DE102007016522A1 - Quarzoszillator-Schaltkreis - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Quarzoszillator-Schaltkreis, der eine mit einem Quarz zu koppelnde kapazitive Laststufe (C0, C1), eine Verstärkerstufe, einschließlich eines Verstärkungstransistors (M1), der mit dem Quarz und der kapazitiven Laststufe (C0, C1) zu koppeln ist, um an dem Verstärkerstufenausgang (AMPOUT) ein Oszillationssignal herzustellen, und eine Arbeitspunkterzeugerstufe, die mit dem Verstärkungstransistor (M1) gekoppelt ist, eine Amplitudenregelstufe (ACC) zur Regelung der Amplitude des Oszillationssignals und eine Pick-Up-Stufe (PICKUP) enthält, die mit der Verstärkerstufe und dem Quarz zu koppeln ist, um ein Oszillatorausgangssignal zu erzeugen, bei dem die Arbeiker konfiguriert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Quarzoszillator-Schaltkreis, konkreter einen auf der Pierce-Oszillator-Architektur basierenden Quarzoszillator-Schaltkreis.
  • Quarzoszillatoren, insbesondere Pierce-Oszillatoren, werden im Fachgebiet häufig zur Bereitstellung stabiler Taktsignale verwendet. Es gibt einen allgemeinen Bedarf für die Entwicklung einer Schaltungsanordnung, die sowohl für alle Arten von Anwendungen geeignet und in Bezug auf die bestimmten Anforderungen jeder Anwendung höchst effizient ist. Konkret sollten elektronische Geräte oder elektronische Schaltungsanordnungen, die einen Quarzoszillator bilden, so erdacht sein, dass sie so viele Quarze wie möglich unterstützen und trotzdem eine konstante Frequenz, eine hohe (als Absolutwert) negative Impedanz, niedriges Phasenrauschen, einen geringen Stromverbrauch und eine geringe Verlustleistung auf dem Quarz bereitstellen. Für integrierte Lösungen sollten die integrierten Bauelemente und Schaltungsanordnungen gegenüber sämtlichen Arten von Störquellen immun sein. Ein weiter Frequenzziehbereich ist ebenfalls wünschenswert. Eine ausführliche Erörterung und eine Lösung eines Pierce-Oszillators nach dem Stand der Technik findet man in "High-Performance Crystal Oscillator Circuits: Theory and Application" by Eric A. Vittoz u. a., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Volume 23, Nr. 3, Juni 1988, Seite 774. Der von Vittoz vorgestellte Quarzoszillator-Schaltkreis enthält eine Verstärkerstufe, eine Amplitudenregelstufe, einen Ausgangsspannungsregler und einen Ausgangsverstärker. Die Amplitudenregelung ist notwendig, um eine passende negative Impedanz bereitzustellen, wenn man von dem Quarz in die entsprechenden Eingangsanschlüsse des Quarzoszillator-Schaltkreises blickt. Die negative Impedanz sollte gleich dem äquivalenten Reihenwiderstand (ESR, engl. "equivalent serial resistance") des Quarzes sein. Eine zu große negative Impedanz zieht eine hohe Verlustleistung und eine schnelle Abnutzung des Quarzes nach sich. Wenn die negative Impedanz kleiner als der ESR ist, kann eventuell keine Oszillation auftreten oder die Oszillation hört auf.
  • Der von Vittoz zur Regelung des Verhältnisses zwischen der negativen Impedanz und dem ESR offenbarte Mechanismus basiert auf der Regelung des durch einen Transistor fließenden Arbeitsstroms, der als Verstärkungstransistor für den Quarz verwendet wird. Der Arbeitsstrom wird durch einen Amplitudenregel-Schaltkreis (ACC, engl. "amplitude control circuit") geregelt. Der ACC überwacht die Amplitude der Oszillation und erzeugt eine Regelspannung zur Verkleinerung oder Vergrößerung der Amplitude. Die Regelspannung wird zur Änderung des durch den Verstärkungstransistor fließenden Stroms verwendet. Auf Grund des bestimmten, von Vittoz angewendeten Regelungsmechanismus ist die Umwandlungsverstärkung jedoch äußerst hoch. Dementsprechend wird das von dem ACC erzeugte Rauschen verstärkt und der Quarzoszillationsschleife zugeführt und degradiert die Phasenrauscharmut erheblich. Des Weiteren weist der von Vittoz vorgeschlagene Quarzoszillator-Schaltkreis eine nur geringe Immunität gegen Substratrauschen oder Nebensignaleffekte (Crosstalk) auf, wenn er auf einer integrierten Schaltung, insbesondere in einer Systemintegration (SoC, engl. "system an chip"), implementiert ist. Letztendlich weist der von Vittoz vorgeschlagene Quarzoszillator lediglich einen kleinen Ziehbereich und eine schlechte Anpassungsfähigkeit für viele verschiedene Quarze auf.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen äußerst flexiblen Quarzoszillator-Schaltkreis mit einem breiten Frequenzziehbereich, einer hohen Immunität gegen Rauschen, einer verringerten Verlustleistung und einer geringen Quarzabnutzung bereitzustellen.
  • Dementsprechend wird ein Quarzoszillator-Schaltkreis bereitgestellt, der eine mit einem Quarz zu koppelnde kapazitive Laststufe, eine Verstärkerstufe, einschließlich einer Vorspannungserzeugerstufe und eines Verstärkungstransistors, die mit dem Quarz und der kapazitiven Laststufe zu koppeln sind, um eine Oszillation herzustellen, eine Pick-Up-Stufe, die mit der Verstärkerstufe und dem Quarz zu koppeln ist, um ein Oszillatorausgangssignal zu erzeugen, und eine Amplitudenregelstufe zur Regelung der Amplitude des Oszillationssignals an dem Quarz enthält, wobei die Vorspannungserzeugerstufe als entarteter Source-Verstärker konfiguriert ist. Vorzugsweise basiert der Quarzoszillator-Schaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer Pierce-Oszillator-Architektur. Durch die Verwendung einer als entarteter Source-Verstärker konfigurierten Vorspannungserzeugerstufe werden die Überlagerungsverstärkung und eine entsprechende Rauschinjektion verringert. Durch die Verwendung einer entarteten Source-Verstärker-Konfiguration wird die Umwandlung der Amplitudenregelspannung in Arbeitsstrom eher von dem Entartungselement (z. B. einem Widerstand oder einer Mehrzahl von Widerständen) als durch die Steilheit des Transistors durchgeführt, wodurch die Überlagerungsverstärkung verringert wird.
  • Vorzugsweise enthält die Vorspannungserzeugerstufe einen Regeltransistor und zumindest ein mit der Source des Regeltransistors verbundenes Widerstandselement, die gemeinsam den entarteten Source-Verstärker bilden. Der das Widerstandselement als Entartungselement aufweisende Regeltransistor empfängt eine Amplitudenregelspannung von der Amplitudenregelstufe als Regelsignal, um einen durch den Verstärkungstransistor fließenden Arbeitsstrom selektiv einzustellen. Dementsprechend wird die eher feine Einstellung des Arbeitsstroms als Reaktion auf das Amplitudenregelsignal durch Regelung der Gate-Spannung des Regeltransistors durchgeführt. Da der Verstärkungsfaktor des Regeltransistors eher niedrig ist, wird die Injektion von Rauschen über den Amplitudenregelmechanismus verringert.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der entartete Source-Verstärker in dem Vorspannungserzeuger durch eine Mehrzahl von Widerständen entartet. Der Quarzoszillator-Schaltkreis enthält ebenfalls entsprechende Mittel (z. B. Schalter), um diese Widerstände als Reaktion auf ein digitales Konfigurationssignal in den Strompfad durch den entarteten Source-Verstärker zu schalten, wodurch der durch den Verstärkungstransistor fließende Strom bestimmt wird. Indem Widerstände in den Strompfad geschaltet werden, ist es möglich, für verschiedene Quarze oder verschiedene Anwendungen verschiedene Bereiche als Reaktion auf ein digitales Konfigurationssignal vorzudefinieren.
  • Die mit dem Quarz gekoppelte kapazitive Laststufe kann selektiv so geschaltet werden, dass die für den Quarzoszillator wirksame kapazitive Last als Reaktion auf ein digitales Konfigurationssignal geändert werden kann. Eine variable kapazitive Last gestattet es, den Quarzoszillator-Schaltkreis für viele verschiedene Quarze einzustellen. Die Lastkapazität sollte gemäß den Leistungsdaten des verwendeten Quarzes gewählt werden. Folglich entspricht eine große Vielzahl von Quarzen einer großen Vielzahl von Lastkapazitäten. Durch Verwendung der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Kapazitätsauswahl durch bloßes Schalten von Kondensatoren bewerkstelligt werden. Die Schalter können durch Transistoren implementiert werden, die so zu dimensionieren sind, dass der Qualitätsfaktor der Kondensatoren für die Arbeitsfrequenz nicht wesentlich degradiert wird.
  • Da die mit dem Regeltransistor sowie der kapazitiven Last gekoppelten Widerstandselemente (d. h. zum Beispiel die Widerstände) durch dasselbe digitale Konfigurationssignal geregelt werden, wird eine Verbindung zwischen dem Arbeitsstrom (d. h. der Steilheit des Verstärkungstransistors) und der Lastkapazität hergestellt. Die Regelung sowohl der kapazitiven Last als auch der Steilheit des Verstärkungstransistors ist besonders nützlich, da die negative Impedanz hauptsächlich von den Lastkondensatoren und von der Steilheit des Verstärkungstransistors abhängt. Eine große kapazitive Last benötigt eine große Steilheit, aber wenn die Steilheit zu hoch ist, nimmt die negative Impedanz wieder ab. Allgemein ist die Steilheit für einen bestimmten Lastkondensatorbereich innerhalb eines bestimmten Bereichs zu wählen. Dementsprechend ist es nützlich, dieselben oder zumindest verwandte digitale Konfigurationssignale zur Schaltung der Widerstände zu verwenden, um einen bestimmten Arbeitsstrom für den Verstärkungstransistor und für das Schalten der kapazitiven Last festzulegen. Die vorliegende Erfindung schlägt vor, eine Verbindung zwischen dem kapazitiven Lastauswahlsignal und dem gewählten Strombereich herzustellen. Dies schafft eine optimale Anpassungsfähigkeit des Oszillator-Schaltkreises. Innerhalb des bestimmten Bereichs regelt die Amplitudenregelstufe den durch den Verstärkungstransistor fließenden Strom, um innerhalb des vorgewählten Bereichs eine optimale Steilheit zu erreichen.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Pick-Up-Stufe so eingerichtet, dass sie differenzielle Signale empfangen und bearbeiten kann. Hierdurch wird es gestattet, die Pick-Up-Stufe differenziell (symmetrisch) mit gegenüberliegenden Seiten des Quarzes zu koppeln. Dieser Ansatz ist besonders nützlich für integrierte Lösungen, in denen der Quarzoszillator-Schaltkreis allen möglichen Störungen und Rauschen ausgesetzt ist. Das Rauschen kann eine Fehlfunktion des Oszillators, einschließlich Störimpulsen und doppelten Impulsen, verursachen. Dieser Aspekt der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Störungen hauptsächlich ein Gleichtaktverhalten aufweist, und die Eingangs- und Ausgangssignale der Verstärkerstufe eine Phasenverschiebung von fast 180 Grad aufweisen. Dementsprechend unterdrückt eine differenzielle Pick-Up-Stufe sämtliche Gleichtaktstörungen erheblich. Des Weiteren verbessert die differenzielle Stufe allgemein das Phasenrauschen bei hohen Frequenzen und verringert den Stromverbrauch in Bezug auf den herkömmlichen Ansatz mit wechselstromgekoppelter Inverterstufe.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Widerstand zwischen den Ausgang der Verstärkerstufe auf einer Seite des Quarzs gekoppelt, um eine verbesserte Anpassungsfähigkeit der Oszillationsfrequenz zu erreichen (d. h. den Ziehbereich zu vergrößern). Der Widerstand erzeugt gemeinsam mit der Lastkapazität einen Pol, der die Phase verschiebt und es dem Quarz gestattet, in einem Bereich zu arbeiten, in dem es leichter ist, die Frequenz einzustellen (zu ziehen).
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die kapazitive Laststufe zumindest einen NMOS-Transistor, der als kapazitive Last dient. Herkömmliche Lösungen schlagen vor, MOS-Varaktoren als variable Kapazität zu verwenden. Als geregelte Kapazität verwendete NMOS-Transistoren haben jedoch eine höhere Maximal-Minimal-Kapazitätsabweichung.
  • Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 einen vereinfachten Schaltplan eines Pierce-Quarzoszillator-Schaltkreises gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 einen vereinfachten Schaltplan eines Pierce-Quarzoszillator-Schaltkreises mit Amplitudenregelung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
  • 3 einen vereinfachten Schaltplan eines Pierce-Quarzoszillator-Schaltkreises mit Amplitudenregelung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung,
  • 4 einen Pierce-Quarzoszillator-Schaltkreis mit einer differenziellen Pick-Up-Stufe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
  • 5 einen vereinfachten Schaltplan einer kapazitiven Laststufe, bestehend aus NMOS-Transistoren, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
  • 6 einen vereinfachten Schaltplan einer Pick-Up-Stufe gemäß der vorliegenden Erfindung in ausführlicherer Form,
  • 7 einen vereinfachten Schaltplan einer Amplitudenregelstufe gemäß der vorliegenden Erfindung, und
  • 8 eine Draufsicht eines Pierce-Quarzoszillator-Schaltkreises gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 1 zeigt einn vereinfachten Schaltplan eines Pierce-Quarzoszillator-Schaltkreises gemäß dem Stand der Technik. Dementsprechend ist ein Quarz XTAL mit einer Verstärkerstufe gekoppelt, die einen Verstärkungstransistor M1 enthält. Der Ausgang der Verstärkerstufe AMPOUT ist über den Widerstand R0 mit einem Anschluss XIN des Quarzes XTAL gekoppelt. Die Anschlüsse XIN und XOUT des Quarzes XTAL sind mit entsprechenden kapazitiven Lasten C0 und C1 gekoppelt. Die Amplitudenregelstufe ACC ist mit dem Ausgang AMPOUT der Verstärkerstufe gekoppelt und erzeugt einen Regelstrom ICNTRL, der über den Stromspiegel M2, M0 mit der Verstärkerstufe gekoppelt ist, um die Steilheit des Transistors M1 als Reaktion auf die Oszillationsamplitude einzustellen. Da der Verstärkungsfaktor der aus dem Stromspiegel und der Amplitudenregelstufe bestehenden Regelschleife typischerweise sehr hoch ist, bringt der in 1 gezeigte Amplitudenregelmechanismus zusätzliches und verstärktes Rauschen in den Pierce-Quarzoszillator-Schaltkreis ein.
  • 2 zeigt einen vereinfachten Schaltplan eines Pierce-Quarzoszillators gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dementsprechend ist die Amplitudenregelstufe ACC mit der Arbeitspunkterzeugerstufe gekoppelt, die nun durch Verwendung des Regeltransistors M0 und des Widerstands R1 als entarteter Source-Verstärker implementiert ist. Dementsprechend wird der Verstärkungsfaktor des Transistors M0 verringert, und die zur Einstellung der Steilheit des Verstärkungstransistors M1 verwendete Regelspannung VCTRL wird über den Transistor R1 im Grunde zu einem Arbeitsstrom BIAS umgewandelt. Als Folge dessen wird das durch die Amplitudenregelstufe ACC eingebrachte Rauschen wesentlich verringert.
  • 3 zeigt eine vereinfachtes Schaltbild eines Pierce-Quarzoszillator-Schaltkreises gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dementsprechend sind eine Mehrzahl von Widerständen R1, R2 und R3 mit der Source des NMOS-Transistors M0 gekoppelt, der, wie in Bezug auf 2 erläutert, als widerstandsmäßig entarteter Regeltransistor dient. Die Widerstände R1, R2 und R3 können durch die Transistoren M3 und M4 als Reaktion auf ein digitales Konfigurationssignal, das durch CL1 und CL2 dargestellt ist, selektiv umgangen werden. Wenn nötig, können mehr Widerstände und mehr Regelsignale bereitgestellt werden, um zusätzliche Konfigurationsbereiche zur Verfügung zu haben. Dieser Ansatz gestattet es, die Verstärkerstufe grob einzustellen, indem die Schalttransistoren R1 bis R3 durch M1 und M0 in den Strompfad geschaltet werden. Eine genauere Einstellung der Amplitude wird durch die Amplitudenregelstufe ACC bereitgestellt, die die Gate-Spannung des NMOS-Regeltransistors M0 regelt, der durch die Widerstände R1 bis R3 selektiv entartet wird.
  • 4 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Die in 4 gezeigte Schaltungsanordnung basiert auf der in 2 gezeigten Schaltungsanordnung, außer, dass die Pick-Up-Stufe PICKUP als differenzielle Stufe implementiert ist, die über die Eingangsanschlüsse VIN+ und VIN– mit beiden Seiten des Quarzs XTAL gekoppelt ist, d. h. mit XIN und XOUT. Die Pick-Up-Stufe PICKUP verstärkt das differenzielle Eingangssignal und wandelt das Signal in ein Eintaktausgangssignal VCXOUT um, das als Oszillatorausgangssignal OUT dient. Die differenzielle Pick-Up-Stufe gestattet es, das Gleichtaktrauschen (Substratrauschen, Nebensignale/Crosstalk) zu unterdrücken.
  • 5 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer kapazitiven Laststufe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Entweder können einer oder beide der Kondensatoren C0 und C0 gemäß der in 5 gezeigten Schaltungsanordnung implementiert sein. Dementsprechend kann eine Mehrzahl von NMOS Transistoren M11, M12, M13, M14, M15 und M16 durch entsprechende Transistoren M5, M6, M7, M8, M9 und M10 auf den Knoten TOP geschaltet werden. Das Schalten wird durch ein digitales Konfigurationssignal erledigt, das durch CCL1, CCL2, CCL3, CCL4, CCL5 und CCL6 dargestellt ist. Hierdurch ist es möglich, die kapazitive Last als Reaktion auf das digitale Regelsignal selektiv zu schalten. Insbesondere gestattet es die vorliegende Konfiguration, die in 3 gezeigten Widerstände R1, R2, R3 ... durch dasselbe digitale Konfigurationssignal wie die in 5 gezeigten kapazitiven Lasttransistoren zu schalten. Durch Herstellung einer Verbindung zwischen dem Schalten der Widerstände und der kapazitiven Lasten ist es möglich, einen optimalen Betriebsbereich für den Quarzoszillator zu ermitteln, indem eine optimale negative Impedanz festgelegt wird. TOP kann mit den Oszillatorknoten XIN und XOUT und BOTTOM entweder mit dem Regelspannungssignal VC oder mit einem Massepotential verbunden sein.
  • 6 zeigt einen vereinfachten Schaltplan einer differenziellen Pick-Up-Stufe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Transistoren M17 und M18 empfangen differenzielle Eingangssignale VIN– und VIN+ (vgl. 4) und dienen als differenzielles Paar. Die Transistoren M21 und M22 stellen die Last für das differenzielle Paar M17 und M18 dar, während M23, M24, M25 und M26 die Ausgangsstufe bilden. Die Transistoren M19 und M20 stellen eine Rückkopplungsverbindung bereit, so dass die gesamte Schaltungsanordnung als bistabiler Schaltkreis arbeitet, der an dem asymmetrischen Taktausgang OUTS ein periodisch wechselndes Taktsignal erzeugt. Der Ausgang OUTS ist mit einer digitalen Schaltungsanordnung gekoppelt, die durch einen Wechselrichter INV1 dargestellt ist. Weitere Logikzellen können bei Bedarf bereitgestellt werden.
  • 7 zeigt eine vereinfachte Schaltplan einer Amplitudenregelstufe gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Originalgleichstromwert des von XOUT abgetasteten Signals wird in dem ACC losgelöst und dem durch R9 und R10 festgelegten Gleichstromwert angehängt. Danach wird das abgetastete Signal einem Peak-Detektor zugeführt, der dessen höchsten Spannungswert (die Spitzenspannung) in VPK speichert. Diese Spitzenspannung wird dann mit der durch den von R6 und R7 gebildeten Widerstandsteiler verglichen, woraus sich VCNTRL ergibt. Die Differenz zwischen den durch die Widerstandsteiler R9, R10 und R6, R7 festgelegten Spannungen legen die Amplitude fest, auf die die Oszillation geregelt wird. Der Widerstand R8 dient als Pull-down-Widerstand für den Kondensator C3.
  • 8 ist eine Draufsicht eines Pierce-Quarzoszillator-Schaltkreises gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Quarz kann, wie in 2 vorgeschlagen, mit den Anschlüssen XIN und XOUT gekoppelt sein. Der Verstärkungstransistor M1 und der Widerstand R0 stellen die notwendige Verstärkung bereit, um eine Oszillation herzustellen. Die Kondensatoren C0 und C1 gemäß 2 sind als Kondensatorbänke C0BANK bzw. C1 BANK implementiert, Die Bänke sind wie in 5 gezeigt implementiert. Der Block ISET ist die Arbeitspunkterzeugerstufe, einschließlich der schaltbaren Widerstände (einschließlich der Schalter und zusätzlicher Logikgatter zur Bereitstellung entsprechender Schaltsignale für die Schalter), die die mehreren auswählbaren Arbeitspunkte festlegen, sowie des Transistors M0, was diese Art zu dem entarteten Source-Verstärker macht. Die Pick-Up-Stufe PICKUP ist, wie in 4 gezeigt, mit XIN und dem Verstärkerausgang AMPOUT gekoppelt. Anders als in 4 ist jedoch ein Widerstand R4 zwischen XOUT und den Eingang VIN- der Pick-Up-Stufe PICKUP gekoppelt. Der Widerstand R4 dient dazu, den Ziehbereich zu vergrößern, indem ein Pol der Übertragungsfunktion, wie oben erläutert, verschoben wird. Das digitale Konfigurationssignal CL ist mit der kapazitiven Lastbank C0BANK und C1BANK gekoppelt, aber auch mit der Arbeitsstromeinstellstufe ISET. CL ist als die in 3 gezeigten digitalen Regelsignale CL1, CL2 bzw. CCL1 bis CCL6 gemäß 5 zu verwenden. Die Regelsignale in 3 und in 5 können vorzugsweise dieselbe Anzahl von Zeilen (oder Bit) aufweisen. Dementsprechend sind die Regelmechanismen zur Einstellung der Steilheit des Transistors M1 und zur Einstellung der kapazitiven Lasten miteinander verbunden, um eine optimale Leistungsfähigkeit zu erzielen. Wenn einige der Widerstände in dem Block ISET geschaltet werden, werden ebenfalls einige der Kondensatoren in C0BANK und C1BANK geschaltet. Der Block VCSWITCH wird dazu verwendet, bei Betrieb in VCXO-Betriebsart das Potential an den Knoten BOTTOM von C0BANK und C1BANK zwischen Masse und VC umzuschalten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - "High-Performance Crystal Oscillator Circuits: Theory and Application" by Eric A. Vittoz u. a., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Volume 23, Nr. 3, Juni 1988, Seite 774 [0002]

Claims (8)

  1. Quarzoszillator-Schaltkreis, umfassend: eine mit einem Quarz zu koppelnde kapazitive Laststufe (C0, C1), eine Verstärkerstufe, einschließlich eines Verstärkungstransistors (M1), der mit dem Quarz und der kapazitiven Laststufe (C0, C1) zu koppeln ist, um an dem Verstärkerstufenausgang (AMPOUT) ein Oszillationssignal herzustellen, und eine Arbeitspunkterzeugerstufe, die mit dem Verstärkungstransistor (M1) gekoppelt ist, eine Amplitudenregelstufe (ACC) zur Regelung der Amplitude des Oszillationssignals und eine Pick-Up-Stufe (PICKUP), die mit der Verstärkerstufe und dem Quarz zu koppeln ist, um ein Oszillatorausgangssignal (VCXOUT) zu erzeugen, bei dem die Arbeitspunkterzeugerstufe als entarteter Source-Verstärker konfiguriert ist.
  2. Quarzoszillator-Schaltkreis gemäß Anspruch 1, bei dem die Arbeitspunkterzeugerstufe einen Regeltransistor (M0) und zumindest ein Widerstandselement umfasst, das mit der Source des Regeltransistors (M0) verbunden ist, um den gegengekoppelten Source-Verstärker zu bilden, wobei der Regeltransistor (M0) eine Amplitudenregelspannung (VCTRL) von der Amplitudenregelstufe (ACC) als Regelsignal empfängt, um einen durch den Verstärkungstransistor (M1) fließenden Arbeitsstrom (IBIAS) selektiv einzustellen.
  3. Quarzoszillator-Schaltkreis gemäß Anspruch 2, bei dem die Arbeitspunkterzeugerstufe eine Mehrzahl von in Reihe mit dem Regeltransistor (M0) gekoppelten Widerständen (R1, R2, R3) umfasst.
  4. Quarzoszillator-Schaltkreis gemäß Anspruch 3, umfassend Mittel (M3, M4), um einen oder mehrere der Widerstände (R1, R2, R3) als Reaktion auf ein digitales Konfigurationssignal (CL1, CL2) in den Strompfad durch den Regeltransistor zu schalten, wodurch der einstellbare Bereich des Arbeitsstroms (IBIAS) durch den Verstärkungstransistor (M1) bestimmt wird.
  5. Quarzoszillator-Schaltkreis gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Pick-Up-Stufe (PICKUP) so eingerichtet ist, dass sie differenzielle Signale (VIN+, VIN–) empfängt und symmetrisch mit gegenüberliegenden Seiten (XIN, XOUT) des Quarzes (XTAL) gekoppelt werden kann.
  6. Quarzoszillator-Schaltkreis gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die kapazitive Laststufe (C0BANK, C1BANK) so eingerichtet ist, dass sie die kapazitive Last als Reaktion auf das digitale Konfigurationssignal (CL) selektiv schaltet.
  7. Quarzoszillator-Schaltkreis gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Widerstand (R4), der zwischen den Ausgang der Verstärkerstufe (AMPOUT) und eine erste Seite des Quarzs (XOUT) gekoppelt ist, um eine verbesserte Ziehbarkeit der Oszillationsfrequenz zu erreichen.
  8. Quarzoszillator-Schaltkreis gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die kapazitive Laststufe einen NMOS-Transistor umfasst, der als kapazitive Last dient.
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