專利名稱：用于單片時(shí)鐘發(fā)生器及定時(shí)/頻率參考的頻率控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及振蕩或時(shí)鐘控制信號(hào)發(fā)生，特別涉及用于時(shí)鐘 信號(hào)發(fā)生器及定時(shí)/頻率參考以響應(yīng)于環(huán)境或工作溫度的變化或其它 參數(shù)如電壓、頻率、使用期及制造工藝的變化提供頻率控制的頻率控 制器。
背景技術(shù)：
準(zhǔn)確的時(shí)鐘發(fā)生器或定時(shí)參考通常依靠晶體振蕩器，如石英振蕩 器，其提供特定頻率的機(jī)械諧振。這樣的晶體振蕩器的困難在于它們
不能被制造為將由其吋鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)的同一集成電路(ic)的一部分。
例如，微處理器如Intel奔騰處理器要求分開的時(shí)鐘IC。為此，實(shí) 際上每一需要準(zhǔn)確時(shí)鐘信號(hào)的電路均需要片外吋鐘發(fā)生器。
對(duì)于這樣的非集成解決方案有幾種結(jié)果。例如，由于所述處理器 必須通過外部電路(如印刷電路板(PCB)上的電路)連接，功率耗
散相對(duì)增力n。在依靠有限電源的應(yīng)用中，如依靠電池電力的移動(dòng)通信，
所述額外的功率耗散非常有害。
此外，非集成的解決方案因需要額外的IC而增加了空間及面積 需要，無論是PCB上還是已完成產(chǎn)品內(nèi)，這在移動(dòng)環(huán)境中也是有害的。 此外，這樣的另外的組件也增加了制造和生產(chǎn)成本，因?yàn)榱硗獾?C 必須被制造并與主要電路(如微處理器)裝配在一起。
已被制造為與其它電路集成在一塊的電路的其它時(shí)鐘發(fā)生器通 常不足夠準(zhǔn)確，其隨制造工藝、電壓和溫度(PVT)變化。例如，環(huán) 形、張馳和相移振蕩器可提供適于一些低敏感度應(yīng)用的時(shí)鐘信號(hào)，但 不能夠提供更復(fù)雜電子電路所需要的更高準(zhǔn)確度，如需要強(qiáng)大處理能 力或數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用所需要的準(zhǔn)確度。此外，這些時(shí)鐘發(fā)生器或振蕩 器通常展現(xiàn)相當(dāng)?shù)念l移、抖動(dòng)、具有相對(duì)低的Q值、并因噪聲和其它干擾而遭受其它畸變。
為此，需辜可與其它電路如單一 IC單片地集成在一起且隨PVT 變化保持高度準(zhǔn)確的時(shí)鐘發(fā)生器或定時(shí)參考。這樣的時(shí)鐘發(fā)生器或定 時(shí)參考應(yīng)自激及自參考，而不應(yīng)需要鎖定或參考另一參考信號(hào)。這樣 的時(shí)鐘發(fā)生器或定時(shí)參考應(yīng)展現(xiàn)最小的頻移且具有相對(duì)低的抖動(dòng)，且 應(yīng)適于要求高度準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)鐘的應(yīng)用。這樣的時(shí)鐘發(fā)生器或定吋參 考還應(yīng)提供多種運(yùn)行模式，包括時(shí)鐘模式、參考模式、能量保存模式、 及受脈沖作用模式。最后，這樣的時(shí)鐘發(fā)生器或定時(shí)參考應(yīng)能控制輸 出頻率，以響應(yīng)于環(huán)境或結(jié)溫的變化或其它參數(shù)如電壓、制造工藝、 頻率和使用期的變化而提供穩(wěn)定的且需要的頻率。

發(fā)明內(nèi)容
在不同的示例性實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于對(duì)低抖動(dòng)、自激及自 參考時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)及頻率參考提供開環(huán)頻率控制和選擇的頻 率控制器和溫度補(bǔ)償器，所述時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)及頻率參考隨PVT 及使用期(時(shí)間)變化保持高度準(zhǔn)確并可與其它電路單片地集成在-一 起以形成單一集成電路。不需要單獨(dú)的參考振蕩器。本發(fā)明的不同示 例性實(shí)施例包括隨制造工藝、電壓和溫度(PVT)變化產(chǎn)生高度準(zhǔn)確 的頻率的特征。這些特征包括頻率調(diào)諧和選擇、補(bǔ)償由于溫度和/或 電壓波動(dòng)導(dǎo)致的頻率變化、制造工藝變化、及由于集成電路老化引起 的變化。
本發(fā)明的頻率控制器的示例性實(shí)施例還提供幾種不同程度和類 型的控制。例如，提供離散和連續(xù)實(shí)時(shí)控制，從而根據(jù)所述變化控制 自激振蕩器的輸出頻率。此外，所述控制通常提供為開環(huán)，而不需要 反饋連接及不需要使振蕩器連續(xù)鎖定另一參考信號(hào)。
此外，本發(fā)明的不同示例性實(shí)施例提供具有多種運(yùn)行模式的時(shí)鐘 發(fā)生器和/或定時(shí)及頻率參考，包括如能量保存模式、時(shí)鐘模式、參 考模式、及受脈沖作用模式。此外，不同的實(shí)施例提供多個(gè)不同頻率 的輸出信號(hào)，并在這些不同的信號(hào)之間提供低等待時(shí)間和無假信號(hào)轉(zhuǎn) 換。
值得注目地，本發(fā)明的不同實(shí)施例產(chǎn)生較大且相當(dāng)高的頻率，如
數(shù)百M(fèi)Hz和GHz范圍，之后，其被分為多個(gè)更低的頻率。每一這樣的 除N (有理數(shù)、整數(shù)比)導(dǎo)致有效的降噪，相位噪聲降低N及相位噪 聲功率降低N、因此，本發(fā)明的不同示例性實(shí)施例相較其它直接或通 過頻率倍增產(chǎn)生輸出的振蕩器導(dǎo)致低得多的相對(duì)期抖動(dòng)。
不同的裝置實(shí)施例包括諧振器、放大器、及頻率控制器，其可包 括不同的組件或模塊如溫度補(bǔ)償器、工藝變化補(bǔ)償器、電壓隔離器和 /或電壓補(bǔ)償器、使用期(時(shí)間)變化補(bǔ)償器、分頻器、及選頻器。 諧振器提供具有諧振頻率的第-'信號(hào)。溫度補(bǔ)償器響應(yīng)于溫度調(diào)節(jié)諧 振頻率，工藝變化補(bǔ)償器響應(yīng)于制造工藝變化調(diào)節(jié)諧振頻率。此外， 不同的實(shí)施例還可包括將具有諧振頻率的第一信號(hào)分為多個(gè)具有相 應(yīng)多個(gè)頻率的第二信號(hào)的分頻器，所述相應(yīng)多個(gè)頻率實(shí)質(zhì)上等于或低 于所述諧振頻率；及選頻器從多個(gè)第二信號(hào)提供輸出信號(hào)。選頻器還 可包括假信號(hào)抑制器。輸出信號(hào)可提供為多種形式中的任何形式，如 微分或單端，及方波或正弦。
本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供用于集成、自激諧波振蕩器的頻率控 制的裝置，包括適于提供具有諧振頻率的第一信號(hào)的諧振器；適于響 應(yīng)于多個(gè)參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù)如控制電壓提供第二信號(hào)的傳感器； 及連接到傳感器和可連接到諧振器的頻率控制器，頻率控制器適于響 應(yīng)于第二信號(hào)修改連接到諧振器的電抗元件以修改諧振頻率。多個(gè)參 數(shù)是可變的且包括至少下述參數(shù)之一溫度、制造工藝、電壓、頻率、
和使用期(即已用時(shí)間)。
在示例性實(shí)施例中，頻率控制器還適于響應(yīng)亍第二信號(hào)修改連接 到諧振器的有效電抗或阻抗元件，如響應(yīng)于第二信號(hào)修改諧振器的總 電容、將固定或可變電容連接到諧振器或與諧振器斷開連接、通過改 變變抗器或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換到所選控制電壓而修改諧振器的有效電抗、或相 當(dāng)?shù)?，響?yīng)于第二信號(hào)修改諧振器的電感或電阻，如通過將固定或可 變電感或電阻連接到諧振器或與諧振器斷開連接。在其它實(shí)施例中，
差分加權(quán)或大小的電抗如可變電容器(變抗器)可在其與諧振器之間 轉(zhuǎn)換、在其與多個(gè)不同的可選擇控制電壓之間轉(zhuǎn)換或二者同時(shí)存在。 例如，在所選實(shí)施例中，連接到諧振器的一個(gè)或多個(gè)可變電容器的電 抗可通過將一個(gè)或多個(gè)可變電容器轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制電壓中的所選控 制電壓而進(jìn)行變化，從而導(dǎo)致不同或差分加權(quán)的有效電抗連接到諧振 器。
例如，多個(gè)固定電容(具有不同的、二進(jìn)制加權(quán)或差分加權(quán)的容 量)可連接到諧振器以提供離散級(jí)的頻率控制，連接到諧振器的變抗 器可被提供以多個(gè)控制電壓中的所選控制電壓，其響應(yīng)于溫度而變 化，其可用于隨所述溫度波動(dòng)而保持頻率不變，且其提供連續(xù)級(jí)的頻 率控制。此外，所述控制電壓中的任何電壓或響應(yīng)于所選參數(shù)如溫度 變化，或相對(duì)于所述參數(shù)為常數(shù)。所使用的不同電抗的不同權(quán)重可以 多種形式體現(xiàn)，如二進(jìn)制加權(quán)、線性加權(quán)、或使用任何其它希望的方 案的加權(quán)，所有這些均被視為完全等同并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
應(yīng)注意，術(shù)語"固定的"及"可變的"按本領(lǐng)域公知的方式使用， "固定的"理解為相對(duì)于所選參數(shù)配置通常沒有變化，"可變的"意 為配置通常隨所選參數(shù)變化。例如，固定電容器通常意為其電容不隨 所施加電壓而變，而可變的電容器(變抗器)將具有隨所施加電壓而 變的電容。然而，二者均可具有且通常將具有隨制造工藝而變的電容。 此外，例如，固定電容器可被形成為連接到不變電壓的變抗器。本領(lǐng) 域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)這些不同的情形和環(huán)境，如圖所示及如下所述，以 及當(dāng)使用這樣的術(shù)語時(shí)的含義。
在示例性實(shí)施例中，頻率控制器還可包括適于保存第一多個(gè)系 數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有多個(gè)連接到系數(shù)寄存器并可連接到諧振器的 可轉(zhuǎn)換電容性模塊的第一陣列，每一可轉(zhuǎn)換電容性模塊具有固定電容 和可變電容，每一可轉(zhuǎn)換電容性模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系 數(shù)以在固定電容和可變電容之間轉(zhuǎn)換并將每一可變電容轉(zhuǎn)換到控制 電壓。多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容性模塊可被二進(jìn)制加權(quán)。頻率控制器還可包括 具有連接到系數(shù)寄存器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊且還具有電容性模塊 的第二陣列，電容性模塊和多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊還連接到結(jié)點(diǎn)以提供 控制電壓，每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊響應(yīng)于系數(shù)寄存器中保存的第二多個(gè) 系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)以將可轉(zhuǎn)換電阻模塊轉(zhuǎn)換到控制電壓結(jié)點(diǎn)。在所選 實(shí)施例中，傳感器還包括響應(yīng)于溫度的電流源，其中電流源通過電流 反射鏡連接到第二陣列以產(chǎn)生跨多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊中的至少一可 轉(zhuǎn)換電阻模塊的控制電壓。同樣，在所選實(shí)施例中，電流源具有至少
下述之一相反于絕對(duì)溫度(CTAT)結(jié)構(gòu)、正比于絕對(duì)溫度(PTAT) 結(jié)構(gòu)、正比于絕對(duì)溫度的平方(PTAT2)結(jié)構(gòu)、或這些結(jié)構(gòu)的組合。 此外，多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊中的每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊對(duì)所選電流具有 不同的溫度響應(yīng)。
在其它示例性實(shí)施例中，傳感器是參數(shù)(溫度、工藝、電壓、使 用期等)傳感器并響應(yīng)于所選參數(shù)的變化改變第二信號(hào)，例如，傳感 器玎以是溫度或電壓傳感器并響應(yīng)于溫度或電壓變化改變第二信號(hào)。 所選實(shí)施例還可包括連接到傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以響應(yīng)于第二信號(hào) 提供數(shù)字輸出信號(hào)，以及將數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一多個(gè)系數(shù)的控制 邏輯塊。
在其它示例性實(shí)施例中，頻率控制器還包括工藝變化補(bǔ)償器，其 可連接到諧振器并適于響應(yīng)于多個(gè)參數(shù)中的制造工藝參數(shù)修改諧振 頻率。工藝變化補(bǔ)償器還可包括適于保存多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及 具有多個(gè)連接到系數(shù)寄存器和諧振器的二進(jìn)制加權(quán)、可轉(zhuǎn)換電容性模 塊的陣列，每一可轉(zhuǎn)換電容性模塊具有第一固定電容和第二固定電 容，每一可轉(zhuǎn)換電容性模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)以在第-同 定電容和第二固定電容之間轉(zhuǎn)換。在其它示例性實(shí)施例中，工藝變化 補(bǔ)償器還可包括適于保存多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有多個(gè)連接 到系數(shù)寄存器和諧振器的可轉(zhuǎn)換可變電容性模塊的陣列，每 -可轉(zhuǎn)換 可變電容性模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)以在第--電壓和第二 電壓之間轉(zhuǎn)換，如轉(zhuǎn)換到所選控制電壓。
在其它示例性實(shí)施例中，頻率控制器還包括適于保存第一多個(gè)系 數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有多個(gè)連接到系數(shù)寄存器及諧振器的可轉(zhuǎn)換、
電容性模塊的第一陣列，每一可轉(zhuǎn)換電容性模塊具有可變電容，每一 可轉(zhuǎn)換電容性模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)以將可變電容 轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制電壓中的所選控制電壓。在其它示例性實(shí)施例中，工 藝變化補(bǔ)償器還可包括適于保存至少一系數(shù)的系數(shù)寄存器；及連接到 系數(shù)寄存器和諧振器的至少一可轉(zhuǎn)換可變電容性模塊，其響應(yīng)于至少 --系數(shù)轉(zhuǎn)換到所選控制電壓。傳感器可包括響應(yīng)于溫度的電流源，頻 率控制器還可包括具有多個(gè)通過'電流反射鏡連接到電流源的電阻模 塊的第二陣列，多個(gè)電阻模塊適于其它多個(gè)控制電壓，且其中多個(gè)電 阻模塊中的每一電阻模塊對(duì)溫度具有不同的響應(yīng)且適于響應(yīng)于電流 源的電流提供多個(gè)控制電壓中的對(duì)應(yīng)控制電壓。
在其它示例性實(shí)施例中，用于諧振器的頻率控制的裝置并可適丁-保存第一多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有多個(gè)連接到系數(shù)寄存器和諧 振器的可轉(zhuǎn)換電抗或阻抗模塊的第一陣列，每一可轉(zhuǎn)換電抗模塊響應(yīng) 于第一多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)以轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)的電抗從而修改諧振頻率。 對(duì)應(yīng)的電抗或阻抗可以是固定或可變電感、固定或可變電容、固定或 可變電阻、或其任何組合。對(duì)應(yīng)的電抗可被轉(zhuǎn)換到諧振器，或當(dāng)連接 到諧振器時(shí)可轉(zhuǎn)換到控制電壓、電源電壓或接地電勢，控制電壓可由 電流源響應(yīng)于溫度確定。例如，對(duì)應(yīng)的電抗是可變的并連接到諧振器 和轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制電壓中的所選控制電壓。在所選實(shí)施例中，第一多 個(gè)系數(shù)由傳感器響應(yīng)于多個(gè)可變參數(shù)中的至少一參數(shù)進(jìn)行計(jì)算或確 定，所述參數(shù)如溫度、制造工藝、電壓、頻率和使用期。
在其它示例性實(shí)施例中，用于集成、自激諧波振蕩器的頻率控制 的裝置包括適于產(chǎn)生多個(gè)控制電壓的多個(gè)電阻模塊連接到諧波振 蕩器的多個(gè)受控電抗模塊；及連接到多個(gè)電阻模塊和多個(gè)受控電抗模 塊的多個(gè)開關(guān)，多個(gè)開關(guān)響應(yīng)于控制信號(hào)將多個(gè)控制電壓的第一控制 電壓連接到多個(gè)受控電抗模塊中的第-- 受控電抗模塊以修改諧波振 蕩器的諧振頻率。
如上所述，所述裝置還可包括連接到多個(gè)電阻模塊的電流源，電 流源適于將隨參數(shù)而定的電流提供給多個(gè)電阻模塊中的至少--電阻
模塊以產(chǎn)生多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓，其隨參數(shù)而定。在其 它實(shí)施例中，電流源適于將實(shí)質(zhì)上與參數(shù)無關(guān)的電流提供給多個(gè)電阻 模塊中的至少一電阻模塊以產(chǎn)生多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓， 其實(shí)質(zhì)上與參數(shù)無關(guān)。根據(jù)示例性實(shí)施例，多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊中的 每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊對(duì)所選電流可具有不同的溫度響應(yīng)。
因此，當(dāng)參數(shù)是溫度時(shí)，多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓隨溫 度而定，且多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓實(shí)質(zhì)上與溫度無關(guān)。
示例性的裝置還可包括連接到多個(gè)開關(guān)并適于保存第 -'多個(gè)系 數(shù)的系數(shù)寄存器，其屮控制信號(hào)由第一多個(gè)系數(shù)屮的至少--系數(shù)提 供。多個(gè)受控電抗模塊還可包括多個(gè)差分(如二進(jìn)制)加權(quán)的固定電 容和可變電容，及其中多個(gè)開關(guān)響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)將固定電容連接 到諧波振蕩器及將多個(gè)控制電壓屮的第--控制電壓連接到與諧波振 蕩器連接的可變電容。多個(gè)電阻模塊還可包括連接到系數(shù)寄存器的多 個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊和電容性模塊，電容性模塊和多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊 還連接到結(jié)點(diǎn)以提供第-一控制電壓，每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊響應(yīng)于系數(shù) 寄存器中保存的第二多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)將可轉(zhuǎn)換電阻模塊轉(zhuǎn)換 到控制電壓結(jié)點(diǎn)。
在示例性實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器可被連接到多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊 以響應(yīng)于第一控制電壓提供數(shù)字輸出信號(hào)，從而例如將隨溫度而定的 電流(作為傳感器)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式；及將數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一 多個(gè)系數(shù)或控制信號(hào)的控制邏輯塊。
同樣，在示例性實(shí)施例中，多個(gè)受控電抗模塊還包括連接到系 數(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容性模塊，每- -可轉(zhuǎn)換電容性 模塊具有可變電容，每一可轉(zhuǎn)換電容性模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中的 對(duì)應(yīng)系數(shù)將可變電容轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制電壓中的所選控制電壓。根據(jù)實(shí) 施例，響應(yīng)于多個(gè)可變參數(shù)中的參數(shù)的電流源通過電流反射鏡連接到 多個(gè)電阻模塊；其中多個(gè)電阻模塊中的每--電阻模塊對(duì)參數(shù)具有不同 的響應(yīng)并適于響應(yīng)于電流源的電流提供多個(gè)控制電壓中的對(duì)應(yīng)控制 電壓。根據(jù)實(shí)施例，多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓實(shí)質(zhì)上隨參數(shù)
而定，及多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓實(shí)質(zhì)上與參數(shù)無關(guān)。
同樣，在示例性實(shí)施例中，多個(gè)受控電抗模塊還包括連接到系. 數(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個(gè)差分加權(quán)的可轉(zhuǎn)換電容性模塊，每一可 轉(zhuǎn)換電容性模塊具有第一固定電容和第二固定電容，每一可轉(zhuǎn)換電容 性模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)在第一固定電容和第二固定電 容之間轉(zhuǎn)換。在其它實(shí)施例中，多個(gè)受控電抗模塊還包括連接到系 數(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換可變電容性模塊，每-可轉(zhuǎn)換可 變電容性模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)而在多個(gè)控制電壓中的 第 -電壓和第二電壓之間轉(zhuǎn)換。在其它實(shí)施例中，多個(gè)受控電抗模塊 還包括連接到系數(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換可變電容性模 塊，每-'可變電容性模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)而轉(zhuǎn)換到多個(gè) 控制電壓中的所選控制電壓，多個(gè)控制電壓包括多個(gè)不同大小的電 壓，且其中所選控制電壓隨溫度變化實(shí)質(zhì)上為常數(shù)。
同樣，在示例性實(shí)施例中，所述裝置還可包括響應(yīng)于控制信號(hào) 將相應(yīng)的電阻轉(zhuǎn)換到諧波振蕩器從而修改諧振頻率的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電 阻器。所述裝置可包括連接到多個(gè)受控電抗模塊并適于響應(yīng)于電壓變 化提供所選控制電壓的分壓器。此外，使用期變化補(bǔ)償器可被連接到 諧振器并適于將多個(gè)參數(shù)中的所選參數(shù)的當(dāng)前值與所選參數(shù)的初始 值進(jìn)行比較并響應(yīng)于所選參數(shù)的當(dāng)前值和初始值之間的差修改諧振 頻率。
眾多其它示例性實(shí)施例在下面進(jìn)行了詳細(xì)描述，且包括另外的用 于電壓變化和使用期(IC壽命)變化的調(diào)節(jié)器和補(bǔ)償器。
本發(fā)明還可包括連接到選頻器的模式選擇器，其中模式選擇器適 于提供多種運(yùn)行模式，其可選自包括下述模式的組吋鐘模式、定時(shí) 和頻率參考模式、能量保存模式、及受脈沖作用(或脈沖)模式。
對(duì)于參考模式，本發(fā)明還可包括連接到模式選擇器的同步電路； 及連接到同步電路并適于提供第三信號(hào)的受控振蕩器；其中在定時(shí)和 參考模式中，模式選擇器還適于將輸出信號(hào)連接到同步電路以控制第 三信號(hào)的定時(shí)和頻率。所述同步電路可以是延遲鎖定環(huán)、鎖相環(huán)、或注入鎖定電路。
這些及另外的實(shí)施例將在下面更詳細(xì)地討論。本發(fā)明的眾多其它 優(yōu)點(diǎn)和特征從下面本發(fā)明及其實(shí)施例的詳細(xì)描述、權(quán)利要求以及附圖 可明顯看出。


本發(fā)明的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)在參考下面結(jié)合構(gòu)成說明書的一部分 的附圖和例子進(jìn)行的描述基礎(chǔ)上將更容易地意識(shí)到，其中同一附圖標(biāo) 記用于識(shí)別不同附圖中的相同或類似組件，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性系統(tǒng)實(shí)施例的框圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的第--示例性裝置實(shí)施例的框圖。 圖3為根據(jù)本發(fā)明的第二示例性裝置實(shí)施例的框圖。 圖4為根據(jù)本發(fā)明的、圖示示例性頻率控制器、振蕩器和頻率校
準(zhǔn)實(shí)施例的高級(jí)原理及框圖。
圖5A為由于注入振蕩器的具有特殊濾波器響應(yīng)的電流諧波分量
導(dǎo)致的振蕩器電壓波形(頻率)畸變的示例性曲線圖。
圖5B為圖5A中所示的振蕩器電壓波形(頻率)隨溫度而變的示
例性曲線圖。
圖5C為振蕩器頻率隨維持放大器的跨導(dǎo)而變的示例性曲線圖。 圖6為根據(jù)本發(fā)明的第一示例性負(fù)跨導(dǎo)放大器、溫度響應(yīng)電流發(fā) 生器(I(T))、及LC振蕩器實(shí)施例的電路圖。
圖7A為根據(jù)本發(fā)明的示例性溫度響應(yīng)CTAT電流發(fā)生器的電路圖。
圖7B為根據(jù)本發(fā)明的示例性溫度響應(yīng)PTAT電流發(fā)生器的電路 圖7C為根據(jù)本發(fā)明的示例性溫度響應(yīng)PTATT電流發(fā)生器的電路圖。
圖7D為根據(jù)本發(fā)明的具有所選CTAT、 PTAT和PTAf結(jié)構(gòu)的示例 性可選及可伸縮溫度響應(yīng)電流發(fā)生器的電路圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的第二示例性負(fù)跨導(dǎo)放大器、溫度響應(yīng)電流發(fā) 生器(I (T))、及LC振蕩器實(shí)施例的電路框圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明的、頻率-溫度補(bǔ)償模塊中使用的示例性第一 受控(或可控)電容模塊的電路圖。
圖10為根據(jù)本發(fā)明的、頻率-溫度補(bǔ)償模塊中使用的示例性第一
電壓控制模塊的電路圖。
圖11為根據(jù)本發(fā)明的示例性第一工藝變化補(bǔ)償模塊的電路圖。 圖12為根據(jù)本發(fā)明的示例性第二工藝變化補(bǔ)償模塊的電路圖。 圖13為根據(jù)本發(fā)明的示例性頻率校準(zhǔn)模塊的框圖。 圖14為根據(jù)本發(fā)明的示例性分頻器、方波發(fā)生器、異步選頻器
及假信號(hào)抑制模塊的框圖。
圖15為根據(jù)本發(fā)明的示例性低等待時(shí)間頻率轉(zhuǎn)換的圖解。
圖16為根據(jù)本發(fā)明的示例性分頻器的框圖。
圖17為根據(jù)本發(fā)明的示例性功率模式選擇模塊的框圖。
圖18為根據(jù)本發(fā)明的用于第二振蕩器的示例性同步模塊的框圖。
圖19為根據(jù)本發(fā)明的示例性方法的流程圖。
圖20為根據(jù)本發(fā)明的、補(bǔ)償模塊中使用的示例性受控阻抗模塊 的框圖和電路圖。
圖21為根據(jù)本發(fā)明的第一示例性頻率控制器和裝置的框圖。
圖22為根據(jù)本發(fā)明的、頻率-溫度補(bǔ)償模塊中使用的示例性第二 受控電容模塊的電路圖。
圖23為根據(jù)本發(fā)明的、在頻率-溫度補(bǔ)償模塊中使用的示例性第 二電壓控制模塊的電路閣。
圖24為根據(jù)本發(fā)明的響應(yīng)于溫度變化的示例性頻率控制的圖表。
圖25為根據(jù)本發(fā)明的第二示例性頻率控制器和裝置的框圖。 圖26為根據(jù)本發(fā)明的、在參數(shù)補(bǔ)償模塊中使用的示例性第三受 控電容模塊和示例性第三電壓控制模塊的電路圖。
圖27為根據(jù)本發(fā)明的示例性電壓變化補(bǔ)償模塊的電路和框圖。 圖28為根據(jù)本發(fā)明的、在頻率和工藝補(bǔ)償模塊中使用的示例性 第四電壓控制模塊的電路圖。
圖29為根據(jù)本發(fā)明的示例性電阻控制模塊的電路圖。 圖30為根據(jù)本發(fā)明的示例性使用期變化補(bǔ)償器的框圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明容許許多不同形式的實(shí)施例的同時(shí)，附圖中示出了其特 定實(shí)施例并在此詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，本說明書應(yīng)被視為本發(fā)明原理 的例證，而不是將本發(fā)明限制為在此描述的特定實(shí)施例。
如上所述，本發(fā)明的不同實(shí)施例提供大量優(yōu)點(diǎn)，包括將高度準(zhǔn)確 (隨PVT和使用期)、低抖動(dòng)、自激和自參考時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)及 頻率參考與其它電路集成的能力，如圖1中所示。圖1為根據(jù)本發(fā)明 的示例性系統(tǒng)實(shí)施例150的框圖。如圖1中所示，系統(tǒng)150是單--集 成電路，本發(fā)明的吋鐘發(fā)生器和/或定吋/頻率參考100與其它或第二 電路180、連同接口 (I/F)(或輸入/輸出(I/O)電路)120單片地 集成在一起。接口 120通常將如從電源(未示出)、大地、及其它線 路或總線提供功率給時(shí)鐘發(fā)生器100，如用于校準(zhǔn)和頻率選擇。如 圖所示，--個(gè)或多個(gè)輸出時(shí)鐘信號(hào)在總線125上提供，其為多個(gè)頻率，
如第一頻率(/。)、第二頻率(/"》，依此類推，直到第(n + i)頻率(/;,)。
此外，(同樣在總線125上)提供能量保存模式(或低功率模式(LP))。 第二電路180 (或I/F120)也可提供時(shí)鐘發(fā)生器100的輸入，如通過 選擇信號(hào)(S(,， Sb…，Sn)及一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)信號(hào)(C。， C,， "*; C,.)。 或者，選擇信號(hào)(S , S,，…，S.,)及一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)信號(hào)(G,, C:,…， ")可通過接口 120直接提供給時(shí)鐘發(fā)生器100，如在總線135上， 連同功率(在線路]40上)和接地(在線路145上)。
除了低功率模式以外，時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考100還具 有另外的在下面詳細(xì)討論的模式。例如，在時(shí)鐘模式中，裝置100將 提供一個(gè)或多個(gè)作為輸出信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)給第二電路180。第二電路
180可以是任何類型或種類的電路，如微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)、射頻電路、或任何其它可利用一個(gè)或多個(gè)輸出時(shí)鐘倩號(hào)的電 路。同樣，例如，在定時(shí)或頻率參考模式中，來自裝置100的輸出信 號(hào)可以是參考信號(hào)，如用于第二振蕩器的同步的參考信號(hào)。因此，術(shù) 語時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考在此將可互換地使用，應(yīng)當(dāng)理解， 時(shí)鐘發(fā)生器通常還將提供方波信號(hào)，其可以也可不隨定時(shí)/頻率參考 提供，其實(shí)質(zhì)上可使用正弦信號(hào)作為代替。此外，如下所詳述的，本 發(fā)明的不同實(shí)施例還提供受脈沖作用的模式，其屮來自吋鐘發(fā)生器和 /或定時(shí)/頻率參考100的輸出信號(hào)猝發(fā)或間隔提供，從而例如增加指 令處理效率及降低功耗。
應(yīng)注意，不同信號(hào)、電壓、隨參數(shù)而定的電流源等被稱為"實(shí)質(zhì) 上"正弦或方波信號(hào)、實(shí)質(zhì)上不變的控制電壓、或?qū)嵸|(zhì)上隨參數(shù)而定 的電壓或電流。這將適應(yīng)不同的波動(dòng)、噪聲源及可導(dǎo)致所述信號(hào)、電 壓或電流的其它畸變以在實(shí)踐中與在課本中找到的更理想的描述區(qū) 別開。例如，如下所詳述的，示例性的"實(shí)質(zhì)上"方波信號(hào)在圖]5A 和15B中示出，其展現(xiàn)了多種畸變，如下沖、上沖、及其它變化，且 在實(shí)踐中仍然被視為非常高質(zhì)量的方波。
本發(fā)明的幾個(gè)重要特征在系統(tǒng)150中。首先，高度準(zhǔn)確、低抖動(dòng)、 自激及自參考時(shí)鐘發(fā)生器100與其它(第二)電路180單片地集成在 一起以形成單一集成電路(系統(tǒng)150)。這明顯區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，在 現(xiàn)有技術(shù)中，參考振蕩器用于提供時(shí)鐘信號(hào)如晶體參考振蕩器，其不 能與其它電路集成在一起且在片外，作為第二及分開的裝置，其必須 通過電路板連接到任何另外的電路。例如，根據(jù)本發(fā)明，包括時(shí)鐘發(fā) 生器100的系統(tǒng)150可使用傳統(tǒng)CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)、BJT (雙極結(jié)晶體管)、BiCM0S (雙極及CM0S)、或在現(xiàn)代1C制造中使用 的其它制造技術(shù)與其它、第二電路-'起制造。
其次，不需要單獨(dú)的參考振蕩器。而是，根據(jù)本發(fā)明，時(shí)鐘發(fā)生 器100自參考且自激，使得其不參考或鎖定另一信號(hào)，如在鎖相環(huán) (PLL)、延遲鎖定環(huán)(DLL)中或經(jīng)注入鎖定同步到參考信號(hào)，這在
現(xiàn)有技術(shù)中非常普遍。
第三，時(shí)鐘發(fā)生器1.00提供多個(gè)輸出頻率及能量保存模式，使得 頻率可以低等待時(shí)間及無假信號(hào)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如，第二電路180
可改變?yōu)槟芰勘４婺Ｊ?，如電池或較低頻率模式，并(通過選擇信號(hào)) 請(qǐng)求更低的時(shí)鐘頻率從而使功耗最小，或請(qǐng)求低功率時(shí)鐘信號(hào)以進(jìn)入 睡眠模式。如下所詳述的，這樣的頻率轉(zhuǎn)換的等待時(shí)間實(shí)質(zhì)上可以忽 略，因假信號(hào)防止引起的等待時(shí)間很低(正比于假信號(hào)防止級(jí)的數(shù) 量)，僅使用少量時(shí)鐘周期，而不是從PLL/DLL改變輸出頻率所需耍 的成千上萬個(gè)吋鐘周期。
此外，給出下述時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考100的很高的可 用輸出頻率，則町得到新的運(yùn)行模式。例如，時(shí)鐘啟動(dòng)時(shí)間實(shí)際上或 實(shí)質(zhì)上可以忽略，使得時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考IOO將被重復(fù) 啟動(dòng)和停止，如為了能量保存完全關(guān)掉或斷續(xù)打開。例如，不是隨時(shí) 鐘連續(xù)運(yùn)行，而是時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考1.00可以相當(dāng)短 的、不連續(xù)間隔或猝發(fā)(即受脈沖作用)、定期或非定期運(yùn)行，以用 于第二電路180如處理器的指令處理。如下所詳述的，由于快速啟動(dòng) 吋間，所述受脈沖作用的運(yùn)行節(jié)約功率，因?yàn)槊亢镣?mW)功耗處理 的指令更多(每秒百萬指令或MIPS)。此外，除了其它使用以外，所 述受脈沖作用的模式還可用于定期同步第二時(shí)鐘或振蕩器。因此，時(shí) 鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考100 (及下述的其它實(shí)施例)具有多種 運(yùn)行模式，包括時(shí)鐘模式、定時(shí)和/或頻率參考模式、能量保存模式、 及受脈沖作用模式。
第四，如下所詳述的，時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考]00包括 隨制造工藝、電壓、溫度(PVT)及使用期變化而保持高度準(zhǔn)確的頻 率產(chǎn)生的特征。這些特征包括頻率調(diào)諧和選擇、及對(duì)由于溫度和/或 電壓波動(dòng)、制造工藝變化及IC老化導(dǎo)致的頻率變化的補(bǔ)償。
第五，時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考100產(chǎn)生很大及相當(dāng)高的 頻率，如幾百M(fèi)Hz和GHz范圍，之后，其被分為多個(gè)更低的頻率。每 一所述除N (有理數(shù)、整數(shù)比)導(dǎo)致有效降噪，相位噪聲降低N及相
位噪聲功率降低N2。因此，本發(fā)明的時(shí)鐘發(fā)生器較直接或通過頻率倍 增產(chǎn)生其輸出的其它振蕩器導(dǎo)致低得多的相對(duì)期抖動(dòng)。
這些特征在圖2中詳細(xì)示出，其是第一示例性裝置實(shí)施例200的 框圖，包括根據(jù)本發(fā)明的頻率控制器215。如圖2中所示，裝置200 是時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考，提供一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)，如具 有使用選頻器205選擇的多個(gè)頻率中的任何頻率的時(shí)鐘或參考信號(hào)。 裝置(或時(shí)鐘發(fā)t器)200包括振蕩器210 (具有諧振元件)、頻率控 制器215、分頻器220、模式選擇器225、及上面提及的選頻器205。 根據(jù)本發(fā)明，振蕩器210產(chǎn)生具有相當(dāng)高頻率/;的信t》。由-丁'上面提 及的PVT或使用期變化，頻率控制器215用于頻率選擇或調(diào)諧振蕩器 2]0，使得振蕩頻率A可從多個(gè)可能振蕩頻率選擇，即頻率控制器215
例如，給定這些PVT變化，振蕩器如振蕩器210的輸出頻率可變 化正負(fù)5%。對(duì)于一些應(yīng)用，如使用環(huán)形振蕩器的應(yīng)用，這樣的頻率 可變性是可接受的。然而，根據(jù)本發(fā)明，需要更髙準(zhǔn)確度的時(shí)鐘發(fā)生 器200，特別是對(duì)于更靈敏或更復(fù)雜的應(yīng)用，如為集成的微處理器、 微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、通信控制器等提供時(shí)鐘信號(hào)。因此，頻 率控制器215用-f根據(jù)這些PVT變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得振蕩器的輸出頻 率是所選或所希望的頻率尸。，其具有數(shù)量小兒級(jí)的變化如土 0.25% 或更小，并具有相當(dāng)?shù)偷亩秳?dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，頻率控制器215的不同示例性實(shí)施例在下面詳細(xì)說 明。例如，參考圖21，其是根據(jù)本發(fā)明的示例性頻率控制器1415和 裝置1400的框圖，振蕩器(諧振器310及維持放大器305)提供具 有諧振頻率z:,的第--輸出信號(hào)。示例性頻率控制器1化5連接到振蕩 器并響應(yīng)f'第二信號(hào)如一個(gè)或多個(gè)傳感器1440提供的第二信號(hào)修改 諧振頻率示例性的頻率控制器1415包括一個(gè)或多個(gè)下述組件 跨導(dǎo)調(diào)節(jié)器1420、 5J變參數(shù)調(diào)節(jié)器(或控制器)M25 (如一個(gè)或多 個(gè)T述的受控電容或受控電抗模塊)、工藝(或其它參數(shù))調(diào)節(jié)器(或 補(bǔ)償器)M30、電壓補(bǔ)償器M55、系數(shù)寄存器1435、及可能的使用
期變化補(bǔ)償器1460。根據(jù)所選實(shí)施例，頻率控制器1415還可包括一 個(gè)或多個(gè)傳感器1440、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器(ADC) 1445、及控制邏 輯塊1450。例如，根據(jù)本發(fā)明，圖4中所示的隨溫度而定的電流源I (T)(或更一般地，yl(x))發(fā)生器415有效地用作溫度傳感器，提 供隨環(huán)境溫度或結(jié)溫而變的相應(yīng)輸出電流。這樣的隨溫度而定的輸出 電流可由A/D轉(zhuǎn)換器(ADC) 1445轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并用于提供頻率 控制器1415的不同調(diào)節(jié)器或補(bǔ)償器1420、 1425、 1430、 1455和1460 使用的相應(yīng)系數(shù)(保存在寄存器1435中)，以根據(jù)不同的參數(shù)如可變 運(yùn)行溫度或可變制造工藝控制諧振(或輸出)頻率A。在其它所說明 的實(shí)施例中，所述隨溫度而定的輸出電流(作為第二信號(hào)，不插入 A/D轉(zhuǎn)換)直接提供給不同的調(diào)節(jié)器，如跨導(dǎo)調(diào)節(jié)器M20和可變參 數(shù)調(diào)節(jié)器(或控制器)1425。這些調(diào)節(jié)器繼而例如通過修改流過諧振 器310和維持放大器305的電流或修改連接到諧振器310并有效形成 為諧振器310的一部分的有效電抗或阻抗(如電容、電感或電阻)而 修改諧振頻率A。例如，有效電抗(或阻抗)可通過將固定或可變電 容連接到諧振器310或與其斷開連接而進(jìn)行修改，或通過修改連接到 諧振器的一個(gè)或多個(gè)電抗的大小而進(jìn)行修改，如通過修改控制電壓或 其它連續(xù)控制參數(shù)。
在.卜'述的不同實(shí)施例中，跨導(dǎo)調(diào)節(jié)器1420和可變參數(shù)調(diào)節(jié)器(或 控制器)1425通常均得以實(shí)施以使用溫度參數(shù)，使得隨運(yùn)行溫度的 變化提供實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定的諧振頻率A。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，這 些調(diào)節(jié)器可被實(shí)施以提供隨其它可變參數(shù)而變或響應(yīng)于其它可變參 數(shù)實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定的諧振頻率A，所述可變參數(shù)如由于制造工藝引起的變 化、電壓變化、老化、及其它頻率變化。
現(xiàn)在再次參考圖2，為提高性能和減少抖動(dòng)(噪聲)及其它千擾， 不是如通常使用PLL和DLL所進(jìn)行的那樣產(chǎn)生低頻輸出并將其倍增到
更高的頻率，本發(fā)明產(chǎn)生相當(dāng)高的頻率輸出/;，其之后使用分頻器
220分為一個(gè)或多個(gè)更低的頻率(力…A)。之后，具有來自分頻 器220的多個(gè)頻率中的一個(gè)或多個(gè)頻率的時(shí)鐘信號(hào)使用選頻器205進(jìn) 行選擇。如上所述，所述頻率選擇無假信號(hào)并具有低等待時(shí)間，從而
提供相當(dāng)快且無假信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換。此外，使用模式選擇器225提供 多種運(yùn)行模式。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的第二示例性裝置實(shí)施例的更詳細(xì)的框圖，即 時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考300。參考圖3，時(shí)鐘發(fā)生器和/或定 時(shí)/頻率參考300包括諧振器310和維持放大器305 (構(gòu)成振蕩器 395)、溫度補(bǔ)償器(或調(diào)節(jié)器)315、工藝變化補(bǔ)償器(或調(diào)節(jié)器) 320、頻率校準(zhǔn)模塊325、電壓變化補(bǔ)償器(或調(diào)節(jié)器)380、使用期 (時(shí)間)變化補(bǔ)償器(或調(diào)節(jié)器)365、 一個(gè)或多個(gè)系數(shù)寄存器340， 及根據(jù)所選實(shí)施例，還可包括傳感器385、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 390、 分頻器和方波發(fā)生器330、電壓隔離器355、諧振頻率選擇器360、 輸出頻率選擇器335、模式選擇器345、及低等待時(shí)間啟動(dòng)模塊399。 維持放大器305、溫度補(bǔ)償器315、工藝變化補(bǔ)償器320、電壓隔離 器355、電壓變化補(bǔ)償器380、使用期變化補(bǔ)償器365、諧振頻率選 擇器360、及頻率校準(zhǔn)模塊325通常包括在頻率控制器內(nèi)，如頻率控 制器349 (或215或1415)?；蛘?，維持放大器305和諧振器310可 被視為包括振蕩器395，具有一個(gè)或多個(gè)包括在頻率控制器349 (或 215或1415)內(nèi)的不同控制器元件(如溫度補(bǔ)償器315、工藝變化補(bǔ) 償器320、電壓隔離器355、電壓變化補(bǔ)償器380、使用期變化補(bǔ)償 器365、諧振頻率選擇器360、傳感器385、 ADC390、及頻率校準(zhǔn)模 塊325)。還應(yīng)注意，(330的)方波發(fā)生器在定時(shí)或頻率參考實(shí)施例 中不需要。
諧振器310可以是保存能量的任何類型的諧振器，如連接的電感 器(L)和電容器(C)以形成L,C儲(chǔ)能電路，其中LC儲(chǔ)能電路具有多 種LC儲(chǔ)能電路配置中的所選配置，或在電學(xué)上或機(jī)電上等價(jià)于或通 常在本領(lǐng)域表示為連接到電容器的電感器。這樣的LC諧振器在閣4 中圖示為諧振器405。除了LC諧振器之外，其它諧振器均被視為等 效且在本發(fā)明范圍內(nèi)；例如，諧振器310可以是陶瓷諧振器、機(jī)械諧 振器(如XTAL)、微機(jī)電(MEMS)諧振器、或薄膜體聲波諧振器。在
其它例子中，不同的諧振器可由電或機(jī)電模擬表示為LC諧振器，且 也在本發(fā)明范圍內(nèi)。在示例性實(shí)施例中，LC儲(chǔ)能電路已被用作諧振 器，以為完全集成的解決方案提供高Q值。
維持放大器305為諧振器310提供啟動(dòng)及維持放大。溫度補(bǔ)償器 315對(duì)諧振器310提供頻率控制，以基于由于溫度引起的變化調(diào)節(jié)振 蕩頻率。在所選實(shí)施例中，根據(jù)所希望或要求的控制程度，溫度補(bǔ)償 器3]5可包括對(duì)電流和頻率的控制，如下對(duì)所選實(shí)施例的描述。例如， 溫度補(bǔ)償器315可包括圖21的跨導(dǎo)調(diào)節(jié)器1420和可被參數(shù)調(diào)節(jié)器 1425之一或同時(shí)包括二者，調(diào)節(jié)器1420和1425均響應(yīng)于溫度波動(dòng)。 類似地，工藝變化補(bǔ)償器320對(duì)諧振器310提供頻率控制，以基于半 導(dǎo)體制造技術(shù)中固有的工藝變化調(diào)節(jié)振蕩頻率，所述工藝變化包括給 定鑄造廠內(nèi)的工藝變化(如批或運(yùn)行變化、給定晶片內(nèi)的變化、及同 一晶片內(nèi)管芯與管芯之間的變化)及不同鑄造廠及鑄造廠工藝之間的 工藝變化(如130nm和90nm工藝)。電壓變化補(bǔ)償器380可用于隨電 源電壓變化及其它電壓變化保持穩(wěn)定的輸出頻率。使用期變化補(bǔ)償器 365可用于隨IC使用期的增長保持穩(wěn)定的輸出頻率，其中隨著時(shí)間 的消逝電路元件中具有相應(yīng)的變化。頻率校準(zhǔn)模塊325用于從諧振器 310中出現(xiàn)的多個(gè)振蕩頻率調(diào)整和選擇所需輸出頻率A，即從多個(gè)可 用或可能頻率選擇輸出頻率/。。在所選實(shí)施例中，系數(shù)寄存器340用 于保存不同示例性補(bǔ)償器和校準(zhǔn)實(shí)施例中使用的系數(shù)值，其將在下面 更詳細(xì)地描述。
如上所述，在所選實(shí)施例中，頻率控制器349還可包括--個(gè)或多 個(gè)傳感器385和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 380。此外，頻率控制器的許多其 它補(bǔ)償器和調(diào)節(jié)器包括用作傳感器的組件，如隨溫度而定的電流源及 其它電壓變化檢測器。除了用于產(chǎn)生對(duì)不同轉(zhuǎn)換元件提供控制的多個(gè) 所保存系數(shù)以外，即將受控電抗模塊(下述)轉(zhuǎn)換到諧振器310 (作 為不連續(xù)形式的控制)及改變連接的或轉(zhuǎn)換的電抗提供給諧振器310 (連續(xù)形式的控制)的有效電抗量，不同的傳感器、補(bǔ)償器和調(diào)節(jié)器 還可用于對(duì)諧振器310的諧振頻率提供其它形式的連續(xù)控制。如下所
述，來自傳感器、電流發(fā)生器、控制電壓等的不同連續(xù)輸出用作本發(fā) 明范圍內(nèi)的控制信號(hào)。例如，不同的控制電壓，其隨所選參數(shù)(如溫 度)變化或相對(duì)于所選參數(shù)保持不變，用作用于修改使用可變電抗器 實(shí)現(xiàn)的受控電容模塊的相應(yīng)大小的控制信號(hào)。
除了溫度和工藝補(bǔ)償以外，電壓隔離器355提供與電壓變化的隔 離，如來自電源的電壓變化，并可單獨(dú)實(shí)施或作為其它組件的-部分 實(shí)施，如作為溫度補(bǔ)償器315的一部分。除了因這些PVT和使用期變 化進(jìn)行的頻率調(diào)節(jié)之外，諧振頻率還可通過諧振頻率選擇器360單獨(dú) 選擇，從而從可用頻率范圍獲得所選頻率。
對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生，吋鐘發(fā)生器300使用(模塊330中的)分頻
器將輸出振蕩頻率/;轉(zhuǎn)換為多個(gè)更低的頻率(/,…。并使用方波
發(fā)生器(也在模塊330中)將實(shí)質(zhì)上正弦的振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)質(zhì)上方 波信號(hào)以用于時(shí)鐘應(yīng)用。之后，選頻器335選擇具有多個(gè)頻率的可用 輸出信號(hào)中的--個(gè)或多個(gè)，及模式選擇器345還可提供運(yùn)行模式選 擇，如提供低功率模式、受脈沖作用模式、參考模式等。使用這些組 件，時(shí)鐘發(fā)生器300提供多個(gè)高度準(zhǔn)確(隨PVT)、低抖動(dòng)、及穩(wěn)定 的輸出頻率/; /)…《,，其具有因所述PVT變化引起的最小可以忽 略的頻移，從而對(duì)如上所述的靈敏或復(fù)雜應(yīng)用提供足夠的準(zhǔn)確度和穩(wěn) 定性。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的示例性頻率控制器、振蕩器和頻率校準(zhǔn)實(shí)施 例的高級(jí)原理及框圖。如圖4中所示，諧振器被體現(xiàn)為諧振LC儲(chǔ)能 電路405，且頻率控制器被體現(xiàn)為幾個(gè)元件，負(fù)跨導(dǎo)放大器410 (用 于實(shí)現(xiàn)維持放大器)、溫度響應(yīng)(或隨溫度而定)電流發(fā)生器UT)(或 更- -般地，yl(x)，響應(yīng)于任何所述參數(shù)x) 415，溫度響應(yīng)(或隨溫 度而定)頻率(/UT))補(bǔ)償模塊420、工藝變化補(bǔ)償模塊425，且還可 包括頻率校準(zhǔn)模塊430。不同的溫度響應(yīng)或隨溫度而定的模塊415和 420對(duì)溫度波動(dòng)敏感或響應(yīng)于溫度波動(dòng)，并提供相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使得諧 振頻率隨PCT和使用期變化保持穩(wěn)定和準(zhǔn)確。
具有維持放大器的諧振LC儲(chǔ)能電路405可被等同地描述為諧波
振蕩器或諧波核，且所有這樣的變化均在本發(fā)明范圍內(nèi)。應(yīng)注意，在
諧振LC儲(chǔ)能電路405是電感器435與電容器440并聯(lián)的同時(shí)，其它 電路布局也是眾所周知的并等價(jià)于所述結(jié)構(gòu)，如電感與電容串聯(lián)。另 一這樣的等效布局如圖8中所示。此外，如上所述，其它類型的諧振' 器也可使用并視為等價(jià)于在此所述的示例性諧振LC儲(chǔ)能電路。此外， 如下所詳述的，另外的電容和/或電感，無論固定還是可變(及更--般地指阻抗或電抗(或電抗元件))，均分布在不同的模塊中并有效地 構(gòu)成諧振LC儲(chǔ)能電路405的一部分，且用作本發(fā)明的頻率控制器的 --部分。此外，相應(yīng)的電阻(不同阻抗的電阻元件)Rl445和R. 450 被分開示出，但應(yīng)當(dāng)理解為分別是電感器435和電容器440的本質(zhì)， 其作為制造的--部分出現(xiàn)，而不是相應(yīng)電感器435和電容器440之外 的另外或單獨(dú)的組件。相反，所述另外或本質(zhì)(寄生)的電阻也能作 為對(duì)PVT變化的補(bǔ)償?shù)?-部分包括，如下參考圖29所述。
諧振LC儲(chǔ)能電路或振蕩器405的電感器435和電容器440的大 小正好或大約提供所選振蕩頻率A或/。附近的振蕩頻率范圍。此外， 電感器435和電容器440的大小具有或滿足IC布圖面積要求，越高 的頻率要求越少的面積。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，/。-X ^，
但僅作為一階近似，因?yàn)槿缦滤?，其它因素如阻抗R,.和Rc:、任何 另外的電阻器、連同溫度和工藝變化及其它畸變--起影響A，并可包
括在二階和三階近似中。例如，電感器435和電容器440的大小可產(chǎn) 生在l-5GHz范圍內(nèi)的諧振頻率；在其它實(shí)施例中，可能需要更高或 更低的頻率，所有這樣的頻率均在本發(fā)明范圍內(nèi)。此外，電感器435 和電容器440可使用任何半導(dǎo)體或其它電路工藝技術(shù)制造，并可與 CMOS兼容、與雙極結(jié)型晶體管兼容，同時(shí)在其它實(shí)施例中，電感器 435和電容器440司使用絕緣硅片(SOI)、金屬-絕緣體-金屬(MiM)、 多晶硅-絕緣體-多晶硅(PiP)、 GaAs、應(yīng)變硅、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)技術(shù)或 基于MEMS (微機(jī)電)的技術(shù)制造，同樣是作為例子而非限制。應(yīng)當(dāng) 理解，所有這樣的實(shí)施例均在本發(fā)明范圍內(nèi)。此外，除了諧振LC儲(chǔ) 能電路405之外或代替其，其它諧振器和/或振蕩器實(shí)施例也可使用
且也在本發(fā)明范圍內(nèi)。如在此使用的，"LC儲(chǔ)能電路"將意味著可提 供振蕩的任何及所有電感器和電容器電路布圖、結(jié)構(gòu)或布局。應(yīng)注意， 將使用傳統(tǒng)工藝如CMOS技術(shù)制造的振蕩器405的能力使時(shí)鐘發(fā)生器 能與其它電路如第二電路180集成且單片地制造，并提供本發(fā)明的獨(dú) 特優(yōu)點(diǎn)。
此外，圖4中所示的電容440僅是諧振LC儲(chǔ)能電路405的諧振 和頻率確定所涉及的全部電容的--部分，且為固定電容。在所選實(shí)施 例中，該固定電容可代表振蕩器中最終使用的總電容的大約10%-90 %。或者，如果需要，電容440也可實(shí)施為可變電容。如下所詳述的， 全部電容均被分配，使得另外的固定及可變電容有選擇地包括在時(shí)鐘 發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考300內(nèi)，并例如由頻率控制器(215、 1415) 的組件提供，所述組件如溫度-響應(yīng)頻率(A (T))補(bǔ)償模塊420及工藝 變化補(bǔ)償模塊425，以選擇諧振頻率A及使諧振頻率力,能實(shí)質(zhì)上獨(dú)立 于溫度及工藝變化。
在所選實(shí)施例中，電感435已被固定，但也可以可變的方式實(shí)施， 或?qū)嵤楣潭翱勺冸姼械慕Y(jié)合。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到， 對(duì)于頻率調(diào)諧及溫度和工藝獨(dú)立，固定及可變電容的詳細(xì)討論類似地 適合電感選擇。例如，不同的電感可在振蕩器中或之外轉(zhuǎn)換以類似地 提供調(diào)諧。此外，單一電感器的電感也可被調(diào)節(jié)。由此，所有這樣的 電感和電容變化均在本發(fā)明范圍內(nèi)，且被圖示為圖20的示例性受控 阻抗模塊1305及圖25-27的受控電抗模塊1805的可轉(zhuǎn)換、可變和/ 或固定電抗元件或組件。
同樣如圖4中所示，諧振LC儲(chǔ)能電路405及在結(jié)點(diǎn)或線路470 和475處的、稱為第一 (輸出)信號(hào)的所得輸出信號(hào)是差分信號(hào)并提 供共模抑制。其它構(gòu)造包括非差分或其它單端構(gòu)造也在本發(fā)明范圍 內(nèi)。例如，在單端構(gòu)造中，只有一個(gè)不同模塊(如485、 460)的例 示應(yīng)被需要，而不是如圖所示使用兩個(gè)實(shí)現(xiàn)平衡結(jié)構(gòu)。類似地，下述 的其它組件和特征如分頻器也應(yīng)具有單端而不是差分結(jié)構(gòu)。此外，所 示的不同實(shí)施例使用不同形式(如CM0S、積累型M0SFET(AM0S)、反型M0SFET(IM0S)等)的M0SFET晶體管(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶 體管)；但其它實(shí)施也可以，如使用雙極結(jié)型晶^K管(BJT)、 BiCM0S 等。所有這樣的實(shí)施例均視為等效并在本發(fā)明范圍內(nèi)。
選擇負(fù)跨導(dǎo)放大器410以通過跨導(dǎo)(g，)調(diào)節(jié)及其電阻器的導(dǎo)通電 阻提供溫度補(bǔ)償?？鐚?dǎo)(&)調(diào)節(jié)也可在頻率選擇時(shí)獨(dú)立使用。本發(fā)明 的另一重要優(yōu)點(diǎn)是負(fù)跨導(dǎo)放大器410的選擇以提供啟動(dòng)和維持放大， 因?yàn)檎袷幷穹邦l率受維持放大器的跨導(dǎo)影響，從而除提供溫度補(bǔ)償 之外還提供振幅調(diào)節(jié)和頻率修整(或調(diào)諧)。負(fù)跨導(dǎo)放大器410響應(yīng) 于跨諧振LC儲(chǔ)能電路405 (如圖所示，跨結(jié)點(diǎn)470和475)的電壓v 將電流注入諧振LC儲(chǔ)能電路405 (及特別注入在電容器440上)。該 電流注入繼而將改變(和使失真)電壓波形(因?yàn)殡妷菏请娏鞯姆e分)， 從而導(dǎo)致頻率改變或變化，其通常反比于跨導(dǎo)g，的大小，如圖5A中 所示。應(yīng)注意，該跨導(dǎo)是負(fù)值，因?yàn)樘峁┝嗽鲆嬉韵C振元件的損 耗本質(zhì)。因此，無論在此何時(shí)使用"跨導(dǎo)放大器"，應(yīng)當(dāng)理解其意為 且僅是"負(fù)跨導(dǎo)放大器"的簡化?？鐚?dǎo)也隨偏流而變，實(shí)質(zhì)上(大約) 正比于通過放大器410的電流(yl(x))的平方根(對(duì)于MOSFET)，及 實(shí)質(zhì)上(大約)正比于通過放大器的電流(yl(x))(對(duì)于BJT)，其隨 溫度而定，從而導(dǎo)致隨溫度和偏流而定的波形失真，如圖5B中所示。 此外，如圖5C中所示，振蕩頻率也與維持負(fù)跨導(dǎo)放大器410的跨導(dǎo) 有關(guān)并隨其而變，從而提供振蕩頻率選擇。此外，除了溫度相關(guān)(為 I(T))之外，電流也可隨其它參數(shù)或變量而變(因此更一般地稱為電 流I(x))，所述參數(shù)或變量如電壓或外部調(diào)諧，電流也可被放大如通 過因子y (如下所述);因此電流被稱為yl(x)。
如上所述，更一般地，所述可變電流yT()O可用作傳感器或傳感 器的一部分，如圖21的一個(gè)或多個(gè)傳感器M40或跨導(dǎo)調(diào)節(jié)器1420 或圖25的傳感器1815。例如，當(dāng)所述可變電流由1(T)發(fā)生器4]5提 供時(shí)，使得所提供的電流隨溫度而變(參數(shù)或變量x二溫度參數(shù)T)， 從而I(T)發(fā)生器415用作溫度傳感器，并可同樣地用在示例性實(shí)施 例中，如由頻率控制器(215、 349、 1415)用于響應(yīng)于溫度波動(dòng)調(diào)節(jié)
諧振頻率/。。例如，圖21的跨導(dǎo)調(diào)節(jié)器1420可包括這樣的溫度(或 其它參數(shù))響應(yīng)電流源415 (其也用作傳感器1440)，從而向維持放 大器305提供電流。
本發(fā)明的重大發(fā)明突破包括有利地使用這些可能失真，在產(chǎn)生振 蕩器的所選A值時(shí)進(jìn)行頻率補(bǔ)償及通過維持放大器的跨導(dǎo)的調(diào)節(jié)進(jìn) 行頻率調(diào)節(jié)。因此，如下所詳述的，首先，跨導(dǎo)可為頻率選擇進(jìn)行修 改或改變，其次，可對(duì)由于溫度、電壓、制造工藝或老化引起的頻率 變化進(jìn)行補(bǔ)償，其通過通常實(shí)時(shí)或幾乎實(shí)時(shí)地修改電流yl(x)進(jìn)行。 根據(jù)本發(fā)明，所選頻率A及其相對(duì)于溫度變化的穩(wěn)定性可通過適當(dāng)?shù)?選擇跨導(dǎo)^和選擇I(T)確定。換言之，根據(jù)本發(fā)明，偏流被使得與 溫度相關(guān)，其為I(T)(或更一般地，為yl(x))，其繼而影響跨導(dǎo)&， 繼而影響振蕩頻率/。。該方法也可用于其它變量，如電壓波動(dòng)、工藝 變化、或老化變化。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性負(fù)跨導(dǎo)放大器(410)、溫度-響應(yīng)電 流發(fā)生器(I(T)415)、及LC儲(chǔ)能電路諧振器(405)實(shí)施例的電路圖。 如圖6中所示，諧振LC儲(chǔ)能電路500連接到實(shí)施為互補(bǔ)交叉連接對(duì) 放大器的負(fù)跨導(dǎo)放大器505 (包括晶體管M1、 M2、 M3和M4)，其繼而 通過電壓隔離器510 (實(shí)施為電流反射鏡(晶體管525A和525B)并 在此可互換)連接到溫度-響應(yīng)電流發(fā)生器(I(x))515。電流反射鏡 510 (電壓隔離器)也可實(shí)施成共基共射布局(520A和520B)，從而 隨電源變化提供提高的穩(wěn)定性并使振蕩器與電源隔離(電壓隔離)。 溫度-響應(yīng)電流發(fā)生器515可使用技術(shù)如分別如圖7A、 7B和7C所示 的CTAT (相反于絕對(duì)溫度)、PTAT (正比于絕對(duì)溫度)或PTAT2 (正比于 絕對(duì)溫度的平方)及如圖7D所示的CTAT、 PTAT和PTAf的結(jié)合進(jìn)行 實(shí)施。在每一情形中，注入負(fù)跨導(dǎo)放大器(互補(bǔ)交叉連接對(duì)放大器) 505的電流I(T)(或yl(x))與溫度相關(guān)，如圖所示，隨溫度增加而 增加電流(PTAT和PTAT2)或降低電流(CTAT)。這些溫度-響應(yīng)電流 發(fā)生器的--個(gè)或多個(gè)組合也可實(shí)施為如圖7D中所示，如CTAT與PTAT 并聯(lián)。
特定溫度-響應(yīng)或隨溫度而定的電流發(fā)生器的選擇也隨所使用的
制造工藝而變；例如，CTAT可用于臺(tái)灣半導(dǎo)體(TSMC)制造工藝。. 更一般地，由于不同的制造者使用不同的材料，如鋁或銅，R,通常變 化，這導(dǎo)致不同的溫度系數(shù)，其繼而改變振蕩器的溫度系數(shù)，從而需 要I(T)補(bǔ)償差別。相應(yīng)地，可能需要不同比例的CTAT、PTAT和PTAT2 以提供隨溫度而變的有效平坦頻率響應(yīng)。沒有單獨(dú)示出，圖7A、 7B、 7C和7D中所示的不同溫度-響應(yīng)電流發(fā)生器可包括啟動(dòng)電路。此外， 對(duì)于所示的示例性布局，包括所選溫度-響應(yīng)電流發(fā)生器結(jié)構(gòu)的晶體 管可被不同地加偏壓，如對(duì)于CTAT (M7和M8)和PTAf (M13和M14) 加強(qiáng)反型偏壓，對(duì)于PTAT (M9和M10和PTAT" (M11和M12)按亞閾 值加偏壓。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的另外的示例性負(fù)跨導(dǎo)放大器、溫度-響應(yīng)(或 隨溫度而定)電流發(fā)生器(I(T或I(x))、及LC儲(chǔ)能電路振蕩器實(shí)施 例的電路和框圖。如圖8中所示，諧振LC儲(chǔ)能電路550具有不同于 先前所示的布周，但也連接到實(shí)施為互補(bǔ)交叉連接對(duì)放大器的負(fù)跨導(dǎo) 放大器505 (晶體管M1、 M2、 M3和M4)，其繼而通過多個(gè)電流反射鏡 510 (或520)及530連接到溫度-響應(yīng)(或隨溫度而定)電流發(fā)生器 (I(T或100)515。如圖所示，多個(gè)電流反射鏡用于接連提供增益并 增加進(jìn)入負(fù)跨導(dǎo)放大器505和諧振LC儲(chǔ)能電路550的電流I (T)。通 常，提供進(jìn)入結(jié)點(diǎn)B的電流且其驅(qū)動(dòng)負(fù)跨導(dǎo)放大器的電流反射鏡(如 圖6中的晶體管M6)中的末尾器件被選擇為PMOS器件，因而可能需 要幾級(jí)反射(如圖所示)以將PMOS電流反射鏡輸入提供給^放大器。 通常選擇PMOS，因?yàn)樵诂F(xiàn)代CMOS工藝中，PMOS器件通常為埋溝器件， 眾所周知，其相較一樣大小且類似偏壓的NM0S器件展現(xiàn)更小的閃變 噪聲。在末尾器件中閃變?cè)肼暤慕档蛯?dǎo)致振蕩器的相位噪聲和抖動(dòng)的 降低，因?yàn)殚W變?cè)肼曈呻娐分械姆蔷€性有效器件在振蕩頻率附近增頻 變換。
如上所述，電流反射鏡510或520 (或其它電路)獲得進(jìn)入負(fù)跨 導(dǎo)放大器505的電流的部分應(yīng)在其輸出具有高阻抗以減少電源頻移，
如通過使用長晶體管幾何結(jié)構(gòu)及共基共射結(jié)構(gòu)增加輸出電阻，并在結(jié)
點(diǎn)B提供很好的穩(wěn)定性。此外，分路電容器570也可被采用以濾波從 而降低來自不同末尾器件的閃變?cè)肼暋?br> 根據(jù)所選應(yīng)用，具有其I (T)(或yl (x))偏壓的負(fù)跨導(dǎo)放大器505 的使用可提供足夠的頻率穩(wěn)定性，使得另外的頻率控制器組件在該應(yīng) 用中不必須或不需要。然而，在其它實(shí)施例中，可使用下面詳述的一 個(gè)或多個(gè)組件提供另外的準(zhǔn)確度和更少的頻移。
除了提供隨溫度而定的電流yl(x)(或I(T))之外，不同的晶體 管M1、 M2、 M3和M4中的每一個(gè)在傳導(dǎo)期間均具有相關(guān)聯(lián)的電阻，其 也趨于在振蕩期間導(dǎo)致頻率失真和頻移。在每半周中，或M1和M4或 M2和M3接通和導(dǎo)電。所述電阻也隨溫度而定。因此，晶體管M1、 M2、 M3和M4大小(寬度和長度)應(yīng)被調(diào)節(jié)以對(duì)所述頻率效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。 應(yīng)注意，注入諧振LC儲(chǔ)能電路405的電流必須足以維持振蕩(如圖 5C中所示)，因而將具有最小值，其可限制容易通過負(fù)跨導(dǎo)放大器410 (或505)及隨溫度而定的電流發(fā)生器415 (或515)實(shí)施的頻率控 制的程度或能力。因此，I(T)和晶體管(Ml、 M2、 M3和M4)大小應(yīng) 被共同選擇以進(jìn)行振蕩啟動(dòng)、適應(yīng)功耗束縛條件的最大電流、及裝配 到所選IC區(qū)域和布局。例如，可選擇跨導(dǎo)&以大約提供足夠的電流 從而確保啟動(dòng)和維持振蕩，其具有隨溫度增加頻率降低的頻率特征， 之后將晶體管Ml、 M2、 M3和M4的大小調(diào)整到足夠大以使頻率獨(dú)立于 溫度或隨溫度增加而增加，之后用適當(dāng)?shù)腎(T)選擇微調(diào)頻率-溫度關(guān) 系。在所選模型的實(shí)施例中，這已導(dǎo)致隨PVT變化頻率準(zhǔn)確度大約土 0.25%-0.5 %，對(duì)于許多應(yīng)用這已遠(yuǎn)超出所需的準(zhǔn)確度。
再次參考圖4，另外的補(bǔ)償模塊也用作頻率控制器(215， 349， 1415)的一部分以對(duì)諧振頻率A提供更大的控制和準(zhǔn)確度，如用于需 要更大準(zhǔn)確度和更小變度(或頻移)的應(yīng)用，或其中技術(shù)不允許先前 的技術(shù)隨PVT或使用期變化提供足夠的準(zhǔn)確度的應(yīng)用，使得提供大約 ± 0.25 %或更好的頻率準(zhǔn)確度。在這些情況下，可使用隨溫度而定 的(或溫度-響應(yīng))頻率(/。(T))補(bǔ)償模塊420，如示例性的溫度-響
應(yīng)頻率(A(T))補(bǔ)償模塊420。例如，該模塊可使用受控(或可控) 電容模塊485實(shí)現(xiàn)，每一電容模塊連接到諧振LC儲(chǔ)能電路405的相 應(yīng)側(cè)或干線(線路470和475)，每一電容模塊均在第一多個(gè)(w)轉(zhuǎn) 換系數(shù)(A…(寄存器495)提供的集中控制之下，及電壓控 制器提供由第二多個(gè)(x)轉(zhuǎn)換系數(shù)(^…(寄存器455)確定 的控制電壓，如圖9和10中所示的典型實(shí)例。(術(shù)語"受控"及"可 控"在此可互換地使用)。另外的示例性實(shí)施例在圖20中示出，其圖 示了頻率-溫度補(bǔ)償模塊中使用的示例性受控阻抗模塊1300，如代替 模塊420中的受控(或可控)電容模塊485或作為除其之外的模塊； 在圖22中，其示出了受控電容模塊485的另--變化，因?yàn)槭芸仉娙?模塊1500具有多個(gè)隨溫度而定的或隨其它參數(shù)而定的控制電壓(按 圖23或26中所示產(chǎn)生)；在圖25中，其示出了多個(gè)受控電抗模塊 1805，這些模塊響應(yīng)于來自控制邏輯1810和傳感器1815的控制信號(hào) 接通或斷開(連接到諧振器或與其斷開連接)，所述控制信號(hào)包括來 自振蕩器的反饋；在圖26中，示出了多個(gè)受控電抗模塊1805，這些 模塊響應(yīng)于控制信號(hào)(連續(xù))或系數(shù)(離散)接通或斷開和/或轉(zhuǎn)換 到控制電壓；及在圖27中，示出了多個(gè)受控電抗模塊1805，這些模 塊響應(yīng)于控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而用于電壓變化補(bǔ)償。有幾種不同類 型的可用轉(zhuǎn)換，如將電抗或阻抗連接到諧振器或與其斷開連接、或?qū)?連接的電抗或阻抗轉(zhuǎn)換到所選控制電壓或其它控制信號(hào)。
圖9為根據(jù)本發(fā)明的示例性第一可控電容模塊635的電路圖，其 可用作頻率-溫度補(bǔ)償模塊420中的受控(或可控)電容模塊485 (及 連到諧振LC儲(chǔ)能電路405的每- -側(cè)(結(jié)點(diǎn)或線路470和475))。如 圖所示，受控(或可控)電容模塊635包括--組多個(gè)(w) 二進(jìn)制加 權(quán)的固定電容器(G) 620及二進(jìn)制或其它差分加權(quán)的可變電容器(可 變電抗器)(G) 615的可轉(zhuǎn)換電容模塊640。任何類型的固定電容器 620和可變電容器(可變電抗器)615均可使用；在所選實(shí)施例中， 可變電抗器615為AMOS (積累型MOSFET)、 IMOS (反型MOSFET)、和 /或結(jié)型/二極管可變電抗器。每-可轉(zhuǎn)換電容模塊640具有一樣的電路布局，及每一電容模塊由二進(jìn)制加權(quán)的電容區(qū)別開，可變電容模塊
640n具有1個(gè)單位的電容，可變電容模塊640,具有2個(gè)單位的電容， 依此類推，可變電容模塊640(，-D具有2(-"單位的電容，每一單位代表 特定電容大小或值(通常為毫微法拉(fF)或皮法拉(pF))。如上所 述，其它差分加權(quán)方案也可等同地應(yīng)用，如線性或二進(jìn)制，且也可包 括通過將電抗轉(zhuǎn)換到所選控制電壓而提供所述差分加權(quán)，從而增加或 降低其有效電抗。
在每--可轉(zhuǎn)換模塊640內(nèi)，每一固定和可變電容初始相等，可變 電容被允許響應(yīng)于在結(jié)點(diǎn)625提供的控制電壓變化。該控制電壓繼而 隨溫度或另--所選可變參數(shù)變化，從而導(dǎo)致受控電容模塊635提供的 所有或全部電容也隨溫度(或其它參數(shù))變化，這繼而用于改變諧振 頻率A。在其它所選實(shí)施例中，多個(gè)控制電壓中的任何控制電壓均可 使用，包括靜態(tài)控制電壓，以進(jìn)行如下所述的其它類型的補(bǔ)償。同樣， 在每一可轉(zhuǎn)換電容模塊640內(nèi)，通過使用轉(zhuǎn)換系數(shù)A…A"，或固 定電容G或可變電容G被轉(zhuǎn)換入電路，而非二者同時(shí)存在。例如， 在所選實(shí)施例中，對(duì)于給定或所選模塊640，當(dāng)其相應(yīng)p系數(shù)是邏輯 高(或高電壓)時(shí)，相應(yīng)的固定電容G被轉(zhuǎn)換入電路，而相應(yīng)的可變 電容G被轉(zhuǎn)換出電路(并連接到電源干線電壓VUI)或接地(GND)，取決 于器件是AMOS還是IMOS，以避免浮動(dòng)結(jié)點(diǎn)并使呈現(xiàn)給儲(chǔ)能電路的電 容最小)，當(dāng)其相應(yīng)p系數(shù)是邏輯低(或低電壓)時(shí)，相應(yīng)的固定電 容G.被轉(zhuǎn)換出電路，而相應(yīng)的可變電容G.被轉(zhuǎn)換入電路并連接到在 結(jié)點(diǎn)625上提供的控制電壓。
在示例性實(shí)施例中，全部8個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊640 (及相應(yīng)的8 個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù))均已被實(shí)施以提供固定和口了變電容的256種組合。因此， 提供了對(duì)振蕩頻率隨溫度而變的有效控制。
應(yīng)注意，在該示例性實(shí)施例中，提供將固定電容G或可變電容 C,轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出，固定與可變的比相應(yīng)地改變可控電容模塊635的 溫度響應(yīng)的量或程度。例如，隨著可變電容G,的量增加，可控電容模 塊635響應(yīng)于溫度(或其它參數(shù))提供更大的可變性，從而調(diào)節(jié)儲(chǔ)能 電路或其它振蕩器的頻率響應(yīng)。
圖10為根據(jù)本發(fā)明的用于在(頻率-溫度補(bǔ)償模塊420.的)可控 電容模塊635中提供控制電壓V 480 (圖4)的示例性隨溫度而定 的電壓控制模塊650的電路圖。如圖所示，電壓控制模塊650使用如 先前所述的電流發(fā)生器655、使用PTAT、 PTAf和/或CTAT電流發(fā)生 器的一個(gè)或多個(gè)組合產(chǎn)生隨溫度而定的電流工(T)(或更一般地，電 流I (x))，并可與負(fù)跨導(dǎo)放大器410共享所使用的I (T)發(fā)生器415， 而不是提供單獨(dú)的發(fā)生器655。隨溫度而定的電流I(T)(或I(x))通 過電流反射鏡670反射到多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊或支路675及固定電容 模塊或支路680，所有均并聯(lián)構(gòu)造。在其它示例性實(shí)施例中，根據(jù)將 補(bǔ)償?shù)膮?shù)變化，也可使用下述的其它控制電壓發(fā)生器。
在其它組合中，根據(jù)PTAT、 PTAf和/或CTAT電流發(fā)生器的選擇 和加權(quán)，隨溫度而定的電流也可被產(chǎn)生。例如，PTAT發(fā)生器和CTAT 發(fā)生器，具有相等的大小但相反的斜率，可被結(jié)合在一起以產(chǎn)生隨溫 度波動(dòng)提供恒定電流的電流發(fā)生器。例如，這樣的電流發(fā)生器可用于 在圖30中所示的老化變化補(bǔ)償器中提供恒定電流源。本領(lǐng)域技術(shù)人 員將認(rèn)識(shí)到，其它電流源也可使用，如隨電源電壓變化的電流源，并 可用作相應(yīng)的電壓傳感器。
電阻器685可以是任何類型或不同類型的結(jié)合，如擴(kuò)散電阻器(p 或n)、多晶硅、金屬電阻器、自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物或非自對(duì)準(zhǔn)多晶硅 化物電阻器、或阱電阻器(P或n阱)。根據(jù)所選電阻器的類型或類 型組合，電阻器685通常還將具有相應(yīng)的溫度相關(guān)(或響應(yīng))，從而 對(duì)于通過所選電阻器685的給定電流，跨所選電阻器685提供隨溫度 而變的相應(yīng)電壓變化。例如，擴(kuò)散電阻器通常將具有高溫度系數(shù)(隨 溫度提供更大的電壓變化)，而多晶硅電阻器通常將具有低溫度系數(shù) (隨溫度提供更小的電壓變化)，而對(duì)于所選模塊675,多個(gè)這些不 同電阻器類型的串聯(lián)混合將提供在這些高和低響應(yīng)級(jí)之間的相應(yīng)響 應(yīng)。或者，電阻器685可被調(diào)整大小或加權(quán)為提供隨給定電流如隨溫 度而定的電流(如I(T))變化的不同電壓水平，從而對(duì)于所述隨溫
度變化的電流提供相應(yīng)隨溫度而變的電壓變化。
每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊675通過第二多個(gè)(x)轉(zhuǎn)換系數(shù)g。…^-,, 中的相應(yīng)q系數(shù)轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出電壓控制模塊650。當(dāng)可轉(zhuǎn)換電阻模 塊675被轉(zhuǎn)換入電路時(shí)(如當(dāng)其相應(yīng)系數(shù)為邏輯高或高電壓時(shí))，由 于隨溫度而定的電流I (T)，所得的跨其相應(yīng)電阻器685的電壓也隨 溫度而定。在所選實(shí)施例中，使用三個(gè)可變電阻模塊675，提供8種 支路組合。因此，提供給結(jié)點(diǎn)625的控制電壓也隨溫度(或其它參數(shù)) 變化，從而對(duì)可控電容模塊635中的可變電容器615提供溫度或其它 參數(shù)相關(guān)或靈敏度。更一般地隨參數(shù)而定或隨溫度而定的其它電阻模 塊將在下而分別結(jié)合圖23和26及圖28進(jìn)行描述。
第一多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)P。…A,力及第二多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)W…^力可 通過測試具有本發(fā)明時(shí)鐘發(fā)生器的典型IC而在制造后確定。對(duì)于給 定制造工藝(下面結(jié)合圖11和12描述)，一旦諧振頻率A己被選擇 和/或校準(zhǔn)，振蕩器的溫度(或其它參數(shù))響應(yīng)即被確定和調(diào)節(jié)，以 對(duì)于環(huán)境或運(yùn)行溫度(或其它可變參數(shù))的所述變化提供實(shí)質(zhì)上恒定 的所選諧振頻率A。在示例性實(shí)施例中，第一多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)P?！璚 ,, 通過測試系數(shù)的不同組合而被首先確定，以提供初級(jí)調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致 隨變化環(huán)境溫度而變的實(shí)質(zhì)上或大概平坦頻率響應(yīng)。如圖24中所示， 更多或更少的固定電容G或可變電容G.被轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出振蕩器。 例如，當(dāng)振蕩器對(duì)溫度變化的未補(bǔ)償頻率響應(yīng)由線1705或1710表示 時(shí)，另外的可變電容G可被轉(zhuǎn)換入，從而將振蕩器的頻率響應(yīng)初步調(diào) 節(jié)為線1715。相反，當(dāng)振蕩器對(duì)溫度變化的未補(bǔ)償頻率響應(yīng)由線1725 或1730表示時(shí)，另外的固定電容G可被轉(zhuǎn)換入，從而將振蕩器的頻 率響應(yīng)初歩調(diào)節(jié)為線1720。
之后，第二多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)同樣通過測試系數(shù)的不同組合進(jìn)行確 定，以提供出色級(jí)的調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致隨變化環(huán)境溫度而變的實(shí)質(zhì)上平 坦的頻率響應(yīng)，如圖24中所示，將部分補(bǔ)償?shù)念l率響應(yīng)(線1715或 1720)調(diào)節(jié)為線1700的實(shí)質(zhì)上平坦的響應(yīng)，其通過選擇不同電阻器 685的溫度響應(yīng)進(jìn)行。之后，第--和第二多個(gè)系數(shù)載入所選處理輪次(或批次)中制造的所有IC中的相應(yīng)寄存器495和455中。根據(jù)制 造處理，在其它情形下，為了更高的準(zhǔn)確度，每一IC可被單獨(dú)校準(zhǔn)。 因此，與負(fù)跨導(dǎo)放大器410和I (T)發(fā)生器415提供的溫度補(bǔ)償協(xié)力， 時(shí)鐘發(fā)生器的全部頻率響應(yīng)實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于溫度波動(dòng)。
在其它示例性實(shí)施例中，第一多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)A…A,w和第二多 個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)。?！璚-,;也可在振蕩器運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)確定和改變，如通 過如圖21中所示的傳感器1440和A/D轉(zhuǎn)換器1445，或通過如圖25 中所示的傳感器1815和控制邏輯(或控制環(huán))1810。在這些備選實(shí) 施例中，所保存的第一和第二多個(gè)系數(shù)可被刪除或繞過，如圖9和 10中所示，相應(yīng)的電壓作為控制信號(hào)直接施加給相應(yīng)的轉(zhuǎn)換組件(及 類似地，擴(kuò)大到下述的其它多個(gè)系數(shù))。
例如，如圖26中所示，如下所詳述的，多個(gè)電流源1955中的任 何電流源均可以不同的組合提供給多個(gè)電阻模塊，以響應(yīng)于所選參數(shù) P產(chǎn)生多個(gè)控制電壓，其可以任何組合轉(zhuǎn)換到多個(gè)受控電抗模塊]805 中的毎一模塊，例如，所述模塊體現(xiàn)為受控電容模塊1505 (圖22)， 以控制諧振器的有效電抗。此外，多個(gè)恒定(獨(dú)立于溫度)的控制電 壓中的任何電壓也可被產(chǎn)生，如圖28中所示。此外，也可使用其它 或另外類型的電流源，或產(chǎn)生控制電壓或提供傳感器385、 1440能力， 如隨電源電壓V',n變化的電流源或獨(dú)立于電源電壓、溫度及其它參數(shù) 的電流源。除了離散控制之外，這些控制電壓中的任何控制電壓均可 用于對(duì)參數(shù)變化如溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)控制。
由此，提供給諧振LC儲(chǔ)能電路405的所有電容被分配給固定和 可變部分的組合，可變部分響應(yīng)提供溫度補(bǔ)償，因此控制諧振頻率 A。轉(zhuǎn)換入電路(受控電容器模塊635)的可變電容G越多，對(duì)環(huán)境 溫度波動(dòng)的頻率響應(yīng)越大。如上所述，固定及可變電容器均可使用分 別連接或轉(zhuǎn)換到實(shí)質(zhì)上恒定或可變電壓的可變電容器(可變電抗器) 實(shí)施。
除了提供溫度補(bǔ)償以外，應(yīng)注意，轉(zhuǎn)換或受控(或可控)電容模 塊635也可用于選擇或調(diào)諧諧振頻率A。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯的
是，轉(zhuǎn)換或可控的電容模塊635也可用于對(duì)其它參數(shù)變化提供頻率響 應(yīng)，如制造工藝變化、頻率及電壓波動(dòng)。此外，如下結(jié)合圖20和25-27 所述，電容、電感、電阻、或任何其它電抗或阻抗元件均可在這些不 同的示例性實(shí)施例中使用，從而提供受控電抗或阻抗模塊以對(duì)多個(gè)可 變參數(shù)如溫度、電壓、制造工藝或頻率中的任何參數(shù)提供所選頻率響 應(yīng)。
圖22是根據(jù)本發(fā)明的、頻率-溫度補(bǔ)償模塊420或更-—般地，頻 率控制器215、 349、 1415中(連同圖23的模塊1600)(代替模塊485 和480或除其之外)使用的示例性第二受控電容器模塊1500的電路 圖。第二受控電容模塊1500運(yùn)行類似于第--受控電容模塊635，但 使用可變電容代替固定和可變電容組合，并使用多個(gè)不同的控制電壓 代替單一控制電壓。此外，所述可變電容不被連接到諧振器或與其斷 開連接(即可變電容總是連接到諧振器)，且被轉(zhuǎn)換到不同的控制電 壓以控制隨所選參數(shù)如溫度而變的頻率響應(yīng)。此外，所選實(shí)施例可使 用-個(gè)模塊，且差分加權(quán)可通過轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制電壓中的所選控制電 壓實(shí)現(xiàn)。
參考圖22，第二受控電容器模塊1500使用多個(gè)(g)可變電容 模塊1505中的至少--個(gè)，每一可變電容模塊包含可變電容(O 1515A(,…1515b(b-,)(以A和B對(duì)圖示，劉應(yīng)于對(duì)稱連接到結(jié)點(diǎn)475或 470，且圖示具有二進(jìn)制加權(quán))，其可(通過多個(gè)晶體管或其它開關(guān) 1520。…1520(h))轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制電壓V。， V,(x)，…V(k—"(x)中的 所選控制電壓，其中控制電壓V。實(shí)質(zhì)上不變(實(shí)質(zhì)上不響應(yīng)于所選參 數(shù)x，如溫度)，而其余控制電壓V,(x) Ux)通常響應(yīng)于所選參 數(shù)x如溫度或?qū)ζ涿舾?。如圖所示，每--相應(yīng)的可變電容器對(duì)1515 (A和B)的后板均相互連接(短接在一起)，之后經(jīng)開關(guān)連接到所選 控制電壓。每一所述可變電容對(duì)1515可通過相應(yīng)的系數(shù)(圖示為第
四多個(gè)系數(shù)4,夂……& A,…V》轉(zhuǎn)換，使得每一模 塊1505可被單獨(dú)并獨(dú)立于多個(gè)控制電rEV(,, V,(x)，…V(k..n(x)中的 任何控制電壓轉(zhuǎn)換。因此，這些可轉(zhuǎn)換模塊可保持將通過轉(zhuǎn)換到一個(gè)或多個(gè)控制電壓改變的有效阻抗(如電抗)連接到諧振器。
圖.23為根據(jù)本發(fā)明的頻率-溫度補(bǔ)償模塊中使用的示例性第二 電壓控制模塊1600的電路圖。如圖23中所示，對(duì)參數(shù)靈敏或響應(yīng)的 電流源655 (如先前結(jié)合圖7A-7D所述的不同CTAT、 PTAT和PTAT2 溫度敏感電流源及其組合中的任何電流源)(通過一個(gè)或多個(gè)電流反 射鏡(如670、 510、 520))提供給k-1個(gè)電阻模塊1605的陣列(圖 示為模塊1605()， 1605,…1605(^)，每一所述模塊提供單獨(dú)或獨(dú) 立的控制電壓V"x), V2(x)，…V(k-,)(x)，所述電壓提供給模塊1505
(圖22)。不同的相應(yīng)電阻器1620。， 1620'， ■ 1620(h)可以是先前 結(jié)合圖10所述的任何類型、大小或權(quán)重，以對(duì)所選參數(shù)如溫度提供 任何所選的電壓響應(yīng)。如圖所示，靜控制電壓V。通常使用連接在電壓 供應(yīng)干線V,，u和地之問的任何分壓器，選擇相應(yīng)的電阻大小或值1605,, 和1605,以提供所需靜電壓水平。此外，多個(gè)不同靜或不變(即獨(dú)立 于溫度)電壓的產(chǎn)生如圖28中所示，其通過響應(yīng)于溫度(或另--參 數(shù))將具有不同成形的電流的不同電流源與具有互補(bǔ)或相反溫度響應(yīng) 的不同隨溫度而定的電阻器結(jié)合，從而導(dǎo)致具有不同大小且實(shí)質(zhì)上隨 溫度變化保持不變的多個(gè)控制電壓。這些不同電壓中的任何電壓均可 按需使用為不同控制電壓中的任何控制電壓。
在示例性實(shí)施例中，多個(gè)控制電壓中的每 一所述控制電壓不同， 以提供多個(gè)控制電壓，每一控制電壓不同響應(yīng)或成形(即提供隨所選 參數(shù)如溫度變化而變的不同響應(yīng)(響應(yīng)曲線))，并可響應(yīng)于不同參數(shù) 及相對(duì)于所選參數(shù)實(shí)質(zhì)上保持不變。根據(jù)所選實(shí)施例，電阻模塊1605 的陣列可(通過相應(yīng)的晶體管1610 (圖示為晶體管16]0,,， 1610,，… 1610(^))轉(zhuǎn)換，從而轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出陣列]600，或可被靜態(tài)地包括
(固定連接1615，在圖23中圖示為虛線)以自動(dòng)產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的控 制電壓V。， V'(x)，…V(h)(x)。根據(jù)電阻器1620 (和/或晶體管1610, 如果有的話)的選擇，不同控制電壓V。， V,(x), Ux)中的每 控制電壓將不同并對(duì)所選參數(shù)或變量提供不同的響應(yīng)如不同的溫度 響應(yīng)。
類似地，圖26是根據(jù)本發(fā)明的、可用于向不同模塊中的任何鐫 塊提供控制電壓的示例性第三電壓控制模塊1900的電路圖。如圖26 中所示，對(duì)參數(shù)靈敏或響應(yīng)的電流源1955 (如先前結(jié)合圖7A-7D所 述的不同CTAT、PTAT和PTAf溫度敏感電流源及其組合中的任何電流 源)(通過一個(gè)或多個(gè)電流反射鏡(如670、 510、 520))提供給n-l 個(gè)電阻模塊1905的陣列(圖示為模塊1905。， 1905,,…1905(,,.,,)，每 —電阻模塊1905提供單獨(dú)或獨(dú)立的控制電壓V(,(P)， V'(P)， MP),... V(w (P)，從而響應(yīng)于所選參數(shù)P或根據(jù)所選參數(shù)P產(chǎn)生多個(gè)控制電 壓，且其提供給受控電抗模塊1805、受控電容模塊1505 (圖22)、 或任何其它使用--個(gè)或多個(gè)控制電壓的模塊。不同的相應(yīng)電阻器 1920(,， 1920,，…1920(^可以是先前所述的任何類型、大小或權(quán)重， 以對(duì)所選參數(shù)提供任何所選的電壓響應(yīng)。電流源(或電流源的組合) 的選擇及電阻器大小和類型使能整形任何所希望控制電壓對(duì)所選參 數(shù)的響應(yīng)。此外，圖28中所示的多個(gè)不同的靜或恒定(即獨(dú)立于溫 度)電壓中的任何電壓也可按需使用為用于所述任何模塊的不同控制 電壓中的任何控制電壓。
根據(jù)所選實(shí)施例，電阻模塊1905的陣列可(通過相應(yīng)的晶體管 1915 (圖示為晶體管1915。， 1915,, ■■ 1915(h)))轉(zhuǎn)換，從而動(dòng)態(tài)地 或靜態(tài)地轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出陣列，以自動(dòng)產(chǎn)生多個(gè)控制電壓V(,(P)， V,(P)， V2(P)， ... V(n—,)(P)。之后，這些不同控制電壓中的每一控制 電壓在控制信號(hào)和/或系數(shù)1950的轉(zhuǎn)換控制下以任何組合靜態(tài)地或 動(dòng)態(tài)地(使用開關(guān)1930，如全縱橫開關(guān))轉(zhuǎn)換到受控電抗模塊1805， 其可連接到諧振器或也可轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出儲(chǔ)能電路。因此，這些控制 電壓中的任何電壓可用于控制諧振器(振蕩器)的有效電抗，從而對(duì) 所得的諧振頻率提供離散和連續(xù)控制。例如，這些隨參數(shù)而定的控制 電壓V。(P)， V'(P)， VJP)，…V(,，-,)(P)中的任何電壓，或任何實(shí)質(zhì)上 獨(dú)立于參數(shù)的控制電壓(圖28)，可被提供給受控阻抗模塊1305或 受控電容模塊1505或1805以改變提供給諧振器的有效電容，從而隨 多個(gè)參數(shù)中的任何參數(shù)的變化提供頻率控制。
再次參考圖22，當(dāng)這些不同控制電壓V(,， V,(x)， V(h)(x)或 更一般地V(,(P)， V,(P)， V2(P),…V(n—d(P)中的毎一電壓，及任何實(shí) 質(zhì)上恒定的控制電壓，均可獲得并通過第四多個(gè)系數(shù)A A… ...力。，&…力"-"轉(zhuǎn)換到可變電容模塊1505中的可變電容C 1515，對(duì)所選參數(shù)(如溫度)的高度靈活、精調(diào)、及高度可控的頻率
響應(yīng)被提供給諧振器405，使能對(duì)諧振頻率/;,進(jìn)行高度準(zhǔn)確的頻率控
制。例如，模塊1505^中的可變電容15U 1515^—:、可通過設(shè)為 邏輯高或高電壓的參數(shù)力，(或相應(yīng)的動(dòng)態(tài)施加的電壓作為控制信號(hào)) 轉(zhuǎn)換到控制電壓V,(x)，第四多個(gè)參數(shù)中的其余h參數(shù)設(shè)為邏輯低或 低電壓，從而提供隨溫度或另一所選參數(shù)而變的第--頻率響應(yīng)，同時(shí) 模塊1505(,中的可變電容1515 ,和1515w,可通過設(shè)為邏輯高或高電壓 的參數(shù)心w (或相應(yīng)的動(dòng)態(tài)施加的電壓作為控制信號(hào))轉(zhuǎn)換到控制電 壓V(h,(x)，第四多個(gè)參數(shù)中的其余d參數(shù)設(shè)為邏輯低或低電壓，從 而提供隨溫度或另一所選參數(shù)而變的第二頻率響應(yīng)，依此類推。如上 所述，第四多個(gè)系數(shù)4《，……"A,…力《-,;也可通過測 試一個(gè)或多個(gè)IC在制造后確定，或也可在振蕩器運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)地確 定和改變，如通過如圖21中所示的傳感器1440和A/D轉(zhuǎn)換器1M5， 或通過如圖25中所示的傳感器1815和控制邏輯(或控制環(huán))1810。 更一般地，所述通過或系數(shù)或控制信號(hào)的控制如圖26中所示，且可 用于隨任何所選參數(shù)如溫度、電壓、制造工藝、使用期、或頻率而變 的離散或連續(xù)頻率控制或離散及連續(xù)頻率控制。
此外，代替為第一、第二或第四多個(gè)系數(shù)保存的系數(shù)，特別是當(dāng) 相應(yīng)的值將被動(dòng)態(tài)確定時(shí)，如上所述，相應(yīng)的電壓可被直接施加給不 同的開關(guān)(如晶體管1520或模塊640和650的轉(zhuǎn)換晶休管)作為控 制信號(hào)。
再次參考圖4，另外的補(bǔ)償模塊也用于對(duì)諧振頻率/,,提供更人的 控制和準(zhǔn)確度，如用于需要更大準(zhǔn)確度和更小變度(或頻移)的應(yīng)用. 使得隨PVT提供大約土 0. 25 %或更好的頻率準(zhǔn)確度。在這些情況下'. 可使用工藝變化補(bǔ)償模塊425，以獨(dú)立于制造工藝變化對(duì)諧振頻率
進(jìn)行控制，如圖11和12中所示的示例性模塊。如上所述，不同模塊 中的任何模塊可包括任何阻抗、龜抗、或電阻并被使得響應(yīng)于任何所 選參數(shù)如溫度、工藝變化、電壓變化、及頻率變化。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的示例性第一工藝變化補(bǔ)償模塊760的電路 圖。第一工藝變化補(bǔ)償模塊760可用作圖4中的工藝補(bǔ)償模塊460， 每--模塊連到諧振LC儲(chǔ)能電路405的干線或旁邊(線路或結(jié)點(diǎn)470 和475)。此外，第一工藝變化補(bǔ)償模塊760中的每一個(gè)由保存在寄 存器465中的第三多個(gè)(y)轉(zhuǎn)換系數(shù)r?！?,."控制。第一工藝變 化補(bǔ)償模塊760提供具有差分加權(quán)(如二進(jìn)制加權(quán))的、第一固定電 容750的可轉(zhuǎn)換電容模塊陣列，通過相應(yīng)的多個(gè)轉(zhuǎn)換晶體管740 (由 相應(yīng)的r系數(shù)控制)將多個(gè)固定電容750轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出而調(diào)節(jié)和選 擇諧振頻率A。再次地，隨著每一電容支路被轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出所述陣 列或電路760，相應(yīng)的第一固定電容被增加或從可用于諧振LC儲(chǔ)能 電路振蕩的總電容減去，從而改變有效電抗并調(diào)節(jié)諧振頻率。第三多 個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)a…/v,力也可通過測試IC而在制造后確定，通常為與 確定第一和第二 (或第四)多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)一樣的迭代過程。該校準(zhǔn)可 使用頻率校準(zhǔn)模塊(325或430)及公知具有預(yù)定頻率的參考振蕩器 實(shí)現(xiàn)。確定的r系數(shù)之后保存在該生產(chǎn)或工藝批次的IC的相應(yīng)寄存 器465中。或者，每一 IC可被單獨(dú)校準(zhǔn)。
除了所述校準(zhǔn)方法之外，第三多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)r?！璽v,也可使用 其它方法確定，如下所述，如使用不同的電壓和電流傳感器測量反映 制造工藝參數(shù)的參數(shù)或變量，如晶體管閾值電壓、電阻大小或儲(chǔ)能電 路的值、或不同電流源產(chǎn)生的絕對(duì)電流電平。之后，所述測得的值可 用于提供相應(yīng)的系數(shù)(第三多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)&…和/或控制信 號(hào)從而用于相應(yīng)的頻率調(diào)節(jié)。例如，所述測得或感測的值可轉(zhuǎn)換為數(shù) 字值，其繼而被索引到存儲(chǔ)器中的査閱表，之后，基于已知值或其它 校準(zhǔn)或建模提供保存的值。
為避免另外的頻率失真，兒個(gè)另外的特征可連同該第一工藝變化 補(bǔ)償模塊760 —起實(shí)施。首先，為避免另外的頻率失真，MOS晶體管740的接通電阻應(yīng)很小，因此晶體管的寬度/長度比大。其次，大電 容可被拆分為兩個(gè)支路，具有由相同r系數(shù)控制的兩個(gè)相應(yīng)晶體管 740。第三，為使諧振LC儲(chǔ)能電路在所有條件下具有相似的負(fù)載，當(dāng) 第一固定電容750被轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出電路760時(shí)，相應(yīng)的第二固定電 容720作為"虛設(shè)"電容器(具有小得多的電容或制造工藝的設(shè)計(jì)規(guī) 則允許的最小大小)基于相應(yīng)r系數(shù)的倒數(shù)被相應(yīng)地轉(zhuǎn)換出或轉(zhuǎn)換入 電路。由此，總是存在大約或?qū)嵸|(zhì)上相同的晶體管740接通電阻，只 有電容量變化。
作為使用"虛設(shè)"電容的另一選擇，金屬熔斷器可用于代替晶體 管740。金屬熔斷器將保持原封不動(dòng)以包括相應(yīng)的固定電容750，并 可"熔解"(開路)以從諧振LC儲(chǔ)能電路405消除相應(yīng)的固定電容 750。
圖]2是根據(jù)本發(fā)明的示例性第二工藝變化補(bǔ)償模塊860的電路 圖。第二工藝變化補(bǔ)償模塊860可用作圖4中的工藝補(bǔ)償模塊460， 每一模塊連到諧振LC儲(chǔ)能電路405的干線或旁邊(線路或結(jié)點(diǎn)470 和475)，從而代替模塊760。更一般地，第二工藝變化補(bǔ)償模塊860 用作頻率控制器(215、 349或1415)的一部分，如工藝(或其它參 數(shù))調(diào)節(jié)器或補(bǔ)償器1430 (圖21)。此外，第二工藝變化補(bǔ)償模塊 860中的每一個(gè)由保存在寄存器465中的第三多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)r,,…tv,,, 控制。(然而，由于每一示例性工藝變化補(bǔ)償模塊760或860中采用 的電路不同，相應(yīng)的第三多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)r?！?v,;當(dāng)然相互也不同。) 此外，所述轉(zhuǎn)換可通過使用任何控制信號(hào)進(jìn)行控制，如上所述。
應(yīng)注意，圖12提供不同于其它附圖中所使用的可變電抗器閣示， 其中可變電抗器850由MOS晶體管表示，而不是具有箭頭穿過其的電 容器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可變電抗器通常為AMOS或IMOS晶 體管，或更--般地，為MOS晶體管，如圖12中所示的晶體管，并通 過短接晶體管的源極和漏極進(jìn)行配置。因此，作為可能的實(shí)施例，其 它所示的可變電抗器可被視為包括如圖12中所配置的AMOS或IMOS 晶體管。此外，可變電抗器850還可相互相對(duì)進(jìn)行二進(jìn)制加權(quán)，或可 使用另一差分加權(quán)方案。
第二工藝變化補(bǔ)償模塊860具有類似的結(jié)構(gòu)概念，但與第一工藝 變化補(bǔ)償模塊760有另外的顯著區(qū)別。第二工藝變化補(bǔ)償模塊860提 供多個(gè)沒有M0S開關(guān)/晶體管的可轉(zhuǎn)換可變電容模塊865的陣列，因 此消除了通過MOS晶體管的損耗或加載。而是，負(fù)載表現(xiàn)為低損耗電 容；所述低損耗還意味著振蕩器啟動(dòng)能量更少。在第二工藝變化補(bǔ)償 模塊860中，MOS可變電抗器850被轉(zhuǎn)換到W仏其可以是上述的不 同的多個(gè)控制電壓中的任何控制電壓，以向諧振LC儲(chǔ)能電路405提 供相應(yīng)的電容水平，或可被轉(zhuǎn)換到地或電力干線(電壓VnJ，從而基 于可變電抗器850幾何結(jié)構(gòu)或提供最小電容或提供最大電容。對(duì)于 AMOS，轉(zhuǎn)換到電壓Vw,將提供最小電容，及轉(zhuǎn)換到地將提供最大電容， 而對(duì)于IMOS則正好相反。再次地，第二工藝變化補(bǔ)償模塊860由作 為可變電抗器850的可變電容的陣列組成，其通過相應(yīng)的r系數(shù)或通 過應(yīng)用相應(yīng)的控制信號(hào)將所選可變電抗器850連接或轉(zhuǎn)換到多個(gè)控 制電壓(W/ )中的任何控制電壓、地或Vw如在第一電壓和第二電壓之 間轉(zhuǎn)換而調(diào)節(jié)和選擇諧振頻率/。。在另-備選方案中，代替多個(gè)或陣 列，只使用一個(gè)可變電抗器850，其有效電抗提供給由所選控制電壓 控制的儲(chǔ)能電路。
隨著每一電容支路被轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的控制電壓、地或Vw"相應(yīng)的 可變電容被增加到或不包括在可用于諧振LC儲(chǔ)能電路振蕩的總電容 中，從而改變其有效電抗并調(diào)節(jié)諧振頻率。更具體地，對(duì)于AMOS實(shí) 施例，連接到L (作為Vin)提供更小的電容，連接到地(Vi'， = O)提 供更大的電容，而對(duì)IMOS實(shí)施例正好相反，其中連接到V叫(作為V,,,) 提供更大的電容及連接到地(Vi,, 二 O)提供更小的電容，其中假定LC 儲(chǔ)能電路干線(圖4的結(jié)點(diǎn)或線路470和475)上的電壓在0伏特和 電壓Vw,之間，明顯或?qū)嵸|(zhì)上遠(yuǎn)離任一電壓水平。連接到Vw,和地之間 的電壓如不同控制電壓中的許多電壓作為W"，將向儲(chǔ)能電路提供相 應(yīng)的中間水平的電容。第三多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)r?！璻v,;也通過測試1C 而在制造后確定，且通常也為確定第一和第二多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)那樣的迭 代過程。之后，所確定的r系數(shù)保存在該生產(chǎn)或工藝批次的IC的相 應(yīng)寄存器465中。再次地，各個(gè)IC也可單獨(dú)校準(zhǔn)和測試。此外，任 何所選數(shù)量的模塊850可動(dòng)態(tài)控制以在振蕩器運(yùn)行期間提供連續(xù)的 頻率控制。
如上所述，根據(jù)可變電抗器的類型(AM0S或IM0S)，將任何可變 電容模塊865轉(zhuǎn)換到作為第一和第二電壓水平的Vm,或地將導(dǎo)致相應(yīng) 的最大電容或零(可忽略的)電容被包括為諧振器(LC儲(chǔ)能電路) 的有效電容。然而，如上所述，也可通過將可變電容模塊865轉(zhuǎn)換到 相應(yīng)的控制電壓而產(chǎn)生所述最大和最小電容之間的電容水平。使用具 有不同大小的多個(gè)控制電壓將導(dǎo)致可變電容模塊865的相應(yīng)電容被 增加到LC儲(chǔ)能電路(或從其減去)，因而改變其有效電抗并調(diào)節(jié)諧振 頻率。
圖28為根據(jù)本發(fā)明的、頻率、工藝或其它參數(shù)補(bǔ)償模塊中使用 的示例性第四電壓控制模塊2050的電路圖。參考圖28，多個(gè)實(shí)質(zhì)上 不變的電壓模塊2060 (圖示為2060A， 2060,,， 20601:…2060K)用于 產(chǎn)生相應(yīng)的多個(gè)控制電壓，其相對(duì)于所選參數(shù)如溫度實(shí)質(zhì)上保持不 變，且其具有相應(yīng)的多個(gè)不同的大小，從而產(chǎn)生具有不同大小的多個(gè) 控制電壓VA, Vu， Vc:…VK。如圖所示，多個(gè)不同的、實(shí)質(zhì)上靜或不 變的(即獨(dú)立于溫度)電壓通過結(jié)合不同的電流源2055 (圖示為電 流源2055A， 2055b, 2055c 2055K)產(chǎn)生，每--電流源對(duì)溫度或另 —參數(shù)具有不同的響應(yīng)(響應(yīng)于溫度(或另--參數(shù))不同成形的電流)， 并具有相應(yīng)多個(gè)電阻器2040 (圖示為相應(yīng)的電阻器2040A， 2(M0b， 2040(:…2040K)，每--電阻器具有隨溫度或其它參數(shù)而定的響應(yīng)，該 響應(yīng)與特定模塊2060的相應(yīng)電流源2055的響應(yīng)相反或互補(bǔ)。選擇每 一相應(yīng)的電流源2055和電阻器2040以相互具有所述相反或互補(bǔ)響 應(yīng)，從而有效地抵消對(duì)方對(duì)所選參數(shù)的響應(yīng)。例如，電流源2055被 選擇為具有適當(dāng)大小的PTAT、 CTAT或CTAf電流源的特定組合，電阻 器2040基于大小、類型等進(jìn)行選擇，使得所得電壓隨參數(shù)變化如溫 度變化實(shí)質(zhì)上保持不變。這些不同電壓中的任何電壓可按需用作不同
控制電壓中的任何控制電壓，以對(duì)圖12中所示的可變電容模塊865 提供相應(yīng)的Kz'"，從而調(diào)節(jié)諧振器的有效電容(電抗)及所得諧振頻 率。
還應(yīng)注意，圖示的模塊實(shí)施例，如圖6-12中所示的溫度補(bǔ)償器 315 (或410、 415和/或420)及工藝變化補(bǔ)償器320 (或425及460)， 均可用于其它目的。例如，補(bǔ)償器315 (或410、 415和/或420)的 不同所示實(shí)施例可被使得隨工藝變化而定，而不是溫度。類似地，補(bǔ) 償器320 (或425及460)的不同所示實(shí)施例可被使得隨溫度而定， 而不是工藝變化。因此，這些及其它模塊的實(shí)施例不應(yīng)視為限于所示 的示例性電路和結(jié)構(gòu)，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到另外且等效的電 路和應(yīng)用，所有這些均在本發(fā)明范圍內(nèi)。
如.匕所述，不同的所示受控電容模塊(485， 635， 460， 760， 860， 1501)可被--般化到任何電抗或阻抗元件，無論是電容、電感、電阻 還是電容、電感或電阻的結(jié)合。這樣的多個(gè)(a)可轉(zhuǎn)換、受控阻抗 (或電抗)模塊1305的陣列1300如圖20中所示，并可用在本發(fā)明 的頻率控制器(215， 349， 1400)內(nèi)，其作為不同的調(diào)節(jié)器或補(bǔ)償器 (315， 320, 355， 1420， 1425， 1430)中的任--。每一不同加權(quán)的、 受控電抗或阻抗模塊1305 (圖示為1305。， 1305,，…1305(,h,)包括 一個(gè)或多個(gè)固定電抗《 1315、可變電抗Z, 1310、或"虛設(shè)"電抗 1320，這些電抗可響應(yīng)于第五多個(gè)系數(shù)(s。， …5V,w;)中的相應(yīng)系 數(shù)s轉(zhuǎn)換。如上所述，在不同實(shí)施例的任何實(shí)施例中，受控電抗或阻 抗模塊1305的陣列通常實(shí)施為相對(duì)于不同受控電容模塊中的任何模 塊運(yùn)行。第五多個(gè)系數(shù)可同如上關(guān)于其它系數(shù)集所述的那樣在制造后 確定或動(dòng)態(tài)確定。此外，根據(jù)實(shí)施例，不同的電抗或阻抗可被轉(zhuǎn)換入 或轉(zhuǎn)換出陣列1300或轉(zhuǎn)換到不同的控制電壓或地，如先前所示，并
可用于響應(yīng)于多個(gè)參數(shù)如溫度變化、電壓波動(dòng)、制造工藝或頻率中的 任何參數(shù)提供振蕩器的所選頻率響應(yīng)。
類似地，參考圖25， n個(gè)可轉(zhuǎn)換、受控電抗模塊1805的陣列被 示出(受控電抗模塊]805。 ... ]805",-d)，且也可作為不同的調(diào)節(jié)器 或補(bǔ)償器(315， 320， 355, 1420， 1425， 1430)用在本發(fā)明的頻率控 制器(215, 1415)內(nèi)。這些受控電抗模塊1805也可被二進(jìn)制、線性、 或不同的加權(quán)，及轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出不同的電路、轉(zhuǎn)換到一個(gè)或多個(gè)控 制電壓、或其任何組合，集可響應(yīng)于任何所選參數(shù)。如上所述，在不 同實(shí)施例的任何實(shí)施例中，受控電抗模塊1805的陣列通常實(shí)施為相 對(duì)于不同受控電容模塊中的任何模塊運(yùn)行。在該示例性實(shí)施例中，不 是通過多個(gè)系數(shù)轉(zhuǎn)換到振蕩器，受控電抗模塊1805而是通過傳感器 1815和控制邏輯1810直接提供的電壓或電流動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，具有反饋(線 路或結(jié)點(diǎn)1820)，且其可按本領(lǐng)域公知的那樣或如上所述進(jìn)行實(shí)施， 所有這樣的變化均視為在本發(fā)明范圍內(nèi)。此外，電抗模塊更寬地視為 阻抗模塊，同時(shí)具有電阻和/或電抗特征，如使用圖29屮所示的不同 電阻器。
例如，所選參數(shù)屮的所述變化可以先前所述的多種方法中的任何 方法確定，如通過對(duì)溫度敏感的電流源、其它溫度傳感器、或響應(yīng)于 所選參數(shù)的任何其它類型的傳感器。例如，傳感器可包括跨二極管的 電壓，提供響應(yīng)于溫度的電壓輸出。參考圖21，這樣的傳感器1440 的輸出可提供給A/D轉(zhuǎn)換器1445，其提供所感測參數(shù)的水平的數(shù)字 輸出指示，之后，所述指示可用作相應(yīng)系數(shù)(上述的多個(gè)系數(shù)中的任 何系數(shù))或用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換不同的受控電抗或阻抗模塊(如1305、 1805) 或不同的第二受控電容模塊中的任何模塊。類似地，傳感器1815的 輸出可提供給控制邏輯1810，其也可或靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)不同的電 抗，具有或沒有來自諧振器的反饋。
圖27是根據(jù)本發(fā)明的示例性電壓變化補(bǔ)償模塊2000的電路和框 圖，并可用作圖3和21中所示的電壓變化補(bǔ)償器380、 1455。參考 圖27，可轉(zhuǎn)換電阻模塊1650構(gòu)成分壓器，使用電阻器1620(i和1620、， 提供電壓V。。在電源電壓V^ (電力干線)波動(dòng)的情況下，電壓V"相 應(yīng)地變化。由于電壓在控制信號(hào)或系數(shù)1950的控制下可被轉(zhuǎn)換(開 關(guān)1930)(如上所述)到任何受控電抗模塊1805，儲(chǔ)能電路的有效電 容也被變化，從而調(diào)節(jié)諧振頻率。由此，隨所述電壓波動(dòng)諧振頻率可
被控制。其它實(shí)施基于其它圖示實(shí)施例將顯而易見，且也在本發(fā)明范 圍內(nèi)。
如上所述，除了圖4的固有或寄生電阻H. 445和Rc 450之外， 儲(chǔ)能電路的諧振頻率也可通過改變儲(chǔ)能電路的電阻進(jìn)行修改。圖29 是根據(jù)本發(fā)明的、可用作不同頻率控制模塊和不同頻率控制器或其一 部分的示例性電阻控制模塊2100的電路圖。所述電阻控制模塊2100 可被插入圖4的諧振器405中的結(jié)點(diǎn)Q，與電感器435和R1:445串聯(lián)， 或與電容器440和Rf 450串聯(lián)，或二者同時(shí)進(jìn)行。每一可轉(zhuǎn)換電阻 模塊2115(圖示為多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊2115M， 2115、, 2115"…2115J 具有不同加權(quán)的(如二進(jìn)制加權(quán)的)電阻器2105 (圖示為相應(yīng)的電 阻器2105m， 2跳，2風(fēng),…2跳)，并可在控制信號(hào)和/或系數(shù)1950 的控制下通過相應(yīng)的晶體管或開關(guān)2110(圖示為晶體管2110M， 210、， 2110"…2110。轉(zhuǎn)換入或轉(zhuǎn)換出陣列或模塊2100。如上所述，所述 轉(zhuǎn)換還提供另一控制或調(diào)制諧振器405的諧振頻率的機(jī)制，并可隨仟 何所選參數(shù)而變，或可以獨(dú)立于參數(shù)，從而用于諧振頻率選擇。
圖30是根據(jù)本發(fā)明的示例性使用期變化補(bǔ)償器2200的框圖。如 圖30中所示，不同的傳感器用于測量相應(yīng)參數(shù)，其由時(shí)間通路影響 或其隨IC壽命改變，如電壓傳感器2205測量晶體管的閾值電壓、電 阻傳感器2210測量儲(chǔ)能電路的一個(gè)或多個(gè)電阻大小或值、和/或電流 傳感器測量不同電流源產(chǎn)生的絕對(duì)電流電平。在給定時(shí)間點(diǎn)所選測量 (經(jīng)復(fù)用器2220)提供給ADC2225從而轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，該值保存在 寄存器或其它非易失性存儲(chǔ)器2230中。當(dāng)IC第一次供電或初始化時(shí)， 初始測量保存在寄存器2230中以提供用于隨后測量的比較基礎(chǔ)。隨 后，可執(zhí)行另外的測量，所得值保存為寄存器2230中的相應(yīng)電流值， 圖示為電流及電壓、電阻和電流的初始值。對(duì)于給定參數(shù)，如電壓， 電流和初始值可被讀取和比較，之后，比較器2235提供正比于兩個(gè) 值之間的任何差的相應(yīng)使用期補(bǔ)償信號(hào)。由使用期補(bǔ)償信號(hào)提供的所 述差值繼而可用于相應(yīng)的系數(shù)和/或控制信號(hào)以進(jìn)行相應(yīng)的頻率調(diào) 節(jié)。例如，所述使用期補(bǔ)償信號(hào)可被索引到存儲(chǔ)器2240中的查閱表， 其繼而基于已知值、或使用期影響的其它校準(zhǔn)或建模提供所保存的 值，.并使用上述的任何不同調(diào)節(jié)器和補(bǔ)償器進(jìn)行相應(yīng)的頻率調(diào)節(jié)。
再次參考圖21，本發(fā)明的頻率控制器215、 349、 1415可包括一 個(gè)或多個(gè)下述組件(1)跨導(dǎo)調(diào)節(jié)器1410 (如410、 415及圖6-8中 所示的實(shí)施例)，在示例性實(shí)施例中，其也可并可或連接到維持放大 器305; (2)可變參數(shù)調(diào)節(jié)器1425，以響應(yīng)于任何所選參數(shù)如溫度、 制造工藝變化、電壓變化或頻率調(diào)節(jié)諧振頻率A，如不同的受控電容 模塊485、 635、 1505或受控電抗模塊1305、 1805; (3)工藝(或其 它參數(shù))調(diào)節(jié)器或補(bǔ)償器1430，如工藝變化補(bǔ)償器425、 760、 860、 或受控電抗模塊1305、 1805; (4)電壓變化補(bǔ)償器380、 1455;和/ 或(5)使用期(時(shí)間)變化補(bǔ)償器(或調(diào)節(jié)器)365、 1460。本領(lǐng)域 技術(shù)人員將意識(shí)到，跨導(dǎo)模塊1410、可變參數(shù)調(diào)節(jié)器1425、或工藝 (或其它參數(shù))調(diào)節(jié)器或補(bǔ)償器1430或其它補(bǔ)償器和調(diào)節(jié)器之間的 不同劃分是任意的且不限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)槠渲械拿恳粋€(gè)均可使 得響應(yīng)于上述的任何參數(shù)，且每一個(gè)均可用于上述的任何目的(例如， 可變參數(shù)模塊1425可用于補(bǔ)償制造工藝變化等，而不是溫度變化)。 此外，根據(jù)所選實(shí)施， 一個(gè)或多個(gè)系數(shù)寄存器1435 (如455、 465、 495)可用于保存上述多個(gè)系數(shù)中的任何系數(shù)。在備選實(shí)施例中，所 述系數(shù)可能不需要，轉(zhuǎn)換電壓或電流或靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地直接施加為控制 信號(hào)。
同樣在示例性實(shí)施例中，這些不同的組件可包括傳感器1440、 1815 (如yl(x)(或I(T))發(fā)生器415、 515)，或者傳感器可被提供 為單獨(dú)組件，如連接到二極管的電流源，如上所述。同樣，根據(jù)所選 實(shí)施例，還可包括A/D轉(zhuǎn)換器1445和控制邏輯1450、 1810以提供所 選頻率控制。
總之，本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供用亍諧振器的頻率控制的裝 置，諧振器適于提供具有諧振頻率的第--信號(hào)。所述裝置包括適于響 應(yīng)于多個(gè)參數(shù)中的至少一參數(shù)提供第二信號(hào)如控制電壓的傳感器 (1440， 1815);及連接到傳感器和可連接到諧振器的頻率控制器(215，
1415)，頻率控制器適于響應(yīng)于第二信號(hào)修改諧振頻率。多個(gè)參數(shù)是
可變的且包括下述參數(shù)中的至少一個(gè)溫度、制造工藝、電壓、頻率 和使用期。
在示例性實(shí)施例中，頻率控制器還適于響應(yīng)于第二信號(hào)修改連接 到諧振器的電抗或阻抗元件，如響應(yīng)于第二信號(hào)修改諧振器的總電容
(圖9)，將固定或可變電容(635)連接到諧振器或與其斷開連接； 通過將可變電抗器轉(zhuǎn)換到所選控制電壓修改連接到諧振器的可變電 抗器的有效電抗，或等效地，響應(yīng)于第二信號(hào)修改諧振器的電感，如 通過將固定或可變電感連接到諧振器或與其斷開連接；或響應(yīng)于第二 信號(hào)修改諧振器的電阻(或其它阻抗)，如通過將電阻連接到諧振器 或與其斷開連接。
在示例性實(shí)施例中，頻率控制器還可包括適于保存第一多個(gè)系 數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存器和可連接到諧振器的多個(gè) 可轉(zhuǎn)換電容模塊的第--陣列(635)，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有固定電 容615和可變電容620，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中 的相應(yīng)系數(shù)以在固定電容和可變電容之間轉(zhuǎn)換及將每一可變電容轉(zhuǎn) 換到控制電壓。多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊可以是二進(jìn)制加權(quán)的模塊。頻率 控制器還可包括具有連接到系數(shù)寄存器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊且還 具有電容模塊的第二陣列650，電容模塊和多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊還連 接到結(jié)點(diǎn)625以提供控制電壓，每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊響應(yīng)于系數(shù)寄存 器中保存的第二多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)以將可轉(zhuǎn)換電阻模塊轉(zhuǎn)換到 控制電壓結(jié)點(diǎn)625。在所選實(shí)施例中，傳感器還包括響應(yīng)于溫度的電 流源655，其中電流源通過電流反射鏡670連接到第二陣列以產(chǎn)生跨 多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊中的至少一可轉(zhuǎn)換電阻模塊的控制電壓。同樣， 在所選實(shí)施例中，電流源具有至少一 CTAT、 PTAT或PTAf'結(jié)構(gòu)(圖 7A-7D)。此外，多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊中的每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊對(duì)所選 電流具有不同的溫度響應(yīng)。
在其它示例性實(shí)施例中，傳感器是溫度傳感器并響應(yīng)于溫度變化 改變第二信號(hào)。所選實(shí)施例還可包括連接到溫度傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器
1445以響應(yīng)于第二信號(hào)提供數(shù)字輸出信號(hào)，及包括控制邏輯塊1450 以將數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一多個(gè)系數(shù)。
在其它示例性實(shí)施例中，頻率控制器還包括工藝變化補(bǔ)償器320、 425、 760或860，工藝變化補(bǔ)償器可連接到諧振器并適于響應(yīng)于多個(gè) 參數(shù)中的制造工藝參數(shù)修改諧振頻率。工藝變化補(bǔ)償器還可包括適于 保存多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多 個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊的陣列760，每--可轉(zhuǎn)換電容模塊具有第一固定電 容750和第二固定電容720,每一可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中 的相應(yīng)系數(shù)以在第一固定電容和第二固定電容之間轉(zhuǎn)換。在其它示例 性實(shí)施例中，工藝變化補(bǔ)償器還可包括適于保存多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存 器；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)二進(jìn)制加權(quán)的可轉(zhuǎn)換可 變電容模塊865的陣列860，每--可轉(zhuǎn)換可變電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系 數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)以在第一電壓和第二電壓之間轉(zhuǎn)換。
在其它示例性實(shí)施例中，頻率控制器還包括適于保存第--多個(gè)系 數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存器和可連接到諧振器的多個(gè) 可轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制加權(quán)的電容模塊1505的第一陣列1500，每一可轉(zhuǎn)換 電容模塊具有可變電容1515，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于第-多個(gè) 系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)以將可變電容轉(zhuǎn)換(1520)到多個(gè)控制電壓中的所 選控制電壓。傳感器可包括響應(yīng)于溫度的電流源，頻率控制器還可包 括具有通過電流反射鏡(670， 510， 520)連接到電流源(655)的多個(gè) 電阻模塊1605的第二陣列1600，多個(gè)電阻模塊適于提供多個(gè)控制電 壓，且其中多個(gè)電阻模塊中的每--電阻模塊對(duì)溫度具有不同的響應(yīng)并 適于響應(yīng)于電流源的電流提供多個(gè)控制電壓中的相應(yīng)控制電壓。
在其它示例性實(shí)施例中，用于諧振器的頻率控制的裝置包括適-丁-保存第---多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器，，及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器 的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊(1305、 1805)的第一陣列(1300、 1.800)， 每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊響應(yīng)于第--多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將相應(yīng)的電 抗轉(zhuǎn)換到諧振器以修改諧振頻率。相應(yīng)的電抗可以是固定或可變電 感、固定或可變電容、或其任何組合。相應(yīng)的電抗可在諧振器和控制
電壓或地電勢之間轉(zhuǎn)換，控制電壓可由電流源響應(yīng)于溫度確定。例如， 相應(yīng)的電抗是可變電抗并在諧振器和多個(gè)控制電壓中的所選控制電 壓之間轉(zhuǎn)換。在所選實(shí)施例中，第一多個(gè)系數(shù)由傳感器響應(yīng)于多個(gè)可 變參數(shù)如溫度、制造工藝、電壓和頻率中的至少一參數(shù)計(jì)算或確定。
在示例性實(shí)施例中，多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊還可包括多個(gè)(635) 二進(jìn)制加權(quán)的可轉(zhuǎn)換電容性模塊640，每一可轉(zhuǎn)換電容性模塊具有固
定電容和可變電容，每--可轉(zhuǎn)換電容性模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中的 相應(yīng)系數(shù)在同定電容和可變電容之間轉(zhuǎn)換并將每一可變電容轉(zhuǎn)換到
控制電壓。所述裝置還可包括響應(yīng)于溫度的電流源655:及具有連接 到系數(shù)寄存器及可有選擇地連接到電流源的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊675 的第二陣列，第二陣列還具有電容模塊680，電容模塊和多個(gè)可轉(zhuǎn)換 電阻模塊還連接到結(jié)點(diǎn)625以提供控制電壓，每--可轉(zhuǎn)換電阻模塊響 應(yīng)于系數(shù)寄存器中保存的第二多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將可轉(zhuǎn)換電阻 模塊轉(zhuǎn)換到控制電壓結(jié)點(diǎn)，且其中多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊中的每- -可轉(zhuǎn) 換電阻模塊對(duì)電流源的所選電流具有不同的溫度響應(yīng)。
在其它示例性實(shí)施例中，多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊還包括多個(gè)1500 二進(jìn)制加權(quán)的可轉(zhuǎn)換電容性模塊1505，每一可轉(zhuǎn)換電容性模塊具有 可變電容1515，每一可轉(zhuǎn)換電容性模塊響應(yīng)于第--多個(gè)系數(shù)中的相 應(yīng)系數(shù)將可變電容轉(zhuǎn)換(1520)到多個(gè)控制電壓中的所選控制電壓。 所述裝置還可包括響應(yīng)于溫度的電流源655;及具有通過電流反射鏡 (670， 510， 520)連接到電流源的多個(gè)電阻模塊1605的第二陣列，多 個(gè)電阻模塊適于提供多個(gè)控制電壓，且其中多個(gè)電阻模塊中的每一電 阻模塊對(duì)溫度具有不同的響應(yīng)并適于響應(yīng)于電流源的電流提供多個(gè) 控制電壓中的相應(yīng)控制電壓。
在其它示例性實(shí)施例中，多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊還可包括連接到系 數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)760 二進(jìn)制加權(quán)的、可轉(zhuǎn)換電容模塊，每一 可轉(zhuǎn)換電容模塊具有第一固定電容750和第二固定電容720，每一可 轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)在第一固定電容和第二 固定電容之間轉(zhuǎn)換。在其它示例性實(shí)施例中，多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊還 可包括連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)860 二進(jìn)制加權(quán)的可轉(zhuǎn)換 可變電容模塊865，每一可轉(zhuǎn)換可變電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的相 應(yīng)系數(shù)以在第一電壓和第二電壓之間轉(zhuǎn)換。
在示例性實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括適于提供具有諧振頻 率的第一信號(hào)的諧振器310、 405;及連接到諧振器并適于響應(yīng)于溫 度變化修改諧振頻率的溫度補(bǔ)償器315。諧振器是下述諧振器中的至 少一個(gè)電感器(L)和電容器(C)構(gòu)造成的LC儲(chǔ)能電路諧振器、 陶瓷諧振器、機(jī)械諧振器、微機(jī)電諧振器、或薄膜體聲波諧振器。所 述裝置還可包括連接到諧振器和溫度補(bǔ)償器的負(fù)跨導(dǎo)放大器410，其 屮溫度補(bǔ)償器還適于響應(yīng)于溫度變化通過負(fù)跨導(dǎo)放大器修改電流。溫 度補(bǔ)償器還可包括響應(yīng)于溫度變化的電流源415、 515、 655。
在其它示例性實(shí)施例中，溫度補(bǔ)償器還包括適于提供響應(yīng)于溫 度變化的電流的電流源415、 515、 655;適于保存第一多個(gè)系數(shù)的系 數(shù)寄存器；連接到諧振器和電流源的多個(gè)電阻模塊675、 1605，多個(gè) 電阻模塊中的至少一電阻模塊適于提供控制電壓或多個(gè)控制電壓；及 多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊(1305， 1805， 635， 1505)，連接到諧振器和電
流源并可有選擇地連接到多個(gè)電阻模塊中的至少一電阻模塊。
在其它示例性實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于諧振器的頻率控制的頻 率控制器，包括適于保存第一多個(gè)系數(shù)和第二多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存 器；適于提供對(duì)應(yīng)于溫度的電流的電流源415、 515、 655;具有連接 到系數(shù)寄存器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊675、 1605且還具有電容模塊的 第一陣列，第一陣列還通過電流反射鏡連接到電流源以產(chǎn)生跨多個(gè)可
轉(zhuǎn)換電阻模塊中的至少一可轉(zhuǎn)換電阻模塊的至少一控制電壓，每一可 轉(zhuǎn)換電阻模塊響應(yīng)于第二多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)轉(zhuǎn)換可轉(zhuǎn)換電陽模 塊以向控制電壓結(jié)點(diǎn)提供控制電壓；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振 器的多個(gè)二進(jìn)制加權(quán)的可轉(zhuǎn)換電容性模塊640的第二陣列，每一可轉(zhuǎn)
換電容性模塊具有固定電容和可變電容，每一可轉(zhuǎn)換電容性模塊響應(yīng) 于第--多個(gè)系數(shù)中的對(duì)應(yīng)系數(shù)在固定電容和可變電容之間轉(zhuǎn)換并將 每一可變電容轉(zhuǎn)換到控制電壓結(jié)點(diǎn)。
再次參考圖3和4，時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考(100、 200 或300)還可包括頻率校準(zhǔn)模塊(325或430)。該頻率校準(zhǔn)模塊是另 外的專利申請(qǐng)的主題，但其高級(jí)功能在下面簡要描述。圖13是根據(jù) 本發(fā)明的示例性頻率校準(zhǔn)模塊900 (其可用作模塊325或430)的高 級(jí)框圖。頻率校準(zhǔn)模塊900包括數(shù)字分頻器910、基于計(jì)數(shù)器的頻率 檢測器915、數(shù)字脈沖計(jì)數(shù)器905、及校準(zhǔn)寄存器930 (其也可用作 寄存器化5)。使用測試IC，來自時(shí)鐘發(fā)生器(100、 200或300)的 輸出信號(hào)被分頻(910)并與頻率檢測器915中的已知參考頻率920 比較。根據(jù)時(shí)鐘發(fā)生器(100、 200或300)相對(duì)于所述參考是快還是 慢，下降或上升脈沖被提供給脈沖計(jì)數(shù)器905。基于這些結(jié)果，第三 多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)A…7V^被確定，且時(shí)鐘發(fā)生器(100、 200或300) 被校準(zhǔn)到所選參考頻率。再次地，各個(gè)IC也可單獨(dú)校準(zhǔn)和測試。
再次參考圖2、 3和4，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，隨PVT變化 保持高度準(zhǔn)確、低抖動(dòng)、自激及自參考的振蕩器已被描述，從而提供 可在結(jié)點(diǎn)470和475獲得的、具有可選及可調(diào)諧諧振頻率《的差分、 實(shí)質(zhì)上正弦信號(hào)。對(duì)于許多應(yīng)用，該信號(hào)足夠了且可直接使用(及可 以是圖1的總線125或135上、圖2的線250上、或圖3的線350上、 或圖4的千線或線路470和475之間的輸出)。例如，該信號(hào)可用作 定時(shí)或參考頻率。根據(jù)本發(fā)明，可存在另外的應(yīng)用，包括時(shí)鐘發(fā)生(實(shí) 質(zhì)上方波)、分頻、低等待時(shí)間頻率轉(zhuǎn)換、及模式選擇，如下所述。
圖14為根據(jù)本發(fā)明的示例性分頻器和方波發(fā)生器1000、及具有 示例性假信號(hào)抑制模塊1080的示例性異步選頻器1050的框圖。如上 所述，分頻器和方波發(fā)生器1000可被包括在模塊220和/或330屮或 包括模塊220和Z或330，及選頻器1050 (具有或沒冇假信號(hào)抑制模 塊1080)可被包括在模塊205和/或335中或包括模塊205和/或335。
參考圖14，振蕩器的輸出信號(hào)即具有諧振頻率A的差分且實(shí)質(zhì) 上正弦信號(hào)，如圖2的線250 i:、或圖3的線350上、或圖4的千線 或線路470和475之間的輸出，被輸入分頻器和方波發(fā)生器1000。 該實(shí)質(zhì)正弦信號(hào)的頻率由任一或多個(gè)任意值N分為m個(gè)不同的頻率(包括/。，適當(dāng)?shù)牡胤?，并轉(zhuǎn)換為實(shí)質(zhì)方波信號(hào)，從而導(dǎo)致具有m+l 個(gè)不同可用頻率的多個(gè)實(shí)質(zhì)方波信號(hào)，即線路或總線1020上的輸出 頻率A A A…/ 。具有m+l個(gè)不同可用頻率的這些實(shí)質(zhì)方波信 號(hào)中的任何信號(hào)可通過示例性異步選頻器1050異步地選擇，如圖所 示，所述選頻器可被具體化為復(fù)用器。具有m+l個(gè)不同可用頻率的這 些實(shí)質(zhì)方波信號(hào)中的任何信號(hào)的選擇可通過多個(gè)選擇線路(S …S ) 1055完成，從而提供具有所選頻率的實(shí)質(zhì)方波信號(hào)，即線路1060上 的輸出。
作為異步頻率選擇的一部分，假信號(hào)抑制也由假信號(hào)抑制模塊 1080提供，其可以多種方式具體化，包括通過使用圖14屮所示的一 個(gè)或多個(gè)示例性D觸發(fā)器(DFF)。假信號(hào)可出現(xiàn)在異步頻率變遷屮， 其中或低態(tài)或高態(tài)未被保持足夠的時(shí)間并可在由輸出時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng) 的電路中導(dǎo)致亞穩(wěn)性。例如，異步頻率變遷可導(dǎo)致第一頻率的低態(tài)躍 遷為第二頻率的高態(tài)，在第二頻率高態(tài)即將變回低態(tài)時(shí)導(dǎo)致電壓尖峰 信號(hào)或假信號(hào)。為避免可能的假信號(hào)被提供為輸出時(shí)鐘信號(hào)的一部 分，所選實(shí)質(zhì)方波信號(hào)(具有所選頻率)在線路1060上提供給提供 保持狀態(tài)的第--DFF1065;如果假信號(hào)出現(xiàn)，其將被保持直到時(shí)鐘邊 緣觸發(fā)DFF為止。為避免假信號(hào)出現(xiàn)在時(shí)鐘邊緣，DFF可以低于最大 可用頻率進(jìn)行時(shí)鐘控制，或可使用一個(gè)或多個(gè)另外的DFF (如 DFF1070)，由于在等待另一時(shí)鐘信號(hào)期間，DFF1065的Q輸出將已穩(wěn) 定為第一狀態(tài)(高或低)或第二狀態(tài)(低或高)，如或電力或接地干 線。發(fā)明人已表明2個(gè)DFF即足夠了，另外的DFF可按需增加，但具 有另外的DFF將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換等待時(shí)間增加。在使用示例性DFF圖示的同 時(shí)，其它觸發(fā)器或計(jì)數(shù)器也可使用，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到將實(shí) 現(xiàn)該結(jié)果的無數(shù)其它等效實(shí)施方式，所有這些變化均在本發(fā)明范圍 內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的所述示例性低等待時(shí)間頻率轉(zhuǎn)換如圖15中所示。 圖15還是本發(fā)明的"實(shí)質(zhì)"方波的說明，其為不同布局中使用的實(shí) 際方波的典型，展現(xiàn)合理的變化，在其相應(yīng)的高和低態(tài)下沖和上沖(且不是教科書例子的完美"平直")。圖15中的A部分示出了從1MHz到 33MHz的異步無假信號(hào)轉(zhuǎn)換，B部分示出了測得的從4MHz到8MHz、 然后到16MHz、之后到33MHz的無假信號(hào)轉(zhuǎn)換。
再次參考圖14，分頻器和方波發(fā)生器1000可以無數(shù)方式實(shí)施， 如差分或單端，圖示的分頻器僅是示例性的。由于圖4中所示的振蕩 器的輸出是差分輸出(跨線路或干線470和475)，第--分頻器1005 也是差分分頻器并提供互補(bǔ)輸出，以呈現(xiàn)實(shí)質(zhì)上不變的負(fù)載給振蕩器 并保持相位校準(zhǔn)，且是快速分頻器以支持高頻如GHz范圍的頻率。此 外，拒絕第一分頻器1005的任何張馳模式振蕩可能是必須的或適當(dāng) 的。第二分頻器1010也可是差分分頻器并提供任何任意分頻(用M 除)，如除以整數(shù)、2的倍數(shù)、有理數(shù)、或任何其它量或數(shù)。所述分 頻器的布周或結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域是眾所周知的，且任何所述分頻器均可使 用。例如但非限制，所述分頻器可以是一連串(多段)計(jì)數(shù)器或觸發(fā) 器1075，如圖16中所示的那些觸發(fā)器，其按2的冪或倍數(shù)提供分頻， 每--段的輸出提供不同的頻率，且還提供用于下-段的時(shí)鐘信號(hào)并反 饋回到其自己的輸入，如圖所示。如圖所示，之后，多個(gè)頻率可用于 線路或總線1020上的輸出，如A/2， /。/4，依此類推，直到力/2、。 此外，如圖所示，從振蕩器到第--分頻器1005也可使用緩沖器1085， 以提供足以驅(qū)動(dòng)第一分頻器1005的電壓，及在第二分頻器1010多段 之間使用緩沖器，以隔離也能影響信號(hào)上升和下降時(shí)間的隨狀態(tài)而變 的負(fù)載變化。
還應(yīng)注意，使用不同觸發(fā)器還提供實(shí)質(zhì)方波，因?yàn)槿魏螌?shí)質(zhì)正弦 信號(hào)已被提供以時(shí)鐘控制觸發(fā)器，其輸出繼而被拉到高或低電壓。也 可使用其它方波發(fā)生器，如本領(lǐng)域眾所周知的方波發(fā)生器。在所示實(shí) 施例中，為保持相位校準(zhǔn)，差分信號(hào)被保持通過最后劃分。在最后分 頻之后，多個(gè)信號(hào)(每一信號(hào)具有不同頻率)(在模塊1015中)被調(diào) 整以提供實(shí)質(zhì)上均勻劃分的(如50:50)占空比，使得信號(hào)處于第一 (高)態(tài)的時(shí)間實(shí)質(zhì)上等于該信號(hào)處于第二 (低)態(tài)的時(shí)間。
圖17為根據(jù)本發(fā)明的示例性模式選擇模塊的框圖。有些情形下 高度準(zhǔn)確的高性能參考如本發(fā)明的時(shí)鐘發(fā)生器(100、 200或300)不 必要，如在低功率、備用模式下。在這些情形下，根據(jù)本發(fā)明，或者 沒有提供時(shí)鐘輸出，或者提供低功率、降低性能的時(shí)鐘1105輸出。 例如，在相當(dāng)?shù)偷念l率下，低性能環(huán)形振蕩器可提供適當(dāng)?shù)摹⒌凸?性能。如圖17中所示，對(duì)于這些條件，低功率振蕩器1105的輸出可 被選擇(通過復(fù)用器IIOO)并作為時(shí)鐘輸出提供給其它電路。然而， 在更高的頻率，所述低性能振蕩器耗用多得多的功率，通常明顯多于 本發(fā)明的振蕩器。通常有隨頻率而變的"盈虧平衡"點(diǎn)，其后時(shí)鐘發(fā) 生器(100、 200或300)提供更高的性能和更低的功耗，并可被選擇
(通過復(fù)用器1100)和作為時(shí)鐘輸出提供給其它電路。因此，時(shí)鐘 發(fā)生器(100、 200或300)也可用于提供低功率模式。
此外，使用模式選擇器1110，也可選擇其它模式，如無功率模 式，而不是僅僅低頻率或睡眠模式，在該模式下時(shí)鐘發(fā)生器(100、 200或300)可被相當(dāng)快速地重啟，或受脈沖作用的模式，其中時(shí)鐘 發(fā)生器(100、 200或300)可被定期或不定期反復(fù)猝發(fā)或有間隔地停 止和重啟。不同的參考模式如下所述。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，使用本發(fā)明的時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考
(100、 200或300)的該受脈沖作用時(shí)鐘控制提供功率節(jié)約。在特定 猝發(fā)期間耗用更多功率的同時(shí)，由于時(shí)鐘具有相當(dāng)高的頻率，在該間 隔中更多的指令得以處理，之后在非脈沖或斷開間隔期間沒有或只有 有限的功率耗散，從而相比于連續(xù)運(yùn)行的時(shí)鐘導(dǎo)致更高的MlPS/mW。 相反，由于現(xiàn)有技術(shù)時(shí)鐘相當(dāng)長的啟動(dòng)時(shí)間和鎖定，所述受脈沖作用 的時(shí)鐘控制導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)功耗更多及效率更低。
圖18是根據(jù)本發(fā)明的用于第二振蕩器的示例性同歩模塊1200的 框圖。如上所述，時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/頻率參考(100、 200或300)
可提供參考模式以同步其它振蕩器或時(shí)鐘，其可以也可不是低功率， 如第二振蕩器1210 (如環(huán)形、張馳、或相移振蕩器)。時(shí)鐘發(fā)生器和 /或定時(shí)/頻率參考(100、 200或300)的輸出信號(hào)還被按需分頻以形 成多個(gè)可用參考頻率，某一參考頻率選自該多個(gè)頻率。這可使用上述
模塊實(shí)現(xiàn)，如通過使用現(xiàn)有分頻器(220、 330、 1000，例如)，然后 從選頻器1050 (或205或335)提供參考信號(hào)。例如，參考圖3，模 式選擇器345可選擇參考模式并從選頻器335提供輸出參考信號(hào)給第 二振蕩器(具有同步模塊)375。之后，同步模塊如PLL或DLL1205 用于將來自第二振蕩器1210的輸出信號(hào)同步到由時(shí)鐘發(fā)生器和/或 定時(shí)/頻率參考(100、 200或300)提供的參考信號(hào)。除了連續(xù)同步 模式之外，也可提供受脈沖作用的同步，其中時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/ 頻率參考(100、 200或300)提供受脈沖作用的輸出，且同步發(fā)生在 這些脈沖的間隔即同步間隔期間。
圖19為根據(jù)本發(fā)明的示例性方法的流程圖，并提供有用的概耍。 方法以開始步驟1220開始，如通過時(shí)鐘發(fā)生器和/或定吋/頻率參考 (100、 200或300)啟動(dòng)。應(yīng)注意，在圖19中圖示為連續(xù)步驟的同 時(shí)，這些步驟可以任何順序出現(xiàn)，且通?？呻S時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)/ 頻率參考(100、 200或300)運(yùn)行同時(shí)出現(xiàn)。參考圖19，具有諧振 頻率的諧振信號(hào)在步驟1225產(chǎn)生，如通過LC儲(chǔ)能電路405或諧振器 310。在步驟1230，諧振頻率響應(yīng)于溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，如通過溫度補(bǔ)償 器315，其調(diào)節(jié)電流和頻率。在步驟1235，諧振頻率響應(yīng)于制造工藝 變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，如通過工藝變化補(bǔ)償器320。如上所述，歩驟1235 可被執(zhí)行為第一校準(zhǔn)步驟，之后為步驟'1230的溫度調(diào)節(jié)。在步驟 1240，具有諧振頻率的諧振信號(hào)被分為具有相應(yīng)多個(gè)頻率的多個(gè)第二 信號(hào)，如通過分頻器330或1000,其中多個(gè)頻率實(shí)質(zhì)上等于或低于 諧振頻率。在步驟1245，輸出信號(hào)從多個(gè)第二信號(hào)選擇，如通過選 頻器335或1050。根據(jù)所選實(shí)施例或模式，所選輸出信號(hào)可被直接 提供為參考信號(hào)。
在其它實(shí)施例中，如當(dāng)輸出信號(hào)是差分而不是單端信號(hào)時(shí)，及當(dāng) 諧振信號(hào)是實(shí)質(zhì)正弦信號(hào)時(shí)，在步驟1250，所述方法繼續(xù)從而按需 將差分、實(shí)質(zhì)正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有實(shí)質(zhì)上相等的高和低占空比的單端 實(shí)質(zhì)方波信號(hào)，使得使用模塊330或1000產(chǎn)生時(shí)鐘輸出信號(hào)。在步 驟1255，運(yùn)行模式也從多種運(yùn)行模式選擇，如通過使用模式選擇器
225或345，其中多種運(yùn)行模式可選自下組時(shí)鐘模式、定時(shí)和頻率 參考模式、功率節(jié)約模式、及受脈沖作用模式。當(dāng)在步驟1255選擇 的是參考模式時(shí)，在步驟1260，所述方法進(jìn)行到步驟1265，以響應(yīng) 于輸出信號(hào)同步第三信號(hào)(如從第二振蕩器)，如圖18中所示。在步 驟1260或1265之后，所述方法結(jié)束或重復(fù)(繼續(xù))(如時(shí)鐘發(fā)生器 和/或定時(shí)/頻率參考(100、 200或300)繼續(xù)運(yùn)行)，返回步驟1270。
同樣，總的來說，本發(fā)明提供包括下述組件的裝置適于提供具 有諧振頻率的第一信號(hào)的諧振器；連接到諧振器的放大器；及適于選 擇具有多個(gè)頻率中的第一頻率的諧振頻率的頻率控制器(連接到諧振 器)。所述裝置還包括分頻器(連接到諧振器)，其適于將具有第一頻 率的第- '信號(hào)分為具有相應(yīng)多個(gè)頻率的多個(gè)第二信號(hào)，所述多個(gè)頻率 實(shí)質(zhì)上等于或低于第一頻率，如通過除以有理數(shù)實(shí)現(xiàn)分頻。
第--信號(hào)可以是差分信號(hào)或單端信兮。當(dāng)?shù)?--信號(hào)是差分信號(hào) 時(shí)，分頻器還適于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信兮。類似地，當(dāng)?shù)谝恍盘?hào) 是實(shí)質(zhì)正弦信號(hào)時(shí)，分頻器還適于將實(shí)質(zhì)正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)質(zhì)方波信 號(hào)。
在不同的實(shí)施例中，分頻器可包括串聯(lián)接連連接的多個(gè)觸發(fā)器或 計(jì)數(shù)器，其中所選觸發(fā)器或計(jì)數(shù)器的輸出是前一觸發(fā)器或計(jì)數(shù)器除以 2的頻率，或更--般地，多個(gè)分頻器串聯(lián)接連連接，其中相繼分頻器 的輸出低于前一分頻器的輸出的頻率。多個(gè)分頻器可以是差分、單端、 或差分和單端結(jié)合的分頻器，如差分之后是最后的單端段。分頻器還 可包括適于將第一信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有實(shí)質(zhì)上相等的高和低占空比的實(shí) 質(zhì)方波信號(hào)的方波發(fā)生器。
本發(fā)明還可包括連接到分頻器的選頻器，其適于從多個(gè)第二信號(hào) 提供輸出信號(hào)。選頻器還可包括復(fù)用器和假信號(hào)抑制器。
本發(fā)明還可包括連接到選頻器的模式選擇器，其中模式選擇器適 于提供多種運(yùn)行模式，所述運(yùn)行模式可選自下組時(shí)鐘模式、定時(shí)和 頻率參考模式、功率節(jié)約模式、及受脈沖作用模式。
對(duì)于參考模式，本發(fā)明還可包括連接到模式選擇器的同步電路；
及連接到同步電路并適于提供第三信號(hào)的受控振蕩器；其中在定時(shí)和 參考模式中，模式選擇器還適于將輸出信號(hào)連接到同步電路以控制第 三信號(hào)的定時(shí)和頻率。所述同步電路可以是延遲鎖定環(huán)、鎖相環(huán)、或 注入鎖定電路。
在所選實(shí)施例中，放大器可以是負(fù)跨導(dǎo)放大器。頻率控制器還適 于響應(yīng)于溫度修改通過負(fù)跨導(dǎo)放大器的電流，其可包括響應(yīng)于溫度的 電流源。所述電流源可具有選自多種結(jié)構(gòu)的一種或多種結(jié)構(gòu)，如多種 結(jié)構(gòu)包括CTAT、 PTAT和PTAT2結(jié)構(gòu)。此夕卜，頻率控制器還適于修改通 過負(fù)跨導(dǎo)放大器的電流以選擇諧振頻率、修改負(fù)跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)以 選擇諧振頻率、或響應(yīng)于電壓修改通過負(fù)跨導(dǎo)放大器的電流。頻率控 制器還可包括連接到諧振器和適于將諧振器與電壓變化實(shí)質(zhì)上隔離 的電壓隔離器，并可包括電流反射鏡，其還可包括共基共射結(jié)構(gòu)。頻 率控制器還適于響應(yīng)于制造工藝變化、溫度變化或電壓變化修改諧振 器的電容或電感。
頻率控制器可具有這些不同功能的不同實(shí)施例，并還可包括適 于保存第一多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振 器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊的第一陣列，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具冇固定 電容和可變電容，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng) 系數(shù)以在固定電容和可變電容之間轉(zhuǎn)換及將每一可變電容轉(zhuǎn)換到控 制電壓。多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊可以是二進(jìn)制加權(quán)的模塊，或具有另一 加權(quán)方案。頻率控制器還可包括具有連接到系數(shù)寄存器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換 電阻模塊且還具有電容模塊的第二陣列，電容模塊和多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻 模塊還連接到結(jié)點(diǎn)以提供控制電壓，每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊響應(yīng)于系數(shù) 寄存器中保存的第二多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將玎轉(zhuǎn)換電阻模塊轉(zhuǎn)換 到控制電壓結(jié)點(diǎn)；及通過電流反射鏡連接到第二陣列的隨溫度而變的 電流源。
頻率控制器還可包括連接到諧振器并適于響應(yīng)于制造工藝變化 修改諧振頻率的工藝變化補(bǔ)償器。在示例性實(shí)施例中，工藝變化補(bǔ)償 器可包括適于保存多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存
器和諧振器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊的陣列，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有 第一固定電容和第二固定電容，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù) 中的相應(yīng)系數(shù)在第一固定電容和第二固定電容之間轉(zhuǎn)換。多個(gè)可轉(zhuǎn)換 電容模塊可以是二進(jìn)制加權(quán)的模塊，或具有另一加權(quán)方案。
在另一示例性實(shí)施例中，工藝變化補(bǔ)償器可包括適于保存多個(gè) 系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換
可變電容模塊的陣列，每一可轉(zhuǎn)換可變電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的 相應(yīng)系數(shù)在第一電壓和第二電壓之間轉(zhuǎn)換。多個(gè)可轉(zhuǎn)換可變電容模塊 也可是二進(jìn)制加權(quán)的模塊，或具有另--加權(quán)方案。
本發(fā)明還可包括連接到頻率控制器并適于響應(yīng)于參考信號(hào)修改 諧振頻率的頻率校準(zhǔn)模塊。例如，頻率校準(zhǔn)模塊可包括連接到頻率控 制器的分頻器，分頻器適于將源自具有第一頻率的第一信號(hào)的輸出信
號(hào)轉(zhuǎn)換為更低的頻率以提供分頻后的信號(hào)；還包括連接到分頻器的頻 率檢測器，頻率檢測器適于比較參考信號(hào)和分頻后的信號(hào)并提供一個(gè) 或多個(gè)上升信號(hào)或下降信號(hào)；及連接到頻率檢測器的脈沖計(jì)數(shù)器，脈 沖計(jì)數(shù)器適于將一個(gè)或多個(gè)上升或下降信號(hào)之間的差確定為輸出信 號(hào)和參考信號(hào)之間的差的指示。
與本發(fā)明一起使用的諧振器可包括連接形成LC儲(chǔ)能電路的電感 器(L)和電容器(C)，具有多種LC儲(chǔ)能電路結(jié)構(gòu)中的所選結(jié)構(gòu)，如 串聯(lián)、并聯(lián)等，并可包括其它組件。在其它實(shí)施例中，諧振器可選向 下組陶瓷諧振器、機(jī)械諧振器、微機(jī)電諧振器、及薄膜體聲波諧振 器，或電學(xué)上等價(jià)于電感器(L)連接到電容器(C)的任何其它諧振
叫 群。
本發(fā)明裝置可用作定時(shí)和頻率參考或用作時(shí)鐘發(fā)生器。此外，本 發(fā)明還可包括提供第二振蕩器輸出信號(hào)的第二振蕩器(如環(huán)形、張馳、 或相移振蕩器)；及連接到頻率控制器和第二振蕩器的模式選擇器， 模式選擇器適于轉(zhuǎn)換到第二振蕩器輸出信號(hào)以提供功率節(jié)約模式。另 外的運(yùn)行模式可由連接到頻率控制器的模式選擇器提供，其可適于定 期啟動(dòng)和停止諧振器以提供受脈沖作用的輸出信號(hào)，或適于有選擇地
啟動(dòng)和停止諧振器以提供功率節(jié)約模式。
在另一所選實(shí)施例中，本發(fā)明裝置包括適于提供具有諧振頻率 的第一信號(hào)的諧振器；連接到諧振器的放大器；連接到放大器和諧振 器的溫度補(bǔ)償器，溫度補(bǔ)償器適于響應(yīng)于溫度修改諧振頻率；連接到 諧振器的工藝變化補(bǔ)償器，工藝變化補(bǔ)償器適于響應(yīng)于溫度修改諧振 頻率；連接到諧振器的分頻器，分頻器適于將具有諧振頻率的第一信 號(hào)分為具有相應(yīng)多個(gè)頻率的多個(gè)第二信號(hào)，多個(gè)頻率實(shí)質(zhì)上等于或低 于諧振頻率；及連接到分頻器的選頻器，選頻器適于從多個(gè)第二信號(hào) 提供輸出信號(hào)。
在另一所選實(shí)施例中，本發(fā)明裝置產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，并包括適于 提供具有諧振頻率的差分、實(shí)質(zhì)上正弦的第一信號(hào)的LC諧振器；連 接到LC諧振器的負(fù)跨導(dǎo)放大器；連接到負(fù)跨導(dǎo)放大器和LC諧振器的 溫度補(bǔ)償器，溫度補(bǔ)償器適于響應(yīng)于溫度修改負(fù)跨導(dǎo)放大器中的電流 且還響應(yīng)于溫度修改LC諧振器的電容；連接到LC諧振器的工藝變化 補(bǔ)償器，工藝變化補(bǔ)償器適于響應(yīng)于制造工藝變化修改LC諧振器的 電容；連接到諧振器的分頻器，分頻器適于將具有諧振頻率的第一信 號(hào)轉(zhuǎn)換和分頻為具有相應(yīng)多個(gè)頻率的多個(gè)單端、實(shí)質(zhì)上方波的第二信 號(hào)，多個(gè)頻率實(shí)質(zhì)上等于或低于諧振頻率，及每一第二信號(hào)具有實(shí)質(zhì) 上相等的高和低占空比；及連接到分頻器的選頻器，選頻器適于從多 個(gè)第二信號(hào)提供輸出信號(hào)。
從前述可以看出，可進(jìn)行無數(shù)變化和修改而不背離本發(fā)明新概念 的精神和范圍。應(yīng)當(dāng)理解，不意為限于在此所示的具體方法和裝置， 而是由所附權(quán)利要求涵蓋落在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有所述變化。
權(quán)利要求
1、用于集成、自激諧波振蕩器的頻率控制的裝置，包括適于產(chǎn)生多個(gè)控制電壓的多個(gè)電阻模塊；連接到諧波振蕩器的多個(gè)受控電抗模塊；及連接到多個(gè)電阻模塊和多個(gè)受控電抗模塊的多個(gè)開關(guān)，多個(gè)開關(guān)響應(yīng)于控制信號(hào)將多個(gè)控制電壓中的第一控制電壓連接到多個(gè)受控電抗模塊中的第一受控電抗模塊以修改諧波振蕩器的諧振頻率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中多個(gè)控制電壓中的至少- 控制 電壓響應(yīng)于多個(gè)參數(shù)中的參數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其屮多個(gè)參數(shù)為可變參數(shù)并包括至 少一下述參數(shù)溫度、制造工藝、電壓、使用期、和頻率。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，還包括連接到多個(gè)電阻模塊的電流源，電流源適于將隨參數(shù)而變的電流 提供給多個(gè)電阻模塊中的至少--電阻模塊以產(chǎn)生多個(gè)控制電壓中的 至少--控制電壓，所述控制電壓隨參數(shù)而變。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，還包括連接到多個(gè)電阻模塊的電流源，電流源適于將獨(dú)立于參數(shù)的電流 提供給多個(gè)電阻模塊中的至少一電阻模塊以產(chǎn)生多個(gè)控制電壓中的 至少一控制電壓，所述控制電壓獨(dú)立于參數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中多個(gè)控制電壓中的至少一控制 電壓隨溫度而變，及其中多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓獨(dú)立于溫 度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括.-連接到多個(gè)開關(guān)并適于保存第--多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器，其中控 制信號(hào)由第一多個(gè)系數(shù)中的至少一系數(shù)提供。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中多個(gè)受控電抗模塊還包括多個(gè) 不同加權(quán)的固定電容和可變電容，及其中多個(gè)開關(guān)響應(yīng)于第一多個(gè)系 數(shù)將固定電容連接到諧波振蕩器和將多個(gè)控制電壓中的第一控制電 壓連接到與諧波振蕩器相連的可變電容。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中多個(gè)電阻模塊還包括連接到系 數(shù)寄存器和電容模塊的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊，電容模塊和多個(gè)可轉(zhuǎn)換 電阻模塊還連接到結(jié)點(diǎn)以提供第一控制電壓，每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊響 應(yīng)于系數(shù)寄存器中保存的第二多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將可轉(zhuǎn)換電阻 模塊轉(zhuǎn)換到控制電壓結(jié)點(diǎn)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，還包括電流源響應(yīng)于溫度，及其中電流源通過電流反射鏡連接到多個(gè)可 轉(zhuǎn)換電阻模塊以產(chǎn)生跨多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊中的至少一可轉(zhuǎn)換電阻 模塊的第一控制電壓。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中電流源具有至少一下述結(jié)構(gòu)相反于絕對(duì)溫度CTAT結(jié)構(gòu)、正比于絕對(duì)溫度PTAT結(jié)構(gòu)、或正比于絕 對(duì)溫度的平方PTAf結(jié)構(gòu)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊中的每 一可轉(zhuǎn)換電阻模塊對(duì)所選電流具有不同的溫度響應(yīng)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，還包括-連接到多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以響應(yīng)于第一控制電 壓提供數(shù)字輸出信號(hào)；及將數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一多個(gè)系數(shù)或控制信號(hào)的控制邏輯塊。
14、 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中多個(gè)受控電抗模塊還包括 連接到系數(shù)寄存器和可連接到諧波振蕩器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有可變電容，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于 第一多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將可變電容轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制電壓中的所 選控制電壓。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，還包括響應(yīng)于多個(gè)可變參數(shù)中的參數(shù)的電流源，其中電流源通過電流反 射鏡連接到多個(gè)電阻模塊；及其中多個(gè)電阻模塊中的每-一電阻模塊對(duì)參數(shù)具有不同響應(yīng)并 適于響應(yīng)于電流源的電流提供多個(gè)控制電壓中的相應(yīng)控制電壓。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓隨參數(shù)而變，及多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓獨(dú)立于參 數(shù)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中多個(gè)受控電抗模塊還包括 連接到系數(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個(gè)不同加權(quán)的可轉(zhuǎn)換電容模塊，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有第一固定電容和第二固定電容，每一 可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)在第一固定電容和第 二固定電容之間轉(zhuǎn)換。
18、 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中多個(gè)受控電抗模塊還包括 連接到系數(shù)寄存器和諧波振蕩器的至少一可轉(zhuǎn)換可變電容模塊，至少--可轉(zhuǎn)換可變電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)在多個(gè)控 制電壓中的第一電壓和第二電壓之間轉(zhuǎn)換。
19、 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中多個(gè)受控電抗校塊還包括 連接到系數(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換可變電容模塊，每一可轉(zhuǎn)換可變電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)轉(zhuǎn)換到多個(gè)控 制電壓中的所選控制電壓，多個(gè)控制電壓包括多個(gè)不同大小的電壓， 及其中所選控制電壓隨溫度變化保持不變。
20、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中多個(gè)受控電抗模塊還包括可連接到諧波振蕩器的電感。
21、 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，還包括多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻器響應(yīng)于控制信號(hào)將相應(yīng)電阻轉(zhuǎn)換到諧波振蕩 器以修改諧振頻率。
22、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括連接到多個(gè)受控電抗校塊并邁響應(yīng)于電壓變化提供所選投制 電壓的分壓器。
23、 根據(jù)權(quán)利要求L的裝置，還包括連接到諧波振蕩器的使用期變化補(bǔ)償器，其適子將多個(gè)參數(shù)中的 所選參數(shù)的電流值與所選參數(shù)的初始值比較并響應(yīng)于所選參數(shù)的電 流值和初始值之間的差修改諧振頻率。
24、 用于集成、自激諧波振蕩器的頻率控制的裝置，包括適于提供具有諧振頻率的第一信號(hào)的諧振器； 適于響應(yīng)于多個(gè)參數(shù)中的至少一參數(shù)提供第二信號(hào)的傳感器；及 連接到傳感器和諧振器的頻率控制器，頻率控制器適于響應(yīng)于第 二信號(hào)修改連接到諧振器的阻抗元件從而修改諧振頻率。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中多個(gè)參數(shù)為可變參數(shù)并包括 至少一下述參數(shù)溫度、制造工藝、電壓、使用期及頻率。
26、 根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，'其中頻率控制器還適于響應(yīng)于第 二信號(hào)修改諧振器的總電容。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其中頻率控制器還包括 包括相應(yīng)多個(gè)固定電容和可變電容的多個(gè)受控電容模塊，并還包括連接到多個(gè)固定電容和可變電容的多個(gè)開關(guān)。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中頻率控制器還適于使多個(gè)同 定電容和可變電容中的固定或可變電容連接到諧振器或與其斷開連 接。
29、 根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中頻率控制器還包括 適于產(chǎn)生多個(gè)控制電壓的多個(gè)電阻模塊，多個(gè)控制電壓包括相應(yīng)的多個(gè)不同大小的電壓，且其中頻率控制器還適于將多個(gè)控制電壓中 的第一控制電壓轉(zhuǎn)換到多個(gè)固定電容和可變電容中的可變電容以修 改諧振器的總電容。
30、 根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，其中多個(gè)控制電壓中的至少一控 制電壓隨溫度而變，且其中多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓獨(dú)立于 溫度。
31、 根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，其中第二信號(hào)是多個(gè)控制電壓中 的至少一-控制電壓。
32、 根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，其中頻率控制器還包括適于保存 第--多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及其中多個(gè)受控電容模塊還包括第-陣 列，該陣列包括連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)二進(jìn)制加權(quán)的、可 轉(zhuǎn)換電容模塊，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有固定電容和可變電容，每一 可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)在固定電容和可變電容之間轉(zhuǎn)換并將每一可變電容轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制電壓中的所選控 制電壓。
33、 根據(jù)權(quán)利要求32的裝置，其中多個(gè)電阻模塊還包括具有連 接到系數(shù)寄存器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊且還具有電容模塊的第二陣 列，電容模塊和多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊還連接到結(jié)點(diǎn)以提供所選控制電 壓，每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊響應(yīng)于系數(shù)寄存器中保存的第二多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將可轉(zhuǎn)換電阻模塊轉(zhuǎn)換到控制電壓結(jié)點(diǎn)。
34、 根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中傳感器還包括響應(yīng)于溫度的 電流源，及其中電流源通過電流反射鏡連接到第二陣列以跨多個(gè)可轉(zhuǎn) 換電阻模塊中的至少--可轉(zhuǎn)換電阻模塊產(chǎn)生所選控制電壓。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中電流源具有至少一下述結(jié)構(gòu) 相反于絕對(duì)溫度CTAT結(jié)構(gòu)、正比于絕對(duì)溫度PTAT結(jié)構(gòu)、或正比于絕 對(duì)溫度的平方PTAf結(jié)構(gòu)。
36、 根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊中的每 --可轉(zhuǎn)換電阻模塊對(duì)所選電流具有不同的溫度響應(yīng)。
37、 根據(jù)權(quán)利要求32的裝置，傳感器是溫度傳感器并響應(yīng)于溫 度變化改變第二信號(hào)。
38、 根據(jù)權(quán)利要求37的裝置，還包括連接到溫度傳感器的模數(shù) 轉(zhuǎn)換器以響應(yīng)于第二信號(hào)提供數(shù)字輸出信號(hào)。
39、 根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，還包括將數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為第 一多個(gè)系數(shù)的控制邏輯塊。
40、 根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中頻率控制器還包括 適于保存至少一系數(shù)的系數(shù)寄存器；及連接到系數(shù)寄存器和可連接到諧振器的至少--可轉(zhuǎn)換電容模塊， 至少一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有可變電容并響應(yīng)于所述系數(shù)將可變電容 轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制電壓中的所選控制電壓。
41、 根據(jù)權(quán)利要求40的裝置，其中傳感器包括響應(yīng)于溫度的電 流源，及其中頻率控制器還包括通過電流反射鏡連接到電流源的多個(gè)電阻模塊，多個(gè)電阻模塊適 于提供多個(gè)控制電壓，及其中多個(gè)電阻模塊中的每一電阻模塊對(duì)溫度 具有不同的響應(yīng)并適于響應(yīng)于電流源的電流提供多個(gè)控制電壓中的 相應(yīng)控制電壓。
42、 根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中頻率控制器還適于響應(yīng)于第 二信號(hào)修改諧振器的電感。
43、 根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中頻率控制器還適于響應(yīng)于第 二信號(hào)修改諧振器的電阻。
44、 根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中頻率控制器還包括-連接到諧振器并適于響應(yīng)于多個(gè)參數(shù)中的制造工藝參數(shù)修改諧振頻率的工藝變化補(bǔ)償器。
45、 根據(jù)權(quán)利要求44的裝置，其中工藝變化補(bǔ)償器還包括 適于保存多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及包括連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊的陣列， 每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有第一固定電容和第二固定電容，每一可轉(zhuǎn)換 電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)在第一固定電容和第二同定 電容之間轉(zhuǎn)換。
46、 根據(jù)權(quán)利要求44的裝置，其中工藝變化補(bǔ)償器還包括 適于保存多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及包括連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換可變電容模塊的 陣列，每一可轉(zhuǎn)換可變電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)在第一 電壓和第二電壓之間轉(zhuǎn)換。
47、 根據(jù)權(quán)利要求44的裝置，其中工藝變化補(bǔ)償器還包括 適于保存多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及包括連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換可變電容模塊的 陣列，每一可轉(zhuǎn)換可變電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制電壓中的所選控制電壓，多個(gè)控制電壓包括多個(gè)不同大小的 電壓，及其中所選控制電壓隨溫度變化保持不變。
48、 根據(jù)權(quán)利要求47的裝置，其中頻率控制器還包括 連接到諧振器并適于響應(yīng)于多個(gè)參數(shù)中的電壓參數(shù)修改諧振頻 率的電壓變化補(bǔ)償器。
49、 根據(jù)權(quán)利要求47的裝置，其中頻率控制器還包括-連接到諧振器的使用期變化補(bǔ)償器，其適于將多個(gè)參數(shù)中的所選參數(shù)的電流值與所選參數(shù)的初始值比較并響應(yīng)于所選參數(shù)的電流值 和初始值之間的差修改諧振頻率。
50、 用于諧振器的頻率控制的裝置，所述諧振器適于提供具有諧 振頻率的第--信號(hào)，所述裝置包括適于保存第一多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊的第一 陣列，每--可轉(zhuǎn)換電抗模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將相應(yīng) 電抗轉(zhuǎn)換到諧振器以修改諧振頻率。
51、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊被二進(jìn) 制加權(quán)。
52、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中相應(yīng)電抗是固定或可變電感。
53、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中相應(yīng)電抗是固定或可變電容。
54、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中相應(yīng)電抗在諧振器和控制電 壓、電源電壓或地電勢之間轉(zhuǎn)換。
55、 根據(jù)權(quán)利要求54的裝置，其中控制電壓由電流源響應(yīng)于溫 度確定。
56、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中相應(yīng)電抗是可變電抗并在諧 振器和多個(gè)控制電壓中的所選控制電壓之間轉(zhuǎn)換。
57、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中第一多個(gè)系數(shù)被校準(zhǔn)。
58、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中第一多個(gè)系數(shù)由傳感器響應(yīng) 于多個(gè)可變參數(shù)中的至少一參數(shù)確定。
59、 根據(jù)權(quán)利要求58的裝置，其中多個(gè)可變參數(shù)包括溫度、制 造工藝、電壓、使用期和頻率。
60、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊還包括: 多個(gè)二進(jìn)制加權(quán)的可轉(zhuǎn)換電容模塊，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有固定電容和可變電容，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于第--多個(gè)系數(shù)中的相 應(yīng)系數(shù)在固定電容和可變電容之間轉(zhuǎn)換并將每一可變電容轉(zhuǎn)換到控 制電壓。
61、 根據(jù)權(quán)利要求60的裝置，還包括 響應(yīng)于溫度的電流源；及具有連接到系數(shù)寄存器和可有選擇地連接到電流源的多個(gè)可轉(zhuǎn) 換電阻模塊的第二陣列，第二陣列還具有電容模塊，電容模塊和多個(gè) 可轉(zhuǎn)換電阻模塊還連接到結(jié)點(diǎn)以提供控制電壓，每一可轉(zhuǎn)換電阻模塊 響應(yīng)于系數(shù)寄存器中保存的第二多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將可轉(zhuǎn)換電 阻模塊轉(zhuǎn)換到控制電壓結(jié)點(diǎn)，及其中多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊中的每一可 轉(zhuǎn)換電阻模塊對(duì)電流源的所選電流具有不同的溫度響應(yīng)。
62、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊還包括 多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有可變電容，每 -可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將可變電容轉(zhuǎn)換 到多個(gè)控制電壓中的所選控制電壓。
63、 根據(jù)權(quán)利要求62的裝置，還包括 響應(yīng)于溫度的電流源；及具有通過電流反射鏡連接到電流源的多個(gè)電阻模塊的第二陣列， 多個(gè)電阻模塊適于提供多個(gè)控制電壓，及其中多個(gè)電阻模塊屮的毎--電阻模塊對(duì)溫度具有不同的響應(yīng)并適于響應(yīng)于電流源的電流提供多 個(gè)控制電壓中的相應(yīng)控制電壓。
64、 根據(jù)權(quán)利要求63的裝置，其中多個(gè)控制電壓中的至少一控 制電壓響應(yīng)于溫度，及多個(gè)控制電壓中的至少一控制電壓不響應(yīng)于溫 度。'
65、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊還包括: 連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)二進(jìn)制加權(quán)的可轉(zhuǎn)換電容模塊，每-可轉(zhuǎn)換電容模塊具有第一固定電容和第二固定電容，每一可 轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)在第--固定電容和第二 固定電容之間轉(zhuǎn)換。
66、 根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊還包括: 連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換可變電容模塊，每一可 轉(zhuǎn)換可變電容模塊響應(yīng)于多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)在第一電壓和第二 電壓之間轉(zhuǎn)換。
67、 響應(yīng)于溫度變化進(jìn)行頻率控制的裝置，包括 諧振器，該諧振器適于提供具有諧振頻率的第一信號(hào)；及 連接到諧振器的溫度補(bǔ)償器，該溫度補(bǔ)償器適于響應(yīng)于溫度變化修改諧振頻率。
68、 根據(jù)權(quán)利要求67的裝置，還包括 連接到諧振器和溫度補(bǔ)償器的負(fù)跨導(dǎo)放大器；及其中溫度補(bǔ)償器還包括響應(yīng)于溫度變化的電流源，且還適于響 應(yīng)于溫度變化修改通過負(fù)跨導(dǎo)放大器的電流。
69、 根據(jù)權(quán)利要求67的裝置，其中溫度補(bǔ)償器還包括 適于提供響應(yīng)于溫度變化的電流的電流源； 適于保存第一多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；連接到諧振器和電流源的多個(gè)電阻模塊，多個(gè)電阻模塊中的至少 一電阻模塊適于提供控制電壓；及連接到諧振器和電流源且可有選擇地連接到多個(gè)電阻模塊中的 至少---電阻模塊的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊。
70、 根據(jù)權(quán)利要求69的裝置，其中多個(gè)可轉(zhuǎn)換電抗模塊還包括 多個(gè)二進(jìn)制加權(quán)的可轉(zhuǎn)換電容模塊，每--可轉(zhuǎn)換電容模塊具有固定電容和可變電容，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于第- 多個(gè)系數(shù)中的相 應(yīng)系數(shù)在固定電容和可變電容之間轉(zhuǎn)換并將每一可變電容轉(zhuǎn)換到控 制電壓。
71、 根據(jù)權(quán)利要求69的裝置，其中多個(gè)電阻模塊中的每一電阻 模塊適于提供相應(yīng)的控制電壓以形成多個(gè)控制電壓，及其中多個(gè)可轉(zhuǎn) 換電抗模塊還包括多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有可變電容，每一 可轉(zhuǎn)換電容模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將可變電容轉(zhuǎn)換 到多個(gè)控制電壓中的所選控制電壓。
72、 用于諧振器的頻率控制的頻率控制器，包括 適于保存第一多個(gè)系數(shù)和第二多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器； 適于提供對(duì)應(yīng)于溫度的電流的電流源；具有連接到系數(shù)寄存器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊且還具有電容模 塊的第一陣列，第一陣列還通過電流反射鏡連接到電流源以跨多個(gè)可 轉(zhuǎn)換電阻模塊中的至少一可轉(zhuǎn)換電阻模塊產(chǎn)生至少一控制電壓，每一 可轉(zhuǎn)換電阻模塊響應(yīng)于第二多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將提供控制電壓 的可轉(zhuǎn)換電阻模塊轉(zhuǎn)換到控制電壓結(jié)點(diǎn)；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電容模塊的第二 陣列，每一可轉(zhuǎn)換電容模塊具有固定電容和可變電容，每一可轉(zhuǎn)換電 容模塊響應(yīng)于第一多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)在固定電容和可變電容之 間轉(zhuǎn)換并將每一可變電容轉(zhuǎn)換到控制電壓結(jié)點(diǎn)。
73、 用于諧振器的頻率控制的頻率控制器，包括 適于保存第一多個(gè)系數(shù)的系數(shù)寄存器；電流源；具有連接到系數(shù)寄存器并通過電流反射鏡連接到電流源以產(chǎn)生 多個(gè)控制電壓的多個(gè)可轉(zhuǎn)換電阻模塊的第一陣列；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個(gè)可轉(zhuǎn)換可變電容模塊的 第二陣列，第二陣列還可有選擇地連接到第一陣列，每一可轉(zhuǎn)換電容 模塊響應(yīng)于第-多個(gè)系數(shù)中的相應(yīng)系數(shù)將可變電容轉(zhuǎn)換到多個(gè)控制 電壓中的所選控制電壓。
全文摘要
在不同的實(shí)施例中，本發(fā)明提供控制和提供時(shí)鐘發(fā)生器和/或定時(shí)和頻率參考的穩(wěn)定諧振頻率的頻率控制器。隨所選參數(shù)如溫度和制造工藝變化提供所述穩(wěn)定性。不同的裝置實(shí)施例包括適于響應(yīng)于多個(gè)參數(shù)中的至少一參數(shù)提供信號(hào)的傳感器；及適于響應(yīng)于第二信號(hào)修改諧振頻率的頻率控制器。在示例性實(shí)施例中，傳感器被實(shí)施為響應(yīng)于溫度波動(dòng)的電流源，及頻率控制器被實(shí)施為可有選擇地連接到諧振器或一個(gè)或多個(gè)控制電壓的多個(gè)受控電抗模塊。受控電抗模塊可包括固定或可變電容或電感，并可被二進(jìn)制加權(quán)。電阻模塊的陣列也被提供以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制電壓。
文檔編號(hào)H03B5/08GK101194416SQ200580049812
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2005年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者M·S·麥科克代爾, S·M·佩尼亞, S·庫貝 申請(qǐng)人:麥比烏斯微系統(tǒng)公司