CN1157846C - 晶体振荡器 - Google Patents

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Abstract

一种晶体振荡器，包括一晶体1和一个用于提供输出信号5的晶体振荡器电路3。为了调整输出频率，例如在产品的测试阶段，提供了一排负载电容C1-C6。每一个电容C1-C6可以分别通过一个开关9-19接入该电路或从该电路断开。这些开关通过控制线D0-D5来控制，这些控制线通过一个被称为微调寄存器的6比特寄存器21来设置。微调寄存器中的值根据输出信号的频率来设置。为了抵消输出信号中的任何振幅摆动，提供了一排电流开关T1-T4，这些电流开关使电阻R1-R4可以被接入该电路或从该电路上断开。每一个电阻R1-R4分别通过控制线D2-D5中的各控制线来开关。因此，调整负载电容以获得一个期望频率使得该振荡器芯电流自动改变，从而保持输出信号的一个恒定振幅。

Description

晶体振荡器
发明领域
本发明涉及一种晶体振荡器，特别是涉及一种调整该晶体振荡器的输出频率而不影响输出信号的振幅的电路和方法。
发明背景
由晶体振荡器产生的中心频率可以通过改变或微调晶体的负载电容来调整。这种振荡器的例子可以在WO98/34338中找到。
以这种方式微调负载电容有一副作用，即输出信号的振幅易于改变。为了补偿这一变化，众所周知，是使用自动增益控制(AGC)来保持输出频率的恒定振幅。然而，使用AGC引入了其他不受欢迎的的影响，特别是在想要将振荡器电路制造为集成电路时。
首先，需要额外的电路来提供AGC。这带来额外的损耗，而可能对便携式设备更重要的是会带来额外的电力供应需求。AGC所需的额外电路包括一个电压电平检测器、一个参考电压、一个滤波器和一个比较器。该比较器被提供用来比较参考电压和检测到的电平，然后据此调整振荡器芯中的电流以获得恒定的振幅。
其次，AGC电路的增加形成一个反馈环路，这意味着在可以依赖一个给定的输出振幅之前引入了一个设置时间。
本发明的目的在于提供一种可微调的晶体振荡器，具有恒定振幅，但没有上述缺点。
发明概述
本发明的第一方面提供了一种晶体振荡器电路，包括：
一个可调负载电容，包括一排电容，以及第一开关装置，用于将该电容接入该电路或从该电路上断开以获得一个特定中心频率，其特征在于：
一排电阻，以及第二开关装置，用于将该电阻接入该电路或从该电路上断开，以便根据所选择的负载电容改变所拉泄的晶体芯电流。
本发明的另一方面提供了一种从一晶体振荡器电路提供期望输出频率的方法，该方法包括以下步骤：调整晶体振荡器电路的负载电容以获得期望的输出频率，该负载电容通过将一排电容中的一个或多个电容接入该电路或从该电路上断开来调整，其特征在于还包括以下步骤：
将一个或多个电阻接入该电路或从该电路上断开，以便根据所选择的负载电容改变所拉泄的晶体芯电流。
附图的简要说明
为了更好的理解本发明，和更清楚的显示本发明是怎样具体实现的，这里结合附图以举例的方式作为参考，其中：
图1示出根据本发明的一晶体振荡器
本发明的一个最佳实施例的详细说明
图1示出根据本发明的一个晶体振荡器。它包括一个晶体1和一个用于提供输出信号5的振荡电路3。振荡电路最好是被制成集成电路。
首先给出该晶体振荡器3中的公知组件的说明。围绕晶体1形成基本的振荡电路，与晶体管Q1的基极和集电极相连接。负载电容Cmin与晶体1并联连接，而通过Q2和电阻Rmin提供一个电流源。
正如本领域中所公知的，Q3被用来形成一个差动放大器电路。
没有使用直接来自Q1和Q3集电极的输出信号，而是提供了一个第二差动对Q4和Q5。Q4将基极电压偏置到与Q3电压相同，也就是说，通过根据偏置电压Vbias去耦电容器31和电阻33将该基极电压固定在一个预定的电压。Q5的基极被偏置到与Q1的基极相同的电压。第二差动对的提供意味着该振荡器电路(Q1附近)没有加载输出，因为该输出信号分别由Q4和Q5的集电极获得，并进一步受限于比较器29以获得一个标准的CMOS时钟信号(clk-out)。
为了调整输出频率，该振荡电路3具有一排负载电容C1-C6。每一个电容器C1-C6可以通过闭合各自的开关对9-19与Cmin并联连接。每一个开关对分别由一组控制线D0-D5中的一个来控制。因此这样就可以通过选择适当的负载电容来选择期望的输出频率，这样一种方式是本领域普通技术人员所公知的。
根据本发明，为了抵消输出信号中的任何摆动，提供了一排电流开关。每一电流开关包括一个电阻R1-R4和相应的开关T1-T4(最好是场效应晶体管)。每一电流电阻R1-R4可以分别通过控制线D2-D5中的一个切换到电路中。尽管通过与控制线D0和D1相联系的附加的电阻值可能会获得更精细的校正，但这种用于精细校正的电阻值对于集成电路应用来讲实际上可能太大了。因此，在最佳实施例中，由线D0-D1控制的电流电阻已被忽略了。
使用控制线D0-D5选择一个特定的负载电容将选择晶体管Q2的发射极阻抗的一个特定的值，并因此导致选择一个不同振荡器芯电流。可以选择电阻R1-R4的值以产生一个芯电流，该电流可以补偿振荡器输出信号中的任何振幅摆动。
控制线D0-D5可以通过一个寄存器21来设置，这里称为“微调”寄存器。控制线D0-D5上自微调寄存器21输出的值，由一基带处理器23根据一频率测量设备7测量得到的输出频率来设置。
操作中，正常条件下振荡器的中心或启动点是随着控制线D5激活，控制线D4一D0不激活。这就意味着开关19a和19b是闭合的，从而将晶体1周围的C6与Cmin并联。进一步来讲，当控制线D5激活时，电流开关T4被打开，使得电阻R4与电阻Rmin并联联接，从而设置振荡器芯电流。
随着这些初始启动条件，通过频率测量设备7来测量输出频率。例如可以在设备的产品测试期间进行该频率测量。如果频率不在范围之内，通过总线25寻址基带处理器23。
根据需调整多少输出频率，基带处理器将决定一个新数据值输入到6比特微调寄存器21，从而设置值D0至D5。因此该微调值可以用于改变负载电容C1-C6中的哪一个与晶体1并行连接，同时通过对合适的电阻R1-R4开关来调整芯电流。
改变负载电容将改变输出频率，在理论上还试图改变输出信号的振幅摆动。然而，由于微调值也可以改变芯电流，因此输出振幅保持恒定。
频率测量和微调值的设置可以重复进行直到输出信号具有期望的频率。然后微调值在基带处理器23中的存储器中被永久的保存下来，而在加电时被重新调用到微调寄存器21，以确保振荡器的工作期限内的正确频率。
该6比特微调寄存器使能被选择来调整振荡器频率的负载电容的六十四个值。
上述发明在负载电容变化时保持振荡器输出端的恒定振幅，而比使用AGC的现有技术设备需求更少的电流。同时，电路很简单，只需要增加振荡器芯中的简单电流开关。这些特征，再加上不需要大电容的事实，意味着当该发明在集成电路上实现时只需更少的硅面。
进一步来讲，由于没有反馈环，在获取可靠的恒定振幅前不存在相关的设置时间。
尽管微调寄存器21被描述为一个六比特寄存器，它也可以是其他尺寸。例如，如果输出频率需要更大程度的可调整性，可以使用大一些的尺寸。
同样，尽管最佳实施例中使用了四个电流电阻R1-R4与六个负载电容C1-C6，电流电阻和负载电容的比例可以是1∶1，或者是其他比例。
进一步来讲，尽管本发明已经描述了在产品测试时使用微调频率进行校正，本发明也可以被用于在使用时调整频率。

Claims (11)

1.一种晶体振荡器电路，包括：
一个包括一组电容(C1-C6)的可调负载电容，以及第一开关装置(9-19)，用于将该电容接入该电路或从该电路上断开以获得一个特定中心频率，其特征在于：
一组电阻(R1-R4)，以及第二开关装置(T1-T4)，用于将该电阻接入该电路或从该电路上断开，以便根据所选择的负载电容改变所拉泄的晶体芯电流。
2.如权利要求1所述的晶体振荡器电路，其中所述第一开关装置(9-19)是由控制线(D0-D5)控制的。
3.如权利要求2所述的晶体振荡器电路，其中所述一根或多根控制线(D0-D5)也用于控制第二开关装置(T1-T4)。
4.如权利要求2或3中所述的晶体振荡器电路，其中控制线(D0-D5)的状态是通过一个包含二进制值的寄存器(21)来设置的，该二进制值的每一位表示一个相应控制线的状态。
5.如权利要求4所述的晶体振荡器电路，其中该二进制值根据该振荡器输出端测量到的频率来设置。
6.一种从一晶体振荡器电路提供期望输出频率的方法，该方法包括以下步骤：调整晶体振荡器电路的负载电容值以获得期望的输出频率，该负载电容值通过将一组电容中的一个或多个电容接入该电路或从该电路上断开来调整，其特征在于还包括以下步骤：
将一个或多个电阻接入该电路或从该电路上断开，以便根据所选择的负载电容改变所拉泄的晶体芯电流。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述将一个或多个电容器接入该电路或从该电路上断开的步骤包括使用控制线(D0-D5)来控制开关(9-19)的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述控制线(D0-D5)中的一根或多根也用于控制第二组开关(T1-T4)，以便将这些电阻接入该电路或从该电路上断开。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中所述控制线(D0-D5)是通过在寄存器(21)中设置一个二进制值来控制，该二进制值的每一位分别表示各控制线的状态。
10.如权利要求9所述的方法，其中该二进制值根据该振荡器输出端测量到的频率来设置。
11.如权利要求6-10中任一个所述的方法，其中期望频率在晶体振荡器电路的生产期间被设置。
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