分立時鐘發生器和/或定時/頻率參考的製作方法

2023-06-16 14:56:31

專利名稱：分立時鐘發生器和/或定時/頻率參考的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及振蕩或時鐘控制信號發生，特別涉及分立時鐘 信號發生器和定時/頻率參考，其自激、自參考、隨製造工藝、電壓 和溫度保持準確並具有低抖動。
背景技術：
準確的時鐘發生器或定時參考通常依靠晶體振蕩器，如石英振蕩 器，其提供特定頻率的機械諧振。這樣的晶體振蕩器的困難在於它們
不能被製造為將由其時鐘信號驅動的同一集成電路ac)的一部分。
例如，微處理器如Intel奔騰處理器要求分開的時鐘IC。為此，實 際上每一需要準確時鐘信號的電路均需要片外時鐘發生器。
對於這樣的非集成解決方案有幾種結果。例如，由於所述處理器 必須通過外部電路(如印刷電路板(PCB)上的電路)連接，功率耗 散相對增加。在依靠有限電源的應用中，如依靠電池電力的移動通信， 所述額外的功率耗散非常有害。
此外，非集成的解決方案因需要額外的IC而增加了空間及面積 需要，無論是PCB上還是已完成產品內，這在移動環境中也是有害的。 此外，這樣的另外的組件也增加了製造和生產成本，因為另外的ic 必須被製造並與主要電路(如微處理器)裝配在一起。
已被製造為與其它電路集成在一塊的電路的其它時鐘發生器通 常不足夠準確，其隨製造工藝、電壓和溫度(PVT)變化。例如，環 形、張馳和相移振蕩器可提供適於一些低敏感度應用的時鐘信號，但 不能夠提供更複雜電子電路所需要的更高準確度，如需要強大處理能 力或數據通信的應用所需要的準確度。此外，這些時鐘發生器或振蕩 器通常展現相當的頻移、抖動、具有相對低的Q值、並因噪聲和其它 幹擾而遭受其它畸變。
為此，需要可與其它電路如單一 IC單片地集成在一起且隨PVT 變化保持高度準確的時鐘發生器或定時參考。這樣的時鐘發生器或定 時參考應自激及自參考，而不應需要鎖定或參考另一參考信號。這樣 的時鐘發生器或定時參考應展現最小的頻移且具有相對低的抖動，且 應適於要求高度準確的系統時鐘的應用。這樣的時鐘發生器或定時參 考還應提供多種運行模式，包括時鐘模式、參考模式、能量保存模式、 及受脈衝作用模式。最後，這樣的時鐘發生器或定時參考應能控制輸 出頻率，以響應於環境或結溫的變化或其它參數如電壓、製造工藝、 頻率和使用期的變化而提供穩定的且需要的頻率。

發明內容
在不同的示例性實施例中，本發明提供產生頻率參考信號的裝 置。所述裝置包括諧振器，其可使用一個或多個電感器和電容器(作 為LC儲能電路)；跨導放大器；用於對低抖動、自激及自參考時鐘發 生器和/或定時和頻率參考提供開環頻率控制和選擇的頻率控制器和 溫度補償器，其隨PVT和使用期(時間)變化保持高度準確且其可與 其它電路單片地集成在一起以構成單一集成電路。不需要單獨的參考 振蕩器，及示例性實施例不被相位鎖定、延遲鎖定或其它鎖定到任何 其它頻率參考。而是，示例性實施例可用作所述參考振蕩器，其產生 頻率參考信號，然後一個或多個相位鎖定或延遲鎖定環路鎖定到所述 頻率參考信號。本發明的不同示例性實施例包括隨製造工藝、電壓和
溫度(VT)變化產生高度準確的頻率的特徵。這些特徵包括頻率調
諧和選擇、補償由於溫度和/或電壓波動導致的頻率變化、製造工藝 變化、及由於集成電路老化引起的變化。
本發明可被提供為提供時鐘信號或其它頻率參考信號的分立集 成電路，之後其可為任何用戶應用而與其它集成電路結合。本發明裝
置可被配置或編程以進行頻率選擇、信號選擇、輸入/輸出(I/O)選 擇、1/0引腳選擇、擴展頻譜選擇、及其它選擇。提供幾種方法進行 這樣的配置和編程，包括IC設計和製造期間的掩碼可編程性、IC制
造後製造商或分銷商可編程性、及工c製造後用戶可編程性。
本發明還可與其它集成電路結合以構成單一組件，通常提供在單 一IC管殼中。例如，為任何功能或應用如不同的處理器、控制器、 數位訊號處理器等，本發明時鐘發生器和/或定時和頻率參考可與任 何其它、任何種類或類型的第二電路結合，以為第二電路提供集成的、 自激時鐘，所述第二電路不需要同步或鎖定到外部參考如晶體振蕩 器。
例如但不作為限制，時鐘發生器和/或定時和頻率參考可與任何 下述類型的處理器結合微處理器、數位訊號處理器、控制器、微控
制器、通用串行總線(USB)控制器、外圍組件互連(PCI)控制器、 外圍組件互連快速(PCI-e)控制器、火線控制器、AT附件(ATA) 接口控制器、集成驅動電子電路(IDE)控制器、小計算機系統接口
(SCSI)控制器、電視控制器、區域網(LAN)控制器、乙太網控制 器、視頻控制器、音頻控制器、數據機處理器、MPEG控制器、 多媒體控制器、通信控制器、移動通信控制器、IEEE802. ll控制器、 GSM控制器、GPRS控制器、PCS控制器、AMPS控制器、CDMA控制器、 WCDMA控制器、擴展頻譜控制器、無線LAN控制器、IEEE 802. 11控 制器、DSL控制器、Tl控制器、ISDN控制器、或線纜數據機控 制器。用於與本發明時鐘發生器和/或定時和頻率參考集成的無數其 它類型的第二電路也在本發明範圍內。
對於所述示例性實施例，時鐘發生器和/或定時和頻率參考提供 具有第一頻率A的第一參考信號。第一參考信號可以多種方式中的任 何方式使用，如(1)由第二電路直接用作時鐘控制或頻率參考信號;
(2)提供給一個或多個方波發生器或分頻電路，所得實質方波或分 頻後的信號提供為輸出(作為在所選頻率(如具有頻率A /;， &… A)的一個或多個第二參考信號，其中的任一或多個之後由第二電路 用作時鐘控制或頻率參考信號)；(3)用於鎖定電路的鎖定，如一個 或多個鎖相環、延遲鎖定環、或注入鎖定電路，或由分頻和鎖定電路 的組合使用，也將一個或多個在所選頻率(如具有頻率/w， /^，… A)的第二參考信號作為輸出提供給第二電路。
這些一個或多個第二參考信號可被轉換、多路復用或直接提供給 任何第二電路，如處理器、存儲器和輸入/輸出接口，其作為所選頻 率的時鐘或參考信號。這些信號也可以多種形式中的任何形式提供， 如單端、差分、相移、正交，包括反相和/或正相形式。
根據所選實施例，對於任何頻率(A力，A…A)的頻率選擇 可以多種方式提供。頻率選擇可作為設計和製造的一部分出現，如通 過選擇時鐘發生器和/或定時和頻率參考的IC振蕩器中使用的電感 器和電容器的數量和大小。例如， 一個或多個電感器的大小和/或形 狀可通過適當的金屬層屏蔽進行選擇，電容器可被調整為產生特定頻 率或頻率範圍的大小。頻率選擇也可在製造後發生，其通過使用下面 詳述的不同校準和控制係數或信號。此外，頻率選擇可通過配置一個 或多個鎖定電路執行，如通過選擇通過鎖相環中的可編程計數器的分 頻比，這可以是IC的設計和製造的一部分；或可在製造後編程，同 樣通過使用校準和控制係數或信號或通過將分頻器轉換入或轉換出 分頻鏈進行。另外的配置方法將在下面詳述。
另外的實施例也產生多個頻率參考信號，無論是正弦還是方波信 號，如用作一個或多個時鐘信號或參考頻率源。在示例性實施例中，
本發明的時鐘/頻率參考連接到一個或多個鎖相環(PLL)或延遲鎖定 環(DLL)，以提供所選頻率的相應多個輸出參考信號。不同的示例性 實施例可通過控制信號或所保存的係數進行配置或編程，如為相應的 頻率選擇調節PLL或DLL的分頻比。
對於可能要求高Q值、低抖動和低相位噪聲的應用，諧振器通常 包括一個或多個電感器和電容器，從而形成一個或多個LC儲能電路 或LC諧振器。在第一實施例中，使用雙平衡差分LC諧振器布局。在 其它示例性實施例中，可使用差分或單端LC振蕩器布局，如差分 n-MOS交叉連接的布局、差分p-MOS交叉連接的布局、單端考畢子LC 振蕩器、單端哈特萊(Hartley) LC振蕩器、差分考畢子(Colpitts) LC振蕩器(共基及共集版本)、差分哈特萊LC振蕩器(共基及共集
版本)、單端皮爾斯(Pierce) LC振蕩器、正交振蕩器(如由至少兩 個雙平衡、差分LC振蕩器形成)。在這些實施例的任何實施例中，有 源電感器可用在LC振蕩器或其它電抗組件中。這些LC布局中的任何 布局可實施為平衡、交叉連接、差分、或單端布局，並可使用任何類 型的電晶體，如n-M0S、 p-M0S、或BJT。另外的LC振蕩器布局，不 管是現在已知的還是即將知道的，均視為等效布局並在本發明範圍 內。
本發明的示例性實施例還提供幾種不同程度和類型的控制。例 如，提供離散和連續實時控制，從而根據所述變化控制自激振蕩器的 輸出頻率。此外，所述控制通常提供為開環，而不需要反饋連接及不 需要使振蕩器連續鎖定另 一參考信號。
此外，本發明的示例性實施例提供具有多種運行模式的時鐘發生 器和/或定時及頻率參考，包括如能量保存模式、時鐘模式、參考模 式、及受脈衝作用模式。此外，不同的實施例提供多個不同頻率的輸 出信號，並在這些不同的信號之間提供低等待時間和無假信號轉換。
值得注目地，本發明的不同實施例產生較大且相當高的頻率，如 數百MHz和GHz範圍，之後，其被分為多個更低的頻率。每一這樣的 除N (有理數、整數比)導致有效的降噪，相位噪聲降低N及相位噪 聲功率降低N2。因此，本發明的不同示例性實施例相較其它直接或通 過頻率倍增產生輸出的振蕩器導致低得多的相對期抖動。
不同的裝置實施例包括諧振器、放大器、及頻率控制器，其可包 括不同的組件或模塊如溫度補償器、工藝變化補償器、電壓隔離器和 /或電壓補償器、使用期(時間)變化補償器、分頻器、及選頻器。 諧振器提供具有諧振頻率的第一信號。溫度補償器響應於溫度調節諧 振頻率，工藝變化補償器響應於製造工藝變化調節諧振頻率。此外， 不同的實施例還可包括將具有諧振頻率的第一信號分為多個具有相 應多個頻率的第二信號的分頻器，所述相應多個頻率實質上等於或低 於所述諧振頻率；及選頻器從多個第二信號提供輸出信號。選頻器還 可包括假信號抑制器。輸出信號可提供為多種形式中的任何形式，如
微分或單端，及方波或正弦。
本發明的示例性實施例提供用於集成、自激諧波振蕩器的頻率控 制的裝置，包括適於提供具有諧振頻率的第一信號的諧振器；適於響 應於多個參數中的至少一個參數如控制電壓提供第二信號的傳感器； 及連接到傳感器和可連接到諧振器的頻率控制器，頻率控制器適於響 應於第二信號修改連接到諧振器的電抗元件以修改諧振頻率。多個參 數是可變的且包括至少下述參數之一溫度、製造工藝、電壓、頻率、 和使用期(即已用時間)。
在示例性實施例中，頻率控制器還適於響應於第二信號修改連接 到諧振器的有效電抗或阻抗元件，如響應於第二信號修改諧振器的總 電容、將固定或可變電容連接到諧振器或與諧振器斷開連接、通過改 變變抗器或將其轉換到所選控制電壓而修改諧振器的有效電抗、或相 當地，響應於第二信號修改諧振器的電感或電阻，如通過將固定或可 變電感或電阻連接到諧振器或與諧振器斷開連接。在其它實施例中， 差分加權或大小的電抗如可變電容器(變抗器)可在其與諧振器之間 轉換、在其與多個不同的可選擇控制電壓之間轉換或二者同時存在。 例如，在所選實施例中，連接到諧振器的一個或多個可變電容器的電 抗可通過將一個或多個可變電容器轉換到多個控制電壓中的所選控 制電壓而進行變化，從而導致不同或差分加權的有效電抗連接到諧振 器。
例如，多個固定電容(具有不同的、二進位加權或差分加權的容 量)可連接到諧振器以提供離散級的頻率控制，連接到諧振器的變抗 器可被提供以多個控制電壓中的所選控制電壓，其響應於溫度而變 化，其可用於隨所述溫度波動而保持頻率不變，且其提供連續級的頻 率控制。此外，所述控制電壓中的任何電壓或響應於所選參數如溫度 變化，或相對於所述參數為常數。所使用的不同電抗的不同權重可以 多種形式體現，如二進位加權、線性加權、或使用任何其它希望的方 案的加權，所有這些均被視為完全等同並在本發明的範圍內。
應注意，術語"固定的"及"可變的"按本領域公知的方式使用，
"固定的"理解為相對於所選參數配置通常沒有變化，"可變的"意 為配置通常隨所選參數變化。例如，固定電容器通常意為其電容不隨 所施加電壓變化，而可變的電容器(變抗器)將具有隨所施加電壓而 變的電容。然而，二者均可具有且通常將具有隨製造工藝而變的電容。 此外，例如，固定電容器可被形成為連接到不變電壓的變抗器。類似 地，組件可相互直接或間接連接，換言之，運行上連接或經信號傳輸 連接。例如， 一個組件可經第三組件連接到第二組件，如通過轉換布 置、除法器、乘法器等。本領域技術人員將認識這些不同的情形和環 境，如圖所示及如下所述，以及當使用這樣的術語時的含義。
在示例性實施例中，頻率控制器還可包括適於保存第一多個系 數的係數寄存器；及具有多個連接到係數寄存器並可連接到諧振器的 可轉換電容性模塊的第一陣列，每一可轉換電容性模塊具有固定電容 和可變電容，每一可轉換電容性模塊響應於第一多個係數中的對應系 數以在固定電容和可變電容之間轉換並將每一可變電容轉換到控制 電壓。多個可轉換電容性模塊可被二進位加權。頻率控制器還可包括 具有連接到係數寄存器的多個可轉換電阻模塊且還具有電容性模塊 的第二陣列，電容性模塊和多個可轉換電阻模塊還連接到結點以提供 控制電壓，每一可轉換電阻模塊響應於係數寄存器中保存的第二多個 係數中的對應係數以將可轉換電阻模塊轉換到控制電壓結點。在所選 實施例中，傳感器還包括響應於溫度的電流源，其中電流源通過電流 反射鏡連接到第二陣列以產生跨多個可轉換電阻模塊中的至少一可 轉換電阻模塊的控制電壓。同樣，在所選實施例中，電流源具有至少
下述之一相反於絕對溫度(CTAT)結構、正比於絕對溫度(PTAT) 結構、正比於絕對溫度的平方(PTAT2)結構、或這些結構的組合。 此外，多個可轉換電阻模塊中的每一可轉換電阻模塊對所選電流具有 不同的溫度響應。
在其它示例性實施例中，傳感器是參數(溫度、工藝、電壓、使 用期等)傳感器並響應於所選參數的變化改變第二信號，例如，傳感 器可以是溫度或電壓傳感器並響應於溫度或電壓變化改變第二信號。 所選實施例還可包括連接到傳感器的模數轉換器以響應於第二信號 提供數字輸出信號，以及將數字輸出信號轉換為第一多個係數的控制 邏輯塊。
在其它示例性實施例中，頻率控制器還包括工藝變化補償器，其 可連接到諧振器並適於響應於多個參數中的製造工藝參數修改諧振 頻率。工藝變化補償器還可包括適於保存多個係數的係數寄存器；及 具有多個連接到係數寄存器和諧振器的二進位加權、可轉換電容性模 塊的陣列，每一可轉換電容性模塊具有第一固定電容和第二固定電 容，每一可轉換電容性模塊響應於多個係數中的對應係數以在第一固 定電容和第二固定電容之間轉換。在其它示例性實施例中，工藝變化 補償器還可包括適於保存多個係數的係數寄存器；；及具有多個連接 到係數寄存器和諧振器的可轉換可變電容性模塊的陣列，每一可轉換 可變電容性模塊響應於多個係數中的對應係數以在第一電壓和第二 電壓之間轉換，如轉換到所選控制電壓。
在其它示例性實施例中，頻率控制器還包括適於保存第一多個系 數的係數寄存器；及具有多個連接到係數寄存器及諧振器的可轉換、 電容性模塊的第一陣列，每一可轉換電容性模塊具有可變電容，每一 可轉換電容性模塊響應於第一多個係數中的對應係數以將可變電容 轉換到多個控制電壓中的所選控制電壓。在其它示例性實施例中，工 藝變化補償器還可包括適於保存至少一係數的係數寄存器;及連接到 係數寄存器和諧振器的至少一可轉換可變電容性模塊，其響應於至少 一係數轉換到所選控制電壓。傳感器可包括響應於溫度的電流源，頻 率控制器還可包括具有多個通過電流反射鏡連接到電流源的電阻模 塊的第二陣列，多個電阻模塊適於其它多個控制電壓，且其中多個電 阻模塊中的每一電阻模塊對溫度具有不同的響應且適於響應於電流 源的電流提供多個控制電壓中的對應控制電壓。
在其它示例性實施例中，用於諧振器的頻率控制的裝置並可適於 保存第一多個係數的係數寄存器；及具有多個連接到係數寄存器和諧 振器的可轉換電抗或阻抗模塊的第一陣列，每一可轉換電抗模塊響應
於第一多個係數中的對應係數以轉換對應的電抗從而修改諧振頻率。 對應的電抗或阻抗可以是固定或可變電感、固定或可變電容、固定或 可變電阻、或其任何組合。對應的電抗可被轉換到諧振器，或當連接 到諧振器時可轉換到控制電壓、電源電壓或接地電勢，控制電壓可由 電流源響應於溫度確定。例如，對應的電抗是可變的並連接到諧振器 和轉換到多個控制電壓中的所選控制電壓。在所選實施例中，第一多 個係數由傳感器響應於多個可變參數中的至少一參數進行計算或確 定，所述參數如溫度、製造工藝、電壓、頻率和使用期。
在其它示例性實施例中，用於集成、自激諧波振蕩器的頻率控制 的裝置包括適於產生多個控制電壓的多個電阻模塊；連接到諧波振 蕩器的多個受控電抗模塊；及連接到多個電阻模塊和多個受控電抗模 塊的多個開關，多個開關響應於控制信號將多個控制電壓的第一控制 電壓連接到多個受控電抗模塊中的第一受控電抗模塊以修改諧波振 蕩器的諧振頻率。
如上所述，所述裝置還可包括連接到多個電阻模塊的電流源，電 流源適於將隨參數而定的電流提供給多個電阻模塊中的至少一電阻 模塊以產生多個控制電壓中的至少一控制電壓，其隨參數而定。在其 它實施例中，電流源適於將實質上與參數無關的電流提供給多個電阻 模塊中的至少一電阻模塊以產生多個控制電壓中的至少一控制電壓， 其實質上與參數無關。根據示例性實施例，多個可轉換電阻模塊中的 每一可轉換電阻模塊對所選電流可具有不同的溫度響應。
因此，當參數是溫度時，多個控制電壓中的至少一控制電壓隨溫 度而定，且多個控制電壓中的至少一控制電壓實質上與溫度無關。
示例性的裝置還可包括連接到多個開關並適於保存第一多個系 數的係數寄存器，其中控制信號由第一多個係數中的至少一係數提 供。多個受控電抗模塊還可包括多個差分(如二進位)加權的固定電 容和可變電容，及其中多個開關響應於第一多個係數將固定電容連接 到諧波振蕩器及將多個控制電壓中的第一控制電壓連接到與諧波振 蕩器連接的可變電容。多個電阻模塊還可包括連接到係數寄存器的多
個可轉換電阻模塊和電容性模塊，電容性模塊和多個可轉換電阻模塊 還連接到結點以提供第一控制電壓，每一可轉換電阻模塊響應於係數 寄存器中保存的第二多個係數中的對應係數將可轉換電阻模塊轉換 到控制電壓結點。
在示例性實施例中，模數轉換器可被連接到多個可轉換電阻模塊 以響應於第一控制電壓提供數字輸出信號，從而例如將隨溫度而定的 電流(作為傳感器)轉換為數字格式；及將數字輸出信號轉換為第一 多個係數或控制信號的控制邏輯塊。
同樣，在示例性實施例中，多個受控電抗模塊還包括連接到系 數寄存器和諧波振蕩器的多個可轉換電容性模塊，每一可轉換電容性 模塊具有可變電容，每一可轉換電容性模塊響應於第一多個係數中的 對應係數將可變電容轉換到多個控制電壓中的所選控制電壓。根據實 施例，響應於多個可變參數中的參數的電流源通過電流反射鏡連接到 多個電阻模塊；其中多個電阻模塊中的每一電阻模塊對參數具有不同 的響應並適於響應於電流源的電流提供多個控制電壓中的對應控制 電壓。根據實施例，多個控制電壓中的至少一控制電壓實質上隨參數 而定，及多個控制電壓中的至少一控制電壓實質上與參數無關。
同樣，在示例性實施例中，多個受控電抗模塊還包括連接到系 數寄存器和諧波振蕩器的多個差分加權的可轉換電容性模塊，每一可 轉換電容性模塊具有第一固定電容和第二固定電容，每一可轉換電容 性模塊響應於多個係數中的對應係數在第一固定電容和第二固定電 容之間轉換。在其它實施例中，多個受控電抗模塊還包括連接到系 數寄存器和諧波振蕩器的多個可轉換可變電容性模塊，每一可轉換可 變電容性模塊響應於多個係數中的對應係數而在多個控制電壓中的 第一電壓和第二電壓之間轉換。在其它實施例中，多個受控電抗模塊 還包括連接到係數寄存器和諧波振蕩器的多個可轉換可變電容性模 塊，每一可變電容性模塊響應於多個係數中的對應係數而轉換到多個 控制電壓中的所選控制電壓，多個控制電壓包括多個不同大小的電 壓，且其中所選控制電壓隨溫度變化實質上為常數。
同樣，在示例性實施例中，所述裝置還可包括響應於控制信號 將相應的電阻轉換到諧波振蕩器從而修改諧振頻率的多個可轉換電 阻器。所述裝置可包括連接到多個受控電抗模塊並適於響應於電壓變 化提供所選控制電壓的分壓器。此外，使用期變化補償器可被連接到 諧振器並適於將多個參數中的所選參數的當前值與所選參數的初始 值進行比較並響應於所選參數的當前值和初始值之間的差修改諧振 頻率。
眾多其它示例性實施例在下面進行了詳細描述，且包括另外的用 於電壓變化和使用期(IC壽命)變化的調節器和補償器。
本發明還可包括連接到選頻器的模式選擇器，其中模式選擇器適 於提供多種運行模式，其可選自包括下述模式的組時鐘模式、定時 和頻率參考模式、能量保存模式、及受脈衝作用(或脈衝)模式。
對於參考模式，本發明還可包括連接到模式選擇器的同歩電路； 及連接到同步電路並適於提供第三信號的受控振蕩器；其中在定時和 參考模式中，模式選擇器還適於將輸出信號連接到同步電路以控制第 三信號的定時和頻率。所述同步電路可以是延遲鎖定環、鎖相環路、 或注入鎖定電路。
這些及另外的實施例將在下面更詳細地討論。本發明的眾多其它 優點和特徵從下面本發明及其實施例的詳細描述、權利要求以及附圖 可明顯看出。


本發明的目標、特徵和優點在參考下面結合構成說明書的一部分 的附圖和例子進行的描述基礎上將更容易地意識到，其中同一附圖標 記用於識別不同附圖中的相同或類似組件，其中
圖1為根據本發明的示例性系統實施例的框圖。
圖2為根據本發明的第一示例性裝置實施例的框圖。
圖3為根據本發明的第二示例性裝置實施例的框圖。
圖4為根據本發明的、圖示示例性頻率控制器、振蕩器和頻率校
準實施例的高級原理及框圖。
圖5A為由於注入振蕩器的具有特殊濾波器響應的電流諧波分量 導致的振蕩器電壓波形(頻率)畸變的示例性曲線圖。
圖5B為圖5A中所示的振蕩器電壓波形(頻率)隨溫度而變的示
例性曲線圖。
圖5C為振蕩器頻率隨維持放大器的跨導而變的示例性曲線圖。 圖6為根據本發明的第一示例性負跨導放大器、溫度響應電流發 生器(I(T))、及LC振蕩器實施例的電路圖。
圖7A為根據本發明的示例性溫度響應CTAT電流發生器的電路圖。
圖7B為根據本發明的示例性溫度響應PTAT電流發生器的電路圖。
圖7C為根據本發明的示例性溫度響應PTAf電流發生器的電路圖。
圖7D為根據本發明的具有所選CTAT、 PTAT和PTAT2結構的示例 性可選及可伸縮溫度響應電流發生器的電路圖。
圖8為根據本發明的第二示例性負跨導放大器、溫度響應電流發 生器(I (T))、及LC振蕩器實施例的電路框圖。
圖9為根據本發明的、頻率-溫度補償模塊中使用的示例性第一 受控(或可控)電容模塊的電路圖。
圖10為根據本發明的、頻率-溫度補償模塊中使用的示例性第一 電壓控制模塊的電路圖。
圖11為根據本發明的示例性第一工藝變化補償模塊的電路圖。
圖12為根據本發明的示例性第二工藝變化補償模塊的電路圖。
圖13為根據本發明的示例性頻率校準模塊的框圖。
圖14為根據本發明的示例性分頻器、方波發生器、異步選頻器 及假信號抑制模塊的框圖。
圖15為根據本發明的示例性低等待時間頻率轉換的圖解。
圖16為根據本發明的示例性分頻器的框圖。
圖17為根據本發明的示例性功率模式選擇模塊的框圖。
圖18為根據本發明的用於第二振蕩器的示例性同步模塊的框圖。
圖19為根據本發明的示例性方法的流程圖。
圖20為根據本發明的、補償模塊中使用的示例性受控阻抗模塊 的框圖和電路圖。
圖21為根據本發明的第一示例性頻率控制器和裝置的框圖。
圖22為根據本發明的、頻率-溫度補償模塊中使用的示例性第二 受控電容模塊的電路圖。
圖23為根據本發明的、在頻率-溫度補償模塊中使用的示例性第 二電壓控制模塊的電路圖。
圖24為根據本發明的響應於溫度變化的示例性頻率控制的圖表。
圖25為根據本發明的第二示例性頻率控制器和裝置的框圖。 圖26為根據本發明的、在參數補償模塊中使用的示例性第三受
控電容模塊和示例性第三電壓控制模塊的電路圖。
圖27為根據本發明的示例性電壓變化補償模塊的電路和框圖。 圖28為根據本發明的、在頻率和工藝補償模塊中使用的示例性
第四電壓控制模塊的電路圖。
圖29為根據本發明的示例性電阻控制模塊的電路圖。 圖30為根據本發明的示例性使用期變化補償器的框圖。 圖31為根據本發明可使用的第三示例性LC振蕩器的電路圖。 圖32為根據本發明可使用的第四示例性LC振蕩器的電路圖。 圖33為根據本發明可使用的第五示例性LC振蕩器的電路圖。 圖34為根據本發明可使用的第六示例性LC振蕩器的電路圖。 圖35為根據本發明可使用的第七示例性LC振蕩器的電路圖。 圖36為根據本發明可使用的第八示例性LC振蕩器的電路圖。 圖37為根據本發明可使用的第九示例性LC振蕩器的電路圖。 圖38為根據本發明的有源電感器實施例的框圖。 圖39為根據本發明的第二示例性系統實施例的框圖。 圖40為根據本發明的第三示例性系統實施例的框圖。
圖41為根據本發明的第三示例性分頻器實施例的框圖。 圖42為根據本發明的第四示例性分頻器實施例的框圖。 圖43為根據本發明的第四示例性系統實施例的框圖。 圖44為根據本發明的第五示例性系統實施例的框圖。 圖45為根據本發明的示例性第一分立裝置實施例的框圖。 圖46為根據本發明的示例性第二分立裝置實施例的框圖。 圖47為根據本發明的示例性第三分立裝置實施例的框圖。 圖48為根據本發明的示例性第四分立裝置實施例的框圖。
具體實施例方式
在本發明容許許多不同形式的實施例的同時，附圖中示出了其特 定實施例並在此詳細描述，應當理解，本說明書應被視為本發明原理 的例證，而不是將本發明限制為在此描述的特定實施例。
如上所述，本發明的不同實施例提供大量優點，包括將高度準確 (隨PVT和使用期)、低抖動、自激和自參考時鐘發生器和/或定時及 頻率參考與其它電路集成的能力，如圖1中所示。圖1為根據本發明 的示例性系統實施例150的框圖。如圖1中所示，系統150是單一集 成電路，本發明的時鐘發生器和/或定時/頻率參考100與其它或第二 電路180、連同接口 (I/F)(或輸入/輸出(I/O)電路)120單片地 集成在一起。接口 120通常將如從電源(未示出)、大地、及其它線 路或總線提供功率給時鐘發生器100，如用於校準和頻率選擇。如 圖所示， 一個或多個輸出時鐘信號在總線125上提供，其為多個頻率， 如第一頻率(/。)、第二頻率(/》，依此類推，直到第(n + l)頻率(/;)。 此外，(同樣在總線125上)提供能量保存模式(或低功率模式(LP))。 第二電路180 (或I/F120)也可提供時鐘發生器100的輸入，如通過 選擇信號(S。， Si，…，SJ及一個或多個校準信號(C。， d，…，Cn)。 或者，選擇信號(S。， Sb…，Sn)及一個或多個校準信號(C。， d，…，
Cn)可通過接口 120直接提供給時鐘發生器100，如在總線135上， 連同功率(在線路140上)和接地(在線路145上)。
除了低功率模式以外，時鐘發生器和/或定時/頻率參考100還具 有另外的在下面詳細討論的模式。例如，在時鐘模式中，裝置100將 提供一個或多個作為輸出信號的時鐘信號給第二電路180。第二電路 180可以是任何類型或種類的電路，如微處理器、數位訊號處理器 (DSP)、射頻電路、或任何其它可利用一個或多個輸出時鐘信號的電 路。同樣，例如，在定時或頻率參考模式中，來自裝置100的輸出信 號可以是參考信號，如用於第二振蕩器的同步的參考信號。因此，術 語時鐘發生器和/或定時/頻率參考在此將可互換地使用，應當理解， 時鐘發生器通常還將提供方波信號，其可以也可不隨定時/頻率參考 提供，其實質上可使用正弦信號作為代替。此外，如下所詳述的，本
發明的不同實施例還提供受脈衝作用的模式，其中來自時鐘發生器和 /或定時/頻率參考100的輸出信號猝發或間隔提供，從而例如增加指 令處理效率及降低功耗。
應注意，不同信號、電壓、隨參數而定的電流源等被稱為"實質 上"正弦或方波信號、實質上不變的控制電壓、或實質上隨參數而定 的電壓或電流。這將適應不同的波動、噪聲源及可導致所述信號、電 壓或電流的其它畸變以在實踐中與在課本中找到的更理想的描述區 別開。例如，如下所詳述的，示例性的"實質上"方波信號在圖15A 和15B中示出，其展現了多種畸變，如下衝、上衝、及其它變化，且 在實踐中仍然被視為非常高質量的方波。
本發明的幾個重要特徵在系統150中。首先，高度準確、低抖動、 自激及自參考時鐘發生器100與其它(第二)電路180單片地集成在 一起以形成單一集成電路(系統150)。這明顯區別於現有技術，在 現有技術中，參考振蕩器用於提供時鐘信號如晶體參考振蕩器，其不 能與其它電路集成在一起且在片外，作為第二及分開的裝置，其必須 通過電路板連接到任何另外的電路。例如，根據本發明，包括時鐘發 生器100的系統150可使用傳統CMOS (互補金屬氧化物半導體)、BJT
(雙極結電晶體)、BiCM0S (雙極及CM0S)、或在現代IC製造中使用
的其它製造技術與其它、第二電路一起製造。
其次，不需要單獨的參考振蕩器。而是，根據本發明，時鐘發生
器100自參考且自激，使得其不參考或鎖定另一信號，如在鎖相環路 (PLL)、延遲鎖定環(DLL)中或經注入鎖定同步到參考信號，這在 現有技術中非常普遍。而是，示例性實施例可用作產生頻率參考信號 的所述參考振蕩器，之後，例如， 一個或多個相位鎖定或延遲鎖定環 鎖定到所述頻率參考信號。
第三，時鐘發生器100提供多個輸出頻率及能量保存模式，使得 頻率可以低等待時間及無假信號方式進行轉換。例如，第二電路180 可改變為能量保存模式，如電池或較低頻率模式，並(通過選擇信號) 請求更低的時鐘頻率從而使功耗最小，或請求低功率時鐘信號以進入 睡眠模式。如下所詳述的，這樣的頻率轉換的等待時間實質上可以忽 略，因假信號防止引起的等待時間很低(正比於假信號防止級的數 量)，僅使用少量時鐘周期，而不是從PLL/DLL改變輸出頻率所需要 的成千上萬個時鐘周期。
另外的實施例也產生多個頻率參考信號，無論是正弦還是方波信 號，如用作一個或多個時鐘信號或參考頻率源。在示例性實施例中， 本發明的時鐘/頻率參考連接到一個或多個鎖相環(PLL)或延遲鎖定 環(DLL)，以提供所選頻率的相應多個輸出參考信號。這些示例性實 施例通常可通過控制信號或所保存的係數編程，如為相應的頻率選擇 調節PLL或DLL的分頻比。
此外，給出下述時鐘發生器和/或定時/頻率參考100的很高的可 用輸出頻率，則可得到新的運行模式。例如，時鐘啟動時間實際上或 實質上可以忽略，使得時鐘發生器和/或定時/頻率參考100將被重複 啟動和停止，如為了能量保存完全關掉或斷續打開。例如，不是隨時 鍾連續運行，而是時鐘發生器和/或定時/頻率參考100可以相當短 的、不連續間隔或猝發(即受脈衝作用)、定期或非定期運行，以用 於第二電路180如處理器的指令處理。如下所詳述的，由於快速啟動
時間，所述受脈衝作用的運行節約功率，因為每毫瓦(mW)功耗處理
的指令更多(每秒百萬指令或MIPS)。此外，除了其它使用以外，所
述受脈衝作用的模式還可用於定期同步第二時鐘或振蕩器。因此，時
鍾發生器和/或定時/頻率參考100 (及下述的其它實施例)具有多種
運行模式，包括時鐘模式、定時和/或頻率參考模式、能量保存模式、 及受脈衝作用模式。
第四，如下所詳述的，時鐘發生器和/或定時/頻率參考100包括 隨製造工藝、電壓、溫度(PVT)及使用期變化而保持高度準確的頻 率產生的特徵。這些特徵包括頻率調諧和選擇、及對由於溫度和/或 電壓波動、製造工藝變化及IC老化導致的頻率變化的補償。
第五，時鐘發生器和/或定時/頻率參考ioo產生很大及相當高的 頻率，如幾百MHz和GHz範圍，之後，其被分為多個更低的頻率。每 一所述除N (有理數、整數比)導致有效降噪，相位噪聲降低N及相 位噪聲功率降低N2。因此，本發明的時鐘發生器較直接或通過頻率倍 增產生其輸出的其它振蕩器導致低得多的相對期抖動。
這些特徵在圖2中詳細示出，其是第一示例性裝置實施例200的 框圖，包括根據本發明的頻率控制器215。如圖2中所示，裝置200 是時鐘發生器和/或定時/頻率參考，提供一個或多個輸出信號，如具 有使用選頻器205選擇的多個頻率中的任何頻率的時鐘或參考信號。 裝置(或時鐘發生器)200包括振蕩器210 (具有諧振元件)、頻率控 制器215、分頻器220、模式選擇器225、及上面提及的選頻器205。 根據本發明，振蕩器210產生具有相當高頻率/。的信號。由於上面提 及的PVT或使用期變化，頻率控制器215用於頻率選擇或調諧振蕩器 210，使得振蕩頻率A可從多個可能振蕩頻率選擇，即頻率控制器215 提供具有隨PVT和使用期變化仍保持準確的頻率的輸出信號。
例如，給定這些PVT變化，振蕩器如振蕩器210的輸出頻率可變 化正負5%。對於一些應用，如使用環形振蕩器的應用，這樣的頻率 可變性是可接受的。然而，根據本發明，需要更高準確度的時鐘發生 器200，特別是對於更靈敏或更複雜的應用，如為集成的微處理器、
微控制器、數位訊號處理器、通信控制器等提供時鐘信號。因此，頻 率控制器215用於根據這些PVT變化進行調節，使得振蕩器的輸出頻
率是所選或所希望的頻率/。，其具有數量小几級的變化如士 0.25%
或更小，並具有相當低的抖動。
根據本發明，頻率控制器215的不同示例性實施例在下面詳細說 明。例如，參考圖21，其是根據本發明的示例性頻率控制器1415和 裝置1400的框圖，振蕩器(諧振器310及維持放大器305)提供具 有諧振頻率/。的第一輸出信號。示例性頻率控制器1415連接到振蕩 器並響應於第二信號如一個或多個傳感器1440提供的第二信號修改 諧振頻率《。示例性的頻率控制器1415包括一個或多個下述組件 跨導調節器1420、可變參數調節器(或控制器)1425 (如一個或多 個下述的受控電容或受控電抗模塊)、工藝(或其它參數)調節器(或 補償器)1430、電壓補償器1455、係數寄存器1435、及可能的使用 期變化補償器1460。根據所選實施例，頻率控制器1415還可包括一 個或多個傳感器1440、模數(A/D)轉換器(ADC) 1445、及控制邏 輯塊1450。例如，根據本發明，圖4中所示的隨溫度而定的電流源I (T)(或更一般地，yl(x))發生器415有效地用作溫度傳感器，提 供隨環境溫度或結溫而變的相應輸出電流。這樣的隨溫度而定的輸出 電流可由A/D轉換器(ADC) 1445轉換為數位訊號，並用於提供頻率 控制器1415的不同調節器或補償器1420、 1425、 1430、 1455和1460 使用的相應係數(保存在寄存器1435中)，以根據不同的參數如可變 運行溫度或可變製造工藝控制諧振(或輸出)頻率A。在其它所說明 的實施例中，所述隨溫度而定的輸出電流(作為第二信號，不插入 A/D轉換)直接提供給不同的調節器，如跨導調節器1420和可變參 數調節器(或控制器)1425。這些調節器繼而例如通過修改流過諧振 器310和維持放大器305的電流或修改連接到諧振器310並有效形成 為諧振器310的一部分的有效電抗或阻抗(如電容、電感或電阻)而 修改諧振頻率/。。例如，有效電抗(或阻抗)可通過將固定或可變電 容連接到諧振器310或與其斷開連接而進行修改，或通過修改連接到諧振器的一個或多個電抗的大小而進行修改，如通過修改控制電壓或 其它連續控制參數。
在下述的不同實施例中，跨導調節器1420和可變參數調節器(或
控制器)1425通常均得以實施以使用溫度參數，使得隨運行溫度的
變化提供實質上穩定的諧振頻率本領域技術人員將理解的是，這 些調節器可被實施以提供隨其它可變參數而變或響應於其它可變參 數實質上穩定的諧振頻率A，所述可變參數如由於製造工藝引起的變 化、電壓變化、老化、及其它頻率變化。
現在再次參考圖2，為提高性能和減少抖動(噪聲)及其它幹擾， 不是如通常使用PLL和DLL所進行的那樣產生低頻輸出並將其倍增到 更高的頻率，本發明產生相當高的頻率輸出6，其之後使用分頻器 220分為一個或多個更低的頻率(/;…/ )。之後，具有來自分頻 器220的多個頻率中的一個或多個頻率的時鐘信號使用選頻器205進 行選擇。如上所述，所述頻率選擇無假信號並具有低等待時間，從而 提供相當快且無假信號的頻率轉換。此外，使用模式選擇器225提供 多種運行模式。
圖3為根據本發明的第二示例性裝置實施例的更詳細的框圖，即 時鐘發生器和/或定時/頻率參考300。參考圖3，時鐘發生器和/或定 時/頻率參考300包括諧振器310和維持放大器305 (構成振蕩器 395)、溫度補償器(或調節器)315、工藝變化補償器(或調節器) 320、頻率校準模塊325、電壓變化補償器(或調節器)380、使用期 (時間)變化補償器(或調節器)365、 一個或多個係數寄存器340， 及根據所選實施例，還可包括傳感器385、模數轉換器(ADC) 390、 分頻器和方波發生器330、電壓隔離器355、諧振頻率選擇器360、 輸出頻率選擇器335、模式選擇器345、及低等待時間啟動模塊399。 維持放大器305、溫度補償器315、工藝變化補償器320、電壓隔離 器355、電壓變化補償器380、使用期變化補償器365、諧振頻率選 擇器360、及頻率校準模塊325通常包括在頻率控制器內，如頻率控 制器349 (或215或1415)。或者，維持放大器305和諧振器310可
被視為包括振蕩器395，具有一個或多個包括在頻率控制器349 (或 215或1415)內的不同控制器元件(如溫度補償器315、工藝變化補 償器320、電壓隔離器355、電壓變化補償器380、使用期變化補償 器365、諧振頻率選擇器360、傳感器385、 ADC390、及頻率校準模 塊325)。還應注意，(330的)方波發生器在定時或頻率參考實施例 中不需要。
諧振器310可以是保存能量的任何類型的諧振器，如連接的電感 器(L)和電容器(C)以形成LC儲能電路，其中LC儲能電路具有多 種LC儲能電路配置中的所選配置，或在電學上或機電上等價於或通 常在本領域表示為連接到電容器的電感器。這樣的LC諧振器在圖4 中圖示為諧振器405。除了 LC諧振器之外，其它諧振器均被視為等 效且在本發明範圍內；例如，諧振器310可以是陶瓷諧振器、機械諧 振器(如XTAL)、微機電(MEMS)諧振器、或薄膜體聲波諧振器。在 其它例子中，不同的諧振器可由電或機電模擬表示為LC諧振器，且 也在本發明範圍內。在示例性實施例中，LC儲能電路己被用作諧振 器，以為完全集成的解決方案提供高Q值。
維持放大器305為諧振器310提供啟動及維持放大。溫度補償器 315對諧振器310提供頻率控制，以基於由於溫度引起的變化調節振 蕩頻率。在所選實施例中，根據所希望或要求的控制程度，溫度補償 器315可包括對電流和頻率的控制，如下對所選實施例的描述。例如， 溫度補償器315可包括圖21的跨導調節器1420和可被參數調節器 1425之一或同時包括二者，調節器1420和1425均響應於溫度波動。 類似地，工藝變化補償器320對諧振器310提供頻率控制，以基於半 導體製造技術中固有的工藝變化調節振蕩頻率，所述工藝變化包括給 定鑄造廠內的工藝變化(如批或運行變化、給定晶片內的變化、及同 一晶片內管芯與管芯之間的變化)及不同鑄造廠及鑄造廠工藝之間的 工藝變化(如130nm和90nm工藝)。電壓變化補償器380可用於隨電 源電壓變化及其它電壓變化保持穩定的輸出頻率。使用期變化補償器 365可用於隨IC使用期的增長保持穩定的輸出頻率，其中隨著時間
的消逝電路元件中具有相應的^化。頻率校準模塊325用於從諧振器 310中出現的多個振蕩頻率調整和選擇所需輸出頻率/。，即從多個可
用或可能頻率選擇輸出頻率/。。在所選實施例中，係數寄存器340用
於保存不同示例性補償器和校準實施例中使用的係數值，其將在下面 更詳細地描述。
如上所述，在所選實施例中，頻率控制器349還可包括一個或多 個傳感器385和模數轉換器(ADC) 380。此外，頻率控制器的許多其 它補償器和調節器包括用作傳感器的組件，如隨溫度而定的電流源及 其它電壓變化檢測器。除了用於產生對不同轉換元件提供控制的多個 所保存係數以外，即將受控電抗模塊(下述)轉換到諧振器310 (作 為不連續形式的控制)及改變連接的或轉換的電抗提供給諧振器310 (連續形式的控制)的有效電抗量，不同的傳感器、補償器和調節器 還可用於對諧振器310的諧振頻率提供其它形式的連續控制。如下所 述，來自傳感器、電流發生器、控制電壓等的不同連續輸出用作本發 明範圍內的控制信號。例如，不同的控制電壓，其隨所選參數(如溫 度)變化或相對於所選參數保持不變，用作用於修改使用可變電抗器 實現的受控電容模塊的相應大小的控制信號。
除了溫度和工藝補償以外，電壓隔離器355提供與電壓變化的隔 離，如來自電源的電壓變化，並可單獨實施或作為其它組件的一部分 實施，如作為溫度補償器315的一部分。除了因這些PVT和使用期變 化進行的頻率調節之外，諧振頻率還可通過諧振頻率選擇器360單獨 選擇，從而從可用頻率範圍獲得所選頻率。
對於時鐘信號發生，時鐘發生器300使用(模塊330中的)分頻 器將輸出振蕩頻率/。轉換為多個更低的頻率(A…/J並使用方波 發生器(也在模塊330中)將實質上正弦的振蕩信號轉換為實質上方 波信號以用於時鐘應用。之後，選頻器335選擇具有多個頻率的可用 輸出信號中的一個或多個，及模式選擇器345還可提供運行模式選 擇，如提供低功率模式、受脈衝作用模式、參考模式等。使用這些組 件，時鐘發生器300提供多個高度準確(隨PVT)、低抖動、及穩定
的輸出頻率A《…《，其具有因所述PVT變化引起的最小可以忽 略的頻移，從而對如上所述的靈敏或複雜應用提供足夠的準確度和穩 定性。
圖4為根據本發明的示例性頻率控制器、振蕩器和頻率校準實施 例的高級原理及框圖。如圖4中所示，諧振器被體現為諧振LC儲能
電路405，且頻率控制器被體現為幾個元件，負跨導放大器410 (用 於實現維持放大器)、溫度響應(或隨溫度而定)電流發生器I(T)(或 更一般地，yl(x)，響應於任何所述參數x) 415，溫度響應(或隨溫 度而定)頻率(A(T))補償模塊420、工藝變化補償模塊425，且還可 包括頻率校準模塊430。不同的溫度響應或隨溫度而定的模塊415和 420對溫度波動敏感或響應於溫度波動，並提供相應的調節，使得諧 振頻率隨PCT和使用期變化保持穩定和準確。
具有維持放大器的諧振LC儲能電路405可被等同地描述為諧波 振蕩器或諧波核，且所有這樣的變化均在本發明範圍內。應注意，在 諧振LC儲能電路405是電感器435與電容器440並聯的同時，其它 電路布局也是眾所周知的並等價於所述結構，如電感與電容串聯。另 一這樣的等效布局如圖8中所示。此外，如上所述，其它類型的諧振 器也可使用並視為等價於在此所述的示例性諧振LC儲能電路。此外， 如下所詳述的，另外的電容和/或電感，無論固定還是可變(及更一 般地指阻抗或電抗(或電抗元件))，均分布在不同的模塊中並有效地 構成諧振LC儲能電路405的一部分，且用作本發明的頻率控制器的 一部分。此外，相應的電阻(不同阻抗的電阻元件)R,445和Rc;450 被分開示出，但應當理解為分別是電感器435和電容器440的本質， 其作為製造的一部分出現，而不是相應電感器435和電容器440之外 的另外或單獨的組件。相反，所述另外或本質(寄生)的電阻也能作 為對PVT變化的補償的一部分包括，如下參考圖29所述。
諧振LC儲能電路或振蕩器405的電感器435和電容器440的大 小正好或大約提供所選振蕩頻率A或A附近的振蕩頻率範圍。此外， 電感器435和電容器440的大小具有或滿足IC布圖面積要求，越高
的頻率要求越少的面積。本領域技術人員將認識到，/。a乂 ^， 但僅作為一階近似，因為如下所述，其它因素如阻抗K和Rc:、任何 另外的電阻器、連同溫度和工藝變化及其它畸變一起影響《，並可包
括在二階和三階近似中。例如，電感器435和電容器440的大小可產 生在l-5GHz範圍內的諧振頻率；在其它實施例中，可能需要更高或 更低的頻率，所有這樣的頻率均在本發明範圍內。此外，電感器435 和電容器440可使用任何半導體或其它電路工藝技術製造，並可與 CMOS兼容、與雙極結型電晶體兼容，同時在其它實施例中，電感器 435和電容器440可使用絕緣矽片(SOI)、金屬-絕緣體-金屬(MiM)、 多晶矽-絕緣體-多晶矽(PiP)、 GaAs、應變矽、半導體異質結技術或 基於MEMS (微機電)的技術製造，同樣是作為例子而非限制。應當 理解，所有這樣的實施例均在本發明範圍內。此外，除了諧振LC儲 能電路405之外或代替其，其它諧振器和/或振蕩器實施例也可使用 且也在本發明範圍內。如在此使用的，"LC儲能電路"將意味著可提 供振蕩的任何及所有電感器和電容器電路布圖、結構或布局。應注意， 將使用傳統工藝如CMOS技術製造的振蕩器405的能力使時鐘發生器 能與其它電路如第二電路180集成且單片地製造，並提供本發明的獨 特優點。
此外，圖4中所示的電容440僅是諧振LC儲能電路405的諧振 和頻率確定所涉及的全部電容的一部分，且為固定電容。在所選實施 例中，該固定電容可代表振蕩器中最終使用的總電容的大約10%-90 %。或者，如果需要，電容440也可實施為可變電容。如下所詳述的， 全部電容均被分配，使得另外的固定及可變電容有選擇地包括在時鐘 發生器和/或定時/頻率參考300內，並例如由頻率控制器(215、1415) 的組件提供，所述組件如溫度-響應頻率(/。 (T))補償模塊420及工藝 變化補償模塊425，以選擇諧振頻率A及使諧振頻率/。能實質上獨立 於溫度及工藝變化。
在所選實施例中，電感435已被固定，但也可以可變的方式實施， 或實施為固定及可變電感的結合。因此，本領域技術人員將認識到，
對於頻率調諧及溫度和工藝獨立，固定及可變電容的詳細討論類似地 適合電感選擇。例如，不同的電感可在振蕩器中或之外轉換以類似地 提供調諧。此外，單一電感器的電感也可被調節。由此，所有這樣的 電感和電容變化均在本發明範圍內，且被圖示為圖20的示例性受控
阻抗模塊1305及圖25-27的受控電抗模塊1805的可轉換、可變和/ 或固定電抗元件或組件。
同樣如圖4中所示，諧振LC儲能電路405及在結點或線路470 和475處的、稱為第一 (輸出)信號的所得輸出信號是差分信號並提 供共模抑制。其它構造包括非差分或其它單端構造也在本發明範圍 內。例如，在單端構造中，只有一個不同模塊(如485、 460)的例 示應被需要，而不是如圖所示使用兩個實現平衡結構。類似地，下述 的其它組件和特徵如分頻器也應具有單端而不是差分結構。除了圖6 和8中所示的差分LC振蕩器之外，另外的示例性LC振蕩器，包括差 分和單端LC振蕩器，將在下面參考圖31-37進行描述。此外，所示 的不同實施例使用不同形式(如CM0S、積累型M0SFET(AM0S)、反型 M0SFET(:tM0S)等)的M0SFET電晶體(金屬氧化物半導體場效應晶體 管)；但其它實施也可以，如使用雙極結型電晶體(BJT)、 BiCM0S等。 所有這樣的實施例均視為等效並在本發明範圍內。
選擇負跨導放大器410以通過跨導(&)調節及其電阻器的導通電 阻提供溫度補償。跨導(&)調節也可在頻率選擇時獨立使用。本發明 的另一重要優點是負跨導放大器410的選擇以提供啟動和維持放大， 因為振蕩振幅及頻率受維持放大器的跨導影響，從而除提供溫度補償 之外還提供振幅調節和頻率修整(或調諧)。負跨導放大器410響應 於跨諧振LC儲能電路405 (如圖所示，跨結點470和475)的電壓v 將電流注入諧振LC儲能電路405 (及特別注入在電容器440上)。該 電流注入繼而將改變(和使失真)電壓波形(因為電壓是電流的積分)， 從而導致頻率改變或變化，其通常反比於跨導&的大小，如圖5A中 所示。應注意，該跨導是負值，因為提供了增益以消除諧振元件的損 耗本質。因此，無論在此何時使用"跨導放大器"，應當理解其意為 且僅是"負跨導放大器"的簡化。跨導也隨偏流而變，實質上(大約)
正比於通過放大器410的電流(yl(x))的平方根(對於MOSFET)，及 實質上(大約)正比於通過放大器的電流(yl(x))(對於BJT)，其隨 溫度而定，從而導致隨溫度和偏流而定的波形失真，如圖5B中所示。 此外，如圖5C中所示，振蕩頻率也與維持負跨導放大器410的跨導 有關並隨其而變，從而提供振蕩頻率選擇。此外，除了溫度相關(為 I(T))之外，電流也可隨其它參數或變量而變(因此更一般地稱為電 流I(x))，所述參數或變量如電壓或外部調諧，電流也可被放大如通 過因子y(如下所述)；因此電流被稱為yl(x)。
如上所述，更一般地，所述可變電流yl(x)可用作傳感器或傳感 器的一部分，如圖21的一個或多個傳感器1440或跨導調節器1420 或圖25的傳感器1815。例如，當所述可變電流由1(T)發生器415提 供時，使得所提供的電流隨溫度而變(參數或變量F溫度參數T)， 從而I(T)發生器415用作溫度傳感器，並可同樣地用在示例性實施 例中，如由頻率控制器(215、 349、 1415)用於響應於溫度波動調節 諧振頻率/。。例如，圖21的跨導調節器1420可包括這樣的溫度(或 其它參數)響應電流源415 (其也用作傳感器1440)，從而向維持放 大器305提供電流。
本發明的重大發明突破包括有利地使用這些可能失真，在產生振 蕩器的所選/。值時進行頻率補償及通過維持放大器的跨導的調節進 行頻率調節。因此，如下所詳述的，首先，跨導可為頻率選擇進行修 改或改變，其次，可對由於溫度、電壓、製造工藝或老化引起的頻率 變化進行補償，其通過通常實時或幾乎實時地修改電流yl(x)進行。 根據本發明，所選頻率/。及其相對於溫度變化的穩定性可通過適當地 選擇跨導A和選擇I(T)確定。換言之，根據本發明，偏流被使得與 溫度相關，其為I(T)(或更一般地，為yl(x))，其繼而影響跨導&， 繼而影響振蕩頻率/。。該方法也可用於其它變量，如電壓波動、工藝 變化、或老化變化。
圖6是根據本發明的示例性負跨導放大器(410)、溫度-響應電
流發生器(I(T)415)、及LC儲能電路諧振器(405)實施例的電路圖。 如圖6中所示，諧振LC儲能電路500連接到實施為互補交叉連接對 放大器的負跨導放大器505 (包括電晶體M1、 M2、 M3和M4)，其繼而 通過電壓隔離器510 (實施為電流反射鏡(電晶體525A和525B)並 在此可互換)連接到溫度-響應電流發生器(I(x))515。電流反射鏡 510 (電壓隔離器)也可實施成共基共射布局(520A和520B)，從而 隨電源變化提供提高的穩定性並使振蕩器與電源隔離(電壓隔離)。 溫度-響應電流發生器515可使用技術如分別如圖7A、 7B和7C所示 的CTAT(相反於絕對溫度)、PTAT(正比於絕對溫度)或PTAf (正比於 絕對溫度的平方)及如圖7D所示的CTAT、 PTAT和PTAf的結合進行 實施。在每一情形中，注入負跨導放大器(互補交叉連接對放大器) 505的電流I(T)(或yl(x))與溫度相關，如圖所示，隨溫度增加而 增加電流(PTAT和PTAf)或降低電流(CTAT)。這些溫度-響應電流 發生器的一個或多個組合也可實施為如圖7D中所示，如CTAT與PTAT 並聯。
特定溫度-響應或隨溫度而定的電流發生器的選擇也隨使用的制 造工藝而變；例如，CTAT可用於臺灣半導體(TSMC)製造工藝。更 一般地，由於不同的製造者使用不同的材料，如鋁或銅，K通常變化， 這導致不同的溫度係數，其繼而改變振蕩器的溫度係數，從而需要 I(T)補償差別。相應地，可能需要不同比例的CTAT、 PTAT和PTAT2 以提供隨溫度而變的有效平坦頻率響應。沒有單獨示出，圖7A、 7B、 7C和7D中所示的不同溫度-響應電流發生器可包括啟動電路。此外， 對於所示的示例性布局，包括所選溫度-響應電流發生器結構的晶體 管可被不同地加偏壓，如對於CTAT (M7和M8)和PTAT2 (M13和M14) 加強反型偏壓，對於PTAT (M9和M10和PTAT2 (Mil和M12)按亞閾 值加偏壓。
圖8是根據本發明的另外的示例性負跨導放大器、溫度-響應(或 隨溫度而定)電流發生器(I(T或I(x))、及LC儲能電路振蕩器實施 例的電路和框圖。如圖8中所示，諧振LC儲能電路550具有不同於
先前所示的布局，但也連接到實施為互補交叉連接對放大器的負跨導
放大器505 (電晶體M1、 M2、 M3和M4)，其繼而通過多個電流反射鏡 510 (或520)及530連接到溫度-響應(或隨溫度而定)電流發生器 (I(T或100)515。如圖所示，多個電流反射鏡用於接連提供增益並 增加進入負跨導放大器505和諧振LC儲能電路550的電流I (T)。通 常，提供進入結點B的電流且其驅動負跨導放大器的電流反射鏡(如 圖6中的電晶體M6)中的末尾器件被選擇為PMOS器件，因而可能需 要幾級反射(如圖所示)以將PMOS電流反射鏡輸入提供給&放大器。 通常選擇PMOS，因為在現代CMOS工藝中，PMOS器件通常為埋溝器件， 眾所周知，其相較一樣大小且類似偏壓的NMOS器件展現更小的閃變 噪聲。在末尾器件中閃變噪聲的降低導致振蕩器的相位噪聲和抖動的 降低，因為閃變噪聲由電路中的非線性有效器件在振蕩頻率附近增頻 變換。
如上所述，電流反射鏡510或520 (或其它電路)獲得進入負跨 導放大器505的電流的部分應在其輸出具有高阻抗以減少電源頻移， 如通過使用長電晶體幾何結構及共基共射結構增加輸出電阻，並在結 點B提供很好的穩定性。此外，分路電容器570也可被採用以濾波從 而降低來自不同末尾器件的閃變噪聲。
根據所選應用，具有其I (T)(或yl (x))偏壓的負跨導放大器505 的使用可提供足夠的頻率穩定性，使得另外的頻率控制器組件在該應 用中不必須或不需要。然而，在其它實施例中，可使用下面詳述的一 個或多個組件提供另外的準確度和更少的頻移。
除了提供隨溫度而定的電流yl(x)(或I(T))之外，不同的晶體 管M1、 M2、 M3和M4中的每一個在傳導期間均具有相關聯的電阻，其 也趨於在振蕩期間導致頻率失真和頻移。在每半周中，或M1和M4或 M2和M3接通和導電。所述電阻也隨溫度而定。因此，電晶體M1、 M2、 M3和M4大小(寬度和長度)應被調節以對所述頻率效應進行補償。 應注意，注入諧振LC儲能電路405的電流必須足以維持振蕩(如圖 5C中所示)，因而將具有最小值，其可限制容易通過負跨導放大器410
(或505)及隨溫度而定的電流發生器415 (或515)實施的頻率控 制的程度或能力。因此，I(T)和電晶體(Ml、 M2、 M3和M4)大小應 被共同選擇以進行振蕩啟動、適應功耗束縛條件的最大電流、及裝配 到所選IC區域和布局。例如，可選擇跨導&以大約提供足夠的電流 從而確保啟動和維持振蕩，其具有隨溫度增加頻率降低的頻率特徵， 之後將電晶體Ml、 M2、 M3和M4的大小調整到足夠大以使頻率獨立於 溫度或隨溫度增加而增加，之後用適當的I(T)選擇微調頻率-溫度關 系。在所選模型的實施例中，這已導致隨PVT變化頻率準確度大約士 0.25%_0.5 %，對於許多應用這已遠超出所需的準確度。
再次參考圖4，另外的補償模塊也用作頻率控制器(215， 349， 1415)的一部分以對諧振頻率《提供更大的控制和準確度，如用於需 要更大準確度和更小變度(或頻移)的應用，或其中技術不允許先前 的技術隨PVT或使用期變化提供足夠的準確度的應用，使得提供大約 ± 0.25 %或更好的頻率準確度。在這些情況下，可使用隨溫度而定 的(或溫度-響應)頻率(/。(T))補償模塊420，如示例性的溫度-響 應頻率(/。(T))補償模塊420。例如，該模塊可使用受控(或可控) 電容模塊485實現，每一電容模塊連接到諧振LC儲能電路405的相 應側或幹線(線路470和475)，每一電容模塊均在第一多個(w)轉 換係數(A…(寄存器495)提供的集中控制之下，及電壓控 制器提供由第二多個(x)轉換係數(Q。…(寄存器455)確定 的控制電壓，如圖9和10中所示的典型實例。(術語"受控"及"可 控"在此可互換地使用)。另外的示例性實施例在圖20中示出，其圖 示了頻率-溫度補償模塊中使用的示例性受控阻抗模塊1300，如代替 模塊420中的受控(或可控)電容模塊485或作為除其之外的模塊； 在圖22中，其示出了受控電容模塊485的另一變化，因為受控電容 模塊1500具有多個隨溫度而定的或隨其它參數而定的控制電壓(按 圖23或26中所示產生)；在圖25中，其示出了多個受控電抗模塊 1805，這些模塊響應於來自控制邏輯1810和傳感器1815的控制信號 接通或斷開(連接到諧振器或與其斷開連接)，所述控制信號包括來自振蕩器的反饋；在圖26中，示出了多個受控電抗模塊1805，這些 模塊響應於控制信號(連續)或係數(離散)接通或斷開和/或轉換 到控制電壓；及在圖27中，示出了多個受控電抗模塊1805，這些模 塊響應於控制信號進行轉換，從而用於電壓變化補償。有幾種不同類 型的可用轉換，如將電抗或阻抗連接到諧振器或與其斷開連接、或將 連接的電抗或阻抗轉換到所選控制電壓或其它控制信號。
圖9為根據本發明的示例性第一可控電容模塊635的電路圖，其 可用作頻率-溫度補償模塊420中的受控(或可控)電容模塊485 (及 連到諧振LC儲能電路405的每一側(結點或線路470和475))。如 圖所示，受控(或可控)電容模塊635包括一組多個(w) 二進位加 權的固定電容器(G) 620及二進位或其它差分加權的可變電容器(可 變電抗器)(G) 615的可轉換電容模塊640。任何類型的固定電容器 620和可變電容器(可變電抗器)615均可使用；在所選實施例中， 可變電抗器615為AMOS (積累型MOSFET)、頂OS (反型MOSFET)、和 /或結型/二極體可變電抗器。每一可轉換電容模塊640具有一樣的電 路布局，及每一電容模塊由二進位加權的電容區別開，可變電容模塊 640。具有l個單位的電容，可變電容模塊640i具有2個單位的電容， 依此類推，可變電容模塊640(『,)具有2"—"單位的電容，每一單位代表 特定電容大小或值(通常為毫微法拉(fF)或皮法拉(pF))。如上所 述，其它差分加權方案也可等同地應用，如線性或二進位，且也可包 括通過將電抗轉換到所選控制電壓而提供所述差分加權，從而增加或 降低其有效電抗。
在每一可轉換模塊640內，每一固定和可變電容初始相等，可變 電容被允許響應於在結點625提供的控制電壓變化。該控制電壓繼而 隨溫度或另一所選可變參數變化，從而導致受控電容模塊635提供的 所有或全部電容也隨溫度(或其它參數)而變，這繼而用於改變諧振 頻率/。。在其它所選實施例中，多個控制電壓中的任何控制電壓均可 使用，包括靜態控制電壓，以進行如下所述的其它類型的補償。同樣， 在每一可轉換電容模塊640內，通過使用轉換係數p。…p—,;，或固
定電容G或可變電容G被轉換入電路，而非二者同時存在。例如， 在所選實施例中，對於給定或所選模塊640，當其相應P係數是邏輯 高(或高電壓)時，相應的固定電容G被轉換入電路，而相應的可變
電容G被轉換出電路(並連接到電源幹線電壓VDD或接地(GND)，取決 於器件是AMOS還是IMOS，以避免浮動結點並使呈現給儲能電路的電 容最小)，當其相應p係數是邏輯低(或低電壓)時，相應的固定電 容G被轉換出電路，而相應的可變電容G被轉換入電路並連接到在 結點625上提供的控制電壓。
在示例性實施例中，全部8個可轉換電容模塊640 (及相應的8 個轉換係數)均己被實施以提供固定和可變電容的256種組合。因此， 提供了對振蕩頻率隨溫度而變的有效控制。
應注意，在該示例性實施例中，提供將固定電容G或可變電容 G轉換入或轉換出，固定與可變的比相應地改變可控電容模塊635的 溫度響應的量或程度。例如，隨著可變電容G的量增加，可控電容模 塊635響應於溫度(或其它參數)提供更大的可變性，從而調節儲能 電路或其它振蕩器的頻率響應。
圖10為根據本發明的用於在(頻率-溫度補償模塊420的)可控 電容模塊635中提供控制電壓Vc:皿480 (圖4)的示例性隨溫度而定 的電壓控制模塊650的電路圖。如圖所示，電壓控制模塊650使用如 先前所述的電流發生器655、使用PTAT、 PTAf和/或CTAT電流發生 器的一個或多個組合產生隨溫度而定的電流I(T)(或更一般地，電 流I (x))，並可與負跨導放大器410共享所使用的I (T)發生器415， 而不是提供單獨的發生器655。隨溫度而定的電流I(T)(或I(x))通 過電流反射鏡670反射到多個可轉換電阻模塊或支路675及固定電容 模塊或支路680，所有均並聯構造。在其它示例性實施例中，根據將 補償的參數變化，也可使用下述的其它控制電壓發生器。
在其它組合中，根據PTAT、 PTAT，n/或CTAT電流發生器的選擇 和加權，隨溫度而定的電流也可被產生。例如，PTAT發生器和CTAT 發生器，具有相等的大小但相反的斜率，可被結合在一起以產生隨溫
度波動提供恆定電流的電流發生器。例如，這樣的電流發生器可用於 在圖30中所示的老化變化補償器中提供恆定電流源。本領域技術人 員將認識到，其它電流源也可使用，如隨電源電壓變化的電流源，並 可用作相應的電壓傳感器。
電阻器685可以是任何類型或不同類型的結合，如擴散電阻器(P
或n)、多晶矽、金屬電阻器、自對準多晶矽化物或非自對準多晶矽 化物電阻器、或阱電阻器(p或n阱)。根據所選電阻器的類型或類 型組合，電阻器685通常還將具有相應的溫度相關(或響應)，從而 對於通過所選電阻器685的給定電流，跨所選電阻器685提供隨溫度 而變的相應電壓變化。例如，擴散電阻器通常將具有高溫度係數(隨 溫度提供更大的電壓變化)，而多晶矽電阻器通常將具有低溫度係數 (隨溫度提供更小的電壓變化)，而對於所選模塊675，多個這些不 同電阻器類型的串聯混合將提供在這些高和低響應級之間的相應響 應。或者，電阻器685可被調整大小或加權為提供隨給定電流如隨溫 度而定的電流(如I(T))而變的不同電壓水平，從而對於所述隨溫 度變化的電流提供相應隨溫度而變的電壓變化。
每一可轉換電阻模塊675通過第二多個(x)轉換係數？。…w^ 中的相應q係數轉換入或轉換出電壓控制模塊650。當可轉換電阻模 塊675被轉換入電路時(如當其相應係數為邏輯高或高電壓時)，由 於隨溫度而定的電流I (T)，所得的跨其相應電阻器685的電壓也隨 溫度而定。在所選實施例中，使用三個可變電阻模塊675，提供8種 支路組合。因此，提供給結點625的控制電壓隨溫度(或其它參數) 而變，從而對可控電容模塊635中的可變電容器615提供溫度或其它 參數相關或靈敏度。更一般地隨參數而定或隨溫度而定的其它電阻模 塊將在下面分別結合圖23和26及圖28進行描述。
第一多個轉換係數A…P";及第二多個轉換係數*…W-w可 通過測試具有本發明時鐘發生器的典型IC而在製造後確定。對於給 定製造工藝(下面結合圖11和12描述)， 一旦諧振頻率A已被選擇 和/或校準，振蕩器的溫度(或其它參數)響應即被確定和調節，以
對於環境或運行溫度(或其它可變參數)的所述變化提供實質上恆定 的所選諧振頻率A。在示例性實施例中，第一多個轉換係數A… 通過測試係數的不同組合而被首先確定，以提供初級調節，從而導致 隨變化環境溫度而變的實質上或大概平坦頻率響應。如圖24中所示， 更多或更少的固定電容G或可變電容G被轉換入或轉換出振蕩器。
例如，當振蕩器對溫度變化的未補償頻率響應由線1705或1710表示
時，另外的可變電容G可被轉換入，從而將振蕩器的頻率響應初步調
節為線1715。相反，當振蕩器對溫度變化的未補償頻率響應由線1725 或1730表示時，另外的固定電容G可被轉換入，從而將振蕩器的頻 率響應初步調節為線1720。
之後，第二多個轉換係數同樣通過測試係數的不同組合進行確 定，以提供出色級的調節，從而導致隨變化環境溫度而變的實質上平 坦的頻率響應，如圖24中所示，將部分補償的頻率響應(線1715或 1720)調節為線1700的實質上平坦的響應，其通過選擇不同電阻器 685的溫度響應進行。之後，第一和第二多個係數載入所選處理輪次 (或批次)中製造的所有IC中的相應寄存器495和455中。根據制 造處理，在其它情形下，為了更高的準確度，每一IC可被單獨校準。 因此，與負跨導放大器410和1(T)發生器415提供的溫度補償協力， 時鐘發生器的全部頻率響應實質上獨立於溫度波動。
在其它示例性實施例中，第一多個轉換係數A…A"和第二多 個轉換係數&…。w;也可在振蕩器運行期間動態確定和改變，如通 過如圖21中所示的傳感器1440和A/D轉換器1445，或通過如圖25 中所示的傳感器1815和控制邏輯(或控制環)1810。在這些備選實 施例中，所保存的第一和第二多個係數可被刪除或繞過，如圖9和 10中所示，相應的電壓作為控制信號直接施加給相應的轉換組件(及 類似地，擴大到下述的其它多個係數)。
例如，如圖26中所示，如下所詳述的，多個電流源1955中的任 何電流源均可以不同的組合提供給多個電阻模塊，以響應於所選參數 P產生多個控制電壓，其可以任何組合轉換到多個受控電抗模塊1805
中的每一模塊，例如，所述模塊體現為受控電容模塊1505 (圖22)， 以控制諧振器的有效電抗。此外，多個恆定(獨立於溫度)的控制電
壓中的任何電壓也可被產生，如圖28中所示。此外，也可使用其它 或另外類型的電流源，或產生控制電壓或提供傳感器385、 1440能力， 如隨電源電壓V。。變化的電流源或獨立於電源電壓、溫度及其它參數 的電流源。除了離散控制之外，這些控制電壓中的任何控制電壓均可 用於對參數變化如溫度變化進行實時連續控制。
由此，提供給諧振LC儲能電路405的所有電容被分配給固定和 可變部分的組合，可變部分響應提供溫度補償，因此控制諧振頻率 A。轉換入電路(受控電容器模塊635)的可變電容G越多，對環境 溫度波動的頻率響應越大。如上所述，固定及可變電容器均可使用分 別連接或轉換到實質上恆定或可變電壓的可變電容器(可變電抗器) 實施。
除了提供溫度補償以外，應注意，轉換或受控(或可控)電容模 塊635也可用於選擇或調諧諧振頻率A。對本領域技術人員很明顯的 是，轉換或可控的電容模塊635也可用於對其它參數變化提供頻率響 應，如製造工藝變化、頻率及電壓波動。此外，如下結合圖20和25-27 所述，電容、電感、電阻、或任何其它電抗或阻抗元件均可在這些不 同的示例性實施例中使用，從而提供受控電抗或阻抗模塊以對多個可 變參數如溫度、電壓、製造工藝或頻率中的任何參數提供所選頻率響 應。
圖22是根據本發明的、頻率-溫度補償模塊420或更一般地，頻 率控制器215、 349、 1415中(連同圖23的模塊1600)(代替模塊485 和480或除其之外)使用的示例性第二受控電容器模塊1500的電路 圖。第二受控電容模塊1500運行類似於第一受控電容模塊635，但 使用可變電容代替固定和可變電容組合，並使用多個不同的控制電壓 代替單一控制電壓。此外，所述可變電容不被連接到諧振器或與其斷 開連接(即可變電容總是連接到諧振器)，且被轉換到不同的控制電 壓以控制隨所選參數如溫度而變的頻率響應。此外，所選實施例可使
用一個模塊，且差分加權可通過轉換到多個控制電壓中的所選控制電 壓實現。
參考圖22，第二受控電容器模塊1500使用多個(g)可變電容 模塊1505中的至少一個，每一可變電容模塊包含可變電容(G) 1515A。…1515B(S—d (以A和B對圖示，對應於對稱連接到結點475或 470，且圖示具有二進位加權)，其可(通過多個電晶體或其它開關 1520。…1520(h))轉換到多個控制電壓V。， V,(x)，…V(h)(x)中的 所選控制電壓，其中控制電壓V。實質上不變(實質上不響應於所選參 數x，如溫度)，而其餘控制電壓l(x) V(k—d(X)通常響應於所選參 數x如溫度或對其敏感。如圖所示，每一相應的可變電容器對1515 (A和B)的後板均相互連接(短接在一起)，之後經開關連接到所選 控制電壓。每一所述可變電容對1515可通過相應的係數(圖示為第
四多個係數& A…Am…力。，A,…力w)轉換，使得每一模 塊1505可被單獨並獨立於多個控制電壓V。， Vjx)，…V(h)(x)中的
任何控制電壓轉換。因此，這些可轉換模塊可保持將通過轉換到一個 或多個控制電壓改變的有效阻抗(如電抗)連接到諧振器。
圖23為根據本發明的頻率-溫度補償模塊中使用的示例性第二 電壓控制模塊1600的電路圖。如圖23中所示，對參數靈敏或響應的 電流源655 (如先前結合圖7A-7D所述的不同CTAT、 PTAT和PTAT2 溫度敏感電流源及其組合中的任何電流源)(通過一個或多個電流反 射鏡(如670、 510、 520))提供給k-1個電阻模塊1605的陣列(圖 示為模塊1605。， 16051;…1605(h))，每一所述模塊提供單獨或獨 立的控制電壓Vjx)， V2(x)，…V(h)(x)，所述電壓提供給模塊1505 (圖22)。不同的相應電阻器1620。， 162(X，…1620(h)可以是先前 結合圖10所述的任何類型、大小或權重，以對所選參數如溫度提供 任何所選的電壓響應。如圖所示，靜控制電壓V。通常使用連接在電壓 供應幹線V。。和地之間的任何分壓器，選擇相應的電阻大小或值1605。 和1605y以提供所需靜電壓水平。此外，多個不同靜或不變(即獨立 於溫度)電壓的產生如圖28中所示，其通過響應於溫度(或另一參
數)將具有不同成形的電流的不同電流源與具有互補或相反溫度響應 的不同隨溫度而定的電阻器結合，從而導致具有不同大小且實質上隨 溫度變化保持不變的多個控制電壓。這些不同電壓中的任何電壓均可 按需使用為不同控制電壓中的任何控制電壓。
在示例性實施例中，多個控制電壓中的每一所述控制電壓不同， 以提供多個控制電壓，每一控制電壓不同響應或成形(即提供隨所選 參數如溫度變化而變的不同響應(響應曲線))，並可響應於不同參數 及相對於所選參數實質上保持不變。根據所選實施例，電阻模塊1605
的陣列可(通過相應的電晶體1610 (圖示為電晶體1610。， 1610,，… 1610(h)))轉換，從而轉換入或轉換出陣列1600，或可被靜態地包括 (固定連接1615，在圖23中圖示為虛線)以自動產生預定數量的控 制電壓V。， V,(x)，…V(k—D(x)。根據電阻器1620 (和/或電晶體1610， 如果有的話)的選擇，不同控制電壓V。， Vjx)，…V(h)(x)中的每一 控制電壓將不同並對所選參數或變量提供不同的響應如不同的溫度 響應。
類似地，圖26是根據本發明的、可用於向不同模塊中的任何模 塊提供控制電壓的示例性第三電壓控制模塊1900的電路圖。如圖26 中所示，對參數靈敏或響應的電流源1955 (如先前結合圖7A-7D所 述的不同CTAT、PTAT和PTAT2溫度敏感電流源及其組合中的任何電流 源)(通過一個或多個電流反射鏡(如670、 510、 520))提供給n-l 個電阻模塊1905的陣列(圖示為模塊1905。， 1905"…1905^))，每 一電阻模塊1905提供單獨或獨立的控制電壓V。(P)， VJP)， V2(P)，... V(n—d (P)，從而響應於所選參數P或根據所選參數P產生多個控制電 壓，且其提供給受控電抗模塊1805、受控電容模塊1505 (圖22)、 或任何其它使用一個或多個控制電壓的模塊。不同的相應電阻器 1920。， 1920i，…1920(h)可以是先前所述的任何類型、大小或權重， 以對所選參數提供任何所選的電壓響應。電流源(或電流源的組合) 的選擇及電阻器大小和類型使能整形任何所希望控制電壓對所選參 數的響應。此外，圖28中所示的多個不同的靜或恆定(即獨立於溫
度)電壓中的任何電壓也可按需使用為用於所述任何模塊的不同控制 電壓中的任何控制電壓。
根據所選實施例，電阻模塊1905的陣列可(通過相應的電晶體
1915 (圖示為電晶體1915。， 1915,，…1915(n—"))轉換，從而動態地 或靜態地轉換入或轉換出陣列，以自動產生多個控制電壓V。(P)， V,(P)， V2(P)，…V(n—d(P)。之後，這些不同控制電壓中的每一控制 電壓在控制信號和/或係數1950的轉換控制下以任何組合靜態地或 動態地(使用開關1930，如全縱橫開關)轉換到受控電抗模塊1805， 其可連接到諧振器或也可轉換入或轉換出儲能電路。因此，這些控制 電壓中的任何電壓可用於控制諧振器(振蕩器)的有效電抗，從而對 所得的諧振頻率提供離散和連續控制。例如，這些隨參數而定的控制 電壓V。(P)， V(P)， V2(P)，…V(n—n(P)中的任何電壓，或任何實質上 獨立於參數的控制電壓(圖28)，可被提供給受控阻抗模塊1305或 受控電容模塊1505或1805以改變提供給諧振器的有效電容，從而隨 多個參數中的任何參數的變化提供頻率控制。
再次參考圖22，當這些不同控制電壓V。， Vi(x)，…V(h)(x)或 更一般地V。(P)， VJP)， V2(P)，…V(n—d(P)中的每一電壓，及任何實 質上恆定的控制電壓，均可獲得並通過第四多個係數A A… 《^…力。，&…^-;;轉換到可變電容模塊1505中的可變電容G 1515，對所選參數(如溫度)的高度靈活、精調、及高度可控的頻率 響應被提供給諧振器405，使能對諧振頻率/。進行高度準確的頻率控 制。例如，模塊1505(g—d中的可變電容1515^)和1515n)可通過設為 邏輯高或高電壓的參數A (或相應的動態施加的電壓作為控制信號) 轉換到控制電壓Vjx)，第四多個參數中的其餘h參數設為邏輯低或 低電壓，從而提供隨溫度或另一所選參數而變的第一頻率響應，同時 模塊1505。中的可變電容1515a。和1515B。可通過設為邏輯高或高電壓
的參數4-,;(或相應的動態施加的電壓作為控制信號)轉換到控制電 壓V(h)(x)，第四多個參數中的其餘d參數設為邏輯低或低電壓，從
而提供隨溫度或另一所選參數而變的第二頻率響應，依此類推。如上
所述，第四多個係數A A……力。，&…力w,也可通過測 試一個或多個IC在製造後確定，或也可在振蕩器運行期間動態地確
定和改變，如通過如圖21中所示的傳感器1440和A/D轉換器1445， 或通過如圖25中所示的傳感器1815和控制邏輯(或控制環)1810。 更一般地，所述通過或係數或控制信號的控制如圖26中所示，且可 用於隨任何所選參數如溫度、電壓、製造工藝、使用期、或頻率而變 的離散或連續頻率控制或離散及連續頻率控制。
此外，代替為第一、第二或第四多個係數保存的係數，特別是當 相應的值將被動態確定時，如上所述，相應的電壓可被直接施加給不 同的開關(如電晶體1520或模塊640和650的轉換電晶體)作為控 制信號。
再次參考圖4，另外的補償模塊也用於對諧振頻率A提供更大的 控制和準確度，如用於需要更大準確度和更小變度(或頻移)的應用， 使得隨PVT提供大約土 0. 25 %或更好的頻率準確度。在這些情況下， 可使用工藝變化補償模塊425，以獨立於製造工藝變化對諧振頻率A 進行控制，如圖11和12中所示的示例性模塊。如上所述，不同模塊 中的任何模塊可包括任何阻抗、電抗、或電阻並被使得響應於任何所 選參數如溫度、工藝變化、電壓變化、及頻率變化。
圖11是根據本發明的示例性第一工藝變化補償模塊760的電路 圖。第一工藝變化補償模塊760可用作圖4中的工藝補償模塊460， 每一模塊連到諧振LC儲能電路405的幹線或旁邊(線路或結點470 和475)。此外，第一工藝變化補償模塊760中的每一個由保存在寄 存器465中的第三多個(y)轉換係數r。…2V〃控制。第一工藝變 化補償模塊760提供具有差分加權(如二進位加權)的、第一固定電 容750的可轉換電容模塊陣列，通過相應的多個轉換電晶體740 (由 相應的r係數控制)將多個固定電容750轉換入或轉換出而調節和選 擇諧振頻率A。再次地，隨著每一電容支路被轉換入或轉換出所述陣 列或電路760，相應的第一固定電容被增加或從可用於諧振LC儲能 電路振蕩的總電容減去，從而改變有效電抗並調節諧振頻率。第三多
個轉換係數r。…7V"也可通過測試IC而在製造後確定，通常為與 確定第一和第二 (或第四)多個轉換係數一樣的迭代過程。該校準可
使用頻率校準模塊(325或430)及公知具有預定頻率的參考振蕩器 實現。確定的r係數之後保存在該生產或工藝批次的IC的相應寄存 器465中。或者，每一IC可被單獨校準。
除了所述校準方法之外，第三多個轉換係數A…2V,;也可使用
其它方法確定，如下所述，如使用不同的電壓和電流傳感器測量反映 製造工藝參數的參數或變量，如電晶體閾值電壓、電阻大小或儲能電 路的值、或不同電流源產生的絕對電流電平。之後，所述測得的值可
用於提供相應的係數(第三多個轉換係數27,…2V,;)和/或控制信 號從而用於相應的頻率調節。例如，所述測得或感測的值可轉換為數 字值，其繼而被索引到存儲器中的査閱表，之後，基於已知值或其它 校準或建模提供保存的值。
為避免另外的頻率失真，幾個另外的特徵可連同該第一工藝變化
補償模塊760 —起實施。首先，為避免另外的頻率失真，MOS電晶體 740的接通電阻應很小，因此電晶體的寬度/長度比大。其次，大電 容可被拆分為兩個支路，具有由相同r係數控制的兩個相應電晶體 740。第三，為使諧振LC儲能電路在所有條件下具有相似的負載，當 第一固定電容750被轉換入或轉換出電路760時，相應的第二固定電 容720作為"虛設"電容器(具有小得多的電容或製造工藝的設計規 則允許的最小大小)基於相應r係數的倒數被相應地轉換出或轉換入 電路。由此，總是存在大約或實質上相同的電晶體740接通電阻，只 有電容量變化。
作為使用"虛設"電容的另一選擇，金屬熔斷器可用於代替晶體 管740。金屬熔斷器將保持原封不動以包括相應的固定電容750，並
可"熔解"(開路)以從諧振LC儲能電路405消除相應的固定電容 750。
圖12是根據本發明的示例性第二工藝變化補償模塊860的電路 圖。第二工藝變化補償模塊860可用作圖4中的工藝補償模塊460，
每一模塊連到諧振LC儲能電路405的幹線或旁邊(線路或結點470 和475)，從而代替模塊760。更一般地，第二工藝變化補償模塊860 用作頻率控制器(215、 349或1415)的一部分，如工藝(或其它參 數)調節器或補償器1430 (圖21)。此外，第二工藝變化補償模塊 860中的每一個由保存在寄存器465中的第三多個轉換係數r。… 控制。(然而，由於每一示例性工藝變化補償模塊760或860中採用 的電路不同，相應的第三多個轉換係數r。…2V,;當然相互也不同。) 此外，所述轉換可通過使用任何控制信號進行控制，如上所述。
應注意，圖12提供不同於其它附圖中所使用的可變電抗器圖示， 其中可變電抗器850由M0S電晶體表示，而不是具有箭頭穿過其的電 容器。本領域技術人員將認識到，可變電抗器通常為AM0S或IM0S晶 體管，或更一般地，為M0S電晶體，如圖12中所示的電晶體，並通 過短接電晶體的源極和漏極進行配置。因此，作為可能的實施例，其 它所示的可變電抗器可被視為包括如圖12中所配置的AM0S或頂0S 電晶體。此外，可變電抗器850還可相互相對進行二進位加權，或可 使用另一差分加權方案。
第二工藝變化補償模塊860具有類似的結構概念，但與第一工藝 變化補償模塊760有另外的顯著區別。第二工藝變化補償模塊860提 供多個沒有M0S開關/電晶體的可轉換可變電容模塊865的陣列，因 此消除了通過MOS電晶體的損耗或加載。而是，負載表現為低損耗電 容；所述低損耗還意味著振蕩器啟動能量更少。在第二工藝變化補償 模塊860中，M0S可變電抗器850被轉換到Kz'/7，其可以是上述的不 同的多個控制電壓中的任何控制電壓，以向諧振LC儲能電路405提 供相應的電容水平，或可被轉換到地或電力幹線(電壓V。D)，從而基 於可變電抗器850幾何結構或提供最小電容或提供最大電容。對於 AM0S，轉換到電壓V。D將提供最小電容，及轉換到地將提供最大電容， 而對於頂OS則正好相反。再次地，第二工藝變化補償模塊860由作 為可變電抗器850的可變電容的陣列組成，其通過相應的r係數或通 過應用相應的控制信號將所選可變電抗器850連接或轉換到多個控
制電壓(中的任何控制電壓、地或V。。如在第一電壓和第二電壓之 間轉換而調節和選擇諧振頻率/。。在另一備選方案中，代替多個或陣 列，只使用一個可變電抗器850，其有效電抗提供給由所選控制電壓 控制的儲能電路。
隨著每一電容支路被轉換到相應的控制電壓、地或V[)D，相應的
可變電容被增加到或不包括在可用於諧振LC儲能電路振蕩的總電容 中，從而改變其有效電抗並調節諧振頻率。更具體地，對於AMOS實 施例，連接到VDD (作為Vin)提供更小的電容，連接到地(V,n = O)提 供更大的電容，而對IMOS實施例正好相反，其中連接到VDU (作為Vin) 提供更大的電容及連接到地(Vh 二 O)提供更小的電容，其中假定LC 儲能電路幹線(圖4的結點或線路470和475)上的電壓在O伏特和 電壓V。。之間，明顯或實質上遠離任一電壓水平。連接到V^和地之間 的電壓如不同控制電壓中的許多電壓作為Kz'/7，將向儲能電路提供相 應的中間水平的電容。第三多個轉換係數r。…2V"也通過測試IC 而在製造後確定，且通常也為確定第一和第二多個轉換係數那樣的迭 代過程。之後，所確定的r係數保存在該生產或工藝批次的IC的相 應寄存器465中。再次地，各個IC也可單獨校準和測試。此外，任 何所選數量的模塊850可動態控制以在振蕩器運行期間提供連續的 頻率控制。
如上所述，根據可變電抗器的類型(AMOS或IMOS)，將任何可變 電容模塊865轉換到作為第一和第二電壓水平的V。D或地將導致相應 的最大電容或零(可忽略的)電容被包括為諧振器(LC儲能電路) 的有效電容。然而，如上所述，也可通過將可變電容模塊865轉換到 相應的控制電壓而產生所述最大和最小電容之間的電容水平。使用具 有不同大小的多個控制電壓將導致可變電容模塊865的相應電容被 增加到LC儲能電路(或從其減去)，因而改變其有效電抗並調節諧振 頻率。
圖28為根據本發明的、頻率、工藝或其它參數補償模塊中使用 的示例性第四電壓控制模塊2050的電路圖。參考圖28，多個實質上
不變的電壓模塊2060 (圖示為2060A， 2060B， 2060c…2060K)用於 產生相應的多個控制電壓，其相對於所選參數如溫度實質上保持不 變，且其具有相應的多個不同的大小，從而產生具有不同大小的多個 控制電壓VA， VB， Ve…VK。如圖所示，多個不同的、實質上靜或不 變的(即獨立於溫度)電壓通過結合不同的電流源2055 (圖示為電 流源2055A， 2055b， 2055e…2055K)產生，每一電流源對溫度或另 一參數具有不同的響應(響應於溫度(或另一參數)不同成形的電流)， 並具有相應多個電阻器2040 (圖示為相應的電阻器2040A， 204(k 2040e…2040K)，每一電阻器具有隨溫度或其它參數而定的響應，該 響應與特定模塊2060的相應電流源2055的響應相反或互補。選擇每 一相應的電流源2055和電阻器2040以相互具有所述相反或互補響 應，從而有效地抵消對方對所選參數的響應。例如，電流源2055被 選擇為具有適當大小的PTAT、 CTAT或CTAT2電流源的特定組合，電阻 器2040基於大小、類型等進行選擇，使得所得電壓隨參數變化如溫 度變化實質上保持不變。這些不同電壓中的任何電壓可按需用作不同 控制電壓中的任何控制電壓，以對圖12中所示的可變電容模塊865 提供相應的K//2，從而調節諧振器的有效電容(電抗)及所得諧振頻 率。
還應注意，圖示的模塊實施例，如圖6-12中所示的溫度補償器 315 (或410、 415和/或420)及工藝變化補償器320 (或425及460)， 均可用於其它目的。例如，補償器315 (或410、 415禾Q/或420)的 不同所示實施例可被使得隨工藝變化而定，而不是溫度。類似地，補 償器320 (或425及460)的不同所示實施例可被使得隨溫度而定， 而不是工藝變化。因此，這些及其它模塊的實施例不應視為限於所示 的示例性電路和結構，因為本領域技術人員將認識到另外且等效的電 路和應用，所有這些均在本發明範圍內。
如上所述，不同的所示受控電容模塊(485， 635， 460， 760， 860， 1501)可被一般化到任何電抗或阻抗元件，無論是電容、電感、電阻 還是電容、電感或電阻的結合。這樣的多個(a)可轉換、受控阻抗
(或電抗)模塊1305的陣列1300如圖20中所示，並可用在本發明 的頻率控制器(215， 349， 1400)內，其作為不同的調節器或補償器 (315， 320， 355， 1420， 1425， 1430)中的任一。每一不同加權的、 受控電抗或阻抗模塊1305 (圖示為1305。， 1305,，…1305(a—d)包括 一個或多個固定電抗《 1315、可變電抗1310、或"虛設"電抗 1320，這些電抗可響應於第五多個係數(&, &…A,—,;)中的相應系 數s轉換。如上所述，在不同實施例的任何實施例中，受控電抗或阻 抗模塊1305的陣列通常實施為相對於不同受控電容模塊中的任何模 塊運行。第五多個係數可同如上關於其它係數集所述的那樣在製造後 確定或動態確定。此外，根據實施例，不同的電抗或阻抗可被轉換入 或轉換出陣列1300或轉換到不同的控制電壓或地，如先前所示，並 可用於響應於多個參數如溫度變化、電壓波動、製造工藝或頻率中的 任何參數提供振蕩器的所選頻率響應。
類似地，參考圖25， n個可轉換、受控電抗模塊1805的陣列被 示出(受控電抗模塊1805…1805(n—D)，且也可作為不同的調節器 或補償器(315， 320， 355， 1420， 1425， 1430)用在本發明的頻率控 制器(215， 1415)內。這些受控電抗模塊1805也可被二進位、線性、 或不同的加權，及轉換入或轉換出不同的電路、轉換到一個或多個控 制電壓、或其任何組合，集可響應於任何所選參數。如上所述，在不 同實施例的任何實施例中，受控電抗模塊1805的陣列通常實施為相 對於不同受控電容模塊中的任何模塊運行。在該示例性實施例中，不 是通過多個係數轉換到振蕩器，受控電抗模塊1805而是通過傳感器 1815和控制邏輯1810直接提供的電壓或電流動態轉換，具有反饋(線 路或結點1820)，且其可按本領域公知的那樣或如上所述進行實施， 所有這樣的變化均視為在本發明範圍內。此外，電抗模塊更寬地視為 阻抗模塊，同時具有電阻和/或電抗特徵，如使用圖29中所示的不同 電阻器。
例如，所選參數中的所述變化可以先前所述的多種方法中的任何 方法確定，如通過對溫度敏感的電流源、其它溫度傳感器、或響應於
所選參數的任何其它類型的傳感器。例如，傳感器可包括跨二極體的 電壓，提供響應於溫度的電壓輸出。參考圖21，這樣的傳感器1440
的輸出可提供給A/D轉換器1445，其提供所感測參數的水平的數字 輸出指示，之後，所述指示可用作相應係數(上述的多個係數中的任 何係數)或用於動態轉換不同的受控電抗或阻抗模塊(如1305、 1805) 或不同的第二受控電容模塊中的任何模塊。類似地，傳感器1815的 輸出可提供給控制邏輯1810，其也可或靜態或動態地調節不同的電 抗，具有或沒有來自諧振器的反饋。
圖27是根據本發明的示例性電壓變化補償模塊2000的電路和框 圖，並可用作圖3和21中所示的電壓變化補償器380、 1455。參考 圖27，可轉換電阻模塊1650構成分壓器，使用電阻器1620。和1620y， 提供電壓V。。在電源電壓V。。(電力幹線)波動的情況下，電壓V相 應地變化。由於電壓在控制信號或係數1950的控制下可被轉換(開 關1930)(如上所述)到任何受控電抗模塊1805，儲能電路的有效電 容也被變化，從而調節諧振頻率。由此，隨所述電壓波動諧振頻率可 被控制。其它實施基於其它圖示實施例將顯而易見，且也在本發明範 圍內。
如上所述，除了圖4的固有或寄生電阻Rl 445和Rc 450之外， 儲能電路的諧振頻率也可通過改變儲能電路的電阻進行修改。圖29 是根據本發明的、可用作不同頻率控制模塊和不同頻率控制器或其一 部分的示例性電阻控制模塊2100的電路圖。所述電阻控制模塊2100 可被插入圖4的諧振器405中的結點Q，與電感器435和RL 445串聯， 或與電容器440和& 450串聯，或二者同時進行。每一可轉換電阻 模塊2115(圖示為多個可轉換電阻模塊2115M， 2115N， 2115。…2115u) 具有不同加權的(如二進位加權的)電阻器2105 (圖示為相應的電 阻器2105m， 2105n， 2105。…2105u)，並可在控制信號和/或係數1950 的控制下通過相應的電晶體或開關2110(圖示為電晶體2110M， 2110N， 2110。…2110u)轉換入或轉換出陣列或模塊2100。如上所述，所述 轉換還提供另一控制或調節諧振器405的諧振頻率的機制，並可隨任
何所選參數而變，或可以獨立於參數，從而用於諧振頻率選擇。
圖30是根據本發明的示例性使用期變化補償器2200的框圖。如 圖30中所示，不同的傳感器用於測量相應參數，其由時間通路影響 或其隨IC壽命改變，如電壓傳感器2205測量電晶體的閾值電壓、電 阻傳感器2210測量儲能電路的一個或多個電阻大小或值、和/或電流 傳感器測量不同電流源產生的絕對電流電平。在給定時間點所選測量 (經復用器2220)提供給ADC2225從而轉換為數字值，該值保存在 寄存器或其它非易失性存儲器2230中。當IC第一次供電或初始化時， 初始測量保存在寄存器2230中以提供用於隨後測量的比較基礎。隨 後，可執行另外的測量，所得值保存為寄存器2230中的相應電流值， 圖示為電流及電壓、電阻和電流的初始值。對於給定參數，如電壓， 電流和初始值可被讀取和比較，之後，比較器2235提供正比於兩個 值之間的任何差的相應使用期補償信號。由使用期補償信號提供的所 述差值繼而可用於相應的係數和/或控制信號以進行相應的頻率調 節。例如，所述使用期補償信號可被索引到存儲器2240中的査閱表， 其繼而基於已知值、或使用期影響的其它校準或建模提供所保存的 值，並使用上述的任何不同調節器和補償器進行相應的頻率調節。
如上所述，本發明的時鐘發生器和定時/頻率參考(100、 200、 300)可使用很寬範圍的振蕩器。在示例性實施例中，諧振LC振蕩器 用於提供作為第一參考信號的輸出信號，其具有高得多的Q、低抖動 及降低的相位噪聲。示例性的第一和第二差分LC振蕩器已在上面參 考圖4、 6和8描述。另外類型的諧振振蕩器也在本發明範圍內，且 示例性的LC振蕩器將在下面參考圖31-37描述，具有圖38中所示的 有源電感器。這些另外的示例性LC振蕩器和電感器類型(無源或有 源)均可等效地使用於先前所述的LC振蕩器，及為圖示它們的等效 運行，也連同先前所述及圖4中所示的示例性頻率控制器組件即補償 模塊420和425 —起圖示。應當理解，除了圖31-37具體示出的組件 之外，任何其它控制器電抗模塊、控制電壓發生器、頻率控制、校準、 頻率選擇、分頻、及其它組件也可等效地使用。
還應注意，圖38中所示的示例性有源電感器或任何其它有源電 感器可替代圖1-37中任一布局所示的任何無源電感器。類似地，不 同的布局使用n-M0S或p-M0S電晶體圖示，但任何類型的電晶體均可 等效地使用。因而，使用任何無源或有源電感器或任何類型的電晶體 均被視為等效並在本發明範圍內。
下面所示的不同LC振蕩器可提供差分或單端第一參考信號。不 同的補償模塊420和425，其可以如上所述的多種方式實施為受控電 抗模塊，可以多種方式與不同的振蕩器結合。首先，受控電抗模塊(圖 示為補償模塊420和425)可與一個或多個所示電容器中的任何電容 器並聯連接。在許多情況下，受控電抗模塊的多個例圖可被連接到所 示LC振蕩器。由此，用於連接的相應結點被標記為結點A和結點B， 以指示連接到給定LC振蕩器布局的相應結點，另外的例圖可用於圖 示為相應結點A'和B'結點和/或相應的A''結點和B''結點。 其次，在不同的圖31-37中未單獨示出，受控電抗模塊(圖示為補償 模塊420和425)可用於代替一個或多個所示電容器中的任何電容器。 本領域技術人員將認識到無數其它變化，所有這些變化均視為等效並 在本發明範圍內。
圖31是根據本發明可使用的、與差分n-M0S交叉連接的布局一 起實施的第三示例性LC振蕩器2260的電路圖，其為圖8中所示的 LC振蕩器的變化。如圖所示，裝置2250包括具有差分n-M0S交叉連 接布局的第三示例性LC振蕩器2260及先前在圖4的雙平衡結構中描 述的頻率控制器和頻率校準模塊(補償模塊420和425)。輸出頻率 /。在結點470a和475A之間獲得，所述結點等價於先前所述的結點470 和475，並可替代附圖及本說明書中的所有參考。
交叉連接的n-MOS電晶體2251和2251通過電流反射鏡530A(或 530B)連接到偏壓電流，如使用同樣如先前所述的響應於參數的電流 1(x)發生器515 (或415)或使用另一固定或可變電流源。頻率控制 器模塊(480、 485，具有係數寄存器455和495 )及頻率校準模塊(460， 具有係數寄存器465)如圖所示跨結點A和B連接到振蕩器，且同樣
如先前所述那樣運行。電感器2253和2254 (具有所示電感)可由中 心抽頭電感器2257 (中心抽頭連接到VDD)等效地代替並如圖所示插 入在結點A和B之間，且可以是固定或可變電感器。此外，同樣如先 前所述，不同的電容可被實施為固定或可變電容，且被圖示為同時具 有固定和可變電容器。在示例性實施例中，電阻也可以是固定或可變 電阻。
本領域技術人員將明顯看出，圖6中所示振蕩器的類似交叉連接 n-M0S版本可被類似地實施(通過去除(用短路代替)所示的交叉連 接p-M0S電晶體Ml和M2)。
圖32為根據本發明可使用的、與差分p-M0S交叉連接的布局一 起實施的第四示例性LC振蕩器2280的電路圖，其為圖8中所示的 LC振蕩器的變化。如圖所示，裝置2270包括具有差分p-M0S交叉連 接布局的第四示例性LC振蕩器2280及先前在圖4的雙平衡結構中描 述的頻率控制器和頻率校準模塊(補償模塊420和425)。輸出頻率 6在結點4708和475e之間獲得，所述結點等價於先前所述的結點470 和475，並可替代附圖及本說明書中的所有參考。
交叉連接的P-MOS電晶體2271和2271通過電流反射鏡510 (或 520)連接到偏壓電流，如使用同樣如先前所述的響應於參數的電流 1(x)發生器515 (或415)或使用另一固定或可變電流源。頻率控制 器模塊(480、485，具有係數寄存器455和495)及頻率校準模塊(460， 具有係數寄存器465)如圖所示跨結點A和B連接到振蕩器，且同樣 如先前所述那樣運行。電感器2273和2274 (具有所示電感)可由中 心抽頭電感器2277 (中心抽頭連接到地)等效地代替並如圖所示插 入在結點A和B之間，且可以是固定或可變電感器。此外，同樣如先 前所述，不同的電容可被實施為固定或可變電容，且被圖示為同時具 有固定和可變電容器。在示例性實施例中，電阻也可以是固定或可變 電阻。
同樣，本領域技術人員將明顯看出，圖6中所示振蕩器的類似交 叉連接P-MOS版本可被類似地實施(通過去除(用短路代替)所示的 交叉連接n-M0S電晶體M3和M4)。
圖33為根據本發明可使用的、具有單端考畢子結構(或布局) 的第五示例性LC振蕩器2305的電路圖。如圖所示，裝置2300包括 具有單端考畢子結構(或布局)的第五示例性LC振蕩器2305及先前 所述的頻率控制器和頻率校準模塊的部分(補償模塊420和425的單 端版本)。頻率控制器和頻率校準模塊(485、 460)如圖所示跨結點 A和B並聯連接到電容器2310或跨結點A'和B'並聯連接到電容器 2315，或同時連接到所述兩電容器(分別跨結點A和B與電容器2310 並聯和跨結點A'禾PB'與電容器2315並聯)。輸出頻率A在結點470c 和47&之間獲得，所述結點等價於先前所述的結點470和475，並可 替代附圖及本說明書中的所有參考。
電晶體2325連接到固定或變化偏壓，或連接到另一電路結點(未 單獨示出)。此外，同樣提供偏壓電流，如使用同樣如先前所述的響 應於參數的電流I(x)發生器515或使用另一固定或可變電流源。頻 率控制器模塊(480、 485，具有係數寄存器455和495)及頻率校準 模塊(460，具有係數寄存器465)同樣如先前所述那樣運行。此外， 同樣如先前所述，不同的電抗(電感器2320、電容器2310和2315) 可被實施為固定或可變電抗。在示例性實施例中，電阻2330也可以 是固定或可變電阻。
圖34為根據本發明可使用的、具有差分、共基考畢子結構(或 布局)的第六示例性LC振蕩器的電路圖。如圖所示，裝置2400包括 具有差分、共基考畢子結構(或布局)的第六示例性LC振蕩器2405 及先前在圖4的雙平衡結構中所述的頻率控制器和頻率校準模塊。輸 出頻率/。在結點470。和475。之間獲得，所述結點等價於先前所述的 結點470和475，並可替代附圖及本說明書中的所有參考。
電晶體2425和2426可連接到固定或變化偏壓。在圖示使用n-MOS 電晶體的同時，電晶體2425和2426也提供本發明中雙極結型電晶體 的等效使用的例子。此外，同樣提供一個或多個偏壓電流，如使用同 樣如先前所述的響應於參數的電流I(x)發生器515或使用一個或多
個其它固定或可變電流源。頻率控制器模塊(480、 485，具有係數寄 存器455和495)及頻率校準模塊(460，具有係數寄存器465)如圖 所示跨結點A和B與電容器2415並聯或跨結點A'和B'與電容器 2410並聯或跨結點A，，和B，，與電容器2430並聯，或這三種結 構的任何組合，且同樣如先前所述那樣運行。此外，同樣如先前所述， 不同的電抗(電感器2420、電容器2410、 2415和2430)可被實施為 固定或可變電抗。
圖35為根據本發明可使用的、具有差分、共集考畢子結構(或 布局)的第七示例性LC振蕩器2505的電路圖。如圖所示，裝置2500 包括具有差分、共集考畢子結構(或布局)的第七示例性LC振蕩器 2505及先前在圖4的雙平衡結構中所述的頻率控制器和頻率校準模 塊。輸出頻率A在結點470e和475^之間獲得，所述結點等價於先前 所述的結點470和475，並可替代附圖及本說明書中的所有參考。
提供一個或多個偏壓電流，如使用同樣如先前所述的響應於參數 的電流I(x)發生器515或使用一個或多個其它固定或可變電流源。 頻率控制器模塊(480、 485，具有係數寄存器455和495)及頻率校 準模塊(460，具有係數寄存器465)如圖所示跨結點A和B與電容 器2515並聯或跨結點A'和B'與電容器2510並聯或跨結點A'' 和B'，與電容器2530並聯，或這三種結構的任何組合，且同樣如 先前所述那樣運行。此外，同樣如先前所述，不同的電抗(電感器 2520、電容器2510、 2515和2530)可被實施為固定或可變電抗。
圖36為根據本發明可使用的、具有單端哈特萊結構(或布局) 的第八示例性LC振蕩器2605的電路圖。如圖所示，裝置2600包括 具有單端哈特萊結構(或布局)的第八示例性LC振蕩器2605及先前 所述的頻率控制器和頻率校準模塊的部分。同樣，由于振蕩器2605 是單端而非差分，頻率控制器和頻率校準模塊(485、 460)僅連接到 一個幹線(結點470f)，而不是具有圖4的雙平衡結構。如圖所示， 輸出頻率A在結點470f和475p之間獲得，所述結點等價於先前所述 的結點470和475，並可替代附圖及本說明書中的所有參考。(此外，
在頻率控制器和頻率校準模塊(485、 460)圖示在結點和結點475F 上的地電勢之間的同時，頻率控制器和頻率校準模塊(485、 460)也 被視為跨結點470f和V。。之間的電容器2610並聯，等效於AC接地。)
電晶體2625可連接到固定或變化偏壓。此外，也提供偏壓電流， 如使用同樣如先前所述的響應於參數的電流I(x)發生器515或使用 另一固定或可變電流源。頻率控制器模塊(480、 485，具有係數寄存 器455和495)及頻率校準模塊(460，具有係數寄存器465)同樣如 先前所述那樣運行。此外，同樣如先前所述，不同的電抗(電感器 2615和2620、電容器2610)可被實施為固定或可變電抗。在示例性 實施例中，電阻2630也可以是固定或變化電阻。
比較圖33和36，很明顯，哈特萊結構可通過對電感器轉換電容 器及對電容器轉換電感器而源自Clopitts結構。因此，再次參考圖 34和35，本領域技術人員將明顯看出，差分哈特萊振蕩器結構，無 論是共基還是共集型，均可通過轉換所示差分考畢子結構中的電容器 和電感器形成。因而，差分哈特萊振蕩器結構沒有單獨示出。
圖37為根據本發明可使用的、具有單端Pierce結構(或布局) 的第九示例性LC振蕩器的電路圖。如圖所示，裝置2700包括具有單 端Pierce結構(或布局)的第九示例性LC振蕩器2705及先前所述 的頻率控制器和頻率校準模塊的部分。同樣，由于振蕩器2705是單 端而非差分，頻率控制器和頻率校準模塊(485、 460)僅連接到一個 幹線(結點470e)，而不是具有圖4的雙平衡結構。如圖所示，輸出 頻率/。在結點470。和475s之間獲得，所述結點等價於先前所述的結 點470和475，並可替代附圖及本說明書中的所有參考。此外，頻率 控制器和頻率校準模塊(485、 460)如圖所示跨結點A和B與電容器 2710並聯連接，或跨結點A'和B'與電容器2715並聯連接，或同 時與二者並聯連接(分別跨結點A和B與電容器2710並聯及跨結點 A'和B'與電容器2715並聯)。
振蕩器2705包括電感負載2720，例如，其可以是電感器或與電 容器並聯的電感器(呈現總電感)，同樣如前所述，其可實施為固定 或可變的負載。電感負載2705與倒相器2725和電阻2730並聯。頻 率控制器模塊(480、 485，具有係數寄存器455和495)及頻率校準 模塊(460，具有係數寄存器465)同樣如先前所述那樣運行。此外， 同樣如先前所述，不同的電容2710和2715可被實施為固定或可變電 容。在示例性實施例中，電阻2730也可以是固定或變化電阻。
應注意，不同LC振蕩器布局中的任何布局可被實施以提供正交 結構(或布局)，其可與根據本發明的頻率補償(對於溫度、工藝變 化和其它參數變化) 一起使用。例如，兩個LC振蕩器可相互交叉連 接(及用頻率控制器模塊(480、 485，具有係數寄存器455和495) 及頻率校準模塊(460，具有係數寄存器465)適當地構造，以提供 具有90°相位關係(0° 、 90° 、 180°禾卩/或270° )的多個第一參 考信號)。
圖38是根據本發明可使用的示例性有源電感器2910結構的電路 圖。在有源電感器2910使用雙極結型電晶體圖示的同時，等效電路 可使用任何類型的CMOS電晶體獲得。有源電感器2910可用於在此所 述的任何LC振蕩器或其等價物的任何電感器或電感負載，並可提供 IC面積的節約。所示有源電感器2910通常在結點D連接到振蕩器的 其它部分。也提供偏壓電流，如使用同樣如前所述的響應於參數的電 流I(x)發生器515或使用另一固定或可變電流源。此外，有源電感 器2910作為例子示出而非限制一其它有源電感器電路也可等效地使 用，包括與其它類型的電晶體和電路結構一起。
本領域技術人員將認識到，可對上述的不同示例性LC振蕩器實 施例進行無數變化。例如，不同的放大器可以多種方式實施，如僅具 有P通道電晶體、僅具有n通道電晶體、或如圖所示的p和n通道晶 體管的結合。此外，不同的放大器和電流反射鏡相對於不同的諧振器 可具有不同的電路位置和結構。單一或多個電感器或電容器變化可等 效地使用。不同的布局可以是對稱或非對稱、互補或非互補、或交叉 連接或非交叉連接布局。所有這樣的變化均視為等效並在本發明範圍 內。
再次參考圖21，本發明的頻率控制器215、 349、 1415可包括一 個或多個下述組件(1)跨導調節器1410 (如410、 415及圖6-8中 所示的實施例)，在示例性實施例中，其也可並可或連接到維持放大 器305; (2)可變參數調節器1425，以響應於任何所選參數如溫度、 製造工藝變化、電壓變化或頻率調節諧振頻率A，如不同的受控電容 模塊485、 635、 1505或受控電抗模塊1305、 1805; (3)工藝(或其 它參數)調節器或補償器1430，如工藝變化補償器425、 760、 860、 或受控電抗模塊1305、 1805; (4)電壓變化補償器380、 1455;禾口/ 或(5)使用期(時間)變化補償器(或調節器)365、 1460。本領域 技術人員將意識到，跨導模塊1410、可變參數調節器1425、或工藝 (或其它參數)調節器或補償器1430或其它補償器和調節器之間的 不同劃分是任意的且不限制本發明的範圍，因為其中的每一個均可使 得響應於上述的任何參數，且每一個均可用於上述的任何目的(例如， 可變參數模塊1425可用於補償製造工藝變化等，而不是溫度變化)。 此外，根據所選實施， 一個或多個係數寄存器1435 (如455、 465、 495)可用於保存上述多個係數中的任何係數。在備選實施例中，所 述係數可能不需要，轉換電壓或電流或靜態或動態地直接施加為控制 信號。
同樣在示例性實施例中，這些不同的組件可包括傳感器1440、 1815 (如yl(x)(或I(T))發生器415、 515)，或者傳感器可被提供 為單獨組件，如連接到二極體的電流源，如上所述。同樣，根據所選 實施例，還可包括A/D轉換器1445和控制邏輯1450、 1810以提供所 選頻率控制。
總之，本發明的示例性實施例提供用於諧振器的頻率控制的裝 置，諧振器適於提供具有諧振頻率的第一信號。所述裝置包括適於響 應於多個參數中的至少一參數提供第二信號如控制電壓的傳感器 (1440， 1815);及連接到傳感器和可連接到諧振器的頻率控制器(215， 1415)，頻率控制器適於響應於第二信號修改諧振頻率。多個參數是 可變的且包括下述參數中的至少一個溫度、製造工藝、電壓、頻率
和使用期。
在示例性實施例中，頻率控制器還適於響應於第二信號修改連接 到諧振器的電抗或阻抗元件，如響應於第二信號修改諧振器的總電容
(圖9)，將固定或可變電容(635)連接到諧振器或與其斷開連接； 通過將可變電抗器轉換到所選控制電壓修改連接到諧振器的可變電 抗器的有效電抗，或等效地，響應於第二信號修改諧振器的電感，如 通過將固定或可變電感連接到諧振器或與其斷開連接；或響應於第二 信號修改諧振器的電阻(或其它阻抗)，如通過將電阻連接到諧振器 或與其斷開連接。
在示例性實施例中，頻率控制器還可包括適於保存第一多個系 數的係數寄存器；及具有連接到係數寄存器和可連接到諧振器的多個
可轉換電容模塊的第一陣列(635)，每一可轉換電容模塊具有固定電 容615和可變電容620，每一可轉換電容模塊響應於第一多個係數中 的相應係數以在固定電容和可變電容之間轉換及將每一可變電容轉 換到控制電壓。多個可轉換電容模塊可以是二進位加權的模塊。頻率 控制器還可包括具有連接到係數寄存器的多個可轉換電阻模塊且還 具有電容模塊的第二陣列650，電容模塊和多個可轉換電阻模塊還連 接到結點625以提供控制電壓，每一可轉換電阻模塊響應於係數寄存 器中保存的第二多個係數中的相應係數以將可轉換電阻模塊轉換到 控制電壓結點625。在所選實施例中，傳感器還包括響應於溫度的電 流源655，其中電流源通過電流反射鏡670連接到第二陣列以產生跨 多個可轉換電阻模塊中的至少一可轉換電阻模塊的控制電壓。同樣， 在所選實施例中，電流源具有至少一 CTAT、 PTAT或PTAT2結構(圖 7A-7D)。此外，多個可轉換電阻模塊中的每一可轉換電阻模塊對所選 電流具有不同的溫度響應。
在其它示例性實施例中，傳感器是溫度傳感器並響應於溫度變化 改變第二信號。所選實施例還可包括連接到溫度傳感器的模數轉換器 1445以響應於第二信號提供數字輸出信號，及包括控制邏輯塊1450 以將數字輸出信號轉換為第一多個係數。 在其它示例性實施例中，頻率控制器還包括工藝變化補償器320、
425、 760或860，工藝變化補償器可連接到諧振器並適於響應於多個 參數中的製造工藝參數修改諧振頻率。工藝變化補償器還可包括適於 保存多個係數的係數寄存器；及具有連接到係數寄存器和諧振器的多 個可轉換電容模塊的陣列760，每一可轉換電容模塊具有第一固定電 容750和第二固定電容720，每一可轉換電容模塊響應於多個係數中 的相應係數以在第一固定電容和第二固定電容之間轉換。在其它示例 性實施例中，工藝變化補償器還可包括適於保存多個係數的係數寄存 器；及具有連接到係數寄存器和諧振器的多個二進位加權的可轉換可 變電容模塊865的陣列860，每一可轉換可變電容模塊響應於多個系 數中的相應係數以在第一電壓和第二電壓之間轉換。
在其它示例性實施例中，頻率控制器還包括適於保存第一多個系 數的係數寄存器；及具有連接到係數寄存器和可連接到諧振器的多個 可轉換、二進位加權的電容模塊1505的第一陣列1500，每一可轉換 電容模塊具有可變電容1515，每一可轉換電容模塊響應於第一多個 係數中的相應係數以將可變電容轉換(1520)到多個控制電壓中的所 選控制電壓。傳感器可包括響應於溫度的電流源，頻率控制器還可包 括具有通過電流反射鏡(670， 510， 520)連接到電流源(655)的多個 電阻模塊1605的第二陣列1600，多個電阻模塊適於提供多個控制電 壓，且其中多個電阻模塊中的每一電阻模塊對溫度具有不同的響應並 適於響應於電流源的電流提供多個控制電壓中的相應控制電壓。
在其它示例性實施例中，用於諧振器的頻率控制的裝置包括適於 保存第一多個係數的係數寄存器；及具有連接到係數寄存器和諧振器 的多個可轉換電抗模塊(1305、 1805)的第一陣列(1300、 1800)， 每一可轉換電阻模塊響應於第一多個係數中的相應係數將相應的電 抗轉換到諧振器以修改諧振頻率。相應的電抗可以是固定或可變電 感、固定或可變電容、或其任何組合。相應的電抗可在諧振器和控制 電壓或地電勢之間轉換，控制電壓可由電流源響應於溫度確定。例如， 相應的電抗是可變電抗並在諧振器和多個控制電壓中的所選控制電
壓之間轉換。在所選實施例中，第一多個係數由傳感器響應於多個可 變參數如溫度、製造工藝、電壓和頻率中的至少一參數校準或確定。 在示例性實施例中，多個可轉換電抗模塊還可包括多個(635)
二進位加權的可轉換電容性模塊640，每一可轉換電容性模塊具有固
定電容和可變電容，每一可轉換電容性模塊響應於第一多個係數中的 相應係數在固定電容和可變電容之間轉換並將每一可變電容轉換到
控制電壓。所述裝置還可包括響應於溫度的電流源655;及具有連接 到係數寄存器及可有選擇地連接到電流源的多個可轉換電阻模塊675 的第二陣列，第二陣列還具有電容模塊680，電容模塊和多個可轉換 電阻模塊還連接到結點625以提供控制電壓，每一可轉換電阻模塊響 應於係數寄存器中保存的第二多個係數中的相應係數將可轉換電阻 模塊轉換到控制電壓結點，且其中多個可轉換電阻模塊中的每一可轉 換電阻模塊對電流源的所選電流具有不同的溫度響應。
在其它示例性實施例中，多個可轉換電抗模塊還包括多個1500 二進位加權的可轉換電容性模塊1505，每一可轉換電容性模塊具有 可變電容1515，每一可轉換電容性模塊響應於第一多個係數中的相 應係數將可變電容轉換(1520)到多個控制電壓中的所選控制電壓。 所述裝置還可包括響應於溫度的電流源655;及具有通過電流反射鏡 (670， 510， 520)連接到電流源的多個電阻模塊1605的第二陣列，多 個電阻模塊適於提供多個控制電壓，且其中多個電阻模塊中的每一電 阻模塊對溫度具有不同的響應並適於響應於電流源的電流提供多個 控制電壓中的相應控制電壓。
在其它示例性實施例中，多個可轉換電抗模塊還可包括連接到系 數寄存器和諧振器的多個760 二進位加權的、可轉換電容模塊，每一 可轉換電容模塊具有第一固定電容750和第二固定電容720，每一可 轉換電容模塊響應於多個係數中的相應係數在第一固定電容和第二 固定電容之間轉換。在其它示例性實施例中，多個可轉換電抗模塊還 可包括連接到係數寄存器和諧振器的多個860 二進位加權的可轉換 可變電容模塊865，每一可轉換可變電容模塊響應於多個係數中的相
應係數以在第一電壓和第二電壓之間轉換。
在示例性實施例中，根據本發明的裝置包括適於提供具有諧振頻 率的第一信號的諧振器310、 405;及連接到諧振器並適於響應於溫 度變化修改諧振頻率的溫度補償器315。諧振器是下述諧振器中的至 少一個電感器(L)和電容器(C)構造成的LC儲能電路諧振器、 陶瓷諧振器、機械諧振器、微機電諧振器、或薄膜體聲波諧振器。所
述裝置還可包括連接到諧振器和溫度補償器的負跨導放大器410，其
中溫度補償器還適於響應於溫度變化通過負跨導放大器修改電流。溫
度補償器還可包括響應於溫度變化的電流源415、 515、 655。
在其它示例性實施例中，溫度補償器還包括適於提供響應於溫 度變化的電流的電流源415、 515、 655;適於保存第一多個係數的系 數寄存器；連接到諧振器和電流源的多個電阻模塊675、 1605，多個 電阻模塊中的至少一電阻模塊適於提供控制電壓或多個控制電壓；及 多個可轉換電抗模塊(1305， 1805， 635， 1505)，連接到諧振器和電
流源並可有選擇地連接到多個電阻模塊中的至少一電阻模塊。
在其它示例性實施例中，本發明提供用於諧振器的頻率控制的頻 率控制器，包括適於保存第一多個係數和第二多個係數的係數寄存 器；適於提供對應於溫度的電流的電流源415、 515、 655;具有連接 到係數寄存器的多個可轉換電阻模塊675、 1605且還具有電容模塊的 第一陣列，第一陣列還通過電流反射鏡連接到電流源以產生跨多個可 轉換電阻模塊中的至少一可轉換電阻模塊的至少一控制電壓，每一可 轉換電阻模塊響應於第二多個係數中的對應係數轉換可轉換電阻模 塊以向控制電壓結點提供控制電壓；及具有連接到係數寄存器和諧振 器的多個二進位加權的可轉換電容性模塊640的第二陣列，每一可轉
換電容性模塊具有固定電容和可變電容，每一可轉換電容性模塊響應 於第一多個係數中的對應係數在固定電容和可變電容之間轉換並將 每一可變電容轉換到控制電壓結點。
再次參考圖3和4，時鐘發生器和/或定時/頻率參考(100、 200 或300)還可包括頻率校準模塊(325或430)。該頻率校準模塊是另
外的專利申請的主題，但其高級功能在下面簡要描述。圖13是根據
本發明的示例性頻率校準模塊900 (其可用作模塊325或430)的高 級框圖。頻率校準模塊900包括數字分頻器910、基於計數器的頻率 檢測器915、數字脈衝計數器905、及校準寄存器930 (其也可用作 寄存器465)。使用測試IC，來自時鐘發生器(100、 200或300)的 輸出信號被分頻(910)並與頻率檢測器915中的已知參考頻率920 比較。根據時鐘發生器(100、 200或300)相對於所述參考是快還是 慢，下降或上升脈衝被提供給脈衝計數器905。基於這些結果，第三 多個轉換係數r。…2v^皮確定，且時鐘發生器(100、 200或300) 被校準到所選參考頻率。再次地，各個IC也可單獨校準和測試。
再次參考圖2、 3和4，本領域技術人員將意識到，隨PVT變化 保持高度準確、低抖動、自激及自參考的振蕩器己被描述，從而提供 可在結點470和475獲得的、具有可選及可調諧諧振頻率A的差分、 實質上正弦信號。對於許多應用，該信號足夠了且可直接使用(及可 以是圖1的總線125或135上、圖2的線250上、或圖3的線350上、 或圖4的幹線或線路470和475之間的輸出)。例如，該信號可用作 定時或參考頻率。根據本發明，可存在另外的應用，包括時鐘發生(實 質上方波)、分頻、低等待時間頻率轉換、及模式選擇，如下所述。
圖14為根據本發明的示例性分頻器和方波發生器1000、及具有 示例性假信號抑制模塊1080的示例性異步選頻器1050的框圖。如上 所述，分頻器和方波發生器1000可被包括在模塊220和/或330中或 包括模塊220和/或330，及選頻器1050 (具有或沒有假信號抑制模 塊1080)可被包括在模塊205和/或335中或包括模塊205和/或335。
參考圖14，振蕩器的輸出信號即具有諧振頻率A的差分且實質 上正弦信號，如圖2的線250上、或圖3的線350上、或圖4的幹線 或線路470和475之間的輸出，被輸入分頻器和方波發生器1000。 該實質正弦信號的頻率由任一或多個任意值N分為m個不同的頻率 (包括A適當的地方)，並轉換為實質方波信號，從而導致具有m+l 個不同可用頻率的多個實質方波信號，即線路或總線1020上的輸出
頻率/。， A &…A。具有m+l個不同可用頻率的這些實質方波信 號中的任何信號可通過示例性異步選頻器1050異步地選擇，如圖所
示，所述選頻器可被具體化為復用器。具有m+l個不同可用頻率的這 些實質方波信號中的任何信號的選擇可通過多個選擇線路(S …S。) 1055完成，從而提供具有所選頻率的實質方波信號，即線路1060上 的輸出。
作為異步頻率選擇的一部分，假信號抑制也由假信號抑制模塊 1080提供，其可以多種方式具體化，包括通過使用圖14中所示的一 個或多個示例性D觸發器(DFF)。假信號可出現在異步頻率變遷中， 其中或低態或高態未被保持足夠的時間並可在由輸出時鐘信號驅動 的電路中導致亞穩性。例如，異步頻率變遷可導致第一頻率的低態躍 遷為第二頻率的高態，在第二頻率高態即將變回低態時導致電壓尖峰 信號或假信號。為避免可能的假信號被提供為輸出時鐘信號的一部 分，所選實質方波信號(具有所選頻率)在線路1060上提供給提供 保持狀態的第一DFF1065;如果假信號出現，其將被保持直到時鐘邊 緣觸發DFF為止。為避免假信號出現在時鐘邊緣，DFF可以低於最大 可用頻率進行時鐘控制，或可使用一個或多個另外的DFF (如 DFF1070)，由於在等待另一時鐘信號期間，DFF1065的Q輸出將已穩
定為第一狀態(高或低)或第二狀態(低或高)，如或電力或接地幹 線。發明人已表明2個DFF即足夠了，另外的DFF可按需增加，但具 有另外的DFF將導致轉換等待時間增加。在使用示例性DFF圖示的同 時，其它觸發器或計數器也可使用，且本領域技術人員將認識到將實 現該結果的無數其它等效實施方式，所有這些變化均在本發明範圍 內。
根據本發明的所述示例性低等待時間頻率轉換如圖15中所示。 圖15還是本發明的"實質"方波的說明，其為不同布局中使用的實 際方波的典型，展現合理的變化，在其相應的高和低態下衝和上衝(且 不是教科書例子的完美"平直")。圖15中的A部分示出了從1MHz到 33MHz的異步無假信號轉換，B部分示出了測得的從4MHz到8MHz、然後到16MHz、之後到33MHz的無假信號轉換。
再次參考圖14，分頻器和方波發生器1000可以無數方式實施， 如差分或單端，圖示的分頻器僅是示例性的。由於圖4中所示的振蕩 器的輸出是差分輸出(跨線路或幹線470和475)，第一分頻器1005 也是差分分頻器並提供互補輸出，以呈現實質上不變的負載給振蕩器 並保持相位校準，且是快速分頻器以支持高頻如GHz範圍的頻率。此 外，拒絕第一分頻器1005的任何張馳模式振蕩可能是必須的或適當 的。第二分頻器1010也可是差分分頻器並提供任何任意分頻(用M 除)，如除以整數、2的倍數、有理數、或任何其它量或數。所述分 頻器的布局或結構在本領域是眾所周知的，且任何所述分頻器均可使 用。例如但非限制，所述分頻器可以是一連串(多段)計數器或觸發 器1075，如圖16中所示的那些觸發器，作為第二差分分頻器1074， 其按2的冪或倍數提供分頻，每一段的輸出提供不同的頻率，且還提 供用於下一段的時鐘信號並反饋回到其自己的輸入，如圖所示。如圖 所示，之後，多個頻率可用於線路或總線1020上的輸出，如/;/2，《/4， 依此類推，直到/。/2N。此外，如圖所示，從振蕩器到第一分頻器1005 也可使用緩衝器1085，以提供足以驅動第一分頻器1005的電壓，及 在第二分頻器1010多段之間使用緩衝器，以隔離也能影響信號上升 和下降時間的隨狀態而變的負載變化。
還應注意，使用不同觸發器還提供實質方波，因為任何實質正弦 信號已被提供以時鐘控制觸發器，其輸出繼而被拉到高或低電壓。也 可使用其它方波發生器，如本領域眾所周知的方波發生器。在所示實 施例中，為保持相位校準，差分信號被保持通過最後劃分。在最後分 頻之後，多個信號(每一信號具有不同頻率)(在模塊1015中)被調 整以提供實質上均勻劃分的(如50:50)佔空比，使得信號處於第一 (高)態的時間實質上等於該信號處於第二 (低)態的時間。
圖17為根據本發明的示例性模式選擇模塊的框圖。有些情形下 高度準確的高性能參考如本發明的時鐘發生器(100、 200或300)不 必要，如在低功率、備用模式下。在這些情形下，根據本發明，或者
沒有提供時鐘輸出，或者提供低功率、降低性能的時鐘1105輸出。 例如，在相當低的頻率下，低性能環形振蕩器可提供適當的、低功耗 性能。如圖17中所示，對於這些條件，低功率振蕩器1105的輸出可
被選擇(通過復用器iioo)並作為時鐘輸出提供給其它電路。然而，
在更高的頻率，所述低性能振蕩器耗用多得多的功率，通常明顯多於 本發明的振蕩器。通常有隨頻率而變的"盈虧平衡"點，其後時鐘發
生器(100、 200或300)提供更高的性能和更低的功耗，並可被選擇 (通過復用器1100)和作為時鐘輸出提供給其它電路。因此，時鐘 發生器(100、 200或300)也可用於提供低功率模式。
此外，使用模式選擇器1110，也可選擇其它模式，如無功率模 式，而不是僅僅低頻率或睡眠模式，在該模式下時鐘發生器(100、 200或300)可被相當快速地重啟，或受脈衝作用的模式，其中時鐘 發生器(100、 200或300)可被定期或不定期反覆猝發或有間隔地停 止和重啟。不同的參考模式如下所述。
相比於現有技術，使用本發明的時鐘發生器和/或定時/頻率參考 (100、 200或300)的該受脈衝作用時鐘控制提供功率節約。在特定 猝發期間耗用更多功率的同時，由於時鐘具有相當高的頻率，在該間 隔中更多的指令得以處理，之後在非脈衝或斷開間隔期間沒有或只有 有限的功率耗散，從而相比於連續運行的時鐘導致更高的MlPS/mW。 相反，由於現有技術時鐘相當長的啟動時間和鎖定，所述受脈衝作用 的時鐘控制導致現有技術功耗更多及效率更低。
圖18是根據本發明的用於第二振蕩器的示例性同步模塊1200的 框圖。如上所述，時鐘發生器和/或定時/頻率參考(100、 200或300) 可提供參考模式以同步其它振蕩器或時鐘，其可以也可不是低功率， 如第二振蕩器1210 (如環形、張馳、或相移振蕩器)。時鐘發生器和 /或定時/頻率參考(100、 200或300)的輸出信號還被按需分頻以形 成多個可用參考頻率，某一參考頻率選自該多個頻率。這可使用上述 模塊實現，如通過使用現有分頻器(220、 330、 1000，例如)，然後 從選頻器1050 (或205或335)提供參考信號。例如，參考圖3，模
式選擇器345可選擇參考模式並從選頻器335提供輸出參考信號給第 二振蕩器(具有同步模塊)375。之後，同步模塊如PLL或DLL1205 用於將來自第二振蕩器1210的輸出信號同步到由時鐘發生器和/或 定時/頻率參考(100、 200或300)提供的參考信號。除了連續同步 模式之外，也可提供受脈衝作用的同步，其中時鐘發生器和/或定時/ 頻率參考(100、 200或300)提供受脈衝作用的輸出，且同步發生在 這些脈衝的間隔即同步間隔期間。
圖19為根據本發明的示例性方法的流程圖，並提供有用的概要。 方法以開始步驟1220開始，如通過時鐘發生器和/或定時/頻率參考 (100、 200或300)啟動。應注意，在圖19中圖示為連續步驟的同 時，這些步驟可以任何順序出現，且通常可隨時鐘發生器和/或定時/ 頻率參考(100、 200或300)運行同時出現。參考圖19，具有諧振 頻率的諧振信號在步驟1225產生，如通過LC儲能電路405或諧振器 310。在步驟1230，諧振頻率響應於溫度進行調節，如通過溫度補償 器315，其調節電流和頻率。在步驟1235，諧振頻率響應於製造工藝 變化進行調節，如通過工藝變化補償器320。如上所述，步驟1235 可被執行為第一校準步驟，之後為步驟1230的溫度調節。在步驟 1240，具有諧振頻率的諧振信號被分為具有相應多個頻率的多個第二 信號，如通過分頻器330或1000，其中多個頻率實質上等於或低於 諧振頻率。在步驟1245，輸出信號從多個第二信號選擇，如通過選 頻器335或1050。根據所選實施例或模式，所選輸出信號可被直接 提供為參考信號。
在其它實施例中，如當輸出信號是差分而不是單端信號時，及當 諧振信號是實質正弦信號時，在步驟1250，所述方法繼續從而按需 將差分、實質正弦信號轉換為具有實質上相等的高和低佔空比的單端 實質方波信號，使得使用模塊330或1000產生時鐘輸出信號。在步 驟1255，運行模式也從多種運行模式選擇，如通過使用模式選擇器 225或345，其中多種運行模式可選自下組時鐘模式、定時和頻率 參考模式、功率節約模式、及受脈衝作用模式。當在步驟1255選擇
的是參考模式時，在步驟1260，所述方法進行到步驟1265，以響應 於輸出信號同步第三信號(如從第二振蕩器)，如圖18中所示。在步 驟1260或1265之後，所述方法結束或重複(繼續)(如時鐘發生器 和/或定時/頻率參考(100、 200或300)繼續運行)，返回歩驟1270。
圖39為根據本發明的第二示例性系統實施例1195的框圖。如圖 所示，第二示例性系統1195包括如上所述的時鐘發生器(定時/頻率 參考)(100、 200、 300)及用於任何功能、應用或目的的任何類型或 種類的第二電路180，例如如圖所示及如下定義的處理器1275。第二 電路180還可包括存儲器1280、用於輸入和輸出(I/O)的接口 1285、 及用於任何所選應用或功能的其它電路組件。第二示例性系統1195 通常體現為單一集成電路，提供作為一個或多個系統時鐘或參考的一 個或多個第一參考信號，其與其它組件集成在一起且其不需要任何外 部參考或時鐘如晶體振蕩器參考。例如，時鐘/參考(100、 200、 300) 自激且不鎖定到任何參考時鐘或信號，而是提供參考時鐘或信號給其 它、第二電路180。
第二示例性系統1195也可被體現為通過同一 IC管殼內的焊線連 接的多個集成電路。例如，時鐘發生器(定時/頻率參考)(100、 200、 300)可被體現在第一IC上，第二電路180體現在第二 IC上，二者 通過一根或多根焊線相互連接，第一 IC (時鐘)將作為一個或多個 系統時鐘或參考的一個或多個第一參考信號提供給第二 IC (第二電 路180)，從而將時鐘或參考提供為單一封裝組件的一部分，而不需 要任何外部參考或時鐘如晶體振蕩器參考。
如圖39中所示，除了時鐘發生器(定時/頻率參考)(100、 200、 300)之外，第二示例性系統1195還包括一種或多種類型的第二電路， 如一個或多個處理器1275，及可能還包括I/O接口 (或其它I/O裝 置)1285和存儲器1280。這些組件中的每一個接收一個或多個第一 參考信號，通常用作一個或多個時鐘控制信號。在第二示例性系統 1195中，I/O接口 1285可實施為本領域已知或即將知道的接口，以 在處理器1275、存儲器1280及任何通道、總線、輸入和輸出裝置、
在此所述的機構和介質(未單獨示出)之間提供數據通信，包括無線、 光學或有線通信，其使用任何可用標準、技術或介質，沒有任何限制。
例如，當第二示例性系統1195用作計算機處理器時，I/O接口 1285 適於在其與一個或多個總線如PCI總線、PCI快速總線、通用串行總 線(USB1或USB2)等之間提供數據通信。此外，1/0接口 1285可提 供到任何CD或磁碟驅動器的接口，或到用於經網絡進行通信的通信 通道的接口，從而用任何形式的介質或通信裝置提供通信，如提供以 太網埠。同樣，例如，V0接口 1285可提供所有信令和物理接口 功能，例如但非限制，如阻抗匹配、連接到網絡的外部通信線路或通 道(如乙太網、Tl或ISDN線路)和內部伺服器或計算機通信總線(如 不同的PCI或USB總線之一)之間的數據輸入和數據輸出。此外，根 據所選實施例，I/O接口 1285 (或處理器1275)也可用於提供數據 鏈路層和媒體存取控制功能。
根據所選實施例，存儲器1280可以任何數量的形式體現，包括 在任何計算機或其它機器可讀的數據存儲介質內、用於信息如計算機 可讀指令、數據結構、程序模塊或其它數據的存儲或通信的存儲器裝 置或其它存儲或通信裝置，不管是當前已知的還是即將可用的，包括 但不限於磁碟驅動器、光學驅動器、磁碟或磁帶驅動器、硬碟驅動器、 其它機器可讀的存儲或存儲器媒體如軟盤、CDR0M、 CD-RW、數字通用 光碟(DVD)或其它光學驅動器、存儲器集成電路(IC)、或集成電路 的存儲器部分(如駐留在處理器IC內的存儲器)，無論易失性或非易 失性存儲器，無論可刪除或不可刪除存儲器，包括但不限於RAM、 FLASH、 DRAM、 SDRAM、 SRAM、 MRAM、 FRAM、 R0M、 EPR0M或E2PR0M、 或任何其它類型的存儲器、存儲介質、或數據存儲裝置或電路，其可 以是已知的或即將知道的。此外，所述計算機可讀媒體包括任何形式 的通信媒體，其將計算機可讀指令、數據結構、程序模塊或其它數據 體現在數據信號或調節信號中，如電磁或光學載波或其它傳輸機制， 包括任何信息抄送媒體，其可將數據或其它信息編碼在有線或無線信 號中，包括電磁、光學、聲波、RF或紅外信號等。 第二示例性系統1195還包括一種或多種類型的處理電路，如一
個或多個處理器1275，其可以是單核或多核、通用或專用處理器並
適於執行任何類型的功能。如術語"處理器"在此使用和定義的那樣，
處理器1275可以是任何類型的電路，適於執行任何類型或種類的功 能、應用或其它目的，並可包括單一集成電路(IC)的使用，或可包 括多個集成電路或其它連接、安排或分組在一起的組件的使用，如微 處理器、數位訊號處理器(DSP)、控制器或微控制器、並行處理器、 多核處理器、常規IC、專用集成電路(ASIC)、可現場編程門陣列 (FPGA)、自適應計算IC、相關聯存儲器(如薩、DRAM和R0M)、及 其它IC和組件。因此，如在此使用的，術語處理器應當理解為等同 地意為和包括單一IC、或常規IC布置、ASIC、處理器、微處理器、 控制器、FPGA、自適應計算IC、或執行任何合適功能的其它集成電 路分組，以及相關聯的存儲器如微處理器存儲器或另外的RAM、 DRAM、 SDRAM、 SRAM、 MRAM、 R0M、 FLASH、 EPR0M或E2PR0M。處理器(如處 理器1275)及其相關存儲器可適於或(經編程、微碼、FPGA互連、 或硬連線)構造成執行如下所述與第二示例性系統1195 (或如下所 述的第三、第四或第五示例性系統)的任何所選應用相關的任何功能。 例如，任何功能或方法可作為一組程序指令或其它代碼(或等效配置 或其它程序)編程和保存在處理器1275及其相關存儲器(和/或存儲 器1280)及其它等效組件中，以用於隨後在處理器運行(即通電並 運轉)時執行。等同地，當處理器1275可整體或部分實施為FPGA、 常規IC和/或ASIC時，FPGA、常規IC或ASIC也可被設計、配置和 /或硬連線以實施任何所選功能或方法。例如，處理器1275可實施為 微處理器、DSP和/或ASIC的排列，統稱為"處理器"，這些組件被 分別編程、設計、修改或配置以實施所選功能，如通信功能、數據處 理功能等。
例如但非限制，處理器1275可實施為微處理器、數位訊號處理 器、控制器、微控制器、通用串行總線(USB)控制器、外圍組件互 連(PCI)控制器、外圍組件互連快速(PCI-e)控制器、火線控制器、AT附件(ATA)接口控制器、集成的驅動電子電路(IDE)控制器、 小計算機系統接口 (SCSI)控制器。在其它實施例中，處理器1275 可被實施成提供其它形式的控制功能，如電視控制器、區域網(LAN) 或乙太網控制器、視頻控制器、音頻控制器、數據機處理器或控 制器、線纜數據機控制器或處理器、多媒體控制器、MPEG控制 器如MPEG-1 (視頻CD、 MP3)、 MPEG-2 (數位電視、DVD)、 MPEG-4 (用 於固定及行動網路應用的多媒體)、MPEG-7 (音頻及可視內容的描述 和搜索)、MPEG-21 (多媒體框架)。在其它實施例中，當時鐘/參考已 被實施成提供有效且穩定的頻率準確度時，處理器1275可被實施成 提供通信功能，如用於移動通信一個或多個通信控制器(移動通信控 制器、IEEE802. 11控制器、GSM控制器、GPRS控制器、PCS控制器、 AMPS控制器、CDMA控制器、WCDMA控制器、擴展頻譜控制器、無線 LAN控制器、不同形式的IEEE 802. ll控制器等)或用於非移動通信 的一個或多個通信控制器(如DSL控制器、Tl控制器、ISDN控制器) 或其它多媒體或其它通信控制器。
繼續使用上面的例子，所選頻率可包括用於USB控制器(USB1 或USB2)的12、 30、 48或480MHz;用於PCI控制器的33或66MHz 或用於PCI-e控制器、火線控制器、ATA控制器或SCSI控制器的6MHz; 用於電視控制器的10.7MHz;用於區域網(LAN)或乙太網控制器的 50MHz;用於視頻控制器的27MHz或54MHz;用於音頻控制器的 24.576MHz;用於數據機處理器的56.448MHz;其適於上述不同 MPEG控制器或通信控制器的其它頻率。其它頻率也可基於應用進行 選擇，如當處理器1275用在計算機中時，選擇適當的GHz頻率。
如上所述的不同頻率可以多種方式中的任何方式確定，無論由時 鍾發生器(定時/頻率參考)(100、 200、 300)直接提供為第一參考 信號的第一頻率/。還是一個或多個第二參考信號的一個或多個第二 頻率(經一個或多個分頻器(1000， 1010、 1074、 1218、 1219)或鎖 定電路1204及下述的其它組件)。例如，不同的頻率可作為設計和制 造的一部分進行確定，或在製造後確定(如通過校準和編程)，或二
者同時存在。更具體地，頻率選擇可作為設計和製造的一部分發生，
如通過選擇時鐘/參考(100、 200、 300)的LC振蕩器中使用的電感 器和電容器的數量和大小。例如， 一個或多個電感器(如445)的大 小和/或形狀可通過適當的金屬層掩模進行選擇。如上所述，頻率選 擇也可在製造後發生，其通過使用如上所述的不同校準和控制係數或 信號進行。此外，如下所述，頻率選擇可通過配置一個或多個鎖定電 路1204或分頻器進行，如通過選擇通過可編程計數器的分頻比，其 為IC設計和製造的一部分，或可在製造後編程，同樣通過使用校準 或控制係數或信號或通過將分頻器轉換入或轉換出分頻鏈進行。
除了所示一個或多個處理器1275、 1/0接口 1285和存儲器1280 之外，本領域技術人員將意識到，不同的示例性系統還可包括另外的 或不同的組件，且通常將隨所選應用變化。例如，不同的應用可要求 另外的電路，如除了對I/O接口 1285所述的之外，還需要不同的物 理層實施。
圖40是根據本發明的第三示例性系統實施例1201的框圖。如圖 40中所示，具有第一頻率(A)的第一參考信號或直接提供給處理器 1275 (與第二電路180的例子一樣)，或提供給另外的圖示為倒相器 1196、分頻器(1000、 1074、 1218禾口/或1219 (如下所述))、鎖定電 路1204(圖示為鎖定電路120麼、鎖定電路12042、***、鎖定電路1204N)、 及所述分頻器、鎖定電路等的組合或置換的第二電路。該另外的第二 電路適於接收具有第一頻率的第一參考信號並提供所選頻率A A…A並具有任何所選相位關係(如倒相、90度、正交等)的一 個或多個相應的第二參考信號。
第三示例性系統1201 (及下述的多個其它示例性實施例)產生 多個參考信號，無論正弦還是方波信號，如用作一個或多個時鐘信號 或頻率參考。時鐘/頻率參考(100、 200、 300)提供第一參考信號(具 有第一頻率/。)並連接到一個或多個鎖定電路1204如鎖相環、延遲 鎖定環、注入鎖定電路(圖示為鎖定電路1204i、鎖定電路12042、…、 鎖定電路1204》，以提供所選頻率/^， ik，…A的相應多個輸出信
號。多個鎖定電路1204中的每一鎖定電路具有多個不同分頻比中的 相應分頻比。在運行中，每一鎖定電路1204適於相位、延遲或其它
鎖定到時鐘/頻率參考(100、 200、 300)提供的第一參考信號，並提 供具有從第一頻率和相應分頻比確定的輸出頻率的第二參考信號作 為輸出。每一鎖定電路如PLL或DLL可按本領域公知的進行實施，如 圖43中所示及下述的PLL 1204"
在示例性實施例中，第二參考信號的頻率可以是固定頻率，如在 製造時通過硬連線或配置分頻器或分頻比進行固定，也可以是可變頻 率，如通過控制電路(或邏輯)或保存的係數(1215)(塊1215，其 可以是保存係數的寄存器或提供控制信號的其它電路)在製造後選擇 或編程從而為相應的頻率選擇調節鎖定電路1204的分頻比，下面將 進一步描述。任何所保存的係數(1215)也可以是如上所述的寄存器 455、 465和495中保存的不同頻率校準和頻率控制係數的一部分。 作為選擇，用戶輸入如用於頻率選擇的輸入也可通過用戶接口 (未單 獨示出)提供。
如上結合圖14 (分頻器1000、 1010)和圖16 (差分信號分頻器 1074)所述，作為通常第一頻率的第一參考信號的、來自時鐘/頻率 參考(100、 200、 300)的振蕩器的輸出信號也可被分頻以提供具有 一個或多個所選第二頻率的一個或多個第二參考(或時鐘)信號。圖 41是根據本發明的、用於異步分頻的第三示例性分頻器實施例1218 的框圖。圖42是根據本發明的用於同步分頻的第四示例性分頻器實 施例1219的框圖。如前所述，對於這些實施例，每一觸發器(或計 數器)1214 (圖示為觸發器1214o， 1214h…12145)提供因數2的 分頻，或當實施為計數器時，提供計數器適於計數的無論什麼最大(終 極或極限)數的分頻。圖41示出了提供異步分頻的觸發器(或計數 器)1214的結構。圖42示出了具有其它門邏輯電路("與"門)1217 的觸發器(或計數器)1214的結構，其提供同步分頻。除了所示門 邏輯電路("與"門)1217之外，任何結構的組合邏輯電路可用於提 供所選同步，門邏輯電路("與"門)1217為用於圖42所示的除8
電路的一個例子，且所有這些變化均在本發明範圍內。
分頻器，如第三示例性分頻器1218和第四示例性分頻器1219，
可連接到不同時鐘發生器(定時/頻率參考)(100、 200、 300)實施 例的振蕩器，從而提供具有圖示為A A…A的相應多個第二頻率 的一個或多個第二參考信號。或者，分頻器，如第三示例性分頻器 1218和第四示例性分頻器1219，可以是連接到不同時鐘發生器(定 時/頻率參考)實施例(100、 200、 300)的振蕩器的鎖定電路1204 (如一個或多個鎖相環(PLU、延遲鎖定環(DLL)或注入鎖定電路) 的一部分。示例性鎖定電路圖示為圖18中的PLL 1205。所述鎖定電 路實施例在下面結合圖43和44描述。此外，不同的分頻器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)也可連接到一個或多個鎖定電路1204，如 圖40中所示。
用於提供具有所選頻率的一個或多個輸出信號的異步分頻和同 步分頻均在本發明範圍內。此外，分頻可在分頻鏈(如圖所示，即逐 次連接的觸發器(或計數器)1214)中的任何點在異步或同步分頻之 間轉換。所述分頻可以是任何數量的分頻。分頻可以是單端或差分時 鍾或參考信號(例如，如圖14、 16、 41和42中所示)。用於分頻的 無數其它電路布局對本領域技術人員是很明顯的，且被視為等效，及 所有這些變化均在本發明範圍內。
繼續參考圖40，第三示例性系統1201可包括時鐘發生器(定時 /頻率參考)(100、 200、 300)及任一或多個所示第二電路，如倒相 器1196、方波發生器1015、分頻器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)、 鎖定電路1204、或先前提及的不同其它類型的的第二電路中的任何 電路，如一個或多個處理器1275、存儲器1280或I/O接口 1285。例 如，第三示例性系統1201可實施為包括(在線路1197上)將具有第 一頻率(6)的第一參考信號直接提供給另外的第二電路1198如處理 器1275， 一個或多個分頻器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)適於 更低頻率的多個第二參考信號，如用於功率節約。同樣，例如，第三 示例性系統1201可實施為包括一個或多個鎖定電路1204和/或連接
到鎖定電路1204的一個或多個分頻器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)以例如基於相應分頻比(提供第一頻率/。的任何有理倍數)提 供任何相應頻率的多個第二參考信號。
圖43是根據本發明的第四示例性系統實施例1202的框圖。時鐘 /頻率參考(100、 200、 300)提供(具有第一頻率A)的第一參考信 號，並連接到至少一鎖定電路1204如鎖相環(PLL)、延遲鎖定環(DLL) 或注入鎖定電路，以提供相應的第二參考信號，如所選頻率的時鐘輸 出信號，圖示為頻率力v。(具有多個鎖定電路1204的第五系統實施例 在下面結合圖44描述。)在運行中，每一鎖定電路(如PLL或DLL) 1204適於相位、延遲或其它鎖定到時鐘/頻率參考(100、 200、 300) 提供的第一參考信號，並提供具有從第一頻率和相應分頻比確定的第 二頻率的輸出信號(第二參考信號)作為輸出。圖示為鎖相環實施例 用於例子的目的而非限制，鎖相環1204八(作為鎖定電路1204的類型) 包括第一分頻器(或倍增器)1206 (如+N)和第二分頻器(或倍增 器)1207 (如+ M)，從而形成相應的分頻比以提供第二頻率，其為 第一頻率/。.的有理倍數(M/N)。在所示實施例中，第二分頻器1207 有效地用作倍增器(將輸出頻率A分為更低的頻率以與A/N匹配並 相位鎖定)。根據所選實施例，第二參考信號的輸出頻率(如A)可 以是第一頻率A的任何有理倍數，無論是更高還是更低。
鎖定電路1204當實施為鎖相環1204A時還包括相位檢測器1208、 電荷泵1209、可選的濾波器1211、及電壓受控振蕩器(VCO) 1212 (如圖18中所示的第二振蕩器1210)。 VC01212提供具有第二頻率 A的第二參考信號，其由集成的第三系統實施例1202中的處理器 1275、存儲器1280和I/O接口 1285用作時鐘或其它參考。
時鐘/參考(100、 200、 300)適於提供具有第一頻率6的第一參 考信號作為輸出，或連同分頻器或鎖定電路1204 —起提供圖43中圖 示為頻率A的第二頻率的第二參考信號，或與多個鎖定電路1204或 分頻器一起提供具有圖44中圖示的相應頻率力，&…A的相應多 個第二參考信號作為輸出。如上所述，頻率選擇可作為設計和製造的
一部分發生，如通過選擇時鐘/參考(100、 200、 300)的LC振蕩器
中使用的電感器和電容器的數量和大小。例如， 一個或多個電感器(如
445)的大小和/或形狀可通過適當的金屬層掩模進行選擇。頻率選擇 也可在製造後發生，其通過使用如上所述的不同校準和控制係數或信 號進行。此外，頻率選擇可通過配置一個或多個鎖定電路1204 (PLL 或DLL)進行，如通過選擇通過可編程計數器的分頻比，其為IC設 計和製造的一部分，或可在製造後編程，同樣通過使用校準或控制系 數或信號或通過將分頻器轉換入或轉換出分頻鏈進行。
圖44是根據本發明的第五示例性系統1203的框圖。第五示例性 系統1203包括先前對第四系統1202所述的組件，即時鐘/頻率參考 (100、 200、 300)、控制邏輯或保存的係數(1215)、 一個或多個處 理器1275、 I/O接口 (或其它I/O裝置)1285、及存儲器1280。第 五示例性系統1203還包括多個鎖定電路1204和分頻器(IOOO， 1010， 1074， 1218， 1219)，分別如鎖相環或延遲鎖定環(或注入鎖定電路) 及同步或異步分頻器，以提供具有相應多個第二頻率的相應多個第二 參考信號(時鐘或其它參考信號)，包括任何類型或形狀的(單端、 差分、方波、正弦、擴展頻譜)信號，圖示為具有相應第二頻率A A A &…A的多個第二參考信號。具有相應頻率A A /,， A… ,、的多個第二參考信號可能及具有第一頻率/。的第一參考信號均提 供給轉換電路1290,用於選擇將提供給一個或多個處理器1275、 I/O 接口 1285和存儲器1280的一個或多個第二參考信號。
轉換電路1290可由頻率選擇及控制邏輯電路1295和/或控制邏 輯或保存係數的寄存器(1215)(上述)控制。例如，控制邏輯電路 1295可提供一個或多個控制信號給轉換電路1290，其繼而適於響應 於一個或多個控制信號將多個第二參考信號中的所選第二參考信號 轉換到處理器1275及其它組件。類似地， 一個或多個保存的係數(如 保存在係數寄存器1215中)可用於通過控制轉換或傳輸電晶體的柵 極電壓而控制多個第二參考信號中的所選第二參考信號轉換到處理 器1275及其它組件。此外，頻率選擇和控制邏輯電路1295還可用於
控制多個鎖定電路1204，如通過編程相應的分頻比。在示例性實施
例中，轉換電路1290實施為提供實質上無假信號的轉換，並可通過
任何類型的轉換結構或矩陣實施，如通過一個或多個復用器、傳輸晶
體管、交叉開關、或其它轉換或可配置電路。或者，轉換電路1290 可被省略，具有不同頻率或相位關係、類型或形狀(如單端、差分、 方波、正弦、擴展頻譜)的多個時鐘或參考信號直接提供給一個或多 個處理器1275、 IA)接口 1285和存儲器1280。此外，轉換電路1290 可通過不可重構電路實施，如通過不同的熔斷器或其它電學上可編程 的連接、R0M連接、或其它一次性可配置連接。對多個第二參考信號 中提供給第二處理電路如處理器1275、存儲器1280、 I/O接口 1285 的一個或多個第二參考信號的選擇的控制的無數變化對本領域技術 人員顯而易見，這些變化均視為等效並在本發明範圍內。例如，第五 示例性系統1203可用於提供多個具有任何所選頻率和/或相位關係 的單端或差分及方波或正弦時鐘或參考信號。繼續使用該例子，首先， 當足夠功率可用時，為了高性能，高得多的頻率信號可被提供給一個 或多個處理器1275、 I/O接口 1285和存儲器1280。其次，當電源被 限制時，為了節約功率的性能，如在電源為電池時為了降低功率，低 得多的頻率信號可被提供給一個或多個處理器1275、 1/0接口 1285 和存儲器1280。第三，為了更多的功率節約如對於睡眠或冬眠模式， 低得多的頻率信號可被提供給一個或多個處理器1275、1/0接口 1285 和存儲器1280。除了通過選擇時鐘/參考(100、 200、 300)的LC振 蕩器中使用的電感器和電容器的數量和大小確定頻率之外，頻率選擇 和控制邏輯電路1295和/或控制邏輯或保存的係數(1215)可被編程 或校準以控制轉換電路1290提供具有頻率A A…A的任何所述 相應時鐘或其它第二參考信號。
四個示例性分立裝置實施例在圖45-48中示出。類似於其它所示 實施例，這些分立裝置實施例也適於在不鎖定到外部參考信號的情況 下運行，如不鎖定到任何類型的晶體(XTAL)參考。此外，這些分立 裝置實施例中的任何裝置可被提供為可配置或可編程形式，如對一個
或多個第二參考信號提供可選擇頻率和輸出引腳，或提供為不可配置 或不可編程的形式，如對一個或多個第二參考信號提供預定或固定頻 率和輸出引腳。例如，分立裝置實施例可被提供為提供預定頻率的一 個或多個時鐘信號的"標準"IC，或可被提供為由用戶選擇輸出頻率、 信號類型、信號水平等的可配置IC。如下詳述的，所述配置和/或選 擇可作為設計和製造的一部分發生，如通過對電抗大小、數量和互連 進行掩碼編程，或在製造後發生，如通過配置和選擇互連、電抗轉換、 分頻比等。此外，所述配置可與上述的示例性集成實施例結合。
圖45為根據本發明的示例性第一分立裝置實施例3000的框圖， 通常實施為分立(即單一)集成電路。如圖45中所示，第一分立裝 置3000包括如先前所述運行的時鐘/頻率參考(100、 200、 300)、 一 個或多個分頻器(IOOO， 1010， 1074， 1218， or 1219)、禾口/或一個或 多個鎖定電路1204，還包括一個或多個輸入/輸出(I/O)接口電路 3010。此外，作為選擇，第一分立裝置3000還可包括控制邏輯和/ 或保存係數的檢測器(1215)及用戶接口 3025。沒有單獨示出，第 一分立裝置3000通常包括功率及控制信號的輸入裝置，且還可包括 調壓器。
如上所述， 一個或多個鎖定電路1204可以是鎖相環或延遲鎖定 環(或注入鎖定電路)， 一個或多個分頻器(1000， 1010， 1074， 1218, 1219)(包括鎖定電路1204內的任何分頻器)可以是同步或異歩、單 獨或差分分頻器。鎖定電路1204和/或分頻器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)也可實施為可配置或不可配置類型。在該示例性第一分 立裝置3000及下述的其它示例性分立實施例中， 一個或多個分頻器 (1000， 1010， 1074， 1218， or 1219)和/或一個或多個鎖定電路1204 提供具有相應多個第二頻率的相應多個第二參考信號(時鐘或其它參 考信號)，包括任何類型或形狀(單端、差分、方波、正弦、擴展頻 譜等)，圖示為具有相應第二頻率A &…A的多個第二參考信號。 具有相應頻率/;， A…A的多個第二參考信號可能及具有第一頻率 /。的第一參考信號均被直接提供給相應多個1/0接口 3010。(此外，
根據接連"連結"的分頻器和/或鎖定電路的數量，如圖45和48中 所示，其中一個或多個第二參考信號出現在接連電路之間，所得輸出 (來自接連分頻器或鎖定電路中的最後一個)可稱為具有相應多個第 三頻率A &…A的多個第三參考信號)。
類似於I/O接口 1285， I/O接口 3010可按本領域已知或即將知 道的進行實施，以提供(輸出)從時鐘/頻率參考(100、 200、 300) 和不同分頻器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)和鎖定電路1204中 之任一到任何其它器件或結構(如片外器件)的第一和/或第二參考 信號的通信，例如但非限制，其它器件或結構如一個或多個IC輸入/ 輸出引腳、或通道、總線、輸入和輸出裝置、其它電路、其它I/O PAD、 在此所述的機構和媒體，所述通信包括無線、光學或有線方式及使用 任何可用標準、技術或媒體。例如，當第一分立裝置3000用於為計 算機或通信系統提供時鐘控制IC時，I/O接口 3010適於將參考信號 通信提供給(及可能從其接收)印刷電路板(PCB)上的一根或多根 導線、一根或多根總線如PCI總線、PCI快速總線、通用串行總線(USB1 或USB2)，或提供給一個或多個其它IC，如當經IC焊線連接到另一 IC時。此外，I/O接口 3010可提供到先前所述的任何其它裝置或結 構的接口。
對於本發明的目的，在稱為1/0接口 3010的同時，1/0接口 3010 僅需要提供不同第一和/或第二參考信號的輸出。根據所選實施例， 1/0接口 3010也可實施為接受不同類型的輸入。類似地，在使用可 轉換或可配置連接(下述)的示例性實施例中，I/O接口 3010可被 實施為既用於輸出功能又用於輸入功能，輸入信號作為I/O引腳配置 的一部分相應地轉換或傳送到IC的其它部分。
V0接口 3010用於提供任何和/或所有信令和物理接口功能，如 阻抗匹配。從第一分立裝置3000到任何其它裝置的信號傳輸或其它 數據輸出、及適於任何所選應用的任何其它通信功能。在示例性實施 例中，VO接口 3010可被實施為可配置或可編程類型，如用於選擇 輸出信號水平(如全電壓幹線到全電壓幹線、或部分電壓幹線到部分
電壓幹線)、選擇輸出信號類型(如單端或差分)，及用於改變或匹配 將要驅動的負載。在其它示例性實施例中，1/0接口 3010也可實施 為不可配置類型，如提供固定或預定水平、類型和負載的一個或多個 第二參考信號。
所述可配置性或可編程性也可用於其它所示分立實施例的其它 可配置或可編程組件，及所述可配置性和/或可編程性可通過控制電
路或邏輯和/或保存係數的寄存器(1215)和用戶接口 3025中的一個 或二者提供，並作為設計和製造的一部分實施，或在製造後由製造商、 分銷商或終端用戶實施。(通過控制電路或邏輯和/或保存係數的寄 存器(1215)實施使用圖45中的虛線圖示。)此外，所述可配置性和 /或可編程性可使用任何類型的可配置、可編程選擇、轉換或選路電 路實施，如下結合圖46-48的可配置轉換或選路電路3040所詳細描 述的那樣。例如，所述配置和/或編程可使用開關、熔斷器、雷射修 整、傳輸電晶體、復用器、分用器、FPGA、其它可配置邏輯等實施。 不同的配置或程序可以是一次性配置，如當通過熔斷器連接、掩碼編 程或ROM中保存的靜態係數實施時；或可以是可重構類型，如通過將 可變係數保存在非易失性存儲器如FLASH或EPROM中而用於控制相應 的開關或復用器。
此外，可配置性或可編程性可作為不同實施例的設計和製造的一 部分提供。例如，如上所述，不同的多個係數或控制信號在製造後確 定，其用於通過校準到另一參考頻率信號如外部頻率參考而選擇第一 參考信號的第一頻率。第一頻率也可通過選擇電抗(電感器和/或電 容器)的大小(和/或數量)、通過選擇多個可轉換受控電抗模塊的多 個連接和/或互連以連接控制第一頻率的不同電抗或使其斷開連接或 選擇多個可轉換受控電抗模塊的多個大小、通過選擇信號的類型(如 單端或差分)進行掩碼編程。第一頻率也可通過選擇多個可轉換受控 電抗模塊的多個連接或互連及其它不同組件的互連而在製造後配置。
其它配置也可掩碼編程或可作為IC製造工藝的一部分配置或選 擇。例如，組件之間的不同連接和互連中的任何連接和互連可編程在
任何傳導層掩模中。例如， 一個或多個第二參考信號的輸出位置的選 擇可出現在分頻或鎖定鏈中的任何點，並可通過相應選擇傳導掩模層 中提供的互連進行選擇。繼續使用該例子，對於設計和製造可配置性， I/O接口 3010可通過提供與多個驅動器或放大器中的所選驅動器或 放大器的不同互連(通過傳導層掩模)進行配置，以提供相應的信號 水平，或通過焊接到所選電勢或浮動電位。此外，不同工藝參數和大 小中的任何參數和大小也可因可編程性和/或可配置性修改，如通過 不同蝕刻中的任何一種、摻雜、離子注入、沉積、層厚度、傳導選擇 (如金屬對多晶矽)、受壓或應變襯底如應變矽的使用等。可配置性 和可編程性的其它方法和類型對本領域技術人員將顯而易見，這些方 法和類型均被視為等效且在本發明範圍內。
繼續參考圖45，根據本發明，擴展頻譜功能性也可被實施。例 如但非限制，擴展頻譜功能性可實施在時鐘/頻率參考(100、 200、 300)內以隨時間變化改變第一參考信號的第一頻率，或實施在不同 的分頻器(1000， 1010, 1074， 1218， 1219)或鎖定電路1204之任一 內以隨時間變化改變相應第二參考信號的任何第二頻率。例如，(控 制邏輯和/或保存係數的寄存器(1215))的控制電路可連接到多個可 轉換受控電抗模塊，並適於提供多個可轉換受控電抗模塊的隨時間而 變的轉換以修改第一頻率並提供隨時間變化具有多個不同第一頻率 的擴展頻譜第一參考信號。同樣，例如，(控制邏輯和/或保存係數的 寄存器(1215))的控制電路可連接到一個或多個鎖定電路1204，所
述控制電路適於提供分頻比隨時間而變的變化以提供隨時間變化具 有多個不同第二頻率的擴展頻譜第二參考信號。繼續使用該例子， (鎖定電路1204的)不同的第一和第二分頻器(1206和1207)或任 何其它分頻電路(IOOO， 1010， 1074， 1218， 1219)可實施為計數器， 所述控制電路適於修改終極或極限計數，計數器基於其提供輸出信 號，以改變一個或多個第二參考信號從而提供隨時間變化具有多個不 同第二頻率的擴展頻譜第二參考信號。
不同的校準和配置可在製造後通過用戶接口 3025提供。所述用
戶接口 3025可實施為提供輸入給不同類型的控制電路(如3015、 1810)和/或係數寄存器(如455、 465、 495、 1215、 1950、 3020) 從而輸入任何選擇或配置。例如，用戶接口 3025可連接到測試工作 臺或其它計算機接口，從而自動輸入所述選擇和配置，如本領域已知 或即將知道的那樣，例如連接到用於編程FPGA、非易失性存儲器、 或其它可配置邏輯的不同類型的工作站或其它裝備。
圖46是根據本發明的示例性第二分立裝置3030的框圖。圖47 是根據本發明的示例性第三分立裝置3050的框圖。圖48是根據本發 明的示例性第四分立裝置3070的框圖。第二分立裝置3030使用一個 或多個分頻器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)如可配置計數器進行 實施。第三分立裝置3050使用一個或多個鎖定電路1204 (具有可配 置分頻比，通常還將可配置計數器用於合為一體的第一和第二分頻電 路進行實施)進行實施。第四分立裝置3070使用一個或多個分頻器 (1000， 1010， 1074， 1218， 1219)如可配置計數器及一個或多個鎖定 電路1204 (也具有可配置分頻比)實施。此外，控制電路或邏輯和/ 或保存係數的寄存器(1215)的控制電路3015和係數寄存器3020被 單獨示出。
代替將不同的第一參考信號和/或多個第二參考信號直接提供給 多個1/0接口 3010中的相應1/0接口 3010，對於這些示例性第二、
第三和第四分立裝置實施例，第一參考信號和多個第二參考信號被提 供給可配置轉換(或選路)電路3040。更具體地， 一個或多個分頻 器(IOOO， 1010， 1074， 1218， or 1219)和/或一個或多個鎖定電路 1204將具有相應多個第二 (或第三)頻率的相應多個第二 (或第三) 參考信號(時鐘或其它參考信號)提供給可配置轉換(或選路)電路 3040，所述參考信號包括任何類型或形狀的信號(單端、差分、方波、 正弦、擴展頻譜)(圖示為具有相應第二或第三頻率/,， A…A的 多個第二或第三參考信號)，第一參考信號具有第一頻率A。之後， 可配置轉換(或選路)電路3040有選擇地將第一參考信號和多個第 二參考信號轉換或傳送到多個VO接口 3010中的所選I/0接口 3010。
所述有選擇的轉換或選路也可通過(控制電路/係數寄存器1215的)
控制電路3015和/或係數寄存器3020控制，及通過用戶接口 3025進 行配置或編程。
可配置轉換(或選路)電路3040可使用任何類型的可配置、可 編程、轉換或選路電路實施。例如，所述配置和/或編程可使用復用 器、分用器、開關、熔斷器、雷射修整、傳輸電晶體、FPGA、或任何 其它類型的可配置邏輯或轉換等實施。不同的配置或程序可以是提供 信號的直接發送(直接互連)的一次性配置，如當通過掩模連接、熔 斷器連接或ROM中保存的固定係數實施時；或可以是可重構類型，如 通過將可變係數保存在非易失性存儲器中、通過控制電路和其它類型 控制電路中實施的狀態機而用於控制相應的開關或復用器。由可配置 轉換(或選路)電路3040提供的所選轉換或選路可作為上述製造工 藝的一部分進行編程或配置，如通過可掩模編程的連接，或可在製造 後確定，如通過控制電路或邏輯和/或保存係數的寄存器(1215)及 用戶接口 3025。
例如，包含不同示例性實施例的一般、靈活和/或自適應集成電 路可被設計(和製造)為支持寬範圍的第一和第二頻率，如上所述， 如通過可掩碼編程性。在製造後，通常通過用戶接口 3025或先前所 述的其它機構，所選裝置(IC)可被校準以具有一個或多個第一頻率 的第一參考信號，如通過確定先前所述(及保存在係數寄存器如先前 所述的寄存器之一或係數寄存器3020中)的不同係數。此外，根據 所選實施例，所述校準可提供一個或多個控制信號。
繼續使用該例子，同樣通過用戶接口 3025，為從一般或靈活IC 提供特殊輸出頻率和信號類型，不同的第二和/或第三頻率中的任何 頻率連同其輸出位置、水平和類型均可被選擇。同樣在製造後，上述 的不同配置或編程可通過使用控制信號(來自控制電路3015)或系 數(如轉換或控制係數)(保存在係數寄存器3020中)進行實施，並 用於轉換或發送不同的第一和第二參考信號。此外，通過用戶接口 3025，製造商、分銷商或終端用戶也可配置轉換(或選路)電路3040
及先前所述的其它參數，如不同鎖定電路1204或分頻器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)用於一個或多個第二 (或第三)參考信號的頻率 選擇的不同分頻比或終極(極限)計數，1/0接口 3010的所選配置 (如信號水平、信號類型)和可配置轉換(或選路)電路3040可將 具有相應所選(及可配置)頻率的任何所選第一或第二參考信號轉換 或發送到多個I/O接口 3010中的任何I/O接口。例如，該附加特徵 可用於用戶化IC引腳編程，以在所選IC引腳提供一個或多個所選時 鍾信號。
總之，本發明提供集成電路，其包括包括電感器和電容器的振 蕩器，振蕩器適於提供具有第一頻率的第一參考信號，振蕩器還適於
在不鎖定到外部參考信號的情況下運行；還包括適於提供多個電壓 控制信號的電壓控制器；連接到振蕩器和電壓控制器的多個可轉換受
控電抗模塊，多個電抗模塊中的每一電抗模塊適於響應於多個電壓控
制信號中的相應電壓控制信號提供所選電抗從而修改第一頻率；及適
於提供用於外部信號通信的接口的輸出電路。
示例性的集成電路還可包括連接到振蕩器的分頻器電路，分頻器 電路適於提供第二頻率的第二參考信號。鎖定電路可連接到分頻器電 路並適於鎖定到第二參考信號並提供具有第三頻率的第三參考信號， 第三頻率從第二頻率和鎖定電路的分頻比確定。此外，控制電路可連 接到鎖定電路，所述控制電路適於提供隨時間而變的分頻比以提供隨 時間變化具有多個不同第三頻率的擴展頻譜第三參考信號。或者，控 制電路可連接到多個可轉換受控電抗模塊，所述控制電路適於提供多 個可轉換受控電抗模塊的隨時間而變的轉換，從而提供隨時間變化具 有多個不同第一頻率的擴展頻譜第一參考信號。
輸出電路可配置用於選擇第二參考信號的多個信號類型中的信
號類型，多個信號類型包括下述信號類型中的至少一個差分、單端、 全電壓幹線到全電壓幹線、或部分電壓幹線到部分電壓幹線。
示例性集成電路還可包括連接到分頻器電路的多個鎖定電路，多 個鎖定電路適於鎖定到第二參考信號並提供具有多個相應第三頻率
的相應多個第三參考信號，多個相應第三頻率中的每一第三頻率從第 二頻率及多個鎖定電路中的相應鎖定電路的分頻比確定。多個鎖定電 路中的每一鎖定電路可以是下述鎖定電路之一鎖相環、延遲鎖定環、 或注入鎖定電路。此外，多個鎖定電路中的每一鎖定電路在選擇分頻 比方面可配置。
示例性的集成電路還可包括適於提供用於信號通信的相應多個 輸出接口的多個輸出電路；及連接到多個鎖定電路和多個輸出電路的 第一轉換電路，第一轉換電路適於有選擇地將多個第三參考信號中的 所選第三參考信號轉換到多個輸出電路中的所選輸出電路。控制電路 可連接到多個輸出電路並適於將控制信號提供給多個輸出電路中的 所選輸出電路從而選擇相應第三參考信號的多個信號類型中的信號 類型。控制電路可連接到第一轉換電路並適於將控制信號提供給第一 轉換電路以將所選第三參考信號轉換到所選輸出電路。
類似地，係數寄存器可連接到第一轉換電路並適於將第一多個控 制係數中的第一控制係數提供給第一轉換電路以將所選第三參考信 號轉換到所選輸出電路。係數寄存器還可連接到多個可轉換受控電抗 模塊，係數寄存器適於保存第二多個係數並提供第二多個係數中的相 應係數以控制相應受控電抗模塊到振蕩器的轉換。第二多個係數可在 製造後通過校準到提供參考頻率的外部信號進行確定。示例性的集成 電路還可包括連接到係數寄存器的用戶接口，其適於響應於用戶輸入 將第一多個係數或第二多個係數中的係數提供給係數寄存器。
例如，第一轉換電路可包括多個復用器和分用器，或多個傳輸晶 體管或交叉開關。
第一頻率可掩碼編程，其通過選擇電感器的大小、或通過選擇多
個可轉換受控電抗模塊的多個連接、或通過選擇多個可轉換受控電抗 模塊的多個大小進行。第一頻率可通過選擇多個可轉換受控電抗模塊 的多個連接而在製造後配置。
另一示例性集成電路實施例可包括包括電感器和電容器的諧波 振蕩器，諧波振蕩器適於提供具有第一頻率的第一參考信號；連接到諧波振蕩器的多個受控電抗模塊，多個電抗模塊中的每一電抗模塊適 於響應於多個控制電壓中的控制電壓提供所選電抗以修改第一頻率；
適於保存第一多個轉換係數的第一係數寄存器；連接到多個受控電抗 模塊的第一多個開關，第一多個開關中的每一開關響應於第一多個轉 換係數中的相應轉換係數將多個控制電壓中的所選控制電壓連接到 相應受控電抗模塊；連接到諧波振蕩器的第一分頻器，第一分頻器適 於提供第二頻率的第二參考信號；及連接到第一分頻器的多個鎖定電 路，多個鎖定電路適於鎖定到第二參考信號並提供具有多個相應第三 頻率的相應多個第三參考信號，多個相應第三頻率中的每一第三頻率 從第二頻率和多個鎖定電路中的相應鎖定電路的分頻比確定。諧波振 蕩器還可適於在不鎖定到外部參考信號的情況下運行。
同樣，總之，另一示例性可配置集成電路實施例可包括包括電 感器、電容器和跨導放大器的振蕩器，振蕩器適於提供具有第一頻率 的第一參考信號，振蕩器還適於在不鎖定到外部參考信號的情況下運 行，跨導放大器還包括適於響應於運行溫度提供相應電流的可變電流 源；適於提供多個電壓控制信號的電壓控制器；連接到振蕩器和電壓 控制器的多個可轉換受控電抗模塊，多個電抗模塊中的每一電抗模塊 適於響應於多個電壓控制信號中的相應電壓控制信號提供所選電抗 從而修改第一頻率；連接到振蕩器的第一分頻器，第一分頻器適於提 供第二頻率的第二參考信號；及連接到第一分頻器的多個可配置鎖定 電路，多個鎖定電路適於鎖定到第二參考信號並提供具有多個相應第 三頻率的相應多個第三參考信號，多個相應第三頻率中的每一第三頻 率從第二頻率和多個鎖定電路中的相應鎖定電路的可配置分頻比確 定。
同樣總之，本發明提供集成電路，包括包括電感器和電容器的 諧振器，諧振器適於提供具有第一頻率的第一參考信號；適於提供多 個電壓控制信號的電壓控制器；連接到諧振器和電壓控制器的多個可 轉換受控電抗模塊，多個電抗模塊中的每一電抗模塊適於響應於多個 電壓控制信號中的相應電壓控制信號提供所選電抗從而修改第一頻
率；及連接到諧振器的處理器。IC還可包括連接到諧振器的鎖定電 路，鎖定電路適於鎖定到第一參考信號並提供具有第二頻率的第二參 考信號，其中第二頻率是第一頻率的有理倍數；及其中處理器通過鎖 定電路連接到諧振器，並適於接收第二參考信號。
例如，第一或第二參考信號可以是方波時鐘信號。處理器可以是 適於執行功能的任何類型電路，例如任一下述類型的處理器微處理 器、數位訊號處理器、控制器、微控制器、通用串行總線(USB)控
制器、外圍組件互連(PCI)控制器、外圍組件互連快速(PCI-e)控 制器、火線控制器、AT附件(ATA)接口控制器、集成驅動電子電路
(IDE)控制器、小計算機系統接口 (SCSI)控制器、電視控制器、 區域網(LAN)控制器、乙太網控制器、視頻控制器、音頻控制器、 數據機處理器、MPEG控制器、多媒體控制器、通信控制器、移 動通信控制器、IEEE802. ll控制器、GSM控制器、GPRS控制器、PCS 控制器、AMPS控制器、CDMA控制器、WCDMA控制器、擴展頻譜控制 器、無線LAN控制器、IEEE 802. ll控制器、DSL控制器、Tl控制器、 ISDN控制器、或線纜數據機控制器。集成電路還可包括連接 到處理器且進一步連接到鎖定電路以接收第二參考信號的存儲器；及 連接到處理器並進一步連接到鎖定電路以接收第二參考信號的輸入/
輸出接口。鎖定電路可以是下述鎖定電路之一鎖相環、延遲鎖定環、
或注入鎖定電路。
在其它示例性實施例中，集成電路還包括連接到諧振器的多個鎖 定電路，多個鎖定電路適於鎖定到第一參考信號並提供具有多個相應
頻率的相應多個第二參考信號；且還可包括連接到多個鎖定電路和處 理器的轉換電路，轉換電路適於通過將相應多個第二參考信號中的所 選第二參考信號轉換到處理器而有選擇地將處理器連接到多個鎖定
電路。集成電路還可包括連接到轉換電路的控制電路，控制電路適 於提供控制信號給轉換電路以將所選第二參考信號轉換到處理器；和 /或連接到轉換電路的係數寄存器，係數寄存器適於提供控制係數給 轉換電路以將所選第二參考信號轉換到處理器。多個鎖定電路中的每
一鎖定電路還可包括多個異步或同步分頻器電路，且多個相應的頻率 由多個分頻器電路的相應分頻比確定。集成電路還可包括連接到諧振 器或鎖定電路的擴展頻譜發生器，擴展頻譜發生器適於提供第一參考 信號或第二參考信號的隨時間變化的調節。
在其它示例性實施例中，集成電路可包括包括電感器和電容器 的諧波振蕩器，諧波振蕩器適於提供具有第一頻率的第一參考信號； 適於產生多個電壓控制信號的多個電阻模塊；連接到諧波振蕩器和多 個電阻模塊的多個受控電抗模塊，多個電抗模塊中的每一電抗模塊適 於響應於多個電壓控制信號中的相應電壓控制信號提供所選電抗以 修改第一頻率；連接到多個開關的第一係數寄存器，第一係數寄存器 適於保存第一多個轉換係數；連接到多個電阻模塊和多個受控電抗模 塊的第一多個開關，第一多個開關中的每一開關響應於第一多個轉換 係數中的相應轉換係數將多個控制電壓中的所選控制電壓連接到相 應受控電抗模塊；運轉上連接到諧波振蕩器的鎖定電路，鎖定電路適 於鎖定到第一參考信號並提供具有第二頻率的第二參考信號；及運轉 上連接到鎖定電路以接收第二參考信號的處理器。
該集成電路還可包括運轉上連接到諧波振蕩器的多個鎖定電 路，多個鎖定電路適於鎖定到第一參考信號並提供具有多個相應頻率 的相應多個第二參考信號；及連接到多個鎖定電路和處理器的第二多 個開關，第二多個開關適於將相應多個第二參考信號中的所選第二參 考信號轉換到處理器。此外，控制電路可被連接到第二多個開關，控 制電路適於提供控制信號給第二多個開關以將所選第二參考信號轉 換到處理器。或者，第二係數寄存器可被連接到第二多個開關，第二 係數寄存器適於提供控制係數給第二多個開關以將所選第二參考信 號轉換到處理器。
在其它示例性實施例中，集成電路包括包括電感器和電容器的 諧振器，諧振器適於提供具有第一頻率的第一參考信號；適於響應於 運行溫度或製造工藝變化提供第二信號的傳感器；適於提供多個電壓 控制信號的電壓控制器；連接到諧振器和電壓控制器的多個可轉換受
控電抗模塊，多個電抗模塊中的每一電抗模塊適於響應於多個電壓控 制信號中的相應電壓控制信號提供所選電抗以修改第一頻率；運轉上 連接到諧振器的多個鎖定電路，多個鎖定電路適於鎖定到第一參考信 號並提供具有多個相應頻率的相應多個第二參考信號；適於接收多個 第二參考信號中的所選第二參考信號的處理器；及連接到多個鎖定電
路和處理器的轉換電路，轉換電路適於將所選第二參考信號轉換到處 理器。
同樣，總的來說，本發明提供包括下述組件的裝置適於提供具 有諧振頻率的第一信號的諧振器；連接到諧振器的放大器；及適於選 擇具有多個頻率中的第一頻率的諧振頻率的頻率控制器(連接到諧振 器)。所述裝置還包括分頻器(連接到諧振器)，其適於將具有第一頻 率的第一信號分為具有相應多個頻率的多個第二信號，所述多個頻率 實質上等於或低於第一頻率，如通過除以有理數實現分頻。
第一信號可以是差分信號或單端信號。當第一信號是差分信號 時，分頻器還適於將差分信號轉換為單端信號。類似地，當第一信號 是實質正弦信號時，分頻器還適於將實質正弦信號轉換為實質方波信 號。
在不同的實施例中，分頻器可包括串聯接連連接的多個觸發器或 計數器，其中所選觸發器或計數器的輸出是前一觸發器或計數器除以
2的頻率，或更一般地，多個分頻器串聯接連連接，其中相繼分頻器 的輸出低於前一分頻器的輸出的頻率。多個分頻器可以是差分、單端、 或差分和單端結合的分頻器，如差分之後是最後的單端段。分頻器還 可包括適於將第一信號轉換為具有實質上相等的高和低佔空比的實 質方波信號的方波發生器。
本發明還可包括連接到分頻器的選頻器，其適於從多個第二信號 提供輸出信號。選頻器還可包括復用器和假信號抑制器。
本發明還可包括連接到選頻器的模式選擇器，其中模式選擇器適 於提供多種運行模式，所述運行模式可選自下組時鐘模式、定時和 頻率參考模式、功率節約模式、及受脈衝作用模式。
對於參考模式，本發明還可包括連接到模式選擇器的同步電路； 及連接到同步電路並適於提供第三信號的受控振蕩器；其中在定時和 參考模式中，模式選擇器還適於將輸出信號連接到同步電路以控制第 三信號的定時和頻率。所述同步電路可以是延遲鎖定環、鎖相環、或 注入鎖定電路。
在所選實施例中，放大器可以是負跨導放大器。頻率控制器還適 於響應於溫度修改通過負跨導放大器的電流，其可包括響應於溫度的 電流源。所述電流源可具有選自多種結構的一種或多種結構，如多種
結構包括CTAT、 PTAT和PTAf結構。此外，頻率控制器還適於修改通 過負跨導放大器的電流以選擇諧振頻率、修改負跨導放大器的跨導以 選擇諧振頻率、或響應於電壓修改通過負跨導放大器的電流。頻率控 制器還可包括連接到諧振器和適於將諧振器與電壓變化實質上隔離 的電壓隔離器，並可包括電流反射鏡，其還可包括共基共射結構。頻 率控制器還適於響應於製造工藝變化、溫度變化或電壓變化修改諧振 器的電容或電感。
頻率控制器可具有這些不同功能的不同實施例，並還可包括適 於保存第一多個係數的係數寄存器；及具有連接到係數寄存器和諧振 器的多個可轉換電容模塊的第一陣列，每一可轉換電容模塊具有固定 電容和可變電容，每一可轉換電容模塊響應於第一多個係數中的相應 係數以在固定電容和可變電容之間轉換及將每一可變電容轉換到控 制電壓。多個可轉換電容模塊可以是二進位加權的模塊，或具有另一 加權方案。頻率控制器還可包括具有連接到係數寄存器的多個可轉換 電阻模塊且還具有電容模塊的第二陣列，電容模塊和多個可轉換電阻 模塊還連接到結點以提供控制電壓，每一可轉換電阻模塊響應於係數 寄存器中保存的第二多個係數中的相應係數將可轉換電阻模塊轉換 到控制電壓結點；及通過電流反射鏡連接到第二陣列的隨溫度而變的 電流源。
頻率控制器還可包括連接到諧振器並適於響應於製造工藝變化 修改諧振頻率的工藝變化補償器。在示例性實施例中，工藝變化補償
器可包括適於保存多個係數的係數寄存器；及具有連接到係數寄存 器和諧振器的多個可轉換電容模塊的陣列，每一可轉換電容模塊具有 第一固定電容和第二固定電容，每一可轉換電容模塊響應於多個係數 中的相應係數在第一固定電容和第二固定電容之間轉換。多個可轉換 電容模塊可以是二進位加權的模塊，或具有另一加權方案。
在另一示例性實施例中，工藝變化補償器可包括適於保存多個 係數的係數寄存器；及具有連接到係數寄存器和諧振器的多個可轉換 可變電容模塊的陣列，每一可轉換可變電容模塊響應於多個係數中的 相應係數在第一電壓和第二電壓之間轉換。多個可轉換可變電容模塊 也可是二進位加權的模塊，或具有另一加權方案。
本發明還可包括連接到頻率控制器並適於響應於參考信號修改 諧振頻率的頻率校準模塊。例如，頻率校準模塊可包括連接到頻率控 制器的分頻器，分頻器適於將源自具有第一頻率的第一信號的輸出信 號轉換為更低的頻率以提供分頻後的信號；還包括連接到分頻器的頻 率檢測器，頻率檢測器適於比較參考信號和分頻後的信號並提供一個 或多個上升信號或下降信號；及連接到頻率檢測器的脈衝計數器，脈 衝計數器適於將一個或多個上升或下降信號之間的差確定為輸出信 號和參考信號之間的差的指示。
與本發明一起使用的諧振器可包括連接形成LC儲能電路的電感 器(L)和電容器(C)，具有多種LC儲能電路結構中的所選結構，如 串聯、並聯等，並可包括其它組件。在其它實施例中，諧振器可選自 下組陶瓷諧振器、機械諧振器、微機電諧振器、及薄膜體聲波諧振 器，或電學上等價於電感器(L)連接到電容器(C)的任何其它諧振 器。
例如，諧振器通常包括一個或多個電感器和電容器，從而形成一 個或多個LC儲能電路或LC諧振器。在第一實施例中，使用雙平衡差 分LC諧振器布局。在其它示例性實施例中，可使用差分或單端LC振 蕩器布局，如單端考畢子LC振蕩器、單端哈特萊LC振蕩器、差分考 畢子LC振蕩器(共基及共集版本)、差分哈特萊LC振蕩器(共基及
共集版本)、單端皮爾斯LC振蕩器、正交振蕩器(如由至少兩個雙平 衡、差分LC振蕩器形成)、或有源電感器LC振蕩器(其可實施為或
差分或單端LC振蕩器)。另外的LC振蕩器布局，不管是現在已知的
還是即將知道的，均視為等效布局並在本發明範圍內。
本發明裝置可用作定時和頻率參考或用作時鐘發生器。此外，本 發明還可包括提供第二振蕩器輸出信號的第二振蕩器(如環形、張馳、
或相移振蕩器)；及連接到頻率控制器和第二振蕩器的模式選擇器， 模式選擇器適於轉換到第二振蕩器輸出信號以提供功率節約模式。另 外的運行模式可由連接到頻率控制器的模式選擇器提供，其可適於定 期啟動和停止諧振器以提供受脈衝作用的輸出信號，或適於有選擇地 啟動和停止諧振器以提供功率節約模式。
在另一所選實施例中，本發明裝置包括適於提供具有諧振頻率 的第一信號的諧振器；連接到諧振器的放大器；連接到放大器和諧振 器的溫度補償器，溫度補償器適於響應於溫度修改諧振頻率；連接到 諧振器的工藝變化補償器，工藝變化補償器適於響應於溫度修改諧振 頻率；連接到諧振器的分頻器，分頻器適於將具有諧振頻率的第一信
號分為具有相應多個頻率的多個第二信號，多個頻率實質上等於或低
於諧振頻率；及連接到分頻器的選頻器，選頻器適於從多個第二信號 提供輸出信號。
在另一所選實施例中，本發明裝置產生時鐘信號，並包括適於 提供具有諧振頻率的差分、實質上正弦的第一信號的LC諧振器；連
接到LC諧振器的負跨導放大器；連接到負跨導放大器和LC諧振器的
溫度補償器，溫度補償器適於響應於溫度修改負跨導放大器中的電流
且還響應於溫度修改LC諧振器的電容；連接到LC諧振器的工藝變化 補償器，工藝變化補償器適於響應於製造工藝變化修改LC諧振器的 電容；連接到諧振器的分頻器，分頻器適於將具有諧振頻率的第一信 號轉換和分頻為具有相應多個頻率的多個單端、實質上方波的第二信 號，多個頻率實質上等於或低於諧振頻率，及每一第二信號具有實質 上相等的高和低佔空比；及連接到分頻器的選頻器，選頻器適於從多
個第二信號提供輸出信號。
從前述可以看出，可進行無數變化和修改而不背離本發明新概念 的精神和範圍。應當理解，不意為限於在此所示的具體方法和裝置， 而是由所附權利要求涵蓋落在本發明範圍內的所有所述變化。
權利要求
1、集成電路，包括包括電感器和電容器的振蕩器，振蕩器適於提供具有第一頻率的第一參考信號，振蕩器還適於在不鎖定到外部參考信號的情況下運行；適於提供多個電壓控制信號的電壓控制器；連接到振蕩器和電壓控制器的多個可轉換受控電抗模塊，多個電抗模塊中的每一電抗模塊適於響應於多個電壓控制信號中的相應電壓控制信號提供所選電抗從而修改第一頻率；及適於提供用於信號通信的輸出接口的輸出電路。
2、 根據權利要求l的集成電路，還包括連接到多個可轉換受控電抗模塊的控制電路，控制電路適於提供 多個可轉換受控電抗模塊的隨時間而變的轉換以提供隨時間變化具 有多個不同第一頻率的擴展頻譜第一參考信號。
3、 根據權利要求l的集成電路，還包括連接到振蕩器的分頻器電路，分頻器電路適於提供第二頻率的第 二參考信號。
4、 根據權利要求3的集成電路，還包括連接到分頻器電路並適於鎖定到第二參考信號並提供具有第三 頻率的第三參考信號的鎖定電路，第三頻率從第二頻率和鎖定電路的 分頻比確定。
5、 根據權利要求4的集成電路，還包括連接到鎖定電路的控制電路，所述控制電路適於提供隨時間而變 的分頻比以提供隨時間變化具有多個不同第三頻率的擴展頻譜第三 參考信號。
6、 根據權利要求3的集成電路，其中輸出電路在選擇第二參考信號的多個信號類型中的信號類型方面可配置，多個信號類型包括下述信號類型中的至少一個差分、單端、全電壓幹線到全電壓幹線、或部分電壓幹線到部分電壓幹線。
7、 根據權利要求3的集成電路，還包括連接到分頻器電路的多個鎖定電路，多個鎖定電路適於鎖定到第 二參考信號並提供具有多個相應第三頻率的相應多個第三參考信號，多個相應第三頻率中的每一第三頻率從第二頻率及多個鎖定電路中 的相應鎖定電路的分頻比確定。
8、 根據權利要求7的集成電路，其中多個鎖定電路中的每一鎖 定電路可以是下述鎖定電路之一鎖相環、延遲鎖定環、或注入鎖定 電路。
9、 根據權利要求7的集成電路，其中多個鎖定電路中的每一鎖 定電路在選擇分頻比方面可配置。
10、 根據權利要求7的集成電路，還包括適於提供用於信號通信的相應多個輸出接口的多個輸出電路；及連接到多個鎖定電路和多個輸出電路的第一轉換電路，第一轉換 電路適於有選擇地將多個第三參考信號中的所選第三參考信號轉換 到多個輸出電路中的所選輸出電路。
11、 根據權利要求10的集成電路，還包括連接到多個輸出電路的控制電路，控制電路適於將控制信號提供 給多個輸出電路中的所選輸出電路從而選擇相應第三參考信號的多 個信號類型中的信號類型，多個信號類型包括下述信號類型中的至少一個差分、單端、全電壓幹線到全電壓幹線、或部分電壓幹線到部分電壓幹線。
12、 根據權利要求10的集成電路，還包括連接到第一轉換電路的控制電路，所述控制電路適於將控制信號 提供給第一轉換電路以將所選第三參考信號轉換到所選輸出電路。
13、 根據權利要求10的集成電路，還包括連接到第一轉換電路的係數寄存器，係數寄存器適於將第一多個 控制係數中的第一控制係數提供給第一轉換電路以將所選第三參考 信號轉換到所選輸出電路。
14、 根據權利要求13的集成電路，其中係數寄存器還連接到多個可轉換受控電抗模塊，係數寄存器適於保存第二多個係數並提供第二多個係數中的相應係數以控制相應受控電抗模塊轉換到振蕩器。
15、 根據權利要求14的集成電路，其中多個可轉換受控電抗模塊還包括連接到係數寄存器的第二多個開關；及對應地連接到第二多個開關和電壓控制器的多個可變電容器，多個可變電容器適於響應於相應控制電壓提供所選電容。
16、 根據權利要求15的集成電路，其中多個可轉換受控電抗模塊還包括對應地連接到第二多個開關的多個固定電容器，多個固定電容器適於響應於相應係數提供所選電容。
17、 根據權利要求14的集成電路，其中第二多個係數在製造後通過校準到提供參考頻率的外部信號進行確定。
18、 根據權利要求14的集成電路，還包括連接到係數寄存器的用戶接口，所述用戶接口適於響應於用戶輸入將第一多個係數或第二多個係數中的係數提供給係數寄存器。
19、 根據權利要求10的集成電路，其中第一轉換電路包括多個復用器和分用器，或多個傳輸電晶體、或交叉開關。
20、 根據權利要求l的集成電路，其中第一頻率可掩碼編程，其通過選擇電感器的大小、或通過選擇多個可轉換受控電抗模塊的多個連接、或通過選擇多個可轉換受控電抗模塊的多個大小進行。
21、 根據權利要求1的集成電路，其中第一頻率可通過選擇多個可轉換受控電抗模塊的多個連接而在製造後配置。
22、 根據權利要求1的集成電路，其中振蕩器具有下述結構中的至少一結構雙平衡差分LC結構、差分n-MOS交叉連接布局、差分p-MOS交叉連接布局、單端考畢子LC結構、單端哈特萊LC結構、差分共基考畢子LC結構、差分共集考畢子LC結構、差分共基哈特萊LC結構、差分共集哈特萊LC結構、單端皮爾斯LC振蕩器、或正交LC振蕩器結構。
23、 根據權利要求l的集成電路，其中振蕩器還包括具有可變電 流源的跨導放大器，可變電流源適於響應於環境或運行溫度提供相應 電流。
24、 集成電路，包括包括電感器和電容器的諧波振蕩器，諧波振蕩器適於提供具有第 一頻率的第一參考信號；連接到諧波振蕩器的多個受控電抗模塊，多個電抗模塊中的每一 電抗模塊適於響應於多個控制電壓中的控制電壓提供所選電抗以修 改第一頻率；適於保存第一多個轉換係數的第一係數寄存器；連接到多個受控電抗模塊的第一多個開關，第一多個開關中的每 一開關響應於第一多個轉換係數中的相應轉換係數將多個控制電壓 中的所選控制電壓連接到相應受控電抗模塊；連接到諧波振蕩器的第一分頻器，第一分頻器適於提供第二頻率 的第二參考信號；及連接到第一分頻器的多個鎖定電路，多個鎖定電路適於鎖定到第 二參考信號並提供具有多個相應第三頻率的相應多個第三參考信號， 多個相應第三頻率中的每一第三頻率從第二頻率和多個鎖定電路中 的相應鎖定電路的分頻比確定。
25、 根據權利要求24的集成電路，其中諧波振蕩器還適於在不 鎖定到外部參考信號的情況下運行。
26、 根據權利要求24的集成電路，還包括連接到多個鎖定電路的控制電路，控制電路適於提供多個鎖定電 路中的第一鎖定電路的隨時間而變的分頻比以提供隨時間變化具有 多個不同第三頻率的擴展頻譜第三參考信號。
27、 根據權利要求24的集成電路，還包括連接到多個受控電抗模塊的控制電路，控制電路適於提供多個控 制電壓的隨時間而變的轉換以提供隨時間變化具有多個不同第一頻 率的擴展頻譜第一參考信號。
28、 根據權利要求24的集成電路，還包括連接到多個受控電抗模塊的第二多個開關，第二多個開關中的每一開關響應於控制信號將所選受控電抗模塊連接到諧波振蕩器。
29、 根據權利要求28的集成電路，還包括連接到第二多個開關的控制電路，控制電路適於提供多個受控電抗模塊到諧波振蕩器的隨時間而變的轉換以提供隨時間變化具有多個不同第一頻率的擴展頻譜第一參考信號。
30、 根據權利要求24的集成電路，其中分頻器電路在選擇第二參考信號的多個信號類型中的信號類型方面可配置，多個信號類型包括下述信號類型中的至少一個差分、單端、全電壓幹線到全電壓幹線、或部分電壓幹線到部分電壓幹線。
31、 根據權利要求24的集成電路，其中多個鎖定電路中的每一鎖定電路是下述鎖定電路中的至少一個鎖相環、延遲鎖定環、或注入鎖定電路。
32、 根據權利要求24的集成電路，其中多個鎖定電路中的每一鎖定電路在選擇分頻比方面可配置。
33、 根據權利要求24的集成電路，還包括 多個輸出電路；及連接到多個鎖定電路和多個輸出電路的第二轉換電路，第二轉換電路適於將多個第三參考信號中的所選第三參考信號有選擇地轉換到多個輸出電路中的所選輸出電路。
34、 根據權利要求33的集成電路，其中多個輸出電路中的每一輸出電路在選擇用於多個第三參考信號中的相應第三參考信號的輸出的多個信號水平中的信號水平方面可配置。
35、 根據權利要求33的集成電路，還包括連接到第二轉換電路的控制電路，所述控制電路適於將控制信號提供給第二轉換電路以將所選第三參考信號轉換到所選輸出電路。
36、 根據權利要求33的集成電路，還包括連接到第二轉換電路的第二係數寄存器，第二係數寄存器適於將第二多個控制係數中的控制係數提供給第二轉換電路以將所選第三參考信號轉換到所選輸出電路。
37、 根據權利要求33的集成電路，其中第二轉換電路包括多個復用器和分用器、或多個傳輸電晶體、或交叉開關。
38、 根據權利要求24的集成電路，其中多個可轉換受控電抗模塊還包括連接到第一係數寄存器的第二多個開關；及 對應地連接到第二多個開關和電壓控制器的多個可變電容器，多個可變電容器適於響應於相應控制電壓提供所選電容。
39、 根據權利要求38的集成電路，其中多個可轉換受控電抗模塊還包括對應地連接到第二多個開關的多個固定電容器，多個固定電容器 適於響應於相應係數提供所選電容。
40、 根據權利要求36的集成電路，其中第二多個係數在製造後通過校準到第二參考頻率信號進行確定。
41、 根據權利要求36的集成電路，還包括 連接到第一和第二係數寄存器的用戶接口，所述用戶接口適於響應於用戶輸入將第一多個轉換係數或第二多個控制係數中的係數提供給係數寄存器。
42、 根據權利要求24的集成電路，其中第一頻率可掩碼編程，其通過選擇電感器的大小、或通過選擇多個可轉換受控電抗模塊的多個連接、或通過選擇多個可轉換受控電抗模塊的多個大小進行。
43、 根據權利要求24的集成電路，其中第一頻率可通過選擇多個可轉換受控電抗模塊的多個連接而在製造後配置。
44、 根據權利要求24的集成電路，其中振蕩器具有下述結構中的至少一結構雙平衡差分LC結構、差分n-MOS交叉連接布局、差分p-MOS交叉連接布局、單端考畢子LC結構、單端哈特萊LC結構、差分共基考畢子LC結構、差分共集考畢子LC結構、差分共基哈特萊 LC結構、差分共集哈特萊LC結構、單端皮爾斯LC振蕩器、或正交LC振蕩器結構。
45、 根據權利要求1的集成電路，其中振蕩器還包括具有可變電流源的跨導放大器，可變電流源適於響應於環境或運行溫度提供相應電流。
46、 根據權利要求45的集成電路，其中可變電流源具有下述至少一結構相反於絕對溫度CTAT結構、正比於絕對溫度PTAT結構、或正比於絕對溫度的平方PTAT2結構。
47、 可配置集成電路，包括包括電感器、電容器和跨導放大器的振蕩器，振蕩器適於提供具有第一頻率的第一參考信號，振蕩器還適於在不鎖定到外部參考信號的情況下運行，跨導放大器還包括適於響應於運行溫度提供相應電流的可變電流源；適於提供多個電壓控制信號的電壓控制器；連接到振蕩器和電壓控制器的多個可轉換受控電抗模塊，多個電抗模塊中的每一電抗模塊適於響應於多個電壓控制信號中的相應電壓控制信號提供所選電抗以修改第一頻率；連接到振蕩器的第一分頻器，第一分頻器適於提供第二頻率的第二參考信號；及連接到第一分頻器的多個可配置鎖定電路，多個鎖定電路適於鎖定到第二參考信號並提供具有多個相應第三頻率的相應多個第三參考信號，多個相應第三頻率中的每一第三頻率從第二頻率和多個鎖定電路中的相應鎖定電路的可配置分頻比確定。
48、 根據權利要求47的可配置集成電路，還包括連接到多個可配置鎖定電路的控制電路，控制電路適於隨時間而變配置所選可配置鎖定電路的可配置分頻比以提供隨時間變化具有多個不同第三頻率的擴展頻譜第三參考信號。
49、 根據權利要求47的可配置集成電路，還包括多個輸出電路；及連接到多個鎖定電路和多個輸出電路的第一轉換電路，第一轉換電路適於將多個第三參考信號中的所選第三參考信號有選擇地轉換 到多個輸入和輸出電路中的所選輸出電路。
50、 根據權利要求47的可配置集成電路，其中諧振器具有下述 結構中的至少一結構雙平衡差分LC結構、差分n-MOS交叉連接布 局、差分P-MOS交叉連接布局、單端考畢子LC結構、單端哈特萊LC 結構、差分共基考畢子LC結構、差分共集考畢子LC結構、差分共基 哈特萊LC結構、差分共集哈特萊LC結構、單端皮爾斯LC振蕩器、 或正交LC振蕩器結構。
51、 根據權利要求47的集成電路，還包括 連接到多個可轉換受控電抗模塊的係數寄存器，係數寄存器適於保存多個係數並提供相應係數以控制相應受控電抗模塊轉換到諧振 器。
全文摘要
在不同的實施例中，本發明提供使用LC振蕩器布局的分立時鐘發生器和/或定時及頻率參考，其具有控制和提供穩定諧振頻率的頻率控制器，所述諧振頻率繼而提供給其它第二電路如處理器或控制器。隨所選參數如溫度和製造工藝變化保持頻率穩定性。不同的裝置實施例包括適於響應於多個參數中的至少一參數提供信號的傳感器；及適於響應於第二信號修改諧振頻率的頻率控制器。在示例性實施例中，傳感器被實施為響應於溫度波動的電流源，頻率控制器被實施為可有選擇地連接到諧振器或一個或多個控制電壓的多個受控電抗模塊。受控電抗模塊可包括固定或可變電容或電感，並可被二進位加權。電阻模塊陣列也被提供以產生一個或多個控制電壓。
文檔編號H03B5/12GK101176254SQ200680017006
公開日2008年5月7日 申請日期2006年3月20日 優先權日2005年3月21日
發明者G·卡裡切納, J·奧戴, M·S·麥科克代爾, S·M·佩尼亞, S·庫貝 申請人:麥比烏斯微系統公司