CN111162750A - 一种晶体振荡电路、方法及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及电路设计领域，特别涉及一种晶体振荡电路、方法及电子设备。公开了一种晶体振荡电路，包括：激励信号发生器用于在晶体振荡器被使能后，生成激励信号，并将激励信号输入宽带调制器；宽带调制器用于将激励信号进行调制生成调制信号，并将调制信号输入晶体振荡器，其中，调制信号的频率和晶体振荡器的频率之差在预设范围内；振荡幅度检测器用于检测晶体振荡器的输出信号的幅度，若检测到晶体振荡器的输出信号的幅度超过预设幅度值，则宽带调制器停止向晶体振荡器输入调制信号。本发明中，通过缩短晶体振荡器的起振时间，和降低电路的平均消耗，实现了快速起振、节约资源和延长器件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电路设计领域，特别涉及一种晶体振荡电路、方法及电子设备。
背景技术
晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下的薄片(简称为晶片)，并在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件，石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。由于石英晶体具有非常高的品质因数，因此石英晶体振荡器能够产生频率准确而稳定的振荡波形，广泛用于对振荡频率要求较高的钟表、军工、通信等领域。
近年来，各领域对低功耗低成本的集成电路的设计需求日益突出。集成电路的芯片具有唤醒/休眠两个周期，其内置的晶体振荡器也将跟随芯片进入休眠/唤醒状态。晶体振荡器作为为芯片提供时间基准的元件，其起振的快速与否将直接影响芯片的工作效率，所以在晶体振荡器电路的多项设计指标中，起振时间尤为重要。然而，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：通常所使用的晶体振荡器都有起振慢的缺点，完成起振时间长，一般在几毫秒到几十毫秒之间，浪费了时间；且该过程中晶体振荡器只耗电，无法工作，浪费了资源，由此导致芯片只能干等晶体振荡器起振完成才能开始工作，进而影响了芯片的工作效率。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种晶体振荡电路、方法及电子设备，使得可以缩短晶体振荡器的起振时间，降低电路的平均消耗，实现快速起振、节约资源和延长器件的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种晶体振荡电路，包括：晶体振荡器、激励信号发生器、宽带调制器、振荡幅度检测器；所述激励信号发生器与所述宽带调制器连接，所述激励信号发生器用于在所述晶体振荡器被使能后，生成激励信号，并将所述激励信号输入所述宽带调制器；所述宽带调制器分别与所述激励信号发生器和所述晶体振荡器连接，所述宽带调制器用于将所述激励信号进行调制生成调制信号，并将所述调制信号输入所述晶体振荡器，其中，所述调制信号的频率和所述晶体振荡器的频率之差在预设范围内；所述振荡幅度检测器与所述晶体振荡器连接，所述振荡幅度检测器用于检测所述晶体振荡器的输出信号的幅度，若检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度超过所述预设幅度值，则所述宽带调制器停止向所述晶体振荡器输入所述调制信号。
本发明的实施方式还提供了一种晶体振荡方法，包括：在晶体振荡器被使能后，激励信号发生器生成激励信号，并将所述激励信号输入所述宽带调制器；宽带调制器将所述激励信号进行调制生成调制信号，并将所述调制信号输入所述晶体振荡器，其中，所述调制信号的频率和所述晶体振荡器的频率之差在预设范围内；振荡幅度检测器检测所述晶体振荡器的输出信号的幅度，若检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度超过预设幅度值，则所述宽带调制器停止向所述晶体振荡器输入所述调制信号。
本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括上述的晶体振荡电路。
本发明实施方式相对于现有技术而言，激励信号发生器用于生成激励信号，宽带调制器用于将激励信号进行调制生成调制信号，由于调制信号的频率和晶体振荡器的频率之差在预设范围内，所以调制信号可以更为准确的激励晶体振荡器的输入端，从而可以缩短晶体振荡器的起振时间，降低电路的平均功耗，实现节约时间和资源；且振荡幅度检测器用于检测晶体振荡器的输出信号的幅度，在检测到晶体振荡器的输出信号的幅度超过预设幅度值时，则宽带调制器停止向晶体振荡器输入调制信号，可以进一步降低功耗，延长器件的使用寿命。
另外，所述若检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度超过所述预设幅度值，则所述宽带调制器停止向所述晶体振荡器输入调制信号，包括：若检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度超过所述预设幅度值，所述振荡幅度检测器用于向所述激励信号发生器和/或所述宽带调制器发送第一反馈信号；所述第一反馈信号用于控制所述激励信号发生器和/或所述宽带调制器停止信号输出。通过振荡幅度检测器向激励信号发生器和/或宽带调制器发送第一反馈信号，控制所述激励信号发生器和/或所述宽带调制器停止信号输出，都可以达到使宽带调制器停止向晶体振荡器输入调制信号，从而使晶体振荡器自由振荡，且降低功耗，延长器件的使用寿命。
另外，所述晶体振荡电路还包括：偏置电流控制器、放大器、阻抗稳定控制器；所述偏置电流控制器与所述晶体振荡器连接，所述偏置电流控制器用于在所述晶体振荡器被使能时，向所述放大器输入偏置电流；所述放大器与所述晶体振荡器连接，所述放大器用于在所述晶体振荡器被使能时，放大所述偏置电流，并将所述放大后的偏置电流输入所述晶体振荡器；所述阻抗稳定控制器与所述晶体振荡器连接，所述阻抗稳定控制器用于在所述晶体振荡器被使能时，向所述晶体振荡器提供阻抗。将经过放大器放大的偏置电流输入晶体振荡器，增加了晶体振荡器的电流输入量，同时利用阻抗稳定控制器提供阻抗，可以进一步的加快晶体振荡器的起振速度。
另外，所述振荡幅度检测器还用于在检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度升高时，向所述偏置电流控制器发送第二反馈信号；所述第二反馈信号用于控制所述偏置电流控制器降低向所述放大器输入的所述偏置电流。晶体振荡器起振以后，在振荡幅度检测器检测到晶体振荡器的输出信号的幅度升高时，发送第二反馈信号，控制偏置电流控制器降低输入的偏置电流，从而降低输入晶体振荡器的偏置电流，使得晶体振荡器的信号的振幅维持稳定，使晶体振荡器稳定运行。
另外，所述阻抗稳定控制器还用于在所述偏置电流控制器降低向所述放大器输入的所述偏置电流时，保持向所述晶体振荡器提供的阻抗保持不变。通过阻抗稳定控制器始终是晶体振荡器的振荡结点的阻抗保持稳定，从而保证在偏置电流控制器降低输入晶体振荡器的电流的过程中，晶体振荡器的频率始终保持稳定，进一步保证晶体振荡器的稳定运行。
另外，所述激励信号发生器为环形振荡器。环形振荡器的线路简单，起振容易，且便于集成化。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明第一实施例的一种晶体振荡电路的电路器件示意图；
图2是根据本发明第二实施例的一种晶体振荡电路的电路器件示意图；
图3是根据本发明第三实施例的一种晶体振荡方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本发明的第一实施方式涉及一种晶体振荡电路，本实施方式具体可应用于电子设备中。本实施方式中，激励信号发生器与宽带调制器连接，用于在晶体振荡器被使能后，生成激励信号；宽带调制器分别与激励信号发生器和晶体振荡器连接，用于将激励信号进行调制生成调制信号，并将调制信号输入晶体振荡器，其中，调制信号的频率和晶体振荡器的频率之差在预设范围内；振荡幅度检测器与晶体振荡器连接，用于检测晶体振荡器的输出信号的幅度，若检测到晶体振荡器的输出信号的幅度超过预设幅度值，则宽带调制器停止向晶体振荡器输入调制信号。
下面对第一实施方式的一种晶体振荡电路的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方式的必须。
本实施方式中的一种晶体振荡电路的电路器件示意图如图1所示，具体包括以下器件：激励信号发生器101，宽带调制器102，晶体振荡器103，振荡幅度检测器104。
激励信号发生器101与宽带调制器102连接，激励信号发生器101用于在晶体振荡器103被使能后，生成激励信号，并将激励信号输入宽带调制器102。
具体地说，使能是一个“允许”信号，进给使能也就是允许进给的信号，也就是说当进给使能信号有效的时候晶体振荡器103才能启动。在晶体振荡器103被使能后，激励信号发生器101生成激励信号，并将激励信号输入宽带调制器102。
在一个具体的例子中，激励信号发生器101为环形振荡器。环形振荡器是由三个非门或更多奇数个非门输出端和输入端首尾相接，构成环状的机器；环形振荡器的特点是线路简单，起振容易，如果不加延迟网络则不需要阻容元件，便于集成化。
宽带调制器102分别与激励信号发生器101和晶体振荡器103连接，宽带调制器102用于将激励信号进行调制生成调制信号，并将调制信号输入晶体振荡器103。
具体地说，由于厂家量产的激励信号发生器101产生的激励信号的频率fosc不尽相同，无法保证激励信号的频率fosc在晶体振荡器103所需的频率fc的误差范围之内，就需要利用宽带调制器102将激励信号进行调制生成调制信号，使生成的调制信号的频率接近晶体振荡器103的频率，即调制信号的频率fosc＇和晶体振荡器的频率fc之差在预设范围内，fosc＇-fc∈(-δ，+δ)，这个预设范围是晶体振荡器103所需的频率fc的允许误差范围，这样晶体振荡器会有较好的加速起振效果。例如：一般信号的频率与晶体振荡器的频率之差在(-0.5％，+0.5％)范围内时，晶体振荡器会有较好的加速起振效果。在一个晶体振荡电路中，激励信号的频率fosc与晶体振荡器103所需的频率fc之差为1％，不在误差范围之内，利用宽带调制器102将激励信号进行调制生成调制信号，调制信号的频率fosc＇和晶体振荡器的频率fc之差为0.2％，在误差范围之内，可以实现晶体振荡器的快速起振的目的。
振荡幅度检测器104与晶体振荡器103连接，振荡幅度检测器104用于检测晶体振荡器103的输出信号的幅度，若检测到晶体振荡器103的输出信号的幅度超过预设幅度值，则宽带调制器102停止向晶体振荡器103输入调制信号。
具体地说，预设幅度值可以根据实际需要进行设定，本实施方式不做具体限定。本实施例中，振荡幅度检测器104若检测到晶体振荡器103的输出信号的幅度超过预设幅度值，振荡幅度检测器104用于向激励信号发生器101发送第一反馈信号，第一反馈信号控制激励信号发生器101停止信号输出，也就是说没有信号接入宽带调制器102的输入端，可以实现宽带调制器停止向晶体振荡器103输入调制信号。
在一个具体的例子中，振荡幅度检测器104若检测到晶体振荡器103的输出信号的幅度超过预设幅度值，振荡幅度检测器104用于向宽带调制器102发送第一反馈信号，第一反馈信号控制宽带调制器102停止信号输出，则宽带调制器停止向晶体振荡器103输入调制信号。
在一个具体的例子中，振荡幅度检测器104在检测到晶体振荡器103的输出信号的幅度超过预设幅度值，振荡幅度检测器104用于向激励信号发生器101和宽带调制器102发送第一反馈信号，第一反馈信号控制激励信号发生器101和宽带调制器102停止信号输出，则宽带调制器102停止向晶体振荡器103输入调制信号。这样可以实现在激励信号发生器101出现故障，无法接收振荡幅度检测器104发送的第一反馈信号时，宽带调制器102还可以接收第一反馈信号；或者宽带调制器102出现故障，无法接收振荡幅度检测器104发送的第一反馈信号时，激励信号发生器101还可以接收第一反馈信号。即当其中一个器件发生故障时，有另外一个器件可以接收到第一反馈信号，具有双重保障，实现宽带调制器停止向晶体振荡器103输入调制信号。
本实施方式相较于传统的晶体振荡电路，由于考虑到了量产的激励信号发生器无法保证生成的激励信号的频率在晶体振荡器所需的频率的误差范围之内，利用宽带调制器将激励信号进行调制生成调制信号，可以达到使调制信号的的频率和晶体振荡器的频率之差在预设范围内，这样宽带调制器将调制信号输入晶体振荡器可以使晶体振荡器有较好的的加速起振效果，实现快速起振的目的，降低电路的平均功耗，实现节约时间和资源；另外，振荡幅度检测器用于检测晶体振荡器的输出信号的幅度，若检测到晶体振荡器的输出信号的幅度超过预设幅度值，则宽带调制器停止向晶体振荡器输入调制信号，可以进一步降低功耗，延长器件的使用寿命。
本发明第二实施方式涉及一种晶体振荡电路。本实施方式与第一实施方式大致相同，不同之处在于：在本实施方式中，晶体振荡电路还包括：偏置电流控制器、放大器、阻抗稳定控制器；偏置电流控制器与放大器连接，用于在晶体振荡器被使能时，向放大器输入偏置电流；放大器分别与偏置电流控制器和晶体振荡器连接，用于在晶体振荡器被使能时，放大偏置电流，并将放大后的偏置电流输入晶体振荡器；阻抗稳定控制器与晶体振荡器连接，用于在晶体振荡器被使能时，向晶体振荡器提供阻抗。
本实施方式中的一种晶体振荡电路的电路器件示意图如图2所示，具体包括以下器件：激励信号发生器201，宽带调制器202，晶体振荡器203，振荡幅度检测器204，偏置电流控制器205，放大器206，阻抗稳定控制器207。
激励信号发生器201，宽带调制器202，晶体振荡203，振荡幅度检测器204分别与激励信号发生器101，宽带调制器102，晶体振荡器103，振荡幅度检测器104类似，在此不再赘述。
偏置电流控制器205与放大器206连接，用于在晶体振荡器203被使能时，向放大器206输入偏置电流。
放大器206分别与偏置电流控制器205和晶体振荡器203连接，用于在晶体振荡器203被使能时，放大偏置电流，并将放大后的偏置电流输入晶体振荡器203。
阻抗稳定控制器207与晶体振荡器203连接，用于在晶体振荡器203被使能时，向晶体振荡器203提供阻抗。
具体地说，在晶体振荡器203使能时，增加专门的偏置电流控制器205提供偏置电流，经过放大器206放大后的偏置电流可以为晶体振荡器203提供最大偏置电流，使晶体振荡器203工作在最大偏置电流状态，以获得合理范围内的最大跨导gm，增加了晶体振荡器203的电流输入量。跨导gm是指输出端电流的变化值与输入端电压的变化值之间的比值，本实施方式中，gm为偏置电流控制器的输出端电流的变化值与偏置电路的输入端电压的变化值之间的比值。同时，利用阻抗稳定控制器207可以为晶体振荡器203提供合理范围内的最大阻抗r0，这样使得放大倍数(放大倍数＝gm*r0)最大，可以进一步的加快晶体振荡器203的起振速度。
在一个具体的例子中，振荡幅度检测器203还用于在检测到晶体振荡器203的输出信号的幅度升高时，向偏置电流控制器205发送第二反馈信号；第二反馈信号用于控制偏置电流控制器205降低向放大器206输入的偏置电流。具体地说，振荡幅度检测器203和偏置电流控制器205形成环路，即振幅反馈控制环路，控制偏置电流控制器205降低向放大器206输入的偏置电流，从而降低向晶体振荡器203输入的放大后的偏置电流，实现使晶体振荡器203的振幅维持恒定，使晶体振荡器203稳定运行。
在一个具体的例子中，阻抗稳定控制器207还用于在偏置电流控制器205降低向放大器206输入的偏置电流时，保持向晶体振荡器203提供的阻抗不变。控制偏置电流控制器205降低向放大器206输入的偏置电流时，向晶体振荡器203输入的放大后的偏置电流也会降低，阻抗稳定控制器207控制晶体振荡器203提供的阻抗保持不变可以使晶体振荡器203的频率始终保持稳定，进一步保证晶体振荡器203的稳定运行。
本实施方式中，在晶体振荡器使能时，增加专门的偏置电流控制器和放大器为晶体振荡器提供最大偏置电流，增加了晶体振荡器的电流输入量；且增加的阻抗稳定控制器可以为晶体振荡器提供合理范围内的最大阻抗，这样就可以使得放大倍数最大，可以进一步的加快晶体振荡器的起振速度。
本发明第三实施方式涉及一种晶体振荡方法。如图3所示，包括：
步骤301，在晶体振荡器被使能后，激励信号发生器生成激励信号，并将激励信号输入宽带调制器。
步骤302，宽带调制器将激励信号进行调制生成调制信号，并将调制信号输入晶体振荡器。其中，调制信号的频率和晶体振荡器的频率之差在预设范围内。
步骤303，振荡幅度检测器检测晶体振荡器的输出信号的幅度，若检测到晶体振荡器的输出信号的幅度超过预设幅度值，则宽带调制器停止向晶体振荡器输入调制信号。
在一个具体的例子中，若检测到晶体振荡器的输出信号的幅度超过预设幅度值，则宽带调制器停止向晶体振荡器输入调制信号，包括：若检测到晶体振荡器的输出信号的幅度超过预设幅度值，振荡幅度检测器用于向激励信号发生器和/或宽带调制器发送第一反馈信号；第一反馈信号用于控制激励信号发生器和/或宽带调制器停止信号输出。
在一个具体的例子中，晶体振荡方法，还包括：在晶体振荡器被使能时，偏置电流控制器向放大器输入偏置电流；放大器将放大后的偏置电流输入晶体振荡器；阻抗稳定控制器向晶体振荡器提供阻抗。
在一个具体的例子中，振荡幅度检测器在检测到晶体振荡器的输出信号的幅度升高时，向偏置电流控制器发送第二反馈信号；第二反馈信号控制偏置电流控制器降低向放大器输入的偏置电流。
在一个具体的例子中，阻抗稳定控制器在偏置电流控制器降低向放大器输入的偏置电流时，保持向晶体振荡器提供的阻抗保持不变。
本发明第四实施方式涉及一种电子设备，包括如上述第一或第二实施方式中的晶体振荡电路。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种晶体振荡电路，其特征在于，包括：晶体振荡器、激励信号发生器、宽带调制器、振荡幅度检测器；
所述激励信号发生器与所述宽带调制器连接，所述激励信号发生器用于在所述晶体振荡器被使能后，生成激励信号，并将所述激励信号输入所述宽带调制器；
所述宽带调制器与所述晶体振荡器连接，所述宽带调制器用于将所述激励信号进行调制生成调制信号，并将所述调制信号输入所述晶体振荡器，其中，所述调制信号的频率和所述晶体振荡器的频率之差在预设范围内；
所述振荡幅度检测器与所述晶体振荡器连接，所述振荡幅度检测器用于检测所述晶体振荡器的输出信号的幅度，若检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度超过所述预设幅度值，则所述宽带调制器停止向所述晶体振荡器输入所述调制信号。
2.根据权利要求1所述的晶体振荡电路，其特征在于，所述若检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度超过所述预设幅度值，则所述宽带调制器停止向所述晶体振荡器输入所述调制信号，包括：
若检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度超过所述预设幅度值，所述振荡幅度检测器用于向所述激励信号发生器和/或所述宽带调制器发送第一反馈信号；所述第一反馈信号用于控制所述激励信号发生器和/或所述宽带调制器停止信号输出。
3.根据权利要求1所述的晶体振荡电路，其特征在于，所述晶体振荡电路还包括：偏置电流控制器、放大器、阻抗稳定控制器；
所述偏置电流控制器与所述放大器连接，所述偏置电流控制器用于在所述晶体振荡器被使能时，向所述放大器输入偏置电流；
所述放大器与所述晶体振荡器连接，所述放大器用于在所述晶体振荡器被使能时，放大所述偏置电流，并将所述放大后的偏置电流输入所述晶体振荡器；
所述阻抗稳定控制器与所述晶体振荡器连接，所述阻抗稳定控制器用于在所述晶体振荡器被使能时，向所述晶体振荡器提供阻抗。
4.根据权利要求3所述的晶体振荡电路，其特征在于，所述振荡幅度检测器还用于在检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度升高时，向所述偏置电流控制器发送第二反馈信号；所述第二反馈信号用于控制所述偏置电流控制器降低向所述放大器输入的所述偏置电流。
5.根据权利要求4所述的晶体振荡电路，其特征在于，所述阻抗稳定控制器还用于在所述偏置电流控制器降低向所述放大器输入的所述偏置电流时，保持向所述晶体振荡器提供的阻抗不变。
6.根据权利要求1所述的晶体振荡电路，其特征在于，所述激励信号发生器为环形振荡器。
7.一种晶体振荡方法，其特征在于，包括：
在晶体振荡器被使能后，激励信号发生器生成激励信号，并将所述激励信号输入所述宽带调制器；
宽带调制器将所述激励信号进行调制生成调制信号，并将所述调制信号输入所述晶体振荡器，其中，所述调制信号的频率和所述晶体振荡器的频率之差在预设范围内；
振荡幅度检测器检测所述晶体振荡器的输出信号的幅度，若检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度超过预设幅度值，则所述宽带调制器停止向所述晶体振荡器输入所述调制信号。
8.根据权利要求7所述的晶体振荡方法，其特征在于，还包括：若检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度超过预设幅度值，则所述宽带调制器停止向所述晶体振荡器输入调制信号，包括：
若检测到所述晶体振荡器的输出信号的幅度超过所述预设幅度值，所述振荡幅度检测器用于向所述激励信号发生器和/或所述宽带调制器发送第一反馈信号；所述第一反馈信号用于控制所述激励信号发生器和/或所述宽带调制器停止信号输出。
9.根据权利要求7所述的晶体振荡方法，其特征在于，还包括：在所述晶体振荡器被使能时，
偏置电流控制器向所述放大器输入偏置电流；
放大器将所述放大后的偏置电流输入所述晶体振荡器；
阻抗稳定控制器向所述晶体振荡器提供阻抗。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的晶体振荡电路。
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