[发明专利]一种自激注入晶体振荡器

说明书

本发明公开了一种自激注入晶体振荡器，由启动电路和稳态电路组成。在启动模式下，电源通过开关与晶体振荡器相连，对石英晶体产生激励，从而产生振荡电流。比较器检测振荡电流过零点，并由数字控制模块切换开关的状态。振荡电流的幅度逐渐增大并作为晶振的注入信号。晶体振荡器达到稳态后，由放大器提供能量，维持稳定振荡状态。采用自激注入技术的晶体振荡器既能够实现精准同频注入，缩短启动时间，又无需振荡器注入或频率校准电路，节省功耗。

技术领域

本发明属于低功耗时钟技术领域，尤其涉及一种自激注入晶体振荡器。

背景技术

近年来，蓝牙、WIFI、GPS等通信方式的迅速普及，极大地推动了超低功耗(Ultra-Low Power，ULP)系统的应用，如物联网、无线传感网、能量收集系统等。而超低功耗技术对于降低系统能耗及延长电池使用寿命至关重要。晶体振荡器为系统中的锁相环、模数转换器等模块提供参考频率。但由于其启动时间长，对系统功耗影响较大。因此，缩短晶体振荡器的启动时间非常重要。

现有技术包括提高晶体振荡器负阻，以及向石英晶体注入振荡信号以加快启动。提高晶体振荡器负阻会受到石英晶体内部并联电容的限制，加速启动的效果非常有限。通过向石英晶体注入振荡信号实现加速启动是目前普遍采用的技术。但这种技术要求注入信号与晶振之间的频率误差必须小于0.5％。使用校准电路可以提高注入频率精度，但会增加功耗；通过抖动注入和啁啾注入可以避免使用频率校准，但是这两种技术由于注入的部分能量与目标频率误差较大而导致损耗过大，因此效率不高。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种自激注入晶体振荡器，通过采用自激注入技术的启动模块来缩短晶体振荡器启动时间。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种自激注入晶体振荡器，包括石英晶体、启动电路、稳态电路、第一负载电容C_Lp、第二负载电容C_Ln，第一选择开关S₀₀、第二选择开关S₀₁；石英晶体的X_p端接第一负载电容C_Lp的上极板和第一选择开关S₀₀的右端；第一负载电容C_Lp的下极板接地；石英晶体的X_n端接第二负载电容C_Ln的上极板和第二选择开关S₀₁的右端；第二负载电容C_Ln的下极板接地；在启动模式下，第一选择开关S₀₀接启动电路的P端；第二选择开关S₀₁接启动电路的N端；在稳态模式下，第一选择开关S₀₀接稳态电路的P端；第二选择开关S₀₁接稳态电路的N端。

进一步地，所述启动电路包括比较器、开关电路和数字控制模块；第一比较器A的负输入端接电源VDD和第一开关电路S₁的左端，第一比较器A的正输入端接第一开关电路S₁的右端、启动电路的P端和第三开关电路S₃的上端；第一比较器A的输出端接数字控制模块的S_p端；第二比较器B的负输入端接电源VDD和第二开关电路S₂的右端，第二比较器B的正输入端接第二开关电路S₂的左端、启动电路的N端和第四开关电路S₄的上端；第二比较器B的输出端接数字控制模块的S_n端。

进一步地，数字控制模块的输出端SW接第四开关电路S₄和第一开关电路S₁的控制端；数字控制模块的输出端SW_n接第三开关电路S₃和第二开关电路S₂的控制端。

进一步地，第三开关电路S₃的下端接地；第四开关电路S₄的下端接地。