晶体振荡器电路制造技术

公开了一种方法和晶体振荡器电路，用于使供电电压与晶体的驱动电平匹配。所述晶体振荡器电路基于还包括电容器Cd的皮尔斯振荡器电路。所述电容器Cd与负载电容器一起用作电容分压器，并且可以选择该电容器的电容以降低供电电压以匹配晶体振荡器的驱动电平，而不影响晶体的振荡余量。

Crystal oscillator circuit

A method and a crystal oscillator circuit are disclosed for matching the supply voltage with the driving level of the crystal. The crystal oscillator circuit is based on a Pierce oscillator circuit including a capacitor Cd. The capacitor Cd is used as a capacitor voltage divider together with the load capacitor, and the capacitance of the capacitor can be selected to reduce the supply voltage to match the driving level of the crystal oscillator without affecting the crystal oscillation margin.

【技术实现步骤摘要】
晶体振荡器电路
本文的实施例涉及晶体振荡器电路。特别地，本文的实施例涉及将用于放大器的供电电压与该晶体振荡器电路中的石英晶体的驱动电平(drivelevel)匹配，以及包括该晶体振荡器电路的电子设备。
技术介绍
晶体振荡器电路包括具有放大器或增益元件和晶体的反馈网络。历史上这两个构件都是由专门从事频率控制产品的公司设计和制造的。然而，随着独立公司设计和制造晶体和放大器，这种模式已经发生了变化。这就在匹配放大器或增益元件与晶体方面产生了问题。具有良好功能的晶体振荡器的一个重要因素是放大器的供电电压应至少大致匹配石英晶体的驱动电平，否则晶体将会在达到目标频率方面有问题并经历加速老化。在现有技术中解释了不同的解决方案，以使供电电压与晶体的驱动电平相匹配，并且供应商经常推荐的解决方案是使用所谓的皮尔斯(Pierce)振荡器电路，其中增加了阻尼电阻器。阻尼电阻确实会阻尼晶体的供电电压。然而，它也会影响晶体的振荡能力。即，振荡余量(oscillationmargin)将减小，并且在某些情况下意味着晶体根本不会开始振荡。
技术实现思路
鉴于上述情况，本文的实施例的目的是提供一种用于使供电电压与晶体振荡器电路中的晶体的驱动电平匹配的技术。根据本文实施例的一个方面，该目的通过一种晶体振荡器电路实现。所述晶体振荡器电路包括：具有输入和输出的反相放大器；以及具有连接到反相放大器的输入的第一端和连接到反相放大器的输出的第二端的反馈电阻器。晶体振荡器电路还包括：具有第一端和第二端的石英晶体；连接在石英晶体的第一端和信号地之间的第一负载电容器；连接在石英晶体的第二端和信号地之间的第二负载电容器。晶体振荡器电路还包括连接在反馈电阻器的第二端和石英晶体的第二端之间的第三电容器。根据等式选择第三电容器的电容Cd，其中CL是第一和第二负载电容器的等效电容，k是阻尼因子。以这种方式，到反相放大器的供电电压以阻尼因子k在石英晶体的第二端处被衰减，并因此与石英晶体的驱动电平相匹配。根据本文实施例的一个方面，通过使用上述用于将反相放大器的供电电压与石英晶体的驱动电平相匹配的晶体振荡器电路来实现该目的。根据本文实施例的一个方面，该目的通过一种用于将反相放大器的供电电压与晶体振荡器电路中的石英晶体的驱动电平匹配的方法来实现。晶体振荡器电路包括：具有输入和输出的反相放大器；以及具有连接到反相放大器的输入的第一端和连接到反相放大器的输出的第二端的反馈电阻器。晶体振荡器电路还包括：具有第一端和第二端的石英晶体；连接在石英晶体的第一端和信号地之间的第一负载电容器；连接在石英晶体的第二端和信号地之间的第二负载电容器。该方法包括在反馈电阻器的第二端和石英晶体的第二端之间连接第三电容器，并根据等式选择第三电容器的电容Cd，其中CL是第一和第二负载电容器的等效电容，k是阻尼因子。以这种方式，反相放大器的供电电压在石英晶体的第二端以阻尼因子k被衰减，以与石英晶体的驱动电平相匹配。用于使供电电压与晶体振荡器电路中的晶体的驱动电平匹配的技术基于进一步包括电容器Cd的皮尔斯振荡器电路。电容器Cd与负载电容器一起用作电容分压器，并且可以选择该电容器的电容以降低供电电压以匹配晶体振荡器的驱动电平而不影响晶体的振荡余量。当需要以2或更大的因子降低晶体的驱动电平时，根据本文实施例的晶体振荡器电路特别有用。也就是说，失配(mismatch)非常大并且意味着使用现有技术中描述的替代方法将需要很大电阻。根据本文实施例的匹配方法特别适合于但不限于以下情况：·采用物理上小的石英晶体的振荡器电路，其中要求低驱动电平，典型地<400uW；·具有高供电电压(例如大于1.5V)的振荡器电路；·使用具有高电压增益的反相放大器的振荡器电路，例如具有轨到轨摆动的方波输出电压的缓冲逆变器；·振荡器电路，其中减小石英晶体负载电容CL会导致不可接受的频率牵引灵敏度；·振荡器电路，其中增加阻尼电阻器会导致严重减小的振荡余量，例如当石英晶体的并联电容很高，典型地大于1pF，时；·振荡器电路，其中反相放大器的跨导是未知的并且因此不希望引入将减小振荡余量的额外电阻阻尼；·振荡器电路，其中增加阻尼电阻器仅对降低驱动电平有轻微影响，即所需的阻尼电阻太高。因此，本文的实施例提供了一种用于使供电电压与晶体振荡器电路中的晶体的驱动电平匹配的技术。附图说明将参考附图更详细地描述实施例的示例，其中：图1是示出根据现有技术的皮尔斯振荡器电路的示意框图；图2是示出晶体的等效电路的示意图；图3是示出晶体振荡器电路的负电阻模型的示意框图；图4是示出根据本文实施例的振荡器电路的示意框图；图5是用于匹配晶体的驱动电平的方法的流程图；以及图6是示出在其中可以实施根据本文的实施例的振荡器电路的电子设备的框图。具体实施方式作为本文开发实施例的一部分，首先将讨论和识别根据现有技术的具有阻尼电阻器的皮尔斯振荡器电路的功能、原理和一些问题。图1示出了皮尔斯振荡器电路100的简化示意图。皮尔斯振荡器电路100包括晶体Q、反馈电阻器Rf、反相器或反相放大器Inv、第一和第二负载电容器C1和C2、以及阻尼电阻器Rd，其中VDD是反相放大器Inv的供电电压，gm是反相放大器Inv的跨导增益，单位为mA/V。反馈电阻器Rf在反相放大器Inv中的晶体管的线性区域中提供偏置点，其接近VDD/2。Rf的典型值约为1MΩ。Rf可以嵌入在振荡器电路中。反馈电阻器Rf将具有逻辑门(logicgate)的反相器Inv变换为模拟放大器。选择负载电容器的值，C1和C2，使其串联组合等于CL。典型地，选择C1和C2略小于2·CL以考虑杂散电容CS。电容器类型应具有低温度系数和低容差，例如5％。其中CS是总杂散电容，主要来自逆变器的输入和输出焊盘(pad)电容。皮尔斯振荡器电路100的理想特性是杂散电容Cs1和Cs2的影响分别出现在C1和C2上，而不是出现在晶体电容C0上。图2示出了晶体的等效电路。组件Lm、Cm和Rm称为运动臂并表示晶体的机械行为。如果忽略Rm，晶体的阻抗是图3示出了晶体振荡器电路的负电阻模型，该模型可用于相对于CL和C0优化gm，以实现最大振荡余量。负电阻模型中的振荡条件是：-RNEG＝RM，即负电阻的绝对值等于运动臂的电阻；-XoSC＝XM，即无功部分(reactivepart)，即有源(active)振荡器网络的电容部分和运动臂的无功部分必须抵消。给定gm的振荡余量可以表示为电阻RS，并表示为Rs＝|RNEG|-(Rd+5Re)等式(2)其中Re是任何负载电容CL下的晶体的有效电阻，其可以定义为运动电阻Rm可以在启动时达到5Rm，因此有效电阻Re也可以达到5Re。当检查晶体振荡器电路的振荡余量时，可以添加与晶体串联的电阻并检查振荡是否停止。因此，RS对应于在振荡停止之前可以与晶体串联添加的最大电阻。负电阻，即围绕环路(loop)的增益，是gm、C1、C2和C0的函数。对于gm_min或gm_max，将出现RNEG_min。C1、C2和C0是有源网络的一部分。当C0增加时，负电阻的最大可实现绝对值下降，这可以从以下等式中看出：可以使用以下等式确定晶体的驱动电平：Px＝Re·I2任何负载电容下晶体的有效电阻为其中Rm是晶体的电阻，I是通过晶体的电流，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体振荡器电路(400)，包括：具有输入(411)和输出(412)的反相放大器(410)；具有连接到所述反相放大器(410)的所述输入的第一端(421)以及连接到所述反相放大器(410)的所述输出的第二端(422)的反馈电阻器(420)；具有第一端(431)和第二端(432)的石英晶体(430)；连接在所述石英晶体(430)的所述第一端(431)和信号地(Gnd)之间的第一负载电容器(C1)；连接在所述石英晶体(430)的所述第二端(432)和所述信号地(Gnd)之间的第二负载电容器(C2)；连接在所述反馈电阻器的所述第二端(422)和所述石英晶体(430)的所述第二端(432)之间的第三电容器(440)；其特征在于：根据等式

【技术特征摘要】
2017.11.17 EP 17202285.71.一种晶体振荡器电路(400)，包括：具有输入(411)和输出(412)的反相放大器(410)；具有连接到所述反相放大器(410)的所述输入的第一端(421)以及连接到所述反相放大器(410)的所述输出的第二端(422)的反馈电阻器(420)；具有第一端(431)和第二端(432)的石英晶体(430)；连接在所述石英晶体(430)的所述第一端(431)和信号地(Gnd)之间的第一负载电容器(C1)；连接在所述石英晶体(430)的所述第二端(432)和所述信号地(Gnd)之间的第二负载电容器(C2)；连接在所述反馈电阻器的所述第二端(422)和所述石英晶体(430)的所述第二端(432)之间的第三电容器(440)；其特征在于：根据等式选择所述第三电容器(440)的电容Cd，其中CL是所述第一和第二负载电容器的等效电容，k是阻尼因子，使得到所述反相放大器(410)的供电电压在所述石英晶体(430)的所述第二端(432)处以所述阻尼因子k衰减，以匹配所述石英晶体(430)的驱动电平。2.根据权利要求1所述的晶体振荡器电路(400)，其中所述驱动电平以2或者大于2的因子降低。3.根据权利要求1所述的晶体振荡器电路(400)，其中当所述反相放大器是缓冲反相器并且来自所述反相放大器的输出电压是方波时，所需的阻尼因子是或k＜1/2。4.根据权利要求1所述的晶体振荡器电路(400)，其中当来自所述反相放大器的输出电压是正弦波时，所需的阻尼因子是5.根据权利要求1所述的晶体振荡器电路(400)，其中所述石英晶体(430)的分流电容大于1pF。6.根据权利要求1所述的晶体振荡器电路(400)，其中所述石英晶体(430)的驱动电平低于400uW...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·弗洛伯格，
申请(专利权)人：安讯士有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE