TWI402658B - 低頻時鐘產生技術 - Google Patents

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TWI402658B
TWI402658B TW095115726A TW95115726A TWI402658B TW I402658 B TWI402658 B TW I402658B TW 095115726 A TW095115726 A TW 095115726A TW 95115726 A TW95115726 A TW 95115726A TW I402658 B TWI402658 B TW I402658B
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Description

低頻時鐘產生技術
本發明係有關於低頻時鐘產生技術。
 發明背景
數種方法存在以產生低頻系統基準時鐘。目前最普遍使用之晶體式振盪器運用石英作為晶體元件。晶體振盪器可為溫度補償式的。晶體振盪器之基本諧振頻率範圍典型地為低於10 MHz高到約70 MHz。然後此音調在一鎖相迴路中被使用以控制一較高頻率電壓控制振盪器，其產生系統操作之所欲頻率。該溫度控制式晶體振盪器成本依效能而地為$0.30與$1.00間且被視為在具有主要以價格競爭之製造者的很多市場中之商品。
除了成本衝擊外，晶體振盪器啟動很慢，原因為晶體本身在其有足夠能量支援振盪前必須通過很多時期。此啟動時間因無線電直至其被完成前不能作用而為不足夠的。
 發明概要
本發明提供一種有能源效率、小且不昂貴之時鐘用於積體電路設計。在一較佳實施例中，一第一與第二諧振器彼此相鄰地以單片式被製作。該第一諧振器為基準諧振器。第二諧振器之諧振頻率以一差異頻率Fo由第一諧振器被偏置。每一個諧振器被納入一振盪器內。一混頻器接收二者諧振器之輸出。一低通濾波器接收混頻器輸出並產生其頻率等於該差異頻率Fo之一時鐘信號。
圖式簡單說明
第1圖為本發明之一實施例。
第2圖為本發明之一實施例。
第3圖為本發明之一實施例。
第4圖為本發明之一實施例。
 較佳實施例之詳細說明
第1圖為本發明之一實施例10。一第一與第二諧振器12A,14A彼此相鄰地以單片式被製作。該第一諧振器12A為基準諧振器。第二諧振器14A之諧振頻率以一差異頻率Fo由第一諧振器12A被偏置。每一個諧振器12A,14A分別被納入一振盪器12,14內。一混頻器16接收二者諧振器12,14之輸出。一低通濾波器18接收混頻器輸出並產生其頻率等於該差異頻率Fo之一時鐘信號。在原理上，此偏置頻率範圍可為由DC至很多GHz。一實務之諧振器偏置包括晶體振盪器的典型範圍且可在高頻率之範圍可觀地被擴充。因而，此做法可容易地產生10與500 MHz間之頻率。
振盪頻率係被各諧振器之諧振頻率所決定。混頻器輸出信號包括具有頻率與該等二振盪器之差異頻率Fo成比例的低頻率分量與該等諧振頻率範圍之高頻率分量。該低頻率範圍可使用一低通濾波器被抽取以產生所欲之較低頻率的時鐘信號。
該等諧振器可為薄膜體聲波諧振器(FBAR)。FBAR可在如矽之一半導體基體上被建立。類似地，包括FBAR之振盪器電路的其餘部分可使用COMS，雙極或BiCMOS處理在半導體基體上被建立。此允許各種製造封裝與集積策略以創立一時鐘產生電路。諧振器可在封裝處理之際例如藉由FBAR裝置的正反互連或模堆疊或配線將裝置連結在一起而直接被附接至振盪器之其餘部分。替選地，藉由組合半導體處理，FBAR裝置可在同一基體上與振盪器電路直接地被集積。替選地，FBAR裝置可在分離之基體上與振盪器電路利用正反互連或透過配線黏結電氣式地被連接至基體的配線黏結相鄰在一起。諧振器可被製作以具有用於漂移之不同係數的追蹤。在一較佳實施例中，該等溫度係數被設計，使得該差異頻率對溫度為固定的。
振盪器時鐘產生電路可如使用說明性之正反晶片做法例或模堆疊技術被附接至如分離之模的基體。在此實施例中，包括振盪器時鐘產生電路之模藉由將振盪器元件正反接至一收發器積體電路(IC)且亦連接I/O填襯或者使其面朝上附接並使用黏結配線以做成連接而被附接。替選地，振盪器時鐘產生電路可在如積體電路之相同基體上被製作。
第2圖顯示一替選之實施例，其輸出頻率之可規劃性被納入而改善振盪器之精確性與溫度特徵。一溫度監測電路20與一溫度控制電路進一步提供一輸入至一VCO控制電路24。一第一暫存器26儲存被選用之振盪器頻率偏置設定。一第二暫存器28儲存一溫度補償設定。VCO控制電路24接收來自第一與第二暫存器26，28之值。
第二振盪器14為一電壓控制式振盪器(VCO)或數位控制式振盪器，其允許振盪器頻率藉由改善一控制電壓或數位控制值被修改。輸出時鐘頻率之對應的改善以第二振盪器14之頻率改變而發生，原因在於輸出時鐘頻率係等於該等二振盪器間之差。
當在製造時之一特定輸出時鐘頻率為所欲的時，其可藉由對如電壓或數位之各種控制值測量輸出時鐘頻率而被設定。在下一個步驟，該所欲之輸出頻率被規劃且可被儲存於一暫存器中。
在基體上納入一溫度監測與控制電路20，22下，溫度之影響可被消除。使用內建於基體之二極體或其他半導體裝置或測溫度為相當習知的。基體之被感測的溫度對溫度控制電路提供一控制值。典型而言，此以線性方式對控制值bjy之線性改變反應，但可能為非線性的，此在若溫度監測為非線性或VCO控制為非線性的時依系統要求而定。藉由測量在一第二溫度之輸出時鐘頻率，一第二暫存器可被規劃或被調整至輸出頻率媒配所欲之頻率為止。此第二暫存器提供輸出時鐘頻率之溫度補償。
第3圖顯示一替選之實施例。該等第一與第二振盪器12，14二者均可為接收VCO控制電路24之輸出的VCO。此提供被用以為輸出時鐘頻率產生差異頻率之振盪器的對稱設計。藉由媒配VCO之設計，因處理變異所致之頻率改變將可追蹤。為維持VCO之偏置，VCO要求對其二者之控制的對稱應用。
為了說明，若第一振盪器12可在頻率F1A與F1B間調整(此處F1A<F1B)，及第一振盪器14可在頻率F2A與F2B間調整(此處F2A<F2B，且F1A<F1B<F2A<F2B)，則就控制值之一極端值，第一振盪器12會在頻率F1A操作及第二振盪器14會在頻率F2B操作，得到在輸出之差異頻率F2B－F1A的最大值。在控制值之另一極端值，第一振盪器12會在頻率F1B操作及第二振盪器14會在頻率F2A操作，得到在輸出之差異頻率F2A－F1B的最小值。對稱設計會以連續之方式媒配第一振盪器12之改變量與第二振盪器14者。
第4圖為一替選實施例。一輸入信號被添加至VCO控制電路24。該輸入信號可為一調變源，而在信號Vin被呈現之資料將調變其載波頻率，如頻率移位鍵法(FSK)之一簡單形式。在其輸出，該輸出時鐘現在為具有在該載波頂端之被調變的一FSK信號之載波頻率。
10．．．實施例
12．．．振盪器
12A．．．第一諧振器
14．．．振盪器
14A．．．第二諧振器
16．．．混頻器
18．．．低通濾波器
20．．．溫度監測
22．．．溫度控制電路
24．．．VCO控制電路
26．．．第一暫存器
28．．．第二暫存器
第1圖為本發明之一實施例。
第2圖為本發明之一實施例。
第3圖為本發明之一實施例。
第4圖為本發明之一實施例。
10．．．實施例
12．．．振盪器
12A．．．第一諧振器
14．．．振盪器
14A．．．第二諧振器
16．．．混頻器
18．．．低通濾波器

Claims (16)

  1. 一種時鐘(clock)產生電路，其包含：一第一振盪器，包括一具有一第一諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；一第二振盪器，包括一具有一第二諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；其中該第一與第二諧振頻率以一差異頻率分離；一混頻器，接收該每一個振盪器輸出，產生一混頻器輸出信號；一低通濾波器，接收該混頻器輸出信號，產生一時鐘信號，其與該差異頻率成比例；一第一暫存器，儲存一較佳的振盪器設定；以及一第二暫存器，儲存一溫度補償設定；該第一與第二振盪器之一者可藉由該較佳的振盪器設定而調整，以及該第一與第二振盪器之該者可藉由該溫度補償設定而調整。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之時鐘產生電路，其中該等諧振器為由包括薄膜體聲波諧振器的一群組中被選用。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之時鐘產生電路，進一步包含一基體，其集積該等第一與第二振盪器、混頻器與低通濾波器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之時鐘產生電路，其中該等第一與第二振盪器的另一者藉由該較佳的振盪器設定與該溫度補償設定之至少一者而可調整。
  5. 如申請專利範圍第4所述之時鐘產生電路，其中該等第一與第二振盪器之一者藉由一調變源而可調整。
  6. 一種時鐘產生裝置，其包含：一基體(substrate)；以及一時鐘產生電路，鄰近於該基體被定位，其包括：一第一振盪器，包括一具有一第一諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；一第二振盪器，包括一具有一第二諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；其中該第一與第二諧振頻率以一差異頻率分離；一混頻器，接收該每一個振盪器輸出，產生一混頻器輸出信號；一低通濾波器，接收該混頻器輸出信號，產生一時鐘信號，其與該差異頻率成比例；一第一暫存器，儲存一較佳的振盪器設定；以及一第二暫存器，儲存一溫度補償設定；該第一與第二振盪器之一者可藉由該較佳的振盪器設定而調整，以及該第一與第二振盪器之該者可藉由該溫度補償設定而調整。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該時鐘產生電路在該基體中以單片式被集積。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該時鐘產生電路使用 正反器技術被附接至該基體。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該時鐘產生電路使用模堆疊技術被附接至該基體。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該時鐘產生電路使用一共同導框(common leadframe)與該基體相鄰。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該等第一與第二振盪器的另一者藉由該振盪器設定與該溫度補償設定之至少一者而可調整。
  12. 如申請專利範圍第11所述之裝置，其中該等第一與第二振盪器之一者藉由一調變源而可調整。
  13. 一種時鐘產生電路，其包含：一第一振盪器，包括一具有一第一諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；一第二振盪器，包括一具有一第二諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；其中該第一與第二諧振頻率以一差異頻率分離；一混頻器，接收該每一個振盪器輸出，產生一混頻器輸出信號；一低通濾波器，接收該混頻器輸出信號，產生一時鐘信號，其與該差異頻率成比例；一第一暫存器，儲存一較佳的振盪器設定；以及該第一與第二振盪器之一者可藉由該較佳的振盪器設定而調整， 其中該較佳的振盪器設定包含一經選定的振盪器頻率偏移設定。
  14. 一種時鐘產生電路，其包含：一第一振盪器，包括一具有一第一諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；一第二振盪器，包括一具有一第二諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；其中該第一與第二諧振頻率以一差異頻率分離；一混頻器，接收該每一個振盪器輸出，產生一混頻器輸出信號；一低通濾波器，接收該混頻器輸出信號，產生一時鐘信號，其與該差異頻率成比例；一第一暫存器，儲存一較佳的振盪器設定；以及該第一與第二振盪器之一者可藉由該較佳的振盪器設定而調整，其中該第一與第二振盪器之至少一者係一電壓控制振盪器VCO，且其中該第一與第二諧振頻率之至少一者可藉由該較佳的振盪器設定而調整以致使該差異頻率成為一經選定的值。
  15. 一種時鐘產生裝置，其包含：一基體；以及一時鐘產生電路，鄰近於該基體被定位，其包括：一第一振盪器，包括一具有一第一諧振頻率之諧振 器，具有一振盪器輸出；一第二振盪器，包括一具有一第二諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；其中該第一與第二諧振頻率以一差異頻率分離；一混頻器，接收該每一個振盪器輸出，產生一混頻器輸出信號；一低通濾波器，接收該混頻器輸出信號，產生一時鐘信號，其與該差異頻率成比例；一第一暫存器，儲存一較佳的振盪器設定；以及該第一與第二振盪器之一者可藉由該較佳的振盪器設定而調整，其中該較佳的振盪器設定包含一經選定的振盪器頻率偏移設定。
  16. 一種時鐘產生裝置，其包含：一基體；以及一時鐘產生電路，鄰近於該基體被定位，其包括：一第一振盪器，包括一具有一第一諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；一第二振盪器，包括一具有一第二諧振頻率之諧振器，具有一振盪器輸出；其中該第一與第二諧振頻率以一差異頻率分離；一混頻器，接收該每一個振盪器輸出，產生一混頻器輸出信號； 一低通濾波器，接收該混頻器輸出信號，產生一時鐘信號，其與該差異頻率成比例；一第一暫存器，儲存一較佳的振盪器設定；以及該第一與第二振盪器之一者可藉由該較佳的振盪器設定而調整，其中該第一與第二振盪器之至少一者係一電壓控制振盪器VCO，且其中該第一與第二諧振頻率之至少一者可藉由該較佳的振盪器設定而調整以致使該差異頻率成為一經選定的值。
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