[發明專利]振蕩器加速起振的方法、加速起振單元及振蕩器

無效

• 申請號: 201110409225.9
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN103166572A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 許建超
• 申請（專利權）人: 國民技術股份有限公司
• 主分類號: H03B5/06
• 分類號: H03B5/06
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 薛祥輝

技術領域

本發明涉及振蕩器領域，尤其涉及一種振蕩器加速起振的方法、加速起振單元及振蕩器。

背景技術

晶體振蕩器是以石英晶體為諧振腔的一類振蕩器的總稱，借助了石英晶體諧振腔具有的極高選頻特性的優點，晶體振蕩器能產生高精度和高穩定度的頻率信號，被廣泛應用于微處理器、控制器、鐘表、通訊設備等系統中，為這些系統提供基準時鐘信號，由于石英晶體屬于無源器件，其本身并不能振蕩，需要配合額外的有源負阻電路才能振蕩。在起振階段，有源負阻電路給石英晶體諧振腔提供足夠能量讓其起振；在振蕩過程中，有源負阻電路源源不斷的補充石英晶體諧振腔的能量消耗并達到一種平衡態，使得振蕩過程得到維持和繼續。

射頻收發機芯片對晶體振蕩器的相位噪聲性能通常要求較高，而且有些射頻收發機芯片還要求晶體振蕩器能夠快速起振，以盡快進入正常應用模式。但是，相位噪聲、起振時間與尾電流大小直接相關，而尾電流最大值又受到MOS管擊穿電壓的限制。通常，尾電流越大，則相位噪聲性能越好，起振時間越短；但尾電流過大將會導致振蕩幅度過大，如果振蕩幅度超過MOS管能夠承受的電壓限制，將會嚴重影響MOS管的可靠性和壽命。對于現代CMOS工藝，核心電路MOS管都是工作在低電壓下，能夠承受的最大電壓也很低(通常不超過1.5倍電源電壓，假設電源電壓為1.2V，則該值為1.8V)，可靠性要求尤為顯著。因此，可靠性要求限制了晶體振蕩器尾電流的最大值，如果在這個最大電流值下，晶體振蕩器的起振時間仍然不能滿足要求(對于現代CMOS工藝，這一點通常不能滿足)，那就必須增加額外的加速起振電路。

為了加快晶體振蕩器起振速度，現有技術通常是采用基于模擬負反饋的加速起振電路。圖1為現有技術中帶有模擬加速起振環路的晶體振蕩器的示意圖，包括晶體振蕩器核心電路1、幅度檢測電路2、壓控尾電流源3和輸出緩沖器4，基本工作原理是，幅度檢測電路2檢測振蕩幅度并輸出一個與振蕩幅度相對應的直流電壓，去不斷改變壓控尾電流源3的電流大小，直至達到穩定，起振前是大電流，起振后是小電流(正常電流)。這里，壓控尾電流源3的電流大小直接受控制電壓Vc的控制，幅度檢測電路2(又稱為峰值檢測電路)檢測晶體振蕩器核心電路1的振蕩幅度，并輸出一個由輸入振蕩幅度決定的直流電壓，幅度檢測電路2的檢測特性具有單調性，即輸入幅度越大，輸出直流電壓單調下降，或者單調上升，晶體振蕩器剛剛上電的時候，幅度非常小，幅度檢測電路2的輸出較高Vc(或者最低)，由Vc控制產生的尾電流非常大，晶體振蕩器處于非常大的尾電流偏置下，開始加速起振，幅度也開始加速增大，幅度檢測電路2的輸出Vc開始逐漸下降(或者上升)，由Vc控制產生的尾電流也開始逐漸下降，在這種模擬負反饋環路的作用下，晶體振蕩器最終趨于穩定振蕩狀態，振蕩波形如圖2所示，圖2為圖1所示晶體振蕩器的起振過程的振幅波形、輸出時鐘信號(CKout)波形及尾電流波形示意圖，圖1所示電路的X處節點的波形表示振幅波形，Ts為起振時間，由尾電流波形可以看出，起振前尾電流由Imax逐漸減小至Inorm，振蕩穩定后的電流為Inorm，這種基于模擬負反饋的加速起振環路，雖然能夠有效減小晶體振蕩器起振時間，但是也有許多缺點：首先，與任何模擬負反饋環路一樣，存在穩定性問題，這種穩定性體現為負反饋環路的相位裕度和增益裕度是否足夠，而且這是一種隱藏在大信號周期穩態振蕩背后的小信號特性，現有仿真器很難直接仿真去檢查這種穩定性，因此增加了這種負反饋環路的設計難度；其次，嚴重惡化晶體振蕩器的相位噪聲性能，由于模擬環路任何時刻總是有效和維持著，而幅度檢測電路會產生大量噪聲，因此會注入到模擬環路中去，影響并惡化晶體振蕩器的相位噪聲性能。

發明內容

本發明提供一種更加完善的一種振蕩器加速起振的方法、加速起振單元及振蕩器。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種振蕩器加速起振的方法，包括：

在振蕩器上電后，根據振蕩器的振蕩幅度調整可編程尾電流源的電流控制字；

根據可編程尾電流源的電流控制字改變振蕩器的工作電流，由預設的最大電流值至預設的最小電流值。

根據可編程尾電流源的電流控制字改變振蕩器的工作電流由預設的最大電流值至預設的最小電流值的過程包括：將振蕩器的工作電流由預設的最大電流值經一次或多次切換至預設的最小電流值。

所述預設的最小電流值等于所述振蕩器振幅穩定后的電流值。

根據振蕩器的振蕩幅度調整可編程尾電流源的電流控制字的步驟包括：

對振蕩器的振蕩幅度進行檢測，得到單調性的檢測值；