包含啟動控制裝置的振蕩器的製作方法
2023-05-27 15:58:16
專利名稱：包含啟動控制裝置的振蕩器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包含振蕩器芯體和具有可控制電容值的電容性負載 單元的振蕩器裝置。
背景技術：
振蕩器裝置(例如晶體振蕩器)可用來產生通信裝置中的各種單元 將以之操作的操作頻率。在電池驅動的通信裝置中，電力消耗是一個關 鍵的參數。因此，當不需要振蕩信號時，振蕩器裝置可以切換到待機模 式，從而節省電力。
振蕩器裝置可用來產生低噪聲的高精度時鐘信號。為了獲得高精度
的時鐘信號，可以使用典型地基於晶體且Q值很高的諧振迴路。從而導 致啟動時間可能相對較長(幾毫秒)。因此，在振蕩器裝置啟動時，在有用 的振蕩器信號產生之前會花費一定時間。有用的振蕩器信號可以為例如 具有預定最小幅度或預定頻率精確度的信號。振蕩器信號可用作系統時 鍾信號。 一種減小電力消耗的方法是讓振蕩器裝置具有短的啟動時間， 從而使振蕩器可以經常地切換到待機模式，而不會損害系統的整體性能。 振蕩器可以由連接到電容性負載單元的振蕩器芯體實現。可以響應 於控制信號而控制電容性負載單元，從而提供不同的電容性負載。在設 計振蕩器裝置時，可能不得不在電容性負載方面進行折中，從而在振蕩 器裝置的調諧範圍與啟動時間之間形成平衡。調諧範圍可以由電容性負 載單元提供的最大電容值與最小電容值之間的差異來設定。而啟動時間 則依賴於例如由電容性負載單元提供的最小電容值。因此，調諧範圍可 能對啟動時間具有一些影響。此外，調諧範圍定義了振蕩器裝置的構件、 溫度差異及晶體老化的構件參數範圍可被處理的程度。由於啟動時間依 賴於電容性負載，希望具有儘可能低的最小電容性負載，以便獲得短的
啟動時間。
電容性負載單元可被控制，以便在啟動時提供第一電容性負載。一 旦振蕩器裝置產生了有用的振蕩器信號，可以對電容性負載單元進行控 制，以便提供給出所需要的振蕩頻率的第二電容性負載。
電容性負載單元可以由運行用於控制的軟體的處理器控制。處理器 可以控制電容性負載單元，從而提供第一電容性負載或第二電容性負載。 這種方案的缺點是它對系統設計(例如用於控制振蕩器裝置啟動的軟體) 提出了要求，從而使它變得複雜。如果振蕩器裝置連接到的系統包含不 止一個的振蕩器信號用戶裝置，並且每個用戶裝置都可能要求啟動振蕩 器裝置的話，則系統設計可能變得甚至更加複雜。系統的製造也可能變 得昂貴，因為每個用戶裝置需要例如用於控制振蕩器裝置啟動的軟體。
美國專利第5 884 448號公開了一種用來提供快速啟動的振蕩器電 路。該振蕩器電路包括連接到晶體的第一排電容器和第二排電容器。在 啟動時，僅僅使用第一排電容器。第二排電容器可被控制，並且當振蕩 器的輸出穩定在第一振蕩頻率的時候，第二排電容器可切換進來。可以 提供處理器，以便控制第二排電容器應當切換進來的時間，從而提供所 需要的振蕩頻率。根據該文獻的設計是複雜的，因為它涉及到需要用於 控制啟動的軟體的處理器。另外，對啟動的控制基於對振蕩器裝置的振 蕩頻率的檢測。因為可能需要參照時鐘，所以振蕩頻率確定起來相對復 雜。因此，如果振蕩器裝置提供的信號是其內設置有振蕩器裝置的系統 內的第一時鐘信號的話，則可能難於或者甚至無法檢測振蕩頻率。
美國專利第6 747 522公開了一種通過提供一列粗調電容器和一列 精調電容器而對數控晶體振蕩器(DCXO， Digitally Controlled Crystal Oscillator)進行調諧的方法。該列粗調電容器和該列精調電容器可調諧， 以便提供所需要的工作頻率。該文獻沒有描述用於縮短啟動時間的控制。
發明內容
本發明的目的是提供一種不太複雜的振蕩器裝置。
根據第一方面， 一種振蕩器裝置包括振蕩器芯體及電容性負載單元，
該電容性負載單元具有可控制的電容值，並且連接到振蕩器芯體。振蕩 器裝置進一步包括存儲裝置，該存儲裝置包括第一存儲單元和第二存儲 單元，並且該存儲裝置被連接到電容性負載單元。第一存儲單元適於存 儲第一值，該第一值將要供應給電容性負載單元，以便在第一時段中控 制電容值。第一時段是振蕩器裝置的啟動階段。第二存儲單元適於存儲 第二值，該第二值將要供應給電容性負載單元，以便在第二時段中控制 電容值。第二時段為振蕩器裝置的運行階段。
存儲裝置包括至少一個用來接收第一控制信號和第二控制信號的控 制端子，並且適於響應於第一控制信號而將第一值供應給電容性負載單 元，並且適於響應於第二控制信號而將第二值供應給電容性負載單元。
振蕩器芯體至少適於產生第二控制信號，該第二控制信號依賴于振 蕩器裝置的振蕩器信號的幅度。
振蕩器芯體可以包括幅度檢測單元，其至少適於根據振蕩器信號的 幅度而產生第二控制信號。
幅度檢測單元可以適於在振蕩器信號的幅度超過預定閾值時產生第 二控制信號。
幅度檢測單元可以形成自動增益控制單元的一部分。
幅度檢測單元可以包括可操作地連接到振蕩器輸出和計數器的時鐘 方波產生器。時鐘方波產生器可以適於響應於所述振蕩器信號超過預定 閾值而產生方波。計數器可以適於在時鐘方波產生器開始產生方波時而 幵始計數，並且適於在其達到停止值時而產生第二控制信號。
可以對計數器的停止值進行編程。
第一存儲單元和第二存儲單元可以為寄存器。
電容性負載單元可以包括至少一個數控電容器電路。
每個數控電容器電路可以包括至少一個電容器梯級(capacitor ladder)。
振蕩器裝置可以進一步包括輸入接口電路，其適於響應於啟動請求 而提供使能信號。
輸入接口電路可以連接到適於產生啟動請求的至少一個外部裝置。
根據第二方面，電子裝置包括振蕩器裝置。
電子裝置可以為可攜式或手持式移動無線電通信裝備、移動無線電
終端、行動電話、傳呼機、對講機(communicator)、電子管理器、智能電 話或計算機。
根據第三方面，提供了一種用於啟動振蕩器裝置的方法，該振蕩器 裝置包括振蕩器芯體；電容性負載單元，該電容性負載單元具有可控制 的電容值，並且連接到振蕩器芯體；存儲裝置，其可操作地連接到電容 性負載單元及振蕩器芯體，存儲裝置包括第一存儲單元和第二存儲單元。 該方法包括將存儲在第一存儲單元中的第一值供應給電容性負載單元， 以便在第一時段中控制可控制的電容值，第一時段為振蕩器裝置的啟動 階段。該方法進一步包括測量振蕩器信號的幅度。將第二時段的啟動時 刻選擇為振蕩器信號超過預定閾值的時刻。第二時段為振蕩器裝置的運 行階段。而且，該方法包括將存儲在第二存儲單元中的第二值供應給電 容性負載單元，以便在第二時段中控制電容值。
發明的其它實施方式界定於從屬權利要求中。
本發明的優點是對啟動時間的控制具有靈活性，因為用於電容性負 載單元的控制值存儲在存儲裝置中。本發明的又一個優點是對振蕩器裝 置的短暫啟動時間的控制不太複雜，從而總體上降低了振蕩器裝置和振 蕩器裝置在其內運行的系統的複雜性。
應當強調當在本說明書中使用時，術語"包括/包含"用來表明存在 所陳述的特徵、整體、步驟或構件，但並不排除一個或多個其它特徵、 整體、步驟、構件或其組合的存在或添加。
從以下參照附圖對發明的實施方式的詳述中，本發明的其它目的、 特徵和好處將變得明顯，在附圖中
圖1為一種實施方式的振蕩器裝置的方框圖； 圖2為另一種實施方式的振蕩器裝置的方框圖； 圖3為另一種實施方式的振蕩器裝置的方框圖4為一種實施方式的差分晶體振蕩器的電路圖5為一種實施方式的幅度檢測單元的電路圖6為另一種實施方式的振蕩器裝置的方框圖7a-7b為用於圖6中的實施方式的幅度檢測單元的實施方式；
圖8a-8b為電容器梯級的電路圖9為振蕩器裝置運行環境的一個實施方式的方框圖IO為通信裝置的示意圖；及
圖11為啟動振蕩器裝置的方法流程圖。
具體實施例方式
圖1展示了振蕩器裝置1的第一實施方式，振蕩器裝置1可以形成 數控晶體振蕩器(DCXO)。振蕩器裝置1包括振蕩器芯體2及電容性負載 單元3。電容性負載單元3具有可控電容值，並且連接到振蕩器芯體2。 此外，振蕩器裝置1包括存儲裝置4，該存儲裝置4至少包括第一存儲單 元5a和第二存儲單元5b，並且該存儲裝置4連接到電容性負載單元3。
電容性負載單元可以連接到晶體6。晶體6可以位於其上定位有振 蕩器裝置l的晶片之外。
第一存儲單元5a適於存儲第一值，該第一值將要供應給電容性負載 單元3，以便在第一時段中控制電容性負載單元3的電容值。第一時段可 以為振蕩器裝置l的啟動階段。第二存儲單元5b適於存儲第二值，該第 二值將要供應給電容性負載單元3，以便在第二時段中控制電容性負載單 元3的電容值。第二時段可以為振蕩器裝置1的運行階段。
在圖中所示的實施方式中，在實施方式中相同或類似的構件用相同 或類似的標號表示，並且將僅僅描述一次。
通過提供用來存儲第一值和第二值的存儲裝置4，可以在不需要從 外部裝置供應用於設定電容性負載單元3的電容值的情況下而提供短的 啟動時間。因此增強了振蕩器裝置的靈活性。將不需要用來在第一階段 中將電容值供應給電容性負載單元3的軟體。結果，其內運行振蕩器裝 置1的系統的複雜性將會降低。存儲裝置4可以包括至少一個用來接收第一控制信號和第二控制信 號的控制端子。另外，存儲裝置4可以適於響應於第一控制信號而將第 一值供應給電容性負載單元3，並且響應於第二控制信號而將第二值供應
給電容性負載單元3。第一控制信號可以為例如"0"。第二控制信號可以
為例如"r，。可以通過外部裝置產生第一控制信號或在振蕩器裝置i的內
部內在地產生第一控制信號。可以通過外部裝置產生第二控制信號或在 振蕩器裝置1的內部內在地產生第二控制信號。在一種實施方式中，通
過將"O"施加於存儲裝置4的控制端子而將第一控制信號供應到存儲裝置 4。通過將'T，施加於控制端子而將第二控制信號供應到存儲裝置4。在振 蕩器裝置1的內部內在地產生第二控制信號對應於在振蕩器裝置1的內 部內在地啟動從"0"到"1"的變遷。在振蕩器裝置1的內部內在地產生至少 第二控制信號具有這樣的優點，即降低了振蕩器裝置1及與該振蕩器裝 置1連接的外部裝置的複雜性。
振蕩器芯體2可以包括用於接收使能信號的使能輸入端子，使能信 號用於將振蕩器裝置1從關閉或閒置模式切換到打開模式。使能信號可 以由外部裝置來產生，外部裝置例如運行軟體以便提供該功能的處理器7 或CPU(中央處理器)。處理器7可以放置到外部裝置中。外部裝置可以為 例如專用集成電路(ASIC)。另選的是，使能信號可以由振蕩器裝置1內 的輸入接口電路17產生，輸入接口電路17適於對來自外部裝置的啟動 請求進行響應。
響應於使能信號，可以產生第一控制信號。響應於第一控制信號， 設定第一時段中電容性負載單元3的電容值。在第一時段中的電容性負 載足夠低，從而獲得了這樣的啟動時間，該啟動時間短於如果在第一時 段中也使用了應當在第二時段中應用的電容性負載而獲得的啟動時間。 因此，第一時段中的電容性負載低於第二時段中的電容性負載。
第二控制信號可以取決于振蕩器裝置1產生的振蕩器信號的幅度。 振蕩器信號可以為振蕩器裝置1的輸出信號。為了獲得穩定的運行頻率， 使振蕩器信號具有足夠的幅度是重要的。當振蕩器信號的幅度已經達到 特定閾值的時候，可以獲得穩定的運行頻率，並且電容性負載單元3的 電容性負載可以被設定為由存儲在第二存儲單元5b中的第二值所確定的 值。檢測振蕩器信號的幅度相對容易。當振蕩器信號的幅度低於閾值的 時候，可以產生第一控制信號。當振蕩器信號的幅度等於或高於閾值的 時候，可以產生第二控制信號。
在另選的實施方式中，第二控制信號是在已經產生了第一控制信號 或使能信號之後預定時段產生的。該預定時段依賴於由存儲在第一存儲
單元5a中的第一值所確定的電容性值。第一時段中的電容性值越小，則 預定時段越短，至少在一定程度上是這樣的。第二控制信號可以由包含 在振蕩器芯體2中的延時電路產生。延時電路可適於作為對使能信號的 響應而產生第二控制信號。延時電路可以以例如一個或更多個級聯並且 電容性地負載的變換器(inverter)實現。
振蕩器芯體2至少可適於產生第二控制信號，第二控制信號可依賴 于振蕩器裝置1的振蕩器信號的幅度。幅度檢測單元8至少可適於產生 第二控制信號。在一種實施方式中，幅度檢測單元8適於產生第一控制 信號和第二控制信號。幅度檢測單元8可以產生可具有第一參照值或狀 態和第二參照值或狀態的信號。第一參照值或狀態可以表達為小於0.2Vdd 的電壓，其中Vdd是振蕩器裝置的電源電壓。第二參照值或狀態可以表達 為大於0.8Vdd的電壓。可以響應於檢測到振蕩器信號的預定幅度閾值而 產生該信號。在幅度檢測單元8所產生的第一電平的信號產生時提供第 一控制信號。在幅度檢測單元8所產生的第二電平的信號產生時提供第 二控制信號。
幅度檢測單元8可適於產生依賴于振蕩器信號的幅度的第一控制信 號和/或第二控制信號。例如，幅度檢測單元8可適於響應於檢測到振蕩 器信號的幅度低於預定幅度閾值而產生第一控制信號。幅度檢測單元8 也可適於響應於檢測到振蕩器信號幅度等於或高於預定幅度閾值而產生 第二控制信號。例如，預定幅度閾值的範圍可以在幾百mV之間。
第一存儲單元和第二存儲單元5a、 5b可以為數字存儲單元。在一種 實施方式中，存儲單元5a、 5b為數字存儲寄存器。因此，將要分別存儲 在第一存儲單元和第二存儲單元5a、 5b中的第一值和第二值可以為數字
值。
電容性負載單元3可以包括至少一個數控電容器電路。每個數控電 容器電路可以例如由變容器實現。另選的是，各數控電容器電路包括電 容器梯級。
振蕩器裝置1可以包括輸入接口電路17，輸入接口電路17適於響 應於來自外部裝置的啟動請求而提供使能信號。啟動請求可以由例如外 部裝置的處理器7來發出，並且可以在輸入接口電路17的輸入端子處接 收到。輸入接口電路17上可以設置有例如電阻性構件，例如連接到接地 端和輸入接口電路17的輸入端子的下拉電阻器。使用下拉電阻器允許一 個或更多個外部裝置連接到輸入接口電路17的輸入端子。外部裝置可以 通過將具有與"l"對應的第一電平的電壓供應到輸入接口電路17的輸入 端子而發出啟動請求。如果外部裝置沒有發出啟動請求的話，即外部電 壓沒有供應到輸入接口電路17的輸入端子，則輸入接口電路17的輸入 端子處的電壓通過下拉電阻器而拉到與"O"對應的第二電平。第一電壓電 平可以高於第二電壓電平。輸入接口電路17的輸入端子也可以連接到輸 入接口電路17內的緩衝器上，輸入接口電路17在振蕩器裝置1的內部 內在地驅動使能信號。
在一種實施方式中，存儲在至少第二存儲單元5b中的值例如可以由 處理器7改變。改變存儲在第二存儲單元5b中的第二時段的值改變了第 二時段中的電容性負載單元3的電容，並且因此而改變了振蕩器裝置1 的頻率。因此，允許改變存儲在第二存儲單元5b中的值提供了在第二時 段中振蕩器頻率的可調性。
圖2示出了振蕩器裝置1的另選的實施方式。圖2中的實施方式包 括第一電容性負載單元3a和第二電容性負載單元3b。第一負載單元3a 可具有適於對振蕩器芯體2進行粗調的可控電容值。第二負載單元3b可 具有適於對振蕩器芯體2進行精調的可控電容值。因此，可由第一電容 性負載單元3a提供的電容值之間的差異可以大於可由第二電容性負載單 元3b提供的電容值之間的差異。可以在振蕩器裝置1的第二時段中提供 調諧控制。圖1實施方式中的振蕩器芯體2與圖2實施方式中的振蕩器
芯體之間的區別是用於分別連接到電容性負載單元3、 3a和3b的輸入端 子的數量。
圖3示出了振蕩器裝置1的一種實施方式，其詳細地展示了存儲裝 置4。存儲裝置4可以連接到串行控制接口 10。而且，除了存儲單元5a 和5b之外，存儲裝置4還可以包括多路器單元11。第一存儲單元5a可 以為硬編碼存儲單元。因此，存儲在第一存儲單元5a中的存儲裝置4的 第一值可以固定。例如，可以通過將與第一存儲單元5a相連的多路器單 元11的輸入端子分別直接地連接到用於存儲邏輯"0"和邏輯"1"的接地端 或電源電壓而對第一存儲單元5a進行硬編碼。另選的是，第一存儲單元 5a可以再編程。使固定值存儲在第一存儲單元5a中具有降低複雜性的優 點。第一值可用來在第一時段中設定電容性負載單元3a和3b的電容值。 第二存儲單元5b的值可用來在第二時段中設定電容性負載單元3a和3b 的電容值，並且因此也在第二時段中設定了振蕩器裝置1的振蕩頻率。 如果第二存儲單元5b可再編程的話，則這是一項優點。然後，外部裝置 可通過在振蕩器裝置1運行時提供將要存儲在第二存儲單元5b中並且由 第二存儲單元5b輸出的新值而對振蕩器裝置1的輸出信號頻率進行調諧 控制。可以由外部裝置的處理器13來提供調諧控制。
串行接口 IO可適於從連接到處理器13的接口 12或直接從外部裝置 的處理器13通過串行總線而接收數字值。串行接口 10適於將接收到的 數字值的數據輸入到第二存儲單元5b中。串行接口 IO也適於將數據傳 送到定位於其上具有振蕩器裝置的晶片上的其它單元。
多路器11具有至少一個連接到振蕩器裝置1的控制端子的控制端
子，用於接收第一控制信號和第二控制信號。而且，多路器裝置包括分 別連接到第一存儲單元5a和第二存儲單元5b的第一輸入端子和第二輸 入端子。多路器11可適於響應於第一控制信號而將存儲在第一存儲單元 5a中的值輸出。而且，多路器ll可適於響應於第二控制信號而將存儲在 第二存儲單元5b中的值輸出。
在應當將振蕩器裝置1切換到運行階段的時候，可以應用編制到第 二存儲單元5b中的最後一個值。因此，不必對第二存儲單元5b再編程，
即在產生可用振蕩器信號之前不必將新值提供給第二存儲單元5b。取而 代之，可以再次使用存儲在第二存儲單元5b中的最後的值。結果，可在 未包含任何外部裝置的情況下產生可用振蕩器信號。
圖3還示出了緩衝器14和緩衝器15，緩衝器14可用於將從振蕩器 裝置1的輸出信號中獲得的時鐘信號分發給定位於其上具有該振蕩器裝 置的晶片上的裝置，例如RF(射頻)裝置，而緩衝器15可用於將時鐘信號 分發給外部裝置例如處理器13。在圖3中，緩衝器14分發差分時鐘信號。 在另選的實施方式中，緩衝器14可以分發單端時鐘信號。在圖3中，緩 衝器15分發單端時鐘信號。在另選的實施方式中，緩衝器15可以分發 差分時鐘信號。
圖4示出了差分晶體振蕩器的一種實施方式。圖4中的差分晶體振 蕩器包括可變電容性負載單元3a和3b、晶體6和差分放大器30，差分 放大器30是振蕩器芯體2的一部分。差分放大器30包括電阻器31a、31b、 32a和32b;電晶體33a和33b;電容器34、 35a和35b;及可控電流源 36a和36b。電晶體33a和33b可以為雙極電晶體或CMOS電晶體。可以 通過關閉電流源36a和36b中的電流而將差分晶體振蕩器和振蕩器裝置1 切換到待機模式，關閉電流源36a和36b中的電流是通過分別在控制端 子37a和37b處施加適當的信號，例如具有適於關閉電流源的電壓電平 的信號而實現的。此外，可以通過打開電流源36a和36b中的電流而啟 動差分晶體振蕩器和振蕩器裝置1，打開電流源36a和36b中的電流是通 過分別在控制端子37a和37b處施加適當的信號，例如具有適於打開電 流源的電壓電平的信號而實現的。施加於控制端子37a和37b處以便將 電流源36a和36b關閉和打開的信號可來源於使能信號。可以提供由使 能信號控制的帶隙參照電路，以便產生適於將電流源36a和36b關閉和 打開的電壓電平。
圖5示出了幅度檢測單元8的一種實施方式。幅度檢測單元可以包 括AM檢測器50。 AM檢測器50包括電阻器51a、 51b、 52a、 52b和53; 電容器54;電晶體55a、 55b、 56a和56b;及電流源57和58。電晶體 55a、 55b、 56a和56b可以為雙極電晶體或CMOS電晶體。輸入端子59a
和59b適於分別連接到差分晶體振蕩器輸出端子16a和16b。當存在於輸 入端子59a和59b的差分信號幅度增加時，輸出端子60處的電壓也增加。 因此，輸出端子60處的電壓可用來檢測輸出信號幅度何時等於或超過預 定的閾值。為此，輸出端子60可連接到閾值檢測器9，閾值檢測器9可 以產生表示"0"和"1"的有效邏輯電平，其中"O"可以為第一控制信號，而 "1"可以為將要供應到存儲裝置4的控制端子的第二控制信號。閾值檢測 器9可由例如比較器或一個或更多個級聯轉換器實現。另選的是，閾值 檢測器9可由斯密特(Schmitt)觸發器實現。閾值檢測器9的輸出端子可操 作地連接到存儲裝置4的控制端子。
此外，AM檢測器50可形成自動增益控制(AGC)的一部分。在AGC 實現中，輸出端子60處的電壓可操作，從而控制在振蕩器芯體2內流動 的電流。參考圖4所示的實施方式，可以通過將AM檢測器50的輸出端 子60處存在的電壓或從該處獲得的電壓供應到差分放大器30的控制端 子37a和37b而實現這一點。結果，振蕩器芯體2內的環路增益可得到 控制。使用AGC的至少一部分來提供幅度檢測單元8是一種優點，因為 當將單個單元用於多種功能例如環路增益控制和幅度檢測時，系統的復 雜性得到了進一步降低。然而，使用單獨的幅度檢測單元是可行的。
圖6示出了一種實施方式，其中來自緩衝器15的輸出被供應給了振 蕩器芯體2。來自緩衝器15的輸出可供應給幅度檢測單元8，用於產生 第一控制信號和/或第二控制信號。振蕩器芯體2可以進而將來自緩衝器 15的輸出或從緩衝器15獲取的信號作為時鐘信號而轉發到外部裝置例如 處理器13。此外，存儲裝置4的串行控制接口 10可連接到振蕩器芯體2， 從而允許對振蕩器芯體2內的幅度檢測單元8進行編程。例如，可以對 幅度檢測單元進行編程，以便補償例如由溫度改變、振蕩器裝置1內的 構件老化及單個振蕩器裝置1之間的差異所引起的條件變化。
圖7a示出了幅度檢測單元8的一種實施方式，幅度檢測單元8可在 圖6所示的振蕩器芯體的實施方式中使用。來自緩衝器15的輸出供應給 時鐘方波產生器20的輸入端子22。時鐘方波產生器20可適於響應於周 期信號供應給時鐘方波產生器20的輸入端子22而在時鐘方波產生器20
的輸出端子23處產生方波。時鐘方波產生器20可以包括斯密特觸發器。
時鐘方波產生器20的輸出端子23連接到計數器21的時鐘輸入端子，計 數器21可以由供應給可編程計數器21的復位端子的使能信號的上升緣 來復位。當來自緩衝器15的輸出已經足夠大到使時鐘方波產生器在其輸 出端23處產生方波的幅度時，計數器21開始計數直到其達到停止值。 計數器21達到停止值的時候，計數器21在其輸出端24處產生第二控制 信號。換句話說，時鐘方波產生器20用來檢測來自緩衝器15的輸出幅 度何時超過閾值電平。閾值電平可以為該時鐘方波產生器開始產生方波 時的幅度電平。當該幅度電平已經由時鐘方波產生器20檢測到時，幅度 檢測單元8在第二控制信號產生之前等待一段時間，該時間的長度由計 數器21的停止值來設定。從而允許振蕩器裝置1的振蕩器信號達到足夠 幅度，以便在存儲於存儲裝置4中的第二值供應給電容性負載單元3、 3a 和3b之前而獲得穩定的運行頻率。確保振蕩器裝置1的振蕩器信號的幅 度足夠所需的時段長度可以隨著例如振蕩器裝置1的溫度和老化而變化。 它也可以在單個振蕩器裝置1之間變化。因此，可以通過來自串行控制 接口 10的總線25而對計數器21的停止值及時段長度進行編程，串行控 制接口 10連接到圖6所示實施方式中的振蕩器芯體2。
圖7b示出了幅度檢測單元8的另一種實施方式，幅度檢測單元8可 在圖6所示的振蕩器芯體2的實施方式中使用。在該實施方式中，第二 控制信號的產生與圖7a所示實施方式中第二控制信號的產生相同，計數 器21的停止值的編程也相同。在圖7a的實施方式中，時鐘方波產生器 20的輸出端23處的信號作為時鐘信號通過振蕩器芯體2而轉發到外部裝 置例如處理器13。在圖7b的實施方式中，時鐘方波產生器20的輸入端 22處的信號作為時鐘信號而分發到外部裝置。
圖8a示出了實現為電容器梯級的電容性負載單元3的一種實施方 式。電容器梯級包括多個電容器裝置70a、 70b、 ...70n。電容器裝置具有 相同的設計與功能。因此，將僅僅描述電容器裝置70a。電容器裝置70a 可以由電晶體實現，例如MOS電晶體。電容器裝置70a包括第一電晶體 71a和第二電晶體71b。電晶體71a和71b的源極端子和漏極端子均連接
到公共節點72。電晶體71a和71b的柵極可分別連接到電容器梯級的端 子73a和73b。電容器裝置70a可具有第一狀態和第二狀態，例如打開和 關閉狀態，且第一狀態和第二狀態具有不同的相關電容值。狀態可由供 應給公共節點72的數字控制字的一位74來控制。可通過總線75而供應 數字控制字。通過總線75而供應的控制字內的位數與電容器裝置的數量 相同。通過總線75供應的數字控制字的不同值導致圖8a所示的電容性 負載單元具有不同的電容值。
圖8b示出了實現為電容器梯級的電容性負載單元3的另一種實施方 式。電容器梯級包括多個電容器裝置80a、 80b、 ...80"，其具有與圖8a 所示電容器裝置70a、 70b、 ...70"基本相同的功能。電容器裝置80a、 80b、 ...80"各都具有相同的設計與功能。因此，將僅僅描述電容器裝置 80a。電容器裝置80a可以包括兩個電容器81a和81b。電容器81a的第 一端子連接到電容器梯級的第一輸出端子84a。電容器81b的第二端子連 接到電容器梯級的第二端子84b。電容器裝置80a可具有第一狀態和第二 狀態，例如打開和關閉狀態，且第一狀態和第二狀態具有不同的相關電 容值。在打開狀態中，電晶體82a和82b處於導通狀態，並且電容器81a 和81b串聯起來。在關閉狀態中，電晶體82a和82b處於截止狀態，並 且電容器81a與81b斷開。也可以由MOS電晶體提供的電晶體82a和82b 的柵極連接到公共節點83。狀態可由供應給公共節點83的數字控制字的 一位85來控制。可通過總線86而供應數字控制字。通過總線86而供應 的控制字內的位數與電容器裝置的數量相同。通過總線86而供應的數字 控制字的不同值導致圖8b所示的電容性負載單元具有不同的電容值。
圖8a和圖8b中形成了電容性電路的每個電容器梯級可用作圖1實 施方式中的電容性負載單元3。在圖2、圖3和圖6的實施方式中，圖8a 中的電容器梯級可用作第一電容性負載單元3a，而圖8b中的電容器梯級 可用作第二電容性負載單元3b，反之亦然。另選的是，在圖2、圖3和 圖6的實施方式中，第一電容性負載單元和第二電容性負載單元3a、 3b 都由圖8a中的電容器梯級提供或者由圖8b中的電容器梯級提供。通過 總線75和86而供應的控制字可由存儲在存儲單元5a或存儲單元5b中
的值來供應。
可用不同的方法來選擇電容器梯級內的電容器裝置的電容值。例如， 可以使用二進位加權法，其中與第k位關聯的電容器裝置的通態電容是
單位電容的2k—'倍。該方案的複雜性較低，因為它允許將控制字75、 86
表達為二進位，從而導致字位數量較小。然而，二進位加權法容易受到 由構件內的參數變化引起的電容不匹配的影響。 一種另選的方案是使用 溫度計編碼方法，其中所有電容器裝置的通態電容都相等。該方法相對 於二進位加權法不易受到電容器不匹配的影響，並且保證了電容器梯級
的電容值是由控制字75、 86表達的控制信號的單調函數。然而，溫度計 編碼方法可能導致更高的複雜性，因為控制字75、 86是通過溫度計編碼 來表達的，其需要比二進位加權法更多的字位。 一種另選的方法是介於 二進位加權法與溫度計編碼法之間的混合型方法，其中控制字75、 86的 第一部分用二進位表達，而第二部分則用溫度計編碼表達。
在另選的實施方式中，至少一個電容性負載單元3、 3a和3b可通過 變容器二極體來實現，變容器二極體可通過數模轉換器而得到數控。在 其它另選的實施方式中，至少一個電容性負載單元可通過由sigma-delta 調製器數字控制的電容器梯級實現。數字控制的電容器梯級可以包括由 sigma-delta調製器切換進來/出去的單個電容。
圖9示出了一種實施方式，其中振蕩器裝置1連接到多個外部裝置。 振蕩器裝置本身可以設置在例如RF(射頻)專用集成電路(ASIC)中。第一 外部裝置100可以為例如需要由振蕩器信號提供的時鐘信號的數字基帶 ASIC。在通信設備例如行動電話中，其它功能可能需要時鐘信號。需要 時鐘信號的第二外部裝置200可以為短程通信單元，例如藍牙無線收發 機。需要時鐘信號的第三外部裝置300可以為WLAN(無線區域網)通信 單元。需要時鐘信號的第四外部裝置400可以為GPS(全球定位系統)單元。 每個外部裝置100、 200、 300和400可以具有分別連接到振蕩器裝置1 的輸入端子和輸出端子的輸出端子和輸入端子。時鐘信號請求消息可以 從外部裝置的輸出端子發到振蕩器裝置1的輸入接口電路17的輸入端。 時鐘信號(即振蕩器裝置1的輸出信號)可以作為對其響應而在振蕩器
裝置1的輸入端子處接收到。
根據本發明的實施方式，任何一個外部裝置200、 300和400可以請 求時鐘信號。結果，可以在不必啟動外部裝置100或在任何一個外部裝 置200、 300和400內執行軟體以便控制啟動的情況下而提供了振蕩器裝 置l短的啟動時間。因此，系統設計變的不太複雜。
在圖1到圖6中，所示的振蕩器芯體2具有差分結構。另選的是， 振蕩器芯體2可具有單端結構。
圖10示出了振蕩器裝置1可在其內實施的電子裝置500。該電子裝 置也可以包括外部裝置100、 200、 300和400中的任何一個。電子裝置 500可以為例如可攜式或手持式移動無線電通信裝備、移動無線電終端、 行動電話、傳呼機、對講機、電子管理器、智慧型電話或計算機。在所示 的實施方式中，電子裝置為行動電話。
來自振蕩器裝置1的輸出信號可以提供時鐘信號。時鐘信號可以為 設置在系統內的第一時鐘信號，其中多個裝置(例如外部裝置100、 200、 300和400)需要時鐘信號。時鐘信號也可以為設置在系統內的唯一時鐘 信號。
根據一些實施方式，提供了一種用於快速啟動振蕩器裝置1的方法， 該方法通過圖11的流程圖得到了展示。該方法包括以下步驟
在步驟700中，在第一時段中將第一控制信號供應給存儲裝置4;
在步驟710中，響應於第一控制信號，將存儲在第一存儲單元5a中 的值供應給電容性負載單元，以便在第一時段中控制電容值；
在步驟720中，在第二時段中將第二控制信號供應給存儲裝置4;
及
在步驟730中，響應於對第二控制信號，將存儲在第二存儲單元5b 中的值供應給電容性負載單元，以便在第二時段中控制電容值。
在一種實施方式中，該方法進一步包括確定第二時段啟動時刻的步 驟。如以上結合振蕩器裝置1的一些實施方式而討論的那樣，第二時段 的啟動時刻可基于振蕩器信號的幅度何時超過預定的閾值而得到確定。 如以上結合振蕩器裝置1的實施方式而討論的那樣，第二時段的啟動時
刻也可確定為在振蕩器芯體2處接收到使能信號之後的預定量而發生的 時刻。
在上文中，己經結合特定實施方式描述了本發明。然而，上述實施 方式之外的實施方式也可能落入本發明範圍。可以在本發明範圍內提供 與上述那些方法步驟所不同並且由硬體或軟體來執行方法的方法步驟。 本發明不同的特徵和步驟可以結合到上述組合之外的組合中。發明範圍 僅由後附的專利權利要求所限定。
權利要求
1、一種振蕩器裝置(1)，該振蕩器裝置(1)包括振蕩器芯體(2)；及電容性負載單元(3、3a、3b)，其具有可控制的電容值，並且其連接到所述振蕩器芯體(2)；其特徵在於存儲裝置(4)，其包括第一存儲單元和第二存儲單元(5a、5b)，並且其連接到所述電容性負載單元；並且所述第一存儲單元(5a)適於存儲第一值，所述第一值將要供應給所述電容性負載單元(3、3a、3b)，以便在第一時段中控制所述電容值，其中所述第一時段為所述振蕩器裝置的啟動階段；所述第二存儲單元(5b)適於存儲第二值，所述第二值將要供應給所述電容性負載單元(3、3a、3b)，以便在第二時段中控制所述電容值，其中所述第二時段為所述振蕩器裝置的運行階段；所述存儲裝置(4)包括至少一個用來接收第一控制信號和第二控制信號的控制端子，並且其適於響應於所述第一控制信號而將所述第一值供應給所述電容性負載單元(3、3a、3b)，並且其適於響應於所述第二控制信號而將所述第二值供應給所述電容性負載單元(3、3a、3b)；及所述振蕩器芯體(2)適於至少產生所述第二控制信號，所述第二控制信號依賴於所述振蕩器裝置(1)的振蕩器信號的幅度。
2、 根據權利要求1所述的振蕩器裝置，其特徵在於，所述振蕩器芯 體包括幅度檢測單元(8)，其適於根據所述振蕩器信號的幅度而至少產生 所述第二控制信號。
3、 根據權利要求2所述的振蕩器裝置，其特徵在於，所述幅度檢測單元(8)適於在所述振蕩器信號的幅度超過預定閾值時產生所述第二控制信號。
4、 根據權利要求2或3中的任何一項所述的振蕩器裝置，其特徵在 於，所述幅度檢測單元(8)形成了自動增益控制單元的一部分。
5、 根據權利要求2所述的振蕩器裝置，其特徵在於，所述幅度檢測單元(8)包括可操作地連接到振蕩器輸出端和計數器(21)的時鐘方波產生 器(20)，其中所述時鐘方波產生器(20)適於響應於所述振蕩器信號的幅度 超過預定閾值而產生方波，並且所述計數器(21)適於在所述時鐘方波產生 器(20)開始產生所述方波時開始計數，並且適於在所述計數器(21)達到停 止值時而產生所述第二控制信號。
6、 根據權利要求5所述的振蕩器裝置，其特徵在於，所述計數器(21) 的停止值是可編程的。
7、 根據以上權利要求中的任何一項所述的振蕩器裝置，其特徵在於， 所述第一存儲單元和第二存儲單元(5a、 5b)為寄存器。
8、 根據以上權利要求中的任何一項所述的振蕩器裝置，其特徵在於， 所述電容性負載單元(3、 3a、 3b)包括至少一個數控電容器電路。
9、 根據權利要求8所述的振蕩器裝置，其特徵在於，每個數控電容 器電路包括至少一個電容器梯級。
10、 根據以上權利要求中的任何一項所述的振蕩器裝置，其特徵在 於，所述振蕩器裝置(l)進一步包括輸入接口電路(17)，其適於響應於啟動請求而提供所述振蕩器裝置的 使能信號。
11、 根據權利要求10所述的振蕩器裝置，其特徵在於，所述輸入接 口電路(17)連接到適於產生所述啟動請求的至少一個外部裝置(100、 200、 300、 400)。
12、 一種電子裝置(500)，其包括根據權利要求1-11中任何一項所述 的振蕩器裝置。
13、 根據權利要求12所述的電子裝置，其特徵在於，所述電子裝置 為可攜式或手持式移動無線電通信裝備、移動無線電終端、行動電話、 傳呼機、對講機、電子管理器、智慧型電話或計算機。
14、 一種用於啟動振蕩器裝置(l)的方法，所述振蕩器裝置包括振蕩器芯體(2);電容性負載單元(3、 3a、 3b)，其具有可控制的電容值，並且其連接 到所述振蕩器芯體(2);存儲裝置(4)，其可操作地連接到所述電容性負載單元(3、 3a、 3b)及所述振蕩器芯體(2)，所述存儲裝置(4)包括第一存儲單元和第二存儲單元 (5a、 5b)，所述方法包括將存儲在所述第一存儲單元(5a)中的第一值供應給所述電容性負載單元，以便在第一時段(710)中控制所述可控制的電容值，其中所述第一時段為所述振蕩器裝置的啟動階段；測量振蕩器信號的幅度；將第二時段的啟動時刻選擇為所述振蕩器信號超過預定閾值的時刻，所述第二時段為所述振蕩器裝置的運行階段；及將存儲在所述第二存儲單元(5b)中的第二值供應給所述電容性負載單元，以便在所述第二時段(730)中控制所述電容值。
全文摘要
一種振蕩器裝置(1)包括振蕩器芯體(2)；電容性負載單元(3、3a、3b)，其具有可控制的電容值，並且其連接到該振蕩器芯體(2)；及存儲裝置(4)，其包括第一存儲單元和第二存儲單元(5a、5b)，並且其連接到該電容性負載單元。該第一存儲單元(5a)適於存儲第一值，該第一值將要供應給該電容性負載單元(3、3a、3b)，以便在啟動時段中控制該電容值。該第二存儲單元(5b)適於存儲第二值，該第二值將要供應給電容性負載單元(3、3a、3b)，以便在運行時段中控制該電容值。根據啟動振蕩器裝置(1)的方法，振蕩器信號的幅度被測量。此外，將運行時段的啟動時刻選擇為振蕩器信號超過預定閾值的時刻。
文檔編號H03B5/06GK101346878SQ200680049371
公開日2009年1月14日 申請日期2006年11月23日 優先權日2005年11月24日
發明者馬丁·伊斯博格 申請人:Lm愛立信電話有限公司