具有包括振荡检测和幅度控制回路的数字自动增益控制的集成电路晶体振荡器制造技术

本发明专利技术涉及一种晶体振荡器，所述晶体振荡器耦合到具有振荡检测和幅度控制回路的数字自动增益控制(AGC)。所述振荡检测回路可增加所述振荡器晶体管的跨导(gm)，直到检测到来自其的振荡。然后所述幅度控制回路检测来自所述晶体振荡器的振荡的所述幅度，将这些幅度与高电压基准和低电压基准进行比较并生成数字信号，从而得到振荡器放大器的临界跨导(gm)并控制所述gm以保持来自其的恒定的振荡波形幅度。向上/向下计数器根据其更新时钟速率来定义伺服控制回路带宽/更新速率。当所述控制回路带宽小于所述晶体振荡器的振荡包络为振荡而增长所需的启动时间时，即实现了回路稳定性。还可提供振荡器故障检测器。

Integrated Circuit Crystal Oscillator with Digital Automatic Gain Control Including Oscillation Detection and Amplitude Control Loops

The present invention relates to a crystal oscillator coupled to digital automatic gain control (AGC) with oscillation detection and amplitude control loops. The oscillation detection loop can increase the transconductance (gm) of the oscillator transistor until an oscillation from the oscillator transistor is detected. The amplitude control loop then detects the amplitudes of the oscillations from the crystal oscillator, compares these amplitudes with the high voltage reference and the low voltage reference, and generates a digital signal, thereby obtaining the critical transconductance (gm) of the oscillator amplifier and controlling the GM to maintain a constant oscillation waveform amplitude from the crystal oscillator. The up/down counter defines the bandwidth/update rate of the servo control loop according to its update clock rate. When the bandwidth of the control loop is less than the starting time required for the oscillation envelope of the crystal oscillator to increase for oscillation, the loop stability is realized. The oscillator fault detector can also be provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有包括振荡检测和幅度控制回路的数字自动增益控制的集成电路晶体振荡器相关专利申请本专利申请要求于2016年6月30日提交的共同拥有的美国临时专利申请No.62/357,199的优先权；该临时专利申请据此以引用方式并入本文以用于所有目的。
本公开涉及晶体振荡器，并且具体地讲，涉及具有数字自动增益控制(AGC)伺服回路电路的晶体振荡器，以用于为振荡设备和振荡器故障检测器提供最佳操作跨导。
技术介绍
电子振荡器通常包括谐振电路，该谐振电路产生给定频率的周期性时变电信号，谐振电路的周期的倒数决定其频率。例如，电信号可用于通过对多个信号振荡进行计数来跟踪时间的流逝。普通电子振荡器采用石英晶体作为其谐振元件，但也可使用其他类型的压电材料(例如，多晶陶瓷)。电子振荡器已被用于为许多电子设备生成时钟信号。电子振荡器是射频(RF)和电子设备的重要部件。如今，产品设计工程师通常不会设计振荡器，因为设备上提供了振荡器电路。然而，由于与电子振荡器一起使用的模拟AGC回路，大多数电流电子振荡器都存在问题。例如，当施加初始种子电流时，模拟AGC可导致AGC回路不稳定和/或振荡器的不正确启动。
技术实现思路
期望具有用于AGC的系统和方法，以用于控制解决上文所述问题的晶体振荡器的gm。根据一个实施方案，用于操作集成电路的晶体振荡器的方法可包括以下步骤：使用与晶体振荡器耦合的数字自动增益控制(AGC)电路来监测晶体振荡器的操作并控制晶体振荡器的振荡幅度，该数字AGC电路包括具有振荡检测器的第一回路和具有振荡幅度检测器的第二回路；增加晶体振荡器的增益直到来自其的振荡可被第一回路检测到，以及使用第二回路将振荡保持在高基准值和低基准值之间的幅度处。根据该方法的另外的实施方案，检测晶体振荡器的振荡的步骤可包括对来自晶体振荡器的多个频率循环进行计数，以及当频率循环的数量达到一定数量的计数时设置振荡检测锁存器的步骤。根据该方法的另外的实施方案可包括以下步骤：生成独立更新时钟脉冲；以及如果尚未设置振荡检测锁存器，则在每个更新时钟脉冲处增加晶体振荡器的跨导放大器的增益。根据该方法的另外的实施方案，将振荡幅度保持在高基准值和低基准值之间的步骤可包括以下步骤：将来自振荡幅度检测器的输出与高基准值和低基准值进行比较；如果来自振荡幅度检测器的输出可小于低基准值，则在每个更新时钟脉冲处增加跨导放大器增益，并且如果来自振荡幅度检测器的输出可等于或大于高基准值，则在每个更新时钟脉冲处减少跨导放大器增益。根据该方法的另外的实施方案，可通过增加跨导放大器上的电流来增加跨导放大器增益。根据该方法的另外的实施方案可包括当振荡检测器在一定时间段内未检测到来自晶体振荡器的振荡时生成晶体振荡器故障警报的步骤。根据该方法的另外的实施方案，高基准值可比晶体振荡器的晶体管的DC偏置点高约300毫伏，并且低基准值可比晶体管的DC偏置点高约100毫伏。根据该方法的另外的实施方案可包括提供高基准值和低基准值的步骤，该高基准值和低基准值使用复制电路来跟踪跨导放大器的功率、电压和温度特性。根据该方法的另外的实施方案可包括检测振荡器故障并提供其警报的步骤。根据另一个实施方案，集成电路可包括：晶体振荡器电路；以及与晶体振荡器电路耦合的数字自动增益控制(AGC)电路，该AGC电路包括具有振荡检测器的第一回路和具有振荡幅度检测器的第二回路；其中第一回路可适于增加晶体振荡器电路的增益直到可检测到来自其的振荡幅度，并且此后第二回路可适于将振荡幅度保持在高幅度值和低幅度值之间。根据另外的实施方案，晶体振荡器电路可包括：适于耦合到外部晶体的跨导放大器；和耦合到跨导放大器并控制跨导放大器的跨导增益的可编程电流源。根据另外的实施方案，第一回路可在检测到来自晶体振荡器电路的振荡之前以更新间隔控制可编程电流源；并且第二回路在检测到来自晶体振荡器电路的振荡之后以更新间隔控制可编程电流源。根据另外的实施方案，第一回路可包括：振荡检测器、耦合到振荡检测器并当可检测到振荡时改变逻辑状态的存储器锁存器，以及耦合到可编程电流源并控制可编程电流源的向上/向下计数器；第二回路可包括：具有耦合到跨导放大器的输入和表示振荡幅度的输出的振荡幅度检测器、向上/向下计数器；以及耦合在振荡幅度检测器和向上/向下计数器之间的振荡幅度控制器，其中：如果振荡幅度可小于低幅度值，则向上/向下计数器以更新间隔递增其中的计数值，并且如果振荡幅度可等于或大于高幅度值，则向上/向下计数器以更新间隔递减其中的计数值。根据另外的实施方案，高幅度值可比跨导放大器的DC偏置点高约300毫伏，并且低幅度值可比跨导放大器的DC偏置点高约100毫伏。根据另外的实施方案，复制电路可适于提供高幅度值和低幅度值，该高幅度值和低幅度值跟踪跨导放大器的功率、电压和温度特性。根据另外的实施方案，向上/向下计数器的计数值和/或振荡检测电路可以是可编程的。根据另外的实施方案，向上/向下计数器可适于在集成电路中发生上电复位时复位。根据另外的实施方案，计时器、振荡检测电路、锁存器和/或向上/向下计数器在集成电路中的复位条件下可以是可复位的。根据另外的实施方案，可提供振荡器故障警报电路。根据另外的实施方案，集成电路可以是微控制器。附图说明通过参考以下结合附图的描述，可以获得对本公开的更完整的理解，其中：图1示出了根据本公开的特定示例性实施方案的具有包括振荡检测和幅度控制回路的数字自动增益控制(AGC)的集成电路晶体振荡器的示意性框图；图1A示出了根据本公开的一个特定示例性实施方案的具有包括振荡检测和幅度控制回路的数字自动增益控制(AGC)的集成电路晶体振荡器的更详细的示意性框图；图2示出了根据本公开的一个特定示例性实施方案的具有包括振荡检测和幅度控制回路的数字AGC的集成电路晶体振荡器的更详细的示意图；图3示出了根据本公开的一个特定示例性实施方案的晶体驱动器电路的复制电路的示意图；以及图4示出了根据本公开的特定示例性实施方案的晶体振荡器与数字AGC组合的操作的图形表示。虽然本公开易受各种修改形式和替代形式的影响，但是其特定示例性实施方案已经在附图中示出并且在本文中详细描述。然而，应当理解，本文对特定示例性实施方案的描述并非旨在将本公开限于本文所公开的形式。具体实施方式根据各种实施方案，数字自动增益控制(AGC)具有第一控制回路和第二控制回路。第一回路可增加振荡器晶体管的跨导(gm)，直到检测到来自其的振荡。然后第二回路检测来自晶体振荡器的振荡的幅度，将这些幅度与高电压基准和低电压基准进行比较并生成数字信号，从而得到振荡器晶体管的临界跨导(gm)并控制该晶体管跨导(gm)以保持来自其的恒定的振荡波形幅度。向上/向下计数器根据其时钟速率来定义伺服控制回路带宽/更新速率，并且只要伺服回路带宽约小于晶体振荡器的Tau(τ)＝10*Lm/R_eff，该伺服回路就不存在任何稳定性问题。跨导是双极晶体管或场效应晶体管(FET)性能的表现。一般来讲，当所有其他因素保持不变时，设备的跨导数值越大，其可提供的增益(放大)越大。根据本公开的一个方面，提供了集成电路。集成电路包括与外部晶体耦合的振荡器电路。集成电路包括与振荡器电路耦合的数字自动增益控制(AGC)电路。数字AGC电路包括提供振荡检测器的第一回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作集成电路的晶体振荡器的方法，所述方法包括以下步骤：使用与所述晶体振荡器耦合的数字自动增益控制(AGC)电路来监测晶体振荡器的操作并控制所述晶体振荡器的振荡幅度，所述数字AGC电路包括具有振荡检测器的第一回路和具有振荡幅度检测器的第二回路；增加所述晶体振荡器的增益直到来自其的振荡被所述第一回路检测到，以及使用所述第二回路将所述振荡保持在高基准值和低基准值之间的幅度处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 US 62/357,199;2017.06.27 US 15/634,8811.一种用于操作集成电路的晶体振荡器的方法，所述方法包括以下步骤：使用与所述晶体振荡器耦合的数字自动增益控制(AGC)电路来监测晶体振荡器的操作并控制所述晶体振荡器的振荡幅度，所述数字AGC电路包括具有振荡检测器的第一回路和具有振荡幅度检测器的第二回路；增加所述晶体振荡器的增益直到来自其的振荡被所述第一回路检测到，以及使用所述第二回路将所述振荡保持在高基准值和低基准值之间的幅度处。2.根据权利要求1或5至9中任一项所述的方法，其中检测所述晶体振荡器的振荡的步骤包括对来自所述晶体振荡器的多个频率循环进行计数，以及当所述频率循环的数量达到一定数量的计数时设置振荡检测锁存器的步骤。3.根据权利要求2或4中任一项所述的方法，还包括以下步骤：生成独立更新时钟脉冲；以及如果尚未设置所述振荡检测锁存器，则在每个更新时钟脉冲处增加所述晶体振荡器的跨导放大器的增益。4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中将所述振荡幅度保持在所述高基准值和所述低基准值之间的步骤包括以下步骤：将来自所述振荡幅度检测器的输出与所述高基准值和所述低基准值进行比较；如果来自所述振荡幅度检测器的所述输出小于所述低基准值，则在每个更新时钟脉冲处增加所述跨导放大器增益，并且如果来自所述振荡幅度检测器的所述输出等于或大于所述高基准值，则在每个更新时钟脉冲处减少所述跨导放大器增益。5.根据权利要求2或6至9中任一项所述的方法，其中通过增加所述跨导放大器上的电流来增加所述跨导放大器增益。6.根据权利要求2、5或7至9中任一项所述的方法，还包括当所述振荡检测器在一定时间段内未检测到来自所述晶体振荡器的振荡时生成晶体振荡器故障警报的步骤。7.根据权利要求2、5至6或8至9中任一项所述的方法，其中所述高基准值比所述晶体振荡器的晶体管的DC偏置点高约300毫伏，并且所述低基准值比所述晶体管的所述DC偏置点高约100毫伏。8.根据权利要求2、5至7或9中任一项所述的方法，还包括提供所述高基准值和所述低基准值的步骤，所述高基准值和所述低基准值使用复制电路来跟踪所述跨导放大器的功率、电压和温度特性。9.根据权利要求2或5至8中任一项所述的方法，还包括检测振荡器故障并提供其警报的步骤。10.一种集成电路，包括：晶体振荡器电路；以及与所述晶体振荡器电路耦合的数字自动增益控制(AGC)电路，所述AGC电路包括具有振荡检测器的第一回路和具有振荡幅度检测器的第二回路；其中所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·库马尔，杨贤秀，李青，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US