具有自動振幅控制的低功率晶體振蕩器制造技術

本公開涉及具有自動振幅控制的低功率晶體振蕩器。低功率晶體振蕩器電路具有高功率部分和低功率部分。使用高功率部分初始化晶體振蕩。自動振幅控制電路包括電流減法器，當晶體振蕩的振幅增大時，該減法器減小高功率部分中的電流。電流限制電路可以限制低功率部分中的電流，以便進一步降低低功率晶體振蕩器電路的功耗。另外，自動振幅檢測電路可以在晶體振蕩的振幅達到預定水平之后關斷高功率部分以進一步降低低功率晶體振蕩電路的功耗，并且可以在晶體振蕩振幅達到第二預定水平之后重新接通高功率部分以維持晶體振蕩。通高功率部分以維持晶體振蕩。通高功率部分以維持晶體振蕩。

【技術實現步驟摘要】
具有自動振幅控制的低功率晶體振蕩器


[0001]本公開涉及一種驅動輸出振蕩信號的晶體的電路，并且特別地，涉及一種在長期操作期間具有低功耗同時輸出穩定頻率的晶體電路。

技術介紹

[0002]本公開涉及在其中具有低功耗是優先考慮的應用中被使用的晶體振蕩器電路裝置。例如，一些設備是電池供電的，并且可能會長時間被放置在遠程位置。即使在睡眠模式下，晶體振蕩器通常也會為那些在睡眠模式下操作的少數電路輸出穩定的頻率。
[0003]晶體振蕩器通過通常包括電阻器、電容器和晶體管的諧波電路來激勵晶體進行操作。一些電路也被構造以提供負電阻，而其他電路則基于不同的原理進行操作。對于那些使用負電阻的，它是通過晶體管的跨導而被建立的。跨導越大，晶體振蕩器操作得越穩定。然而，跨導越大，晶體管消耗的電流也越大，并且振蕩電路消耗的功率也越大。
[0004]為了降低功耗，需要低跨導以穩定地操作晶體振蕩器。然而，隨著功耗的降低，對錯誤的容忍度也越來越小，并且電路更容易出現故障。

技術實現思路

[0005]根據當前公開的低功率晶體振蕩器電路包括與電阻器電耦合的晶體、第一電容器和第二電容器，以及形成振蕩器的第一晶體管。該晶體還電耦合至第一組電流鏡晶體管和第二組電流鏡晶體管。第一組電流鏡晶體管中的第一晶體管接收具有相對高幅度的電流。第一組電流鏡晶體管中的第二晶體管向第一晶體管提供具有相對高幅度的電流的放大版本，以開始振蕩和維持晶體。第二組電流鏡晶體管中的第一晶體管接收具有相對低幅度的電流。第二組電流鏡晶體管中的第二晶體管向第一晶體管提供具有相對低幅度的電流的放大版本，以維持晶體的振蕩。
[0006]第二組電流鏡晶體管中的第三晶體管被配置為從第一組電流鏡晶體管中的第一晶體管中減去電流，這減少了在第一組電流鏡晶體管中的第二晶體管中流動的電流。第二組電流鏡晶體管中的第三晶體管最初用非常小(可忽略)的電流進行偏置。第二組電流鏡晶體管的第三晶體管的柵極端子電耦合至晶體的輸入端子或輸出端子。隨著振幅開始增大，流經第二組電流鏡晶體管中的第三晶體管的電流增大，這減少了第一組電流鏡晶體管中的電流。在振幅增大的同時，第二組電流鏡晶體管中的第二晶體管提供附加跨導以維持晶體的振蕩。
[0007]電流限制電路可以限制由第二組電流鏡晶體管提供的電流以驅動晶體。例如，電流限制電路可以包括第三組電流鏡晶體管。第三組電流鏡晶體管中的第一晶體管接收具有相對低幅度的電流。第三組電流鏡晶體管中的第二晶體管向第二組晶體管中的第二晶體管提供具有相對低幅度的電流的放大版本，這向第一晶體管提供電流以維持晶體的振蕩。因此，如果晶體輸入端子處的電壓變大，則第二組晶體管中的第二晶體管不會引起正反饋。另外，在實現晶體的穩定振蕩之后，自動幅度檢測電路可以使第一組電流鏡晶體管中的第二
晶體管停止向驅動晶體振蕩的第一晶體管提供具有相對高幅度的電流的放大版本，以進一步降低功耗。
附圖說明
[0008]圖1示出了晶體振蕩器電路。
[0009]圖2示出了根據本公開的第一實施例的低功率晶體振蕩器電路。
[0010]圖3示出了根據本公開的第二實施例的低功率晶體振蕩器電路。
[0011]圖4A和圖4B示出了根據本專利技術第二實施例的另一種低功率晶體振蕩電路。
[0012]圖5A
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圖5F是圖4A和圖4B中所示的低功率晶體振蕩器電路的各種操作參數。
[0013]圖6A和圖6B示出了根據本公開的第三實施例的低功率晶體振蕩器電路。
具體實施方式
[0014]圖1示出了當前眾所周知的具有晶體12的晶體振蕩器電路10，晶體12具有輸入端子XTALIN和輸出端子XTALOUT。電路包括電耦合至電流鏡晶體管20的端子的電流源18，電流鏡晶體管20電耦合至第二電流鏡晶體管22。第二電流鏡晶體管22提供是電流源18的倍數的電流以驅動晶體管24。電阻器26與晶體12并聯電耦合。第一電容器28電耦合在晶體12和地或低電源16之間。第二電容器30電耦合在晶體和地之間。
[0015]為了使晶體振蕩器電路10工作，必須提供必要的負電阻以補償晶體12的等效串聯電阻(equivalent series resistance，ESR)。為了保證足夠高的負電阻，跨導必須足夠大，這需要很大的偏置電流。雖然僅在振蕩頻率處才需要負電阻，但晶體振蕩器電路10在DC條件下被偏置，使得即使在直流(DC)處也具有負電阻。
[0016]晶體管24提供跨導以開始和維持晶體的振蕩。電阻器26是偏置電阻器。第一電容器28和第二電容器30提供諧波共振以維持晶體振蕩。在晶體輸出端子XTALOUT處測量輸出信號。為了維持晶體振蕩，必須操作晶體管24以提供負電阻。跨導值越高，振蕩電路操作得越穩定。存在晶體振蕩器穩定的跨導的最小可接受值。然而，跨導值越高，對電流晶體管24的要求就越高，從而導致更高的功耗。
[0017]本公開旨在提供一種振蕩電路，其可以在不增大電流消耗的情況下增大跨導的有效值。
[0018]圖2示出了根據本公開的第一實施例的低功率晶體振蕩器電路210。低功率晶體振蕩器電路210包括具有輸入端子XTALIN和輸出端子XTALOUT的晶體212、高電源214、低電源216、電流源218、電流鏡晶體管220、電流鏡晶體管222、晶體管224、與晶體212并聯電耦合的偏置電阻器226、電容器228和電容器230。
[0019]電流鏡晶體管220具有第一端子、第二端子和柵極端子，其中晶體管220的第一端子電耦合至高電源214，晶體管220的第二端子電耦合至電流源218，并且晶體管220的柵極端子電耦合至晶體管220的第二端子。電流源218將確保由電流源218提供的選定電流經過電流鏡晶體管220。在一個實施例中，電流源218提供1.0nA的電流。
[0020]電流鏡晶體管222具有第一端子、第二端子和柵極端子，其中晶體管222的第一端子電耦合至高電源214，晶體管222的第二端子電耦合至晶體212的輸出端子XTALOUT，并且晶體管222的柵極端子電耦合至電流鏡晶體管220的柵極端子。晶體管224具有第一端子、第
二端子和柵極端子，其中晶體管224的第一端子電耦合至晶體212的輸出端子XTALOUT，晶體管224的第二端子電耦合至低電源216，并且晶體管224的柵極端子電耦合至晶體212的輸入端子XTALIN。第一電容器228電耦合在晶體212的輸入端子XTALIN和低電源216之間。第二電容器230電耦合在晶體212的輸出端子XTALOUT和低電源216之間。第一電容器228和第二電容器230提供諧波共振以維持晶體212的振蕩。
[0021]電流鏡晶體管222向晶體212的輸出端子XTALOUT提供是電流源218的倍數的電流，以便驅動晶體管224。基于晶體管222的W/L與晶體管220的W/L的比率，經過電流鏡晶體管222的電流量從通過電流源218的電流被放大。通過使晶體管222的W/L大于晶體管220的W/L，被用來驅動本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種低功率晶體振蕩電路，包括：晶體；高電源；低電源；第一電容器，具有耦合至所述晶體的第一端子；第二電容器，具有耦合至所述晶體的第一端子；第一電流鏡晶體管，具有耦合至所述高電源的第一端子以及耦合至柵極端子的第二端子，所述第一電流鏡晶體管具有第一寬長比的溝道；第一電流源，被配置為輸出第一值的電流，所述第一電流源具有耦合至所述第一電流鏡晶體管的所述第二端子的第一端子；第二電流鏡晶體管，具有耦合至所述高電源的第一端子、耦合至所述第一電流鏡晶體管的所述柵極端子的柵極端子，以及耦合至所述晶體的第二端子，并且所述第二電流鏡晶體管具有比所述第一寬長比大X倍的第二寬長比；第三電流鏡晶體管，具有耦合至所述高電源的第一端子以及耦合至所述第三電流鏡晶體管的柵極端子的第二端子，所述第三電流鏡晶體管具有第三寬長比；第二電流源，被配置為輸出第二值的電流，所述第二電流源具有耦合至所述第三電流鏡晶體管的所述第二端子的第一端子；第四電流鏡晶體管，具有耦合所述至高電源的第一端子、耦合至所述第三電流鏡晶體管的所述柵極端子的柵極端子，以及耦合至所述第二電流鏡晶體管的所述第二端子的第二端子，所述第四電流鏡晶體管具有比所述第三寬長比大Y倍的第四寬長比；以及第五電流鏡晶體管，具有耦合至所述高電源的第一端子、耦合至所述第三電流鏡晶體管的所述柵極端子和所述第四電流鏡晶體管的所述柵極端子的柵極端子，以及耦合至所述第一電流鏡晶體管的所述第二端子的第二端子，所述第五電流鏡晶體管具有比所述第三寬長比小Z倍的第五寬長比，并且所述第三電流鏡晶體管的所述柵極端子、所述第四電流鏡晶體管的所述柵極端子和所述第五電流鏡晶體管的所述柵極端子耦合至所述晶體。2.根據權利要求1所述的低功率晶體振蕩器電路，還包括：第三電容器，具有耦合至所述晶體的所述輸入端子的第一端子以及耦合至所述第三電流鏡晶體管的所述柵極端子、所述第四電流鏡晶體管的所述柵極端子和所述第五電流鏡晶體管的所述柵極端子的第二端子，所述第一電容器具有耦合至所述低電源的第二端子，所述第二電容器具有耦合至所述低電源的第二端子，所述第二值的電流小于所述第一值的電流，所述第一電流源具有耦合至所述低電源的第二端子，所述第二電流源具有耦合至所述低電源的第二端子。3.根據權利要求1所述的低功率晶體振蕩器電路，還包括：電流限制電路，耦合在所述高電源和所述第四電流鏡晶體管的所述第一端子之間，所述電流限制電路將從所述高電源流向所述第四電流鏡晶體管的所述第一端子的電流限制為第三值，所述第三值的電流小于所述第一值的電流。4.根據權利要求1所述的低功率晶體振蕩器電路，其中X大于200。5.根據權利要求1所述的低功率晶體振蕩器電路，其中Y大于2。6.根據權利要求5所述的低功率晶體振蕩器電路，其中Z大于3。
7.一種低功率晶體振蕩電路，包括晶體，具有輸入端子和輸出端子；高電源；低電源；第一電容器，耦合至所述晶體的輸入端子；第二電容器，耦合至所述晶體的輸出端子；第一電流鏡晶體管，耦合至所述高電源；第一電流源，被配置為輸出第一值的電流，所述第一電流源耦合至所述第一電流鏡晶體管；第二電流鏡晶體管，耦合至所述高電源、所述第一電流鏡晶體管；第三電流鏡晶體管，耦合至所述高電源；第二電流源，被配置為輸出小于所述第一值的第二值的電流，所述第二電流源耦合至所述第三電流鏡晶體管；第四電流鏡晶體管，耦合至所述第三電流鏡晶體管和所述第二電流鏡晶體管；以及第五電流鏡晶體管，耦合至所述高電源、所述第三電流鏡晶體管、所述第四電流鏡晶體管以及所述第一電流鏡晶體管。8.根據權利要求7所述的低功率晶體振蕩器電路，還包括：第三電容器，耦合至所述晶體的所述輸入端子，并且耦合至所述第三電流鏡晶體管的所述柵極端子、所述第四電流鏡晶體管的所述柵極端子和所述第五電流鏡晶體管的所述柵極端子，所述第三電流鏡晶體管的所述柵極端子、所述第四電流鏡晶體管的所述柵極端子和所述第五電流鏡晶體管的所述柵極端子耦合至所述晶體的所述輸入端子；以及第六電流鏡晶體管，耦合至所述高電源；第三電流源，輸出小于所述第一值的第三值的電流，所述第三電流源耦合至所述第六電流鏡晶體管；以及第七電流鏡晶體管，耦合至所述高電源，柵極端子耦合至所述第六電流鏡...

【專利技術屬性】
技術研發人員：N，
申請(專利權)人：意法半導體國際有限公司，
類型：發明
國別省市：