JP2006033783A - プロセッサおよび水晶発振器エミュレータを備えた集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶発振器エミュレータを備えた集積回路を提供する。
【解決手段】集積回路は、クロック信号を受信する第１の回路を備える第１の温度センサは、第１の温度を検出する。第１の温度センサと通信を行う不揮発性メモリは、第１の温度の関数としてキャリブレーションデータを出力する。不揮発性メモリおよび第１の回路と通信を行う半導体発振器は、キャリブレーションデータと関連がある周波数を持ったクロック信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本出願は、２００２年１０月１５日に出願された、米国特許出願番号第１０／２７２、２４７号の部分継続出願であり、その内容は、参照によりその全体が本願に援用される。

本発明は、水晶発振器エミュレータを備えた集積回路に関する。

例えば携帯電話やその他の携帯端末装置等の多くの種類の電子装置では、正確な周波数の基準が必要とされる。水晶発振器は、これらの電子装置に正確な周波数基準を提供するために、一般的に用いられている。しかしながら、水晶発振器には、容積サイズが大きく、脆弱で、そしてコストが高いという幾つかの欠点がある。更に、水晶発振器のサイズおよびコストは、周波数が増加するにつれて、サイズが減少し、そしてコストと脆性とが急激に増加するように、共振周波数に関連している。電子装置のサイズが縮小するにつれて、サイズ、脆性、およびコストの限界により、水晶発振器の使用が問題となっている。

半導体発振器は、水晶発振器の代わりとしては質が悪く、特に温度の変化と共に、発振周波数が過度に変動するので、正確な周波数基準として使用するには、一般に不適当である。

本発明のいくつかの実施形態によれば、請求項１で特定されるように、集積回路が提供される。

本発明の一つ以上の実施形態の詳細が、添付の図面および下記の説明に記載される。その他の機能や対象や本発明の利点は、明細書の記載および図面から、そして特許請求の範囲から、明らかとなる。

図１は、正確な周波数を備える出力信号１２を生成するための水晶発振器エミュレータ１０の形態を示す。水晶発振器エミュレータ１０は、単一の半導体ダイの上に、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）のプロセスを含む、いかなるプロセスを使用して作成されてもよい。

水晶発振器エミュレータ１０は、出力信号１２を生成する為の半導体発振器１４を備える。半導体発振器は、ＬＣ発振器、ＲＣ発振器、およびリング発振器等を含む、いかなる型のものが使用されてもよい。半導体発振器１２は、出力信号の周波数を変化させる為の制御入力１６を有する。制御入力１６は、例えば、リング発振器の供給電圧や、ＬＣ発振器のバラクタへの入力電圧等、出力信号周波数を制御して変化させる任意の電気的な入力であってよい。

不揮発性メモリ１８は、温度の関数として、出力信号周波数を制御するためのキャリブレーション情報２０を含む。連想メモリ（ＣＡＭ）を含む、いかなる型の不揮発性メモリが使用されてもよい。キャリブレーション情報２０は、出力信号周波数を制御する為に、半導体発振器１４の制御入力１６へと適用されるべき補正率を含んでよい。キャリブレーション情報２０は、絶対温度の関数であるだけでなく、キャリブレーション温度から動作温度への温度変化の関数であってもよい。

温度センサ２２は、半導体ダイの温度を検出してよい。温度センサは、好ましくは、半導体ダイの上、半導体発振器１４の近傍に配置される。サーミスタや赤外線検出素子等を含む、いかなる型の温度センサ２２が使用されてもよい。温度センサ２２は、ベースライン温度、または現在温度から、温度の変化を測定できるように構成されてよい。

図２は、不揮発性メモリ１８にキャリブレーション情報２０を記憶するための記憶技術３０を示す。記憶技術３０は、ＣＡＭや、インデキシングスキーム（ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｓｃｅｍｅｓ）や、ルックアップテーブルや、或いはハッシュテーブルを含む、いかなる形のデータベースであってもよい。

図３は、水晶発振器エミュレータ１０において、一定の出力信号周波数を維持するための、補正率と温度との一連の典型的なグラフ３２を示す。曲線を作成する為のデータは、デバイスレベル試験およびバッチモード試験を含むいかなる方法で獲得されてもよい。

典型的なデバイスレベル試験は、温度変化に対して一定の出力周波数を維持する為に、半導体発振器へと適用されるべき補正率を定める為の、各デバイスに対する試験を含む。ある枠組では、半導体発振器の制御入力の為のベースライン値は、予め定められた周波数の為に、例えば最低動作温度等の、デバイスの半導体ダイにおける予め定められた温度に定められる。ベースライン値は、直接的に測定されてもよいし、或いは、他のデバイス特性の測定から補間されてもよい。また、ベースライン値は、可能性のある出力周波数に対して測定されてもよい。また、可能性のある各出力周波数の為のベースライン値は、例えば周知の電気回路の関係を用いることにより、予め定められた周波数のためのベースライン値から外挿法により推定されてもよい。単一のベースライン値から、他のベースライン値を計算する為に、可能性のあるそれぞれの出力周波数の為のベースライン値は、絶対値や、比や、周波数係数として記憶されてよい。

すると、半導体ダイの温度は、ほぼ最低の動作温度から、ほぼ最高の動作温度まで、離散的なステップ状に、増加させられる。離散的なステップの数は、試験のコストを減らす為に、好ましくは６ステップに限定されているが、いくつのステップが使用されてもよい。半導体ダイを加熱する為に、好ましくはオンチップのヒータが使用されるが、半導体ダイの温度を変化させる為に、いかなる手段が使用されてもよい。それぞれの離散的なステップでは、出力を一定の周波数に維持する為の、半導体ダイの温度と補正率とが測定されてよい。

補正率は、好ましくは、制御入力の為の調整値を得る為にベースライン値へと適用されるべき比である。キャリブレーション率は、例えば１等のベースライン値から、幅を有してよい。好ましくは、各温度ステップに対して１つの補正率が計算され、予め定められた複数の周波数のいずれか１つでの出力信号を一定に保つ為に、半導体発振器に適用される。例えば、温度４５℃での変動に対応して補正率１．２１８が定められた場合、半導体発振器の制御入力は、例えば補正率に比例して制御入力を変化させる等、この補正値の関数として調整されてよい。他の形態では、その値に対して合せて制御入力が調整されるべきキャリブレーション済の値を生成する為に、補正値は、望ましい出力周波数に相当するベースライン値へと適用されてよい。更に他の形態では、各温度ステップにおいて、複数の補正率が、幾つかの出力周波数のそれぞれに対応して測定されてもよい。

キャリブレーション情報２０を得る為の水晶発振器エミュレータ１０のバッチモード試験は、半導体ダイのバッチの為の測定回数を減らすことによって、有利にコストを減少させる。バッチモード試験では、半導体ダイの同じバッチからの水晶発振器エミュレータ１０の一部分の為のテスト結果が、そのバッチの全てのデバイスに対して使用されてよい。試験される水晶発振器エミュレータの一部とは、１個から、デバイスの総量に対する任意の比率であってもよい。例えば、１つの水晶発振器エミュレータ１０が試験され、そのバッチにおけるそれぞれのデバイスに、その結果のバッチキャリブレーション情報が記憶されてよい。更には、水晶発振器エミュレータ１０のそれぞれは、例えば、ベースライン温度における出力周波数等のキャリブレーション情報の一部の為に、試験されてよい。デバイス特有のキャリブレーション情報の一部は、各デバイス内に記憶されたバッチキャリブレーション情報を修正する為に使用されてよい。

図４は、水晶発振器エミュレータ４０の他の形態を示す。水晶発振器エミュレータ４０は、単独もしくはそれらの組み合わせで、１以上のヒータ５４、コントローラ５６、および選択入力５８を備えるという点を除き、符号４０〜５２が付された対応する同様の構成要素を備えた水晶発振器エミュレータ１０と、同様の機能を有する。

ヒータ５４は、局所的な熱源を提供する為に、半導体ダイの上、半導体発振器４４の近傍に配置されてよい。トランジスタヒータや抵抗ヒータ等を含んだいかなる種類のヒータ５４が使用されてもよい。ヒータ５４は、半導体ダイの温度を制御する為に、温度センサ５２からの入力に応答して動作させられてよい。ヒータ５４は、その為に複数の補正率が既に定められた複数の温度レベルの中の１つに相当するレベルにまで、半導体ダイの温度を上昇させてよい。更には、高い熱インピーダンスを有するパッケージで、水晶発振器エミュレータ４０を囲ってもよい。

１つの例において、ヒータ５４は、半導体ダイ温度を最高動作温度へと上昇させてよい。ここで、デバイスレベル試験やバッチレベル試験の最中に、最高動作温度に対応する補正率のみを定めればよい場合には、コストの削減につながる。

また補正率が既に定められ、いくつかの予め定められた温度レベルの１つへ半導体ダイの温度を上昇させる為に、ヒータ５４が制御されてよい。第２の温度センサは、例えば周囲温度やアセンブリ温度等の外部温度を検出してもよい。この時、複数の補正値から計算された外挿値を用いて温度の遷移の間に制御入力を絶えず変化させる中で、ヒータ５４は予め定められたいくつかの温度レベルの中で最も近い温度レベルへと半導体ダイ温度を上昇させてよい。

中間温度に対応する制御入力の為の値を導き出す為に、コントローラ５６は、多数の温度に応答してヒータ５４を制御することにより、あるいは、キャリブレーション情報５０を処理することにより、更なる機能性を追加してもよい。コントローラ５６は、プロセッサや、論理回路や、或いはソフトウェアモジュール等、いかなる種類の構成要素であってもよい。

選択入力５８は、複数の出力周波数の範囲内から、特定の出力周波数を選ぶ為に使用されてよい。出力周波数は、選択入力に接続された外部素子のインピーダンスの関数として選択されてよい。外部素子は、出力周波数を選択する為に、半導体発振器の一部として直接的に使用されてもよく、或いは、例えば、予め定められた範囲内のインピーダンス値を選択する等、予め定められた出力周波数に間接的に対応してもよい。外部素子は、いかなる素子であってもよいが、好ましくは、抵抗器やコンデンサ等の受動素子である。

図５は、例えば２つの外部インピーダンス１０６および１０８に接続する為の、２つの選択ピン１０２および１０４を有する水晶発振器エミュレータ１００を示す。１つ以上の外部素子と接続する為に、１つ以上のピンが使用されてよい。水晶発振器エミュレータ１００は、選択ピン１０２および１０４に接続された外部素子からの情報を精査するか、又は、導き出す。導き出された情報は、エミュレータ特性における選択されたレベルに対応する、予め定められた３つ以上のレベルを有してよい。例えば、外部抵抗に接続された１つのピンは、１６の出力周波数レベルのいずれか１つを選択するために使用されてよい。外部抵抗の電気抵抗は、好ましくは、１６の予め定められた基準値の１つに選択される。１６の抵抗値のそれぞれは、１６の出力周波数レベルの１つにそれぞれ対応する。更には、コストと在庫を削減する為に、外部素子として、低精度の受動素子が、好ましくは使用される。外部素子のそれぞれは、予め定められた特性レベルの選択に対応した、予め定められた多重の、Ｎ個の公称値を有してよい。１つのピンが使用される場合、Ｎ個の異なる特性レベルが選択されてよい。２つのピンが使用される場合、（Ｎ×Ｎ）個の異なる特性レベルが選択されてよく、選択ピンの数が増えた場合も、同様である。例えば選択され得るデバイス特性の種類は、出力周波数、周波数公差、およびベースライン修正率を含む。 例えば水晶発振器エミュレータ１００は、予め定められた１６個の値のグループから選択された１つの公称値を有する外部抵抗と接続された１つの選択ピン１２を、備えてもよい。予め定められた１６の値のそれぞれは、予め定められた１６の出力周波数レベルのうちの１つに対応する測定値の範囲を有しており、これは１ＭＨｚから１００ＭＨｚに及んでもよい。

外部インピーダンス１０６および１０８は、好ましくは、抵抗、コンデンサ、或いは抵抗とコンデンサの組み合わせであるが、主としてインダクタンス、抵抗、電気容量、またはこれらを組み合わせたいかなる素子であってもよい。外部インピーダンス１０６および１０８は、例えばＶｄｄのような電源や、グランドや、ピン１０２および１０４に対する適切なあらゆる基準に、直接的又は間接的に接続されてよい。例えば、外部インピーダンス１０６は、抵抗／トランジスタネットワークを通ってＶｄｄへと接続され、そして、コンデンサネットワークを通って、選択ピン１０２へ接続される。

水晶発振器エミュレータ１００は、選択ピンに接続されたインピーダンスの測定値に対応する予め定められた選択値を、決定してよい。インピーダンスは、デバイスのコストと在庫のコストを減らす為に、好ましくは、例えばその抵抗の１０％の公差に相当する公称の抵抗値（例えば、４７０、５６０、６８０等）等の基準値を持つように選択される。測定公差、および外部インピーダンスの公差を捕捉する為に、インピーダンス値の範囲は、単一の選択値に相当してもよい。選択値は、好ましくはデジタル量であるが、アナログ値であってもよい。例えば、２４００オームから３０００オームの測定された抵抗値は、２に相当するデジタル値に関連づけられてよい。一方、３００１オームから４７００オームの測定された抵抗値が、３に相当するデジタル値に関連づけられてよい。測定された抵抗は、外部インピーダンスおよび内部測定回路の公差のために、変動を持つ。各々の選択ピンで測定されたインピーダンスは、相当するデジタル量を定める為に使用される。デジタル量の範囲は、３以上であってもよく、好ましくは、１つの選択ピンについて、１０から１６の範囲のデジタル値を有してよい。各々の選択ピンに対応するデジタル量は、メモリアドレスを記載するために、組み合わせて使用されてよい。例えば、３つの選択ピンを有するデバイスは、それぞれがインピーダンス値とやり取りを行う為の、１０００のメモリアドレス、或いは１０００のルックアップテーブル値を記載してよく、それらは、１０のデジタル値の中の１つへとマッピングされる。メモリアドレスに対応する記憶場所の中身は、出力の為の値を設定するために、或いは、デバイスの内部特性をセットするために使用される。他の典型的なデバイスは、２つの選択ピンを有してよく、それぞれは、外部インピーダンスとインターフェイスを確立するように構成され、それらのインピーダンス値は、１０の範囲内のデジタル値にマッピングされている。組み合わせにおけるデジタル値は、水晶発振器エミュレータ１００の特性を設定する為のそれぞれのデータを含んだ、１００のメモリアドレス、或いは１０００のルックアップテーブル値を記載してよい。

図６は、水晶発振器エミュレータ１２０の一形態のブロック図を示す。水晶発振器エミュレータ１２０は、水晶発振器エミュレータ１２０の構成を設定する為に使用される外部インピーダンス１２４とのインターフェイスとなる選択ピン１２２を備える。外部インピーダンス１２４は、その機能と適用の範囲において、外部インピーダンス１１６および１１８と同様である。

選択ピン１２２に接続される測定回路１２６は、外部インピーダンス１２４の関数である電気特性を測定する。例えば、電流が外部インピーダンスへ供給されてよく、すると、外部インピーダンス１２４に生じた電圧が測定される。また、電圧が、外部インピーダンス１２４に印加されてよい、この場合は、電流を測定する。静的な技術と同様に動的な技術を含む電気特性を測定する為に、受動素子を測定する為のいかなる測定技術が使用されてもよい。典型的な計測技術は、タイミング回路、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）、およびＤ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）を含む。測定回路は、好ましくは高ダイナミックレンジを有する。測定回路１２６は、外部インピーダンス１２４の値に対応する出力値を生成してよい。この出力は、デジタルでもアナログでもよい。プロセスや温度や電力を含む因子により、外部インピーダンス値や、相互接続による損失や、測定回路公差等の値の変動を補正する為の外部インピーダンスの値域を、好ましくは、同じ出力値が表す。例えば、２２を超え３２オームに至る範囲の、測定された全ての外部インピーダンス値は、デジタル出力値”０１００”に関連付けられてよい。３２を超え５４オームに至る範囲の、測定された外部インピーダンスは、デジタル出力値”０１０１”に関連づけられてよい。実際の外部インピーダンス値は、値の変動を把握する為の、測定された外部インピーダンス値の部分集合である。例えば、上記のケースにおいて、実際の外部インピーダンス値は、２４から３０オーム、そして、３６から５０オームであるかもしれない。いずれの場合においても、廉価で低精度な抵抗が、例えば２７オームや４３オーム等の、各範囲の中央に位置する値を持つように選択されてよい。このように、高精度出力の範囲で選択を行う為に、廉価な低精度の素子が使用されてよい。選択値は、水晶発振器エミュレータ１２０のデバイス特性を制御する為の変数値として直接的に使用されてよい。また、変数値は、選択値から間接的に定められてもよい。

記憶回路１２７は、選択値の関数として選択される可能性のある変数値を、含んでいてよい。記憶回路１２７は、連想メモリ、静的メモリ、動的メモリ、ルックアップテーブル等を含む、いかなる種類の記憶構造であってもよい。

外部インピーダンス値と１対１の対応を有する出力値を測定回路１２６が生成する場合、デジタル値決定器１２８は、出力値を、外部インピーダンス値の範囲に相当する選択値に設定してよい。

図７（ａ）は、インピーダンス値１５０、および関連する選択値１５４における複数のグループの間の関係を示す。インピーダンス値１５０のグループは、デジタル出力値１５２に対して１対１の対応を有しており、デジタル出力値１５２は、インピーダンス値１５０のグループのそれぞれに関連して、選択値１５４へと変換される。最小のインピーダンス値から最大のインピーダンス値の範囲に及ぶインピーダンス値は、３つ以上のグループへと分けられ、それぞれのグループは、公称インピーダンスを有する。各グループの公称インピーダンス値は、各公称インピーダンス値同士の間に間隔があるように選択されてよい。ここで、インピーダンス値のグループにおいて、公称値２７オームと４３オームとには、１６オームの間隔がある。インピーダンス値のグループ間の間隔取りは、好ましくは等比数列に基づくが、例えば、対数関数や、線形や、指数関数等、グループ間の間隔取りには、いかなる数学的な関係が用いられてもよい。インピーダンスのグループ間の間隔取りは、いかなるインピーダンス値に基づいてもよく、公称値、平均値、中央値、始値、および終値を含む。グループのインピーダンスの範囲の選択と、間隔取りとに影響を及ぼす因子は、外部インピーダンスの公差や、内部の電圧源や電流源の公差、そして、測定回路の公差等を含んでよい。それらの公差は、例えば、プロセスや温度や電力振幅によって、引き起こされてよい。

図７（ｂ）は、インピーダンス値１５６の範囲、および対応する選択値１５８との間の関係を示す。インピーダンス値１５６の範囲は、選択値１５８に、直接的な対応関係を有する。最小のインピーダンス値から最大のインピーダンス値の範囲に及ぶインピーダンス値は、３つ以上のグループへと分けられ、それぞれのグループは、公称インピーダンスを有する。各グループの公称インピーダンス値は、各公称インピーダンス値の間の間隔があるように選択されてよい。ここで、インピーダンス値のグループにおいて、公称値２７オームと４３オームとには、１６オームの間隔がある。インピーダンス値１５６のレンジと、関連するインピーダンス値１５６との間の直接的な対応関係は、例えば、非線形な、アナログデジタルコンバータ（不図示）によって実装されてよい。

ここで図６を再度参照する。アドレス生成器１３０は、選択ピンに接続された外部インピーダンスに関連したデジタル出力値に対応する記憶場所を、定めてよい。記憶場所は、例えば、１つの選択ピンのためのリストや、２つの選択ピンの為のルックアップテーブルや、３つの選択ピンの為の３系列のテーブル等、どのような方法でグループ化されてもよい。

コントローラ１３２は、変数値の関数として、水晶発振器エミュレータ１２０のデバイス特性を設定してよい。変数値は、測定回路によって直接的に生成され、選択値から間接的に定められ、選択ピンと接続された外部インピーダンスに対応する記憶場所の内容から定められてよい。

また選択ピン１２４は、例えばパワーダウン（ＰＤ）、電源イネーブル、モード選択、リセット、そして同期動作等の追加機能を実装するために使用されてよい。本形態の選択ピン１２４は、追加機能を実装すると同時に、水晶発振器エミュレータ１２０を構成する為の多目的な選択ピン１２４となる。

一形態において、多目的選択ピン１２４に関連した第１のインピーダンス値の範囲は、水晶発振器エミュレータ１２０を構成するために使用され、これに対して、追加機能の動作は、多目的選択ピン１２４に与えられた電圧や電源により制御されてよく、或いは、第１のインピーダンス値の範囲から外れたインピーダンス値により制御されてよい。

図８は、周期的な波形を持つ出力を生成する為の、発振器アセンブリ２００の一形態を示す。発振器アセンブリ２００は、フェーズ・ロック・ループ（ＰＬＬ）２０４を駆動するための水晶発振器エミュレータ２０２を備える。水晶発振器エミュレータ２０２は、先に記載した水晶発振器エミュレータの各形態と、機能および構造において同様であってよい。発振器アセンブリ２００は、例えばデジタルＰＬＬやアナログＰＬＬ等、いかなる種類のＰＬＬ２０４を有してもよい。

多目的選択ピン２０６および２０８は、例えば分周器の係数等、動作パラメタを選択する為に使用されてよい。多目的選択ピン２０６および２０８は、例えば、出力周波数の選択や、キャリブレーションの為の基準クロックの受信等、水晶発振器エミュレータ２０２の制御や動作の為に使用されてよい。外部抵抗２１０および２１２は、動作周波数を選択するために、多目的選択ピン２０６および２０８に接続されてよい。外部抵抗２１０および２１２の値域は、異なる動作周波数の選択に対応している。外部抵抗２１０および２１２のそれぞれは、予め定められた１６個の動作周波数のうちの１つを選ぶために使用されてよい。組合せにおいて、外部抵抗２１０および２１２は、２５６個の動作周波数の間から選択してよい。多重の機能を制御する為に、多目的選択ピン２０６および２０８のそれぞれは、異なる電圧範囲内における信号を受信してよい。例えば１つの多目的選択ピン２０６は、抵抗値を定める為に、０から２ボルトの範囲の電圧が発生させられた外部抵抗２１０と接続されてよく、また多目的選択ピン２０６は、２から３ボルトの範囲で動作する基準クロック信号を受信してよい。デコーダ２１４は、多目的選択ピン２０６および２０８の信号を検出してよい。

図９は、可変周波数を含んだ出力信号を生成する為の、拡散スペクトル発振器３００を示す。拡散スペクトル発振器３００は、ＰＬＬ３０４に接続された水晶発振器エミュレータ３０２を有する。水晶発振器エミュレータ３０２に接続された周波数制御デバイスは、水晶発振器エミュレータ３０２の出力周波数を動的に制御してよい。周波数制御デバイスは、バラクタを含むいかなるデバイスや技術であってもよく、半導体発振器のバイアス電流源を制御し、半導体発振器の共振コンデンサへ印加される入力電圧を制御する。

図１０は、水晶発振器エミュレータの一形態の動作を示す。ブロック４００において、周期的な波形を持った出力信号を生成する為に、半導体発振器が備えられる。ブロック４０２へと続くと、半導体発振器は、所定の温度範囲に渡って一定の周波数を生成する為に、キャリブレーションされてよい。ある一形態において、このキャリブレーションは、所定の温度範囲に渡って半導体ダイの温度を変化させる段階と、一定の出力周波数を維持する為にキャリブレーション情報を測定する段階とを有してよい。ダイ温度は、半導体発振器の近傍で測定されてよい。キャリブレーション情報は、一定の出力周波数を維持する為に、ダイ温度に対する制御入力値を含んでよい。キャリブレーション情報は、半導体ダイ上における不揮発性メモリに記憶されてよい。ブロック４０４において、動作周波数は、外部素子を精査することにより定められる。ブロック４０６へと続くと、半導体発振器は、動作周波数を有する出力信号を生成する。ブロック４０８において、半導体ダイの温度は、半導体オシレータの近傍で定められる。ブロック４１０へと続くと、予め定められた１以上の温度レベルへ半導体ダイの温度を制御する為に、半導体ダイは、加熱或いは冷却されてよい。ブロック４１２において、温度変化によって生じる出力信号の動作周波数の変化を補正する為に、制御入力は、ダイ温度の関数として制御されてよい。記憶されたキャリブレーション情報は、制御入力を制御するために使用されてよい。キャリブレーション情報は、記憶された温度に対応するダイ温度の為に、直接的に使用されてよい。他のダイ温度の為に、制御入力値は、記憶されたキャリブレーション情報から外挿法により推定されてよい。ブロック４１４へ続くと、出力信号の周波数は、周波数制御信号の関数として、動的に変化されてよい。

図１１は、周期的な信号を生成するための低出力発振器３２０の一形態を示す。低出力発振器３２０は、活性シリコン発振器３２４をキャリブレーションする為の水晶発振器エミュレータ３２２を備える。水晶発振器エミュレータ３２２は、通常は、電力消費を抑える為に、オフ状態にある。活性シリコン発振器３２４をキャリブレーションする為に、水晶発振器エミュレータ３２２は、予め定められた間隔で、電源オン状態へと切り替えられる。活性シリコン発振器３２４は、水晶発振器エミュレータ３２２よりも電力の消費が少なく、そのため、活性シリコン発振器３２４は常に動作するが、これに対して、水晶発振器エミュレータ３２２を間欠的に動作させることで、低出力発振器３２０の全体的な電力消費を削減する。リング発振器やＲＣ発振器を含む、いかなる種類のシリコン発振器が使用されてもよい。活性シリコン発振器３２４は、本明細書に記載され、或いは図示されている、いずれの形態に従って構成されてもよい。

加算器３２６は、活性シリコン発振器の出力と、水晶発振器エミュレータの出力との間の周波数誤差を定めてよい。コントローラ３２８は、活性シリコン発振器３２４の周波数を制御する為に、周波数誤差に基づいて、制御信号を生成してもよい。また、コントローラ３２８は、水晶発振器エミュレータ３２２から温度情報を受け取ってよい。この温度情報は、例えば、半導体温度や周囲温度等を含んでよい。コントローラ３２８は、水晶発振器エミュレータ３２２の為のキャリブレーション情報と同様に、活性シリコン発振器３２４の為のキャリブレーション情報を有してよい。周波数誤差は、制御信号の為の初期値を設定するために使用されてよく、そして、活性シリコン発振器のキャリブレーション情報と組み合わされた温度情報が、水晶発振器エミュレータ３２２の電源がオフとなっている間に、制御信号を更新する為に使用されてよい。ある形態では、連続的に温度情報をコントローラ３２８へ供給できるように、水晶発振器エミュレータ３２２の温度検出回路は、常時、電源がオンとなったままであってもよい。制御信号３３４は、デジタルでもあってもアナログであってもよい。制御信号がデジタルである場合、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）３３０は、制御信号をアナログへと変換してよい。

レギュレータ３３２は、動作周波数を調節する為に制御信号３３４に応答して活性シリコン発振器３２４の供給を制御する。活性シリコン発振器３２４への電圧および／または電流の供給が制御されてよい。例えば、レギュレータ３３２は、供給電圧の電圧レベルを制御してよい。

動作中、活性シリコン発振器３２４は、通常は、周期的な出力信号を出力するオン状態にある。水晶発振器エミュレータ３２２は、通常は、オフ状態にある。オフ状態では、水晶発振器エミュレータ３２２の全部、或いは一部が、電力を節約するために電源がオフにされてよい。予め定められた時刻に、電力が水晶発振器エミュレータ３２２へ与えられる。すると、水晶発振器エミュレータ３２２における半導体発振器は、記憶されたキャリブレーション情報に合わせてキャリブレーションされる。活性シリコン発振器３２４の周波数誤差を定める為に、水晶発振器エミュレータ３２２の出力信号の周波数は、活性シリコン発振器３２４の出力信号の周波数と比較される。制御信号３４４は、周波数誤差に応答して変化し、これが電圧レギュレータ３３２からの供給電圧におけるシフトを引き起こし、すると活性シリコン発振器３２４の出力周波数における変化へとつながり、周波数誤差を減少させる。

図１２は、周期的な信号を生成する為の、他の低出力発振器３５０の一形態を示す。低出力発振器３５０は、低出力発振器３５０は、チャージポンプ発振器３５４と通信を行う水晶発振器エミュレータ３５２を備える。水晶発振器エミュレータ３５２は、通常、電力の消費を削減する為に、パワーダウン状態にある。パワーダウン状態の間、水晶発振器エミュレータ３５２の全部または一部が、パワーダウンされてよい。予め定められた期間で、水晶発振器エミュレータ３５２は電力出力が上げられ、チャージポンプ発振器３５４をキャリブレーションする為に使用される。予め定められた期間は、例えば、動作時間や、半導体の温度変化、周囲温度変化、半導体の温度、そして、供給電圧の変化など、いかなる回路パラメタの関数として定められてもよい。

チャージポンプ発振器３５４は、チャージポンプ３５６、ループフィルタ３５８、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３６０、および位相検出器３６２を有する。位相検出器３６２の基準入力が、水晶発振器エミュレータ３５２からの基準クロック信号を受信するという点を除いて、チャージポンプ発振器３５４は、従来のチャージポンプ発振器と同様に動作する。

マルチプレクサ３６４は、水晶発振器エミュレータ３５２およびチャージポンプ発振器３５４から、複数の出力信号を受信する。出力信号の１つは、選択され、マルチプレクサ３７５を通って、フェーズ・ロック・ループ３６６へと通過させられる。フェーズ・ロック・ループ３６６は、水晶発振器エミュレータ３５２およびチャージポンプ発振器３５４からの出力信号の関数として、出力信号を生成する。

動作中、チャージポンプ発振器３５４は、通常は、周期的な出力信号を生成するオン状態にある。水晶発振器エミュレータ３５２は、通常は、オフ状態にある。オフ状態において、水晶発振器エミュレータ３５２の全部または一部は、電力消費を減らす為に、パワーオフされてよい。予め定められた時刻に、電力が水晶発振器エミュレータ３５２へ与えられる。すると、水晶発振器エミュレータ３５２の半導体発振器は、記憶されたキャリブレーション情報に合せてキャリブレーションされる。活性シリコン発振器３２４の位相誤差を定める為に、水晶発振器エミュレータ３５２の出力信号が、チャージポンプ発振器３５４の出力信号と比較される。すると、チャージポンプ発振器３５４の出力信号が水晶発振器エミュレータ３５２の出力信号へとキャリブレーションされるように、ＶＣＯ３６０は、位相誤差を減らすように制御される。そして、出力信号のうちの１つは選択され、ＰＬＬ３６６へ与えられる。

ここで図１２〜図１５を参照する。集積回路５００は、クロック信号を生成する水晶発振器エミュレータ５０２を備える。集積回路５００の中における１つ以上の回路５０４は、クロック信号を受信する。水晶発振器エミュレータ５０２は、図１〜１２に関連して先に記載されたように、実装されてよい。回路５０２は、図１４に示すようなプロセッサ５１２や、その他の回路を有することができる。図１３から図１５に示すように、外部素子５０６は、水晶発振器エミュレータ５０２のクロック周波数を選択する為に、状況に応じて使用されてよい。

ここで図１６〜１８を参照すると、集積回路５１８は、回路５２２−１、５２２−２、・・・、５２２−Ｎ（まとめて回路５２２）の為に、他の１つ以上のクロック周波数を生成する、クロック分周器５２０を有する。回路５２２は、他の回路とは、いかなる方法で相互に接続されてもよい。クロック分周器５２０は、例えば整数Ｘでクロックを分周し、および／又は、１／Ｘ、Ｙ、および／又はＹ／Ｘの調整の為に、整数Ｙでクロック信号を逓倍する。クロック分周器５２０は、他の回路５２２に異なるクロック信号を生成する為に、１つ以上の追加的な、比および／又は除数を用いてもよい。集積回路５１８において、クロック分周器５２０は、図示するように、（Ｎ−１）個の回路５２２へ（Ｎ−１）個のクロック信号を出力する。

図１７において、回路のうちの１つは、プロセッサ５３０を有する。プロセッサ５３０は、水晶発振器エミュレータ５０２に代えて、および／又は、水晶発振器エミュレータ５０２に追加して、クロック分周器５２０へ接続されてよい。追加された回路５３２−１、５３２−１、および５３２−Ｎのそれぞれは、クロック分周器５２０と通信を行う。

図１８の水晶発振器エミュレータ５０２は、集積回路５１８において、プロセッサ５３０、グラフィックプロセッサ５４０、メモリ５４２、および／又は、１以上の回路５４４に、クロック信号を提供する。また、クロック分周器（不図示）が備えられていてもよい。プロセッサ５３０、グラフィックプロセッサ５４０、メモリ５４２、および／又は、１以上の回路５４４は、適切な方法で、いかようにも相互に接続されてよい。

ここで図１９を参照すると、集積回路６００は、１つ以上の回路６０２−１、６０２−２、・・・、および６０２−Ｎ（まとめて６０２）と、低出力発振器３２０とを備え、低出力発振器３２０は、図１１に関連して先に述べたように動作する。回路のうちの１つは、符号６１０に示すように、プロセッサを有する。また、クロック分周器（不図示）が、備えられてもよい。

本発明に係る多数の実施形態が記載された。記載されていた。そうは言うものの、本発明の精神および範囲から逸脱しない範囲で、多様な改良が成されてよいと理解されるべきである。従って、その他の実施形態は、特許請求の範囲の範囲内にある。

水晶発振器エミュレータの一形態を示すブロック図である。 温度と補正率との関係を示す表である。 温度と補正率との関係を示すグラフである。 水晶発振器エミュレータの一形態を示すブロック図である。 外部インピーダンスに接続された水晶発振器の一形態の２次元図面である。 外部インピーダンスに接続された水晶発振器の一形態の詳細なブロック図である。 （ａ）外部インピーダンス値とデジタル値との関係を示す図である。（ｂ）外部インピーダンス値とデジタル値との関係を示す図である。 周期的な波形を持った出力を生成する水晶アセンブリの一形態のブロック図である。 拡散スペクトル生成器の一形態のブロック図である。 水晶発振器をエミュレートする為のフロー図である。 低出力発振器の一形態のブロック図である。 低出力発信器の他の形態のブロック図である。 １つ以上の回路と、１つ以上の回路の為にクロック信号を生成する水晶発振エミュレータとを備えた集積回路の機能ブロック図である。 プロセッサと、プロセッサの為にクロック信号を生成する水晶発振エミュレータとを備えた集積回路の機能ブロック図である。 プロセッサと、プロセッサの為にクロック信号を生成し、クロック速度を設定する為の外部素子を使用する水晶発振エミュレータとを備えた集積回路の機能ブロック図である。 １つ以上の回路と、水晶発振器エミュレータと、１以上の他のクロック周波数におけるクロック信号を生成するクロック分周器とを備えた集積回路の機能ブロック図である。 プロセッサと、１つ以上の回路と、水晶発振器エミュレータと、他のクロック周波数におけるクロック信号を生成するクロック分周器とを備えた集積回路の機能ブロック図である。 グラフィックプロセッサと、１つ以上の回路と、メモリと、クロック信号を生成する水晶発振器エミュレータとを備えた集積回路の機能ブロック図である。 プロセッサと、図１１の低出力発振器とを備えた集積回路の機能ブロック図である。

Claims (13)

1. 集積回路であって、
   クロック信号を受信する第１の回路と、
   第１の温度を検出する第１の温度センサと、
   前記第１の温度センサと通信を行い前記第１の温度の関数としてキャリブレーションデータを出力する不揮発性メモリと、
   前記不揮発性メモリおよび前記第１の回路と通信を行い、前記キャリブレーションデータに関連する周波数を含んだ前記クロック信号を生成する半導体発振器と
   を備えた集積回路。
2. 前記第１の回路は、データを処理するプロセッサを有する請求項１に記載の集積回路。
3. 前記第１の温度は、初期の温度から第２の温度への温度変化を示している請求項１に記載の集積回路。
4. 前記集積回路はダイ温度を有しており、前記第１の温度は当該ダイ温度にほぼ等しい請求項１に記載の集積回路。
5. 外部の受動素子の関数として出力信号の前記周波数を選択する、選択入力を更に備える請求項１に記載の集積回路。
6. 外部温度を検出する第２の温度センサと、
   ダイ温度を制御するヒータと、
   前記第１および第２の温度センサに応答して前記ヒータを制御するコントローラを更に備える請求項１に記載の集積回路。
7. 周波数を有する出力信号を生成する、活性シリコン発振器と、
   前記半導体発振器の出力信号と前記活性シリコン発振器の出力信号との間の周波数誤差を定める加算器と、
   前記周波数誤差の関数として、前記活性シリコン発振器の前記出力信号を制御するコントローラと
   を更に備えた請求項１に記載の集積回路。
8. 前記活性シリコン発振器は、供給電圧を含むリング発振器を有し、
   前記集積回路は、前記コントローラと通信を行い、前記周波数誤差を削減する為に前記供給電圧を制御するレギュレータを更に備える
   請求項７に記載の集積回路。
9. 前記コントローラは、前記第１の温度の関数として、前記活性シリコン発振器の前記出力信号を更に制御する請求項７に記載の集積回路。
10. 前記レギュレータは、電圧と電流から成るグループから選択された供給電圧の電気特性を制御する請求項８に記載の集積回路。
11. 前記第１の周波数よりも低い周波数を持つ少なくとも１つの別のクロック信号を生成するクロック分周器と、
    前記少なくとも１つの別のクロック信号を受信する少なくとも１つの別の回路と
    を更に備える請求項１に記載の集積回路。
12. 前記クロック信号を受信する第２のプロセッサを更に備える請求項２に記載の集積回路。
13. 前記少なくとも１つの別の回路は、第２のプロセッサを有する請求項１１に記載の集積回路。

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