KR20020003880A - 크리스탈 발진기 - Google Patents

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Abstract

크리스탈 발진기는 출력 신호(5)를 제공하는 크리스탈(1) 및 크리스탈 발진기 회로(3)를 포함한다. 출력 주파수를 조정하기 위해, 예를 들어, 제작의 테스트 단계 동안, 로드 커패시터(C1 - C6)의 뱅크가 제공된다. 각각의 커패시터(C1 - C6)는 각각의 스위치(9 - 19)에 의해 회로의 내부로 또는 외부로 스위치될 수 있다. 스위치는 트림 레지스터로서 공지된 6 비트 레지스터(21)에 의해 설정되는 제어 라인(D0 - D5)에 의해 제어된다. 트림 레지스터에서의 값은 출력 신호의 주파수에 따라 설정된다. 출력 신호에서의 어떤 스윙을 상쇄시키기 위해, 저항기(R1 - R4)가 회로의 내부로 또는 외부로 스위치되는 것을 가능하게 하는 전류 스위치(T1 - T4)의 뱅크가 제공된다. 각각의 저항기(R1 - R4)는 제어 라인(D2 -D5)중의 각각의 하나에 의해 스위치된다. 따라서, 바람직한 주파수를 얻기 위해 로드 커패시터를 조정하는 것은 발진기 코어 전류를 자동적으로 변화시켜서, 출력 신호에서의 일정한 스윙을 유지시킨다.

Description

크리스탈 발진기{CRYSTAL OSCILLATOR}
크리스탈 발진기에 의해 발생되는 중심 주파수는 크리스탈의 로드 커패시턴스(load capacitance)를 변화시키거나 트리밍(trimming)함으로써 조정될 수 있다. 이러한 발진기의 예는 WO98/34338호에서 찾을 수 있다.
이러한 방법에서의 로드 커패시턴스를 트리밍하는 것은 출력 신호의 스윙이 변화에 영향을 받는 역 효과를 갖는다. 이러한 변화를 보상하기 위해, 출력 주파수의 일정한 스윙을 유지하는 자동 이득 제어(automatic gain control, AGC)의 사용이 공지되어 있다. 그러나, AGC의 사용은 특히, 집적 회로로서 발진기 회로를 제조하는 것이 바람직할 때 바람직하지 않을 수 있는 다른 영향을 초래한다.
먼저, 추가의 회로가 AGC를 제공하기 위해 필요하다. 이것은 휴대 장치, 추가의 전원 요구에 있어서 상당한 추가의 비용을 초래한다. AGC에 의해 요구되는 임시(extra) 회로는 전압 레벨 검출기, 전압 기준, 필터 및 비교기를 포함한다. 비교기는 기준 전압을 검출된 전압과 비교하여 일정한 스윙을 달성하기 위해 그에 알맞은 발진기 코어 내의 전류를 조정하기 위해 제공된다.
다음으로, AGC 회로의 추가는 소정의 출력 스윙이 신뢰될 수 있기 이전에 정정(settling) 시간이 도입된다는 것을 의미하는 피드 백 루프를 형성한다.
본 발명의 목적은 일정한 스윙을 갖지만 상기 언급한 단점을 갖지 않는 트림 가능한 크리스탈 발진기를 제공하는 것이다.
본 발명은 크리스탈 발진기에 관한 것으로, 특히 출력 신호의 스윙(swing)에 영향을 미치지 않는 발진기의 출력 주파수를 조정하는 회로 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 크리스탈 발진기를 도시하는 도면.
본 발명의 제 1 양상에 따라, 조정 가능한 로드 커패시턴스를 포함하는 크리스탈 발진기 회로, 특정 중간 주파수를 얻기 위해 로드 커패시턴스를 제어하는 수단, 선택된 로드 커패시턴스에 따라 크리스탈 코어 전류를 인입(drawing)하는 수단이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수을 제공하는 방법, 바람직한 출력 주파수를 얻기 위해 크리스탈 발진기 회로의 로드 커패시턴스를 조정하는 단계를 포함하고, 선택된 로드 커패시턴스에 따라 크리스탈 코어 전류를 인입하는 방법이 제공된다.
본 발명의 더 나은 이해 및 본 발명이 어떻게 효율적으로 실행될 수 있는 지를 더욱 명확하게 도시하기 위해, 첨부한 도면에 예를 통해 참조가 만들어진다.
도 1은 본 발명에 따르는 크리스탈 발진기를 도시한다. 이러한 발진기는 출력 신호(5)를 제공하는 크리스탈(1) 및 발진기 회로(3)를 포함한다. 발진기 회로는 유리하게는 집적 회로로서 형성된다.
발진기 회로(3)의 공지된 구성 소자의 설명이 먼저 제공된다. 기본 발진 회로가 트랜지스터(Q1)의 베이스 및 컬렉터 양단에 접속되는 크리스탈(1) 주위에 형성된다. 로드 커패시턴스(Cmin)가 크리스탈(1)과 병렬로 접속되고, 전류원은 Q2 및 저항기(Rmin)에 의해 제공된다.
당업계에 널리 공지되어 있는 바와 같이, Q3는 차동 증폭기 회로를 형성하기 위해 제공된다.
컬렉터(Q1 및 Q3)로부터 출력 신호를 직접 받아들이기는 것 대신에, 제 2 차동 쌍(Q4 및 Q5)이 제공된다. Q4는 Q3의 전압과 동일한 전압으로 바이어스되는 베이스를 갖는다. 즉, 바이어스 전압(Vvias)에 의해 감결합(decoupling) 커패시터(31) 및 저항기(33)를 통해 소정의 전압으로 고정된다. Q5는 Q1의 전압과 동일한 전압으로 바이어스되는 베이스를 갖는다. 출력 신호가 Q4 및 Q5의 컬렉터를 각각 통과하여, 표준 CMOS 클럭 신호(clk-out)를 제공하기 위해 비교기(29)에 의해 더 제한되기 때문에, 제 2 차동 쌍의 제공은 발진기 회로(Q1 주위를 기반으로 하는)가 출력에 의해 로드되지 않는다는 것을 의미한다.
출력 주파수를 조정하기 위해, 발진 회로(3)는 로드 커피시턴스(C1-C6)의 뱅크(bank)를 갖는다. 각각의 커패시턴스(C1-C6)는 각각의 스위치(9-19)의 쌍을 닫음으로써 Cmin과 병렬로 접속될 수 있다. 각각의 스위치 쌍은 제어 라인(D0-D5)의 그룹중의 각각의 하나에 의해 제어된다. 따라서, 바람직한 출력 주파수는 당업자에게 공지된 방법으로 적절한 로드 커패시턴스를 선택함으로써 선택될 수 있다.
본 발명에 따라, 출력 신호에서의 어떤 스윙을 상쇄(counteract)시키기 위해, 전류 스위치의 뱅크가 제공된다. 각각의 전류 스위치는 저항기(R1 - R4) 및 연결된 스위치(T1 - T4)(바람직하게는 FETs)를 포함한다. 각각의 전류 저항기(R1 - R4)는 제어 라인(D2 - D5)중의 각각의 하나에 의해 회로로 스위치될 수 있다. 제어 라인(D0 및 D1)과 연결된 추가의 저항기 값을 가짐으로써 더 양호한 정정을 얻는 것이 가능하지만, 이러한 양호한 정정에 대한 저항값은 집적 회로 응용에 있어서 물리적으로 너무 커지게 된다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 라인(D0 및 D1)에 의해 제어되는 전류 저항기가 생략된다.
제어 라인(D0 - D5)을 사용하여 특정 로드 커패시턴스를 선택하는 것은 트랜지스터(Q2)의 에미터 저항의 특정 값을 선택하여서, 상이한 발진기 코어 전류가 선택되게 한다. 저항기(R1 - R4)의 값은 발진기 출력 신호에서의 어떤 스윙을 보상하는 코어 전류를 발생시키도록 선택될 수 있다.
제어 라인(D0 - D5)은 여기에서 "트림(trim)" 레지스터로서 칭하는 레지스터(21)에 의해 설정된다. 트림 레지스터(21)로부터의 제어 라인(D0 - D5)상에 출력 값은 주파수 측정 장치(7)에 의해 측정된 출력 주파수에 따라 기저대역 프로세서(23)에 의해 설정된다.
동작중에, 공칭(nominal) 조건하에서, 발진기에 대한 중심 또는 시작점은 능동인 제어 라인(D5), 및 비능동 제어 라인(D4 - D0)을 사용한다. 이것은스위치(19a 및 19b)가 폐쇄되어서 크리스탈(1) 양단에서 Cmin과 병렬로 접속하는 것을 의미한다. 또한, 제어 라인(D5)이 능동일 때, 전류 스위치(T4)가 턴 온(turned on)되어, 저항기(R4)는 Rmin과 병렬로 접속되어서, 발진기 코어 전류를 설정한다.
이러한 초기 시작 조건을 사용하여, 출력 주파수는 주파수 측정 장치(7)에 의해 측정된다. 주파수 측정치는 예를 들어, 장치의 제작 테스팅 동안 발생할 수 있다. 주파수가 범위 이내가 아닌 경우에, 기저대역 프로세서(23)가 버스(25)를 통해 어드레스된다.
얼마나 많은 출력 주파수가 조정되는가에 따라, 기저대역 프로세서는 6비트 트림 레지스터(21)로 전달되는 새로운 데이터 값을 결정하여서, D0에서 D5까지 값을 설정한다. 따라서, 트림 값은 크리스탈(1)과 병렬로 접속되는 어떤 로드 커패시턴스(C1 - C6)를 변경시키고, 동시에 적절한 전류 저항기(R1 - R4)에서 스위칭함으로써 코어 전류를 조정하기 위해 사용될 수 있다.
로드 커패시턴스를 변화시키는 것은 출력 주파수를 변경시키고, 이론적으로는 출력 신호의 스윙 변화를 시도할 것이다. 그러나, 트림 값이 코어 전류를 또한 변화시키기 때문에, 출력 스윙은 일정하게 유지된다.
주파수 측정 및 트림 값의 설정은 출력 신호가 바람직한 주파수를 갖기 이전까지 반복될 수 있다. 이어서, 트림 값은 기저대역 프로세서(23)의 메모리에 영구적으로 유지되어서, 발진기의 수명을 위해 정정 주파수를 확보하기 위해 파워 업(power up)시에 트림 레지스터(21)로 리콜(recalled)된다.
6 비트 트림 레지스터는 로드 커패시턴스의 64개 값이 발진기의 주파수를 조정하기 위해 선택되는 것을 가능하게 한다.
전술된 본 발명은 로드 커패시턴스가 변화될 때 발진기 출력에서 일정한 스윙을 유지하고, AGC를 사용하는 종래 기술의 장치 보다 적은 전류를 필요로 한다. 또한, 회로는 단순하고 발진기 코어에서 단순한 전류 스위치의 추가만을 필요로 한다. 큰 커패시터가 필요하지 않다는 사실과 함께 이러한 특징은 집적 회로에서 본 발명을 실현하기 위해 적은 실리콘 영역이 필요하다는 것을 의미한다.
또한, 피드백 루프가 없기 때문에, 신뢰 가능한 일정한 스윙을 얻기 이전에는 연결된 정정 시간이 없다.
트림 레지스터(21)가 6 비트 레지스터로서 설명되었지만, 트림 레지스터는 임의의 크기일 수 있다. 예를 들어, 더 큰 정도의 조정 능력이 출력 주파수에서 필요한 경우에, 더 클 수 있다.
또한, 바람직한 실시예가 6개 로드 커패시턴스(C1 - C6)와 함께 사용하기 위해 4개의 전류 저항기(R1 - R4)를 가졌지만, 전류 저항기 대 로드 커패시터의 비는 1:1일 수 있거나 실제로 임의의 다른 비율일 수 있다.
또한, 본 발명이 제작 테스팅 동안에 주파수를 트리밍하는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 사용 동안에 주파수를 조정하기 위해 사용될 수 있다는 것이 가능하다.

Claims (18)

  1. 크리스탈 발진기 회로에 있어서,
    조정 가능한 로드 커패시턴스, 특정 중심 주파수를 얻기 위해 상기 로드 커패시턴스를 제어하는 수단, 및
    선택된 로드 커패시턴스에 따라 크리스탈 코어 전류를 인입(drawing)하는 수단을 포함하는, 크리스탈 발진기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 가능한 로드 커패시턴스는 커패시터의 뱅크(bank) 및 커패시터를 회로 내부로 또는 회로 외부로 스위칭하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 뱅크에서의 각각의 커패시터는 발진기 회로에 개별적으로 접속 또는 비접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크리스탈 코어 전류를 인입하는 수단은 저항기의 뱅크 및 저항기를 회로 내부로 또는 회로 외부로 스위칭하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 뱅크에서의 각각의 저항기는 상기 발진기 회로에 개별적으로 접속 또는 비접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로드 커패시터를 제어하는 수단은 어떤 커패시터가 상기 발진 회로에 접속되는지를 결정하는 복수의 제어 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 라인은 어떤 전류 저항기가 상기 발진 회로에 접속되는지를 또한 결정하는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 라인의 상태는 2진 값을 포함하는 레지스터에 의해 설정되고, 2진 값의 각각의 비트는 각각의 제어 라인의 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 2진 값은 발진기의 출력에서 측정된 주파수에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기.
  10. 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수를 제공하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    바람직한 출력 주파수를 얻기 위해 상기 크리스탈 발진기 회로의 로드 커패시턴스를 조정하고, 선택된 로드 커패시턴스에 따라 크리스탈 코어 전류를 인입하는 단계를 포함하는, 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수를 제공하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 로드 커패시턴스는 커패시터의 뱅크로부터 회로의 내부로 또는 외부로 커패시터를 스위칭함으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수를 제공하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 뱅크에서의 각각의 커패시터는 회로의 내부로 또는 외부로 개별적으로 스위치될 수 있는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수를 제공하는 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크리스탈 코어 전류는 저항기의 뱅크로부터 회로의 내부로 또는 외부로 저항기를 스위칭함으로써 인입되는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수를 제공하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 각각의 저항기는 회로의 내부로 또는 외부로 개별적으로 스위치될 수 있는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수를 제공하는 방법.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커패시터 및 저항기는 복수의 제어 라인에 의해 회로의 내부로 또는 외부로 스위치되는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수를 제공하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 각각의 제어 라인의 상태는 2진 값을 포함하는 레지스터에 의해 설정되고, 상기 2진 값의 각각의 비트는 상기 각각의 제어 라인의 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수를 제공하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 2진 값은 발진기의 출력에서 측정된 주파수에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수를 제공하는 방법.
  18. 제 10 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바람직한 주파수는 상기 크리스탈 회로의 제작 동안 설정되는 것을 특징으로 하는 크리스탈 발진기 회로로부터 바람직한 출력 주파수를 제공하는 방법.
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