[发明专利]用于单片时钟发生器及定时/频率参考的频率控制器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及振荡或时钟控制信号发生，特别涉及用于时钟信号发生器及定时/频率参考以响应于环境或工作温度的变化或其它参数如电压、频率、使用期及制造工艺的变化提供频率控制的频率控制器。

背景技术

准确的时钟发生器或定时参考通常依靠晶体振荡器，如石英振荡器，其提供特定频率的机械谐振。这样的晶体振荡器的困难在于它们不能被制造为将由其时钟信号驱动的同一集成电路(IC)的一部分。例如，微处理器如Intel奔腾处理器要求分开的时钟IC。为此，实际上每一需要准确时钟信号的电路均需要片外时钟发生器。

对于这样的非集成解决方案有几种结果。例如，由于所述处理器必须通过外部电路(如印刷电路板(PCB)上的电路)连接，功率耗散相对增加。在依靠有限电源的应用中，如依靠电池电力的移动通信，所述额外的功率耗散非常有害。

此外，非集成的解决方案因需要额外的IC而增加了空间及面积需要，无论是PCB上还是已完成产品内，这在移动环境中也是有害的。此外，这样的另外的组件也增加了制造和生产成本，因为另外的IC必须被制造并与主要电路(如微处理器)装配在一起。

已被制造为与其它电路集成在一块的电路的其它时钟发生器通常不足够准确，其随制造工艺、电压和温度(PVT)变化。例如，环形、张驰和相移振荡器可提供适于一些低敏感度应用的时钟信号，但不能够提供更复杂电子电路所需要的更高准确度，如需要强大处理能力或数据通信的应用所需要的准确度。此外，这些时钟发生器或振荡器通常展现相当的频移、抖动、具有相对低的Q值、并因噪声和其它干扰而遭受其它畸变。

为此，需要可与其它电路如单一IC单片地集成在一起且随PVT变化保持高度准确的时钟发生器或定时参考。这样的时钟发生器或定时参考应自激及自参考，而不应需要锁定或参考另一参考信号。这样的时钟发生器或定时参考应展现最小的频移且具有相对低的抖动，且应适于要求高度准确的系统时钟的应用。这样的时钟发生器或定时参考还应提供多种运行模式，包括时钟模式、参考模式、能量保存模式、及受脉冲作用模式。最后，这样的时钟发生器或定时参考应能控制输出频率，以响应于环境或结温的变化或其它参数如电压、制造工艺、频率和使用期的变化而提供稳定的且需要的频率。

发明内容

在不同的示例性实施例中，本发明提供用于对低抖动、自激及自参考时钟发生器和/或定时及频率参考提供开环频率控制和选择的频率控制器和温度补偿器，所述时钟发生器和/或定时及频率参考随PVT及使用期(时间)变化保持高度准确并可与其它电路单片地集成在一起以形成单一集成电路。不需要单独的参考振荡器。本发明的不同示例性实施例包括随制造工艺、电压和温度(PVT)变化产生高度准确的频率的特征。这些特征包括频率调谐和选择、补偿由于温度和/或电压波动导致的频率变化、制造工艺变化、及由于集成电路老化引起的变化。

本发明的频率控制器的示例性实施例还提供几种不同程度和类型的控制。例如，提供离散和连续实时控制，从而根据所述变化控制自激振荡器的输出频率。此外，所述控制通常提供为开环，而不需要反馈连接及不需要使振荡器连续锁定另一参考信号。

此外，本发明的不同示例性实施例提供具有多种运行模式的时钟发生器和/或定时及频率参考，包括如能量保存模式、时钟模式、参考模式、及受脉冲作用模式。此外，不同的实施例提供多个不同频率的输出信号，并在这些不同的信号之间提供低等待时间和无假信号转换。

值得注目地，本发明的不同实施例产生较大且相当高的频率，如数百MHz和GHz范围，之后，其被分为多个更低的频率。每一这样的除N(有理数、整数比)导致有效的降噪，相位噪声降低N及相位噪声功率降低N²。因此，本发明的不同示例性实施例相较其它直接或通过频率倍增产生输出的振荡器导致低得多的相对期抖动。

不同的装置实施例包括谐振器、放大器、及频率控制器，其可包括不同的组件或模块如温度补偿器、工艺变化补偿器、电压隔离器和/或电压补偿器、使用期(时间)变化补偿器、分频器、及选频器。谐振器提供具有谐振频率的第一信号。温度补偿器响应于温度调节谐振频率，工艺变化补偿器响应于制造工艺变化调节谐振频率。此外，不同的实施例还可包括将具有谐振频率的第一信号分为多个具有相应多个频率的第二信号的分频器，所述相应多个频率实质上等于或低于所述谐振频率；及选频器从多个第二信号提供输出信号。选频器还可包括假信号抑制器。输出信号可提供为多种形式中的任何形式，如微分或单端，及方波或正弦。