なってもよい。
【００６７】
前記集積回路が提供される場合、前記基準発振器を用いてクロッキングされ、前記基準発振器と同時にまたはほぼ同時に電源投入されるマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラをさらに備えることができる。
【００６８】
前記基準発振器またはマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラが電源投入されると同時に、または、そのように電源投入される前か後の一定期間内に較正を行なってもよい。
【００６９】
前記集積回路などの前記装置は、無線送信機または無線受信機の全体または一部を形成し、前記第一発振器をクロックソースとして使用して実行されたスケジュールに従って無線パケットを送信または受信するように構成された回路を備えてもよい。
【００７０】
前記装置は、前記発振器が較正されている最中は所定のもしくは前記基準発振器、例えば、水晶発振器、から導出されるクロック信号を提供し、前記発振器が較正されていないときは自身の発振から導出されるクロック信号を出力するよう構成してもよい。このようにすれば、クロックは、較正中であっても使用可能である。前記二つの出力は（例えば、前記発振器の精度の制限内で）実質的に同じ周波数を有するものであることが好ましい。一方の出力タイプから他方への変化は、出力信号がシームレスに遷移するように、一クロックサイクル以内で行われることが好ましい。
【００７１】
前記第一発振器の出力は、タイマー、例えば、前記第一発振器と同じ集積回路に設けられたタイマーに送ることができる。このタイマーは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、無線送信機の構成要素、無線受信機の構成要素、等の回路部品の電力供給状態を制御するために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
さて、ほんの一例として、添付図面を参照しながら、本発明の特定の好ましい実施形態を説明することにする。
【図１】本発明の実施形態に係る統合発振器回路の構成要素間の相互作用の概略図である。
【図２】本発明のさらなる実施形態に係る統合発振器回路の構成要素間の相互作用の概略図である。
【図３】本発明を具現化する発振器回路の主要構成要素の概要図である。
【図４】回路のデジタル部品およびアナログ部品に対し入出力される信号を示す概要図である。
【図５】回路のデジタル構成要素を図示したものである。
【図６】発振器のスイッチングパターンを決定するために使用されるシグマ・デルタ回路の図である。
【図７】回路のアナログ構成要素を図示したものである。
【図８】アナログ回路内のチャージポンプの回路図である。
【図９】較正機能のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
図１は、本発明の実施形態に係る統合発振器回路１００の概略図を示したものであって、回路構成要素間の相互作用を説明している。回路１００は、内蔵の低周波ＲＣ発振器（ＬＦＲＣＯ）１０２を備える。タイマ１０４は、温度センサ１０６がいつ周囲の温度を測定する必要があるかを示す信号を温度センサ１０６に送る。タイマ１０４は、定期的に、または、何らかの別のサンプリングスケジュールに従って温度を測定するよう温度センサ１０６に指示してもよい。温度センサ１０６は、温度を測定するに際して基準クロック入力を使用する。基準クロック入力は、回路１００の内部に設けられた、または、回路１００と交信する二つの基準発振器１０８、１１０のいずれかから提供される。第一基準発振器１０８は、外部の高周波水晶発振器（ＨＦＸＯ）である。第二基準発振器１１０は、内蔵の高周波ＲＣ発振器（ＨＦＲＣＯ）である。
【００７４】
温度センサ１０６は、温度を測定して温度測定値を取得すると、それをマイクロコントローラ１１２に送信する。一部の他の実施形態において、温度センサ１０６は、マイクロコントローラ１１２が次に温度センサ１０６から読み取ることができる新しい温度が利用可能であることを示す割り込み信号をマイクロコントローラ１１２へ送信することができる。
【００７５】
マイクロコントローラ１１２は、温度がＨＦＸＯ１０８を基準クロックとして用いて得られた場合にＬＦＲＣＯ１０２が最後に較正された温度と、温度測定値がＨＦＲＣＯ１１０の基準クロックを用いて得られた場合にＬＦＲＣＯ１０２が最後に較正された温度との、二つの過去温度測定値を格納するメモリ１１４を備える。
【００７６】
マイクロコントローラ１１２は、温度センサ１０６から温度測定値を受信すると、温度センサの測定のための基準クロックとして基準発振器１０８、１１０のうちのどちらが使用されたのかを検出する。次に、マイクロコントローラ１１２は、測定温度値を同じ基準クロックを使用した過去温度測定値と比較する。この理由は、温度センサの測定値が基準クロックとして使用される発振器の種類に影響を受けるためである。
【００７７】
温度測定値と過去温度測定値とが閾値量を超えて異なるとマイクロコントローラ１１２が判断した場合、マイクロコントローラ１１２は、温度測定値と過去温度測定値とが所定量を超えて異なることを示す信号を較正部１１６に送る。
【００７８】
温度測定値と過去温度測定値とが所定量を超えて異なってはいない場合、そのような信号は送られない。
【００７９】
マイクロコントローラ１１２からの信号は、低電力発振器１０２を較正する命令を含んでいてもよい。該信号は、温度変化があったことを明示的に示すデータを含む必要はない。例えば、該マイクロコントローラは、温度が変化したときに低電力発振器を較正するように較正ユニットに指示する信号を送ってもよいが、例えば、温度変化に応答するのではない定期的な較正のためなどの命令を送信してもよい。信号の実際のデータ内容は、どちらの場合も同じであってもよい。
【００８０】
マイクロコントローラ１１２から信号を受信すると、較正部１１６はＬＦＲＣＯ１０２を較正する。ＬＦＲＣＯ１０２を較正するために、較正部１１６は、後により詳細に説明する較正のために使用される正確な基準クロック信号（すなわち、基準周波数）を取得する。較正部１１６は、ＬＦＲＣＯ１０２の出力周波数が改善された精度のものとなるように、ＬＦＲＣＯ１０２の動作パラメータを調整するために使用される値である較正結果を決定する。こうして、ＬＦＲＣＯ１０２は、改善された精度で目標周波数に維持され、改善された精度でタイマを駆動するために使用することができる。基準発振器１０８、１１０は較正が必要なときだけ電源投入されるので、ＬＦＲＣＯ１０２およびタイマは低消費電力ですみ、該タイマは従来技術によるタイマと比べて低消費電力である。
【００８１】
図２は、本発明の別の実施形態に係る統合発振器回路２００の概略図を示している。本実施形態においては、メモリキャッシュ２０２を使用して、本実施形態においても低周波ＲＣ発振器（ＬＦＲＣＯ）２０４である低電力発振器の電力消費をさらに最小化するために較正結果を格納する。タイマ２０６は、前述の実施形態と同様に、信号を温度センサ２０８に送る。タイマ２０６から送られた信号に応答して、温度センサ２０８は周囲温度を測定する。測定温度は、マイクロコントローラ２１０に送られる。マイクロコントローラ２１０は、温度値と較正結果とのデータペアが格納されるメモリキャッシュ２０２を備えている、
【００８２】
本実施形態では、一種類の基準発振器のみが設けられている。基準発振器は、外部の高周波水晶発振器（ＨＦＸＯ）２１２である。しかし、追加の基準発振器（例えば、前述の実施形態と同様に、内蔵の高周波ＲＣ発振器）が設けられてもよいことはよく分かるであろう。その場合、メモリキャッシュ２０２は、各組が別の基準発振器に対応する、二組以上の温度値と較正結果とのデータペアを含むことができる。
【００８３】
新しい測定温度が温度センサ２０８からマイクロコントローラ２１０に送信されると、マイクロコントローラ２１０は、新しい測定温度がメモリキャッシュ２０２に格納されているかどうかを判定する。キャッシュ２０２に格納された温度値は、過去温度測定値、すなわち、ＬＦＲＣＯ２０４が過去に較正された温度であって該温度について較正結果が格納されている温度に対応する。温度は、キャッシュ２０２内にある温度値の所定量以内にある場合、キャッシュ２０２内に格納されるべきと見なすことができる。例えば、測定温度値温度２５℃がキャッシュ２０２に格納されている場合、測定温度２５.３℃は、例えば、所定量が±０.５℃である場合に、格納されている温度２５℃に相当するとみなすことができる。その場合に、新たな温度値がキャッシュ２０２に追加されると、適切な精度に丸めてもよい。上記の例では、温度値は、最も近い摂氏度に丸めてもよい。
【００８４】
別の方法として、温度値は、正確に、すなわち、温度センサの測定と同じ精度で、格納することもできる。たとえば、温度値は、最も近い０.１℃に丸めてもよい。こうすると、格納された温度値（すなわち、閾値量の二倍未満だけ離れた温度）に対応する温度範囲内に重複が生じる可能性がある。すると、測定温度は、格納された二個以上の温度値の閾値量内に収まる可能性がある。そのような場合には、マイクロコントローラ２１０は、温度測定値に最も近い温度格納値を識別してもよいし、または、補間値や平均値などをとることができる。
【００８５】
マイクロコントローラ２１０は、測定温度に対応する格納温度と関係付けられた較正結果を読み取る。この較正結果は、その後、較正部２１４に送られる。
【００８６】
しかし、温度測定値がいずれの温度格納値の閾値量内にも収まらない場合、マイクロコントローラ２１０は、較正を実行するべきであることを示す信号を較正部２１４に送る。すると、較正部２１４は、基準発振器２１２から正確な基準クロック信号（すなわち、基準周波数）を取得する。この基準クロック信号を使用して新たな較正結果が計算され、その結果を使用してＬＦＲＣＯ２０４が較正される。次に、較正結果がマイクロコントローラ２１０に送り返される。マイクロコントローラ２１０は、測定温度と、対応する較正結果をデータペアとしてメモリキャッシュ２０２へ書き込む。
【００８７】
本発明の上述の実施形態によれば、較正結果の計算は測定温度および対応する較正結果が過去にメモリキャッシュ２０２に書き込まれていない場合に限られるので、基準クロック信号が較正のために必要になると電源投入されるＨＦＸＯ２１２が、少なくともこの目的のため、まれに電源が投入される。このように、統合発振器回路２００の電力必要性は大幅に低減される。較正結果が測定温度に対して既に記録されているか、秒単位の閾値内に納まるものである場合、ＬＦＲＣＯ２１２は、新たな較正結果を何も計算する必要がないので、基準発振器２１２の電源投入をせずに引き続いて較正することができる。したがって、ＬＦＲＣＯ２０４は、ＬＦＲＣＯ２１２の正確な周波数を維持するために、必ずしも常に基準発振器２１２を較正のために電源投入する必要がなくても温度が変化するたびに較正することができるので、従来技術と比較して、統合発振器回路２００の電力必要性を大幅に減少させることができる。
【００８８】
図３は、本発明の一部の実施形態に係る３２ＫｉＨｚ（１ｋｉｂｉＨｅｒｔｚ＝１０２４ヘルツ）発振器と較正回路１の主要部を図示している。
【００８９】
発振器回路１は、他の周知の構成部品（図示せず）とともに、第一コンデンサ３と第二コンデンサ４とを有するＲＣ発振器２を備える。スイッチ５（例えば、トランジスタ）は、閉じた状態では、第二コンデンサ４を第一のコンデンサ３と並列に該回路に接続する。スイッチ５が開いた状態では、第一コンデンサ３だけがＲＣ発振器回路で使用される。比較器６は、印加される基準電圧を使用して、該ＲＣ発振器にフィードバックを行ない、発振出力を生成する。該ＲＣ発振器は、プログラマブル電流源７から制御電流が供給される。 
【００９０】
ＲＣ発振器２からの出力は、制御回路９に接続された較正カウンタ８を通過する。この出力は、発振器回路から出る前に、スイッチ１０（例えば、マルチプレクサ）も通過する。このスイッチ１０は、ＲＣ発振器の出力と、１６メガヘルツの外部水晶発振器１１（「１６メガヘルツＸＯＳＣ」）から供給される周波数周波数逓降器１２の出力とのいずれかを選択することができる。周波数逓降器１２は、水晶発振器１１から３２ＫｉＨｚの信号を生成する。
【００９１】
制御回路９は、１６メガヘルツの水晶発振器１１から入力を受信すると、それを基に４メガヘルツの信号を生成することができ、この信号を使用してＲＣ発振器２を較正する。制御回路９は、コンデンサスイッチ５と、出力用のスイッチ１０と、プログラマブル電流源７と、を制御することができる。
【００９２】
正しく較正すると、発振器回路１は、実質的に３２ＫｉＨｚである信号をＲＣ発振器２から出力する。入力電流は、第二コンデンサ４が回路に接続されるとＲＣ発振器の出力周波数が３２ＫｉＨｚを少し下回り、第二コンデンサ４が回路から切り離されるとＲＣ発振器の出力周波数が３２ＫｉＨｚを少し上回るように設定される。制御回路９は、多数のサイクルにわたる平均が３２ＫｉＨＺの出力を、無視できる周波数不要変動で、発振器回路１から出力するパターンに応じて、サイクルごとに、第二コンデンサ４を該回路に接続したり切り離したりするようにコンデンサスイッチ５を制御する。
【００９３】
この較正状態を達成するために、制御回路９は、粗較正動作と微細較正動作を適用することができる。
【００９４】
制御回路９は、較正カウンタ８を用いて、高い方の周波数で（すなわち、第二コンデンサ４が該回路から切り離された状態で）動作しているＲＣ発振器の２５６パルスの間に発生する水晶発振器１１で生成された４メガヘルツのパルス数を計数する。ＲＣ発振器の周波数が意図した周波数範囲外であると判定された場合、ＲＣ発振器２に供給される電流を許容範囲内になるまで徐々に増減するために、粗較正が、プログラマブル電流源７を調整することによって行われる。
【００９５】
粗較正が的確に行なわれると、微細較正動作を行なうことができる。制御回路９は、高い方の周波数で（すなわち、第二コンデンサ４が該回路から切り離された状態で）動作しているＲＣ発振器の２５６パルスの間に発生する水晶発振器１１で生成された４メガヘルツのパルス数を計数し、さらに、ＲＣ発振器が低い方の周波数で（すなわち、第二コンデンサ４を回路に接続した状態で）動作している状態でも計数する。制御回路９は、これら二つのカウント値を使用して、所望の３２ＫｉＨｚ出力を達成するために（１０２４サイクル等の）較正期間にわたって必要とされる高周波サイクル対低周波サイクルの比率を決定する。この計算は、以下でより詳細に説明する。
【００９６】
制御回路９は、最新の比率値を使用して、所望のサイクル比を付与するようコンデンサスイッチ５を制御する。以下でより詳細に説明するように、シグマ・デルタ回路を使用して低周波サイクルを高周波サイクルの間に均一に分配する。
【００９７】
較正動作中には、（設定されたサイクル数にわたり各周波数で実行する必要があるので）ＲＣ発振器２を用いて発振器回路１から正確な出力を提供することは不可能である。したがって、制御回路９は、出力用のスイッチ１０を切り替えて、外部水晶発振器１１で生成される３２ＫｉＨｚ出力信号を発振器１から供給する。水晶発振器で生成される出力は、制御ロジック９が較正動作を必要とすると判断したが実行待ち状態にあるときにも用いることができる。
【００９８】
実装について、以下でより詳細に説明する。
【００９９】
図４は、発振器回路１がどのようにデジタル部２１とアナログ部２２に分割されているのかを示している。デジタル部２１とアナログ部２２との間の重要な信号の一部が示されている。
【０１００】
アナログ部２２は、デジタル部２１によって較正されるＲＣ発振器回路を内蔵している。粗較正動作と微細較正動作を行なうことができる。
【０１０１】
発振器のデジタル部２１は、マイクロコントローラ（図示せず）のような、集積回路の他の部品、および１６メガヘルツの外部水晶発振器１１からの入力を受信することができる。具体的には、次の入力信号を受信するように構成されている。
【表１】
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【０１０２】
デジタル部２１は次の信号を出力することができる。
【表２】
2017510107.tif 000004
【０１０３】
アナログ部２２は、３２ＫｉＨｚクロック信号を次のように出力する。
【表３】
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【０１０４】
アナログ部２２は、次の信号入力を介しデジタル部２２によって制御される。
【表４】
2017510107.tif 000006
【０１０５】
図５は、デジタル部２１のアーキテクチャの概観を示している。
【０１０６】
大局的に、デジタル部２１は、較正間隔タイマ３１と、アナログＲＣ発振器用の制御回路３２と、較正エンジン３３と、クロックデバウンサ・４分周複合回路３４と、１６メガヘルツ源から３２ＫｉＨｚクロックを生成する周波数逓減モジュール３５と、を備える。
【０１０７】
デジタル部２１は、発振器の粗較正を行なうことと、発振器の微細較正を行なうことと、発振器から正確な３２ＫｉＨｚクロックを生成することと、１６メガヘルツの外部水晶発振器１１から正確な３２ＫｉＨｚクロックを生成することと、を担っている。
【０１０８】
較正間隔タイマ３１は、デジタル部２１の主要コントローラであって、pwrupRcoscがhighであるかぎり常に動作している。これには次に挙げるいくつかの目的がある。
＊）電源投入時に、システム内の他のモジュール（アナログ部２２と１６メガヘルツの外部水晶発振器１１とを含む）が正しい順序で開始されることを保証する
＊）ＲＣ発振器と１６メガヘルツの水晶発振器で生成される出力との間のシームレスな切り替えを行なう
＊）温度に起因する較正がタイムアウト期間内に行われなかった等の理由で定期的な較正を行なう期限に達したかどうか、またはいつ達するかを判定し、その結果、１６メガヘルツの水晶発振器１１や較正エンジン３３等を起動する
＊）pwrupRcoscがlowになると、システム内の他のモジュールを正しい順序で安全に停止する
【０１０９】
アナログ部２２用の制御回路３２は、通常の動作中に（すなわち二つの較正の合間に）アナログＲＣ発振器の制御権を有している。
【０１１０】
制御回路３２は、完全に同期するように設計されており、常にＲＣ発振器のクロックで動作している。
【０１１１】
粗較正を行なうに際して、デジタル部２１は、アナログ部２２を制御するために６ビットの信号rcoscProgOutを使用する。リセットまたは電源投入後、この値はデフォルト値に設定される。較正エンジン３３は、高い方の周波数で動作しているＲＣ発振器の２５６個パルスの間に発生するシステムクロックで生成された４メガヘルツのクロックからのパルスを計数する。この測定結果を使用し、プログラムマブル電流源７を介して発振器電流を減少させたり増加させたりする。発振器の周波数が目的とする周波数を０〜２.５％の範囲内で上回るまで、これが繰り返される。
【０１１２】
各粗較正サイクルでは、一移動ステップ値づつ値が上げられたり下げられたりする。値が増減された後、較正動作は、（アナログ部２２が安定するように）３２ＫｉＨｚサイクルの八個分遅延後に再開始され、出力が再び測定される。粗較正が正しく行なわれると、ＲＣ発振器は、rcoscCalがlowの場合は３２ＫｉＨｚの１００.０〜１０２.５％の範囲内で、rcoscCalがhighの場合は９７.５〜１００.０％の範囲内で動作する。
【０１１３】
微細較正は、発振器の周期を１/３２づつ選択的に増加させる、アナログ部２２の機能を利用する。微細較正アルゴリズムは、発振器の公称周期（Ｔ１）と長い方の周期（Ｔ２）を測定し、発振器の平均出力周波数が３２ＫｉＨｚ（３２.７６８キロヘルツ）になるように、発振器が１０２４周期のシーケンス中にいくつの周期NだけＴ２で動作する必要があるのかをこれらの測定値から計算する。
【０１１４】
微細較正では、ＲＣ発振器の出力周波数は、粗較正の場合と同様に測定されるが、ただし、高い方の周波数ｆ１と低い方の周波数ｆ２の両方で測定される。その目的は、ＲＣ発振器の２５６サイクルの間に発生する、高い方の周波数での４メガヘルツのパルス数X1、および、ＲＣ発振器が低い方の周波数で動作しているときの４メガヘルツのパルス数X2を得るためである。
【０１１５】
値Nは次のように計算される。
N(X1、X2) = 1024 * (31250 − X1) / (X2 − X1)
（注：31250 = 256 * 4,000,000 / 32,768）
【０１１６】
粗較正が有効であるためには、X1の値が31250を超えてはいけない（超えてしまった場合、エラーのフラグが立てられ、粗較正を調整する必要がある）。X1は、 この最大値を２.５％以上下回るべきではない（これが粗較正を調整する移動ステップであるため）。しかし、これはアナログ値であるので、実際にはこの範囲を二重化するのが賢明である。したがって、有効な微細較正のためには、X1は、 [29709、31250] の範囲内にあればよい。
【０１１７】
実用的最大値X2は、アナログの３３/３２比率が理想からどのぐらい逸脱してもよいかという推定値で与えられる。余裕を見て二重化すると（すなわち、３４/３２）、X2の最大許容値は31250 * 34/32 = 33203となる。したがって、X2は、[31250、33203]の範囲内にあることが許される。
【０１１８】
絶対にオーバーフローしないことを保証するために、X1およびX2用として１６ビットカウンタが使用される。
【０１１９】
上記計算は、（１０２４による乗算は、単に１０ビットの左シフトであるため）二つの減算と一つの除算から成る。除算は、コストのかかる部分であり、逐次的に行われる。計算途中で切り捨てが発生しないように留意するが、そうしないとこの切り捨てによってクロック周波数のオフセットが大きくなる可能性がある。較正エンジン３３の専用部分が演算を行なう。出力値Nは、ＲＣ発振器用の制御回路３２に送られる。
【０１２０】
ＲＣ発振器は、１０２４周期の期間にわたる平均周波数が３２ＫｉＨｚの±１００ｐｐｍの範囲内になるように制御される。ＲＣ発振器は、「１０２４−N」周期にわたって周波数ｆ１（１/Ｔ１）で、N周期にわたって周波数ｆ２（１/Ｔ２）で動作することになる。出力されたrcoscCalがhighであると、ＲＣ発振器の周波数は約１/３３減少する。
【０１２１】
タイミング変動を最小限に抑えるために、ｆ１とｆ２のサイクルは較正エンジン３３によって交互配置される。１０ビットの入力信号は、rcoscCalが１０２４サイクルの間隔のうち何個のサイクルNの間でhighであるべきかを規定している。高周波（rcoscCal = 0）サイクルと低周波（rcoscCal = 1）サイクルの均一な伝播を得るために、一次シグマ・デルタ回路が使用される。
【０１２２】
図６は、シグマ・デルタ回路を概略的な形で示している。これは、１１ビットのレジスタにつながる１０ビット加算器で構成されている。入力値Nは加算器に入り、そこでレジスタ出力からのフィードバックに加算される。この１０ビットのフィードバック値は、レジスタからの出力の最上位ビット以外の全てを含んでいる。数学的には、この回路は、１０２４を法として入力値の倍数の増分を計算する。レジスタ出力の最上位ビットでrcoscCalが決まり、入力値の倍数が１０２４を法として減少するごとに１になる。
【０１２３】
微細較正の分解能は、容量比（C2/C1）、および、較正間隔（すなわち、この例では１０２４）にあるパルス数NTに直接依存する。最小の達成可能な移動ステップは、一つの３２ＫｉＨｚ周期が較正間隔全体にわたって1/32周期だけ長くなることである。このことは、周波数分解能が次のようになることを意味する。
(1/NT) * (C2 − C1) / C1 = (1/1024) * (1/31) = ±15 ppm
【０１２４】
較正エンジン３３は、較正間隔タイマ３１から直接に制御されている。較正を開始するために、較正エンジン３３は、二つの信号startCalibおよびenableCalibを受信する。startCalibは、較正を開始するために使用される短いパルス（ＲＣ発振器の一周期分）である。enableCalib信号は、較正中ずっとhighに保持される。したがって、enableCalib信号は、（通常は較正が完了して有効なときであるが、pwrupRcoscがlowになった場合にも）較正を中断し、安全な停止を行なうために使用することができる。
【０１２５】
較正エンジン３３は、完全な同期化設計であるが、ただし、使用前に同期化される、アナログＲＣ発振器からのosc32Ki信号、および、較正間隔タイマ３１からのstartCalibおよびenableCalib信号は除く。較正の精度を向上させるために、同期化回路は、ＲＣ発振器のパルス計数が開始される前にrcoscInの立ち上がりエッジを検出するためにも使用される。
【０１２６】
クロックデバウンサ・４分周複合回路３４は、本設計の他のモジュールで使用される前に、水晶発振器クロックが安定した振幅および周波数に達したことを保証する。これを保証するために、デバウンサは、クロックが通される前に５００マイクロ秒の間１６メガヘルツのパルスを計数する。回路３４の４分周部は、較正エンジン３３で使用するための４メガヘルツのクロックを生成する。これは、出力が５０％のデューティサイクルとならないように、クロックゲーティングを行なう（毎４番目のパルスだけを通す）ことによって実施することができる。
【０１２７】
逓減モジュール３５を用いて１６メガヘルツの入力クロックから３２ＫｉＨｚを生成する。１６メガヘルツは３２ＫｉＨｚの整数倍ではないので、３２ＫｉＨｚの平均周波数のクロックを効果的に付与するシグマ・デルタ法を使用するが、いくらかサイクル間ジッタを伴う。
【０１２８】
ＲＣ発振器が再較正を必要とするとき、および、較正動作中には、１６メガヘルツの外部水晶発振器１１から生成された３２ＫｉＨｚ信号が、ＲＣ発振器の出力の代わりに使用される。
【０１２９】
図７は、発振器回路１のアナログ部２２の主要構成要素を示している。これらは、プログラマブル電流電圧発生器５１と、チャージポンプ５２と、比較器５３と、デジタル制御モジュール５４と、を含む。
【０１３０】
デジタル制御モジュール５４は、ＳＲラッチ等を備え、最終クロック信号を出力する。チャージポンプ５２は、プログラマブル電流電圧発生器５１から正確な基準電流が流される一方、正確な基準電圧が比較器５３に印加される。粗較正のために、プログラマブル電流電圧発生器５１へのデジタル入力を用いて公称周波数の最大２.５％の移動ステップで電流を調整することができる。
【０１３１】
図８は、チャージポンプ５２の回路を詳細に示している。二つの、各々がクロックのそれぞれの半周期で動作する二等分回路で形成されていて、CHRG1_1V2入力およびCHRG2_1V2入力によって制御される。 CAL_1V2入力は、追加コンデンサX2_PおよびX1_Pを該回路に接続するか切断するか切り替えることによって、低い方の周波数と高い方の周波数とを、すなわち32*Cunit (CAL=0) と33*Cunit(CAL=1) とを、選択することができる。ニつのＤ型フリップフロップによって、CAL_1V2入力によるコンデンサ切り替えが発振器信号と同期して行なわれることが保証される。また、highであると発振を停止し、lowになると正しい位相ですぐに発振器を再起動するSYNC_1V2入力もある。
【０１３２】
図９は、発振器回路１用の較正プロセスにおける主要ステップの一部をフローチャートを使って示している。較正は、温度変化が生じたことを示す信号に応答して実行されるが、リセット後、または、最後の較正から所定の期間が経過したとき、または、１６メガヘルツの水晶発振器１１が起動されたとき（calSyncがhigh）にも行なってよい。 X1およびX2がそれぞれの正しい範囲から外れていると判定された場合、それぞれが正しい範囲に収まるまで粗較正が行われる。その後、微細較正が行われて、高周波発振対低周波発振の比を制御する値fineProgが決まる。
【０１３３】
較正動作中、発振器からの出力は、外部の水晶発振器１１で生成される。
【０１３４】
上述したように、温度変化や過去に較正されていない温度に変わったために必要となるときだけ最適に較正される、ＲＣベースの正確な発振器回路について説明してきた。回路の説明は、３２ＫｉＨｚ出力周波数を参照しながら行なってきたが、任意の所望の出力周波数でもかまわないことが理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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