CN1972127A - 低频时钟生成 - Google Patents

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Abstract

第一和第二谐振器被彼此相邻地单片制造。第一谐振器为基准谐振器。第二谐振器的谐振频率与第一谐振器偏移一个差频Fo。每个谐振器都被包括在振荡器中。混频器接收两个振荡器的输出。低通滤波器接收该混频器的输出并且产生时钟信号，该时钟信号的频率等于该差频Fo。

Description

低频时钟生成
背景技术
存在几种生成低频系统基准时钟的方法。通常，最普通的是使用基于晶体的振荡器，该振荡器利用石英来作为晶体元件。晶体振荡器可以被温度补偿。晶体的基本谐振频率的范围一般从低于10MHz直到可能70MHz。于是，这个音调(音调)被用在锁相环中以便控制更高频率的压控振荡器，该更高频率的压控振荡器产生所希望的系统操作频率。根据性能需求，温控晶体振荡器的价格通常在$0.30到$1.00之间，并且在许多市场中制造商主要在该产品的价格方面进行竞争。
除了成本影响之外，晶体振荡器起动较慢，这是因为在具有足够的能量来支持振荡之前，晶体本身必须经过许多时期。由于无线电装置只有在起动完成之后才能运行，因此该起动时间的效率较低。
发明内容
本发明提供一种在集成电路设计中使用的能量效率较高的小型便宜时钟。在一个优选实施例中，第一和第二皆振器被彼此相邻地单片制造。第一谐振器是基准谐振器。第二谐振器的谐振频率与第一谐振器偏移一个差频Fo。每个谐振器都被包括在振荡器中。混频器接收两个振荡器的输出。低通滤波器接收该混频器的输出并且产生时钟信号，该时钟信号的频率等于该差频Fo。
附图说明
图1是本发明的一个实施例。
图2是本发明的一个实施例。
图3是本发明的一个实施例。
图4是本发明的一个实施例。
具体实施方式
图1是本发明的一个实施例10。第一和第二谐振器12A、14A被彼此相邻地单片制造。第一谐振器12A为基准谐振器。第二皆振器14A的谐振频率与第一谐振器12A偏移一个差频Fo。每个谐振器12A、14A分别被包括在振荡器12、14中。混频器16接收两个振荡器12、14的输出。低通滤波器18接收该混频器的输出，并且产生其频率等于该差频Fo的时钟信号。原理上，该偏移频率的范围可以从DC到许多GHz。实际的频率偏移量包括晶体振荡器的典型范围，并且其范围可以显著地在高频扩展。因此，该方案可以容易地产生在10和500MHz之间的频率。
所述振荡器频率由各自的谐振器的谐振频率所决定。该混频器输出信号包括在谐振频率范围内的高频分量和具有与两个振荡器的差频Fo成比例的频率的低频分量。可以利用低通滤波器来提取该低频分量，以便产生所希望的低频时钟信号。
所述谐振器可以是薄膜腔声谐振器(FBAR)。FBAR可以被制造在半导体衬底上，比如硅。类似地，利用CMOS、双极或BiCMOS工艺将除了FBAR之外的振荡器电路的其他部分制造在半导体衬底上。这样做允许用来产生时钟生成电路的多种制造包装和集成策略。例如，在利用FBAR装置的倒装片(flip-chip)互连或管芯堆叠(die stacking)以及将各装置引线接合(wire bonding)在一起的包装工艺期间，可以将谐振器直接附着到振荡器的其他部分。或者，通过组合半导体处理，可以在相同的衬底上将FBAR装置与振荡器电路直接集成在一起。或者，FBAR装置可以在分离的衬底上与振荡器电路相邻，其具有由倒装片互连或引线接合提供的电连接，并且通过引线接合电连接到衬底。所述谐振器可以被制造成具有温度漂移的不同追踪系数。在一个优选实施例中，所述温度系数被设计成使得所述差频对于温度是恒定的。
举例来说，振荡器时钟生成电路可以作为分离的管芯被附着到衬底上，以便用作对倒装片技术或管芯堆叠技术的说明性实例。在该实施例中，通过把振荡器部件倒装(flipping)到收发机集成电路(IC)上并且连接各I/O焊盘或者通过将其对面附着并且利用接合线进行连接，从而附着包括振荡器时钟生成电路的管芯。或者，也可以将该振荡器时钟生成电路制造在与集成电路相同的衬底上。
图2说明一个替换实施例，其中包括输出频率的可编程生，同时改进了振荡器的精度和温度特性。温度监测电路20和温度控制电路22提供到VCO控制电路24的输入。第一寄存器26存储所选择的振荡器频率偏移设置。第二寄存器28存储温度补偿设置。VCO控制电路24接收来自第一和第二寄存器26、28的值。
第二振荡器14是压控振荡器(VCO)或数控振荡器，其允许通过改变控制电压或数字控制值来改变振荡频率。输出时钟频率的相应改变随着第二振荡器14的频率改变而发生，这是因为输出时钟频率等于两个振荡器频率之间的差。
当在制造过程中希望有特定的输出时钟频率时，可以通过测量对应于多个控制值(例如电压或数字值)的输出时钟频率来设置该特定的输出时钟频率。在接下来的步骤中，所希望的输出频率被编程并且被存储在寄存器中。
由于在衬底上包括了温度监测和控制电路20、22，从而可以抵消温度的影响。利用内嵌在衬底中的二极管或者其他半导体装置来感测温度是已知的。所感测的衬底温度向所述温度控制电路提供控制值。典型地，其以线性方式响应于控制值bjy的线性改变，而如果温度监测器是非线性的或者VCO控制是非线性的，根据系统的需求，所述响应可以是非线性的。通过测量在第二温度下的输出时钟频率，第二寄存器可以被编程并且被调节，直到输出频率匹配所希望的频率。该第二寄存器提供对输出时钟频率的温度补偿。
图3说明一个替换实施例。第一和第二振荡器12、14可以都是接收VCO控制电路24的输出的VCO。这样就提供了用于为输出时钟频率产生差频的振荡器的对称设计。通过匹配各VCO的设计，将会跟踪由于工艺变化造成的频率改变。为了保持各VCO的偏置的匹配，各VCO需要对称地施加对它们的控制。
为了进行说明，如果第一振荡器12可以在频率F1A和F1B之间进行调节(其中F1A＜F1B)，并且第二振荡器14可以在频率F2A和F2B之间进行调节(其中F2A＜F2B并且F1A＜F1B＜F2A＜F2B)，那么对于控制值的一个极值，第一振荡器12将以频率F1A操作，并且第二振荡器14将以频率F2B操作，从而在输出端产生对应于F2B-F1A的最大差频值。对于控制值的另一个极值，第一振荡器12将以频率F1B操作，并且第二振荡器14将以频率F2A操作，从而产生对应于F2A-F1B的最小差频值。对称设计将使得第一振荡器12中的改变量与第二振荡器14中的改变量以连续方式相匹配。
图4是一个替换实施例。输入信号被添加到VCO控制电路24。该输入信号可以是调制源，从而信号Vin所表示的数据将调制载波频率，例如简单形式的频移键控(FSK)。在输出端，输出时钟现在是所述载波频率，该载波之上是已调FSK信号。

Claims (17)

1.一种时钟生成电路，包括：
第一振荡器，其包括具有第一谐振频率的谐振器，并且具有振荡器输出；
第二振荡器，其包括具有第二谐振频率的谐振器，并且具有振荡器输出；
其中第一和第二谐振频率通过差频分离；
混频器，其接收每个振荡器输出，并且产生混频器输出信号；以及
低通滤波器，其接收该混频器输出信号，并且产生与该差频成比例的时钟信号。
2.如权利要求1所述的时钟生成电路，其中，从包括薄膜腔声谐振器的组中选择所述谐振器。
3.如权利要求1所述的时钟生成电路，其进一步包括集成有所述第一和第二振荡器、混频器以及低通滤波器的衬底。
4.如权利要求3所述的时钟生成电路，其中，从包括薄膜腔声谐振器的组中选择所述谐振器。
5.如权利要求1所述的时钟生成电路，其进一步包括：
第一寄存器，其存储优选的振荡器设置；并且
可以通过该优选的振荡器设置来调节所述第一和第二振荡器当中的一个。
6.如权利要求5所述的时钟生成电路，其进一步包括：
第二寄存器，其存储温度补偿设置；并且
可以通过该温度补偿设置来调节所述第一和第二振荡器当中的一个。
7.如权利要求6所述的时钟生成电路，其中，可以通过所述优选的振荡器设置和所述温度补偿设置的至少其中之一来调节所述第一和第二振荡器当中的另一个。
8.如权利要求7所述的时钟生成电路，其中，可以由调制源来调节所述第一和第二振荡器当中的一个。
9.一种装置，包括：
衬底；以及
时钟生成电路，其被定位在该衬底附近，并且包括：
第一振荡器，其包括具有第一谐振频率的谐振器，并且具有振荡器输出；
第二振荡器，其包括具有第二谐振频率的谐振器，并且具有振荡器输出；
其中第一和第二谐振频率通过差频分离；
混频器，其接收每个振荡器输出，并且产生混频器输出信号；以及
低通滤波器，其接收该混频器输出信号，并且产生与该差频成比例的时钟信号。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述时钟生成电路被单片集成在所述衬底上。
11.如权利要求9所述的装置，其中，利用倒装片技术将所述时钟生成电路附着到所述衬底上。
12.如权利要求9所述的装置，其中，利用管芯堆叠技术将所述时钟生成电路附着到所述衬底上。
13.如权利要求9所述的装置，其中，利用公共引线框架将所述时钟生成电路附着到所述衬底上。
14.如权利要求9所述的装置，其进一步包括：
第一寄存器，其存储优选的振荡器设置；并且
可以通过该优选的振荡器设置来调节所述第一和第二振荡器当中的一个。
15.如权利要求14所述的装置，其进一步包括：
第二寄存器，其存储温度补偿设置；并且
可以通过该温度补偿设置来调节所述第一和第二振荡器当中的一个。
16.如权利要求15所述的装置，其中，可以通过所述优选的振荡器设置和所述温度补偿设置的至少其中之一来调节所述第一和第二振荡器当中的另一个。
17.如权利要求16所述的装置，其中，可以由调制源来调节所述第一和第二振荡器当中的一个。
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