低功率晶体振荡器制造技术

本文描述了低功率晶体振荡器。利用振荡器生成时钟信号。振荡器电路内的晶体振荡器芯被导通，以产生相位大致相反的第一振荡信号和第二振荡信号。当第一振荡信号的电压和第二振荡信号的电压之间的差超过上阈值范围时，晶体振荡器芯被关断。当第一振荡信号的电压和第二振荡信号的电压之间的差下降到低于上阈值范围时，晶体振荡器芯被重新导通。该操作被重复以便产生时钟信号。

【技术实现步骤摘要】
低功率晶体振荡器相关申请的交叉引用本申请要求于2019年1月23日提交的美国临时专利申请号62/795,784的优先权，其内容通过引用并入。
本申请涉及振荡器电路领域，并且具体地涉及实现低功耗同时在没有多余的面积消耗的情况下被实现的晶体振荡器电路。
技术介绍
皮尔斯振荡器是压电晶体振荡器电路中常用的电子振荡器类型。已知的皮尔斯振荡器5在图1中被示出，并且包括压电晶体6、电容器C1和C2、电阻器R和反相器7。压电晶体6具有晶体输入XTALIN和晶体输出XTALOUT。电容器C1连接在晶体输入XTALIN与接地之间，并且电容器C2连接在晶体输出XTALOUT与接地之间。电阻器R连接在晶体输入XTALIN和晶体输出XTALOUT之间。附加地，反相器7的输入耦合到晶体输入XTALIN，并且其输出耦合到晶体输出XTALOUT。电阻器R1用作反馈电阻器，将反相器7偏置在其线性操作区域中并有效地使其用作高增益反相放大器。电阻器R1和电容器C1和C2提供必要的负载阻抗。尽管该皮尔斯振荡器提供了精确的输出频率以及在工艺、电压和温度(PVT)上的稳定性，电池供电的电子设备中通常需要振荡器。可以理解，在电池供电的电子设备中期望降低功耗。众所周知，在诸如皮尔斯振荡器的振荡器上执行占空比循环以便将所产生的振荡信号的电压和电流的振幅保持在期望的范围内，从而降低功耗。然而，用于执行这样的占空比循环的技术通常涉及生成外部参考电压，外部参考电压用于确定振荡电压的振幅是否在期望的范围内。该解决方案不仅针对生成外部参考电压、而且针对利用这样的外部参考来执行占空比循环的电路都带来不期望的面积消耗量。因此，仍然需要进行开发，使得在没有常规设计的过多面积消耗的情况下，可以执行占空比循环以便减少功耗。
技术实现思路
本文公开了一种晶体振荡器电路，包括产生相位大致相反的第一振荡信号和第二振荡信号的晶体以及监控电路。监控电路被配置为响应于第一振荡信号的电压与第二振荡信号的电压之间的差超过上阈值范围而关断对晶体振荡器芯的供电，并且响应于第一振荡信号的电压与第二振荡信号的电压之间的差下降到上阈值范围以下而导通对晶体振荡器芯的供电。监控电路可以包括第一比较器，第一比较器被配置为当第一振荡信号的电压与第二振荡信号的电压之间的差超过上阈值范围时，通过向其输出施加脉冲来指示第一振荡信号的电压与第二振荡信号的电压之间的差是否超过上阈值范围。第二比较器可以被配置为当第一振荡信号的电压与第二振荡信号的电压之间的差超过下阈值范围时，通过向其输出施加脉冲来指示第一振荡信号的电压与第二振荡信号的电压之间的差是否超过下阈值范围，下阈值范围低于上阈值范围。监控电路可以根据第一振荡信号和第二振荡信号来输出时钟信号。晶体可以分别在第一端子和第二端子处产生第一振荡信号和第二振荡信号。晶体管可以具有连接到晶体的第二端子的第一导电端子、连接到参考电压的第二导电端子以及连接到晶体的第一端子的控制端子。电流源可以连接到晶体管的第一导电端子。反馈电阻器可以连接在晶体管的第一导电端子和晶体管的控制端子之间。第一电容器可以连接在晶体的第一端子与参考电压之间，并且第二电容器可以连接在晶体的第二端子与参考电压之间。监控电路可以生成控制信号，控制信号用于响应于第一振荡信号的电压和第二振荡信号的电压之间的差超过上阈值范围而关断电流源，并且响应于第一振荡信号的电压和第二振荡信号的电压之间的差下降到上阈值范围以下而导通电流源。在某些情况下，监控电路仅将第一振荡信号的电压与第二振荡信号的电压进行比较，而不将第一振荡信号的电压与参考电压进行比较，并且不将第二振荡信号的电压与参考电压进行比较。本文公开的方法方面是一种生成时钟信号的方法。该方法包括以下步骤：a)导通晶体振荡器芯来产生相位大致相反的第一振荡信号和第二振荡信号；b)当第一振荡信号的电压与第二振荡信号的电压之间的差超过上阈值范围时，关断晶体振荡器芯；c)当第一振荡信号的电压与第二振荡信号的电压之间的差下降到上阈值范围以下时，导通晶体振荡器芯；以及d)重复步骤b)和c)来产生时钟信号。该方法可以包括从确定第一振荡信号的电压和第二振荡信号的电压之间的差的缓冲器输出时钟信号。本文还公开了一种晶体振荡器电路的变型，包括：晶体，其产生第一振荡信号；以及监控电路，其被配置为在没有将第一振荡信号的电压与监控电路外部生成的参考电压进行比较的情况下，响应于第一振荡信号的电压超过上阈值范围而关断对晶体振荡器芯的供电，并且在没有将第一振荡信号的电压与监控电路外部生成的参考电压进行比较的情况下，响应于第一振荡信号的电压下降到上阈值范围以下而导通对晶体振荡器芯的供电。监控电路可以包括第一公共源极放大器，第一公共源极放大器具有第一NMOS晶体管，第一NMOS晶体管具有耦合到接地的源极、接收第一参考电流并提供输出的漏极以及被耦合以接收第一振荡信号的栅极。监控电路还可以包括第二公共源极放大器，第二公共源极放大器具有第二NMOS晶体管，第二NMOS晶体管具有耦合到接地的源极、接收大于第一参考电流的第二参考电流并提供输出的漏极以及被耦合以接收第一振荡信号的栅极。监控电路可以包括：第一NMOS晶体管，具有耦合到接地的源极、接收第一参考电流并提供输出的漏极以及被耦合以接收第一振荡信号的栅极；第一PMOS晶体管，具有耦合到源电压的源极、耦合到第一NMOS晶体管的漏极的漏极以及栅极；以及第一反相器，具有耦合到第一NMOS晶体管的漏极的输入和耦合到第一PMOS晶体管的漏极的输出。监控电路还可以包括：第二NMOS晶体管，具有耦合到接地的源极、接收第二参考电流并提供输出的漏极以及被耦合以接收第一振荡信号的栅极；第二PMOS晶体管，具有耦合到源电压的源极、耦合到第二NMOS晶体管的漏极的漏极以及栅极；以及第二反相器，具有耦合到第二NMOS晶体管的漏极的输入和耦合到第二PMOS晶体管的漏极的输出。第一PMOS晶体管的尺寸可以小于第二PMOS晶体管的尺寸。晶体可以在第一端子处产生第一振荡信号。晶体振荡器电路可以包括：晶体管，具有连接到晶体的第二端子的第一导电端子、连接到参考电压的第二导电端子以及连接到晶体的第一端子的控制端子；连接到晶体管的第一导电端子的电流源；连接在晶体管的第一导电端子与晶体管的控制端子之间的反馈电阻器；连接在晶体的第一端子与参考电压之间的第一电容器；以及连接在晶体的第二端子和参考电压之间的第二电容器。本文还公开了另一种生成时钟信号的方法。该方法可以包括以下步骤：a)导通晶体振荡器芯来产生第一振荡信号；b)在没有将第一振荡信号与外部生成的参考电压进行比较的情况下，在第一振荡信号的电压超过上阈值范围时生成指示，并且在第一振荡信号的电压超过上阈值范围时关断晶体振荡器芯；c)在没有将第一振荡信号与外部生成的参考电压进行比较的情况下，在第一振荡信号的电压下降到上阈值范围以下时生成指示，并且在第一振荡信号的电压下降到上阈值范围以下时导通晶体振荡器芯；以及d)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体振荡器电路，包括：/n晶体，产生相位大致相反的第一振荡信号和第二振荡信号；以及/n监控电路，被配置为响应于所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的差超过上阈值范围而关断对所述晶体的晶体振荡器芯的供电，并且响应于所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的差下降到低于所述上阈值范围而导通对所述晶体振荡器芯的供电。/n

【技术特征摘要】
20190123 US 62/795,784;20191204 US 16/703,2501.一种晶体振荡器电路，包括：
晶体，产生相位大致相反的第一振荡信号和第二振荡信号；以及
监控电路，被配置为响应于所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的差超过上阈值范围而关断对所述晶体的晶体振荡器芯的供电，并且响应于所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的差下降到低于所述上阈值范围而导通对所述晶体振荡器芯的供电。


2.根据权利要求1所述的晶体振荡器电路，其中所述监控电路包括第一比较器，所述第一比较器被配置为指示所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的所述差是否超过所述上阈值范围。


3.根据权利要求2所述的晶体振荡器电路，其中所述监控电路进一步包括第二比较器，所述第二比较器被配置为指示所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的所述差是否超过下阈值范围，所述下阈值范围小于所述上阈值范围。


4.根据权利要求3所述的晶体振荡器电路，其中所述监控电路响应于所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的所述差超过所述下阈值范围，根据所述第一振荡信号和所述第二振荡信号输出时钟信号。


5.根据权利要求1所述的晶体振荡器电路，其中所述晶体分别在第一端子和第二端子处产生所述第一振荡信号和所述第二振荡信号，并且进一步包括：
晶体管，具有连接到所述晶体的所述第二端子的第一导电端子、连接到参考电压的第二导电端子以及连接到所述晶体的所述第一端子的控制端子；
电流源，连接到所述晶体管的所述第一导电端子；
反馈电阻器，连接在所述晶体管的所述第一导电端子和所述晶体管的所述控制端子之间；
第一电容器，连接在所述晶体的所述第一端子和所述参考电压之间；以及
第二电容器，连接在所述晶体的所述第二端子和所述参考电压之间。


6.根据权利要求5所述的晶体振荡器电路，其中所述监控电路响应于所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的所述差超过所述上阈值范围而生成用于关断所述电流源的控制信号，并且响应于所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的所述差下降到低于所述上阈值范围而生成用于导通所述电流源的控制信号。


7.根据权利要求1所述的晶体振荡器电路，其中所述监控电路仅将所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压进行比较，而不将所述第一振荡信号的电压与参考电压进行比较，并且不将所述第二振荡信号的电压与所述参考电压进行比较。


8.一种生成时钟信号的方法，所述方法包括以下步骤：
a)导通晶体振荡器芯，以产生相位大致相反的第一振荡信号和第二振荡信号；
b)当所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的差超过上阈值范围时，关断所述晶体振荡器芯；
c)当所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的所述差下降到低于所述上阈值范围时，导通所述晶体振荡器芯；以及
d)重复步骤b)和c)，以产生所述时钟信号。


9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：从缓冲器输出所述时钟信号，所述缓冲器确定所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的所述差。


10.一种晶体振荡器电路，包括：
晶体，具有第一端子和第二端子，其中第一振荡信号和第二振荡信号分别存在于所述第一端子和所述第二端子处，所述第一振荡信号和所述第二振荡信号的相位大致相反；
反相器，具有耦合到所述晶体的所述第一端子的输入和耦合到所述晶体的所述第二端子的输出，其中当所述反相器导通时，所述反相器向所述晶体供电，以及
监控电路，被配置为将所述第一振荡信号和所述第二振荡信号进行比较，并且使所述反相器调制对所述晶体的所述供电，以便将所述第一振荡信号的电压和所述第二振荡信号的电压之间的差保持在期望范围内。


11.根据权利要求10所述的晶体振荡器电路，其中所述监控电路通过以下使所述反相器调制对所述晶体的所述供电：
当所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的所述差超过上阈值范围时，导通所述反相器；以及
当所述第一振荡信号的电压与所述第二振荡信号的电压之间的所述差下降到低于所述上阈值范围时，关断所述反相器。


12.根据权利要求11所述的晶体振荡器电路，其中所述监控电路被配置为根据所述第一振荡信号和所述第二振荡信号来输出时钟信号。


13.根据权利要求10所述的晶体振荡器电路，进一步包括耦合在所述晶体的所述第一端子和所述第二端子之间的反馈电阻器、耦合在所述晶体的所述第一端子和接地之间的第一电容器以及耦合在所述晶体的所述第二端子和接地之间的第二电容器。


14.一种晶体振荡器电路，包括：
晶体，产生第一振荡信号；以及
监控电路，被配置为在没有将所述第一振荡信号的电压与所述监控电路外部生成的参考电压进行比较的情况下，响应于所述第一振荡信号的电压超过上阈值范围而关断对所述晶体的晶体振荡器芯的供电，并且在没有将所述第一振荡信号的电压与所述监控电路外部生成的参考电压进行比较的情况下，响应于所述第一振荡信号的电压下降到低于所述上阈值范围而导通对所述晶体振荡器芯的供电。


15.根据权利要求14所述的晶体振荡器电路，其中所述监控电路包括第一公共源极放大器，所述第一公共源极放大器包括第一NMOS晶体管，所述第一NMOS晶体管具有耦合到接地的源极、耦合到第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·库玛，N·贾因，
申请(专利权)人：意法半导体国际有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL