[發(fā)明專(zhuān)利]控制晶體振蕩器的電路和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911097726.0
• 申請(qǐng)日: 2019-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111342839A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·阿米得
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03L3/00
• 分類(lèi)號(hào): H03L3/00;H03L5/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 周陽(yáng)君

本發(fā)明題為“控制晶體振蕩器的電路和方法”，本發(fā)明公開(kāi)了一種晶體振蕩器電路，該晶體振蕩器電路可被控制以用于快速啟動(dòng)和高效操作。該控制包括調(diào)節(jié)施加到晶體管的體端子的電壓，以便控制該晶體振蕩器的放大。該放大可以在啟動(dòng)時(shí)相對(duì)于晶體振蕩器的運(yùn)動(dòng)電阻而增加，以減少振蕩所需的啟動(dòng)時(shí)間。該放大也可以減小，以便在啟動(dòng)后更高效地保持振蕩。在一些實(shí)施方式中，用于控制的晶體管是全耗盡絕緣體上硅(FDSOI)晶體管，其適應(yīng)寬范圍的體偏置電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及晶體振蕩器，并且更具體地說(shuō)，涉及用于開(kāi)始和保持晶體振蕩器的振蕩的電路和方法。

背景技術(shù)

晶體振蕩器用于為電路提供穩(wěn)定的信號(hào)(例如，時(shí)鐘信號(hào))。晶體振蕩器可以被設(shè)計(jì)成主要在電磁頻譜的千赫或兆赫部分內(nèi)的諧振頻率振蕩。在晶體振蕩器的核心處是包括壓電晶體材料(例如，石英)的諧振器。當(dāng)諧振器在反饋回路中與放大器連接時(shí)，可以生成(即，啟動(dòng))和維持(即，保持)在晶體諧振器的諧振頻率處的振蕩信號(hào)。

振蕩的快速啟動(dòng)很重要，尤其是對(duì)于可以在待機(jī)模式和活動(dòng)模式之間轉(zhuǎn)換的電子器件應(yīng)用。例如，一些低電壓(即，LV)或低功率(即，LP)應(yīng)用可以通過(guò)在待機(jī)模式期間關(guān)閉振蕩器來(lái)節(jié)省能量。當(dāng)待機(jī)模式結(jié)束時(shí)，晶體振蕩器快速啟動(dòng)并返回到活動(dòng)(即，正常操作)模式。

晶體振蕩器的啟動(dòng)受稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)電阻的晶體諧振器的參數(shù)(即，等效串聯(lián)電阻，ESR)的影響。運(yùn)動(dòng)電阻對(duì)應(yīng)于晶體諧振器的內(nèi)部等效電阻(即，振蕩損耗)，并且可以大幅變化(例如，50-80％)。典型地，為了開(kāi)始振蕩，放大器的跨導(dǎo)增益(即，g_m)超過(guò)取決于晶體諧振器的損耗(即，運(yùn)動(dòng)電阻)的閾值(即，臨界值)。通常需要低效供電或具有額外復(fù)雜電路的控制電路來(lái)適應(yīng)快速啟動(dòng)的要求和對(duì)運(yùn)動(dòng)電阻的大范圍變化的容差。否則，振蕩可能緩慢開(kāi)始，并且在某些情況下可能根本不會(huì)開(kāi)始。因此，需要新的電路和方法來(lái)控制晶體振蕩器的操作。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)總體方面，本公開(kāi)描述了一種振蕩器電路，其可以在啟動(dòng)時(shí)增加跨導(dǎo)增益，以便減少振蕩開(kāi)始的時(shí)間并適應(yīng)晶體變化，然后，在振蕩已經(jīng)開(kāi)始后，可以減少跨導(dǎo)增益，以便在保持振蕩的同時(shí)節(jié)省能量。振蕩器電路的可調(diào)性可以通過(guò)調(diào)節(jié)在向放大器供應(yīng)電流的晶體管上的體偏置來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，體偏置電路耦接到晶體管的體端子，以便在相對(duì)于振蕩開(kāi)始的適當(dāng)時(shí)間提供適當(dāng)?shù)捏w偏置電壓。

在一種可能的實(shí)施方式中，公開(kāi)了振蕩器電路。該振蕩器電路包括具有第一晶體管和第二晶體管的電流鏡。通過(guò)第二晶體管的電流是電流鏡的輸出，并且耦接到晶體振蕩器，該晶體振蕩器包括在具有晶體諧振器的反饋回路中的放大器。為了在啟動(dòng)周期期間調(diào)節(jié)放大器的跨導(dǎo)增益，振蕩器電路包括體偏置電路。體偏置電路耦接到晶體振蕩器和電流鏡(例如，耦接在晶體振蕩器和電流鏡之間)，并且在啟動(dòng)周期期間向第二晶體管的體端子施加體偏置電壓，以增加通過(guò)第二晶體管的電流，這增加了放大器的跨導(dǎo)增益。

在另一種可能的實(shí)施方式中，公開(kāi)了用于控制晶體振蕩器的方法。在該方法中，晶體振蕩器的狀態(tài)被確定。然后，基于該狀態(tài)，調(diào)節(jié)晶體管的體端子處的體偏置電壓，以調(diào)節(jié)通過(guò)晶體管的電流。晶體振蕩器的放大器利用通過(guò)晶體管的電流來(lái)偏置，以提供對(duì)應(yīng)的跨導(dǎo)。因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)體偏置電壓來(lái)調(diào)節(jié)放大器的跨導(dǎo)以控制晶體振蕩器。

在另一種可能的實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種晶體振蕩器。該晶體振蕩器包括在帶有放大器的反饋回路中的晶體諧振器。放大器由包括晶體管和體偏置電路的電路偏置。晶體管被配置為基于施加到晶體管的體端子的電壓向放大器提供相對(duì)高的電流(即，足以開(kāi)始振蕩的電流)，以開(kāi)始振蕩。體偏置電路被配置為調(diào)節(jié)施加到體端子的電壓，以向放大器提供相對(duì)低的電流(即，低于開(kāi)始振蕩的電流的足以保持振蕩的電流)，從而在振蕩已開(kāi)始后保持振蕩。

在以下具體實(shí)施方式及其附圖內(nèi)進(jìn)一步解釋了前述說(shuō)明性發(fā)明內(nèi)容，以及本公開(kāi)的其他示例性目標(biāo)和/或優(yōu)點(diǎn)、以及實(shí)現(xiàn)方式。

附圖說(shuō)明