CN100571020C - 晶体振荡电路及其增益控制方法 - Google Patents

Abstract

晶体振荡电路及其增益控制方法，所述晶体振荡电路包括：晶体振荡器电路、存储晶体振荡器电路的增益信息的存储单元、接收晶体振荡器电路输出的信号的计数器以及辅助起振放大器、可调放大器。所述晶体振荡电路的增益控制方法包括一下步骤：上电并启动辅助起振放大器和可调放大器进行增益放大；计数器开始计数，当计数器的计数达到预定值时，计数器发出控制信号，关闭辅助起振放大器。本发明所述的晶体振荡电路及其增益控制方法，在上电初期使用放大倍数较大的辅助起振放大器和可调放大器共同完成放大，加快起振速度，而电路稳定后，关闭辅助起振放大器，只采用可变放大器根据电路的实际需要进行放大，具有起振速度快、功耗小的优点。

Description

晶体振荡电路及其增益控制方法

技术领域

本发明涉及一种晶体振荡电路，尤其是一种能够快速起振的低功耗晶体振荡电路及其增益控制方法。

背景技术

晶体振荡电路是一种常见的电路，用来产生其它电路所需要的振荡频率。一般而言，在选择晶体振荡电路的增益时，会充分考虑整个电路的功耗问题，因此，其一般采用适合电路的最小振荡增益，以避免电路在工作过程中的电能浪费，而且此最小增益一旦选定，在电路制成之后，无法再根据实际情况做出改变。然而，在晶体振荡电路最初上电起振时，需要较大的振荡增益以保证起振的速度，如果使用最小增益，往往使得起振的速度很慢，会导致电路在上电时有很大延迟，灵敏性较低，在一些需要快速反应的电路中，这一缺点尤为明显；但是，如果单纯考虑起振速度而增加晶体振荡电路的增益，由于现有的晶体振荡电路的增益是固定的，因此，在起振完成之后，电路进入正常工作状态时，仍必须保持使用这一较大增益，这显然会导致电路功耗过大，在某些使用干电池且需要维持较长工作时间的电路中(例如采用电池供电的万年历、便携式通讯设备以及数字电能计量仪表等等)，这一做法显然是不实用的。

因此，降低电路功耗与加快起振速度之间的矛盾成为晶体振荡电路应用领域一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种起振速度快、功耗小的晶体振荡电路；

本发明的第二目的是提供一种起振速度快、功耗小的晶体振荡电路的增益控制方法。

为实现上述第一发明目的，本发明所提供的晶体振荡电路包括：

晶体振荡器电路，具有晶振和振荡信号输出端；

其特征在于：

存储单元，存储晶体振荡器电路的增益信息；

计数器，接收晶体振荡器电路输出的信号，并根据此信号进行计数；

辅助起振放大器，连接于晶振和振荡信号输出端之间，其包括起振放大电路和开关元件，开关元件根据所述计数器返回的控制信号控制起振放大电路的断开或导通；

可调放大器，连接于晶振和振荡信号输出端之间，其包括可调放大电路和开关元件，此开关元件根据所述存储单元中的增益信息控制可调放大电路的放大倍数。

本发明所述的晶体振荡电路在上电初期使用放大倍数较大的辅助起振放大器和可调放大器共同完成放大，加快起振速度，而电路稳定后，可以通过计数器关闭辅助起振放大器，只采用可变放大器根据电路的实际需要进行放大，使得电路增益能够最优化，具有起振速度快、功耗小的优点。

进一步的，上述可调放大器包括由放大管组成的放大管阵列以及由开关管组成的开关管阵列，通过开关管分别控制放大管的导通或断开，而每个放大管均具有特定的放大倍数，通过开关管对放大管进行选择、组合，使得放大倍数具有可调性，更加优化了电路的增益特性。

为实现上述第二发明目的，本发明所述的晶体振荡电路的增益控制方法，包括以下步骤：

上电并启动辅助起振放大器和可调放大器进行增益放大，可调放大器根据存储单元中的存储信息确定放大倍数；

计数器根据输出频率信号进行计数；

当计数器的计数达到预定值时，计数器发出控制信号，关闭辅助起振放大器。

本发明所述的晶体振荡电路的增益控制方法在上电初期使用放大倍数较大的辅助起振放大器和可调放大器共同完成放大，加快起振速度，而电路稳定后，关闭辅助起振放大器，只采用可变放大器根据电路的实际需要进行放大，使得电路增益能够最优化，具有起振速度快、功耗小的优点。

具体的电路结构将在下述的实施例中详细介绍。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是图1中晶体振荡器电路的内部电路结构示意图；

图3是图1中晶体振荡器电路的具体电路图；

以下结合实施例及其附图作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1中的框图所示，本发明所述的晶体振荡电路包括：存储单元1、接收存储单元1的存储信息5的晶体振荡器电路2、接收晶体振荡器电路2的输出频率信号6并返回控制信号7的计数器3。存储单元1中的存储信息5可通过外部总线4改写。

结合参见图2所示，图2是图1所述的晶体振荡器电路2的内部电路结构示意图，晶体振荡器电路2包括晶振53、输出放大器51以及连接于晶振53与输出放大器51之间的可调放大器55、辅助起振放大器54。输出放大器51起信号放大和隔离的作用。

存储单元1可以是寄存器等等，其中的存储信息5包含了关于晶体振荡器电路2的增益信息，这些增益信息作为控制信号输入给晶体振荡器电路2中的可调放大器55并控制晶体振荡器电路2的增益。详细的控制过程在图3中具体介绍。

另一方面，晶体振荡器电路2在电路刚上电起振时，开启辅助起振放大器54，并通过输出放大器51输出频率信号6，计数器3接收频率信号6并进行计数，在计数到预定值时，计数器3返回控制信号7，此控制信号7将关闭辅助起振放大器54。

上述描述是本发明的总体构思和方案，以下通过图3中的具体电路详细地揭示晶体振荡器电路2的内部结构以及其与存储单元1和计数器3配合工作的原理。

结合参照图3所示，图3揭示了本发明所述晶体振荡电路中的晶体振荡器电路2的一种具体电路图。其中，可调放大器55包括由放大管10、11、12、40、41、42组成的放大管阵列以及由开关管20、21、22、30、31、32组成的开关管阵列，放大管10、11、12、40、41、42组成可调放大电路。其中，放大管阵列中的放大管10、11、12为PMOS(P-Type Metal OxideSemiconductor)放大管，放大管40、41、42为NMOS(N-TypeMetal Oxide Semiconductor)放大管。对应的，开关管阵列中的开关管20、21、22为PMOS开关管，其分别控制PMOS放大管10、11、12的导通或断开；开关管30、31、32为NMOS开关管，其分别控制NMOS放大管40、41、42的导通或断开。开关管阵列对放大管阵列的控制是通过存储单元1中的存储信息5实现的，存储信息5包括控制位501、502、503、504、505、506，这六个控制位分别控制放大管10、11、12、40、41、42的导通或断开，当对应的开关管导通或断开时，显然，对应的放大管也会处于导通或断开状态，另一方面，每个放大管都具有一个放大倍数值，作为较优化的方式，可以设置放大管10、11、12的放大倍数分别为1、2、4，同样的放大管40、41、42的放大倍数也分别为1、2、4，如此，通过数字的累加组合，可以达到1至7倍的放大倍数，此倍数可根据对应开关管的导通或关闭进行选择，以此达到“可调”的效果。

辅助起振放大器54包括反向器50、开关管23、33以及被开关管23、33分别控制的放大管13、43，放大管13、43组成起振放大电路，辅助起振放大器54内部的开关管和放大管的排列方式也类似于可调放大器55的排列方式：开关管23为PMOS开关管，其控制PMOS放大管23的导通或断开；开关管33为NMOS开关管，其控制NMOS放大管43的导通或断开。为了在电路上电时尽快起振，可以设置放大管13、43的放大倍数均为20倍。

输出放大器51可以是一个非门，其输出的频率信号6送给计数器3作为计数频率。当计数器3计数到某一预定值(例如1024)时，计数器3发出控制信号7，关闭开关管23、33。由于控制信号7某一时刻只能代表一种电平(高电平或低电平)，而PMOS开关管23在低电平导通，高电平关闭，NMOS开关管33则恰好相反，因此，为了使得控制信号7能够同时控制开关管23、33，可以在PMOS开关管23之前串接一个反向器50，这样同过控制信号7即可同时控制开关管23、33的导通或断开。

本发明所述的晶体振荡电路的工作原理如下：

当电路上电时，晶振53所产生的晶振信号通过可调放大器55和辅助起振放大器54进行累加放大，根据上述举例，辅助起振放大器54的放大倍数为20，而可调放大器55的放大倍数是根据开关管阵列的状态决定的，例如，假设控制位502、503、505、506使得开关管21、22、31、32导通，则可调放大器55的放大倍数是放大管41、42(或者放大管11、12，上下对称排列)的放大倍数和，即可调放大器55的放大倍数为6倍，累加至辅助起振放大器54的放大倍数后，晶体振荡器电路2的总放大倍数为26倍。

将晶体振荡器电路2的频率信号通过到输出放大器51输出到计数器3后，计数器3开始计数，假设预定的计数数值为1024，则当计数到1024时，则认为电路已经起振结束，外部电路处于稳定工作的状态，此时，计数器3返回一个控制信号7，关闭开关管23、33，结束起振辅助放大器54的工作，由可调放大器55进行电路正常工作状态下的放大工作，显然，此时的放大倍数为6倍(前提是这一倍数能够支持外部电路的正常工作)，能够在较低功耗下工作。

需要强调的是，存储单元1中的存储信息5可以在电路中通过总线4实时修改，例如，不同情况下需要不同的放大倍数，可随时更改；也可以在集成电路初步制成之后，首先通过调试，得到最小稳定振荡增益所对应的值，然后，更改软件程序，利用软件将最小稳定振荡增益对应的寄存器值写入存储单元1中，最后进行整合到电路中进行使用，此种情况下，当需要改变可调放大器44的放大倍数时，需要重新调试电路并改写存储单元1中的存储信息5的值。

本发明所述的晶体振荡电路的增益控制方法包括以下步骤：

上电时，启动辅助起振放大器54和可调放大器55进行增益放大，可调放大器55根据存储单元1中的存储信息5确定放大倍数；

使用计数器3进行计数；

当计数器3的计数达到预定值时，发出控制信号7，关闭辅助起振放大器54。

综上所述，本发明所述的晶体振荡电路及其增益控制方法在上电初期使用放大倍数较大的辅助起振放大器54和可调放大器55共同完成放大，加快起振速度，而电路稳定后，关闭辅助起振放大器54，只采用可变放大器55根据电路的实际需要进行放大，使得电路增益能够最优化，具有起振速度快、功耗小的优点。

本发明并不仅仅局限于上述实施例所描述的实施方式，对本领域内的技术人员而言，本发明还存在着另外一些简单的结构变形，例如，设置在信号输出端之前的输出放大器51有信号放大、隔离作用，使得电路的性能更加优化，但其并非是必要的元件，当然，也可以采用其它元件取代输出放大器的功能；存储单元1可以是寄存器，也可以是其他类型的存储器；此外，辅助起振放大器54与可调放大器55中的放大管和开关管的数量和排列方式也是可以做出改变的，上述这些改变是本领域内的技术人员能够很容易做到的简单变换。诸如此类的微小改变以及等效变换均应包含在本发明权利要求所保护的范围之内。

Claims (10)

1、晶体振荡电路，包括：

晶体振荡器电路(2)，具有晶振(53)和振荡信号输出端；

其特征在于：

存储单元，存储晶体振荡器电路(2)的增益信息；

计数器，接收晶体振荡器电路(2)输出的信号，并根据此信号进行计数；

辅助起振放大器，连接于晶振(53)和振荡信号输出端之间，其包括起振放大电路和开关元件，开关元件根据所述计数器返回的控制信号控制起振放大电路的断开或导通；

可调放大器，连接于晶振和振荡信号输出端之间，其包括可调放大电路和开关元件，此开关元件根据所述存储单元中的增益信息控制可调放大电路的放大倍数。

2、根据权利要求1所述的晶体振荡电路，其特征在于：

所述振荡信号输出端之前串接一个输出放大器。

3、根据权利要求1所述的晶体振荡电路，其特征在于：

所述可调放大器包括放大管(10、11、12、40、41、42)组成的放大管阵列以及由开关管(20、21、22、30、31、32)组成的开关管阵列，所述开关管分别控制放大管的导通或断开。

4、根据权利要求3所述的晶体振荡电路，其特征在于：

所述放大管阵列包括PMOS放大管(10、11、12)和NMOS放大管(40、41、42)，开关管阵列包括分别控制PMOS放大管(10、11、12)的PMOS开关管(20、21、22)以及分别控制NMOS放大管(40、41、42)的NMOS开关管(30、31、32)。

5、根据权利要求4所述的晶体振荡电路，其特征在于：

所述PMOS放大管(10、11、12)的放大倍数分别为1、2、4，NMOS放大管(40、41、42)的放大倍数也分别为1、2、4。

6、根据权利要求1所述的晶体振荡电路，其特征在于：

所述辅助起振放大器包括反向器(50)、PMOS开关管(23)、NMOS开关管(33)、PMOS放大管(13)、NOMS放大管(43)，所述PMOS开关管(23)和NMOS开关管(33)分别控制PMOS放大管(13)、NOMS放大管(43)，所述反向器(50)串接在PMOS开关管(23)之前。

7、根据权利要求6所述的晶体振荡电路，其特征在于：

所述反向器(50)为非门。

8、根据权利要求6所述的晶体振荡电路，其特征在于：

所述PMOS放大管(13)和NOMS放大管(43)的放大倍数均为20。

9、一种采用权利要求1所述晶体振荡电路实现的增益控制方法，包括以下步骤：

上电并启动辅助起振放大器和可调放大器进行增益放大，可调放大器根据存储单元中的存储信息确定放大倍数；

计数器根据输出频率信号进行计数；

当计数器的计数达到预定值时，计数器发出控制信号，关闭辅助起振放大器。

10、根据权利要求9所述的晶体振荡电路的增益控制方法，其特征在于：

当计数器的计数达到1024时，计数器发出控制信号，关闭辅助起振放大器。

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