JP2005509315A - High frequency VCXO structure - Google Patents
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Abstract
デジタル信号クロック同期に適合する周波数調整可能な発振器は、駆動信号を生成し、前記駆動信号の周波数を調整する電圧可変制御入力とを有する結晶発振器回路と、位相オフセット信号を生成する位相検知器回路と、前記位相オフセット信号に基づいて動作し、VCO制御信号を生成するフィルターと、前記フィルターに作動的に結合され、前記VCO制御信号に応答してアナログ制御周波数信号を生成する電圧制御発振器回路と、前記電圧制御周波数発振器回路と前記位相検知器回路の間に作動的に結合され、前記制御周波数信号に応答して低下周波数帰還信号を生成する分周器回路とを備えている。前記周波数調整可能な発振器は、更に、中央部と、台座の外側部から実質的に上方に、及び、実質的に下方に伸びる側壁を有する該外側部とを有する、該台座を含む両面パッケージを備える。前記上方に伸びる側壁と前記台座は、前記水晶共振器を収容し、電気的に接続するよう適合された第1キャビティを形成する。前記下方に伸びる側壁と前記台座が少なくとも一つの電子部品を収容し、電気的に接続するよう適合された第2キャビティを形成する。前記第1キャビティにカバーが結合され、前記水晶共振器を収容する独立環境を規定する。 A frequency adjustable oscillator adapted for digital signal clock synchronization, a crystal oscillator circuit having a voltage variable control input for generating a drive signal and adjusting a frequency of the drive signal, and a phase detector circuit for generating a phase offset signal A filter that operates based on the phase offset signal and generates a VCO control signal; and a voltage controlled oscillator circuit that is operatively coupled to the filter and generates an analog control frequency signal in response to the VCO control signal; A frequency divider circuit operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit and generating a reduced frequency feedback signal in response to the control frequency signal. The frequency tunable oscillator further comprises a double sided package including the pedestal having a central portion and the outer portion having sidewalls extending substantially above and substantially downward from the outer portion of the pedestal. Prepare. The upwardly extending side wall and the pedestal form a first cavity adapted to receive and electrically connect the crystal resonator. The downwardly extending side wall and the pedestal receive at least one electronic component and form a second cavity adapted to be electrically connected. A cover is coupled to the first cavity to define an independent environment for housing the crystal resonator.
Description
本発明は、「可制御結晶発振器」と題する2001年4月9日に出願された出願番号09/829,129の米国特許出願に関連し、電圧制御結晶発振器、特に、比較的高周波数の電圧制御結晶発振器のための低コストの回路構成に関する。 The present invention relates to a US patent application with application number 09 / 829,129, filed April 9, 2001 entitled "Controllable Crystal Oscillator", and more particularly to a voltage controlled crystal oscillator, particularly a relatively high frequency voltage. The present invention relates to a low cost circuit configuration for a controlled crystal oscillator.
大容量のデータネットワークは、低エラーでのデータ電送のために、信号中継器、及び、高感度の受信器を必要とする。シリアルデータ信号の復号化、及び/又は、明瞭な電送のためには、そのようなネットワークの要素は、そのデータ信号と同じ位相と周波数を有するデータタイミング信号を生成する要素を含む。タイミング信号を生成するこのステップは、「クロックリカバリー」と称されている。 Large capacity data networks require signal repeaters and sensitive receivers for low error data transmission. For decoding and / or unambiguous transmission of serial data signals, such network elements include elements that generate data timing signals having the same phase and frequency as the data signals. This step of generating the timing signal is referred to as “clock recovery”.
データクロックリカバリーは、シリアルデータ信号のクロックレートに整合する開始点として働く比較的高精度の基準信号、及び、周波数調整のための回路を必要とする。高精度の基準信号を生成するために使用される技術のタイプ、コスト、品質は、ネットワークのアプリケーションのクラスによって異なる。据付型の大型設備の場合は、「原子」クロックが最良の基準信号源として働く場合がある。遠隔、又は、可動システムの場合は、特別に構成された水晶共振器を含む要素が使用されてきた。通信ネットワーク技術がローカルエリアネットワークやコンピュータワークステーションにより高いバンド幅の相互接続を提供するように進展するにつれて、より小さく、安価なクロックリカバリー技術の解決策の必要性が高まっている。
多くのクロックリカバリーのアプリケーションにおいて、基準信号生成器は、調整可能、即ち、制御可能であり、そして、正確に規定された動作曲線で動作する必要がある。この調整可能性の要求は、周波数制御範囲(APR/Absolute Pull Range)として規定されてきた。APRは、周波数公差、周波数安定性、供給電圧、出力負荷、及び、時間(エージング)を含む広範囲の動作パラメータにわたる公称周波数(F0)からの制御可能な(±ppmで記述される)周波数偏差として規定される。クロックリカバリーは、最大、及び、最小のAPRの双方を有する制御可能な発振器を必要とする場合がある。 In many clock recovery applications, the reference signal generator needs to be adjustable, i.e., controllable, and operate with a precisely defined operating curve. This tunability requirement has been defined as a frequency control range (APR / Absolute Pull Range). APR is as a controllable frequency deviation (described in ± ppm) from the nominal frequency (F0) over a wide range of operating parameters including frequency tolerance, frequency stability, supply voltage, output load, and time (aging). It is prescribed. Clock recovery may require a controllable oscillator with both maximum and minimum APR.
現在必要とされる、例えば、500MHz以上のより高い周波数のアプリケーションには、標準的なATカット結晶のようなより従来型の共振器技術では完全にはうまくいかない。ストレートブランクATカット結晶の基本モードの認識されている上限は、70MHzである。従って、必要とされるより高い周波数の基準信号を生成するために、何らかの方式の周波数逓倍を採用する必要がある。周波数逓倍により、位相ノイズ、ジッター、非線形性、長期安定性に対する回路感受性が増大する。 For higher frequency applications currently required, eg, 500 MHz and above, more conventional resonator technologies such as standard AT cut crystals do not work perfectly. The recognized upper limit of the fundamental mode of a straight blank AT cut crystal is 70 MHz. It is therefore necessary to employ some form of frequency multiplication in order to generate a higher frequency reference signal than is required. Frequency multiplication increases circuit sensitivity to phase noise, jitter, nonlinearity, and long-term stability.
標準的な水晶/結晶共振器の代替として使用できるものに、表面弾性波(SAW)共振器、及び、逆メサなどの特殊な結晶ブランク構成の使用が含まれる。これらの代替法は、より複雑な製造工程、従って、より高いコストを招来する。 Alternatives to standard quartz / crystal resonators include the use of surface acoustic wave (SAW) resonators and special crystal blank configurations such as inverted mesas. These alternatives result in more complex manufacturing processes and thus higher costs.
データ信号のクロックリカバリー要素のコスト低減への取り組みは、アンダーソンへの米国特許第5987085号に記載されている。アンダーソン特許は、結晶ベースの基準クロックの要求を解消する目的で開発されたクロックリカバリー回路を記載している。しかし、アンダーソン特許は、目標周波数を特定せず、動作データも提供していない。 An approach to reducing the cost of the data signal clock recovery element is described in US Pat. No. 5,987,085 to Anderson. The Anderson patent describes a clock recovery circuit that was developed to eliminate the need for a crystal-based reference clock. However, the Anderson patent does not specify a target frequency and does not provide operational data.
データ信号のクロックリカバリーのアプリケーションに適合する低コストの電圧制御結晶発振器が必要とされている。特に、従来の結晶共振器を利用した高周波数の電圧制御発振器が提供されることが望ましい。 What is needed is a low cost voltage controlled crystal oscillator that is compatible with data signal clock recovery applications. In particular, it is desirable to provide a high frequency voltage controlled oscillator utilizing a conventional crystal resonator.
デジタル信号のクロック同期への使用に適合する可制御発振器が提供される。この発振器は、駆動信号を生成する結晶発振器回路、位相検知器回路、低域通過ループフィルタ、電圧制御発振器(VCO)回路、分周器回路、及び、正弦波−論理レベル変換器回路を含む。 A controllable oscillator is provided that is adapted for use in clock synchronization of digital signals. The oscillator includes a crystal oscillator circuit that generates a drive signal, a phase detector circuit, a low-pass loop filter, a voltage controlled oscillator (VCO) circuit, a divider circuit, and a sine wave-to-logic level converter circuit.
結晶発振器回路は、駆動信号を生成し、この駆動信号の周波数を調整するための電圧可変制御入力を有する。結晶発振器回路は、さらに、制御入力に応答するディスクリートのバラクターなどの電圧可変容量要素、このバラクターに作動的に結合されたATカット水晶共振器、及び、ディスクリートバラクターにエネルギーを与える利得ステージを含む。 The crystal oscillator circuit has a voltage variable control input for generating a drive signal and adjusting the frequency of the drive signal. The crystal oscillator circuit further includes a voltage variable capacitive element, such as a discrete varactor responsive to the control input, an AT cut crystal resonator operatively coupled to the varactor, and a gain stage that energizes the discrete varactor. .
位相検知器副回路は、位相オフセット信号を生成するよう構成されている。ループフィルタは、位相オフセット信号に基づいて、電圧制御発振器(VCO)副回路に受信される制御電圧を生成するように動作する。電圧制御発振器(VCO)回路は、ループフィルタに作動的に結合され、制御電圧に応答してアナログ制御周波数信号を生成する。 The phase detector subcircuit is configured to generate a phase offset signal. The loop filter operates to generate a control voltage that is received by a voltage controlled oscillator (VCO) subcircuit based on the phase offset signal. A voltage controlled oscillator (VCO) circuit is operatively coupled to the loop filter and generates an analog control frequency signal in response to the control voltage.
分周器回路は、事前選定可能な分周比を有し、電圧制御周波数発振器回路と位相検知器回路の間に作動的に結合される。分周器は、制御周波数信号に応答して低減された周波数の帰還信号を生成する。位相検知器回路は、帰還信号と駆動信号に応答して、帰還信号と駆動信号の間の位相差に応じて位相オフセット信号を変化させる。 The divider circuit has a pre-selectable divider ratio and is operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit. The divider generates a reduced frequency feedback signal in response to the control frequency signal. The phase detector circuit changes the phase offset signal in response to the phase difference between the feedback signal and the drive signal in response to the feedback signal and the drive signal.
この発振器は、また、電圧制御発振器(VCO)と作動的に結合され、制御周波数信号と実質的に同じ周波数を有するデジタル(或いは、論理レベル)の出力信号を生成する正弦波−論理レベル変換器副回路を含む。 The oscillator is also a sine wave-to-logic level converter that is operatively coupled to a voltage controlled oscillator (VCO) to produce a digital (or logic level) output signal having substantially the same frequency as the control frequency signal. Includes subcircuits.
好ましい実施例では、ATカット共振器は、約19.44メガヘルツの基本モードで共振するよう構成され、分周器副回路は、約32:1の事前選定された分周比を有し、この発振器は、Vcontrolを電圧可変入力のDC電圧レベルとして、約0.15ボルトから約3.15ボルトの範囲のVcontrol値に対して、次の2つの方程式間に規定される領域内の動作周波数を示す。
f1output=0.04526(Vcontrol)+621.9430メガヘルツ
f2output=0.04526(Vcontrol)+621.9679メガヘルツ
In a preferred embodiment, the AT cut resonator is configured to resonate at a fundamental mode of about 19.44 megahertz, and the divider sub-circuit has a preselected divide ratio of about 32: 1, The oscillator operates within the region defined between the following two equations for V control values in the range of about 0.15 volts to about 3.15 volts, with V control being the DC voltage level of the voltage variable input: Indicates the frequency.
f1 output = 0.04526 (V control ) +6211.9430 megahertz f2 output = 0.04526 (V control ) +6211.9679 megahertz
本発明のパッケージ化された発振器の実施例は、更に、中央部と、台座の外側部分から実質的に上方、及び、実質的に下方に伸びた側壁を有する当該外側部分とを備える当該台座を含む両面パッケージを有する。上方に伸びた側壁と台座は、水晶共振器を受容し、電気的に接続させるように構成された第1キャビティを形成する。下方に伸びた側壁と台座は、少なくとも一つの電子部品を収容し、電気的に接続させる第2キャビティを形成する。カバーが第1キャビティと組み合わされて水晶共振器を収容する気密環境を規定する。 Embodiments of the packaged oscillator of the present invention further comprise the pedestal comprising a central portion and the outer portion having sidewalls extending substantially upward and substantially downward from the outer portion of the pedestal. Has a double-sided package that includes. The upwardly extending side wall and pedestal form a first cavity configured to receive and electrically connect the crystal resonator. The downwardly extending side wall and pedestal form a second cavity that houses and electrically connects at least one electronic component. A cover is combined with the first cavity to define an airtight environment in which the crystal resonator is accommodated.
パッケージ化された発振器は、第2キャビティと組み合わされた積層基板を含む。パッケージの台座は、第2キャビティ面上に少なくとも一つの電子部品が搭載された当該第2キャビティ面を有する。積層基板カバーは、少なくとも一つの電子部品を収容するキャビティ対向面と、表面実装を容易にする端子を含む外方対向面を有する。 The packaged oscillator includes a laminated substrate combined with a second cavity. The base of the package has the second cavity surface on which at least one electronic component is mounted on the second cavity surface. The multilayer substrate cover has a cavity facing surface that houses at least one electronic component, and an outer facing surface that includes terminals that facilitate surface mounting.
本発明の他の実施例は、温度依存性が低減された周波数調整可能な発振器である。周波数調整可能な発振器は、位相オフセット信号を生成する位相検知器回路と、位相オフセット信号に基づいて動作し、VCO制御信号を生成するループフィルタと、このフィルタに作動的に結合され、VCO制御信号に応答してアナログ制御周波数信号を生成する電圧制御発振器回路と、電圧制御周波数発振器回路と位相検知器回路の間に作動的に結合され、制御周波数信号に応答して低減された周波数の帰還信号を生成する分周器回路とを有する。 Another embodiment of the invention is a frequency tunable oscillator with reduced temperature dependence. A frequency tunable oscillator includes a phase detector circuit that generates a phase offset signal, a loop filter that operates based on the phase offset signal and generates a VCO control signal, and is operatively coupled to the filter to provide a VCO control signal. A voltage-controlled oscillator circuit that generates an analog controlled frequency signal in response to and a feedback signal of reduced frequency in response to the controlled frequency signal operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit And a frequency divider circuit for generating
位相検知器回路は、帰還信号と駆動信号に応答して、帰還信号と駆動信号との間の位相差に応じて位相オフセット信号を変化させる。駆動信号は、共振器利得ステージと可変容量回路に作動的に結合された水晶共振器により生成される。可変容量回路は、温度補償ロジック、温度センサー、及び、制御入力に結合される。温度補償ロジックは、温度変化に応答して容量調整を生成し、温度により引き起こされる周波数変化を抑止する。可変容量回路を介して、制御入力は、駆動周波数の正確な外部制御を行うために、共振器の容量負荷の変化を生じさせる。 The phase detector circuit changes the phase offset signal in response to the phase difference between the feedback signal and the drive signal in response to the feedback signal and the drive signal. The drive signal is generated by a crystal resonator operatively coupled to the resonator gain stage and the variable capacitance circuit. The variable capacitance circuit is coupled to the temperature compensation logic, the temperature sensor, and the control input. The temperature compensation logic generates capacitance adjustments in response to temperature changes and suppresses frequency changes caused by temperature. Through the variable capacitance circuit, the control input causes a change in the capacitive load of the resonator in order to provide accurate external control of the drive frequency.
後述の、本発明の好ましい実施例についての記述、図面、及び、添付の請求の範囲からより明らかになるように、他にも本発明の利点、及び、特徴が存在する。 There are other advantages and features of the present invention as will become more apparent from the following description of the preferred embodiment of the invention, the drawings, and the appended claims.
本発明は、多くの異なる形態の実施例により変化するが、この明細書及び添付の図面は、本発明の例として好ましい形態のみを記載している。しかし、本発明は、そのように記載された実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により特定される。 While the invention will vary from many different forms of embodiments, the specification and the accompanying drawings describe only the preferred forms of the invention. However, the invention is not limited to the embodiments so described. The scope of the present invention is specified by the appended claims.
図面において、単一のブロックやセルは、集合的に単一の機能を実行するいくつかの個々の要素及び/又は回路を示す場合がある。同様に、単一の線は、特定の動作を実行するためのいくつかの信号又はエネルギーの伝達経路を示す場合がある。 In the drawings, a single block or cell may represent a number of individual elements and / or circuits that collectively perform a single function. Similarly, a single line may indicate several signal or energy transfer paths for performing a particular operation.
図1を参照すれば、周波数可制御発振器10は、結晶発振器回路12、位相検知器14、ループフィルタ16、電圧制御発振器(VCO)回路18、分周器回路20、及び、正弦波−論理レベル変換器回路22を有している。
Referring to FIG. 1, a frequency
結晶発振器回路10は、利得ステージ要素26、及び、可変容量要素28に作動的に結合された水晶共振器24を有している。ピアス(Pierce)、コルピッツ(Colpitts)、ハートレイ(Hartley)、クラップ(Clapp)、ドリスコール(Driscoll)、セイラー(Seiler)、バトラー(Butler)、及び、ミラー(Miller)の称呼で参照されるものを含めて、多様な結晶発振器回路の構成が使用でき、現状では、コルピッツが好ましい。電圧可変容量要素28は、DC電圧可変制御入力30の変化に応答して容量を変化させる。入力30に行われる電圧変化により、発振器回路の容量負荷、及び、図1において32の符号で示される出力駆動信号の周波数が調整される。
入力30は、好ましくは電圧可変である。また、制御入力として考えられるものに、公知のデジタル−アナログ変換器によりアナログ電圧信号に変換されるデジタル数(或いは、等価な)入力がある。
The
電圧可変容量要素28は、他の電圧制御可変容量機構も考えられるが、好ましくは、ディスクリートの可変容量ダイオード(即ち、バラクター、又は、バラクターダイオード)である。チップ上への集積度が増大された実施例では、可変容量要素28は、並列に構成され、制御ロジックに結合されて制御電圧に応答して選択的にコンデンサーを駆動する1以上のトランジスター切り替え可能なコンデンサーの1以上のバンクを含む。或いは、可変容量要素28は、トランジスター切り替え可能なチップ搭載型バラクター素子、又は、コンデンサーの組み合わせの一以上のバンク、及び、制御電圧に応答して集積されたバラクター、及び、コンデンサーを選択的に駆動する制御ロジックを含む。温度補償型結晶発振器に適合するチップ搭載型の可変容量を提供する回路は、本発明と矛盾しない限りにおいて、ともに参照により本明細書に組み込まれる、コーネルらに発行された米国特許第4827226号、及び、コールらに発行された米国特許第5994970号に記載されている。
The voltage
水晶共振器24は、好ましくは、約6ピコファラドから約14ピコファラドの範囲の負荷に対して約19.44194MHzから約20.828MHzの範囲の周波数の基本モードで共振するよう構成された低コストのATカット結晶である。それぞれ10ピコファラドの負荷に対して約19.44MHz、又は、約20.828MHzで共振するように構成された結晶が好ましい。比較的低い容量負荷に適合された結晶が、広い範囲での周波数制御を可能にするために好ましい。
The
駆動信号32は、位相検知器(又は、位相比較器)回路14に受信され、分周器回路20からの低下周波数帰還34信号と比較される。位相検知器14は、低下周波数帰還信号34と駆動信号32の間の位相差に比例するレベルのDC電圧を有する位相オフセット信号36を生成する。
The
より詳細には、位相検知器14は、低下周波数帰還信号34と駆動信号32の間の位相差に比例するパルスを生成する回路要素を含む。このパルスは、(別途図示されない)チャージポンプにより集積されて、電圧制御発振器(VCO)18を制御するための、対応するDC電圧可変信号に変換される。多様な位相検知器回路の構成が本発明に適合する。例示的な位相検知器回路、及び、構成の詳細が、「モノリシック 位相同期ループ、及び、クロックリカバリー回路:理論と設計 ベザド ラザビック編集 1996年」(Monolithic Phase−Locked Loop&Clock Recovery Circuits:Theory and Design,Behzad Rasavic ed., IEEE(1996))に記載されている。
More specifically, the
好ましい位相検知器回路は、「デジタル位相/周波数検知器」、或いは、「デジタル3状態比較器」と称されている構成のフリップフロップを採用する。この構成は、その出力がNANDゲートに接続された2つのDフリップフロップを有し、そして、そのNANDは、各フリップフロップのリセットに接続される。フリップフロップの出力は、また、チャージポンプの入力に接続される。各フリップフロップの出力信号は、フリップフロップの入力周波数に関連する周波数の一連のパルスである。両フリップフロップの入力が同じ場合は、その信号は周波数及び位相がともに同期している。これらが異なる場合には、これらは、ループフィルタを充電し、或いは、放電することになるチャージポンプに信号を提供し、或いは、チャージポンプを高インピーダンス状態にし、これにより、ループフィルタのチャージが維持される。 A preferred phase detector circuit employs a flip-flop configured as a “digital phase / frequency detector” or “digital tri-state comparator”. This configuration has two D flip-flops whose outputs are connected to NAND gates, and the NAND is connected to the reset of each flip-flop. The output of the flip-flop is also connected to the input of the charge pump. The output signal of each flip-flop is a series of pulses with a frequency related to the input frequency of the flip-flop. When the inputs of both flip-flops are the same, the signal is synchronized in both frequency and phase. If they are different, they provide a signal to the charge pump that will charge or discharge the loop filter, or put the charge pump in a high impedance state, thereby maintaining the charge of the loop filter. Is done.
(別途図示されない)チャージポンプは、1つがループフィルタ16を充電し、1つがループフィルタ16を放電させる、2つのトランジスタを有する。チャージポンプの入力は、上述のフリップフロップの出力である。両増幅器入力がローである場合には、増幅器は高インピーダンス状態に移行し、これによりループフィルタの充電が維持される。
The charge pump (not shown separately) has two transistors, one charging the
発振器10は、位相検知器14と、電圧制御発振器(VCO)18の間に作動的に結合され、VCO制御信号から高周波成分を除去するためのループフィルタ16を有する。
The
電圧制御発振器(VCO)18は、フィルターされたVCO制御信号38のDC電圧レベルの変化に応答し、アナログ制御周波数信号40を出力する。ループフィルタ16は、位相検知器14から受信したパルスを集積し、VCO制御信号38の制御電圧を生成するように働く。多様な回路構成が、VCOを提供するのに適合している。例示的な高周波数適応型VCO回路、及び、構成の詳細が、「RF回路設計、理論と応用/ルーディッヒ.R、P.ブレッコ著 プレンティスホール社 2000年」(RF Circuit Design,Theory and Applications,Ludwig,R. and P.Bretchko,Prentice Hall(2000))に記載されている。現状で好ましいものは、ベースとコレクターが交差接続されて正帰還と360度の位相シフトをもたらす同調差動増幅器である。この同調副回路は、コレクター中に位置し、内部バラクターと、好ましくは、外部のインダクタンスを提供するタンク回路42を有する。外部タンク回路42は、また、VCOにDCバイアスを印加する。ここで好ましいのは、VCO制御入力が出力周波数に逆相関するように内部バラクターダイオードの構成である。
The voltage controlled oscillator (VCO) 18 outputs an analog
アナログ制御周波数信号40は、位相/周波数の駆動信号32との比較が行われる前に、分周器副回路20を通過する。分周器20は、対応する低下周波数帰還信号34を生成する。分周器20は、位相検知器14が水晶共振器24の基本モード周波数の範囲の周波数の発振信号で動作することを可能にする。
The analog
多様な回路構成が分周器20の提供に適合するが、好ましい分周器回路の構成は、分周比を事前選定するための論理選択入力を有する一連のフリップフロップを使用する。
Although various circuit configurations are suitable for providing the
発振器10は、好ましくは、アナログ(即ち、正弦波の)制御周波数信号40をデジタル(或いは、論理レベルの)出力信号44に変換する変換器副回路22を有する。変換器副回路22は、好ましくは、10K或いは100Kの正エミッタ結合論理(PECL)とも呼ばれる、正基準エミッタ結合論理(PECL)に準拠する電圧レベルのデジタル出力信号を提供する差動受信器(即ち、差動ECLドライバ)である。トランジスター−トランジスター論理回路、エミッター結合論理、CMOS、MOSFET、GaAs電界効果、MESFET、HEMT、或いは、PHEMT、CML、及び、LVDSを本質的に含む群から選ばれる半導体回路技術に準拠した電圧レベル間で発振する信号を含め、他のデジタルの論理レベル出力の標準が考えられる。
The
図1において参照番号46で特定される輪郭線は、どの回路要素が好ましくは単一の半導体チップモジュールに集積されるかを示している。好ましくは、チップ搭載されないものは、水晶共振器24、及び、電圧可変容量28、ループフィルター16、及び、VCOタンク回路42の回路要素である。正弦波−論理レベル変換器22の回路要素は、集積回路半導体技術(即ち、チップ)を使用して実現されるが、変換器22は、以下述べるように、デジタル出力の標準の設定や、電源供給電圧の変更により大きい柔軟性を与えるために、モジュール46から分離されている。
The contour line identified by
本発明の可制御発振器は、比較的高い周波数での動作に特に適合している。例えば、図1の回路は、622.08、644.531、666.514、及び、666.326メガヘルツの公称動作周波数において、少なくとも±50ppmの周波数制御範囲(APR)、約5ピコ秒未満の出力RMS位相ジッタを示す発振器を提供するのに特に適合している。 The controllable oscillator of the present invention is particularly adapted for operation at relatively high frequencies. For example, the circuit of FIG. 1 has a frequency control range (APR) of at least ± 50 ppm and an output of less than about 5 picoseconds at nominal operating frequencies of 622.08, 644.531, 666.514, and 666.326 megahertz. It is particularly adapted to provide an oscillator that exhibits RMS phase jitter.
周波数制御範囲(APR)は、周波数公差、周波数安定性、供給電圧、出力負荷、温度、及び、時間(エージング)を含む広範囲の動作パラメータにわたる公称周波数(F0)からの制御可能な(±ppmで記述される)周波数偏差として規定される。ある範囲の温度に晒された出力周波数の制御性は、APRの規定の重要な一側面である。APR設定において、摂氏−40〜80度は、温度感受性の試験として認められた温度範囲である。 The frequency control range (APR) is controllable (in ± ppm) from the nominal frequency (F0) over a wide range of operating parameters including frequency tolerance, frequency stability, supply voltage, output load, temperature, and time (aging). Defined as frequency deviation). Controllability of output frequency exposed to a range of temperatures is an important aspect of the APR specification. In the APR setting, -40 to 80 degrees Celsius is the accepted temperature range for temperature sensitivity tests.
実施例
本発明の実施例に従って1バッチの可制御結晶発振器110を作製した。作製されたサンプルの簡略化された回路概要が図2に示されている。
EXAMPLE A batch of controllable crystal oscillator 110 was made according to an example of the present invention. A simplified circuit overview of the fabricated sample is shown in FIG.
図2は、次の副回路、即ち、結晶発振器112、位相検知器114、ループフィルタ116、電圧制御発振器(VCO)118、分周器120、及び、正弦波−論理レベル変換器122を示している。好ましいチップ集積レベルによれば、位相検知器回路114、分周器120、及び、結晶発振器回路112とVCO118の一部がチップモジュール146に組み込まれている。現在好ましいチップモジュールは、RFマイクロデバイス社(ノースキャロライナ州グリーンズボロー)から「RF2514」の品番で購入でき、この例で使用されている。
FIG. 2 shows the following sub-circuits:
結晶発振器回路112は、コルピッツの構成であり、チップ搭載要素148、パッケージの結晶モジュール124、及び、ディスクリートのバラクター128を有している。ディスクリートバラクター128と並列に配置されているのは、全体的な負荷容量を適切な範囲で設定するための固定コンデンサー129(C15)である。バラクター128のバイアスDC電圧は、制御入力130により設定される。コルピッツの構成によれば、結晶発振器回路112は、コンデンサー152(C2)を備える帰還ループ150を有する。
The
結晶共振器124は、表面実装型であり、CTSワイヤレス部品社(イリノイ州ブルーミングデール)から品番ATXN6034Aで購入できるタイプのものであり、10ピコファラドの負荷の下で19.44MHzで共振するようにされている。
The
結晶発振器回路112は、チップ搭載された位相検知器114に基準出力132を供給する。チップモジュール146は、ループフィルタ116への接続部154(LOOP_FLT)を有する。ループフィルタ116は、位相検知器回路114からの周波数オフセット信号136を受信し集積する。ループフィルタ116は、コンデンサー156(C11)、158(C12)、及び、抵抗160(R6)を有する。
The
ループフィルタ116は、チップ搭載された部品、及び、ディスクリートの部品を有する電圧制御発振器回路118にVCO制御信号138を供給する。チップ搭載されないことが好ましいのは、タンク回路142を形成するディスクリート部品である、モジュール146の168(RESNTR+)と170(RESNTR−)を通して接続される3つのインダクター162(L2)、164(L3)、165(L4)、及び、コンデンサー166(C14)である。可変インダクター172は、様々なVCO部品の不可避的な偏差を相殺するようにVCO出力の中心周波数を同調(或いは、「調整」)することを可能にする。可変インダクター172は、好ましくは、「レーザーパドル」とも呼ばれる電送線のマイクロストリップ(MS1)の形態を取る。モジュール146のVCO回路118は、抵抗176(R8)との接続部174を介してタンク回路142を通してバイアス電圧を受信する。
VCO回路118は、モジュール146において参照番号140でシンボリックに示される制御周波数信号に応答して独立制御周波数信号141(TX_OUT)を供給するチップ搭載された出力増幅器178を有する。
The loop filter 116 supplies a
The
分周器120は、制御周波数信号140を受信し、低下周波数帰還信号134を供給する。分周器120の分周比は、論理入力180(DIV_CTRL)を設定することで事前選定される。この例では、図示されるように、入力180は、分周比32:1にモジュール146を設定するために、論理ローレベルを生成するようにグランドに接続されている。
回路110は、正弦波出力信号141を受信する差動受信器の形態の正弦波−論理レベル変換器122を有する。好ましい差動受信器は、マイクレル半導体社(Micrel Semiconductor カリフォルニア州サンジョゼ)から品番「SY10EP16V」の品番で購入でき、この実施例で使用されている。他に好ましいものとして、アリゾナマイクロテック社(アリゾナ州メサ)から品番「AZ100LVEL16」で購入できるチップモジュールがある。差動受信器モジュール122は、10Kの正エミッタ結合論理(PECL)に従うデジタル出力信号を供給し、論理ゼロが約1.49ボルトから約1.68ボルトの範囲であり、論理1が約2.28ボルトから約2.42ボルトの範囲である。これらの出力レベルは、モジュール122への供給電圧が約3.3ボルトのときに実現される。PECL出力は、相補的であって、2つの端子144A(Q_OUTOUT)、144B(/Q_OUTOUT)を必要とする。
The circuit 110 has a sine wave-to-
周波数可制御発振器110は、好ましいレベルの回路集積度を呈する。電圧制御発振器(VCO)118が集積されていないタンク回路142を含んでいる回路集積の構成は、特別の利点を有する。他に好ましくはチップ搭載されないものは、ループフィルタ116及びバラクター128を形成する回路要素である。
The frequency controllable oscillator 110 exhibits a desirable level of circuit integration. A circuit integrated configuration that includes a
モジュール146は、まだ説明されていないピン接続部として、GND1、GND2、GND3、PD、VCC1、VCC2、MOD IN、VREF、LD_FLTを有する。GND1及びGND3は、モジュール146のアナログ部品により使用されるグランド接続部である。GND2は、位相検知器及び同期回路のデジタル素子に使用されるグランド接続である。PDは、DC電圧のオン−オフスイッチである。VCC1は、増幅器178のDCバイアスである。VCC2は、VCO118へのDCバイアス入力接続である。MOD INは、発振器110では使用されない。VREFは、高Qフィルタを提供する実施例以外では使用されない。LD_FLTは、位相検知器回路のためのディスクリートフィルタの接続である。
The
無線周波数(RF)の信号を有する要素のための回路及びパッケージデザインは、トランジスターや電送線などの近くの回路素子からピックアップされる場合がある寄生信号を抑制するための多くのバイパスコンデンサーを含む。発振器110は、C3、C4、C5、C8、C9、C6、C10、C13などのフィルタコンデンサーを含む。図3は、図2で示される回路を実現するためにこの実施例で使用された回路基板レイアウトである。図3のレイアウトは、発振器110を、約14mm長(符号186)、約9.3mm幅(符号188)で、高さがせいぜい約2.4mmの寸法を有する表面実装或いはピンパッケージで提供することを可能にする。パッケージの形態では、可制御発振器110は、図2にも全て特定されている可変電圧制御入力130(VC)、DC電源入力182(VCC)、デジタル出力144A(OUT)、144B(/OUT)、及び、オン−オフスイッチ接続部184(E/D)のための接続部を有する。
Circuit and package designs for elements having radio frequency (RF) signals include many bypass capacitors to suppress parasitic signals that may be picked up from nearby circuit elements such as transistors and power lines. The oscillator 110 includes filter capacitors such as C3, C4, C5, C8, C9, C6, C10, and C13. FIG. 3 is a circuit board layout used in this example to implement the circuit shown in FIG. The layout of FIG. 3 provides the oscillator 110 in a surface mount or pin package having a length of about 14 mm (reference 186), a width of about 9.3 mm (reference 188) and a height of at most about 2.4 mm. Enable. In the form of a package, the controllable oscillator 110 includes a variable voltage control input 130 (VC), a DC power input 182 (VCC), a
接続部184(E/D)は、モジュール146の端子PDに結合されている。この好ましい実施例では、パッケージの最小高さの限界は、回路基板の厚みと結晶副パッケージ124により支配される。この例の可制御結晶発振器110は、本発明の特に好ましい実施例である。可制御結晶発振器110は、帰還信号140を32で分割するよう事前設定された分周器回路120とともに、19.44MHzの基本モードで動作するように構成されたATカット結晶副パッケージ124を含む。図2の選定された回路要素の仕様が下の表1に示されている。
可制御結晶発振器110の動作特性が電圧可変制御入力124の電圧範囲に渡って測定された。その結果が下の表2に示されている。
The operating characteristics of the controllable crystal oscillator 110 were measured over the voltage range of the voltage
試験結果は、Vcontrolを電圧可変入力のDC電圧レベルとして、約0.15ボルトから約3.15ボルトの範囲のVcontrol値に対して、可制御発振器110の動作デジタル出力周波数が、次の2つの方程式間で規定される領域にある点において特徴付けられる。
f1output=0.04526(Vcontrol)+621.9430メガヘルツ
f2output=0.04526(Vcontrol)+621.9679メガヘルツ
The test results show that the operating digital output frequency of the controllable oscillator 110 is the following for a V control value in the range of about 0.15 volts to about 3.15 volts, where V control is the DC voltage level of the voltage variable input: Characterized by a point in the region defined between the two equations.
f1 output = 0.04526 (V control ) +6211.9430 megahertz f2 output = 0.04526 (V control ) +6211.9679 megahertz
図4は、f1output、f2outputのプロットを含む。追加的な試験結果が、次の表3に纏められている
PECL出力に対する上昇及び/又は下降時間は、約400ピコ秒を越えなかった。 The rise and / or fall time for the PECL output did not exceed about 400 picoseconds.
周波数可制御発振器110は、例えば、約3.3ボルトの同じDC電圧レベルで、モジュール146と正弦波−論理レベル変換器122の双方にエネルギーを与えるように、作動的に、かつ、共通に結合された供給DC電源入力182(VCC)を有する。代替実施例では、共通電圧供給を介してモジュール146と変換器122に異なる電圧レベルで電力供給することを可能にするDC−DCレギュレーターを含む。例えば、供給DC入力182(VCC)が約5ボルトであって、変換器122は約5ボルトで、モジュール146は約3.3ボルトで、5ボルトのサプライ入力で動作するレギュレーターを介して電力供給される。
The frequency controllable oscillator 110 is operatively and commonly coupled to energize both the
この発明は、発振の設計において、いくつかの重要な特徴を提供する。本発明の発振器は、低コストの在来型の水晶共振器を使用して、電圧調整可能な、比較的高い周波数(>500MHz)のデジタル出力信号を提供する。全体のパッケージサイズは、集積回路とディスクリート部品の特性を高めた成果の組み合わせにより低減される。 The present invention provides several important features in the design of oscillations. The oscillator of the present invention provides a voltage adjustable, relatively high frequency (> 500 MHz) digital output signal using a low cost conventional crystal resonator. The overall package size is reduced by a combination of achievements that enhance the characteristics of the integrated circuit and discrete components.
温度トレランスが高められた代替実施例
図5に概略的に図示されているのは、動作温度の変化に対するトレランス(耐性、許容度)が高められた発振器210である。水晶の結晶の発振周波数は温度に依存し、一般的にその感受性は、結晶カットや結晶品質によって変化する。本発明の好ましい実施例は、結晶発振器回路を温度効果を修正するようにデジタルに校正できるように、温度補償部を含んでいる。
Alternative Embodiment with Increased Temperature Tolerance Schematically illustrated in FIG. 5 is an
図5を参照すれば、周波数可制御発振器210は、温度センサー203、温度補償ロジック部205、可変容量回路207、共振器利得ステージ226、水晶共振器124、位相検知器回路214、ループフィルタ216、電圧制御発振器(VCO)回路218、分周器回路20、及び、正弦波−論理レベル変換器回路222を有する。
Referring to FIG. 5, the frequency
水晶共振器224は、利得ステージ226により発振のためのエネルギーを与えられる。この水晶共振器に基づく発振の周波数は、全体の無効/容量負荷を調整する可変容量回路207により調整可能である。可変容量回路207は、温度補償ロジック部205により生成される容量調整信号208及び外部周波数制御のための制御入力230の2つの調整信号に応答する。
The
可変容量副回路228は、(発振器10についての)可変容量要素28に関して上述したと同様に、制御入力230に作動的に結合された少なくとも一つのディスクリートの可変容量ダイオード(即ち、バラクター)と、並列回路構成のトランジスタ切り替え可能なコンデンサーとチップ搭載されたバラクターのバンクの形態の第2の可変容量要素を好ましくは含む。第2の可変容量要素は、容量調整信号208に応答する。
The variable capacitance sub-circuit 228 is in parallel with at least one discrete variable capacitance diode (ie, varactor) operatively coupled to the
可変容量回路228の他の構成も考えられる。チップ上への集積度を増大させた場合には、各制御信号からの所望の容量調整を合成するために、割り当て論理とともに、制御入力と容量調整208の双方が、トランジスタ切り替え可能なコンデンサー及び/又はトランジスタ切り替え可能なチップ搭載されたバラクターのバンクにより提供される。
Other configurations of the variable capacitance circuit 228 are also conceivable. As the integration on the chip increases, both the control input and
容量調整信号208は、温度センサー203を備える温度補償ロジック部205により生成される。温度補償ロジック部205は、水晶共振器224の温度依存性を特徴付ける情報を備えるメモリー(例えば、EEPROM)を有する。より詳細には、温度補償ロジック部205は、温度に対する水晶共振器224の周波数偏差の逆関数に実質的に対応するデジタルデータで製造時にプログラムされている。ここで、好ましいとされる、ATカット結晶の場合は、この逆関数は、3次、又は、より高次の多項式展開でよく近似されるベックマン曲線(Bechmann curve)に対応する。追加的な正確性のためには、4次の展開が好ましい。
The
実際には、ベックマン曲線の多項式係数は、各水晶共振器224に対して計算され、これらの値は、メモリーにプログラムされる。或いは、メモリーには、ディスクリートな温度範囲に渡る水晶共振器224の実際の周波数偏差のテーブルがプログラムされ、これが、呼び出されて可変容量回路207に適用される。
In practice, the polynomial coefficients of the Beckman curve are calculated for each
サーミスターや適切にスケールされたトランジスターもまた適合するが、好ましい実施例では、温度センサー203は、水晶共振器224の近くに位置するチップ集積された縦続接続のダイオードのストリングである。温度センサー203は、補償ロジック部205に温度指示信号を供給し、ここで、温度変化は、任意の温度に関連する周波数変化を抑止するために必要な容量調整に変換される。
In the preferred embodiment,
結果としての駆動信号232は、位相検知器(或いは、位相比較器)回路214に受信されて、分周器回路220からの低下周波数帰還234信号と比較される。位相検知器214は、低下周波数帰還信号234と駆動信号232の間の位相差に比例するDC電圧レベルを有する位相オフセット信号36を生成する。
The resulting
発振器10の位相検知器14、ループフィルタ16、電圧制御発振器(VCO)18、分周器20、及び、変換器22について上記した詳細な説明は、発振器210の位相検知器214、ループフィルタ216、電圧制御発振器(VCO)回路218、分周器220、及び、変換器222に同様に適用される。
The above detailed description of the
ループフィルタ216は、VCO制御信号からの高周波成分を除去するために位相検知器214と電圧制御発振器(VCO)218の間に作動的に結合される。電圧制御発振器(VCO)218は、VCO制御信号238のDC電圧レベルの変化に応答する。VCO218は、結果としてのアナログ制御周波数信号240を供給する。ループフィルタ216は、位相検知器214から受信したパルスを集積してVCO制御信号238の制御電圧を生成する。
アナログ制御周波数信号240は、分周器回路220を通過して対応する低下周波数帰還信号234を生成する。分周器220は、位相検知器214が、水晶共振器224の基本モード周波数の範囲の周波数の発信信号で動作することを可能にする。
The analog
発振器10について上述したように、発振器210は、正弦波の制御周波数信号240を論理レベルの出力信号244に変換する変換器副回路222を有する。
As described above for
上述したように、ここでは、外部制御部230と温度補償部205に必要な負荷容量調整を割り当てるためのデザインの変形形態を数多く考えることができる。他の実施例として図6を参照する。周波数制御器310は、外部周波数制御のための入力330に応答するディスクリートバラクター328と、温度補償のための可変容量を含むパッケージされた温度補償結晶発振器モジュール390を使用する。モジュール390は、結晶共振器324と集積回路392とを有する。集積回路392は、チップ搭載された可変容量要素394、温度センサー303、温度補償ロジック部305、及び、結晶利得ステージ326を結合させている。
As described above, many variations of the design for assigning the necessary load capacity adjustment to the
結果としての駆動信号332、及び、発振器310の他の要素、即ち、位相検知器回路314、ループフィルタ316、電圧制御発振器(VCO)回路318、分周器320、及び、変換器322は、上記発振器10、210について上述したのと同様である。図6における破線の輪郭線346は、集積の好ましいレベルを示している。位相検知器の要素314、分周器の要素320、電圧制御発振器(VCO)318の一部が集積されている。好ましくはチップ搭載されないものは、ループフィルタ316及びVCOタンク回路342である。
The resulting
温度変化が低減された発振器の実施例
図7の簡略化された回路ダイヤグラムを参照すると、可制御結晶発振器410は、温度補償された結晶発振器モジュール490を使用している。
Example of Oscillator with Reduced Temperature Change Referring to the simplified circuit diagram of FIG. 7, the
発振器410は、表面実装可能であり、温度補償結晶発振器副パッケージ(TCXO)490、位相検知器414、ループフィルタ416、電圧制御発振器(VCO)418、分周器420、及び、正弦波−論理レベル変換器422を有している。位相検知器回路414、分周器回路420、及び、VCO418の一部は、チップモジュール446に結合されている。現状好ましいチップモジュールは、RFマイクロデバイス社(ノースキャロライナ州グリーンズボロー)から「RF2514」の品番で購入でき、この例で使用されている。
The
温度補償結晶発振器490は、CTSワイヤレス部品社(イリノイ州ブルーミングデール)から品番OSC1625Aで購入できるタイプのものであり、この実施例で使用されている。TCXO490は、3.2mm幅、5.0mm長、高さ1.5mmの寸法の表面実装可能なサブパッケージである。これは、グランド490、出力493、供給電源495、及び、論理制御496の4つの表面実装接続部を有している。このパッケージは、その中の結晶共振器に直接アクセスするための接続部497を含む、側部胸壁(castellations)を介する追加の作動的なリンク(又は、接続部)を有する。
The temperature compensated crystal oscillator 490 is of the type that can be purchased from CTS Wireless Parts Inc. (Bloomingdale, Ill.) Under part number OSC1625A and is used in this example. The TCXO 490 is a surface-mountable subpackage having dimensions of 3.2 mm wide, 5.0 mm long, and 1.5 mm high. It has four surface mount connections: ground 490, output 493,
接続部497を介して結晶に作動的に結合されているのは、適切な範囲で全体の負荷容量を設定するための追加的な固定コンデンサー429(C15)とディスクリートバラクター428である。バラクター428のバイアスDC電圧は、制御入力430により設定される。バラクター428を備えるTCXO490は、モジュール446とその中のチップ搭載された位相検知器回路414に駆動信号432を供給する。チップモジュール446は、ループフィルタ416のための接続部454(LOOP_FLT)を有する。ループフィルタ416は、位相検知器回路414からの周波数オフセット信号436を受信して集積する。ループフィルタ416は、コンデンサー456(C11)、458(C12)、及び、抵抗460(R6)を有する。
Operatively coupled to the crystal via
ループフィルタ416は、チップ搭載部品及びディスクリート部品を有する電圧制御発振器回路418にVCO制御信号438を供給する。好ましくはチップ搭載されないのは、モジュール446の468(RESNTR+)と470(RESNTR−)を介して接続される3つのトランジスタ462(L2)、464(L3)、465(L4)と、コンデンサー446(C14)のタンク回路442を形成するディスクリート部品である。可変インダクター472は、VCO出力の中心周波数が同調されて、様々なVCO部品の不可避的な変動を相殺することを可能にする。可変インダクター472は、好ましくは、電送線マイクロストリップ(MS1)の形態を取る。モジュール446のVCO回路418は、電源482からのバイアス電圧を、抵抗476(R8)への結合部474を介してタンク回路442を通して受信する。
The
VCO回路418は、制御周波数信号440に応答して独立制御周波数信号441(TX_OUT)を供給するチップ搭載された出力増幅器478を有する。
The
分周器420は、制御周波数信号440を受信し、低下周波数帰還信号434を供給する。分周器420の分周比は、論理入力480(DIV_CTRL)を設定することにより、事前選定される。入力480は、この例では、モジュール446を32:1の分周比に設定するための論理ローを生成するようにグランドに接続される。正弦波−論理レベル変換器422(差動受信器)は、正弦波出力441を受信する。好ましい差動受信器は、マイクレル半導体社(Micrel Semiconductor カリフォルニア州サンジョゼ)から品番「SY10EP16V」の品番で購入でき、この実施例で使用されている。差動受信器モジュール422は、(上述の)10Kの正エミッタ結合論理(PECL)標準に従うデジタル出力信号を供給する。PECL出力は、相補的出力であって、2つの端子444A(Q_OUTOUT)、444B(/Q_OUTOUT)を必要とする。
図2を参照しつつ既に説明したように、実際のRF回路は、トランジスタや電送線などの近傍の回路要素でピックアップされる場合がある寄生信号を抑制するために、バイパスコンデンサーを有する。発振器410は、次のバイパスコンデンサーC4、C5、C6、C8、C9、C10、及び、C13を有する。
As already described with reference to FIG. 2, an actual RF circuit has a bypass capacitor in order to suppress a parasitic signal that may be picked up by a nearby circuit element such as a transistor or a transmission line. The
選定された図7の回路要素の仕様は、下の表4に示されている
パッケージされた発振器の実施例
図8は、本発明のパッケージされた発振器の実施例の概略的な断面図である。電圧制御結晶発振器1100は、台座1102、壁部1106、上部(或いは、第1)キャビティ1110、下部(或いは、第2)キャビティ1108、カバー1112、及び、回路基板1170の形態の積層基板とを有する両面パッケージを含む。台座1102は、上面1102a、下面1102b、中央部、及び、外側部1102cとを有する。台座は、上面1102aと下面1102bの間で第1の信号を通過させるように構成されている。下面1102bは、限定はされないが、例えば、チップモジュール156(図1では参照番号46で特定されている)などの第1の部品を受容するよう構成されている。
Packaged Oscillator Embodiment FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a packaged oscillator embodiment of the present invention. The voltage controlled
回路基板1170は、上面1170aと下面1170bを有する。上面1170aは、追加的な部品を受容するよう構成されている。これらには、限定はされないが、(図1では参照番号28で特定される)ディスクリートバラクター1158の形態の電圧可変容量要素、(図1では42の)タンク1164、(図1では22の)変換器IC1162、及び、(別途示されない)チップコンデンサーが含まれる。
The
発振器1100は、上方に伸びる側壁(又は、壁部)1106a、下方に伸びる側壁(又は下方部)1106b、側壁底部1106c、側壁頂部1106dを有する。上方部1106aと下方部1106bは、台座1102により分離されている。底部1106cは、壁部1106と回路基板1170の間で第2の信号を通過させるように構成されている。カバー1112は、壁部1106の上方部1106aに固定されている。
The
下部キャビティ1108は、台座1102の下面1102b、壁部1106の下方部1106b、回路基板1170の上面1170aにより規定される。下部キャビティ1108は、部品を収容して相互接続するよう構成されている。上部キャビティ1110は、台座1102の上面1102a、壁部1106の上方部1106a、及び、カバー1112により規定される。上部キャビティ1110は、気密封止され、ATカット水晶結晶共振器1150を収容するように構成されている。台座1102は、上部と下部のキャビティ1108、1110、及び、キャビティ1108、1110の部品の隔絶を促進し、従って、下部キャビティ1108の電子部品の前に、別途加工することができる気密に封止された共振器1150を設けることで、汚染の可能性を最小化している。
The
発振器1100は、実質的に平坦な台座1102を有する。台座1102は、上面1102a、下面1102b、及び、外側部1102cとを有する。外方部1102cから実質的に上方及び下方に伸びているのは、壁部1106の上方部1106a及び下方部1106bである。台座1102の上面1102a、壁部1106の上方部1106a、及び、カバー1112が、共振器1150を収容するように構成された実質的に矩形の上部キャビティ1110を形成している。
The
台座の下面1102b、壁部1106の下方部1106b、及び、回路基板1170が下部キャビティ1108を形成している。下部キャビティ1108は、複数の電子部品を収容するように構成されている。
The
発振器1100の外形(又は、形状)は、広範に変化させることができる。一実施例では、発振器1100は、実質的に可搬性があり、矩形、乃至、正方形であり、電子装置において、その電子装置の全体の体積のわずかな体積を占有する配置に適合されている。更に、発振器1100は、大量生産、及び、小型化に適合している。例えば、発振器は、好ましくは、概略5×7ミリ(mm)以下の設置面を有する。同様に、発振器1100は、好ましくは、約40平方ミリ(mm2)より小さい面積の設置面を有する。
The external shape (or shape) of the
発振器1100は、好ましくは、パッケージ中の応力を最小化するために、実質的に同程度の熱膨張係数を有する素材で作製されている。一実施例では、台座1102、及び、下方に伸びる側壁は、アルミナなどの多層の共焼成されたセラミック物質によりできている。特に好ましいのは、例えば、多様な成型、圧接技術で製造された、耐熱性が高く、厚膜、薄膜のメタライゼーションを有する、アルミナなどのいわゆる共焼成セラミック材料であり、台座1102、側壁1106bに適合する材料である。これらの物質は好ましいが、多くの製造技術においてそうであるように、同様に十分な特性を発揮するであろう多くの他の製造材料が存在することが当業界で知られている。
The
上方に伸びる側壁1106aは、タングステン、ニッケル、鉄、コバルトの合金、或いは、金属からなる。ニッケル、鉄、コバルトの合金は、カーペンター社(ペンシルバニア州リーディング)から「KOVAR」の商品名で入手できる。KOVARの熱膨張係数は、台座1102、及び、側壁1106bの好ましいセラミック材料と実質的に同等である。
The
(図8において、破線によりシンボリックに示される)複数の内部リード1114が、電子部品、及び、共振器1150の間の相互接続のために設けられている。複数のリード1114は、壁部1106の底部1106dに位置する複数のそれぞれの電気接点に結合されている。好ましくは、壁部1106の底部1106dは、回路基板1170への接続を提供するために実質的に平坦にされている。内部リード1114は、台座1102と壁部1106の下方部1106bに渡って形成されている。好ましくは、壁部1106の底部1106dは、回路基板1170との接触を提供するために実質的に平面である。リード1114は、共振器1150、及び、台座1102の下面1102b上に搭載された部品から壁部1106の底部1106cに至る電気経路を提供する。リード1114は、限定はされないが、セラミックパッケージを形成するセラミックの層上のメタライゼーションのトレースパターンと、層間の共焼成されたビアを含む。発振器1100は、下方に伸びる側壁1106bの外側に、胸壁と呼ばれるメッキされた半穴を有することもできる。このような胸壁は、端子と回路基板1170の間の(典型的には半田の)電気接続1122の検査、試験を容易にする。
A plurality of internal leads 1114 (shown symbolically by dashed lines in FIG. 8) are provided for interconnection between the electronic components and the
下部キャビティ1108は、台座1102に取り付けられた(図1では参照番号46で特定される)チップモジュール1156などのASIC(application specific integrated circuit)を受容し、相互接続するよう構成されている。ASICは、多様な構造を有することができるが、好ましくは、有機アンダーフィルを含むグラブトップ(glob top)のフリップチップ集積回路、又は、金−金インターフェースを形成するよう構成された集積回路を含む、ワイヤーボンドされた集積回路である。ASICは、好ましくは、半田がASICと台座1102の電気的、機械的接続を形成するように、台座1102の中央部の近傍のメタライズ部に半田リフローされるフリップチップである。最も好ましい実施例では、ASICは、台座1102へのASICの機械的な結合を強め、ASICに対する汚染の可能性を低減させるための有機アンダーフィルも有するフリップチップ集積回路である。
The
図9は、キャビティ1108中の下面1102bの概略図である。より詳細には、図9は、検査、及び、部品搭載のための例示的な接続パッドを示すために電子部品が搭載されていない台座下面1102bの眺望を含んでいる。好適に下面1102bに設けられているものとして、キャビティ1108は、同調のために共振器1150に導電結合された1組の同調接点1131、1132を含んでいる。同様に下面1102bに設けられているのは、ASICの表面実装のための複数の接点1133である。
FIG. 9 is a schematic view of the
上部キャビティ1110は、共振器1150を受容するように構成されている。共振器1150は、好ましくは、図1について記述したのと同様に、ATカット水晶の結晶である。上部キャビティ1110は、追加的な部品を保持してもよい。しかし、いくつかの他の部品から共振器1150を隔離することで、共振器1150の汚染の可能性を低減できる。より詳細には、上部キャビティ1110の共振器1150を下部キャビティ1108の部品から隔離し、物理的に分離することで、半田、有機アンダーフィル、及び、他の好ましくない汚染物が共振器1150の出力周波数に悪い作用を及ぼす可能性を低減できる。
カバー1112は、壁部1106の上方に伸びる側壁1106a、特に、上方に伸びる側壁1106dに受容されて結合するように相補的な形状とされている。カバー1112は、限定はされないが、シーム溶接、半田シールを含む多くの方法で、壁部1106の上方部1106aに取り付けることができる。カバー1112は、気密封止を提供する態様で、上方に伸びる側壁1106aに取り付けられている。カバー1112は、限定はされないが、金属や、KOVARなどの合金を含む当業者に知られた多くの材料から形成することができ、現状では、KOVARが好ましい。
The
共振器1150は、結合部1118上に位置し、結合されている。結合部1118は、共振器1150に機械的、電気的接続を与える。結合部1118に電気的に結合されているのは、参照番号1120でシンボリックに特定されるリードである。結合部1118は、限定はされないが、例えば、銀エポキシや銀充填シリコンなどの導電性の柔軟性のある物質である。リード1120は、限定はされないが、好ましくは、タングステン充填のビアである。リード1120は、共振器1150を、下部キャビティ1108中の回路や、回路基板1170に搭載される回路などの他の回路に接続する。結合部1118は、共振器1150をリード1120に作動的に電気的に接続するための回込み部1152を有する。
The
下方に伸びる側壁1106bは、当業者に知られる多様な方法で回路基板1170に結合される。側壁底部1106cは、回路基板1170や同種の基板上への設置を容易にするように構成されている。複数の接点が、それぞれのリード1114及び、回路基板1170上のメタライズされた経路に適切に接続されている。
The downwardly extending
回路基板1170は、平坦な上(又は、キャビティ対向)面1170aと、平坦な下(又は、外方対向)面1170bを有する。上面1170aは、そこに取り付けられた電気部品を有する。回路基板1170は、下部キャビティ1108、特に、下方に伸びる側壁1106cに結合するよう構成されている。回路基板1170は、限定はされないが、(例えば4層の)多層印刷回路基板とすることができる。スペースの節約のため、タンク回路42(図1)に使用されるインダクターは、オプションとして、基板1170の層間に埋め込むことができる。回路基板1170は、オプションとして、発振器1100から、又は、発振器1100への電気経路を提供するための、場合により胸壁と呼ばれる、メッキされた半穴を有する。回路基板1170の下面1170bは、発振器1100の電子装置への電気的な表面実装接続を容易にするために、導電パッド1174を有する。
The
共振器1100は、(1)台座1102と壁部1106を形成するステップと、(2)結晶を受容するために台座1102の中央部に銀エポキシを施すステップと、(3)台座1102上にATカット水晶結晶1150を搭載するステップと、(4)回込み接続部1152を形成するために結晶1150の上部に銀エポキシを施すステップと、(5)適切な時間、炉中で銀エポキシを硬化させるステップと、(6)接点1131、1132を介して水晶結晶1150を駆動しながらマスローディング(mass loading)による調整により同調を行うステップと、(7)シーム溶接によりカバー1112を配置してシールすることで上部キャビティ1110を封止するステップと、(8)下部キャビティ1102bの下面1102b上に1以上のASICなどの電子部品を搭載するステップと、(9)追加的な部品を受容するための相互接続部及び接点と下方に伸びる側壁1106bと下面側表面実装1174の接続部を有する第1の面1170aを有する印刷回路基板1170を準備するステップと、(10)回路基板1170の上面1170aに追加的な電子部品を搭載するステップと、(11)回路基板1170を下方に伸びる側壁1106cの底部1106cに取り付けるステップと、(15)回路基板1170に胸壁を形成するステップにより製造される。
The
下面1102bへの追加的な電子部品の配置は、第1の電子部品のエポキシによるカプセル化、及び/又は、アンダーフィルを含む場合がある。結晶共振器1150は、好ましくは同調可能である。従って、下部キャビティ1108は、周波数同調のステップの間、結晶1150を駆動するための、アクセス可能な導電パッド1131、1132(図9)を有する。同調ステップは、電極(図10)への金属の付加(又は、電極からの金属の除去)を含む。
The placement of additional electronic components on the
上記した実施例の数多くの変形、改変が本発明の新規な構成の精神及び範囲から離れることなく実施可能である。ここで記述した特定のシステムに関するいかなる限定も意図されておらず、示唆もされていない。当然のことながら、添付の請求の範囲が、そのような全ての改変を請求の範囲の範囲内に含まれるようにカバーすることが意図されている。 Many variations and modifications of the embodiments described above can be made without departing from the spirit and scope of the novel construction of the present invention. No limitation with respect to the particular system described herein is intended or suggested. Of course, the appended claims are intended to cover all such modifications as fall within the scope of the claims.
Claims (77)
位相オフセット信号を生成する位相検知器回路と、
前記位相オフセット信号に基づいて動作し、VCO制御信号を生成するフィルターと、
前記フィルターに作動的に結合され、前記VCO制御信号に応答してアナログ制御周波数信号を生成する電圧制御発振器回路と、
前記電圧制御周波数発振器回路と前記位相検知器回路の間に作動的に結合され、前記制御周波数信号に応答して低下周波数帰還信号を生成する、事前選定された分周比を有する分周器回路と、
前記電圧制御発振器に作動的に結合され、前記制御周波数信号と実質的に同じ周波数を有するデジタル論理出力信号を生成する正弦波−論理レベル変換器回路とを備えるデジタル信号クロック同期に適合する周波数調整可能な発振器であって、
前記位相検知器回路は、前記帰還信号と前記駆動信号との位相差に従って前記位相オフセット信号を変化させるように前記帰還信号と前記駆動信号に応答することを特徴とする発振器。 A crystal oscillator circuit having a voltage variable control input for generating a drive signal and adjusting a frequency of the drive signal, a discrete varactor responsive to the control input, and an AT cut crystal operatively coupled to the varactor The crystal oscillator circuit comprising: a resonator; and a gain stage for energizing the crystal resonator;
A phase detector circuit for generating a phase offset signal;
A filter that operates based on the phase offset signal and generates a VCO control signal;
A voltage controlled oscillator circuit operatively coupled to the filter and generating an analog control frequency signal in response to the VCO control signal;
A divider circuit having a preselected divide ratio that is operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit and generates a reduced frequency feedback signal in response to the control frequency signal. When,
A frequency adjustment adapted to digital signal clock synchronization comprising a sine wave-to-logic level converter circuit operatively coupled to the voltage controlled oscillator and generating a digital logic output signal having substantially the same frequency as the control frequency signal. A possible oscillator,
The oscillator, wherein the phase detector circuit is responsive to the feedback signal and the drive signal to change the phase offset signal according to a phase difference between the feedback signal and the drive signal.
f1output=0.04526(Vcontrol)+621.9430メガヘルツ
f2output=0.04526(Vcontrol)+621.9679メガヘルツ The crystal resonator operates in a fundamental mode at a frequency of about 19.44 megahertz, the preselected divide ratio is about 32 to 1, and V control is a DC voltage level of the voltage variable input, about against V control value in the range of 0.15 volts to about 3.15 volts, claims wherein the digital logic output, and having an operating frequency in the region defined between the following two equations The oscillator according to 1.
f1 output = 0.04526 (V control ) +6211.9430 megahertz f2 output = 0.04526 (V control ) +6211.9679 megahertz
f1output=0.04526(Vcontrol)+621.9430メガヘルツ
f2output=0.04526(Vcontrol)+621.9679メガヘルツ The V control as DC voltage level of said voltage variable input for V control value in the range of about 0.15 volts to about 3.15 volts, operation of the digital output of the region defined between the following two equations The oscillator according to claim 1, wherein the oscillator shows a frequency.
f1 output = 0.04526 (V control ) +6211.9430 megahertz f2 output = 0.04526 (V control ) +6211.9679 megahertz
−前記利得ステージ
−前記位相検知器回路
−前記電圧制御発振器回路、及び、
−前記分周器回路 2. The oscillator according to claim 1, wherein the following elements are integrated on a single semiconductor chip.
The gain stage, the phase detector circuit, the voltage controlled oscillator circuit, and
The frequency divider circuit;
−前記利得ステージ
−前記位相検知器回路
−前記電圧制御発振器回路の前記タンク副回路以外の部分、及び、
−前記分周器回路 2. The oscillator of claim 1, wherein the voltage controlled oscillator circuit includes a tank subcircuit and the following elements are integrated on a single semiconductor chip.
-The gain stage-the phase detector circuit-the voltage-controlled oscillator circuit other than the tank sub-circuit; and
The frequency divider circuit;
−前記利得ステージ
−前記位相検知器回路
−前記差動増幅器
−前記分周器回路 The oscillator according to claim 1, wherein the voltage controlled oscillator circuit includes a tank subcircuit and a differential amplifier subcircuit, and the following elements are integrated on a single semiconductor chip.
-The gain stage-the phase detector circuit-the differential amplifier-the divider circuit
f1output=0.04526(Vcontrol)+621.9430メガヘルツ
f2output=0.04526(Vcontrol)+621.9679メガヘルツ V control as the DC voltage level of the voltage variable input, with a load impedance of about 50 ohms measured at a temperature in the range of about −30 degrees to about 80 degrees Celsius, The oscillator according to claim 1, wherein the oscillator shows an operating digital output frequency in a region defined between the following two equations with respect to a V control value.
f1 output = 0.04526 (V control ) +6211.9430 megahertz f2 output = 0.04526 (V control ) +6211.9679 megahertz
f1output=0.04526(Vcontrol)+621.9430メガヘルツ
f2output=0.04526(Vcontrol)+621.9679メガヘルツ With V control being the DC voltage level of the voltage variable input, for a V control value in the range of about 0.15 volts to about 3.15 volts, the operating frequency in the region defined between the following two equations is The oscillator according to claim 1, wherein the digital output has an operating RMS phase jitter of up to 8 picoseconds measured with a bandwidth of 12 kHz to 20 MHz.
f1 output = 0.04526 (V control ) +6211.9430 megahertz f2 output = 0.04526 (V control ) +6211.9679 megahertz
位相オフセット信号を生成する位相検知器回路と、
前記位相オフセット信号に基づいて動作し、VCO制御信号を生成するフィルターと、
前記フィルターに作動的に結合され、前記VCO制御信号に応答してアナログ制御周波数信号を生成する電圧制御発振器回路と、
前記電圧制御周波数発振器回路と前記位相検知器回路の間に作動的に結合され、前記制御周波数信号に応答して低下周波数帰還信号を生成する、約32:1の事前選定された分周比を有する分周器回路と、
前記電圧制御発振器に作動的に結合され、前記制御周波数信号と実質的に同じ周波数を有するデジタル出力信号を生成する正弦波−論理レベル変換器回路を備え、
前記位相検知器回路は、前記帰還信号と前記駆動信号との位相差に従って前記位相オフセット信号を変化させるように前記帰還信号と前記駆動信号に応答するるデジタル信号クロック同期に適合する周波数調整可能な発振器であって、
Vcontrolを前記電圧可変入力のDC電圧レベルとして、約0.15ボルトから約3.15ボルトの範囲のVcontrol値に対して、次の2つの方程式間で規定される領域内の動作周波数を示すことを特徴とする発振器。
f1output=0.04526(Vcontrol)+621.9430メガヘルツ
f2output=0.04526(Vcontrol)+621.9679メガヘル A crystal oscillator circuit having a voltage variable control input for generating a drive signal and adjusting a frequency of the drive signal, the voltage variable capacitor element responsive to the control input, and an AT cut operatively coupled to the varactor A crystal oscillator circuit, comprising: a crystal resonator; and a gain stage that energizes the crystal resonator, the crystal resonator being adapted to resonate at a fundamental frequency of about 19.44 megahertz;
A phase detector circuit for generating a phase offset signal;
A filter that operates based on the phase offset signal and generates a VCO control signal;
A voltage controlled oscillator circuit operatively coupled to the filter and generating an analog control frequency signal in response to the VCO control signal;
A preselected divider ratio of about 32: 1 is operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit to generate a reduced frequency feedback signal in response to the controlled frequency signal. Having a divider circuit;
A sine wave-to-logic level converter circuit operatively coupled to the voltage controlled oscillator and generating a digital output signal having substantially the same frequency as the control frequency signal;
The phase detector circuit is frequency tunable adapted to digital signal clock synchronization responsive to the feedback signal and the drive signal to change the phase offset signal according to the phase difference between the feedback signal and the drive signal An oscillator,
With V control being the DC voltage level of the voltage variable input, for a V control value in the range of about 0.15 volts to about 3.15 volts, the operating frequency in the region defined between the following two equations is An oscillator characterized by showing.
f1 output = 0.04526 (V control ) +621.9430 MHz f2 output = 0.04526 (V control ) +6211.9679 MHz
−前記利得ステージ
−前記位相検知器回路
−前記電圧制御発振器回路、及び、
−前記分周器回路 24. The oscillator according to claim 23, wherein the following elements are integrated on a single semiconductor chip.
The gain stage, the phase detector circuit, the voltage controlled oscillator circuit, and
The frequency divider circuit;
−前記利得ステージ
−前記位相検知器回路
−前記電圧制御発振器回路の前記タンク副回路以外の部分、及び、
−前記分周器回路 24. The oscillator of claim 23, wherein the voltage controlled oscillator circuit includes a tank subcircuit and the following elements are integrated on a single semiconductor chip.
-The gain stage-the phase detector circuit-the voltage-controlled oscillator circuit other than the tank sub-circuit; and
The frequency divider circuit;
−前記利得ステージ
−前記位相検知器回路
−前記差動増幅器
−前記分周器回路 24. The oscillator of claim 23, wherein the voltage controlled oscillator circuit includes a tank subcircuit and a differential amplifier subcircuit, wherein the following elements are integrated on a single semiconductor chip.
-The gain stage-the phase detector circuit-the differential amplifier-the divider circuit
共振器利得ステージと、
前記利得ステージ、及び、前記可変容量ユニットに作動的に結合されて駆動信号を生成する水晶共振器であって、前記制御入力により前記容量負荷、及び、前記駆動信号の周波数の調整が可能とされた該水晶振動器と、
位相オフセット信号を生成する位相検知器回路と、
前記位相オフセット信号に基づいて動作し、VCO制御信号を生成するフィルターと、
前記フィルターに作動的に結合され、前記VCO制御信号に応答してアナログ制御周波数信号を生成する電圧制御発振器回路と、
前記電圧制御周波数発振器回路と前記位相検知器回路の間に作動的に結合され、前記制御周波数信号に応答して低下周波数帰還信号を生成する分周器回路とを備えるデジタル信号クロック同期に適合する周波数調整可能な発振器であって、
前記位相検知器回路は、前記帰還信号と前記駆動信号との位相差に従って前記位相オフセット信号を変化させるように前記帰還信号と前記駆動信号に応答することを特徴とする発振器。 A variable capacity unit having a control input and providing a variable capacity load in response to the control input;
A resonator gain stage;
A crystal resonator that is operatively coupled to the gain stage and the variable capacitance unit to generate a drive signal, wherein the capacitive load and the frequency of the drive signal can be adjusted by the control input. The quartz crystal vibrator,
A phase detector circuit for generating a phase offset signal;
A filter that operates based on the phase offset signal and generates a VCO control signal;
A voltage controlled oscillator circuit operatively coupled to the filter and generating an analog control frequency signal in response to the VCO control signal;
Compatible with digital signal clock synchronization comprising a frequency divider circuit operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit to generate a reduced frequency feedback signal in response to the control frequency signal A frequency adjustable oscillator,
The oscillator, wherein the phase detector circuit is responsive to the feedback signal and the drive signal to change the phase offset signal according to a phase difference between the feedback signal and the drive signal.
f1output=0.04526(Vcontrol)+621.9430メガヘルツ
f2output=0.04526(Vcontrol)+621.9679メガヘルツ With V control being the DC voltage level of the voltage variable input, the operating digital output frequency in the region defined between the following two equations is given for a V control value in the range of about 0.3 volts to about 3 volts: 35. The oscillator of claim 34, wherein:
f1 output = 0.04526 (V control ) +6211.9430 megahertz f2 output = 0.04526 (V control ) +6211.9679 megahertz
前記温度センサーに作動的に結合され、容量調整を生成する温度補償ロジック部と、
制御入力を備え、当該制御入力に応答して可変容量負荷を提供する可変容量回路であって、前記容量調整に応答する該可変容量回路と、
共振器利得ステージと、
前記利得ステージ、及び、前記可変容量回路に作動的に結合されて駆動信号を生成する水晶共振器と、
位相オフセット信号を生成する位相検知器回路と、
前記位相オフセット信号に基づいて動作し、VCO制御信号を生成するフィルターと、
前記フィルターに作動的に結合され、前記VCO制御信号に応答してアナログ制御周波数信号を生成する電圧制御発振器回路と、
前記電圧制御周波数発振器回路と前記位相検知器回路の間に作動的に結合され、前記制御周波数信号に応答して低下周波数帰還信号を生成する、事前選定された分周比を有する分周器回路とを備えるデジタル信号クロック同期に適合する周波数調整可能な発振器であって、
前記位相検知器回路は、前記帰還信号と前記駆動信号との位相差に従って前記位相オフセット信号を変化させるように前記帰還信号と前記駆動信号に応答することを特徴とする発振器。 A temperature sensor;
A temperature compensation logic unit operatively coupled to the temperature sensor to generate a capacitance adjustment;
A variable capacitance circuit comprising a control input and providing a variable capacitance load in response to the control input, wherein the variable capacitance circuit is responsive to the capacitance adjustment;
A resonator gain stage;
A crystal resonator operatively coupled to the gain stage and the variable capacitance circuit to generate a drive signal;
A phase detector circuit for generating a phase offset signal;
A filter that operates based on the phase offset signal and generates a VCO control signal;
A voltage controlled oscillator circuit operatively coupled to the filter and generating an analog control frequency signal in response to the VCO control signal;
A divider circuit having a preselected divide ratio that is operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit and generates a reduced frequency feedback signal in response to the control frequency signal. A frequency tunable oscillator adapted for digital signal clock synchronization comprising:
The oscillator, wherein the phase detector circuit is responsive to the feedback signal and the drive signal to change the phase offset signal according to a phase difference between the feedback signal and the drive signal.
f1output=0.04526(Vcontrol)+621.9430メガヘルツ
f2output=0.04526(Vcontrol)+621.9679メガヘルツ The V control as DC voltage level of said voltage variable input for V control value in the range of about 0.15 volts to about 3.15 volts, the operating temperature of the oscillator in the range of about -30 degrees Celsius to about 85 degrees The oscillator according to claim 1, wherein the oscillator shows an operating digital output frequency in a region defined between the following two equations.
f1 output = 0.04526 (V control ) +6211.9430 megahertz f2 output = 0.04526 (V control ) +6211.9679 megahertz
前記温度補償発振器モジュールの水晶共振器に作動的に結合され、可変容量負荷を提供するディスクリートのバラクターと、
前記ディスクリートのバラクターに作動的に結合された電圧可変制御入力と、
共振器利得ステージと、
前記利得ステージ、及び、前記電圧可変容量手段に作動的に結合されて駆動信号を生成する水晶共振器であって、前記電圧可変制御入力が前記容量負荷、及び、前記駆動信号の周波数を調整しうる、該水晶振動器と、
位相オフセット信号を生成する位相検知器回路と、
前記位相オフセット信号に基づいて動作し、VCO制御信号を生成するフィルターと、
前記フィルターに作動的に結合され、前記VCO制御信号に応答してアナログ制御周波数信号を生成する電圧制御発振器回路と、
前記電圧制御周波数発振器回路と前記位相検知器回路の間に作動的に結合され、前記制御周波数信号に応答して低下周波数帰還信号を生成する、事前選定された分周比を有する分周器回路とを備えるデジタル信号クロック同期に適合する周波数調整可能な発振器であって、
前記位相検知器回路は、前記帰還信号と前記駆動信号との位相差に従って前記位相オフセット信号を変化させるように前記帰還信号と前記駆動信号に応答することを特徴とする発振器。 A temperature compensated oscillator module having a crystal resonator and providing a drive signal having an oscillation frequency substantially independent of operating temperature;
A discrete varactor operatively coupled to the crystal resonator of the temperature compensated oscillator module to provide a variable capacitive load;
A variable voltage control input operatively coupled to the discrete varactor;
A resonator gain stage;
A crystal resonator operatively coupled to the gain stage and the voltage variable capacitance means to generate a drive signal, wherein the voltage variable control input adjusts the frequency of the capacitive load and the drive signal. The quartz crystal vibrator,
A phase detector circuit for generating a phase offset signal;
A filter that operates based on the phase offset signal and generates a VCO control signal;
A voltage controlled oscillator circuit operatively coupled to the filter and generating an analog control frequency signal in response to the VCO control signal;
A divider circuit having a preselected divide ratio that is operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit and generates a reduced frequency feedback signal in response to the control frequency signal. A frequency tunable oscillator adapted for digital signal clock synchronization comprising:
The oscillator, wherein the phase detector circuit is responsive to the feedback signal and the drive signal to change the phase offset signal according to a phase difference between the feedback signal and the drive signal.
位相オフセット信号を生成する位相検知器回路と、
前記位相オフセット信号に基づいて動作し、VCO制御信号を生成するフィルターと、
前記フィルターに作動的に結合され、前記VCO制御信号に応答してアナログ制御周波数信号を生成する電圧制御発振器回路と、
前記電圧制御周波数発振器回路と前記位相検知器回路の間に作動的に結合され、前記制御周波数信号に応答して低下周波数帰還信号を生成する、事前選定された分周比を有する分周器回路とを備えるデジタル信号クロック同期に適合する周波数調整可能な発振器であって、
前記位相検知器回路は、前記帰還信号と前記駆動信号との位相差に従って前記位相オフセット信号を変化させるように前記帰還信号と前記駆動信号に応答し、
中央部と、台座の外側部から実質的に上方に、及び、実質的に下方に伸びる側壁を有する該外側部とを有する、該台座を含む両面パッケージであって、
前記上方に伸びる側壁と前記台座が、前記水晶共振器を収容し、電気的に接続するよう適合された第1キャビティを形成し、前記下方に伸びる側壁と前記台座が少なくとも一つの電子部品を収容し、電気的に接続するよう適合された第2キャビティを形成する、該両面パッケージと、
前記第1キャビティと結合し、前記水晶共振器を収容する気密環境を規定するカバーとを有することを特徴とする発振器。 A crystal oscillator circuit having a voltage variable control input for generating a drive signal and adjusting a frequency of the drive signal, the voltage variable capacitor element responsive to the control input, and operatively coupled to the voltage variable capacitor element A crystal oscillator circuit comprising: an AT-cut crystal resonator; and a gain stage for applying energy to the crystal resonator;
A phase detector circuit for generating a phase offset signal;
A filter that operates based on the phase offset signal and generates a VCO control signal;
A voltage controlled oscillator circuit operatively coupled to the filter and generating an analog control frequency signal in response to the VCO control signal;
A divider circuit having a preselected divide ratio that is operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit and generates a reduced frequency feedback signal in response to the control frequency signal. A frequency tunable oscillator adapted for digital signal clock synchronization comprising:
The phase detector circuit is responsive to the feedback signal and the drive signal to change the phase offset signal according to a phase difference between the feedback signal and the drive signal;
A double-sided package comprising the pedestal having a central portion and the outer portion having sidewalls extending substantially upward and substantially downward from the outer portion of the pedestal,
The upwardly extending side wall and the pedestal form a first cavity adapted to receive and electrically connect the quartz crystal resonator, and the downwardly extending side wall and the pedestal receive at least one electronic component. Said double-sided package forming a second cavity adapted to be electrically connected;
An oscillator comprising: a cover that is coupled to the first cavity and defines an airtight environment that houses the crystal resonator.
−前記利得ステージ
−前記位相検知器回路
−前記電圧制御発振器回路、及び、
−前記分周器回路 52. The oscillator of claim 51, wherein the following elements are integrated on a single semiconductor chip housed in the second cavity.
The gain stage, the phase detector circuit, the voltage controlled oscillator circuit, and
The frequency divider circuit;
前記上方に伸びる側壁と前記台座が、前記水晶共振器を収容し、電気的に接続するよう適合された第1キャビティを形成し、前記下方に伸びる側壁と前記台座が少なくとも一つの電子部品を収容し、電気的に接続するよう適合された第2キャビティを形成する、該両面パッケージと、
駆動信号を生成し、前記駆動信号の周波数を調整する電圧可変制御入力を有する結晶発振器回路であって、前記制御入力に応答する電圧可変容量要素と、前記第1キャビティに収容され、前記電圧可変容量要素に作動的に結合されたATカット水晶共振器と、前記水晶共振器にエネルギーを与える利得ステージとを含む、該結晶発振器回路と、
位相オフセット信号を生成する位相検知器回路と、
前記位相オフセット信号に基づいて動作し、VCO制御信号を生成するフィルターと、
前記フィルターに作動的に結合され、前記VCO制御信号に応答してアナログ制御周波数信号を生成する電圧制御発振器回路と、
前記電圧制御周波数発振器回路と前記位相検知器回路の間に作動的に結合され、前記制御周波数信号に応答して低下周波数帰還信号を生成する、事前選定された分周比を有する分周器回路とを備えるデジタル信号クロック同期に適合する周波数調整可能な発振器であって、
前記位相検知器回路は、前記帰還信号と前記駆動信号との位相差に従って前記位相オフセット信号を変化させるように前記帰還信号と前記駆動信号に応答し、
前記電圧制御発振器に作動的に結合され、前記制御周波数信号と実質的に同じ周波数を有するデジタル出力信号を生成する正弦波−論理レベル変換器回路と、
前記第1キャビティと結合し、前記水晶共振器を収容する気密環境を規定するカバーとを有することを特徴とする発振器。 A double-sided package comprising the pedestal having a central portion and the outer portion having sidewalls extending substantially upward and substantially downward from the outer portion of the pedestal,
The upwardly extending side wall and the pedestal form a first cavity adapted to receive and electrically connect the quartz crystal resonator, and the downwardly extending side wall and the pedestal receive at least one electronic component. Said double-sided package forming a second cavity adapted to be electrically connected;
A crystal oscillator circuit having a voltage variable control input for generating a drive signal and adjusting a frequency of the drive signal, the voltage variable capacitance element responding to the control input, and being accommodated in the first cavity, the voltage variable The crystal oscillator circuit, comprising: an AT-cut quartz crystal resonator operatively coupled to a capacitive element; and a gain stage for energizing the crystal resonator;
A phase detector circuit for generating a phase offset signal;
A filter that operates based on the phase offset signal and generates a VCO control signal;
A voltage controlled oscillator circuit operatively coupled to the filter and generating an analog control frequency signal in response to the VCO control signal;
A divider circuit having a preselected divide ratio that is operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit and generates a reduced frequency feedback signal in response to the control frequency signal. A frequency tunable oscillator adapted for digital signal clock synchronization comprising:
The phase detector circuit is responsive to the feedback signal and the drive signal to change the phase offset signal according to a phase difference between the feedback signal and the drive signal;
A sine wave-to-logic level converter circuit operatively coupled to the voltage controlled oscillator and generating a digital output signal having substantially the same frequency as the control frequency signal;
An oscillator comprising: a cover that is coupled to the first cavity and defines an airtight environment that houses the crystal resonator.
−前記利得ステージ
−前記位相検知器回路
−前記電圧制御発振器回路、及び、
−前記分周器回路 2. The oscillator according to claim 1, wherein the following elements are integrated in a single semiconductor chip accommodated in the second cavity.
The gain stage, the phase detector circuit, the voltage controlled oscillator circuit, and
The frequency divider circuit;
前記温度センサーに作動的に結合され、容量調整を生成する温度補償ロジック部と、
制御入力を備え、当該制御入力に応答して可変容量負荷を提供する可変容量回路であって、前記容量調整にも応答する該可変容量回路と、
共振器利得ステージと、
前記利得ステージ、及び、前記可変容量回路に作動的に結合されて駆動信号を生成する水晶共振器と、
位相オフセット信号を生成する位相検知器回路と、
前記位相オフセット信号に基づいて動作し、VCO制御信号を生成するフィルターと、
前記フィルターに作動的に結合され、前記VCO制御信号に応答してアナログ制御周波数信号を生成する電圧制御発振器回路と、
前記電圧制御周波数発振器回路と前記位相検知器回路の間に作動的に結合され、前記制御周波数信号に応答して低下周波数帰還信号を生成する、事前選定された分周比を有する分周器回路とを備えるデジタル信号クロック同期に適合する周波数調整可能な発振器であって、
前記位相検知器回路は、前記帰還信号と前記駆動信号との位相差に従って前記位相オフセット信号を変化させるように前記帰還信号と前記駆動信号に応答し、
中央部と、台座の外側部から実質的に上方に、及び、実質的に下方に伸びる側壁を有する該外側部とを有する、該台座を含む両面パッケージであって、
前記上方に伸びる側壁と前記台座が、前記水晶共振器を収容し、電気的に接続するよう適合された第1キャビティを形成し、前記下方に伸びる側壁と前記台座が少なくとも一つの電子部品を収容し、電気的に接続するよう適合された第2キャビティを形成する、該両面パッケージと、
前記第1キャビティと結合し、前記水晶共振器を収容する気密環境を規定するカバーとを有することを特徴とする発振器。 A temperature sensor;
A temperature compensation logic unit operatively coupled to the temperature sensor to generate a capacitance adjustment;
A variable capacitance circuit comprising a control input and providing a variable capacitance load in response to the control input, the variable capacitance circuit also responding to the capacitance adjustment;
A resonator gain stage;
A crystal resonator operatively coupled to the gain stage and the variable capacitance circuit to generate a drive signal;
A phase detector circuit for generating a phase offset signal;
A filter that operates based on the phase offset signal and generates a VCO control signal;
A voltage controlled oscillator circuit operatively coupled to the filter and generating an analog control frequency signal in response to the VCO control signal;
A divider circuit having a preselected divide ratio that is operatively coupled between the voltage controlled frequency oscillator circuit and the phase detector circuit and generates a reduced frequency feedback signal in response to the control frequency signal. A frequency tunable oscillator adapted for digital signal clock synchronization comprising:
The phase detector circuit is responsive to the feedback signal and the drive signal to change the phase offset signal according to a phase difference between the feedback signal and the drive signal;
A double-sided package comprising the pedestal having a central portion and the outer portion having sidewalls extending substantially upward and substantially downward from the outer portion of the pedestal,
The upwardly extending sidewall and the pedestal form a first cavity adapted to receive and electrically connect the quartz resonator, and the downwardly extending sidewall and the pedestal receive at least one electronic component. Said double-sided package forming a second cavity adapted to be electrically connected;
An oscillator comprising: a cover that is coupled to the first cavity and defines an airtight environment that houses the crystal resonator.
−前記温度センサー
−前記温度補償ロジック部
−前記可変容量回路
−前記利得ステージ
−前記位相検知器回路
−前記電圧制御発振器回路、及び、
−前記分周器回路 The oscillator of claim 74, wherein the following elements are integrated on a single semiconductor chip housed in the second cavity.
-The temperature sensor-the temperature compensation logic unit-the variable capacitance circuit-the gain stage-the phase detector circuit-the voltage controlled oscillator circuit, and
The frequency divider circuit;
A printed circuit board coupled to the second cavity, the printed circuit board cover being adapted to receive at least one electronic component and an electrically surface mountable connection to the electronic device 75. The oscillator of claim 74 having an outwardly facing surface having a plurality of integrated contacts adapted to facilitate operation.
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