CN113328735A - 晶体驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体驱动电路，包括启动子电路，启动子电路接收第一使能信号以启动晶体驱动电路，为晶体驱动电路中的晶体振荡器提供能量；当晶体振荡器稳定振荡后，周期性地关断‑启动启动子电路，以使启动子电路关断时、使用晶体振荡器两端存储的能量保持晶体振荡器的振荡，并在晶体振荡器两端能量消耗完之前再次启动启动子电路。本发明技术方案通过周期性地关断‑启动所述启动子电路，以使启动子电路关断时、使用晶体振荡器两端存储的能量保持晶体振荡器的振荡，并在晶体振荡器两端能量消耗完之前再次启动所述启动子电路，在晶体振荡器稳定振荡时，周期性地提供偏置，以实现一段时间内的能量消耗大大减小，从而实现超低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种晶体驱动电路。
背景技术
晶体驱动器自上世纪20年代问世以来，其理论研究与制造水平都得到了飞速发展，各项性能指标显著提升。作为一种时钟频率源，与其他类型的振荡器相比，晶体振荡器以其优异的Q值、频率精度、稳定度等，广泛应用于军工以及民用消费电子领域。而在集成电路领域，为了使晶体的频率信号能有效、合理地传输至芯片核心，IO接口集成电路地作用至关重要。
随着对晶体驱动电路性能要求越来越高，低功耗甚至极低功耗的晶体驱动电路一直是设计人员努力的方向。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种晶体驱动电路，旨在减少电路的功耗。
为实现上述目的，本发明提供一种晶体驱动电路，包括启动子电路，所述启动子电路接收第一使能信号以启动所述晶体驱动电路，为所述晶体驱动电路中的晶体振荡器提供能量；当所述晶体振荡器稳定振荡后，周期性地关断-启动所述启动子电路，以使所述启动子电路关断时、使用所述晶体振荡器两端存储的能量保持所述晶体振荡器的振荡，并在所述晶体振荡器两端能量消耗完之前再次启动所述启动子电路。
优选地，所述晶体驱动电路还包括计数器，通过所述计数器对所述晶体驱动电路的输出信号进行计时，以周期性地关断-启动所述启动子电路。
优选地，所述晶体驱动电路还包括选择器，所述选择器连接于所述启动子电路、所述计数器和所述晶体驱动电路输出端，并接通所述第一使能信号；当所述启动子电路启动前，所述选择器选择接通所述第一使能信号和所述启动子电路、以使所述启动子电路启动；当所述计数器的计数值计满时，所述计数器发送信号至所述选择器，所述选择器选择接通所述晶体驱动电路输出端和所述启动子电路，以使所述启动子电路根据所述输出信号启动/关断所述启动子电路。
优选地，所述晶体振荡器为低频的皮尔斯振荡器。
本发明还提供一种晶体驱动电路，根据预设的间隔时间，发送第二使能信号以周期性地关断-启动所述启动子电路。
优选地，该电路中所述晶体振荡器为高频的皮尔斯振荡器。
优选地，所述晶体驱动电路还包括偏置子电路，所述偏置子电路连接于所述启动子电路和所述晶体振荡器，当所述启动子电路启动后，所述偏置子电路为所述晶体振荡器提供偏置电流。
优选地，所述晶体驱动电路还包括时钟缓冲器，所述时钟缓冲器连接于所述晶体振荡器，用以为所述晶体驱动电路提供缓冲输出。
本发明技术方案通过周期性地关断-启动所述启动子电路，以使启动子电路关断时、使用晶体振荡器两端存储的能量保持晶体振荡器的振荡，并在晶体振荡器两端能量消耗完之前再次启动所述启动子电路，在晶体振荡器稳定振荡时，周期性地提供偏置，以实现一段时间内的能量消耗大大减小，从而实现超低功耗。
附图说明
图1为本发明晶体驱动电路的原理示意图；
图2为本发明晶体驱动电路中启动子电路的电路示意图；
图3为本发明晶体驱动电路中偏置子电路的电路示意图；
图4为本发明晶体驱动电路中时钟缓冲器的电路示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明进一步说明。
一种晶体驱动电路，如图1所示，包括启动子电路，所述启动子电路接收第一使能信号以启动所述晶体驱动电路，为所述晶体驱动电路中的晶体振荡器提供能量；当所述晶体振荡器稳定振荡后，周期性地关断-启动所述启动子电路，以使所述启动子电路关断时、使用所述晶体振荡器两端存储的能量保持所述晶体振荡器的振荡，并在所述晶体振荡器两端能量消耗完之前再次启动所述启动子电路。
电路在稳定工作过程中，晶体振荡器稳定振荡，在振荡时，晶体振荡器两端会储存部分能量。在此时，若断开电路的偏置电流，在短时间内，晶体振荡器还会继续振荡下去，直到能量消耗完，晶体振荡器的振荡才会停止。本发明实施例的技术方案通过周期性地关断-启动所述启动子电路，以使启动子电路关断时，使用晶体振荡器两端存储的能量保持晶体振荡器的振荡，并在晶体振荡器两端能量消耗完之前再次启动所述启动子电路，在晶体振荡器稳定振荡时，周期性地提供偏置，以实现一段时间内的能量消耗大大减小，从而实现超低功耗。
在具体实施例中，启动子电路为RC充放电结构，通过第一使能信号控制。在另一些实施例中，启动子电路也可以使用现有技术中已公开的其他启动电路结构。
如图2所示，该启动子电路包括连接于第一使能信号的第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2，依次串联于电源VDD和地VSS之间的第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4和第二NMOS管MN2。第一PMOS管MP1的栅极连接于第一使能信号EN1输入端，源极连接于电源VDD、漏极连接于第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端通过第一电容C1接地VSS。第二PMOS管MP2的栅极连接于第一使能信号EN1输入端，源极连接于电源VDD、漏极连接于第三PMOS管MP3的源极。第三PMOS管MP3的栅极与第四PMOS管MP4的栅极连接于第一电阻R1和第一电容C1。第三PMOS管MP3的漏极连接于第四PMOS管MP4的源极，第四PMOS管MP4的漏极连接于第二NMOS管MN2的漏极。第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的栅极相互连接，并连接于第二PMOS管MP2的栅极。第一NMOS管MN1的漏极连接于第一电阻R1、源极接地VSS。第二NMOS管MN2的源极接地VSS。第四PMOS管MP4的漏极和第二NMOS管MN2的漏极相连的端XO为启动子电路的信号输出端。
当第一使能信号EN1由高到低切换，第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2导通，第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2截止，通过对第一电容C1充放电、实现端XO电平从高逐渐到低，以实现电路启动。
优选地，所述晶体驱动电路还包括偏置子电路，所述偏置子电路连接于所述启动子电路和所述晶体振荡器，当所述启动子电路启动后，所述偏置子电路为所述晶体振荡器提供偏置电流。
具体地，如图3所示，偏置子电路包括连接于启动子电路的第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4，连接于电源VDD的第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6和第七PMOS管MP7。第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4的栅极相互连接、并连接于启动子电路的信号输出端和第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地VSS。第三NMOS管MN3的源极接地VSS、漏极连接于第六PMOS管MP6的漏极，第四NMOS管MN4的源极通过第二电阻R2接地VSS、漏极连接于第七PMOS管MP7的漏极。第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6和第七PMOS管MP7的源极连接于电源VDD、栅极相互连接。第七PMOS管MP7的漏极与栅极相互连接。第五PMOS管MP5的漏极输出偏置电压至后续电路。
当启动子电路开始工作，端XO对第二电容C2进行充电，在第四NMOS管MN4的栅极和源极产生一个栅源电压VGS，接着在第二电阻R2上产生压降，从而产生启动电流，再通过第六PMOS管MP6和第七PMOS管MP7组成的电流镜，将电流镜像到第五PMOS管MP5，得到偏置电压IBP，偏置电压IBP输出至后续电路，以使晶体振荡器开始振荡。
在另一些实施例中，偏置子电路也可以使用现有技术中已公开的其他偏置电路结构。
优选地，所述晶体驱动电路还包括时钟缓冲器，所述时钟缓冲器连接于所述晶体振荡器，用以为所述晶体驱动电路提供缓冲输出。
具体地，时钟缓冲器包括多个反相器，多个反相器首尾相连，并通过两级反向驱动，放大了晶体振荡器共振产生的正弦波幅值并增加了驱动能力，经过反相器输出稳定的时钟。
在具体实施例中，如图4所示，时钟缓冲器包括依次相连的第三电容C3、第一反相器N1、第二反相器N2和第三反相器N3。第三电容C3的一端连接于晶体振荡器、另一端连接于第一反相器N1的输入端；第一反相器N1的输出端和输入端相连、且输出端连接于第二反相器N2的输入端；第二反相器N2的输出端连接于第三反相器N3的输入端，第三反相器N3的输出端输出信号。
在第一个具体实施例中，如图1所示，晶体驱动电路还包括计数器，通过计数器对晶体驱动电路的输出信号进行计时，以周期性地关断-启动所述启动子电路。
具体地，当晶体驱动电路启动后，在晶体振荡器稳定振荡之前，通过计数器对输出信号进行计时；待晶体振荡器稳定后，计数器的计数值计满，发送信号至启动子电路，以使启动子电路周期性地关断-启动。计数器的计数值可根据晶体振荡器稳定振荡所需时间进行设置。计数器的功能可通过数字集成来实现。
优选地，如图1所示，所述晶体驱动电路还包括选择器，所述选择器连接于所述启动子电路、所述计数器和所述晶体驱动电路输出端，并接通所述第一使能信号EN1；当所述启动子电路启动前，所述选择器选择接通所述第一使能信号EN1和所述启动子电路、以使所述启动子电路启动；当所述计数器的计数值计满时，所述计数器发送信号至所述选择器，所述选择器选择接通所述晶体驱动电路输出端和所述启动子电路，以使所述启动子电路根据所述输出信号启动/关断所述启动子电路。
具体地，本实施例中的晶体振荡器为低频的皮尔斯振荡器。
在具体实施例中，晶体振荡器中的晶体为32.768K的晶体。计数器实现的功能是，当晶体驱动电路有输出时钟的时候，计数器开始计时。32.768K晶振在计数满2^14个周期，约500ms左右时，晶振即可稳定振荡。则，当计数器计满2^14个周期之后输出指示信号CLK_C为1，发送至选择器，作为选择器的选择控制信号。当晶体驱动电路没有时钟输出的时候，计数器输出CLK_C为0。
选择器选择启动子电路的启动信号是外部使能信号或晶体驱动电路的输出信号，当晶体驱动电路没有输出时，计数器输出为0，此时选择器选择接通外部使能信号，用以启动所述启动子电路。当计数器计满时，输出信号为1，此时选择器选择接通晶体驱动电路的输出端。
该实施例的工作原理为：
当晶体驱动电路未开始工作时，晶体振荡器没有振荡，晶体驱动电路没有时钟信号输出，计数器的输出CLK_C为0，此时，选择器选择接通第一使能信号EN1，即EN_Mux=EN1；当第一使能信号EN1上电之后，启动电路开始工作，偏置子电路产生偏置电流；在电流的冲击下，晶体振荡器开始振荡，晶体振荡器两端产生正弦信号，再经过时钟缓冲器放大信号并增强驱动能力到晶体驱动电路的输出端；
当晶体驱动电路的输出端有时钟输出后，计数器开始计数，待计数器计满后，计数器输出CLK_C为1；此时，选择器选择接通晶体驱动电路的输出端XOUT，即EN_Mux=XOUT，启动子电路根据晶体驱动电路的输出信号周期性地VSS启动-关断，即启动子电路和偏置子电路会周期性的从工作状态切换到关闭状态。但是由于晶振振荡的特性，晶体振荡器两端会一直振荡下去，晶体驱动电路的输出不变，但总的电流消耗大大减小了。
在另一个具体实施例中，根据预设的间隔时间，发送第二使能信号以周期性地关断-启动所述启动子电路。该间隔时间可根据晶体振荡器的类型、振荡频率进行设置，以使晶体振荡器稳定振荡。
优选地，该电路中所述晶体振荡器为高频的皮尔斯振荡器。
该实施例的工作原理为：
当晶体驱动电路未开始工作时，晶体振荡器没有振荡。当第一使能信号EN1上电之后，启动电路开始工作，偏置子电路产生偏置电流；在电流的冲击下，晶体振荡器开始振荡，晶体振荡器两端产生正弦信号，再经过时钟缓冲器放大信号并增强驱动能力到晶体驱动电路的输出端；
当晶体驱动电路的输出端有时钟输出后，等待预设的间隔时间后，接通第二使能信号至启动子电路，启动子电路根据第二使能信号周期性地启动-关断，即启动子电路和偏置子电路会周期性的从工作状态切换到关闭状态。但是由于晶振振荡的特性，晶体振荡器两端会一直振荡下去，晶体驱动电路的输出不变，但总的电流消耗大大减小了。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种晶体驱动电路，包括启动子电路，其特征在于，所述启动子电路接收第一使能信号以启动所述晶体驱动电路，为所述晶体驱动电路中的晶体振荡器提供能量；当所述晶体振荡器稳定振荡后，周期性地关断-启动所述启动子电路，以使所述启动子电路关断时、使用所述晶体振荡器两端存储的能量保持所述晶体振荡器的振荡，并在所述晶体振荡器两端能量消耗完之前再次启动所述启动子电路。
2.根据权利要求1所述的晶体驱动电路，其特征在于，所述晶体驱动电路还包括计数器，通过所述计数器对所述晶体驱动电路的输出信号进行计时，以周期性地关断-启动所述启动子电路。
3.根据权利要求2所述的晶体驱动电路，其特征在于，所述晶体驱动电路还包括选择器，所述选择器连接于所述启动子电路、所述计数器和所述晶体驱动电路输出端，并接通所述第一使能信号；
当所述启动子电路启动前，所述选择器选择接通所述第一使能信号和所述启动子电路、以使所述启动子电路启动；
当所述计数器的计数值计满时，所述计数器发送信号至所述选择器，所述选择器选择接通所述晶体驱动电路输出端和所述启动子电路，以使所述启动子电路根据所述输出信号启动/关断所述启动子电路。
4.根据权利要求3所述的晶体驱动电路，其特征在于，所述晶体振荡器为低频的皮尔斯振荡器。
5.根据权利要求1所述的晶体驱动电路，其特征在于，根据预设的间隔时间，发送第二使能信号以周期性地关断-启动所述启动子电路。
6.根据权利要求5所述的晶体驱动电路，其特征在于，所述晶体振荡器为高频的皮尔斯振荡器。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的晶体驱动电路，其特征在于，所述晶体驱动电路还包括偏置子电路，所述偏置子电路连接于所述启动子电路和所述晶体振荡器，当所述启动子电路启动后，所述偏置子电路为所述晶体振荡器提供偏置电流。
8.根据权利要求7所述的晶体驱动电路，其特征在于，所述晶体驱动电路还包括时钟缓冲器，所述时钟缓冲器连接于所述晶体振荡器，用以为所述晶体驱动电路提供缓冲输出。
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