本發(fā)明一般涉及與鎖頻控制回路一起使用的自激振蕩器。

背景技術(shù)：

與pll(鎖相回路)相比較，自激振蕩器避免了對pll參考時鐘的需求，并且需要明顯更少的面積和功率，甚至是當(dāng)作為fll(鎖頻回路)振蕩器/時鐘實施時。在對于相位噪聲和頻率變化具有足夠耐量的系統(tǒng)中，fll(結(jié)合自激振蕩器)是對于pll的可接受的替換物。

一個應(yīng)用是基于傳輸和包絡(luò)檢測接收系統(tǒng)在ook(開關(guān)、鍵控)中作為調(diào)制時鐘的高頻(300mhz-300mhz)振蕩器。因為接收器是包絡(luò)檢測器，所以調(diào)制時鐘的相位噪聲更加不重要。此外，頻率中的某些變化是可接受的，因為主要是接收器/檢測器響應(yīng)于振幅而不是頻率。

另一個應(yīng)用是時鐘功率轉(zhuǎn)換器，其中相位噪聲不是關(guān)鍵的，并且頻率中的一些誤差是可接受的。

在信號鏈應(yīng)用中高頻時鐘的使用通常需要考慮emi(電磁干擾)設(shè)計考慮。擴(kuò)頻技術(shù)能夠用于在某個頻帶上擴(kuò)展emi能量，考慮到作為中心頻率的百分比的頻率偏差和擴(kuò)頻調(diào)制頻率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了利用基于鎖頻回路(fll)的自激振蕩器產(chǎn)生時鐘以避免使用鎖相回路，具有fll控制回路的fll振蕩器/時鐘包括開關(guān)電容器電阻分壓器。

在所描述的示例中，使用fll(鎖頻回路)振蕩器電路產(chǎn)生時鐘包括：(a)基于振蕩器控制信號產(chǎn)生具有頻率fosc的振蕩器信號fll_clk；(b)基于表示fll振蕩器的fll_clk輸出的頻率的頻率控制信號產(chǎn)生振蕩器控制信號；以及(c)基于fll_clk的頻率使用開關(guān)電容器電阻器分壓器產(chǎn)生頻率控制信號，其中開關(guān)電容器電阻器分壓器包括電阻器和在r-分壓器節(jié)點處連接的開關(guān)電容器,通過(i)響應(yīng)fll_clk切換開關(guān)電容器以將頻率fosc轉(zhuǎn)換成開關(guān)電容電阻和(ii)基于由電阻器和開關(guān)電容器電阻提供的分壓從r-分壓器節(jié)點輸出頻率控制信號。

在所描述的示例中，方法包括：(a)產(chǎn)生對應(yīng)于擴(kuò)頻調(diào)制功能的擴(kuò)頻控制信號；(b)利用擴(kuò)頻控制信號調(diào)制頻率控制信號；(c)基于具有擴(kuò)頻調(diào)制的頻率控制信號產(chǎn)生fll控制信號；以及(d)基于fll控制信號產(chǎn)生具有擴(kuò)頻調(diào)制的振蕩器控制信號。結(jié)果，fll振蕩器產(chǎn)生具有擴(kuò)頻調(diào)制的fll_clk。在所描述的示例中，擴(kuò)頻控制信號是用包括具有反相輸入和非反相輸入以及輸出的比較器的rc弛豫振蕩器產(chǎn)生的，其包括：(a)基于具有rc時間常數(shù)特征的rc電路，向比較器的反相輸入提供負(fù)反饋rc轉(zhuǎn)換電壓；(b)通過在vth上跳閘閾值電壓和vtl下跳閘閾值電壓之間切換來產(chǎn)生跳閘閾值電壓，其中切換由比較器輸出控制；(c)將跳閘閾值電壓作為正反饋跳閘閾值電壓提供給比較器的非反相輸入，使得負(fù)反饋rc轉(zhuǎn)換電壓被截斷(對應(yīng)于vth和vtl跳閘閾值電壓)，并且基本是三角的；以及(d)基于基本三角截斷的rc轉(zhuǎn)換電壓來產(chǎn)生擴(kuò)頻控制信號。

附圖說明

圖1示出fll振蕩器/時鐘發(fā)生器的一個示例實施例，其包括自激fll振蕩器，與包括開關(guān)電容器電阻器分壓器和反饋誤差放大器的fll控制回路一起操作，并且包括接合到fll回路的ssc(擴(kuò)頻時鐘)發(fā)生器。

圖2a和圖2b示出能夠與圖1中的示例fll時鐘發(fā)生器一起使用的ssc(擴(kuò)頻時鐘)發(fā)生器的一個示例實施例。

圖2c和圖2d示出基于rc截斷的三角ssc調(diào)制。

具體實施方式

示例實施例和應(yīng)用示出包括具有開關(guān)電容器電阻分壓器的控制回路的fll(鎖頻回路)振蕩器/時鐘發(fā)生器的各種特征和優(yōu)點。

簡而言之，fll(鎖頻回路)振蕩器/時鐘發(fā)生器的示例實施例包括自激振蕩器(諸如環(huán)形振蕩器)，其產(chǎn)生具有fll控制頻率fosc的fll_clk的。fll控制回路包括將fosc轉(zhuǎn)換成電阻的開關(guān)電容器電阻器分壓器，產(chǎn)生用于向振蕩器產(chǎn)生回路控制信號osc_cntrl輸入的fll反饋電壓vfosc。作為響應(yīng)，振蕩器頻率將fll_clk鎖定至fosc。在一個示例實施中，fll振蕩器/時鐘與擴(kuò)頻時鐘(ssc)一起操作，擴(kuò)頻時鐘(ssc)基于截斷的rc時間常數(shù)提供三角ssc調(diào)制。

在一個示例應(yīng)用中，fll振蕩器/時鐘能夠在數(shù)字隔離器中使用，其為具有包絡(luò)檢測接收的基于ook的傳輸提供調(diào)制時鐘。一個示例時鐘頻率是500mhz(例如，支持100mbps操作)。ssc在降低emi方面是有用的，包括來自通過隔離屏障的不平衡共模電流的傳輸?shù)膃mi。

在示例實施例中，fll(鎖頻回路)振蕩器電路適合用作時鐘發(fā)生器。fll時鐘/振蕩器包括：(a)鎖頻回路(fll)振蕩器，其基于振蕩器控制信號產(chǎn)生具有頻率fosc的振蕩器信號fll_clk；以及(b)fll控制回路，其被配置成基于fll振蕩器的fll_clk輸出的頻率來產(chǎn)生振蕩器控制信號。fll控制回路包括：(a)開關(guān)電容器電阻器分壓器電路，其被配置成基于fll_clk的頻率向fll控制電路提供頻率控制信號；以及(b)fll控制電路，其被配置成基于頻率控制信號向fll振蕩器提供振蕩器控制信號。開關(guān)電容器電阻器分壓器包括：(a)電阻器，其在r-分壓器節(jié)點處連接到開關(guān)電容器；以及(b)開關(guān)電容器，其被配置成將fll_clk的頻率fosc轉(zhuǎn)換成電阻，使得電阻器和開關(guān)電容器作為在r-分壓器節(jié)點處輸出頻率控制信號的電阻分壓器來操作。

在示例實施例中，fll振蕩器進(jìn)一步包括被配置成產(chǎn)生對應(yīng)于擴(kuò)頻調(diào)制功能的擴(kuò)頻控制信號的擴(kuò)頻時鐘(ssc)發(fā)生器。對于該實施例，fll控制電路包括：(a)放大器電路，其在非反相輸入處接收來自ssc發(fā)生器的擴(kuò)頻控制信號，并且在反相輸入處接收來自開關(guān)電容器電阻器分壓器的頻率控制信號，以及輸出對應(yīng)于具有擴(kuò)頻調(diào)制的頻率控制信號的fll控制信號；以及(b)fll控制電路，其基于fll控制信號提供具有擴(kuò)頻調(diào)制的振蕩器控制信號，使得fll振蕩器產(chǎn)生具有擴(kuò)頻調(diào)制的fll_clk。

在示例實施例中，ssc發(fā)生器包括：(a)rc弛豫振蕩器電路，其包括具有反相輸入和非反相輸入以及輸出的比較器；以及(b)跳閘閾值設(shè)定電路。rc弛豫振蕩器包括：(a)具有rc時間常數(shù)特征的rc電路，其向反相輸入提供負(fù)反饋rc轉(zhuǎn)換電壓；以及(b)跳閘閾值電路，其向非反相輸入提供正反饋跳閘閾值電壓，并且其被配置成在vth上跳閘閾值電壓和vtl下跳閘閾值電壓之間切換，其中由比較器輸出控制切換，使得負(fù)反饋rc轉(zhuǎn)換電壓被截斷(對應(yīng)于vth和vtl跳閘閾值電壓)，并且基本是三角的。結(jié)果，scc發(fā)生器將基本三角截斷的rc轉(zhuǎn)換電壓輸出為擴(kuò)頻控制信號。

圖1示出fll時鐘發(fā)生器100的一個示例實施例。fll時鐘發(fā)生器100包括自激fll振蕩器110，其與包括開關(guān)電容器電阻分壓器130和反饋誤差放大器140的fll控制回路一起操作。對于該示例實施例，ssc控制由ssc發(fā)生器150提供。

fll時鐘發(fā)生器100輸出(從fll振蕩器110)具有由fll控制回路控制的頻率fosc的fll_clk。開關(guān)電容器r-分壓器130將fosc轉(zhuǎn)換成輸入到誤差放大器140的fll控制電壓vfosc，其中誤差放大器140還從ssc發(fā)生器150接收ssc控制電壓vref_ss。

ldo(低壓差)穩(wěn)壓器為fll時鐘發(fā)生器模塊中的每一個提供清潔的電源vldo，其中時鐘發(fā)生器模塊是：fll振蕩器110、開關(guān)電容器r-分壓器130和誤差放大器140以及ssc發(fā)生器150。

利用電流控制的環(huán)形振蕩器111來實施fll振蕩器110，產(chǎn)生具有頻率fosc的fll_clk。環(huán)形振蕩器111的fll_clk輸出被電平移位113以向fll_clk提供軌對軌擺幅(swing)(諸如對于cmos電平)。fll_clk(電平移位之后)通過先斷后通定時發(fā)生器121以輸入到開關(guān)電容器r-分壓器130。

開關(guān)電容器r-分壓器130包括形成電阻器分壓器rref/csw的電阻器rref和開關(guān)電容器csw，其中電阻器分壓器輸出在節(jié)點n1處可用。具有頻率fosc的fll_clk控制開關(guān)電容器csw，有效地將頻率fosc轉(zhuǎn)換成電阻。開關(guān)電容器r-分壓器140(電阻器分壓器rref/csw)在輸出n1處將fosc轉(zhuǎn)換成fll反饋電壓vfosc。能夠包括電容器clpf以降低紋波。

來自開關(guān)電容器r-分壓器130的fll反饋電壓vfosc被輸入到誤差放大器140。

誤差放大器140包括向源極連接到vldo電源的電流控制mpcs(pmos)143提供柵極驅(qū)動的放大器141。放大器141接收fll控制電壓vfosc(反相輸入)和來自ssc發(fā)生器150的ssc調(diào)制電壓vref_ss(非反相輸入)，并且輸出控制通過mpcs143的電流的fll控制電壓fll_cntrl，其被輸出為振蕩器控制電流osc_cntrl。

來自誤差放大器140的osc_cntrl電流被輸入到fll振蕩器110中的環(huán)形振蕩器111，關(guān)閉fll控制回路。

fll振蕩器110將osc_cntrl電流轉(zhuǎn)換成用于環(huán)形振蕩器111的osc_cntrl電壓。作為響應(yīng)，環(huán)形振蕩器111基于由fll控制回路產(chǎn)生的osc_cntrl以期望的fosc輸出fll_clk(電平移位)。

來自開關(guān)電容器r-分壓器的fll控制電壓vfosc為環(huán)形振蕩器111的fll_clk輸出提供fll/fosc反饋控制。因此，fll控制回路可被設(shè)計成僅基于由開關(guān)電容器r-分壓器提供的fll控制電壓vfosc來提供fll/fosc反饋控制，并且輸入到誤差放大器140。在該實施中，用于驅(qū)動電流控制mpcs143的fll_cntrl電壓可對應(yīng)于vfosc，并且來自mpcs143的osc_cntrl電流可將fll_clk鎖定至fosc。

對于示例實施例，fll_clk是ssc調(diào)制的。放大器111將來自開關(guān)電容器r-分壓器130的fll控制電壓vfosc與來自ssc發(fā)生器150的scc調(diào)制電壓vref_ss結(jié)合在一起。驅(qū)動vfosc到vref_ss(穩(wěn)定狀態(tài))的負(fù)反饋對放大器141的fll_cntrl輸出進(jìn)行有效地ssc調(diào)制。

結(jié)果，用于控制環(huán)形振蕩器111的osc_cntrl電流是ssc調(diào)制的，其中ssc調(diào)制來自環(huán)形振蕩器(ssc調(diào)制fosc)的fll_clk輸出。

fll閉合回路負(fù)反饋基于來自開關(guān)電容器r-分壓器130的vfosc和基于來自ssc發(fā)生器150的vref_ss調(diào)制的ssc產(chǎn)生被鎖頻到期望的fosc的fll_clk。開關(guān)電容器電阻器的值是(1/fosc*csw)，使得反饋回路建立以下關(guān)系：

vldo/(1+foscrrefcsw)＝vfosc～vref_ss

fosc＝(vldo-vref_ss)/(rrefcswvfosc)～vref_ss

因此，在無ssc調(diào)制的情況下，fll控制回路會基于fll反饋電壓vfosc來控制fosc。在ssc調(diào)制的情況下，在放大器111處的負(fù)反饋進(jìn)行操作以將vfosc鎖定到vref_ss，ssc調(diào)制fll_clk(具有由vfosc回路驅(qū)動的基頻fosc)。

fll反饋電壓vfosc(由開關(guān)電容器電阻器分壓器rrefcsw提供的)參考vldo(與vldo成比例)。結(jié)果，振蕩器頻率fosc僅取決于rrefcsw時間常數(shù)。ldo電壓vldo中的任何pvt變化被消除并且不影響振蕩器頻率fosc。

推薦使用受控多晶硅電阻器。同時，csw能夠是基于mos氧化物的電容器，諸如多晶硅n阱電容器，其具有良好受控的工藝變化。例如，能夠使用基于該示例實施例的設(shè)計來構(gòu)建跨越pvt在+/-13％之內(nèi)變化的振蕩器頻率fosc。對于電阻器和電容器中工藝變化，使用修整(trim)能夠進(jìn)一步將振蕩器變化僅改善為僅溫度變化(諸如+/-3.5％)。

圖2a和圖2b示出ssc(擴(kuò)頻時鐘)發(fā)生器250的一個示例實施例，其能夠與圖1中示例fll時鐘發(fā)生器(ssc發(fā)生器150)一起使用。能夠利用作為中心頻率的百分比的基本固定的頻率偏差和基本固定的ssc調(diào)制頻率來實現(xiàn)受控擴(kuò)頻時鐘。ssc發(fā)生器250由vldo提供。

ssc發(fā)生器250基于截斷的rc時間常數(shù)來提供三角ssc調(diào)制。如圖2c中所示，對于有效的擴(kuò)頻(在擴(kuò)頻帶中接近于均勻發(fā)射擴(kuò)展)，利用接近三角擴(kuò)頻頻率分布來實現(xiàn)ssc。

ssc發(fā)生器250包括rc弛豫振蕩器260和開關(guān)閾值(跳變點)設(shè)定電路270。弛豫振蕩器260包括比較器261，其具有通過rssf/cssf的負(fù)反饋(反相輸入)和來自閾值設(shè)定電路270的正反饋(非反相輸入)。閾值設(shè)定電路270提供開關(guān)閾值/跳變點。

弛豫振蕩器260產(chǎn)生對應(yīng)于rssf/cssf反饋電壓的擴(kuò)頻電壓vspread。vspread具有基于rssf/cssf時間常數(shù)的rssf/cssf上升/下降瞬變的特征。

vspread由單位增益放大器270緩沖，并且適用于輸出ssc調(diào)制電壓vref_ss的電阻器分壓器基準(zhǔn)電路290。

參考圖2a和圖2b中相關(guān)聯(lián)的波形，閾值設(shè)定電路280包括開關(guān)電阻器分壓器/階梯rt||rm||rb，其在以vspread中心電壓(諸如1.2v)為中心的vth(諸如1.3v)和vtl(諸如1.1v)之間切換。能夠選擇vth和vtl使得vth-vtl<<vldo。該實施確保當(dāng)來自比較器261的vout(其驅(qū)動閾值設(shè)定開關(guān)s1s2)軌對軌地從0到vldo切換時，vspread的共模電壓擺幅接近三角形(諸如以1.2v的vspread中心電壓為中心的200mv)。

在開關(guān)vth/vtl閾值/跳變點之間切換非反相輸入有效地截斷rssf/cssf上升/下降瞬變，使得vspread是基于rc瞬變的原始的、基本線性的部分產(chǎn)生的。如圖2d所示，在瞬變的原始部分(第一rc時間常數(shù)的開始)中，結(jié)果vspread電壓基本上是線性的，提供基本上三角的ssc調(diào)制功能。

能夠選擇rssf和cssf的值，使得弛豫振蕩器在60khz的示例頻率處振蕩。在該實施中，vspread處的擺幅是200mvpk-pk(峰-峰)并且vldo是1.85v。

擴(kuò)頻電壓vspread由單位增益放大器271緩沖，并且然后通過大電阻rss輸入到電阻器分壓器基準(zhǔn)290。rss(連同電阻器分壓器r1||r2)衰減施加到基準(zhǔn)電路290的三角形vspread電壓，并且因此提供相對小的ssc百分比(諸如+/-2.5％)。vref_ss用作之前所述的閉合回路振蕩器的ssc電壓。

能夠選擇vspread(vth+vtl)/2(諸如1.2v)的共模電壓以匹配vref_ss的期望的dc電壓，使得在dc條件(即在擴(kuò)頻波形的中心點處)下沒有電流通過rss。該設(shè)計使得ssc發(fā)生器模塊化，使得擴(kuò)頻時鐘能夠被配置成獨立于主fll時鐘發(fā)生器和fll控制回路。

ssc百分比能夠由rss的值控制。c1、c2和css電容器被用于：寬帶基準(zhǔn)電阻器分壓器r1||r2；以及防止輸入到fll控制回路的擴(kuò)頻波形的濾波。因為vth和vtl與vldo成比例，因此甚至在擴(kuò)頻電壓vspread添加之后信號vref_ss也保持與vldo成比例。結(jié)果，vldo中的變化基本上被消除，并且不影響振蕩器頻率fosc。

圖2a和圖2b包括在描述示例實施例中進(jìn)行輔助的特定設(shè)計示例電壓，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制該示例實施例的范圍或內(nèi)容。

fll時鐘發(fā)生器的示例實施例的優(yōu)點包括跨越pvt(工藝電壓溫度)的降低的頻率變化，而不要求外部部件(諸如電阻器/晶體)?？缭絧vt的降低的頻率變化使得接收器帶寬更窄，從而更好地抑制帶外噪聲。

擴(kuò)頻時鐘發(fā)生器的示例實施例的優(yōu)點包括高程度擴(kuò)頻控制和簡單集成到fll控制回路(在回路參考節(jié)點處)。擴(kuò)頻被實現(xiàn)為主回路頻率的固定的百分比。擴(kuò)頻的嚴(yán)格控制使得發(fā)射器/接收器能夠用最優(yōu)的頻率變化進(jìn)行設(shè)計。

在隨附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，在所描述的實施例中，修改是可能的，并且其它實施例也是可能的。