[发明专利]振荡器加速起振的方法、加速起振单元及振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及振荡器领域，尤其涉及一种振荡器加速起振的方法、加速起振单元及振荡器。

背景技术

晶体振荡器是以石英晶体为谐振腔的一类振荡器的总称，借助了石英晶体谐振腔具有的极高选频特性的优点，晶体振荡器能产生高精度和高稳定度的频率信号，被广泛应用于微处理器、控制器、钟表、通讯设备等系统中，为这些系统提供基准时钟信号，由于石英晶体属于无源器件，其本身并不能振荡，需要配合额外的有源负阻电路才能振荡。在起振阶段，有源负阻电路给石英晶体谐振腔提供足够能量让其起振；在振荡过程中，有源负阻电路源源不断的补充石英晶体谐振腔的能量消耗并达到一种平衡态，使得振荡过程得到维持和继续。

射频收发机芯片对晶体振荡器的相位噪声性能通常要求较高，而且有些射频收发机芯片还要求晶体振荡器能够快速起振，以尽快进入正常应用模式。但是，相位噪声、起振时间与尾电流大小直接相关，而尾电流最大值又受到MOS管击穿电压的限制。通常，尾电流越大，则相位噪声性能越好，起振时间越短；但尾电流过大将会导致振荡幅度过大，如果振荡幅度超过MOS管能够承受的电压限制，将会严重影响MOS管的可靠性和寿命。对于现代CMOS工艺，核心电路MOS管都是工作在低电压下，能够承受的最大电压也很低(通常不超过1.5倍电源电压，假设电源电压为1.2V，则该值为1.8V)，可靠性要求尤为显著。因此，可靠性要求限制了晶体振荡器尾电流的最大值，如果在这个最大电流值下，晶体振荡器的起振时间仍然不能满足要求(对于现代CMOS工艺，这一点通常不能满足)，那就必须增加额外的加速起振电路。

为了加快晶体振荡器起振速度，现有技术通常是采用基于模拟负反馈的加速起振电路。图1为现有技术中带有模拟加速起振环路的晶体振荡器的示意图，包括晶体振荡器核心电路1、幅度检测电路2、压控尾电流源3和输出缓冲器4，基本工作原理是，幅度检测电路2检测振荡幅度并输出一个与振荡幅度相对应的直流电压，去不断改变压控尾电流源3的电流大小，直至达到稳定，起振前是大电流，起振后是小电流(正常电流)。这里，压控尾电流源3的电流大小直接受控制电压Vc的控制，幅度检测电路2(又称为峰值检测电路)检测晶体振荡器核心电路1的振荡幅度，并输出一个由输入振荡幅度决定的直流电压，幅度检测电路2的检测特性具有单调性，即输入幅度越大，输出直流电压单调下降，或者单调上升，晶体振荡器刚刚上电的时候，幅度非常小，幅度检测电路2的输出较高Vc(或者最低)，由Vc控制产生的尾电流非常大，晶体振荡器处于非常大的尾电流偏置下，开始加速起振，幅度也开始加速增大，幅度检测电路2的输出Vc开始逐渐下降(或者上升)，由Vc控制产生的尾电流也开始逐渐下降，在这种模拟负反馈环路的作用下，晶体振荡器最终趋于稳定振荡状态，振荡波形如图2所示，图2为图1所示晶体振荡器的起振过程的振幅波形、输出时钟信号(CKout)波形及尾电流波形示意图，图1所示电路的X处节点的波形表示振幅波形，Ts为起振时间，由尾电流波形可以看出，起振前尾电流由Imax逐渐减小至Inorm，振荡稳定后的电流为Inorm，这种基于模拟负反馈的加速起振环路，虽然能够有效减小晶体振荡器起振时间，但是也有许多缺点：首先，与任何模拟负反馈环路一样，存在稳定性问题，这种稳定性体现为负反馈环路的相位裕度和增益裕度是否足够，而且这是一种隐藏在大信号周期稳态振荡背后的小信号特性，现有仿真器很难直接仿真去检查这种稳定性，因此增加了这种负反馈环路的设计难度；其次，严重恶化晶体振荡器的相位噪声性能，由于模拟环路任何时刻总是有效和维持着，而幅度检测电路会产生大量噪声，因此会注入到模拟环路中去，影响并恶化晶体振荡器的相位噪声性能。

发明内容

本发明提供一种更加完善的一种振荡器加速起振的方法、加速起振单元及振荡器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种振荡器加速起振的方法，包括：

在振荡器上电后，根据振荡器的振荡幅度调整可编程尾电流源的电流控制字；

根据可编程尾电流源的电流控制字改变振荡器的工作电流，由预设的最大电流值至预设的最小电流值。

根据可编程尾电流源的电流控制字改变振荡器的工作电流由预设的最大电流值至预设的最小电流值的过程包括：将振荡器的工作电流由预设的最大电流值经一次或多次切换至预设的最小电流值。

所述预设的最小电流值等于所述振荡器振幅稳定后的电流值。

根据振荡器的振荡幅度调整可编程尾电流源的电流控制字的步骤包括：

对振荡器的振荡幅度进行检测，得到单调性的检测值；