TWI328339B - Low-noise high-stability crystal oscillator - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
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- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L5/00—Automatic control of voltage, current, or power
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Description
1328339 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於晶體振盪器；更具體而言，本發明 係關於一種具低雜訊高穩定性的晶體振盪器。 【先前技術】 晶體振盪器是非常有用的電路，它們能提供用於電 信、有線和無線網路、及眾多其它電子應用所需之時鐘及 週期性信號源。舉例而言，晶體振盪器常可用以對積體電 路間的資料傳送加以計時。在這些應用中，晶體振盪器的 相位雜訊及抖動會使性能下降，並導致資料傳輸錯誤，同 時還會限制資料的吞吐量。因此，一般皆期望提供具有低 雜訊及高穩定性的晶體振盪器。 晶體振盪器的信雜比（SNR)可透過增大信號的強度而 獲提高，此又可藉由産生與單端信號不同的差動信號達 成。差動信號不僅提供標稱為單端信號振幅兩倍的信號， 並還提供一共模互斥量，這會進一步降低雜訊。另外，接 收這些較大振盪器信號的緩衝器可工作在較低的增益 下，從而産生較小的雜訊。 遺憾的是，過大的晶體振盪信號可能導致振盪器電路 產生抖動或不穩定。由於這些信號過大，所以它們可能會 受晶體振盪器之一對電源電壓之一或兩者的限制。具體而 言，這些電源所用的靜電放電（ESD)二極體在此時可開始 導通電流，這會對振盪器信號加以箱位動作，並因此將言皆 1328339 波和不當頻率分量添加到單音信號上，這些諧波會拉動或 改變振盪器的工作頻率，因此造成中心頻率的不準確。 另外，晶體振盪器輸出的信號一般需要在交流上交流 耦合至使用該振盪器的積體電路。若晶體振盪器信號的直 流位準可被正確控制，則可設計出可直接耦合至晶體而不 使闬交流耦合電容器的輸入緩衝器，如此能減少元件數 量、節省板空間、並降低費用，並也有助於防止振盪器信 號被ESD二極體箝位。 • 因此，提供一種使晶體振盪器具有較大且振幅受控之 差動信號輸出及控制該等輸出之直流位準之機制的電 路、方法及裝置是有必要的。 - 【發明内容】 因此，本發明之實施例提供一種使晶體振盪器具有低 雜訊、高穩定性的電路、方法及裝置，該晶體振盪器具有 φ 較大的差動輸出信號及直流位準控制。本發明之一示例性 實施例提供一種具有二反饋迴路的晶體振盪器，其中一者 用以設定其信號的直流位準，另一者則用以調節該等信號 的振幅。本發明之各實施例可採用該二反饋迴路之一或二 者，並可採用此處所述之特徵中的一或多者。 本發明之一特定實施例提供一種用以控制晶體振盪 器之信號之直流位準的反饋迴路，其中該直流位準可被設 定爲兩個電源電壓中間的電壓、參考電壓、或任何其它合 適的電壓。舉例而言，該電壓可以是一地參考電壓，等於 6 振蘯裔電路之最小雷调雨两认 算豆夕你彼认 电原电壓的一半，並亦可為電源或溫度 °或者’該電壓亦可獨立於該等參數。 ^還提供—種振幅控制反饋迴路，該迴路將晶 被=Γ:ΐ之輸出的振幅設定在一範圍内，且該振幅可 =提二原電厂⑽位的情況下提供最大擺 田q心疋性和最小抖動。振幅控制電路也可以是 善雜訊性能。若該控制迴路是數位的，則 -二比於^動4。在—特定實施例中，該啓動電路是 用而=迴路’並在晶體㈣11電路—被啓動時就被禁 文使用一數位控制迴路。 <該二迴路的時間常數或帶寬可以是獨立的，以避免不 穩定性的發生。且辦& 士 .., _ ，、體而$，將幅度控制迴路的帶寬設定爲 f 位準控制迴路的帶寬窄的方式可使迴路之間的 相互作用最小化。 X月的個示例性貫施例提供一種積體電路，該積 體電路包括用以驅動共振元件來産生第—振盪即號的 裝置、用以調節第一振盈器信號的直流位準的裝置:用 以調節第一振盪器信號的幅度的裝置。 一本實施例或其它實施例還提供藉由提供一驅動信號 予^元件而驅動έ亥共振元件的裝置，其中該驅動信號 係根據該共振S件而為。本實施例或其它實施例還提供一 種利用一增益電路提供一驅動信號的裝置。本實施例或其 它實施例還提供使—则電晶體作爲該增益電路。本實 施例或其它實施例還提供藉由將—第—㈣器信號與偏 1328339 壓相比#乂、並根據該比較結果提供輸出以調節該第一振盈 =之直流位準的褒置。本實施例或其它實施例還提供 f放大器之輸出的-则電晶體作爲該增益元 貝軛例或其它實施例還提供用以將該第一振盪信號 的，机位準㈤至该積體電路接收之兩個電源電塵間的 裝置本實他例或其它實施例還提供用以測量該第一振盪 ，號之^幅的裝置，並提供用以提供該第—振盪信號之幅 又之測置結果的《置。本實施例或其它實施 利用一峰值檢測器測量第—振難號之振幅的裝置。本實 施例或其它實施例還提供利用一二極體及一電容測量該 第-振盪信號之振幅。本實施例或其它實施例還提供用‘ 將對。亥第-振盈信號之幅度的測量結果與―高閥值及一 低閥值比較的袭置’並提供回根據該比較結果提供一或多 健號㈣置。本實施例或其它實施例還提供用以在該第 振盪仏號之振幅大於高閥值時遞減一輸出值、在該第一 振盪信號的振幅小於該高閥值但大於該低閥值時維持該 輪出值、並在該第一振盪信號之振幅小於該低閥值時遞增 β輸出值的裝置。本實施例或其它實施例還提供用以根據 /輸出值産生一偏流的裝置0本實施例或其它實施例還提 供用=提供一偏流予該增益電路的I置，纟中該增益電路 驅動该共振元件。本實施例或其它實施例還提供用以利用 該第振盪信號之直流位準設定一第二振盪信號之直流 位準的裝置。本實施例或其它實施例還提供用以直流耦合 °玄第振盪信號之直流位準以産生一第二振盪信號之直 ^^«339 流位準的裝置。 σ人彳于藉參閱以下附圖及詳細說明而更理解本發明 的本質與優點。 χ 【實施方式】 —圖1疋本發明之一具低雜訊高穩定性之晶體振盪器 只轭例的方塊圖。該圖包括一晶體X1 110、一增益電路 A1 120、一放大器A2 130、一振幅檢測電路140、電阻器 R"50與R2 160、及一電容器C1 17〇。該圖及其它附圖 之不出僅供說明用，並不限制本發明的可能實施例或申請 專利範圍。 • 一晶體X1 110為增益電路A1 120所驅動。在本發明之 • 士貫施例及其它實施例中，晶體XI 110可以是晶體或其 匕共振元件或電路，如可為一 L_c儲能電路等。增益電路 120用以提供一淨反相作用，並可簡單為一電晶體， _ 其可為串聯之一或多個反相器或緩衝器，只要其組合 可提供一淨信號反相作用即可。增益電路A1 12〇提供驅 動晶體X1 11 〇所需之增益。 在工作中，線路114上即增益電路A1 12〇之輸出端 的信號V2相對於一直流電壓上下振盪，且該直流電壓是 線T 114上信號V2的直流分量，而該振盪則是交流信號 分量。電阻器R1 150使線路112上信號V1的直流分量與 線路114上信號V2的直流分量相等。線路112上的 和線路114上的V2在名義上被移相18〇度，且在本質上 1328339 振幅檢測電路140接收線路112上的信號VI，並且 提供偏流或電壓予增益電路A1 120，並對線路112上信 號VI的振幅與一或多個閥值做比較。隨著線路112上信 號VI振幅的增大，振幅檢測電路140使增益電路A1 120 的增益降低，從而減少對晶體XI 110的驅動，並因此降 低了線路114上信號V2的電壓擺幅。相反地，隨著線路 112上信號VI振幅的降低，振幅檢測電路140使增益電 路A1 120的增益增大，這使得線路114上信號V2振幅度 增大。以此方式為之，反饋的存在使得線路114上信號 V2的振幅被維持在一定的電位處（或在一電位範圍内，當 依實際的實施方式而定）。 同樣地，增益電路A1 120在本發明的一些實施例中 可簡單為一單一電晶體。當為一電晶體時(MOS電晶體）， 該振盪器被稱作Pierce振盪器，此時晶體XI 110以並行 共振模式振盪。以本發明的實施例為之，其它類型的振盪 器也可獲得改善，這些振盪器包括Pierce、Colpitts、 Hartley、Armstrong及Clapp等其它類型振盪器，其中 Pierce振盪器將顯示於下一圖中。 圖2是本發明一具低雜訊高穩定性之P i e r c e晶體振盪 器實施例的方塊圖。該圖包括一晶體XI 210、一電晶體 Ml 220、一偏流源（IBIAS)230、一放大器 A1 240、一振 幅檢測電路250、電阻器R1 245和R2 215 '及電容器C1 225、C2 255 和 C3 247。 在該配置中，電晶體Ml 220提供驅動晶體XI 210 :X2 21 °透過電容器C1 225被交流搞合 前述者\立门與：日日體M122°的閘極處偏壓互相分離。與 同 器R2 215是較大值的電阻器，該電阻 線路224 222 7#UV1的直流電壓偏移，從而使其等於 上㈣V2的直流電壓。由於冑阻器咖15是較 —’故當以是否有漏電流的產生，如透通過電 255之漏電流，或通過其它電容器的漏電流，其 為求間潔而未示於中。 線路^器240將線路224上信號V2的直流電壓分量與 的偏相比較’也可將其它電壓與線路242上 舉例而言，電阻器™以是串聯的 盘線路242等電阻11之兩者間節點處的電壓被 端壓相比較。放大器240提供C3⑽兩 電曰其中。247透過電阻器R1 245輕合至 的閘極。在特定實施例中，放大器A124〇 =二Γ放大器’其提供產生電容器c3 247兩端上 的，。該輪出電壓設定M1 220的工作點，該工作 .並接著叹定線路224上信號V2的直流分量。電阻器 245和電容器C3 247使放大器A1 240的輸出端與電晶體 Ml 220閘極上的大交流擺動反向隔離。 更具體而言，當線路224上信號V2的直流分量較線 路242上偏壓信號V1的電位大時，放大器μ謂的 出電壓被減小，這使得Ml 220的閘源電壓減小，從而使 線路224上信號V2的直流電壓增大。 線路222的信號· 、头，fl & — 〇sn 匕電谷器C2 255被交流耦合到 撤T田檢測電路250,振幅柃、，目|F^,々1 謂提供的偏流。隨著線^222上r Y調節由電流源IB⑽ 由偏流源230提供的電 ；；遗V1之振幅的增大， 號V2和線路222上νι^降f/而使得線路224上信 222 , 0. V1 的振巾曰減小。相反地，隨著線路 被增大從:二 的振幅增大。路224上和線路加上V1 振盪器電壓信號> * ^ 儿之直▲刀®的設定或控制可藉數種 方法達成’且用以遠出夕g碑、向 運成之反饋迴路可以是類比的、數 的、或它們的組合，下-圖中顯示—種可使用的類比電 路。後續圖式不出了設定該直流分量的方法，其中該方法 可藉類比或數位方式達成。 圖3疋本發明之—晶體振盡器之直流偏壓迴路的示 意圖。該圖包括—晶體χι 31〇、一電晶體m 32〇、“ 流源 IBIAS 330、一放大器 A134〇、電阻器 Ri3i5、R23j^ 和 R3 350、及電容器 C1 36〇、C2 365、〇 37〇、以州 和C 5 3 7 5。一振幅檢測電路可被用以調節由電流源〗b〗a s 330提供的電流，但圖中爲清楚起見而省略了該幅度檢測 電路。 、 晶體X1 310為電晶體Ml 320驅動。線路322上的晶 體信號vi被電容器C1 360交流耦合到M132〇的閘極， 電阻器R1 315和R2 317的串聯組合被用以設定線路322 1328339 上信號VI及線路324上信號V2的直流位準，以使它 等於線路344上信號V4的直流位準，電容器C3 37〇 ^年Ο C5 3乃被用以拉動或調諧晶體XI 310的頻率。在各實 例中’這些電容器可包括可調諧或調變晶體頻率之可切^ 電容器組成的陣列，如可作爲FM調變器的一部分。 、
同樣地’電晶體Ml 320提供晶體XI 310的驅動電 流。隨著電晶體Ml 320之閘極電壓的增大，元件的漏略 流快迷增大，因此Ml 320的直流偏壓在典型上接近地1 壓’即被偏壓至低於電晶體Ml 320的閥值，從而使得$ 晶體Ml 320在一般狀態下被截止，以在每一振盪週 提供—次一電流脈衝予該晶體XI 310。 時
線路322上的信號VI以具有較大的振幅為較佳，然 若該較大信號被直接交流耦合至電晶體M1 32〇的閘杻心、 則電aB體Ml 320的閘極需要低於地的直流偏壓，否則| 向晶體310提供過大的驅動電流。然而，放大器ai 3^ 不能在低於地電位之下驅動。另有一種作法是利用一電= 泵等爲放大器A1 340提供一負電源，如此能提供很蚌2 雜訊性能。或者，線路322上信號V1的振幅可被減小: ，因此’在特定示例中，電容器（：2 365從隨322的 極被連接到地，此時電容器C1 316和C3 365形成一電二 切割器，其減小在Ml32()&閘極處觀察到的振幅，= 得電晶體Mi 320的閘極具有較地為高的偏流。在特定實 施例中，Ml 320之閘極的直流偏壓約冑2〇〇mV，該偏： 可以在無需負電源電壓的情況下由放大器Ai揭提供。 1328339 線路344上信號V4的直流 反饋迴路包括放大器A134。、電阻；反饋迴路設定，該 M1 320。具體而言，放大…。二 =35。及電晶體 信_與'線路342上接收到的^路⑽上的電壓 上的信號、線路奶上的信號=^匕較。線路324 號，且它們的相位相差18〇度。因於較大的振盪信 和⑴17相等，則線路344上的師V4右電阻川 上信號VI和線路324上的v二4具有與線路322 是幾乎沒有或者沒有交流分量，^相^直流位準’但 V4提供了 —良好的電^為放 =344上的信號 的偏壓相比較。 σ 1 340與線路342上 放大态Α1 340提供電容器C4 345 出，其中電容器C4 345 ·5Γϋ 鈿上的電壓輸 間常數或頻響_。在:^細料頻寬、時 供電流輸出，該電流輸出被電 ’ ^大器A1 340提 放大器的輪出電壓：定°電^ 雪曰牌iv/TMm k 疋寬日日歧Μι 320的偏愿。. 電曰曰體⑷320的閘極源極間電壓決定 偏[ 作點，這包括該電晶體的汲極電 日日—身的工 V2。 電堡’即線路324上的信號 圖4是該直流偏壓迴路（如_ 作的流程圖。根據該方法，振/ 直〜偏壓迴路）之操 較，該比較結果被用以設定電晶;^的信號與偏壓相比 晶體設錢振盪ϋ信號的直“準。祕件。‘然後，電 具體而言’在動作410中〜晶體接收-第-信號。 1328339 在動作420中，該晶體信號的直流位準或分量與一偏壓電 位相比較。同樣地，該偏壓電位可被設定為介於兩個電源 電壓之間而成為一帶隙電壓或其它偏壓，其並能被設計爲 跟蹤或獨立於電源、溫度、處理或其它條件。舉例而言， 該偏壓電位可被設定爲一地參考電壓，該電壓近似等於振 盪器之最小電源電壓的一半。或者，該偏壓亦可被設計爲 獨立於該等參數的一或多者。 在動作430中，根據該比較較果産生一校正信號。然 後，該校正信號被用以設定該第一晶體信號的直流位準， 此得以多種方式達成，依所使用之特定電路而定。舉例而 言，該比較動作可以數位方式為之，其中第一晶體信號被 濾波及數位化，並被與一第二數位值比較。在本發明的其 它實施例中，該迴路是類比的。 在該特定示例中，校正信號在動作440中被用以設定 一電晶體的·一偏壓。在動作450中，電晶體被用以設定該 第一晶體信號的直流位準。在動作460中，一電阻器被用 以設定一第二晶體信號的直流位準。另外，其它電阻器可 被用以設定其它晶體信號。 本發明的實施例可包括一振幅檢測電路，其可用於為 晶體振盈為電路中晶體提供增盈之電晶體或其它電路設 定驅動位準。該迴路可以是類比的、數位的或它們的組 合。同樣地，爲避免與直流控制迴路相互作用，振幅檢測 電路的頻寬可設定爲低於直流控制迴路的頻寬。在其它實 施例中，可以有其它設置的存在；舉例而言，振幅檢測電 16 ^/«339 =頻寬可倾定純直流㈣料的頻寬寬。在本發明 的-特定實施例中，振幅檢測電路主要是數位的，且迴路 率^㈣—頻率設定’且，累加器或計數器的值以該頻 。十數或更新。下-圖中顯示-種可檢測振幅度的特定電 1可使用該項資訊調節該振幅的電位，在後續圖中並 示〜種用以檢測振幅的特定方法。
_ 5是本發明之晶體振i器之數位振幅控制迴路實 J的示意圖。該數位振幅控制迴路包括一交流搞合電容 ;Λ5ΐϋ、—直流恢復電阻器515、—由二極ItDi 520 54〇W器C2 53。構成的負峰值檢娜器、-窗口比較器 漁波二1 加器55。、電流數位類比轉換器及一低通 以;51〇。^路512上的㈣器信號V1為交流搞合電
如圖3 t的電晶體M1 320 該偏流被低㈣波*，56G産生一偏流， 到線路562上。在I特定;^^破作爲電流1顯提供 供-電流予it 例中，線路562上的偏流提 同樣地，-振盪器信號V1在線路，二’：：： 被交流耦合電容哭 一 ’路512上被接收，並 V2上。線路512: 交流耦合至線路517上信號 一者，如圖3中2輸人信號Vl%應至少二信號中的 測線路322上ν _ 或線路324上的V2。檢 562 上 IBIAS 的振巾田⑪提供振幅檢測H輸人與線路 兒奴輸出之間的陪雜 ^ 小與二極體EU 扪隔離。電容器Cl 510的大
和電阻器R 當較大，以避夯π * Ki 515的寄生電容相比應 %所產生之電宜公厭00 电Μ森可能造成的信號損 1328339 失。電阻器Rl 515將線路517上信號V2的直流分量設 定爲一適當偏壓，在本例中是線路515上的BIAS。在本 發明的一示例性實施例中，電阻器R1 515可被連接到兩 個電源（如VCC和地）之間的一偏壓線路。在各實施例中， R1 515被連接到與圖3中線路342上之BIAS電壓相同或 類似的偏壓線路。 線路517上信號V2的負峰值由二極體D1 520和電 容器C2 530檢測出，以便在線路532上産生一峰值檢測 輸出信號V3。在其它實施例中，可將二極體D1 520反向 等而得使用一正峰值檢測器。在其它實施例中，可以使用 其它峰值檢測器或包絡（envelope)檢測器。隨著線路517 上信號V 2電壓的降低，線路5 3 2上信號V 3的電壓也隨 之降低。當線路517上信號V2達到其最小值或峰值，線 路532上信號V3達到一相應的電壓值加上一由二極體D1 520形成的二極體壓降。在本發明的各實施例中，能補償 這種二極體壓降或不包括這種二極體壓降的其它峰值檢 測器被使用其中。隨著線路517上信號V2電位的升高， 二極體D1 520被反向偏置，並被有效地從電容器C2 530 斷開，故保持著該負峰值電壓。 視窗比較器540將線路532上的信號V3與兩個閥值 相比較，即，一高閥值和一低閥值。當信號V 3的電壓比 低閥值低時，線路546上的信號VL處於主動狀態；當線路 532上的信號V3在高閥值和低閥值之間時，線路544上 的信號VM處於主動狀態；當線路532上的信號V3比高閥 18 咼日守線路542上的信號VH處於主動狀態。在本發明 =各實施例中，線路544上的信號VM不是必須的。在各 貫施例中，窗口比較器540可以是兩個比較器，其中一者 對線路532上的信號與一高閥值做比較，另—者則對 線路532上的信號V3與-低閥值做比較。. 累加器550可以是一向上/向下計數器，用以向電流 數位通比轉換益560提供一數位字（digital word)。當線路 54=上的信號VL處於致動狀態時，累加器55〇逐位元向 :计數;當線路542上的信號VH處於主動狀態時，累加 器^50逐位向上計數；當線路544上的信號 VM處於主動 狀態時，累加器550維持复 _ 值在其匕實施例中，累加器 〇叮乂不同的方式計數，只要峰值檢測器、累加器㈣ 和數位矢員比轉換器560 —鈕工柞 忒 的振幅即可。 &工作而正销制振I器信號 ㈣：加二可由一控制改變累加器輸出狀態的速率信號 斤a十數’ 5玄s十數用時鐘信|卢的嗎i以立丨# >u 办。产士旅叫 化的頻率控制振幅檢測電路的頻 相互作用、;Γ肖疋貫施例中爲避免與直流控制迴路 路者窄。二=電路的頻寬被設定爲較_^^^ 哭等另： 疋'累數位轉換器，如-快閃轉換 -專另退可，、現較複雜的功能。舉例而言，可以 零點的傳輸錢’以更精確設計振幅檢測電路的 頻车a應。此外，該#_和零點⑽ 化或以其它方式調節的。 疋』私式 電流數位類比轉換器56〇向累加器55〇接收一數位 19 1328339 字，該數位字可被二進位加權或熱解碼，或具有其它的加 權或前述的組合。電流數位類比轉換器560 —般是多個 開關，且每一者皆被用以接通或斷開電流源，其所産生的 電流可被濾波，並提供給一增益元件或電晶體，如圖3中 的電晶體Ml 320。在該特定示例中，濾波工作係由低通 濾波器570執行，其移除了電流數位類比轉換器之輸出的 高頻分量，因此能保護振盪器增益元件不受該等瞬變的影 響。電流源可與電源、溫度或處理無關。在本發明之一實 施例中，隨著數位字的值增大，數位類比轉換器向增益元 件提供更大的電流。在其它實施例中，隨著數位字的增 大，數位類比轉換器可提供較小的電流。 在其它實施例中，線路532上信號V3的電壓被與一 單一閥值比較。此時，一指示線路532上信號V3之電壓 較該閥值高或低的單一輸出被提供。在這種配置中，該比 較信號在工作期間會在一個狀態和另一個狀態之間交 替，這使得累加器在兩個電位之間往復，從而導致電流數 位類比轉換器560在兩個偏流水平之間切換，這往往會 將數位切換雜訊添加到振盪器電路上。對於兩個閥值的使 用，一使元件能在不改變累加器550之輸出或電流數位類 比轉換器560提供之偏流水平的情況下工作的窗口即可 被提供。 圖6是振幅控制迴路之操作的流程圖，該振幅控制迴 路可為圖5之振幅控制迴路。在本實施例中，來自晶體的 振盪信號被檢測峰值，並被與一高閥值和一低閥值相比 20 1328339 較。比較後的比較結果被用以控制累加器，累加器從而提 供被轉換成偏流的輸出，該偏流被用以驅動振盪器中的增 益元件或電路。此處所述之锋值檢測係用以檢測正峰值， 但也可使用負峰值做檢測。 具體而言，在動作610中，一來自晶體的振盪信號被 接收。在動作620中，該信號被交流耦合，使得其直流分 量被移除。在動作630中，振盪信號的直流分量被檢測峰 值。 ® 在動作640中，峰值檢測出的電位被與一高閥值和一 低閥值比較。在動作6 5 0中，判定峰值電位是否比該高閥 值高；若是，則在動作660中使累加器遞減;若峰值電位不 . 比該高閥值高，則在動作670中判定峰值電位是否比該低 閥值低。若是，則在動作680中使累加器遞增。若峰值檢 測出的電位較高閥值低但高於低閥值，則在動作690中使 累加器之值被維持。同樣地，在本發明的各實施例中，按 所使用之實際實現方式的不同，累加器可以不同方式遞增 ® 或遞減。 在動作695中，累加器的值被轉換成電流。同樣地， 該電流可被用以驅動電晶體或其它電路以向正産生振盪 信號之晶體提供增益。 前述各圖中的振幅檢測電路可具有穩定的狀態，此時 晶體不振盪或提供足夠振幅的輸出信號來對圖5中累加 器550加以適當計數。雖然雜訊的存在通常會啓動這些振 盪器，但爲提供強健快速的啓動，此時也可使用類比振幅 1328339 檢測電路。-旦振盪器運行，類比振 用’並開始以數位振幅檢測電路代用之，即：=被: 電路，啓動時可係田+ 4 P如圖5所不之 圖式中示出。之類比振幅度控制電路例則將在後續 圖7疋本發明之用以啓動晶體振哭 制丨的示意圖。該圖包括牌放:之^ 道私机鏡、及解耦電容器c 3 ?25，其中° 括電晶體Ml 720和M2 730。 ’、、、電流鏡匕 gm放大器710在線路7〇2上接收到輸 提供電流輸出，該電流輪出被 D仏、 和M2 730做鏡像複製。電H；；鏡電晶體⑷720 滴J器電路中的電产數彳 可與數位振幅檢 中^中的^數位類比轉換器並聯。在特定實施例 中’線路702上的信號…是圖5 m例 值撿測的信號V3，但該信费—者A 上的經負峰 AA ° 在，、匕，、施例十可η 尤η 、佗號。隨著晶體振盪器信° 電壓VI卩增大，線路702上的 I vi P中低，伙而使§坩放大器71〇提供 占 鏡的電流降低。 P通道电& 心:=測：振，心 剛電路之運作，如圖5中戶τ用以利振幅檢 連作Q中所不之振幅檢測電路或豆t盘太 又明實施例相當的檢測電路。冬S f 二八'、 足m……Μ 田曰曰體振盪裔信號振幅大至 確δ十數累加态电路時，該電路林 用數位振幅檢測電路。此外，磁糾 Τ ’而改使 該雷肷南产道卜磁卬機制亦可被使用以避免 兒路處在導通和畊開狀態之間往復的狀况。 22 1328339 上述之電晶體示例為MOS電晶體，但該等電晶體在 本發明的其它實施例中亦可為雙極性電晶體、HBT、 MESFETS、HFET或其它類型的元件。所示電容器可以是 金屬-金屬電容器、薄膜氧化物電容器，或亦可為任何其 它合適的電容器，如MOS元件的閘極等。電阻器可以是 多晶矽電阻器、基極電阻器、植入電阻器或其它合適類型 的電阻器。晶體可為並行或串列共振模式工作者，或亦可 為其它共振元件。 • 現參閱圖8 A-8G，其顯示本發明的各示例性實現方 式。請參閱圖8A，本發明可以實現在硬碟驅動器800中， 並可實現信號處理及/或控制電路之任一者或二者，信號 . 處理及/或控制電路在圖8A中係以802總標示之。在某些 實現方式中，HDD 800中的信號處理與/或控制電路802 及/或其它電路（未示出）可以處理資料、執行編碼及/或加 密、執行計算、及/或對輸出至與/或接收自磁儲存媒體806 的資料進行格式編排。 籲 HDD 800可經由一或多個有線或無線通信鏈路808 與主機設備（未示出）通信，所述主機設備可以是電腦等， 如個人數位助理、行動電話、媒體或MP3播放器之類的 移動計算設備及/或其它設備。HDD 800可連接到記憶體 809，如隨機存取記憶體（RAM)、快閃記憶體等低延遲時 間之非揮發性記憶體、唯讀記憶體（ROM)及/或其它合適 的電子資料儲存裝置。 現請參閱圖8B，本發明可實現在數位影音光碟（DVD) 23 1328339 驅勒器8 U)中。太八— 理與/或控制電路二任驅動器810的信號處 裝置_，其中信號處理及/或容量資料儲存 總椤千夕^./ΤΛ Α控制电路在圖8Β中係由812 或並它電路（未_ 81G中的㈣處理與/或控制電路812及/ 對讀取自與/或寫八到光儲存媒體-的 =進订才。式編排。在某些實現方式令，卿⑽中的产
二δ12 ^其它電路（未示峨魏 ㈣I 例如編碼與/或解碼及/或與卿驅動器相 關恥的任何其它信號處理功能。 路8m動11 8ig可經由—或多個有線或無線通信鍵 =π與輸出設備（未示出）通信，所述輸出設備可以是電 ^電視機或其它設備。勵81()可與以非揮發性方式儲 存貪料的大容量資料儲存裝£ 818通信，其中大容量資料 儲存裝置818可包括硬碟驅動器（HDD)，如圖8a所示之 種類者。HDD可以是包括一或多個直徑小於約18，，的碟 片的袖珍HDD，DVD 810可連接到記憶體819，例如 RAM、ROM、快閃記憶體等低延遲時間之非揮發性記憶 體及/或其它合適的電子資料儲存裝置。 現請參閱圖8C，本發明可實現在高解晰度電視 (HDTV)820中，並可實現HDTV 820之信號處理及/或控 制電路之任一者或兩者及WLAN介面及/或大容量資料儲 存裝置’其中信號處理及/或控制電路在圖8C中係由829 總標示之。HDTV 820接收有線或無線格式的HDTV輸入 24 1328339 信號，並產生一用於顯示器826的HDTV輸出信號。在 某些實現方式中，HDTV 820的信號處理電路與/或控制電 路822及/或其它電路（未示出）可處理資料、執行編碼與/ 或加密、執行計算、對資料進行格式編排、及/或執行所 需要的任何其它HDTV處理類型。 HDTV 820可與以非揮發性方式儲存資料的大容量資 料儲存裝置827通信，所述儲存裝置可以是光及/或磁儲 存裝置等。至少一 HDD可以具有圖8 A中所示的配置， 且/或至少一 DVD可以具有圖8B中所示的配置。HDD可 以是包括一或多個直徑小於約1.8”的碟片的袖珍HDD， HDTV 820可以連接到記憶體828，如RAM、ROM、快閃 記憶體等低延遲時間非揮發性記憶體及/或其它合適的電 子資料儲存裝置。此外，HDTV 820還可支援經由WLAN 網路介面829與WLAN的連接。 現參閱圖8D，本發明被實現在車輛830的控制系統 中，即車輛控制系統的WLAN介面及/或大容量資料儲存 裝置中。在某些實現方式中，本發明實現傳動系控制系統 832，其接收來自一或多個感測器的輸入，並/或產生一或 多個輸出控制信號，所述感測器可以是溫度感測器、壓力 感測器、旋轉感測器、氣流感測器及/或任何其它合適的 感測器，所述輸出控制信號則可為引擎工作參數、傳動裝 置工作參數及/或其它控制信號。 本發明還可實現在車輛830的其它控制系統840中， 此時控制系統840同樣可接收來自輸入感測器842的輸 1328339 2 制信號輸出至一或多個輪出裝置844。在某 (^)、二“控㈣統840可以是防鎖死刹車系統 L系i 边端資訊處理系統、車輛遠端資訊處 塑身，聲二：糸統、自適應巡航控制系統、及立體音 有其它實施方式。柄裝置4車輛_系統，當然仍 傳動系控制系統832可與以非揮發性 的大容量資料儲存裝置846通信，1中大容旦 罢里貧料儲存裝 及/或2d及/或磁儲存裝置’例如硬碟驅動器麵 且/或至,一。至卜HDD可以具有圖8A中所示的配置， 曰或夕-DVD可具有圖_中所示的配置。HDD可 == 一或多個直徑小於，約u”的碟片的袖珍獅， H 統832可連接到記憶體847，例如mm、 ㈣讀料低延遲時間非揮魏記憶體及/或盆 ^的電子資料儲存裝置。此外，傳動系控制系統奶 ^支棱經由WLAN網路介面848與WLan的連接，控 或一介I均未：W料儲編、記憶體及/ =參閱圖8E，本發明可實現在可包括行動天線851 月二以850中’即其可實現行動電話85〇的信號處理 六二f制電路中的任一者或兩者、及WLAN介面及/或大 :里資料儲存裝置，其中信號處理及/或控制電路在圖8E =由852總標示之。在某些實現方式中，行動電話85〇 匕括麥克風856、揚聲器及/或音頻輸出插孔之類的音頻輸 26 丄 出858、顯示器86〇及/或小 /或其它輸入裝置之輸入裝置、^裝置、聲音致動及 泠饰也,4. 置862。订動電話850中的作鲈 處理與/或控制電路852及/或其它電路（未 ^ 貧料、執行編碼與/或加密、執 处 編排、及㈣行其它行她執Γ^、物4進行格式 旦資㈣可與以非揮發性方式儲存資料的大容
通信’所述儲存裝置可以是光及/或 :儲存裝置，例如硬碟驅動器刪及/或DVD。至少一 m具有圖8A中所示的配置，且/或至少一個则可 二、2 8B中所示的配置。_可以是包括一或多 ^約L8”的碟片的袖珍職，行動電話850可連接 866 ’例如RAM'R〇M、快閃記憶體等低延遲 =間非揮發性記憶體及/或其它合適的電子資料儲存裝 %:二f可支援經由™網路介面
一現請參閱圖8F，本發明可實現在機上盒⑽中，即 可實現機上盒88G的信號處理及/或控制電路中的任一者 j兩者、及WLAN介面與/或大容量資料儲存裝置，其中 信號處理及/或控制電路在圖8F中係由884總標示之。機 上盒880接收來自寬帶源這樣的源的信號，並且輸出適用 於顯示器888的標準及/或高解晰度音頻/視頻信號，所述 顯示器可以是電視與/或監視器及/或其它視頻與/或音頻 輪出裝置。機上盒880中的信號處理與/或控制電路8料 及/或其它電路（未示出）可以處理資料、執行編碼與/或加 27 1328339 密、執行計算、對資料進行格式編排、及/或執行任何其 它機上盒功能。 機上盒880可與以非揮發性方式儲存資料的大容量 資料儲存裝置890通信，其中大容量資料儲存裝置890可 包括光及/或磁儲存裝置，例如硬碟驅動器HDD及/或 DVD。至少一 HDD可具有圖8A中所示的配置，且/或至 少一 DVD可以具有圖8B中所示的配置。HDD可以是包 括一或多個直徑小於約1.8”的碟片的袖珍HDD，機上盒 880可連接到記憶體894，例如RAM、ROM、快閃記憶體 等低延遲時間非揮發性記憶體及/或其它合適的電子資料 儲存裝置。此外，機上盒880還可支援經由WLAN網路 介面896與WLAN的連接。 現請參閱圖8G，本發明可實現在媒體播放器872中， 即可實現媒體播放器872之信號處理及/或控制電路中的 任一者或兩者及WLAN介面與/或大容量資料儲存裝置， 其中信號處理及/或控制電路在圖8G中係以871總標示 之。在某些實現方式中，媒體播放器872包括一顯示器 876及/或一小鍵盤與觸摸板之類的用戶輸入裝置877。在 某些實現方式中，媒體播放器872可採用經由顯示器876 及/或用戶輸入裝置877而為之功能表、下拉功能表、圖 示及/或指向-點擊介面的圖形用戶介面（GUI)。媒體播放器 872還包括音頻輸出875，如揚聲器及/或音頻輸出插孔。 媒體播放器872的信號處理電路與/或控制電路871及/或 其它電路（未示出）可處理資料、執行編碼及/或加密、執行 28 1328339 計算、對資料進行格式編排及/或執行任何其它媒體播放 器功能。 媒體播放器872可與以非揮發性方式儲存壓縮音頻 及/或視頻等内容資料的大容量資料儲存裝置870通信。 在某些實現方式中，壓縮音頻文件包括MP3格式或其它 合適的壓縮音頻及Z或視頻格式的文件，大容量資料儲存 裝置可包括光及/或磁儲存裝置，例如硬碟驅動器HDD及 /或DVD。至少一 HDD可具有圖8A中所示的配置，且/ • 或至少一 DVD可具有圖8B中所示的配置。HDD可以是 包括一或多個直徑小於約1.8”的碟片的袖珍HDD，媒體 播放器872可連接到記憶體873，例如RAM、ROM、快 . 閃記憶體等低延遲時間非揮發性記憶體及/或其它合適的 電子資料儲存裝置。此外，媒體播放器872還可支援經由 WLAN網路介面874與WLAN的連接。 現參閱圖8H，本發明可實現在可包括天線839的語 音IP(VoIP)電話883中，即可實現在VoIP電話883的信 • 號處理及/或控制電路中的任一者或兩者、及無線介面與/ 或大容量資料儲存裝置之中，其中信號處理及/或控制電 路在圖8H中係以882總標示之。在某些實現方式中，VoIP 電話883之部分包括麥克風887、揚聲器及/或音頻輸出插 孔等的音頻輸出889、顯示監視器891、小鍵盤、點選裝 置、聲音致動及/或其它輸入裝置之輸入裝置892、及無線 傳真（Wi-Fi)通信模組886。VoIP電話883中的信號處理與 /或控制電路882及/或其它電路）（未示出）可處理資料、 29 1328339 執行編碼與/或加密、執行計算、對資料進行格式編排、 及/或執行其它VoIP電話功能。
VoIP電話883可與以非揮發性方式儲存資料的大容 量資料儲存裝置881通信，所述儲存裝置可以是光及/或 磁儲存裝置，例如硬碟驅動器HDD及/或DVD。至少一 HDD可具有圖8A中所示的配置，且/或至少一 DVD可具 有圖8B中所示的配置。HDD可以是包括一或多個直徑小 於約1.8”的碟片的袖珍HDD，VoIP電話883可以連接到 記憶體885，該記憶體可以是RAM、ROM、快閃記憶體 等低延遲時間非揮發性記憶體及/或其它合適的電子資料 儲存裝置。VoIP電話883被配置爲經由Wi-Fi通信模組 886與VoIP網路（未示出）建立通信鏈路，不過仍有上述外 的其它實現方式。 以上對本發明的示例性實施例的描述皆是用以說明 和描述，它並非指出其無遺漏各式實施方式，亦非對本發 明限制為所描述的形式，事實上熟習該項技術者可根據上 述教示而推衍出多種修改和變化。上述實施例之提出係因 其最能說明本發明的原理及其實際應用，本領域技術人員 亦最能因了解其原理而設想出更多的特定用途變體。 【圖式簡單說明】 圖1是本發明之一低雜訊高穩定性晶體振盪器實施 例的方塊圖； 圖2是本發明之一低雜訊高穩定性P i e r c e晶體振盪器 實施例的方塊圖； 30 1328339 圖3是本發明一晶體振盪器之一直流偏壓迴路實施 例的示意圖； 圖4是一說明該直流偏壓迴路之（如圖3之直流偏壓 迴路）操作的流程圖； 圖5是本發明之一晶體振盪器之一數位振幅控制迴 路的示意圖； 圖6是一振幅控制迴路（如圖5之振幅控制迴路）之操 作的流程圖； • 圖7是本發明之一用以啓動一晶體振盪器之類比振 幅控制迴路的不意圖，以及 圖8A-8H是本發明之各示例性實施例的各種實現方 . 式說明圖。 【主要元件符號說明】 110 晶體 120 增益電路 130 放大器 140 振幅檢測電路 150 電阻器 170 電容器 160 電阻器 112 線路 132 線路 114 線路 215 電阻器 210 晶體 220 電晶體 230 偏流源 240 放大器 250 振幅檢測電路 245 電阻器 225 電容器 1328339 242 線路 255 電容器 247 電容器 222 線路 224 線路 310 晶體 315 電阻器 320 電晶體 330 電流源 340 放大為 350 電阻器 360 電容器 365 電容器 370 電容器 • 345 電容器 375 電容器 322 線路 317 電阻器 344 線路 324 線路 - 342 線路 510 交流柄合電容器 * 515 直流恢復電阻器 520 二極體 530 電容器 540 窗口比較器 550 累加器 560 電流數位類比轉換器 • 570 低通濾波器 512 線路 517 線路 532 線路 542 線路 544 線路 546 線路 562 線路 710 gm放大器 720 電晶體 730 電晶體 702 線路 725 解轉電容器 800 硬碟驅動器 32 1328339 喝
802 信號處理/控制電路 806 磁儲存媒體 808 通信鏈路 810 數位影音光碟驅動器 809 記憶體 812 信號處理/控制電路 818 大容量資料儲存裝置 817 通信鏈路 816 光儲存媒體 819 記憶體 818 大容量資料儲存裝置 822 信號處理/控制電路 820 高解晰度電視(HDTV) 827 大容量資料儲存裝置 826 顯示器 829 WLAN網路介面 828 記憶體 830 車輛 832 傳動系控制系統 842 感測器 840 控制系統 846 大容量資料儲存裝置 844 輸出裝置 848 WLAN網路介面 847 記憶體 851 行動天線 850 行動電話 856 麥克風 852 信號處理/控制電路 860 顯示器 858 音頻輸出 864 大容量資料儲存裝置 862 輸入裝置 868 WLAN網路介面 866 記憶體 875 音頻輸出 880 機上盒 888 顯示器 884 信號處理/控制電路 890 大容量資料儲存裝置 894 記憶體 896 WLAN網路介面 33 1328339
872 媒體播放器 876 顯示器 877 用戶輸入裝置 871 信號處理/控制電路 873 記憶體 874 WLAN網路介面 839 天線 883 語音ΓΡ電話 887 麥克風 889 音頻輸出 891 顯示監視器 892 輸入裝置 886 通信模組 881 大容量資料儲存裝置 885 記憶體 882 信號處理/控制電路 410 動作 420 動作 430 動作 440 動作 450 動作 460 動作 610 動作 620 動作 630 動作 640 動作 650 動作 660 動作 670 動作 680 動作 690 動作 695 動作 34
Claims (1)
1328339
十、申請專利範圍: 1. 一種積體電路，包括: 一增益元件’用以驅動一晶體; 一直流控制迴路， 準；以及 用以調節刺益元件-輪出魏之—信號的直流位 -振幅控制迴路’用以調節該元件輸出端之信號的振幅，其中該直流 控制迴路包含-放大器，該放大器具有與該振幅控制迴路通訊連接之 輸出端。 2·如申請專概陳顧述之雜電路，其巾該增益耕具有一根 據該晶m闕輸人’錢晶财有—雜該職元件之輸 出的第二節點。 3. 如申請專_陳項所述之積體電路，其中該直流控制迴路包括 一放大器，所述放大ϋ配置為將該增益元叙輸出產生的信號與一 偏壓相比較，並根據該比較提供一輸出。 4. 如申請糊細糾額狀驢魏，射㈣增益元件之輸出 端之信號的直流位準被調節為-該積體電路所接收之二電源電壓 之間的電壓。 5. 如申請專利細第丨項所述之積體電路，其中該振幅控制迴路包括 一振幅測量電路’用以在該增益元件之輪人端提健信號之幅度一 1 1328339 測量結果》 6. 如申請專利範圍第5項所述之積體電路，其中該振幅控制迴路更包 括一比較器，該比較器用以比較該增益元件輸入端之信號幅度的測 量結果與一高閥值和一低閥值，並根據該等比較結果提供一或多個 信號。 7. 如申請專利範圍第6項所述之積體電路，其中該振幅控制迴路更包 括一計數器’用以根據該比較器提供之一或多個信號遞增、遞減或 維持一輸出值。 8. 如申請專利範圍第1項所述的積體電路，其中該增益元件之輸出產 生之一信號的直流位準被用以設定該增益元件之一輸入端一信號 的直流位準。 9. 如申請專利範圍第8項所述之積體電路’其中該增益元件之輸出端 處信號的直流位準被利用至少一電阻器來直流耦合至該增益元件 的輸入端。 10. —種產生一第一振盪器信號的方法，包括下列步驟： 利用一增益元件驅動一共振元件以產生該第一振盪器信號； 調節該第一振盪器信號的直流位準；以及 調節該第一振盪器信號的振幅’其中調節該直流位準包含利用一 放大器，該放大器具有與一控制迴路通訊連接之一輸出端其中 2 該控制迴_魏帛-振鞋喊之振幅。 11.如U利細第胸所述之方法其中該驅麟共振元件之步 系藉由提供驅動#號予該共振元件所達成’且該驅動信號係 根據該共振元件而為。 12_如申請翻範陳丨項所述之方法，更包括_—增益電路提供 該驅動信號的步驟。 13. 如申請專利範圍第10項所述之方法，更包括透過以下步驟調節該 第一振盈器信號之直流位準的步驟： 比較該第-振盪器信號與—偏壓；以及根據該比較結果提供一輸 出。 14. 如申請專概圍第13項所述之方法，更包括調節該第—振盈器信 號之直流辦至介於該積體電路接H職壓之間。 15. 如申請專利範圍第10項所述之方法，更包括下列步驟： 在該增益树之-輸人端，峨之振幅； 將在該增紅狀輸人额料料二_識之振幅與高閱值 和低閥值相比較；並且 產生至少-個對應於該·結果的訊號，心調整該第—振盈訊 號之振幅。 16. 如申請專利範圍第懸所述之方法，更包括下列步驟：當該第二 1328339 振盪信號的振幅大於該高閥值時，遞減一輸出值；當該第二振盤 域的振幅小㈣高雖但大於該_辦，轉該輸丨值；且 * 备δ亥第二振盪信號的振幅小於該低閥值時，遞增該輸出值。 · 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包括根據該輸出值產生— ' 偏流的步驟。 18. 如申請專利範圍第18項所述之方法，更包括提供該偏流予一增益 電路的步驟’其中該增益電路向該共振元件提供該驅動。 φ 19. 如申請專利範圍第ίο項所述之方法，更包括利用該第一振盪信號 之直流位準没定一第二振盈信號之直流位準的步驟。 20. 如申請專利範圍項騎之方法，更包括直流私該第—振| ’ k號之直流位準以產生該第二振盪信號之直流位準的步驟。 21. —種積體電路，包括：一增益元件，用以驅動一共振元件. -直流控制鹏，用關節該職元狀-輸出端之信制錢 _ 位準；以及 一振幅控制迴路，用以調節該增益元件之輸出端之信號的振幅， 其中該直流控制迴路包含-放大器’該放大器具有—與振幅控制 迴路通訊連接之輪出端。 4
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