[发明专利]温度稳定LC振荡器及温度零位相位处的振荡的方法

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及利用LC槽路温度零位现象来使振荡器输出频率的变化最小化的高度稳定电感器-电容器(LC)振荡器。

背景技术

电子时钟产生传统地依赖于基于外部晶体的参考振荡器，所述参考振荡器任选地经乘法运算及/或经除法运算以产生所需时钟。时钟的关键指标(其目标频率除外)是频率准确性及稳定性。频率准确性是用以跨越供电及温度而维持目标频率的能力且通常表示为呈百分比或百万分率(ppm)的与目标频率的偏差。长期稳定性受振荡器的近载波相位噪声影响。使用高Q元素的振荡器通常具有低相位噪声分布曲线及因此良好的频率稳定性，且对相依于供电及温度的振荡器放大器增益的变化较不敏感。

举例来说，晶体振荡器(XO)是提供由晶体的极高质量因子(Q)造成的跨供电及温度的卓越频率稳定性及频率准确性的高Q振荡器。然而，并非所有共振器(包含晶体)均具有令人满意的跨温度性能，因此需要用以降低及/或补偿频率中由温度所致的移位的额外电路及技术。温度经补偿的晶体振荡器(TCXO)通常并入有具有温度相依性的额外装置以抵消晶体的温度相依性。总体结果是具有低温度相依性的振荡频率。

然而，由于以较小大小及以较低成本支持多个标准、增加的功能性、较高数据速率及增加的存储器的要求所致的电子系统的不断增加的复杂性正促使设计者通过以深亚微米互补MOS(CMOS)技术来开发单芯片系统(SoC)而增加集成水平以受益于增加的门密度。并入有晶体振荡器的参考时钟由于晶体的笨重性质而尚未实现缩放或集成，因此限制了对于电子系统可能的大小及成本减小。

使用高Q MEMS共振器及薄膜体声共振器(FBAR)的近期成果已图解说明将高Q元素及专用集成电路(ASIC)集成于同一封装中的可能性。然而，封装诱发的应力及其对性能的影响仍存留为具挑战性障碍，这是因为高Q元素可需要对于SoC不实际的特殊封装及/或校准。所述应力可改变共振器的温度行为，从而可能导致大频率移位及加速老化。因此，特殊组装及封装技术为减轻此些效应通常所需的，此增加产生此些时钟的成本。任何共振器均可能遇到类似问题，此取决于共振器材料的机械性质，其需要仔细设计及制造工艺及过程。

不需要优越频率准确性及稳定性的应用(例如USB及SATA)的设计要求可使用具有在CMOS过程中可获得的相对低Q元素的振荡器而满足，所述低Q元素可具有产生良好抖动性能的充分相位噪声分布曲线。当前实验包含使用环形振荡器、张弛振荡器及LC振荡器。然而，这些实施方案的所报告频率准确性具有跨供电及温度的大偏差，从而使得其对于需要精确准确性及稳定性的应用为无效的。用以减小跨温度的偏差的减轻需要跨温度的修整，此既非成本有效的也非对于SoC实际可行的。

因此，依赖于CMOS技术中的现有最优过程步骤且满足频率稳定性及抖动要求的集成解决方案将具有极大价值。以引用的方式并入本文中的美国专利8,072,281中已描述在槽路温度零位相位处操作以实现高度稳定输出频率的LC槽路振荡器。本文中所描述的技术及电路包含利用温度零位相位的改进及扩展。

发明内容

本发明提供实质上与温度无关的基于LC的振荡器。所述振荡器包含LC振荡器槽路及频率稳定器电路，所述频率稳定器电路耦合到所述LC振荡器槽路以致使所述LC振荡器槽路在温度零位相位处操作，从而在实质上等于温度零位相位的相位处产生槽路振荡。所述温度零位相位是所述LC振荡器槽路的在其处所述振荡器的输出振荡的频率随温度改变的变化被降低或最小化的相位。

举例来说，反馈环路可将LC槽路的输出电压分割成具有不同相位的两个电压，其中每一电压独立地变换为穿过可编程跨导器的电流。所述两个电流可经组合以形成所得电流，所述所得电流接着被施加到所述LC槽路。所述所得电流的相位经调整使得所述LC槽路在实现跨温度的频率稳定性的阻抗条件下操作。

可连续监视或感测LC槽路的输出电压的振幅，且可实质上彼此独立地调整可编程跨导器。振幅感测可通过在反馈环路中包含与两个电压变换电路并联的自动振幅控制(AAC)电路而实现。

在本发明的另一方面中，对两个电压中的每一者进行滤波。在本发明的一个方面中，对第一电压进行低通滤波。在本发明的另一方面中，对第二电压进行高通滤波。在本发明的又一方面中，包含高通滤波器的路径包含相位反相电路。

附图说明

图1是图解说明示范性LC振荡器槽路的电路图。

图2图解说明示范性LC振荡器槽路的相位图。

图3图解说明在零相位处操作的LC振荡器槽路的跨温度的振荡频率。