[发明专利]晶体振荡器启动电路和方法

说明书

晶体谐振器被配置成耦合到启动电路，启动电路包括具有数个开关的H桥电路。响应于检测到晶体谐振器中的动生电流的过零事件而生成多个开关控制信号。H桥电路的开关由开关控制信号控制，以在第一开关控制阶段期间以第一极性并且在第二开关控制阶段期间以相反的第二极性将电压施加到晶体谐振器的端。在相应开关控制阶段的相应第一子阶段期间，多个开关以第一配置进行配置以将电源节点耦合到相应晶体谐振器端。在相应开关控制阶段的相应第二子阶段期间，多个开关以第二配置进行配置以将电源节点耦合到相应晶体谐振器端。在第二配置中，电源节点与相应晶体谐振器端之间的电阻比第一配置中的电阻大。在每个相应第二子阶段期间检测过零。

技术领域

本公开涉及一种用于启动晶体振荡器的电路和方法。

背景技术

启动时间短、能耗低是许多产品的关键特征。特别是对于低功率无线占空比系统(IoT、BLE、车钥匙)来说，由于能量是通过电池或甚至通过能量采集来传递的，因此能量通常是稀缺的。系统的启动时间和启动能量通常主要由晶体振荡器(XO)和例如MEMS谐振器、晶体、陶瓷或RLC电路等谐振器决定。

启动XO的典型方式是通过增益级放大的噪声。然而，初始噪声很小，并且没有明确限定。启动时间相对较长，并且被限制为某个最小值，这具体取决于初始噪声值。改善启动时间的第一步是在启动时向XO提供初始“踢”或脉冲。以此方式，晶体(Xtal)中的初始动生电流得以明确限定。然而，最大初始动生电流受晶体上的可能最大踢幅(kick amplitude)的限制，并因此受电源电压的限制。通过以明确限定的方式周期性地提供脉冲，可以进一步改善启动时间。通过以明确限定的方式施加脉冲，动生电流可以持续增大到最终值。如果注入能量的频率和相位恰好与晶体中的动生电流相同，那么启动时间被优化为最小可能值。

发明内容

在所附权利要求书中限定本公开的各个方面。在第一方面，限定了一种晶体振荡器启动电路，其包括：H桥电路，其包括多个开关，所述H桥电路被配置成耦合到晶体谐振器；比较器，其具有被配置成可切换地耦合到所述晶体谐振器的端的第一比较器输入、被配置成耦合到电源节点的第二比较器输入、比较器时钟输入，以及被配置成响应于所述晶体谐振器中的动生电流的过零事件而在第一状态与第二状态之间转变的比较器输出；比较器时钟发生器，其具有耦合到所述比较器输出的第一比较器时钟发生器输入、被配置成接收开始信号的第二比较器时钟发生器输入以及耦合到所述比较器时钟输入的比较器时钟发生器输出；开关控制发生器，其耦合到比较器时钟输出并且被配置成生成相对于所述比较器时钟同步的多个开关控制信号以控制所述多个开关，所述多个开关可配置成在第一开关控制阶段期间以第一极性并且在第二开关控制阶段期间以相反的第二极性将电压源施加到所述晶体谐振器端，并且其中在相应开关控制阶段的相应第一子阶段期间，所述多个开关以第一配置进行配置以将电源节点耦合到相应晶体谐振器端；并且在相应第二子阶段期间，所述多个开关以第二配置进行配置以将所述电源节点耦合到所述相应晶体谐振器端；其中在所述第二配置中，所述电源节点与所述相应晶体谐振器端之间的电阻比所述第一配置中的所述电阻大；并且其中所述开关控制发生器另外被配置成在所述相应第二子阶段中的每一个第二子阶段期间将所述第一比较器输入耦合到所述相应晶体谐振器端。

在一个或多个实施例中，所述晶体振荡器启动电路可以被配置成使每个比较器时钟周期在所述第一开关控制阶段与所述第二开关控制阶段之间交替。

在一个或多个实施例中，所述比较器可以被配置成在所述比较器时钟周期的第一阶段期间校准比较器偏移电压并且在所述比较器时钟周期的第二阶段期间对所述输入进行比较。

在一个或多个实施例中，可以在每个相应第二子阶段期间启用所述比较器。