振荡器和集成电路制造技术

一种平衡晶体振荡器电路包括：压电元件Ｘｔａｌ（２０７；２１５；２２２；２２１；３１３）；结合了晶体管（２０４；２１２；２２０；３０４）的第一振荡器子电路（２０２；２１０；２１８；３０２）；以及结合了晶体管（２０３；２１１；２１９；３０３）的第二子电路（２０１；２０９；２１７；３０１）；其中，各晶体管具有不同类型的晶体管端子（Ｃ，Ｂ，Ｅ；Ｄ；Ｇ；Ｓ），并且振荡器子电路配置了至少三个互连。各互连包括一对相似类型的晶体管端子；其中，所述互连的第一个组成到接地参考（ｇｎｄ）的连接；所述互连的第二个经由第一谐振器元件（２０７；２１５；２２３；３１３）；以及所述互连的第三个经由第二谐振器元件（２０８；２１６；２２４；３１４）；所述第一和第二电路设置成通过所述第一和第二谐振器元件相互作用，以便形成平衡振荡器信号。双共基极或双共集电极配置是优选的。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及平衡晶体振荡器电路，其中包括压电元件；结合了晶体管的第一振荡器子电路；以及结合了晶体管的第二振荡器子电路；其中，各晶体管具有不同类型的晶体管端子，并且振荡器子电路配置了至少三个互连。
技术介绍
平衡晶体振荡器电路可用于各种电子电路。但是，一个特殊的应用领域是在通信设备、尤其是电信设备中，其中生成或合成了参考频率以作为调制器、解调器、上行及下行变频器和定时电路等的周期信号。这些周期信号通常是矩形波信号。周期信号具有基频，并由所谓的频率合成器生成，它提供了作为参考信号的基频的重数的周期信号的基频。为了满足在这些设备所要符合的标准中提出的涉及频率稳定性或定时精确度的要求，通常要求晶体振荡器用于提供充分稳定或精确的参考信号。通信设备涉及不同频率范围内的信号处理；设置成可处理与RF载波信号的调制相关的信号的电路在最高频率范围内工作，并且通常表示为RF级。设置成可处理与要通过载波信号传递的信号相关的信号的电路在更低频率范围内工作，并且表示为基带级或基带电路。RF级主要涉及以较高功率及较高频率来处理信号；因此，作为RF级的不可避免的遗留特征而存在有大噪声源。基带电路通常涉及更低功率级的较低频率信号，但是，此电路中的信号处理通常作为数字信号处理来进行，因此涉及繁重的数字交换。因此，基带电路也是强大的噪声源。对于例如以射频(RF)提供无线通信的通信设备而言，所谓的RF频率合成器配有来自通常在10-40MHz下运行的晶体振荡器的参考信号。对于例如蜂窝电话、蓝牙(TM)通信装置等较复杂和紧凑的通信设备而言，更紧密的集成等级使得希望将通信装置的各种电路集成在一个集成电路上。这样一种集成电路通常属于半导体类型，其中，半导体芯片(硅衬底)设置在封装的陶瓷对底(或所谓的金属端板)上，其中具有端子用于提供与印制电路板(PCB)的电接触。硅衬底与陶瓷衬底之间的电接触通过接合线来实现。同样，陶瓷衬底与封装端子之间的电接触也通过接合来实现。由于电路的以上所需集成以及电路对于噪声的产生和散发的相应属性，因此振荡器电路适合于大噪声环境。因此，振荡器易于从集成电路的硅衬底拾取干扰。另外，由于振荡器电路的谐振器元件往往设置在集成电路的外部(即集成电路封装的外部)，因此，振荡器也易于通过接合线及端子拾取干扰。实际上，晶体极为稳定，并且在某种程度上能够抑制干扰，但由于要求极为严格，因此干扰灵敏度的降低是电路设计人员当前的一个难题。对于GSM/GPRS蜂窝终端而言，例如在典型元件如电压控制振荡器VCO接通及断开或者改变频率的情况下，低至0.1ppm的频移作为最大值是可接受的。但是，不希望的频移或频率误差的主要原因是工作点的漂移(由于公共电源线的干扰感应DC电压降，或者由于导致电流或电压的局部DC漂移的干扰信号的整流，和/或由于进入晶体振荡器电路的干扰信号)，在其中非线性分量被调制(涉及装置gm的变化或输入容量)。在某种程度上可使用片上屏蔽，但接合线和金属迹线易受到磁场影响。与单端结构相反的平衡结构是有用的，但即使共模(即作用于一对平衡信号的影响)干扰分量也是有害的。一般来说，应当指出，晶体振荡器提供了极稳定的振荡器频率，而不管电源电压电平以及负载特性的变化如何，因此是极稳健的振荡器类型。先有技术一种众所周知的振荡器是所谓的皮尔斯振荡器，其中具有由EricVittoz提出的单CMOS增益单元(“高性能晶体振荡器电路理论及应用”；IEEE Joumal of Solid State Circuits，第774-783页，1988年6月)。出于电流消耗的考虑，许多低频晶体振荡器通常采用Vittoz所提出的单CMOS增益单元。这样一种振荡器如图1所示。这种增益单元采用单端信号，因此，振荡器的接地对于大数字芯片来说是一个严重问题。这种充分接地的缺乏可能导致噪声及对振荡器核心的干扰注入。同样，集成电路衬底不会直接连接到谐振器接地端，因而也提供了到电路的干扰通路。但是，尽管存在这些明显的缺陷，它仍然是通用的振荡器，因为它可通过单CMOS反相器来实现。存在上述基于CMOS反相的振荡器的备选方案。皮尔斯(Pierce)振荡器也可基于以共集电极耦合的方式耦合起来的双极结晶体管(BJT)。略微较少受欢迎的具有双极结晶体管的单端晶体振荡器基于共发射极或共基极耦合。以上单端振荡器均存在对衬底干扰不是充分稳健的缺点。SU 1771058公开了一种差分振荡器，其中具有由两个晶体管以及分别耦合在电源电压与这两个晶体管的集电极端子之间的两个电阻器组成的负阻抗变换器(NIC)。晶体管之一的基极端子连接到另一个晶体管的集电极端子，反之亦然。晶体耦合在两个晶体管的发射极端子之间。NIC在晶体上提供了负电阻，晶体在具有适当大小时能够不使电路衰减，使得它将在晶体的谐振频率附近振荡。由于差分操作，因此能够抑制在接合线上感应的一部分干扰，例如以RF感应的寄生频率形式的干扰。但是，这种及其它振荡器的缺点是缺乏对于可能由例如相同衬底上涉及密集数字交换的电路产生的所谓衬底干扰或者对于振荡器节点处感应的、例如来自另一个片上RF振荡器的其它强干扰的稳健性。这种不完善的性能导致振荡频率的微小变化，称作频移。例如，当数字交换活动根据电路活动开始或停止时，或者当附近的RF振荡器在所谓的空闲、发射(TX)或接收(RX)模式之间接通或断开时，或者当RF振荡器调谐到另一个频率时，就可能出现频移。当RX或TX RF振荡器接通或断开时的典型频移可能达到百万分之一(ppm)。GSM/GPRS要求比1ppm更为严格，一般来说，这种振荡器相对GSM/GPRS要求来说无法很好地工作。如上所述，集成振荡器易于拾取衬底干扰。皮尔斯振荡器(图1)经由所谓的后门效应(即，它的衬底与源端子之间的信号将被放大其正向跨导的约30％的增益)而对衬底干扰敏感。此外，漏极对衬底具有平行板电容，这种通路也可导致噪声注入。采用双极晶体管取代MOS器件的确可消除后门效应，但没有消除平行板衬底电容。总之，虽然在基于NIC的振荡器中存在某种共模噪声降低，然而皮尔斯振荡器或者基于NIC的振荡器电路对于衬底干扰都不稳健。
技术实现思路
以上问题通过这样一种在开始部分所述的振荡器来得到解决，该振荡器的特征在于，第一和第二振荡器子电路之间的各互连包括一对相似类型的晶体管端子；其中，所述互连的第一个组成到接地参考或信号地参考、如电压干线的连接；所述互连的第二个经由第一谐振器元件；以及所述互连的第三个经由第二谐振器元件；所述第一和第二电路设置成通过所述第一和第二谐振器元件而相互作用，以便形成平衡的振荡器信号。第一和第二振荡器子电路可包括晶体管，或者为双极结晶体管或者为金属氧化物半导体；以及用于对晶体管偏压并滤出不希望的频率分量的电路。滤波器可以是例如简单RC滤波器的形式。晶体管端子的相似对可以分别是由来自各晶体管的集电极端子组成的一对集电极端子，或者一对BJT或MOS晶体管的漏极端子。第一和第二谐振器元件通常分别为电容器和压电晶体。两个振荡器子电路通过以谐振器(振荡器)频率在第一和第二振荡器电路之间来回搭接能量而相互作用。最好在第一或第二谐振器元件上提供平衡的输出信号。因此便提供了一种对干扰稳健的极精确的振荡器。该振荡器对干扰的敏感比上述先有技术振荡器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平衡晶体振荡器电路，包括：压电元件（２０７；２１５；２２２，２２１；３１３）；结合了晶体管（２０４；２１２；２２０；３０４）的第一振荡器子电路（２０２；２１０；２１８；３０２）；以及结合了晶体管（２０３；２１１；２１９；３０３） 的第二振荡器子电路（２０１；２０９；２１７；３０１）；其中，所述晶体管各具有不同类型的晶体管端子（Ｃ，Ｂ，Ｅ；Ｄ；Ｇ；Ｓ），以及所述振荡器子电路配置了至少三个互连；其特征在于，每个互连包括一对相似类型的晶体管端子；其中，所述 互连的第一个组成到接地参考（ｇｎｄ；Ｖｃｃ）的连接；所述互连的第二个通过第一谐振器元件（２０７；２１５；２２３；３１３）；以及所述互连的第三个通过第二谐振器元件（２０８；２１６；２２４；３１４）；所述第一和第二电路设置成通过所述第一和第二谐振器元件来相互作用，以形成平衡振荡器信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S马蒂松，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]