CN1909360A - 低噪声高稳定性晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电路、方法和装置，用于提供低噪声高稳定性晶体振荡器，该晶体振荡器具有幅度受控的差分输出信号和DC电平控制。晶体振荡器电路具有两个反馈环，一个用于设置其信号的DC电平，另一个用于调整那些信号的幅度。DC电平反馈环可以将振荡器信号的DC分量设置为两个电源电压中间的电压。幅度控制环将晶体振荡器信号的输出的幅度设置到一个范围内。该幅度可以被设置为在未对电源电压钳位的情况下提供最大摆动，以便提供高稳定性和最小的抖动。幅度控制电路也可以是数字的，用于改善噪声性能。这两个环路的时间常数可以是独立的，以避免不稳定。

Description

低噪声高稳定性晶体振荡器

技术领域

本发明一般地涉及晶体振荡器，更具体地说，涉及低噪声、高稳当性的晶体振荡器。

背景技术

晶体振荡器是非常有用的电路。它们提供用于电信、有线和无线网络以及无数其他电子应用的时钟和周期信号源。例如，晶体振荡器通常用来对集成电路之间的数据传送定时。在这些应用中，晶体振荡器的相位噪声和抖动使性能下降，导致数据传输错误，并且限制了数据吞吐量。因此，期望提供具有低噪声和高稳定性的晶体振荡器。

通过增大信号的强度，可以提高晶体振荡器的信噪比。增大信号强度或幅度的一种方法是产生与单端信号相对的差分信号。差分信号不仅提供名义上是单端信号的幅度的两倍的信号，而且还提供一级共模抑制，这将进一步降低噪声。另外，接收这些较大的振荡器信号的缓冲器可以以较低的增益工作，从而产生更小的噪声。

遗憾的是，过大的晶体振荡信号可能导致振荡器电路中的抖动或不稳定。由于这些信号过大，所以它们可能变得受晶体振荡器的一对电源电压中的一个或者两个的限制。具体而言，到这些电源的静电放电(ESD)二极管可能开始导通电流。这会对振荡器信号进行钳位，将谐波和伪频率分量添加到另外的单音信号。这些谐波拉动或者改变振荡器的工作频率，导致中心频率不准确。

另外，来自晶体振荡器的信号一般需要被AC耦合到利用该振荡器的集成电路。如果晶体振荡器信号的DC电平可以被很好地控制，则可以设计出可以直接耦合到晶体而不利用AC耦合电容器的输入缓冲器。这将减少组件数、节省板空间，并且降低费用。这也将帮助防止振荡器信号被ESD二极管钳位。

因此，所需要的是提供具有较大的、幅度受控的差分信号输出和用于控制它们的DC电平的机制的晶体振荡器的电路、方法和装置。

本申请要求2005年8月1日提交的美国临时专利申请No.60/704,525，2005年9月30日提交的美国临时专利申请No.60/722,734的优先权，这两个申请的内容全部通过引用结合于此。本申请还要求2005年10月3日提交的美国专利申请No.11,242,621的优先权，该申请的内容也全部通过引用结合于此。

发明内容

因此，本发明的实施例提供了提供低噪声、高稳定性的晶体振荡器的电路、方法和装置，该晶体振荡器具有较大的差分输出信号和DC电平控制。本发明的一个示例性实施例提供了具有两个反馈环的晶体振荡器，一个用于设置其信号的DC电平，另一个用于调节那些信号的幅度。本发明的各种实施例可以采用这两个反馈环之一或者二者，以及这里所述的特征中的一个或多个。

本发明的一个特定实施例提供了被布置为控制晶体振荡器的信号的DC电平的反馈环。该DC电平可以被设置为两个电源电压中间的电压、参考电压，或者任何其他合适的电压。例如，该电压可以是以地为参考的电压，等于振荡器电路的最小电源电压的一半。该电压可以是电源或者诸如温度之类的其他条件的函数。或者，该电压可以独立于这些参数。

本实施例还提供了幅度控制反馈环。该环路将晶体振荡器信号的输出的幅度设置在一个范围内。该幅度可以被设置为在未对电源电压进行钳位的情况下提供最大摆动，以提供高稳定性和最小抖动。幅度控制电路也可以是数字的，用于改善噪声性能。如果该控制环是数字的，则可以包括启动电路。在特定实施例中，启动电路是模拟控制环，一旦晶体振荡器电路启动，该模拟控制环就被禁用，而使用数字控制环。

这两个环路的时间常数或带宽可以是独立的，以避免不稳定性。具体而言，通过将幅度控制环的带宽设置为比DC电平控制环的带宽窄很多，可以使环路之间的相互作用最小化。

本发明的一个示例性实施例提供了一种集成电路。该集成电路包括：用于驱动共振元件来产生第一振荡器信号的装置；用于调节第一振荡器信号的DC电平的装置；以及用于调节第一振荡器信号的幅度的装置。

本实施例或其他实施例还可以提供通过向共振元件提供驱动信号从而驱动该共振元件的装置，其中所述驱动信号响应于共振元件。本实施例或其他实施例还可以提供用于利用增益电路提供驱动信号的装置。本实施例或其他实施例还可以提供MOS晶体管作为增益电路。本实施例或其他实施例还可以提供用于通过将第一振荡器信号与偏置电压相比较并响应于该比较提供输出，以调节第一振荡器信号的DC电平的装置。本实施例或其他实施例还可以提供响应于放大器的输出的MOS晶体管作为增益元件。本实施例或其他实施例还可以提供用于将第一振荡信号的DC电平调节到由集成电路接收的两个电源电压之间的装置。本实施例或其他实施例还可以提供用于测量第一振荡信号的幅度的装置，以及用于提供对第一振荡信号的幅度的测量结果的装置。本实施例或其他实施例还可以提供用于利用峰值检测器测量第一振荡信号的幅度的装置。本实施例或其他实施例还可以提供利用二极管和电容测量的第一振荡信号的幅度。本实施例或其他实施例还可以提供用于将对第一振荡信号的幅度的测量结果与高阈值和低阈值相比较的装置，以及响应于该比较提供一个或多个信号的装置。本实施例或其他实施例还可以提供用于在第一振荡信号的幅度大于高阈值时递减输出值的装置，用于在第一振荡信号的幅度小于高阈值但大于低阈值时维持输出值的装置，以及用于在第一振荡信号的幅度小于低阈值时递增输出值的装置。本实施例或其他实施例还可以提供用于响应于输出值产生偏置电流的装置。本实施例或其他实施例还可以提供用于向增益电路提供偏置电流的装置，该增益电路向共振元件提供驱动。本实施例或其他实施例还可以提供用于利用第一振荡信号的DC电平来设置第二振荡信号的DC电平的装置。本实施例或其他实施例还可以提供用于DC耦合第一振荡信号的DC电平来产生第二振荡信号的DC电平的装置。

参考下面的附图和详细描述，可以更好地理解本发明的本质和优点。

附图说明

图1是根据本发明实施例的低噪声、高稳定性晶体振荡器的框图；

图2是根据本发明实施例的低噪声、高稳定性Pierce晶体振荡器的框图；

图3是根据本发明实施例的用于晶体振荡器的DC偏置环的示意图；

图4是示出了DC偏置环(例如图3的DC偏置环)的操作的流程图；

图5是根据本发明实施例的晶体振荡器的数字幅度控制环的示意图；

图6是示出了幅度控制环(例如图5的幅度控制环)的操作的流程图；

图7是根据本发明实施例用于启动晶体振荡器的模拟幅度控制环的示意图；以及

图8A-8H示出了本发明示例性实施例的各种实现方式。

具体实施方式

图1是根据本发明实施例的低噪声高稳定性晶体振荡器的框图。该图包括晶体X1 110、增益电路A1 120、放大器A2 130、幅度检测电路140、电阻器R1 150和R2 160、以及电容器C1 170。该图和所包括的其他附图都是为了说明而被示出，并不限制本发明的可能实施例或者权利要求。

晶体X1 110由增益电路A1 120驱动。在本发明的这个和其他实施例中，晶体X1 110可以是晶体或者其他共振元件或电路，例如，其可以是L-C储能电路。增益电路A1 120提供净反相(net inversion)，并且可以与晶体管一样简单，尽管其可能是串联的一个或多个反相器或缓冲器，但是只要它们的组合提供净信号反相即可。增益电路A1 120提供驱动晶体X1 110所必需的增益。

在工作中，在线路114上的增益电路A1 120的输出端的信号V2在DC电压上下振荡。该DC电压是线路114上的信号V2的DC分量；该振荡是AC信号分量。电阻器R1 150使线路112上的信号V1的DC分量与线路114上的信号V2的DC分量相等。线路112上的V1和线路114上的V2这两个信号在名义上被移相180度，并且每个本质上都是理想的正弦信号。

放大器A2130将线路114上的信号V2的DC电压分量与线路132上的偏置电压相比较。在各种实施例中，其他电压也可以与线路132上的偏置电压相比较。例如，线路112上的信号V1的DC分量可以被比较。在其他实施例中，电阻器R1 120是串联的多个电阻器，并且这些电阻器中的两个之间的节点处的电压可以与线路132上的偏置电压相比较。在本发明的特定实施例中，线路132上的偏置电压被设置为以地为参考的电压，该电压等于振荡器的最小电源电压的一半。在本发明的其他实施例中，该偏置电压可以等于参考电压。例如，线路132上的偏置电压可以等于带隙(bandgap)电压。在本发明的其他实施例中，该偏置电压可以是VCC、温度或其他条件的函数；或者，线路132上的偏置电压可以独立于这些参数中的一个或多个。

放大器A2 130接收线路114上的信号V2。放大器将线路114上的信号V2的DC分量与在线路132上接收到的偏置电压相比较。该比较产生放大器A2 130的输出端的信号。然后，该电压被用来设置线路112上的信号V1的DC电压。

DC控制反馈环如下工作。随着线路114上的信号V2的DC分量增大，在放大器A2 130的输出处的电压下降。这使线路112上的信号V1的DC分量降低。由于线路114上的信号V2被DC耦合到线路112上的信号V1，所以线路114上的信号V2类似地减小，从而补偿了初始时的增大。

幅度检测电路140接收线路112上的信号V1，并且向增益电路A1120提供偏置电流或电压。幅度检测电路140将线路112上的信号V1的振荡幅度与一个或多个阈值比较。随着线路112上的信号V1的幅度增大，幅度检测电路140使增益电路A1 120的增益降低，从而减少对晶体X1110的驱动。这从而降低了线路114上的信号V2的电压摆动的幅度。相反，随着线路112上的信号V1的幅度降低，幅度检测电路140使增益电路A1 120的增益增大，这使线路114上的信号V2的幅度增大。这样，提供了反馈，使得线路114上的信号V2的幅度被维持在一定的电平处(或者在一个电平范围内，这取决于实际的实现方式)。

同样，在本发明的一些实施例中，增益电路A1 120可以与单个晶体管一样简单。当其是晶体管时，例如，MOS晶体管，该振荡器可被称作Pierce振荡器。在这种配置中，晶体X1 110以并行共振模式(parallelresonance mode)振荡。利用本发明的实施例，也可以改进其他类型的振荡器。这些振荡器包括Pierce、Colpitts、Hartley、Armstrong、Clapp和其他类型的振荡器。在下一个图中将示出Pierce振荡器的一个示例。

图2是根据本发明实施例的低噪声高稳定性Pierce晶体振荡器的框图。该图包括晶体X1 210、晶体管M1 220、偏置电流源230、放大器A1240、幅度检测电路250、电阻器R1 245和R2 215、以及电容器C1225、C2 255和C3 247。

在这种配置中，晶体管M1 220提供驱动晶体X1 210所必需的增益。晶体X2 210通过电容器C1 225被AC耦合到M1 220的基极。这使线路222上的晶体振荡器信号V1的DC电平与晶体管M1 220的栅极处的偏置电压相分离。与前面一样，电阻器R2 215是较大值的电阻器，该电阻器使线路222上的信号V1的DC电压偏置，从而使其等于线路224上的信号V2的DC电压。由于电阻器R2 215是较大的电阻器，所以应当注意避免泄露电流，例如，通过电容器C1 255泄露电流，或者通过为了清楚起见而省略了的其他电容器泄露电流。

放大器240将线路224上的信号V2的DC电压分量与线路242上的偏置电压相比较。同样，也可以将其他电压与线路242上的偏置电压相比较。例如，电阻器R2 215可以是串联的两个或多个电阻器，并且这些电阻器中的两个之间的节点处的电压被与线路242上的偏置电压相比较。放大器240提供C3 247两端的电压输出，其中C3 247通过电阻器R1 245耦合到晶体管M1 220的栅极。在特定实施例中，放大器A1 240是跨导或者gm放大器，该放大器提供产生电容器C3 247两端的电压的电流。该输出电压为M1 220设置工作点，该工作点从而设置线路224上的信号V2的DC分量。电阻器R1 245和电容器C3 247为放大器A1 240的输出提供反向隔离，使其与晶体管M1 220的栅极上较大的AC摆动相隔离。

更具体的说，当线路224上的信号V2的DC分量比线路242上的偏置信号的电平大时，放大器A1 240的输出电压被减小。这使M1 220的栅源电压减小，从而使线路224上的信号V2的DC电压增大。

线路222上的信号V1通过电容器C2 255被AC耦合到幅度检测电路250。幅度检测电路调节由电流源IBIAS 230提供的偏置电流。随着线路222上的信号V1的幅度增大，由偏置电流源230提供的电流被降低，从而使线路224上的信号V2和线路222上的V1的幅度减小。相反，随着线路222上的信号V1的幅度降低，由偏置电流源230提供的电流被增大，从而使线路224上的信号V2和线路222上的V1的幅度增大。

存在各种设置或控制振荡器电压信号的DC分量的方法。用来实现这一点的反馈环可以是模拟的、数字的，或者它们的组合。在下一个图中示出了一个可以使用的模拟电路。后面的图示出了设置这些DC分量的方法；该方法可以模拟或数字方式实现。

图3是根据本发明实施例的用于晶体振荡器的DC偏置环的示意图。该图包括晶体X1 310、晶体管M1 320、电流源IBIAS 330、放大器A1340、电阻器R1 315、R2 317和R3 350，以及电容器C1 360、C2 365、C3370、C4 345和C5 375。幅度检测电路可以用来调节由电流源IBIAS 330提供的电流，但是为了清楚起见省略了幅度检测电路。

晶体X1 310由晶体管M1 320驱动。线路322上的晶体信号V1被电容器C1 360 AC耦合到M1 320的栅极。电阻器R1 315和R2 317的串联组合被用来设置线路322上的信号V1和线路324上的信号V2的DC电平，以使它们等于线路344上的信号V4的DC电平。电容器C3 370和C5 375被用来拉动或者调谐晶体的频率。在各种实施例中，这些电容器可以包括允许调谐或调制晶体频率的可切换的电容器阵列，例如可以作为FM调制器的一部分。

同样，晶体管M1 320提供用于晶体X1 310的驱动电流。随着晶体管M1 320的栅极电压增大，器件的漏电流快速增大。因此，M1 320的DC偏置电压一般接近地，即被偏置为低于晶体管M1 320的阈值，从而使得晶体管M1 320一般被截止，每个振荡周期导通一次以向晶体X1 310提供电流脉冲。

期望线路322上的信号V1具有较大的幅度。然而，如果该较大的信号被直接AC耦合到晶体管M1 320的栅极，则晶体管M1 320的栅极需要低于地的DC偏置，否则它会向晶体310提供过大的驱动电流。然而，放大器A1 340不能驱动低于地(driving below ground)。一种替换是例如利用电荷泵来为放大器A1 340提供负电源。该解决方案提供了很好的噪声性能。或者，线路322上的信号V1的幅度可以被减小。

因此，在特定示例中，电容器C2 365从M1 322的栅极被连接到地。这样，电容器C1 316和C3 365形成电容驱动器，该驱动器减小了在M1320的栅极处观察到的幅度。这允许晶体管M1 320的栅极具有比地高的DC偏置。在特定实施例中，M1 320的栅极的DC偏置约为200mV，该偏置可以在无需负电源电压的情况下由放大器A1 340提供。

线路344上的信号V4的DC分量由反馈环设置，该反馈环包括放大器A1 340、电阻器R3 350和晶体管M1 320。具体而言，放大器A1 340将线路344上的电压信号V4与在线路342上接收到的偏置信号相比较。线路324上的信号V2和线路322上的信号V1每个都是较大的振荡信号，并且它们的相位相差180度。因此，如果电阻器R1 315和R2 317相等，则线路344上的信号V4具有与线路322上的信号V1和线路324上的V2近似相同的DC电平，但是几乎没有或者没有AC分量。因而，线路344上的信号V4提供了良好的电压，用于通过放大器A1 340与线路342上的偏置电压相比较。

放大器A1 340提供了电容器C4 345两端的电压输出。电容器C4 345可以用来限制该环路的带宽、时间常数或者频率响应。在特定实施例中，放大器A1 340提供电流输出，该电流输出被电容器C4 345转换成电压。放大器A1 340的输出电压设置晶体管M1 320的偏置电压。晶体管M1320的栅-源电压确定该晶体管的工作点，这包括该晶体管的漏电压、线路324上的信号V2。

图4是示出了DC偏置环(例如图3的DC偏置环)的操作的流程图。根据该方法，来自振荡器的信号与偏置电压相比较。该比较被用来设置晶体管的偏置条件。然后，晶体管设置振荡器信号的DC电平。

具体而言，在动作410中，从晶体接收第一信号。在动作420中，晶体信号的DC电平或分量与偏置电平相比较。同样，该偏置电平可以被设置在两个电源电压之间，被设置为带隙电压或者其他偏置电压，并且该偏置电平可以被设计为跟踪或者独立于电源、温度、处理或者其他条件。例如，该偏置电平可以被设置为以地为参考的电压，该电压近似等于振荡器的最小电源电压的一半。或者，该偏置电平可以被设计为独立于这些参数中的一个或多个。

在动作430中，基于比较产生校正信号。然后，该校正信号用于设置第一晶体信号的DC电平。有多种方式可以完整这一点，并且这些方式可以取决于所使用的特定电路拓扑。例如，可以数字化地进行该比较，其中第一晶体信号被滤波、数字化，然后与第二数字值比较。在本发明的其他实施例中，该环路可以是模拟的。

在该特定示例中，在动作440中，校正信号被用来设置晶体管的偏置电压。在动作450中，晶体管被用来设置第一晶体信号的DC电平。在动作460中，电阻器被用来设置第二晶体信号的DC电平。另外，其他电阻器可以用来设置其他晶体信号。

本发明的实施例可以包括幅度检测电路。幅度检测电路可以对用来为晶体振荡器电路中的晶体提供增益的晶体管或其他电路的驱动电平进行设置。该环路可以是模拟的、数字的或者它们的组合。同样，为了避免与DC控制环的相互作用，幅度检测电路的带宽可以设置为比DC控制环的带宽窄。在其他实施例中，可以作出其他布置；例如，幅度检测电路的带宽可以设置为比DC控制环的带宽宽。在本发明的一个特定实施例中，幅度检测电路主要是数字的，并且环路的带宽由频率设置，并且累加器或者计数器的值以该频率为时钟频率或以该频率被更新。在下一个图中示出了一种特定的电路，该特定的电路可以检测幅度并且使用这个信息来调节该幅度的电平，在后一个图中，示出了一种用于检测幅度的特定方法。

图5是根据本发明实施例用于晶体振荡器的数字幅度控制环的示意图。该数字幅度控制环包括AC耦合电容器C1 510、DC恢复电阻器515、由二极管D1 520和电容器C2 530构成的负峰值检测器、窗口比较器540、累加器550、电流数模转换器(DAC)560和低通滤波器570。线路512上的振荡器信号V1被AC耦合电容器C1 510接收到。电流DAC 560产生偏置电流，该偏置电流被低通滤波器滤波，并且被作为电流IBIAS提供到线路562上。在特定实施例中，线路562上的偏置电流向晶体管提供电流，例如图3中的晶体管M1 320。

同样，振荡器信号V1在线路512上被接收到，并且被AC耦合电容器C1 510 AC耦合为线路517上的信号V2。线路512上的输入信号V1可以对应于至少两个信号中的一个信号，例如，图3中的线路322上的V1或线路324上的V2。检测线路322上的V1的幅度提供了幅度检测器输入与线路562上的IBIAS电流输出的之间的隔离。电容器C1 510的大小与二极管D1 520和电阻器R1 515的寄生电容相比应当较大，以避免由所产生的电容分压器导致的信号损失。电阻器R1 515将线路517上的信号V2的DC分量设置为适当的偏置电压，在本例中是线路515上的BIAS。在本发明的示例性实施例中，电阻器R1 515可以连接到两个电源(例如，VCC和地)中间的偏置线路。在各种实施例中，R1 515被连接到与图3中的线路342上的BIAS电压相同或类似的偏置线路。

线路517上的信号V2的负峰值由二极管D1 520和电热器C2 530检测出，以便在线路532上产生峰值检测输出信号V3。在其他实施例中，例如通过将二极管D1 520反向，可以使用正峰值检测器。在其他实施例中，可以使用其他峰值检测器或者包络检测器。随着线路517上的信号V2的电压降低，线路532上的信号V3的电压也随之降低。随着线路517上的信号V2的达到其最小值或者说峰值，线路532上的信号V3达到相应的电压加上由二极管D1 520所导致的二极管压降。在本发明的各种实施例中，使用了用于对这种二极管压降进行补偿或者不包括这种二极管电压降的其他峰值检测器。随着线路517上的信号V2的电平升高，二极管D1520反向偏置，从而被有效地从电容器C2 530断开连接，这保持了负峰值电压。

窗口比较器540将线路532上的信号V3与两个阈值相比较，即，高阈值和低阈值。当信号V3的电压比低阈值低时，线路546上的信号VL活动。当线路532上的信号V3在高阈值和低阈值之间时，线路544上的信号VM活动。当线路532上的信号V3比高阈值高时，线路542上的信号VH活动。在本发明的各种实施例中，不要求线路544上的信号VM。在各种实施例中，窗口比较器可以是两个比较器，一个比较线路532上的信号V3和高阈值，另一个比较线路532上的信号V3和低阈值。

累加器550可以是向上/向下计数器，该计数器向电流DAC 560提供数字字(digital word)。当线路546上的信号VL活动时，累积器550逐位向下计数。当线路542上的信号VH活动时，累加器550逐位向上计数。当线路544上的信号VM活动时，累加器550不改变其值。在其他实施例中，累加器按可以不同的方式计数，只要峰值检测器、累加器550和DAC 560一起工作来适当地控制振荡器信号的幅度即可。

累加器可以由对累加器输出改变状态的速率进行控制的信号提供时钟。该时钟信号的频率控制幅度检测电路的带宽。在本发明的一个特定实施例中，为了避免与DC控制环的相互作用，该幅度检测电路的带宽被设置为比DC控制环的带宽窄。累加器也可以是模数转换器，例如，闪速转换器。另外，还可以实现更复杂的功能。例如，可以实现包括极点和零点的传输函数来更精确地设计幅度检测电路的频率响应。这些极点和零点的位置也可以是可编程的或者以其他方式调节的。

电流DAC 560接收来自累加器550的数字字。数字字可以是二进制加权的，或者热译码的(thermally decoded)，或者具有某种其他加权或它们的组合。电流DAC 560一般是多个开关，每个配置为接通或者断开电流源。所产生的电流可以被滤波，并且提供给增益元件或者晶体管，例如图3中的晶体管M1 320。在这个特定的示例中滤波由低通滤波器570执行。这种滤波滤除了电流DAC的输出的高频分量，保护了振荡器增益元件不受这些瞬变的影响。电流源可以配置为独立于电源、温度或处理。在本发明的一个实施例中，随着数字字的值增大，DAC向增益器件提供更多的电流。在其他实施例中，随着数字字增大，DAC可能提供较少的电流。

在其他实施例中，线路532上的信号V3的电压被与单个阈值比较。在这种情形中，提供单个输出，该单个输出指示线路532上的信号V3的电压是比该阈值高还是比该阈值低。在这种配置中，工作期间，该比较信号往往在一个状态和另一个状态之间交替，这致使累加器在两个电平之间反复，从而导致电流DAC 560在两个偏置电流水平之间切换。这往往将数字切换噪声添加到振荡器电路。利用两个阈值提供了一个窗口，在该窗口中，在不改变累加器550的输出或者由电流DAC 560提供的结果偏置电流水平的情况下，器件仍工作。

图6是示出了幅度控制环的操作的流程图，所述幅度控制环例如是图5的幅度控制环。在本发明的该实施例中，来自晶体的振荡信号被检测峰值，并且被与高阈值和低阈值相比较。比较结果用来控制累加器，累加器从而提供被转换成偏置电流的输出，偏置电流被用来驱动振荡器中的增益元件或电路。这里所述的峰值检测检测正峰值，但是也可以作为替换而使用负峰值检测。

具体地说，在动作610中，接收到来自晶体的振荡信号。在动作620中，该信号被AC耦合，使得其DC分量被移除。在动作630中，振荡信号的DC分量被检测峰值。

然后在动作640中，峰值检测出的电平被与高阈值和低阈值进行比较。在动作650中，确定出峰值电平是否比高阈值高。如果是，则在动作660中累加器递减。如果峰值电平不比高阈值高，则在动作670中确定峰值电平是否比低阈值低。如果是，则在动作680中累加器递增。如果峰值检测出的电平比高阈值低但是比低阈值高，则在动作690中累加器中的值被维持。同样，在本发明的各种实施例中，根据所使用的实际的实现方式，累加器可以按不同的方式递增或递减。

在动作695中，累加器的值被转换成电流。同样，该电流可用来驱动正在向产生振荡信号的晶体提供增益的晶体管或其他电路。

前面的图中的幅度检测电路可以具有稳定的状态，在该状态中，晶体不振荡或者提供足够幅度的输出信号来向图5中的累加器550适当地提供时钟。虽然噪声的存在一般会启动这些振荡器，但是为了提供健壮的、快速的启动，可以使用模拟幅度检测电路。一旦振荡器运行，模拟幅度检测电路就可以被禁用，而使用数字幅度检测电路，例如图5所示的电路。在后面的图中示出了启动时可以使用的一个模拟幅度控制电路。

图7是根据本发明实施例用于启动晶体振荡器的模拟幅度控制电路的示意图。该图包括gm放大器710、p沟道电流镜，以及去耦电容器C3725，其中p沟道电流镜包括晶体管M1 720和M2 730。

gm放大器710在线路702上接收到输入信号V1。gm放大器710提供电流输出，该电流输出被p沟道电流镜晶体管M1 720和M2 730镜像。晶体管M2 730可以与数字幅度检测器电路中的电流DAC并联连接。在特定实施例中，线路702上的信号V1是图5中的线路532上的经负峰值检测的信号V3，但是在其他实施例中，该信号可以是不同的信号。随着晶体振荡器信号的幅度增大，线路702上的电压V1降低，从而使gm放大器710提供到p沟道电流镜的电流降低。

同样，一旦振荡器运行，该电流就可以被禁用，而使用幅度检测电路，例如，图5中示出的幅度检测电路或者与本发明实施例一致的其他检测电路。当晶体振荡器信号幅度大到足以向累加器电路适当地提供时钟时，该电路可以被禁用，而使用数字幅度检测电路。也可以使用磁滞现象来避免该电路在其导通和断开状态之间反复的状况。

上述示例中的晶体管被示作MOS晶体管。在本发明的其他实施例中，这些器件可以是双极的、HBT、MESFETS、HFET或者其他类型的器件。所示电容器可以是金属-金属电容器、薄膜氧化物电容器，或者任何其他合适的电容器，例如MOS器件的栅极。电阻器可以是多晶硅电阻器、基极电阻器、植入电阻器或者其他合适类型的电阻器。晶体可以是并行或者串行共振模式工作的晶体。或者，它们可以是其他共振器件。

现在参考图8A-8H，这些图示出了本发明的各种实现方式。参考图8A，本发明可以被实现在硬盘驱动器800中。本发明可以实现信号处理和/或控制电路之一或者二者，它们在图8A中被总地标作802。在某些实现方式中，HDD 800中的信号处理和/或控制电路802以及/或者其他电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算，并且/或者对向磁存储介质806输出的数据和/或从磁存储介质806接收的数据进行格式化。

HDD 800可以经由一个或多个有线或无线通信链路808与以下设备通信：主机设备(未示出)，例如计算机；移动计算设备，例如个人数字助理、蜂窝电话、媒体播放机或MP3播放器等；以及/或者其他设备。HDD800可以被连接到存储器809，例如，随机访问存储器(RAM)、诸如闪存之类的低等待时间的非易失性存储器、只读存储器(ROM)和/或其他合适的电子数据存储设备。

现在参考图8B，本发明可以被实现在数字通用盘(DVD)驱动器810中。本发明可以实现DVD驱动器810的信号处理和/或控制电路之一或者二者(它们在图8B中被总地标作812)，以及/或者海量数据存储设备818。DVD驱动器810中的信号处理和/或控制电路812以及/或者其他电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算，并且/或者对读自光存储介质816的数据和/或写给光存储介质816的数据进行格式化。在一些实现方式中，DVD 810中的信号处理和/或控制电路812以及/或者其他电路(未示出)也可以执行其他功能，例如，与DVD驱动器相关联的编码和/或解码，以及/或者任何其他信号处理功能。

DVD驱动器810可以经由一个或多个有线或无线通信链路817与输出设备(未示出)通信，所述输出设备例如计算机、电视和其他设备。DVD810可以与以非易失性方式存储数据的海量数据存储设备818通信。海量数据存储设备818可以包括硬盘驱动器(HDD)，例如在图8A中示出的。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。DVD 810可以连接到存储器819，例如，RAM、ROM、诸如闪存之类的低等待时间的非易失性存储器，以及/或其他合适的电子数据存储设备。

现在参考图8C，本发明可以被实现在高清晰度电视(HDTV)820中。本发明可以实现HDTV 820的信号处理和/或控制电路之一或者二者(它们在图8C中被总地标作822)，WLAN接口和/或海量数据存储设备。HDTV 820接收有线格式或无线形式的HDTV输入信号，并且产生用于显示器826的HDTV输出信号。在一些实现方式中，HDTV 820的信号处理电路和/或控制电路822和/或其他电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据和/或执行可能需要的任何其他类型的HDTV处理。

HDTV 820可以与以非易失性形式存储数据的海量数据存储设备827通信，例如光和/或磁存储设备。至少一个HDD可具有图8A所示的配置，并且/或者至少一个DVD可具有图8B所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。HDTV 820可以连接到存储器828，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器，以及/或者其他合适的电子数据存储器。HDTV 820还可支持经由WLAN网络接口829与WLAN的连接。

现在参考图8D，本发明可以实现交通工具830的控制系统，该交通工具控制系统的WLAN接口和/或海量数据存储设备。在一些实现方式中，本发明实现动力系统的控制系统832，该动力系统的控制系统接收来自一个或多个传感器的输入并且/或者产生一个或多个输出控制信号，所述传感器例如是温度传感器、压力传感器、转动传感器、气流传感器和/或任何其他合适的传感器，所述输出控制信号例如引擎工作参数、传输工作参数和/或其他控制信号。

本发明也可以被实现在交通工具830的其他控制系统840中。控制系统840可以类似地接收来自输入传感器842的信号，并且/或者输出控制信号到一个或多个输出设备844。在一些实现方式中，控制系统840可以是防锁死刹车系统(ABS)、导航系统、远程信息处理系统、交通工具远程信息处理系统、路线偏离系统、自适应巡航控制系统、交通工具娱乐系统(例如，立体声音响、DVD、CD等)的一部分。还可以设想其他实现方式。

动力系统的控制系统832可以与以非易失性形式存储数据的海量数据存储设备846通信。海量数据存储设备846可以包括光和/或磁存储设备，例如，硬盘驱动器HDD和/或DVD。至少一个HDD可具有图8A所示的配置，并且/或者至少一个DVD可具有图8B所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。动力系统的控制系统832可以连接到存储器847，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器，以及/或者其他合适的电子数据存储设备。动力系统的控制系统832还可支持经由WLAN网络接口848与WLAN的连接。控制系统840也可以包括海量数据存储设备、存储器和/或WLAN接口(都未示出)。

现在参考图8E，本发明可以被实现在包括蜂窝天线851的蜂窝电话850中。本发明可以实现蜂窝电话850的信号处理和/或控制电路之一或者二者(它们在图8E中被总地标作852)，以及WLAN接口和/或海量数据存储设备。在一些实现方式中，蜂窝电话850包括麦克风856、音频输出设备858(例如，扬声器和/或音频输出插孔)、显示屏860和/或输入设备862(例如，小键盘、指取设备、语音执行和/或其他输入设备)。蜂窝电话850中的信号处理电路和/或控制电路852和/或其他电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据和/或执行其他蜂窝电话功能。

蜂窝电话850可以与以非易失性形式存储数据的海量数据存储设备864通信，例如光和/或磁存储设备(例如，硬盘驱动器HDD和/或DVD)。至少一个HDD可具有图8A所示的配置，并且/或者至少一个DVD可具有图8B所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。蜂窝电话850可以连接到存储器866，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器，以及/或者其他合适的电子数据存储设备。蜂窝电话850还可支持经由WLAN网络接口868与WLAN的连接。

现在参考图8F，本发明可被实现在机顶盒880中。本发明可以实现机顶盒880的信号处理和/或控制电路之一或者二者(它们在图8F中被总地标作884)，以及WLAN接口和/或海量数据存储设备。机顶盒880接收来自例如宽带源这样的源的信号，并输出适合于诸如电视和/或监视器这样的显示器888和/或其他视频和/或音频输出设备的标准和/或高清晰度音频/视频信号。机顶盒880的信号处理和/或控制电路884和/或其他电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据和/或执行任何其他机顶盒功能。

机顶盒880可以与以非易失性方式存储数据的海量数据存储设备890通信。海量数据存储设备890可包括光和/或磁存储设备，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。至少一个HDD可具有图8A所示的配置，并且/或者至少一个DVD可具有图8B所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。机顶盒880可以连接到存储器894，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器，以及/或者其他合适的电子数据存储设备。机顶盒880还可支持经由WLAN网络接口896与WLAN的连接。

现在参考图8G，本发明可以被实现在媒体播放器872中。本发明可以实现媒体播放器872的信号处理和/或控制电路之一或者二者(它们在图8G中被总地标作871)，以及WLAN接口和/或海量数据存储设备。在一些实现方式中，媒体播放器872包括显示屏876和/或用户输入设备877，例如小键盘、触摸板等。在一些实现方式中，媒体播放器872可以采用图形用户界面(GUI)，图形用户界面一般采用利用显示屏876和/或用户输入设备877的菜单、下拉菜单、图标和/或指点界面。媒体播放器872还包括音频输出设备875，例如，扬声器和/或音频输出插孔。媒体播放器872的信号处理和/或控制电路871和/或其他电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据和/或执行任何其他媒体播放器功能。

媒体播放器872可以与以非易失性方式存储例如经压缩的音频和/或视频内容之类的数据的海量数据存储设备870通信。在一些实现方式中，经压缩的音频文件包括依照MP3格式或其他合适的压缩音频和/或视频格式的文件。海量数据存储设备可包括光和/或磁存储设备，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。至少一个HDD可具有图8A所示的配置，并且/或者至少一个DVD可具有图8B所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。媒体播放器872可以连接到存储器873，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的低等待时间的非易失性存储器，以及/或者其他合适的电子数据存储设备。媒体播放器872还可支持经由WLAN网络接口874与WLAN的连接。

现在参考图8H，本发明可以被实现在可以包括天线839的语音IP(VoIP)电话883中。本发明可以实现VoIP电话883的信号处理和/或控制电路之一或者二者(它们在图8H中被总地标作882)，以及无线接口和/或海量数据存储设备。在一些实现方式中，VoIP电话883部分包括麦克风887、音频输出设备889(例如，扬声器和/或音频输出插孔)、显示监视器891、输入设备892(例如，小键盘、指取设备、语音执行和/或其他输入设备)、以及无线保真(Wi-Fi)通信模块886。VoIP电话883中的信号处理和/或控制电路882和/或其他电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据和/或执行其他VoIP电话功能。

VoIP电话883可以与以非易失性形式存储数据的海量数据存储设备502通信，例如光和/或磁存储设备(例如，硬盘驱动器HDD和/或DVD)。至少一个HDD可具有图8A所示的配置，并且/或者至少一个DVD可具有图8B所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。VoIP电话883可以连接到存储器885，存储器885可以是RAM、ROM、诸如闪存之类的低等待时间的非易失性存储器，以及/或者其他合适的电子数据存储设备。VoIP电话883配置为经由Wi-Fi通信模块886建立与VoIP网络(未示出)的通信链路。除了上述那些实现方式以外，还希望包括其它实现方式。

本发明的示例性实施例的上述描述是出于说明和描述而被出的。不是要穷尽本发明或者将本发明限制为所描述的精确形式，并且根据上述教导，可以作出多种修改和变体。实施例被挑选出并描述来以便更好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域技术人员能够最好地利用各个实施例中的本发明，或者在进行适于所设想的特定用途的各种修改的情况下最好地利用本发明。

Claims (22)

1.一种集成电路，包括：

增益元件，配置为驱动晶体；

DC控制环，配置为调节所述增益元件的输出端的信号的DC电平；以及

幅度控制环，配置为调节所述增益元件的输出端的信号的幅度。

2.如权利要求1所述的集成电路，其中，所述增益元件具有响应于所述晶体的第一节点的输入，并且所述晶体具有响应于所述增益元件的输出的第二节点。

3.如权利要求1所述的集成电路，其中，所述DC控制环包括放大器，所述放大器配置为将所述增益元件的输出产生的信号与偏置电压相比较并且响应于所述比较提供输出。

4.如权利要求3所述的集成电路，其中，在所述增益元件的输出端的信号的DC电平被调节为在由所述集成电路接收到的两个电源电压之间的电压。

5.如权利要求1所述的集成电路，其中，所述幅度控制环包括幅度测量电路，所述幅度测量电路配置为提供对所述增益元件的输入端的信号的幅度测量。

6.如权利要求5所述的集成电路，其中，所述幅度控制环还包括比较器，所述比较器配置为将对所述增益元件的输出端的信号的幅度测量结果与高阈值和低阈值相比较，并且还配置为响应于所述比较提供一个或多个信号。

7.如权利要求6所述的集成电路，其中，所述幅度控制环还包括计数器，所述计数器配置为响应于由所述比较器提供的一个或多个信号，递增、递减或维持输出值。

8.如权利要求1所述的集成电路，其中，由所述增益元件的输出产生的信号的DC电平被用来设置所述增益元件的输入端的信号的DC电平。

9.如权利要求8所述的集成电路，其中，在所述增益元件的输出处的所述信号的DC电平被利用至少一个电阻器来DC耦合到所述增益元件的输入端。

10.一种产生第一振荡器信号的方法，包括：

驱动共振元件来产生所述第一振荡器信号；

调节所述第一振荡器信号的DC电平；以及

调节所述第一振荡器信号的幅度。

11.如权利要求10所述的方法，其中，驱动所述共振元件是通过向所述共振元件提供驱动信号实现的，并且其中所述驱动信号响应于所述共振元件。

12.如权利要求11所述的方法，还包括利用增益电路提供所述驱动信号。

13.如权利要求10所述的方法，还包括：

通过以下过程调节所述第一振荡器信号的DC电平：

将所述第一振荡器信号与偏置电压相比较；以及

响应于所述比较提供输出。

14.如权利要求13所述的方法，还包括将所述第一振荡器信号的DC电平调节到由所述集成电路接收的两个电源电压之间。

15.如权利要求10所述的方法，还包括：

测量第二振荡信号的幅度；以及

提供对所述第二振荡信号的幅度的测量。

16.如权利要求15所述的方法，还包括：

将对所述第二振荡信号的幅度测量结果与高阈值和低阈值相比较；以及

响应于所述比较提供一个或多个信号。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：

当所述第二振荡信号的幅度大于所述高阈值时，递减输出值；

当所述第二振荡信号的幅度小于所述高阈值但大于所述低阈值时，维持所述输出值；

当所述第二振荡信号的幅度小于所述低阈值时，递增所述输出值。

18.如权利要求17所述的方法，还包括响应于所述输出值产生偏置电流。

19.如权利要求18所述的方法，还包括将所述偏置电流提供给增益电路，所述增益电路向所述共振元件提供所述驱动。

20.如权利要求10所述的方法，还包括利用所述第一振荡信号的DC电平设置所述第二振荡信号的DC电平。

21.如权利要求20所述的方法，还包括DC耦合所述第一振荡信号的DC电平来产生所述第二振荡信号的DC电平。

22.一种集成电路，包括：

增益元件，配置为驱动共振元件；

DC控制环，配置为调节所述增益元件的输出端的信号的DC电平；

幅度控制环，配置为调节所述增益元件的输出端的信号的幅度。

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