[发明专利]具有包括振荡检测和幅度控制回路的数字自动增益控制的集成电路晶体振荡器

说明书

本发明涉及一种晶体振荡器，所述晶体振荡器耦合到具有振荡检测和幅度控制回路的数字自动增益控制(AGC)。所述振荡检测回路可增加所述振荡器晶体管的跨导(gm)，直到检测到来自其的振荡。然后所述幅度控制回路检测来自所述晶体振荡器的振荡的所述幅度，将这些幅度与高电压基准和低电压基准进行比较并生成数字信号，从而得到振荡器放大器的临界跨导(gm)并控制所述gm以保持来自其的恒定的振荡波形幅度。向上/向下计数器根据其更新时钟速率来定义伺服控制回路带宽/更新速率。当所述控制回路带宽小于所述晶体振荡器的振荡包络为振荡而增长所需的启动时间时，即实现了回路稳定性。还可提供振荡器故障检测器。

相关专利申请

本专利申请要求于2016年6月30日提交的共同拥有的美国临时专利申请No.62/357,199的优先权；该临时专利申请据此以引用方式并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及晶体振荡器，并且具体地讲，涉及具有数字自动增益控制(AGC)伺服回路电路的晶体振荡器，以用于为振荡设备和振荡器故障检测器提供最佳操作跨导。

背景技术

电子振荡器通常包括谐振电路，该谐振电路产生给定频率的周期性时变电信号，谐振电路的周期的倒数决定其频率。例如，电信号可用于通过对多个信号振荡进行计数来跟踪时间的流逝。普通电子振荡器采用石英晶体作为其谐振元件，但也可使用其他类型的压电材料(例如，多晶陶瓷)。

电子振荡器已被用于为许多电子设备生成时钟信号。电子振荡器是射频(RF)和电子设备的重要部件。如今，产品设计工程师通常不会设计振荡器，因为设备上提供了振荡器电路。然而，由于与电子振荡器一起使用的模拟AGC回路，大多数电流电子振荡器都存在问题。例如，当施加初始种子电流时，模拟AGC可导致AGC回路不稳定和/或振荡器的不正确启动。

发明内容

期望具有用于AGC的系统和方法，以用于控制解决上文所述问题的晶体振荡器的gm。

根据一个实施方案，用于操作集成电路的晶体振荡器的方法可包括以下步骤：使用与晶体振荡器耦合的数字自动增益控制(AGC)电路来监测晶体振荡器的操作并控制晶体振荡器的振荡幅度，该数字AGC电路包括具有振荡检测器的第一回路和具有振荡幅度检测器的第二回路；增加晶体振荡器的增益直到来自其的振荡可被第一回路检测到，以及使用第二回路将振荡保持在高基准值和低基准值之间的幅度处。

根据该方法的另外的实施方案，检测晶体振荡器的振荡的步骤可包括对来自晶体振荡器的多个频率循环进行计数，以及当频率循环的数量达到一定数量的计数时设置振荡检测锁存器的步骤。根据该方法的另外的实施方案可包括以下步骤：生成独立更新时钟脉冲；以及如果尚未设置振荡检测锁存器，则在每个更新时钟脉冲处增加晶体振荡器的跨导放大器的增益。

根据该方法的另外的实施方案，将振荡幅度保持在高基准值和低基准值之间的步骤可包括以下步骤：将来自振荡幅度检测器的输出与高基准值和低基准值进行比较；如果来自振荡幅度检测器的输出可小于低基准值，则在每个更新时钟脉冲处增加跨导放大器增益，并且如果来自振荡幅度检测器的输出可等于或大于高基准值，则在每个更新时钟脉冲处减少跨导放大器增益。

根据该方法的另外的实施方案，可通过增加跨导放大器上的电流来增加跨导放大器增益。根据该方法的另外的实施方案可包括当振荡检测器在一定时间段内未检测到来自晶体振荡器的振荡时生成晶体振荡器故障警报的步骤。根据该方法的另外的实施方案，高基准值可比晶体振荡器的晶体管的DC偏置点高约300毫伏，并且低基准值可比晶体管的DC偏置点高约100毫伏。根据该方法的另外的实施方案可包括提供高基准值和低基准值的步骤，该高基准值和低基准值使用复制电路来跟踪跨导放大器的功率、电压和温度特性。根据该方法的另外的实施方案可包括检测振荡器故障并提供其警报的步骤。