晶體振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種晶體振蕩器，其包括幅度控制電路、反相放大器、反饋電阻，所述反相放大器的輸出端連接所述幅度控制電路的輸入端，所述幅度控制電路的輸出端連接所述反相放大器的電流偏置端，所述反饋電阻的一端連接所述反相放大器的輸入端，所述反饋電阻的另一端連接所述反相放大器的輸出端。本發(fā)明的晶體振蕩器可以降低功耗，還可以穩(wěn)定振蕩頻率。
【專利說(shuō)明】晶體振蕩器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種晶體振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體振蕩器，多采用價(jià)格便宜且精準(zhǔn)度高的石英晶體為時(shí)鐘源。石英晶體薄片受到外加交變電場(chǎng)的作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率與石英晶體的固有頻率相同時(shí)，振動(dòng)便變得很強(qiáng)烈，這就是晶體諧振特性的反應(yīng)。由于該晶體振蕩器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。
[0003]但石英晶體是無(wú)源器件，需配合振蕩電路，才能正常工作。傳統(tǒng)的晶體振蕩器一般是基于 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,指互補(bǔ)金屬氧化物(PM0S 管和NMOS管))技術(shù)的，多數(shù)簡(jiǎn)單地采用大電阻，將CMOS反相放大器偏置于互補(bǔ)放大器狀態(tài)，滿足巴克豪斯起振條件，從而驅(qū)動(dòng)石英晶體，產(chǎn)生所需時(shí)鐘。其電路原理如圖1所示。這種晶體振蕩器，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是其在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，存在很大的從電源到地的短路電流，因而，功耗比較大，此外，容易受到電源和地的噪聲影響，直接影響振蕩頻率的穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種晶體振蕩器，可以降低功耗，穩(wěn)定振蕩頻率。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種晶體振蕩器，包括幅度控制電路、反相放大器、反饋電阻，所述反相放大器的輸出端連接所述幅度控制電路的輸入端，所述幅度控制電路的輸出端連接所述反相放大器的電流偏置端，所述反饋電阻的一端連接所述反相放大器的輸入端，所述反饋電阻的另一端連接所述反相放大器的輸出端。
[0007]本發(fā)明的晶體振蕩器的工作原理是，在本發(fā)明的晶體振蕩器開(kāi)始工作時(shí)，幅度控制電路先產(chǎn)生起始振蕩電流，將反相放大器偏置于增益比較大的狀態(tài)，使得電路快速起振，同時(shí)，振蕩的幅度信息反饋到幅度控制電路里，經(jīng)峰值檢測(cè)，產(chǎn)生控制信號(hào)反向調(diào)節(jié)振蕩電流，使得幅度變大，振蕩電流減小，最終達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，控制驅(qū)動(dòng)石英晶體的能量在一個(gè)固定的范圍，實(shí)現(xiàn)了振蕩電流的自動(dòng)控制，因而，不會(huì)產(chǎn)生從電源到地的過(guò)大的短路電流，降低了功耗，同時(shí)，由于石英晶體的能量被穩(wěn)定在固定的范圍，使其不易受到電源和地的噪聲影響，穩(wěn)定了振蕩頻率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為傳統(tǒng)的晶體振蕩器的電路原理圖；
[0009]圖2為本發(fā)明的晶體振蕩器的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的晶體振蕩器的原理圖；
[0011]圖4為圖2中的幅度控制電路在其中一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖5為本發(fā)明的晶體振蕩器的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不意圖；[0013]圖6為圖5中的微調(diào)電容陣列在其中一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式不限于此。
[0015]參見(jiàn)圖2所示，為本發(fā)明的晶體振蕩器的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。參見(jiàn)圖3所不，為本發(fā)明實(shí)施例的晶體振蕩器的原理圖。
[0016]如圖2所示，本實(shí)施例中的晶體振蕩器，包括幅度控制電路10、反相放大器20反饋電阻30，反相放大器20的輸出端vout連接幅度控制電路10的輸入端vin，幅度控制電路10的輸出端連接反相放大器20的電流偏置端，反饋電阻30的一端連接反相放大器20的輸入端，反饋電阻30的另一端連接所述反相放大器20的輸出端，其中，反相放大器20包括一接地端，該接地端接地。
[0017]上述本實(shí)施例的晶體振蕩器的工作原理是，在本實(shí)施例的晶體振蕩器開(kāi)始工作時(shí)，幅度控制電路10先產(chǎn)生起始振蕩電流，將反相放大器20偏置于增益比較大的狀態(tài)，使得電路快速起振，同時(shí)，振蕩的幅度信息反饋到幅度控制電路10里，經(jīng)峰值檢測(cè)，產(chǎn)生控制信號(hào)反向調(diào)節(jié)振蕩電流，使得幅度變大，振蕩電流減小，最終達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，控制驅(qū)動(dòng)石英晶體的能量在一個(gè)合適的水平，實(shí)現(xiàn)了振蕩電流的自動(dòng)控制，因而，不會(huì)產(chǎn)生從電源到地的過(guò)大的短路電流，降低了功耗，同時(shí)，由于石英晶體的能量被穩(wěn)定在固定的范圍，使其不易受到電源和地的噪聲影響，穩(wěn)定了振蕩頻率。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，上述實(shí)施例中的幅度控制電路10可以包括第一 MOS管N1、第二 MOS管N2、第三MOS管N3、第四MOS管N4、第五MOS管N5、第一參考電流源Irefl、第二參考電流源Iref2、運(yùn)算放大器0P1、第一電流鏡Imi1、第二電流鏡Imi2，第一MOS管NI的漏極、第一 MOS管NI的柵極、第二 MOS管N2的柵極、第三MOS管N3的源極、運(yùn)算放大器OPl的正端相互連接，第一 MOS管NI的源極連接第一電流鏡Imil的輸出端，第一電流鏡Imil的輸入端連接第一參考電流源Irefl的一端，第一參考電流源Irefl的另一端分別連接第三MOS管N3的漏極、第二電流鏡Imi2的輸入端、第二參考電流源Iref2的一端，第二參考電流源Iref2的另一端分別連接第二 MOS管N2的漏極、第三MOS管N3的柵極，第二電流鏡Iref2的輸出端連接反相放大器20的電流偏置端，運(yùn)算放大器OPl的負(fù)端、運(yùn)算放大器OPl的輸出端、第四MOS管N4的柵極、第五MOS管N5的漏極、第五MOS管N5的柵極相互連接，第四MOS管N4的源極接地，第四MOS管N4的漏極連接第二電流鏡Imi2的接地端，第五MOS管N5的源極連接反相放大器20的輸出端；
[0019]其中，上述的第一 MOS管N1、第二 MOS管N2、第三MOS管N3、第四MOS管N4、第五MOS管N5為N型M0S管。
[0020]如圖3所示，由于第二 MOS管N2的漏極和柵極接在一起，產(chǎn)生參考電壓vrd，第二MOS管N2柵極接到vrd上，第二參考電流源Iref2接第二 MOS管N2的漏極，第三MOS管N3的柵極接到第二 MOS管N2的漏極，第三MOS管N3的源極接到參考電壓vrd上。這樣第二MOS管N2、第三MOS管N3與第二參考電流源Iref2構(gòu)成負(fù)反饋電路，穩(wěn)定了參考電壓vrd。
[0021]而運(yùn)算放大器OPl的正端接參考電壓vrd，運(yùn)算放大器OPl的負(fù)端接運(yùn)算放大器OPl的輸出節(jié)點(diǎn)vrb，組成單位增益緩沖器。第五MOS管N5的柵極和漏極都接在vrb上，源極接反相放大器的輸出端vout，組成二極管作為檢測(cè)VOUt的峰值用。[0022]第四MOS管N4的柵極接在節(jié)點(diǎn)vrb上，第四MOS管N4的漏極連接第二電流鏡Imi2的輸入端，電流鏡Imi2的輸出端為振蕩電流1sc輸出端,連接反相放大器的電流偏置端。
[0023]在本實(shí)施例的晶體振蕩器開(kāi)始工作時(shí)，晶體振蕩器的電路還未振蕩，反相放大器20的輸入端、輸出端的電壓相等，參考電壓vrd和參考電壓vrb相等，第四MOS管N4的漏極的電流與第二 MOS管N2的漏極的電流成固定比例。
[0024]振蕩開(kāi)始后，反相放大器20的輸出端vout的幅度越來(lái)越大達(dá)到一定幅度時(shí)，第五MOS管N5組成的二極管開(kāi)始導(dǎo)通，流走部分電荷，使得節(jié)點(diǎn)vrb的電壓下降，第四MOS管N4的電流減小，從而使第二電流鏡Imi2輸出的振蕩電流1sc減小。
[0025]最終反相放大器20的輸出端vout的幅度在一個(gè)合適驅(qū)動(dòng)水平上達(dá)到穩(wěn)定，節(jié)點(diǎn)vrb的電壓和振蕩電流1sc也不再變化。
[0026]本實(shí)施例中的幅度控制電路10結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、器件成本低，同時(shí)，由于可以控制反相放大器20的輸出端vout的幅度在一個(gè)合適驅(qū)動(dòng)水平上達(dá)到穩(wěn)定，降低了功耗。
[0027]在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，上述的第一電流鏡Imil可以包括第六MOS管N6、第七M(jìn)OS管N7，第六MOS管N6的漏極、第六MOS管N6的柵極、第七M(jìn)OS管N7的柵極相互連接，第六MOS管N6的源極、第七M(jìn)OS管N7的源極分別接地，第六MOS管N6的漏極還連接第一參考電流源Irefl的一端，第七M(jìn)OS管N7的漏極連接第一 MOS管NI的源極；
[0028]其中，第六MOS管N6、第七M(jìn)OS管N7均為N型MOS管，第一電流鏡Imil將第一參考電流源Irefl的輸入電流轉(zhuǎn)換為參考電壓，采用本實(shí)施例中第一電流鏡Imil與幅度控制電路10的其他器件相配合，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高。
[0029]在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，在上述的第一電流鏡Imil包括第六MOS管N6、第七M(jìn)OS管N7的情況下，由于需要整個(gè)幅度控制電路10滿足對(duì)稱結(jié)構(gòu)，第二電流鏡Imi2可以包括第八MOS管P8、第九MOS管P9，第八MOS管P8的漏極、第八MOS管P8的柵極、第九MOS管P9的柵極相互連接，第八MOS管P8的源極、第九MOS管P9的源極分別連接是所述第二參考電流源的一端，所述第九MOS管的漏極連接所述反相放大器的電流偏置端，第八MOS管P8的漏極連接所述第四MOS管N4的漏極；
[0030]其中，第八MOS管P8、第九MOS管P9均為P型MOS管，本實(shí)施例中的第二電流鏡Imi2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高。
[0031]在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例的幅度控制電路10還可以包括第一電容器Cl、第二電容器C2、第三電容器C3、濾波電阻R1，濾波電阻Rl連接在第八MOS管P8的柵極和第九MOS管P9的柵極之間，第一電容器Cl連接在運(yùn)算放大器OPl的輸出端和地之間，第二電容器C2連接在第八MOS管P8的源極和第九MOS管P9的柵極之間，第三電容器C3連接在第九MOS管P9的漏極和地之間，也就是說(shuō)，運(yùn)算放大器OPl的輸出端經(jīng)第一電容器Cl后接地，第九MOS管P9的漏極經(jīng)第三電容器C3后接地，第九MOS管P9 (或者第八MOS管P8)的柵極經(jīng)第八MOS管P8的源極、第八MOS管P8的漏極、第四MOS管N4的源極、第四MOS管N4的漏極后接地，第一電容器Cl可以使得參考電壓vrb的變化更加平穩(wěn)，第二電容器C2、第三電容器C3、濾波電阻Rl構(gòu)成低通濾波電路，可以使得振蕩電流1sc平穩(wěn)變化，有利于振蕩環(huán)路的穩(wěn)定。
[0032]在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例的晶體振蕩器，還可以包括微調(diào)電容陣列40，該微調(diào)電容陣列40包括第一引出端A、第二引出端B、控制端C，第一引出端A連接反相放大器20的輸入端vin，第二引出端B連接反相放大器20的輸出端vout，所述控制端連接外部的寄存器；
[0033]微調(diào)電容陣列40由外部的寄存器控制，微調(diào)電容陣列40的位數(shù)和電容值變化需求根據(jù)具體的頻率調(diào)節(jié)范圍和精度確定，微調(diào)電容陣列40接收到寄存器發(fā)出的寄存器控制信號(hào)，控制微調(diào)電容陣列40中的電容的通斷(即是否接入電路)；
[0034]一般地，如圖6所示，所述微調(diào)電容陣列包括第一電容陣列41、第二電容陣列42，第一電容陣列41、第二電容陣列42分別包括兩個(gè)以上的并聯(lián)的電容器，各電容器分別串聯(lián)一個(gè)寄存器控制接口，各寄存器控制接口分別連接外部的寄存器，在圖6中，是以第一電容陣列41包括電容器CLO~CL3、第二電容陣列42包括電容器CRO~CR3為例，以各電容器CLO~CL3、CR0~CR3分別串聯(lián)一個(gè)寄存器控制接口 BLO~BL3、BR0~BR3，各寄存器控制接口 BLO~BL3、BRO~BR3分別連接外部的寄存器為例，但第一電容陣列41、第二電容陣列42的具體電路結(jié)構(gòu)不限于此；
[0035]第一電容陣列41、第二電容陣列42的構(gòu)成一般是相一致的，即第一電容陣列41、第二電容陣列42包括的電容器個(gè)數(shù)相同，電容器的電容值相一致，也就是說(shuō)，若第一電容陣列41中包括一個(gè)某一電容值的電容器，則第二電容陣列42也同樣包括一個(gè)該電容值的電容器；
[0036]寄存器控制接口 81^)~乩3、81?0~81?3可以決定相應(yīng)的電容器(^0、(^1、(^2、(^3和CRO、CRl、CR2、CR3是否接入反向放大器20的輸入端vin和輸出端vout，電容器CLO~CL3, CRO ~CR3 為二進(jìn)制變化，CLO = CRO = 0.5 皮法，CLl = CRl = I 皮法，CL2 = CR2 =2皮法，CL3 = CR3 = 4皮法。左右端的電容變化為7.5皮法。一般石英晶體的負(fù)載電容要求為15皮法左右，則該4比特的微調(diào)電容陣列可以提供超過(guò)±20%的調(diào)整范圍。
[0037]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種晶體振蕩器，其特征在于，包括幅度控制電路、反相放大器、反饋電阻，所述反相放大器的輸出端連接所述幅度控制電路的輸入端，所述幅度控制電路的輸出端連接所述反相放大器的電流偏置端，所述反饋電阻的一端連接所述反相放大器的輸入端，所述反饋電阻的另一端連接所述反相放大器的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體振蕩器，其特征在于，所述幅度控制電路包括第一MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第一參考電流源、第二參考電流源、運(yùn)算放大器、第一電流鏡、第二電流鏡； 所述第一 MOS管的漏極、所述第一 MOS管的柵極、所述第二 MOS管的柵極、所述第三MOS管的源極、所述運(yùn)算放大器的正端相互連接，所述第一 MOS管的源極連接所述第一電流鏡的輸出端，所述第一電流鏡的輸入端連接所述第一參考電流源的一端，所述第一參考電流源的另一端分別連接所述第三MOS管的漏極、所述第二電流鏡的輸入端、所述第二參考電流源的一端，所述第二參考電流源的另一端分別連接所述第二 MOS管的漏極、所述第三MOS管的柵極，所述第二電流鏡的輸出端連接所述反相放大器的電流偏置端，所述運(yùn)算放大器的負(fù)端、所述運(yùn)算放大器的輸出端、所述第四MOS管的柵極、所述第五MOS管的漏極、所述第五MOS管的柵極相互連接，所述第四MOS管的源極接地，所述第四MOS管的漏極連接所述第二電流鏡的接地端，所述第五MOS管的源極連接所述反相放大器的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體振蕩器，其特征在于，所述第一電流鏡包括第六MOS管、第七M(jìn)OS管； 所述第六MOS管的漏極、所述第六MOS管的柵極、所述第七M(jìn)OS管的柵極相互連接，所述第六MOS管的源極、所述第七M(jìn)OS管的源極分別接地，所述第六MOS管的漏極還連接所述第一參考電流源的一端，所述第七M(jìn)OS管的漏極連接所述第一 MOS管的源極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的晶體振蕩器，其特征在于，所述第二電流鏡包括第八MOS管、第九MOS管； 所述第八MOS管的漏極、所述第八MOS管的柵極、所述第九MOS管的柵極相互連接，所述第八MOS管的源極、所述第九MOS管的源極分別連接是所述第二參考電流源的一端，所述第九MOS管的漏極連接所述反相放大器的電流偏置端，所述第八MOS管的漏極連接所述第四MOS管的漏極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶體振蕩器，其特征在于，所述幅度控制電路還包括第一電容器、第二電容器、第三電容器、濾波電阻； 所述濾波電阻連接在所述第八MOS管的柵極和所述第九MOS管的柵極之間，所述第一電容器連接在所述運(yùn)算放大器的輸出端和地之間，所述第二電容器連接在所述第八MOS管的源極和所述第九MOS管的柵極之間，所述第三電容器連接在所述第九MOS管的漏極和地之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體振蕩器，其特征在于，還包括微調(diào)電容陣列； 所述微調(diào)電容陣列包括第一引出端、第二引出端、控制端，所述第一引出端連接所述反相放大器的輸入端，所述第二引出端連接所述反相放大器的輸出端，所述控制端連接外部的寄存器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶體振蕩器，其特征在于，所述微調(diào)電容陣列還包括第一電容陣列、第二電容陣列；所述第一電容陣列、所述第二電容陣列分別包括兩個(gè)以上的并聯(lián)的電容器，各所述電容器分別串聯(lián)一個(gè) 寄存器控制接口，各所述寄存器控制接口分別連接外部的寄存器。
【文檔編號(hào)】H03B5/04GK104038156SQ201410261203
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】陳春平 申請(qǐng)人:珠海市杰理科技有限公司