CN111342839B - 控制晶体振荡器的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“控制晶体振荡器的电路和方法”，本发明公开了一种晶体振荡器电路，该晶体振荡器电路可被控制以用于快速启动和高效操作。该控制包括调节施加到晶体管的体端子的电压，以便控制该晶体振荡器的放大。该放大可以在启动时相对于晶体振荡器的运动电阻而增加，以减少振荡所需的启动时间。该放大也可以减小，以便在启动后更高效地保持振荡。在一些实施方式中，用于控制的晶体管是全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)晶体管，其适应宽范围的体偏置电压。

Description

控制晶体振荡器的电路和方法
技术领域
本公开涉及晶体振荡器，并且更具体地说，涉及用于开始和保持晶体振荡器的振荡的电路和方法。
背景技术
晶体振荡器用于为电路提供稳定的信号(例如，时钟信号)。晶体振荡器可以被设计成主要在电磁频谱的千赫或兆赫部分内的谐振频率振荡。在晶体振荡器的核心处是包括压电晶体材料(例如，石英)的谐振器。当谐振器在反馈回路中与放大器连接时，可以生成(即，启动)和维持(即，保持)在晶体谐振器的谐振频率处的振荡信号。
振荡的快速启动很重要，尤其是对于可以在待机模式和活动模式之间转换的电子器件应用。例如，一些低电压(即，LV)或低功率(即，LP)应用可以通过在待机模式期间关闭振荡器来节省能量。当待机模式结束时，晶体振荡器快速启动并返回到活动(即，正常操作)模式。
晶体振荡器的启动受称为运动电阻的晶体谐振器的参数(即，等效串联电阻，ESR)的影响。运动电阻对应于晶体谐振器的内部等效电阻(即，振荡损耗)，并且可以大幅变化(例如，50-80％)。典型地，为了开始振荡，放大器的跨导增益(即，gm)超过取决于晶体谐振器的损耗(即，运动电阻)的阈值(即，临界值)。通常需要低效供电或具有额外复杂电路的控制电路来适应快速启动的要求和对运动电阻的大范围变化的容差。否则，振荡可能缓慢开始，并且在某些情况下可能根本不会开始。因此，需要新的电路和方法来控制晶体振荡器的操作。
发明内容
在一个总体方面，本公开描述了一种振荡器电路，其可以在启动时增加跨导增益，以便减少振荡开始的时间并适应晶体变化，然后，在振荡已经开始后，可以减少跨导增益，以便在保持振荡的同时节省能量。振荡器电路的可调性可以通过调节在向放大器供应电流的晶体管上的体偏置来实现。因此，体偏置电路耦接到晶体管的体端子，以便在相对于振荡开始的适当时间提供适当的体偏置电压。
在一种可能的实施方式中，公开了振荡器电路。该振荡器电路包括具有第一晶体管和第二晶体管的电流镜。通过第二晶体管的电流是电流镜的输出，并且耦接到晶体振荡器，该晶体振荡器包括在具有晶体谐振器的反馈回路中的放大器。为了在启动周期期间调节放大器的跨导增益，振荡器电路包括体偏置电路。体偏置电路耦接到晶体振荡器和电流镜(例如，耦接在晶体振荡器和电流镜之间)，并且在启动周期期间向第二晶体管的体端子施加体偏置电压，以增加通过第二晶体管的电流，这增加了放大器的跨导增益。
在另一种可能的实施方式中，公开了用于控制晶体振荡器的方法。在该方法中，晶体振荡器的状态被确定。然后，基于该状态，调节晶体管的体端子处的体偏置电压，以调节通过晶体管的电流。晶体振荡器的放大器利用通过晶体管的电流来偏置，以提供对应的跨导。因此，可以通过调节体偏置电压来调节放大器的跨导以控制晶体振荡器。
在另一种可能的实施方式中，公开了一种晶体振荡器。该晶体振荡器包括在带有放大器的反馈回路中的晶体谐振器。放大器由包括晶体管和体偏置电路的电路偏置。晶体管被配置为基于施加到晶体管的体端子的电压向放大器提供相对高的电流(即，足以开始振荡的电流)，以开始振荡。体偏置电路被配置为调节施加到体端子的电压，以向放大器提供相对低的电流(即，低于开始振荡的电流的足以保持振荡的电流)，从而在振荡已开始后保持振荡。
在以下具体实施方式及其附图内进一步解释了前述说明性发明内容，以及本公开的其他示例性目标和/或优点、以及实现方式。
附图说明
图1是具有体偏置端子的全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的侧截面图。
图2以图形方式描绘了根据本公开的可能实施方式的晶体振荡器电路的框图。
图3示意性地描绘了图2的振荡器电路的第一种可能实施方式。
图4示意性地描绘了图2的振荡器电路的第二种可能实施方式。
图5是用于控制晶体振荡器的方法的流程图。
附图中的部件未必相对于彼此按比例绘制。相似附图标记在若干附图中表示相应的零件。
具体实施方式
本公开描述了用于开始(例如，快速开始)和保持晶体振荡器的振荡的电路和方法。所描述的方法基于在启动时将放大器的跨导增益(即，gm)调节到相对高的值(例如，高于振荡所需临界跨导gm-crit)，以减少振荡开始的时间(例如，所需时间)。然后，在振荡已经开始(例如，多个循环)之后，gm被调节到相对低的值以保持振荡。因为在启动后gm减小，所以振荡可以高效地保持(即，使用比启动时更少的功率)。另外，因为gm是可调节的，所公开的方法具有额外的优点，即它可以适应宽范围的可能的gm-crit值，而没有与设计相关联的低效率，以用单个gm适应gm-crit的广泛变化。
在下表中，对于不同的晶体振荡器实施方式(即，在32千赫(kHz)和16兆赫(MHz))显示了一些示例性跨导值(即，在启动时有和没有调节)及其对应的振荡启动时间。提供这些示例是为了便于理解。本公开包括但不限于表1中所示或从表1导出的示例性值。
表1：示例性启动时间减少
gm的调节可以通过调节供应至放大器的电流来实现。例如，相对高的供应电流对应于相对高的gm，而相对低的供应电流对应于相对低的gm。本公开描述了在没有复杂的自动增益控制电路的情况下调节供应至放大器的电流的电路和方法，该自动增益控制电路包括用于感测振荡条件的传感器和用于调节多个电流源接通/断开的精密开关网络。相反，所公开的电路和方法可以简单地利用逻辑电路来确定振荡器的状态，并利用晶体管上的体端子来调节供应至放大器的电流。
通过金属氧化物半导体场效应(MOSFET)晶体管的电流可以由下面的公式表示：
其中w和l是沟道宽度和长度，μ是迁移率，VGS是栅极-源极电压，并且VT是器件的阈值电压。通过晶体管的电流I(即，漏极至源极电流)可以通过调节阈值电压VT来调节。作为用于在启动时调节晶体振荡器中的放大器的跨导的机制，所公开的电路和方法可以调节(即，调制)至少一个晶体管的阈值电压，以调节供应至放大器的电流。换句话说，对于一些实施方式，晶体振荡器可以在具有相对高的供应电流的启动模式或具有相对低的供应电流的稳态模式下操作。启动模式可以确保相对快速地开始振荡，但是由于相对高的供应电流，可能相对低效。稳态模式可以确保持续振荡，并且由于相对低的供应电流，因此可能相对高效。
晶体管可以用作供应至放大器的电流的源(或宿)。晶体管可以是p型(即，PMOS)或n型(即，NMOS)晶体管，并且晶体管的阈值电压(VT)的调节可以通过在体偏置(即，反偏置、背栅、体)端子125处偏置晶体管的体来实现。虽然所公开的晶体管可以与多种技术(例如，体互补金属氧化物半导体(CMOS)、绝缘体上硅(SOI)和完全耗尽绝缘体上硅(FDSOI))一起使用，但是SOI和FDSOI技术都可以被配置用于所描述的技术，因为它们具有反偏置多功能性。
图1中示出了FDSOI MSOFET晶体管的示例。晶体管100包括源极端子110、栅极端子115、漏极端子120和体端子125。栅极端子115耦接到在操作期间形成的沟道135上方的金属氧化物层130。在NMOS晶体管中，体140是p衬底，并且源极端子110和漏极端子120在n掺杂(n+)的区145上方。在PMOS晶体管中，体140是n阱(即，在p衬底内)，并且源极端子110和漏极端子120在p掺杂(p+)的区145上方。FDSOI晶体管包括掩埋氧化物(BOX)层150，其将沟道135和区145与主体绝缘，并有利于施加一定范围的电压来偏置主体而不会泄漏或击穿。SOIMOSFET晶体管可以具有与图1所示的FDSOI MOSFET晶体管相似的结构。这两种技术之间的一个区别是，FDSOI技术晶体管的沟道135完全耗尽，而在SOI技术晶体管中却没有。
在一些实施方式中，用于控制电流的体偏置方法至少具有简单的优点。在一些实施方式中，电流的控制仅需要调节体偏置(即BB)电压。此外，这种控制可以进一步简化，因为在一些实施方式中，BB电压可以仅需要在两个电压之一之间进行调节：一个电压在启动周期期间施加，而另一个电压在启动周期结束(例如，终止)之后施加。这优于利用单独控制(接通/断开)的多种电流源来调节电流的其他方法。因此，BB方法有利于与晶体振荡器(即，芯片上)集成(例如，易于集成)，因为它使用(例如，需要)相对较少的额外芯片空间或功率来控制部件。
图2以图形方式描绘了包含所述特征和优点的振荡器电路。振荡器电路200包括晶体振荡器230。晶体振荡器230包括在带有放大器231的反馈回路中的晶体谐振器232。晶体振荡器在启动时通过偏置放大器231使其具有高于振荡所需的阈值(gm-crit)的跨导增益(gm)。在启动之后(例如，紧接在启动之后)，振荡信号被生成并且幅值增加(例如，增长)，直到其达到稳态振荡，其特征在于振荡信号幅值的低(例如，小于5％)变化。晶体振荡器达到稳态振荡所需的时间是启动时间。启动周期是从晶体振荡器被启用的时间到(至少)实现稳态振荡的时间的周期。在一些实施方式中，可以在预期稳态振荡之后(例如，在振荡信号>10个循环之后)选择启动周期的结束，以确保启动时间的变化不会影响振荡的控制。
在一些实施方式中，晶体振荡器230被配置为在导通状态(即启用)时，被调谐到晶体谐振器232特有的谐振频率(FR)提供振荡信号。振荡信号可以被其他电路(未示出)用作时间基准或混合信号。在一些实施方式中，其他电路(未示出)可以控制振荡器电路200以将晶体振荡器配置为导通状态或关断状态。晶体振荡器的导通/关断状态可以对应于由其他电路(未示出)使用的功率管理方案，以实现低功率操作。
在一些实施方式中，振荡器电路200可包括电流镜220，以向放大器231供应(即偏置)电流ID。电流镜可以包括两个有源器件(例如，晶体管)，其被配置为使得通过有源器件之一(例如，第二晶体管)的电流对应于通过另一个(例如，第一晶体管)的电流(例如，匹配或为其缩放型式)。换句话说，电流镜可以被配置为作为电流控制的电流源(即CCCS)操作。对于图2所示的实施方式，控制电流镜的电流由偏置电流源210生成。当电流镜220的两个有源器件匹配时，通过这两个有源器件的电流基本上相等(例如，相等)。例如，如果电流镜包括具有匹配阈值电压VT的两个晶体管，则通过晶体管的电流可以相等(例如，基本上相等)。然而，如果其中一个晶体管的VT被调节，则通过每个晶体管的电流可以不同(例如，基本上不同)。例如，通过两个有源器件之一(例如，第二晶体管)的电流可以高于通过两个有源器件中另一个(例如，第一晶体管)的电流(即，从其放大)。
提供具有两个有源器件的电流镜的实施方式是为了帮助理解，而并非意图进行限制。电流镜的其他实施方式可以包括多个有源器件(例如，为了匹配的目的)。换句话说，电流镜的第一晶体管和第二晶体管可以各自体现为多个晶体管。
在一些实施方式中，振荡器电路200包括体偏置电路260，其接收来自晶体振荡器的信号，确定晶体振荡器230的状态(即模式)(即，启动或稳态)，和/或生成信号(VBB)，以控制电流镜220向放大器231供应电流ID，放大器231相应地调节跨导增益(gm)。
在一些实施方式中，体偏置电路可以包括体偏置控制器240。体偏置控制器240可以包括电路和部件，这些电路和部件通常被配置为从晶体振荡器接收一个或多个信号，并产生对应于(例如，在频率上)振荡信号的第一数字信号。体偏置控制器240还可以包括通常被配置为确定定时信息的电路和部件。例如，体偏置控制器240还可以包括计数器电路，该计数器电路可以对第一数字信号的循环次数进行计数，并且在已经计数了特定的循环次数之后产生第二数字信号。体偏置控制器240还可以包括通常被配置为确定一段时间已经过去的电路和部件。例如，体偏置控制器240还可以包括逻辑电路，该逻辑电路基于定时信息和晶体振荡器的导通/关断状态可以生成对应于(例如，指示)启动周期的结束和/或稳态周期的开始的信号(例如，脉冲、高/低转换等)。
在一些实施方式中，体偏置电路可以包括体偏置发生器250。如图2的实施方式中所示，体偏置发生器可以耦接到体偏置控制器，以在启动周期的开始和/或结束时接收信号。在接收到信号时，体偏置发生器可以产生电压(即VBB)，以用于调节供应至放大器的电流。例如，体偏置发生器可以产生VBB信号，该信号在启动周期期间具有第一电压，而在其他时间(例如，在启动周期之后)具有第二电压。
在一些实施方式中，VBB信号可以耦接到电流镜220的晶体管的体偏置端子，以调节从电流镜220输出的电流ID。因此，体偏置发生器250可以包括基于从体偏置控制器240接收的信号产生相对于电流镜220的下轨(例如，0V)和上轨(例如，VDD)的电压的电路和部件。在可能的实施方式中，体偏置发生器250可包括开关，以基于从体偏置控制器240接收的信号来配置部件。例如，体偏置发生器250可以包括一个或多个开关，以控制一个或多个电压参考器件(例如，二极管连接的晶体管)的操作(例如，偏置)，从而在启动周期期间调节VBB。此外，一个或多个开关可以被配置为将滤波器耦接到体偏置端子，以在稳态周期期间从VBB信号中去除噪声。
在一些实施方式中，在启动周期期间施加的体偏置电压(VBB)可以不同于在稳态周期期间施加的体偏置电压。例如，在启动周期期间，VBB可以从默认(例如，稳态)电压(即，VBB-STEADY)调节到启动电压(即，VBB-START)，以增加在启动时供应至放大器的电流(ID)。
在一些实施方式中，调节的方向(即，更高或更低)可以通过电流镜中使用的晶体管的类型来确定。例如，如果晶体管是PMOS，那么VBB-STEADY可以是高供电电压(例如，VDD)，而VBB-START可以是低于VDD的电压，以增加ID(即，降低VT)。另选地，如果晶体管是NMOS，那么VBB-STEADY可以是低供电电压，例如接地电压(例如，0V)，而VBB-START可以是高于接地电压(例如，0V)的电压，以增加ID(即，降低VT)。
在一些实施方式中，在启动周期期间的调节量(即，VBB-START的值)可以是电流镜的接地电压(例如，0V)和供电电压(例如，VDD)(包括端值)之间的任何电压。例如，表1中所示的调节后的启动时间基于VBB-START，该电压从供电电压(即，VDD)降低(偏置的)二极管连接的晶体管两端的电压降。如果VBB降低得更低(例如，0V)，表1中调节后的启动时间甚至将比其未调节的对应时间更短。在启动期间VBB的选择可以是包括(但不限于)功耗、电路复杂性、电路尺寸和晶体谐振器变化的参数的平衡。例如，可以设计所公开的电路和方法的更复杂和/或更大的实施方式来区分多个周期指定和/或提供多个VBB电压(例如，每个指定周期一个)。
图3示意性地描绘了图2的振荡器电路的第一种可能实施方式。如图所示，晶体管M1和M2形成电流镜220。M1是PMOS晶体管，在其栅极端子和其漏极端子之间短路，并且在其漏极耦接到偏置电流源210(即，电流镜(CM)偏置)。对于该实施方式，偏置电流源210可以是将偏置电流吸收到地的NMOS晶体管。M1的体端子耦接到电流镜的供电电压VDD。M2是在其栅极处耦接到M1的栅极的PMOS晶体管。M2的体偏置端子310(即，体端子)耦接到体偏置发生器输出(即，VBB)。这样，施加到M1和M2的体偏置电压可以被调节为相同(即，VBB＝VDD)或不同(即，VBB<VDD)，并且同样地，通过每个晶体管的电流可以被调节为相同或不同。
在一些实施方式中，电流镜220的输出(即，ID)被提供(例如，馈送)给晶体振荡器230中的放大器Mamp。用于所示实施方式，放大器Mamp是NMOS晶体管，其被流过M2的电流和反馈电阻器315(例如，高电阻芯片上Z)偏置。反馈电阻器315可以被设计为多晶硅电阻器或工艺技术中可用的可提供高电阻的任何合适的元件。NMOS晶体管(Mamp)可以分别在其栅极端子和漏极端子处耦接到晶体谐振器232(即，晶体)的输入(即，XTAL_IN)和输出(即，XTAL_OUT)，而源极端子接地。
晶体谐振器232可以从外部(即，芯片外)耦接到放大器。当从外部(芯片外)耦接时，晶体谐振器232中的电势变化必须由芯片上电路来适应。例如，晶体谐振器232的运动电阻(Rm)可能从一件到另一件大幅变化(50–80％)。振荡的临界跨导增益(即，gm-crit)也可以变化，因为gm-crit通常与Rm成比例。在启动期间提高放大器Mamp的跨导增益可以适应(芯片外)晶体谐振器232的运动电阻的变化，而没有(例如，不需要)永久地保持高跨导增益，这可能是低功效的。
在一些实施方式中，图3的振荡器电路实施方式还包括体偏置控制器240。偏置控制器包括比较器320，比较器320比较XTAL_OUT和XTAL_IN信号，以产生以振荡器的频率在高/低值之间振荡的数字信号。体偏置控制器240还包括对循环计数的计数器电路。可以使用N分频(即，分频、除法器等)电路(即，计数器)来执行计数。分频电路可包括多个串联连接的D触发器325A、325B，其中每个触发器将输入信号的频率除以2。例如，两个触发器的串联连接将数字振荡频率除以4。可以使用任意数量的触发器来定义启动周期，并在启动周期之后产生正信号。体偏置控制器240还包括逻辑门。如图所示，门可包括与非门330和反相器335，以执行逻辑与运算。当启动信号331为高电平(即，振荡器电路被供电)时，并且当来自分频电路的信号为高电平时(即，在启动周期之后)，与运算提供逻辑电平(即，高电平、真电平、1电平等)。
在一些实施方式中，体偏置发生器250耦接到体偏置控制器240的逻辑输出。对于图3所示的实施方式，体偏置发生器包括逻辑驱动器340。逻辑驱动器在体偏置控制器输出逻辑低(即，在启动周期期间)时向M2的体偏置端子310输出低供电电压(例如，0V)，并且在体偏置控制器输出逻辑高时(即，在启动周期之后并且当电路被使能时)，向M2的体偏置端子310输出高供电电压(例如，VDD)。在一些实施方式中，体偏置发生器还包括滤波器，该滤波器包括电容器(Cfilt)345和电阻器(Rfilt)350，以消除在体端子处可能的噪声。
在一些实施方式中，图3所示的第一种可能的实施方式可包括在启动时非常低(例如，零伏)的VBB(即，VBB-START)，因此预计具有比未调节的启动时间大大减少的启动时间(例如，启动时间减少5倍以上)。第一实施方式的体偏置发生器非常简单，仅具有几个部件(例如，逻辑驱动器340和滤波器)。
图4示意性地描绘了图2的振荡器电路的第二种可能实施方式。图4所示的振荡器电路200的实施方式与图3所示的实施方式在体偏置发生器中不同。特别地，由两个不同电路生成的体偏置电压(VBB)不同。用于图3所示实施方式的体偏置发生器250在启动周期期间生成接地电压(例如，零伏)的VBB。然而，用于图4所示实施方式的体偏置发生器250生成高于接地电压的VBB。特别地，VBB可以被调节为比供电电压VDD低在启动周期期间可以切换到电路中的电压降。
可以使用各种可能的部件和电路来产生在启动周期期间体偏置端子处的电压降(即，VDROP)。例如，可以使用一个或多个二极管、一个或多个电阻器或者一个或多个二极管连接的晶体管来产生电压降。一个或多个部件可以由一个或多个开关电启用，或者以其他方式电启用，使得一个或多个部件能够提供特定的电压降。例如，在利用单个部件来提供单个电压降的一些实施方式中，该部件可以在启动周期期间启用以提供VBB-START(例如，VBB-START＝VDD–VDROP)，并且禁用以提供VBB-STEADY(例如，VBB-STEADY＝VDD)。在一些实施方式中，可以利用多个部件来提供多个可能的电压降，这取决于它们是如何被电启用的。
图4所示实施方式的体偏置发生器250包括二极管连接的PMOS晶体管(即，MBB)，其在源极端子处耦接到源极电压(VDD)。PMOS晶体管MBB在其栅极和漏极之间短路，并且MBB的漏极耦接到偏置电流源412(即，BB GEN偏置)。在该可能的实施方式中，偏置电流源412可以是NMOS晶体管，当第一开关410被配置为导通状态时，该晶体管将偏置电流吸收到地。
图4所示实施方式的体偏置发生器250包括逻辑门(即，反相器335和与非门330)，以产生控制信号405(即，PHI)。体偏置发生器还包括第一开关410和第二开关415，它们可以各自基于控制信号405的电压被配置为导通或关断状态。例如，第一开关410可以被配置为接通(即，闭合、导通等)，而第二开关415被配置为断开(即，关断、不导通等)。开关的这种互补功能可以通过不同的方式实现。例如，如图4所示，控制信号可以在两个相同的开关之一处被反相。另选地，开关可以不同，并且响应于相同的控制信号以互补的方式操作。
在启动周期期间，PHI可以是高电平信号，并且可以闭合第一开关410并且关断第二开关415。当第一开关410闭合时，MBB以饱和模式传导电流，并具有围绕器件的阈值电压(VT)的电压降。因此，在M2的体端子处的电压(即，VBB)被下拉到比源极电压(即，VDD)低二极管连接的晶体管两端的电压降(VDROP≈0.6V)的电压。在启动周期之后，PHI可以是低信号，并且可以关断第一开关410并闭合第二开关415。在这种配置中，在体端子处的电压(即，VBB)不再被下拉，而是通过包括电容器Cfilt 345和电阻器Rfilt 350的滤波器耦接到源极电压VDD。
图5是用于控制晶体振荡器的方法500的流程图。该方法包括确定510晶体振荡器的状态。晶体振荡器的状态可以是启动状态(例如，在启动周期期间)。如前所述，状态可以由体偏置控制器240确定，体偏置控制器240对振荡中的循环次数进行计数。计数可以在晶体振荡器被启用时开始，并在预定次数的循环之后结束。因此，在晶体振荡器被启用的时间和计数已经达到预定值的时间之间的时间期间，振荡器可以被认为处于启动状态。除了启动状态和非启动状态之外，一些实施方式可以不进行进一步的确定。然而，在一些实施方式中，可以确定其他状态。例如，稳态可以被断定为紧接在启动状态之后并持续到晶体振荡器被禁用(即，直到禁用状态)。虽然用于进行确定的其他方法是可能的，但是循环计数方法由于其简单性而可能是期望的，因为只需要几个部件(例如，比较器和触发器)。
在晶体振荡器的状态被确定之后，方法500包括基于该状态调节520在晶体管的体端子处的体偏置电压(VBB)。体偏置电压对应于通过晶体管的电流。如前所述，在启动周期期间，VBB可以由体偏置发生器250以不同于其他方式生成的方式生成。例如，在启动周期期间，对于PMOS晶体管，VBB<VDD(或者对于NMOS晶体管，VBB>VDD)，而在启动周期期间之后，对于PMOS晶体管，VBB＝VDD(或者对于NMOS晶体管，VBB＝接地)。
方法500还包括使用通过晶体管(例如，电流镜220中的晶体管)的电流偏置530晶体振荡器的放大器。通过晶体管的电流取决于晶体管的阈值电压，而阈值电压继而取决于体偏置电压VBB。因此，调节体偏置电压对应于调节通过晶体管的电流。通过晶体管的电流用于偏置晶体振荡器的放大器231。放大器的跨导增益(即，gm)取决于偏置电流(例如与其成比例)。因此，调节体偏置电压进一步对应于调节放大器的跨导增益。此外，放大器的跨导增益(例如，相对于运动电阻)对应于放大器的启动时间(例如，与其成反比)。因此，调节体偏置电压进一步对应于调节放大器的启动时间。
体偏置电压的调节可以通过使用全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)晶体管技术或绝缘体上硅(SOI)晶体管技术来促进。这两种技术都具有适合于体偏置的结构，因为在这两种情况下，体偏置的幅度不受泄漏或闩锁的限制，如同其他技术(例如，体)晶体管一样。虽然SOI和FDSOI技术都可以被使用，但是SOI技术的晶体管对体偏置的响应可能比FDSOI技术的晶体管更慢。
所公开的电路和方法可以通过用于体偏置的各种电路和部件提供各种量的跨导增益调节。本领域技术人员还将理解，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以配置所公开的电路和方法的改编和修改。因此，应当理解，在所附权利要求书的范围内，本公开可以不同于本文具体描述的方式实施。
所公开的技术可以实现为用于控制晶体振荡器的方法。在该方法中，晶体振荡器的状态被确定。然后，基于该状态调节晶体管的体端子处的体偏置电压，该体偏置电压对应于通过晶体管的电流。然后，通过晶体管的电流被用来偏置晶体振荡器的放大器，该放大器具有对应于通过晶体管的电流的跨导增益。
在一种可能的实施方式中，该方法还包括确定晶体振荡器处于启动状态。然后，调节晶体管的体端子处的体偏置电压以增加通过晶体管的电流，并使用增加的电流偏置晶体振荡器的放大器以增加放大器的跨导增益。
在另一种可能的实施方式中，该方法还包括确定晶体振荡器不处于启动状态。然后，调节晶体管的体端子处的体偏置电压，以减小通过晶体管的电流，并使用减小的电流偏置晶体振荡器的放大器，以减小放大器的跨导增益。
在该方法的另一种可能的实施方式中，该方法的晶体管是全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)晶体管或绝缘体上硅(SOI)晶体管。
在该方法的另一种可能的实施方式中，振荡处于千赫至兆赫范围内的任何频率。
在该方法的另一种可能的实施方式中，确定晶体振荡器的状态包括对来自晶体振荡器的振荡信号中的循环次数进行计数。
在该方法的另一种可能的实施方式中，晶体管是PMOS晶体管，并且调节包括将在体端子处的电压从供电电压降低以增加通过晶体管的电流。
在该方法的另一种可能的实施方式中，晶体管是NMOS晶体管，并且调节包括将在体端子处的电压从接地电压增加，以增加通过晶体管的电流。
一些实施方式可使用各种半导体处理和/或封装技术来实现。一些实施方式可使用与半导体基板相关联的各种类型的半导体处理技术来实现，该半导体基板包含但不限于，例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等。
在说明书中，当诸如部件的元件被提及在另一个元件上、连接到另一个元件、电连接到另一个元件、耦接到另一个元件或电耦接到另一个元件时，该元件可以直接在另一个元件上、连接或耦接到另一个元件，或者可以存在一个或多个中间元件。相反，当元件被提及直接在另一个元件或层上、直接连接到另一个元件或层、或直接耦合到另一个元件或层时，不存在中间元件或层。虽然在整个具体实施方式中可能不会使用术语直接在…上、直接连接到…、或直接耦合到…，但是被示为直接在元件上、直接连接或直接耦合的元件能以此类方式提及。本申请的权利要求书(如果存在的话)可被修订以叙述在说明书中描述或者在附图中示出的示例性关系。
在说明书中，术语“和/或”的使用包括一个或多个相关联列出条目的任意组合和所有组合。除非另有说明，否则特定术语已用于通用和描述性意义，而非用于限制的目的。除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与本领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。诸如“一”、“一个”和“该”的单数形式包括复数指代物，除非上下文另有明确指示。如本文所用的术语“包含”及其变型形式与术语“包括”及其变型形式同义地使用，并且是开放式的非限制性术语。本文所用术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的特征、事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括所述特征、事件或情况发生的实例和不发生的实例。范围在本文中可以表达为从“约”一个特定值，和/或到“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，一个方面包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当值通过使用先行词“约”表达为近似值时，应当理解，该特定值形成另一个方面。还应当理解，每个范围的端点相对于另一个端点是重要的，并且独立于另一个端点。

Claims (12)

1.一种振荡器电路，包括：
电流镜，所述电流镜包括第一晶体管和第二晶体管，其中，通过所述第二晶体管的电流是所述电流镜的输出；
晶体振荡器，所述晶体振荡器耦接到所述电流镜的所述输出，
并且包括在带有晶体谐振器的反馈回路中的放大器，所述放大器具有对应于通过所述第二晶体管的所述电流的跨导增益；以及
体偏置电路，所述体偏置电路耦接到所述晶体振荡器和所述电流镜，并且被配置为在启动周期期间向所述第二晶体管的体端子施加体偏置电压，以增加通过所述第二晶体管的所述电流。
2.根据权利要求1所述的振荡器电路，还包括耦接到所述第一晶体管的偏置电流源，所述偏置电流源生成通过所述第一晶体管的电流。
3.根据权利要求1所述的振荡器电路，其中，所述第二晶体管是全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)技术晶体管或绝缘体上硅(SOI)技术晶体管。
4.根据权利要求2所述的振荡器电路，其中，所述第一晶体管的体端子连接到供电电压，并且所述第二晶体管的所述体端子耦接到所述体偏置电路，使得在所述启动周期期间，通过所述第一晶体管的所述电流不等于通过所述第二晶体管的所述电流。
5.根据权利要求3所述的振荡器电路，其中，所述放大器是由通过所述电流镜的所述第二晶体管的所述电流偏置的晶体管，以在所述启动周期期间提供第一跨导，并且在所述启动周期之后提供第二跨导，所述第一跨导高于所述第二跨导，并且其中，所述第一跨导和所述第二跨导高于所述晶体谐振器的运动电阻。
6.根据权利要求1所述的振荡器电路，其中，所述体偏置电路包括：
体偏置控制器，所述体偏置控制器耦接到所述晶体振荡器的所述输出，并且包括至少一个触发器，所述触发器被配置为分频电路，以对振荡的循环进行计数来确定所述启动周期。
7.根据权利要求6所述的振荡器电路，其中，所述体偏置控制器包括：
体偏置发生器，所述体偏置发生器耦接到所述体偏置控制器，并且被配置为根据由所述体偏置控制器确定的所述启动周期输出所述体偏置电压。
8.根据权利要求7所述的振荡器电路，其中，所述体偏置发生器包括至少一个逻辑门、逻辑驱动器、二极管连接的晶体管和开关网络，所述体偏置发生器由所述体偏置控制器的所述输出配置为：
在所述启动周期期间向所述第二晶体管的所述体端子施加第一逻辑电平电压，
在所述启动周期之后向所述第二晶体管的所述体端子施加第二逻辑电平电压，
偏置所述二极管连接的晶体管，使得在所述启动周期期间施加第一体偏置电压，以及
对所述二极管连接的晶体管进行去偏置，使得在所述启动周期之后施加第二体偏置电压。
9.一种用于控制晶体振荡器的方法，包括：
确定所述晶体振荡器的状态；
基于确定的所述状态，调节耦接到所述晶体振荡器的电流镜的晶体管的体端子处的体偏置电压以控制通过所述电流镜的所述晶体管的电流；以及
使用通过所述电流镜的所述晶体管的所述电流偏置所述晶体振荡器的放大器，以基于确定的所述状态调整所述放大器的跨导增益。
10.根据权利要求9所述的用于控制晶体振荡器的方法，其中：
当所述晶体振荡器处于启动状态时，调节所述晶体管的所述体端子处的所述体偏置电压以增加通过所述晶体管的所述电流；以及
当所述晶体振荡器不处于所述启动状态时，调节所述晶体管的所述体端子处的所述体偏置电压以减小通过所述晶体管的所述电流，
通过所述晶体管的所述电流对应于所述放大器的跨导增益。
11.一种晶体振荡器，包括：
晶体谐振器，所述晶体谐振器在带有放大器的反馈回路中，所述放大器通过电路偏置，所述电路包括：
电流镜，耦接到所述晶体振荡器且包括晶体管，所述晶体管被配置为向所述放大器提供足以开始振荡的电流，
所述足以开始振荡的电流基于施加到所述晶体管的体端子的电压；和
体偏置电路，所述体偏置电路被配置为在振荡已经开始之后调节施加到所述晶体管的所述体端子的所述电压，
对所述电压的所述调节将所述晶体管配置为向所述放大器提供足以保持振荡的电流，所述足以开始振荡的电流高于所述足以保持振荡的电流。
12.根据权利要求11所述的晶体振荡器，其中，所述晶体管是全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)晶体管或绝缘体上硅(SOI)晶体管。
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