專利名稱：具有低功率模式的晶體振蕩器的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及晶體振蕩器的領域。更具體地，本公開涉及降低這樣的振蕩器的功耗。
背景技術：
許多電路需要準確的參考時鐘信號。一種用于提供這樣的時鐘信號的常見電路是皮爾斯(Pierce)振蕩器，其在圖1中示出。參考圖1，皮爾斯振蕩器包括并行連接的放大器102和晶體104，它們的每一側均通過相應負載電容器C連接至接地端。放大器102的輸出提供時鐘信號。除了在外部實施的晶體104之外，皮爾斯振蕩器經常在要進行時鐘控制的集成電路內實施。隨著移動設備日益普及，功耗成為了主要關注的問題。許多用于這樣的移動設備的集成電路目前都以低功率模式為特點，在低功率模式中，集成電路的功耗被大幅降低。具有這樣的低功率模式的常規集成電路通常使得內部的皮爾斯振蕩器斷開連接以節省功率，并且在處于低功率模式的同時另外依賴于外部時鐘電路。
發明內容
總體上，在一個方面，一個實施例以一種電路為特征，該電路包括:放大器；被配置為電耦合至晶體的晶體端口，其中該晶體端口的第一端子電耦合至該放大器的輸入，并且其中該晶體端口的第二端子電耦合至該放大器的輸出；第一電容器，其中該第一電容器的第一端子電耦合至接地端；第二電容器，其中該第二電容器的第一端子電耦合至接地端；第一開關，其被配置為選擇性地將該放大器的輸入電耦合至該第一電容器的第二端子；和第二開關，其被配置為選擇性地將該放大器的輸出點耦合至該第二電容器的第二端子。電路的實施例可以包括以下一個或多個特征。一些實施例包括被配置為控制第一和第二開關的振蕩器控制器。在一些實施例中，振蕩器控制器包括:被配置為控制第一和第二開關的開關控制器；其中該開關控制器響應于指示變換為第一功率模式的功率模式信號而閉合第一和第二開關，并且其中該開關控制器響應于指示變換為第二功率模式的功率模式信號而打開開關。在一些實施例中，該振蕩器控制器進一步包括:被配置為對放大器的輸出處的信號振幅進行控制的放大器控制器。在一些實施例中，該放大器控制器包括可變電流源，其被配置為向放大器的電流輸入提供電流，并且響應于功率模式信號通過改變電流電平來改變放大器的輸出處的信號振幅。在一些實施例中，第一功率模式是全功率模式而第二功率模式是低功率模式。在一些實施例中，該可變電流源包括:電流數模轉換器，其被配置為向放大器的電流輸入提供電流，并且通過依據數字字(digital word)改變電流電平來控制放大器的輸出處的信號振幅，其中該放大器控制器進一步被配置為基于放大器的輸出處的信號振幅來改變該數字字。在一些實施例中，該放大器控制器進一步包括:被配置為測量放大器的輸出處的信號振幅的峰值檢測器。在一些實施例中，該放大器控制器進一步被配置為在第一功率模式期間根據第一振幅目標控制放大器的輸出處的信號振幅，并且在第二功率模式期間根據第二振幅目標控制放大器的輸出處的信號振幅。一些實施例包括一種包括該電路的集成電路。一些實施例包括一種設備，其包括:該集成電路和晶體。總體而言，在一方面，一種實施例以一種用于控制振蕩器的方法為特征，其中該振蕩器包括放大器；晶體振蕩器，其中該晶體振蕩器的第一端子電耦合至該放大器的輸入，并且其中該晶體振蕩器的第二端子電稱合至該放大器的輸出；第一電容器，其中該第一電容器的第一端子電耦合至接地端；第二電容器，其中該第二電容器的第一端子電耦合至接地端；并且該方法包括:選擇性地將該放大器的輸入電耦合至該第一電容器的第二端子；并且為選擇性地將該放大器的輸出電耦合至該第二電容器的第二端子。該方法的實施例包括以下一個或多個特征。一些實施例包括響應于指示變換為第一功率模式的功率模式信號，將該放大器的輸入電耦合至第一電容器的第二端子，并且將該放大器的輸出電耦合至第二電容器的第二端子；并且響應于指示變換為第二功率模式的功率模式信號，將該放大器的輸入從第一電容器的第二端子電去耦，并且將該放大器的輸出從第二電容器的第二端子電去耦。在一些實施例中，第一功率模式是全功率模式，并且第二功率模式是低功率模式。一些實施例包括控制該放大器的輸出處的信號振幅。在一些實施例中，控制該放大器的輸出處的信號振幅包括:響應于功率模式信號改變提供至放大器的電流輸入的電流電平。在一些實施例中，控制放大器的輸出處的信號振幅進一步包括:在第一功率模式期間根據第一振幅目標或者在第二功率模式期間根據第二振幅目標控制放大器的輸出處的信號振幅。總體而言，在一個方面，一個實施例以計算機可讀媒體為特征，該計算機可讀媒體體現了可由計算機執行以實施用于控制振蕩器的功能的指令，其中該振蕩器包括放大器；晶體振蕩器，其中該晶體振蕩器的第一端子電耦合至該放大器的輸入，并且其中該晶體振蕩器的第二端子電稱合至該放大器的輸出；第一電容器，其中該第一電容器的第一端子電耦合至接地端；第二電容器，其中該第二電容器的第一端子電耦合至接地端；并且其中該功能包括:選擇性地將該放大器的輸入電耦合至該第一電容器的第二端子；并且為選擇性地將該放大器的輸出點耦合至該第二電容器的第二端子。該計算機可讀媒體的實施例可以包括以下一個或多個特征。在一些實施例中，用于控制振蕩器的功能進一步包括:響應于指示變換為第一功率模式的功率模式信號，將該放大器的輸入電稱合至第一電容器的第二端子，并且將該放大器的輸出電稱合至第二電容器的第二端子；并且響應于指示變換為第二功率模式的功率模式信號，將該放大器的輸入從第一電容器的第二端子電去稱，并且將該放大器的輸出從第二電容器的第二端子電去耦。在一些實施例中，該功能進一步包括:控制放大器的輸出處的信號振幅。在一些實施例中，控制放大器的輸出處的信號振幅包括:依據放大器輸出處的信號振幅改變提供至放大器的電流輸入的電流電平。在附圖和以下描述中給出了一種或多種實施方式的細節。其它特征將從描述、附圖以及權利要求中清楚。
圖1示出了常規的皮爾斯振蕩器。圖2示出了根據一個實施例的包括具有低功率模式的晶體振蕩器的設備的部件。圖3示出了根據一個實施例的圖2的設備的細節。圖4示出了根據一個是實施例的圖3的振幅控制器的細節。圖5示出了根據一個實施例的圖2-4的設備從全功率模式變換為低功率模式的處理。圖6示出了根據一個實施例的圖2-4的設備從低功率模式變換為全功率模式的處 理。圖7是圖示圖5和圖6的變換的信號圖。該說明書中使用的每個附圖標記的(多個)在前數字指示該附圖標記在其中首次出現的附圖的編號。
具體實施例方式本公開的實施例提供了具有低功率模式的晶體振蕩器。在低功率模式中，振蕩器所消耗的功率根據以下所描述的技術而有所降低。這些技術包括去除負載電容器。皮爾斯振蕩器具有由等式(I)所給出的負電阻R。^ ⑴其中gm表示放大器的跨導，ω表示振蕩器的諧振頻率，而Q表示每個負載電容器的電容。如能夠從等式(I)所看到的，去除負載電容器允許在保持負電阻R恒定的同時使得跨導gm降低。這些所描述的技術還包括選擇滿足低功率模式時鐘要求的最低時鐘信號振幅。在全功率模式中，時鐘信號振幅被設置在相對高的數值(例如，高于IVpp)以滿足全功率模式的嚴格抖動要求(例如，Ippm)。在低功率模式中，抖動要求有所放松(例如，150ppm)，這允許時鐘信號振幅被設置在相對低的數值(例如，低于300mVpp)。去除負載電容器和降低時鐘信號振幅允許跨導gm降低，而使得功耗降低。圖2示出了根據一個實施例的包括低功率模式的晶體振蕩器的設備200的部件。雖然在所描述的實施例中，設備200的部件以圖2中的一種配置出現，但是其它實施例可以以其它配置為特征。例如，設備200的部件可以以硬件、軟件或其組合來實施。參考圖2，設備200包括集成電路202和晶體(XTAL) 204。集成電路202可以被實施為任意類型的電路，例如WiFi或藍牙收發器等。設備200可以被實施為任意類型的電子設備，例如智能電話、平板電腦或其它計算機等。晶體204可以被實施為石英晶體等。集成電路202包括被配置為電耦合至晶體204的雙端子晶體端口 218。集成電路202還包括振蕩器電路208、振蕩器控制器210和主機處理器216。主機處理器216提供指示集成電路202的當前功率模式的功率模式信號212。振蕩器控制器210依據功率模式信號212對振蕩器電路208進行控制。振蕩器電路208提供時鐘信號206。集成電路202中受時鐘控制的電路根據時鐘信號206進行操作。圖3示出了根據一個實施例的圖2的設備200的細節。雖然在圖3中，設備200的部件以圖3中的一種配置出現，但是其它實施例可以以其它配置為特征。例如，設備200的部件可以以硬件、軟件或其組合來實施。參考圖3，振蕩器電路208包括與晶體204并行電耦合的跨導(Gm)放大器302、均電耦合至接地端的兩個電容器Cl和C2、以及用于依據開關控制信號312將電容器Cl和C2分別電耦合至放大器302的輸入和輸出的兩個開關SI和S2。在一些實施例中，每個電容器C1、C2具有IOpF范圍中的電容。其它實施例可以具有其它電容數值。設備200包括振蕩器電路208、晶體204、主機處理器206和振蕩器控制器210。振蕩器控制器210包括開關控制304和放大器控制306。開關控制器304提供開關控制信號312。放大器控制器306包括可變電流源和峰值檢測器310。在圖3的實施例中，可變電流源被實施為電流數模轉換器(DAC) 308。放大器302的輸出提供時鐘信號206。峰值檢測器310測量時鐘信號206的振幅。電流DAC 308向放大器302的電流輸入提供可變電流Ivar。在圖3的實施例中，設備200具有全功率模式和低功率模式。例如，設備200可以被實施為智能電話等，并且低功率模式可以是智能電話的休眠模式。主機處理器216確定功率模式并且利用功率模式信號212指示所確定的功率模式。振蕩器控制器210依據功率模式信號212控制振蕩器電路208。當功率模式信號212指示變換至全功率模式時，開關控制器304閉合開關SI和S2，并且電流DAC 308以足以使得時鐘信號206的振幅滿足全功率模式時鐘要求的等級向放大器302的電流輸入提供電流Ivar。當功率模式信號212指示變換至低功率模式時，開關控制器304打開開關SI和S2，并且電流DAC 308以比足以使得時鐘信號206的振幅滿足低功率模式時鐘信號更低等級向放大器302的電流輸入提供電流Ivar。圖4示出了根據一個實施例的圖3的振幅控制器306的細節。雖然在圖4中，振幅控制器306的部件以圖4中的一種配置出現，但是其它實施例可以以其它配置為特征。例如，振幅控制器306的部件可以以硬件、軟件或其組合來實施。此外，雖然圖4描繪了使用數字字(digital word)的實施例，但是其它實施例采用模擬信號替代數字字。參考圖4，振幅控制器306包括電流DAC 308、峰值檢測器310、DAC寄存器402、比較器404和閾值寄存器406。響應于功率模式信號212,放大器控制器306向比較器404提供振幅目標。特別地，放大器控制器306將閾值字寫入閾值寄存器406。放大器控制器306針對每種功率模式具有不同振幅目標。特別地，放大器控制器306向閾值寄存器406寫入全功率閾值字以變換至全功率模式，并且向閾值寄存器406寫入低功率閾值字以變換至低功率模式。峰值檢測器310提供表示時鐘信號206的當前振幅的字408。比較器404將當前振幅和當前閾值字進行比較，并且相應地改變DAC寄存器402中的數字字。特別地，比較器404將表示時鐘信號206的當前振幅的字408與閾值寄存器406中的字進行比較。當字408大于閾值寄存器406中的字時，比較器404對DAC寄存器402進行減量。當字408小于閾值寄存器406中的字時，比較器404對DAC寄存器402進行增量。圖5示出了根據一個實施例的圖2-4的設備200從全功率模式變換為低功率模式的處理500。圖6示出了根據一個實施例的圖2-4的設備200從低功率模式變換為全功率模式的處理600。圖7是圖示圖5和6的變換的信號圖。雖然在所描述的實施例中，處理500和600的要素以一種配置出現，但是其它實施例可以以其它配置為特征。例如，在各個實施例中，處理500和600中的一些或所有要素可以以不同順序執行、同時執行等。參考圖2和5，在502，主機處理器216使用功率模式信號212指示變換至低功率模式。參考圖2和7，功率模式信號212是雙電平信號，其中低電平指示全功率模式而高電平指示低功率模式。在702，功率模式信號212通過從低變高而指示變換為低功率模式。在504，響應于功率模式信號212從低到高的變換，開關控制器304打開開關SI和S2。同樣響應于功率模式信號212，在506，放大器控制器306減小電流Ivar以便使得時鐘信號206的振幅處于低功率模式范圍內。特別地，放大器控制器306將低功率模式閾值寫入閾值寄存器406。在從全功率模式到低功率模式的變換期間,表不時鐘信號206的振幅的字408大于閾值寄存器406中的低功率模式閾值。比較器404因此使得DAC寄存器402中的字減小直至時鐘信號206的振幅處于低功率模式范圍之內。參考圖7，在704，時鐘信號26的振幅首先響應于負載電容器Cl和C2斷開連接而稍有上升，隨后隨著DAC寄存器402中的字減小而斜降，直至DAC寄存器402中的字和閾值寄存器406中的字相等。參考圖6。在602，主機處理器216使用功率模式信，212指示變換至低功率模式。參考圖7，在706，功率模式信號212通過從高變換至低而指示變換至全功率模式。在604，響應于功率模式信號212從高到低的變換，開關控制器304閉合開關SI和S2。同樣響應于功率模式信號212，在606，放大器控制器306增大電流Ivar以便使得時鐘信號206的振幅處于全功率模式范圍內。特別地，放大器控制器306將全功率模式閾值字寫入閾值寄存器406。在從全功率模式到低功率模式的變換期間,表不時鐘信號206的振幅的字408小于閾值寄存器406中的全功率模式閾值字。比較器因此使得DAC寄存器402中的字增大直至時鐘信號206的振幅處于全功率模式范圍之內。參考圖7，在708，時鐘信號206的振幅首先響應于負載電容器Cl和C2的連接而稍有下降，隨后隨著DAC寄存器402中的字增大而斜升，直至DAC寄存器402中的字和閾值寄存器406中的字相等。本公開的各個實施例能夠以數字電路來實施，或者以計算機硬件、固件、軟件或者其組合來實施。本公開的實施例能夠以有形地體現在計算機可讀存儲設備中以便由可編程處理器執行的計算機程序產品來實施。所描述的處理可以由可編程處理器來執行，該可編程處理器通過對輸入數據進行操作并且生成輸出而運行指令程序以執行功能。本公開的實施例可以以可在可編程系統上執行的一個或多個計算機程序來實施，該可編程系統包括被耦合以從數據存儲系統接收數據和指令并且向其傳送數據和指令的至少一個可編程處理器、至少一個輸入設備以及至少一個輸出設備。每個計算機程序能夠以高級過程或面向對象編程語言來實施，或者如果需要可以以匯編或機器語言來實施；并且在任意情況下，該語言可以是經編譯或解釋的語言。作為示例，適當處理器包括通用和專用微處理器二者。通常，處理器從只讀存儲器和/或隨機訪問存儲器接收指令和數據。通常，計算機包括一個或多個用于存儲數據文件的大容量存儲設備。這樣的設備包括諸如內部硬盤和可移動磁盤的磁性盤、磁性光盤、光盤以及固態磁盤。適于有形地體現計算機程序指令和數據的存儲設備包括所有形式的非易失性存儲器，例如包括諸如EPROM、EEPROM和閃存設備的半導體存儲器、諸如內部硬盤和可移動磁盤的磁性盤、磁性光盤和CD-ROM盤。以上的任意裝置都可以由ASIC(專用集成電路)作為補充或者結合于其中。已經對多種實施方式進行了描述。然而，在不背離本公開的范圍的前提下可以進行各種修改。因此，其它實施方式可以處于所附權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種電路,包括 放大器； 被配置為電耦合至晶體的晶體端口，其中所述晶體端口的第一端子電耦合至所述放大器的輸入，并且其中所述晶體端口的第二端子電耦合至所述放大器的輸出； 第一電容器，其中所述第一電容器的第一端子電耦合至接地端； 第二電容器，其中所述第二電容器的第一端子電耦合至接地端； 第一開關，被配置為選擇性地將所述放大器的所述輸入電耦合至所述第一電容器的第二端子； 第二開關，被配置為選擇性地將所述放大器的所述輸出電耦合至所述第二電容器的第二端子；以及 振蕩器控制器，被配置為響應于指示變換為低功率模式的功率模式信號而打開所述第一開關和所述第二開關，并且響應于指示變換為全功率模式的功率模式信號而閉合所述第一開關和所述第二開關。
2.(刪除)
3.根據權利要求I所述的電路，其中所述振蕩器控制器包括 被配置為控制所述第一開關和所述第二開關的開關控制器；其中所述開關控制器響應于所述功率模式信號打開和閉合所述第一開關和所述第二開關。
4.根據權利要求3所述的電路，其中所述振蕩器控制器進一步包括 被配置為對所述放大器的輸出處的信號的振幅進行控制的放大器控制器。
5.根據權利要求4所述的電路，其中所述放大器控制器包括 可變電流源，被配置為向所述放大器的電流輸入提供電流，并且響應于所述功率模式信號通過改變所述電流的電平來改變所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅。
6.(刪除)
7.根據權利要求5所述的電路，其中所述可變電流源包括 電流數模轉換器，被配置為向所述放大器的電流輸入提供電流，并且根據數字字通過改變所述電流的電平來控制所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅，其中所述放大器控制器進一步被配置為基于所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅來改變所述數字字。
8.根據權利要求5所述的電路，其中所述放大器控制器進一步包括 峰值檢測器，被配置為測量所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅。
9.根據權利要求7所述的電路，其中 所述放大器控制器進一步被配置為在所述全功率模式期間根據第一振幅目標控制所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅，并且在低功率模式期間根據第二振幅目標控制所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅。
10.一種集成電路,包括根據權利要求I所述的電路。
11.一種設備，包括 根據權利要求10所述的集成電路；以及 所述晶體。
12.一種用于控制振蕩器的方法，其中所述振蕩器包括放大器； 晶體振蕩器，其中所述晶體振蕩器的第一端子電耦合至所述放大器的輸入，并且其中所述晶體振蕩器的第二端子電耦合至所述放大器的輸出； 第一電容器，其中所述第一電容器的第一端子電耦合至接地端； 第二電容器，其中所述第二電容器的第一端子電耦合至接地端； 并且其中所述方法包括 響應于指示變換為全功率模式的功率模式信號，選擇性地將所述放大器的所述輸入電連接至所述第一電容器的第二端子，并且響應于指示變換為低功率模式的功率模式信號，將所述放大器的所述輸入從所述第一電容器的所述第二端子斷開電連接；以及 響應于指示變換為全功率模式的功率模式信號，選擇性地將所述放大器的所述輸出電連接至所述第二電容器的第二端子，并且響應于指示變換為低功率模式的功率模式信號，將所述放大器的所述輸入從所述第一電容器的所述第二端子斷開電連接。
.13.(刪除)
15.根據權利要求12所述的方法，進一步包括 .0 控制所述放大器的所述輸出處的信號的振幅。
16.根據權利要求 15所述的方法，其中控制所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅包括 響應于所述功率模式信號改變提供至所述放大器的電流輸入的電流電平。
17.根據權利要求16所述的方法，其中控制所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅進一步包括 在所述全功率模式期間根據第一振幅目標或者在所述低功率模式期間根據第二振幅目標控制所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅。
18.一種計算機可讀媒體，所述計算機可讀媒體體現可由計算機執行以實施用于控制振湯器的功能的指令，其中所述振湯器包括 放大器； 晶體振蕩器，其中所述晶體振蕩器的第一端子電耦合至所述放大器的輸入，并且其中所述晶體振蕩器的第二端子電耦合至所述放大器的輸出； 第一電容器，其中所述第一電容器的第一端子電耦合至接地端； 第二電容器，其中所述第二電容器的第一端子電耦合至接地端；并且其中所述功能包括 響應于指示變換為全功率模式的功率模式信號，選擇性地將所述放大器的所述輸入電連接至所述第一電容器的第二端子，并且響應于指示變換為低功率模式的功率模式信號，將所述放大器的所述輸入從所述第一電容器的所述第二端子斷開電連接；以及 響應于指示變換為全功率模式的功率模式信號，選擇性地將所述放大器的所述輸出電連接至所述第二電容器的第二端子，并且響應于指示變換為低功率模式的功率模式信號，將所述放大器的所述輸入從所述第一電容器的所述第二端子斷開電連接。
19.(刪除)
20.根據權利要求18所述的計算機可讀媒體，其中所述功能進一步包括 控制所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅。
21.根據權利要求20所述的計算機可讀媒體，其中控制所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅包括 根據所述放大器的所述輸出處的所述信號的振幅改變提供至所述放大器的電流輸入的電流電平。
全文摘要
具有相對應方法和計算機可讀媒體的電路包括放大器；被配置為電耦合至晶體的晶體端口，其中該晶體端口的第一端子電耦合至該放大器的輸入，并且其中該晶體端口的第二端子電耦合至該放大器的輸出；第一電容器，其中該第一電容器的第一端子電耦合至接地端；第二電容器，其中該第二電容器的第一端子電耦合至接地端；第一開關，其被配置為選擇性地將該放大器的輸入電耦合至第一電容器的第二端子；和第二開關，其被配置為選擇性地將該放大器的輸出電耦合至第二電容器的第二端子。
文檔編號H03B5/36GK103222185SQ201180051715
公開日2013年7月24日 申請日期2011年8月30日 優先權日2010年10月26日
發明者A·弗瑪, 王曉悅, 畑中信吾, S·M·賈馬爾 申請人:馬維爾國際貿易有限公司