專利名稱：用于單片時鐘發(fā)生器及定時/頻率參考的頻率控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及振蕩或時鐘控制信號發(fā)生，特別涉及用于時鐘 信號發(fā)生器及定時/頻率參考以響應于環(huán)境或工作溫度的變化或其它 參數(shù)如電壓、頻率、使用期及制造工藝的變化提供頻率控制的頻率控 制器。
背景技術：
準確的時鐘發(fā)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于它們
不能被制造為將由其吋鐘信號驅(qū)動的同一集成電路(ic)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吋鐘發(fā)生器。
對于這樣的非集成解決方案有幾種結果。例如，由于所述處理器 必須通過外部電路(如印刷電路板(PCB)上的電路)連接，功率耗
散相對增力n。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(chǎn)品內(nèi)，這在移動環(huán)境中也是有害的。 此外，這樣的另外的組件也增加了制造和生產(chǎn)成本，因為另外的1C 必須被制造并與主要電路(如微處理器)裝配在一起。
已被制造為與其它電路集成在一塊的電路的其它時鐘發(fā)生器通 常不足夠準確，其隨制造工藝、電壓和溫度(PVT)變化。例如，環(huán) 形、張馳和相移振蕩器可提供適于一些低敏感度應用的時鐘信號，但 不能夠提供更復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(shù)據(jù)通信的應用所需要的準確度。此外，這些時鐘發(fā)生器或振蕩 器通常展現(xiàn)相當?shù)念l移、抖動、具有相對低的Q值、并因噪聲和其它干擾而遭受其它畸變。
為此，需辜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(fā)生器或定時參考。這樣的時鐘發(fā)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(fā)生器或定時參考應展現(xiàn)最小的頻移且具有相對低的抖動，且 應適于要求高度準確的系統(tǒng)時鐘的應用。這樣的時鐘發(fā)生器或定吋參 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、 及受脈沖作用模式。最后，這樣的時鐘發(fā)生器或定時參考應能控制輸 出頻率，以響應于環(huán)境或結溫的變化或其它參數(shù)如電壓、制造工藝、 頻率和使用期的變化而提供穩(wěn)定的且需要的頻率。

發(fā)明內(nèi)容
在不同的示例性實施例中，本發(fā)明提供用于對低抖動、自激及自 參考時鐘發(fā)生器和/或定時及頻率參考提供開環(huán)頻率控制和選擇的頻 率控制器和溫度補償器，所述時鐘發(fā)生器和/或定時及頻率參考隨PVT 及使用期(時間)變化保持高度準確并可與其它電路單片地集成在-一 起以形成單一集成電路。不需要單獨的參考振蕩器。本發(fā)明的不同示 例性實施例包括隨制造工藝、電壓和溫度(PVT)變化產(chǎn)生高度準確 的頻率的特征。這些特征包括頻率調(diào)諧和選擇、補償由于溫度和/或 電壓波動導致的頻率變化、制造工藝變化、及由于集成電路老化引起 的變化。
本發(fā)明的頻率控制器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(xù)實時控制，從而根據(jù)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(huán)，而不需要 反饋連接及不需要使振蕩器連續(xù)鎖定另一參考信號。
此外，本發(fā)明的不同示例性實施例提供具有多種運行模式的時鐘 發(fā)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、及受脈沖作用模式。此外，不同的實施例提供多個不同頻率 的輸出信號，并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(fā)明的不同實施例產(chǎn)生較大且相當高的頻率，如
數(shù)百MHz和GHz范圍，之后，其被分為多個更低的頻率。每一這樣的 除N (有理數(shù)、整數(shù)比)導致有效的降噪，相位噪聲降低N及相位噪 聲功率降低N、因此，本發(fā)明的不同示例性實施例相較其它直接或通 過頻率倍增產(chǎn)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-'信號。溫度補償器響應于溫度調(diào)節(jié)諧 振頻率，工藝變化補償器響應于制造工藝變化調(diào)節(jié)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(zhì)上等于或低 于所述諧振頻率；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(fā)明的示例性實施例提供用于集成、自激諧波振蕩器的頻率控 制的裝置，包括適于提供具有諧振頻率的第一信號的諧振器；適于響 應于多個參數(shù)中的至少一個參數(shù)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，頻率控制器適于響 應于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(shù)是可變的且包括至少下述參數(shù)之一溫度、制造工藝、電壓、頻率、
和使用期(即已用時間)。
在示例性實施例中，頻率控制器還適于響應亍第二信號修改連接 到諧振器的有效電抗或阻抗元件，如響應于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?qū)⑵滢D換到所選控制電壓而修改諧振器的有效電抗、或相 當?shù)?，響應于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、二進制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，其響應于溫度而變 化，其可用于隨所述溫度波動而保持頻率不變，且其提供連續(xù)級的頻 率控制。此外，所述控制電壓中的任何電壓或響應于所選參數(shù)如溫度 變化，或相對于所述參數(shù)為常數(shù)。所使用的不同電抗的不同權重可以 多種形式體現(xiàn)，如二進制加權、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并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
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"理解為相對于所選參數(shù)配置通常沒有變化，"可變的"意 為配置通常隨所選參數(shù)變化。例如，固定電容器通常意為其電容不隨 所施加電壓而變，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制造工藝而變的電容。 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。本領 域技術人員將認識這些不同的情形和環(huán)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于保存第一多個系 數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有多個連接到系數(shù)寄存器并可連接到諧振器的 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于第一多個系數(shù)中的對應系 數(shù)以在固定電容和可變電容之間轉換并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制加權。頻率控制器還可包括 具有連接到系數(shù)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于系數(shù)寄存器中保存的第二多個 系數(shù)中的對應系數(shù)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，傳感器還包括響應于溫度的電流源，其中電流源通過電流 反射鏡連接到第二陣列以產(chǎn)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
下述之一相反于絕對溫度(CTAT)結構、正比于絕對溫度(PTAT) 結構、正比于絕對溫度的平方(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(shù)(溫度、工藝、電壓、使 用期等)傳感器并響應于所選參數(shù)的變化改變第二信號，例如，傳感 器玎以是溫度或電壓傳感器并響應于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(shù)轉換器以響應于第二信號 提供數(shù)字輸出信號，以及將數(shù)字輸出信號轉換為第一多個系數(shù)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 可連接到諧振器并適于響應于多個參數(shù)中的制造工藝參數(shù)修改諧振 頻率。工藝變化補償器還可包括適于保存多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及 具有多個連接到系數(shù)寄存器和諧振器的二進制加權、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于多個系數(shù)中的對應系數(shù)以在第-同 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 補償器還可包括適于保存多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有多個連接 到系數(shù)寄存器和諧振器的可轉換可變電容性模塊的陣列，每 -可轉換 可變電容性模塊響應于多個系數(shù)中的對應系數(shù)以在第--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于保存第一多個系 數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有多個連接到系數(shù)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于第一多個系數(shù)中的對應系數(shù)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于保存至少一系數(shù)的系數(shù)寄存器；及連接到 系數(shù)寄存器和諧振器的至少一可轉換可變電容性模塊，其響應于至少 --系數(shù)轉換到所選控制電壓。傳感器可包括響應于溫度的電流源，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，多個電阻模塊適于其它多個控制電壓，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于響應于電流 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，用于諧振器的頻率控制的裝置并可適丁-保存第一多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有多個連接到系數(shù)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 于第一多個系數(shù)中的對應系數(shù)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 電流源響應于溫度確定。例如，對應的電抗是可變的并連接到諧振器 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 個系數(shù)由傳感器響應于多個可變參數(shù)中的至少一參數(shù)進行計算或確 定，所述參數(shù)如溫度、制造工藝、電壓、頻率和使用期。
在其它示例性實施例中，用于集成、自激諧波振蕩器的頻率控制 的裝置包括適于產(chǎn)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，多個開關響應于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-- 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 流源適于將隨參數(shù)而定的電流提供給多個電阻模塊中的至少--電阻
模塊以產(chǎn)生多個控制電壓中的至少一控制電壓，其隨參數(shù)而定。在其 它實施例中，電流源適于將實質(zhì)上與參數(shù)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(chǎn)生多個控制電壓中的至少一控制電壓， 其實質(zhì)上與參數(shù)無關。根據(jù)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(shù)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(zhì)上與溫度無關。
示例性的裝置還可包括連接到多個開關并適于保存第 -'多個系 數(shù)的系數(shù)寄存器，其屮控制信號由第一多個系數(shù)屮的至少--系數(shù)提 供。多個受控電抗模塊還可包括多個差分(如二進制)加權的固定電 容和可變電容，及其中多個開關響應于第一多個系數(shù)將固定電容連接 到諧波振蕩器及將多個控制電壓屮的第--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系數(shù)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于系數(shù) 寄存器中保存的第二多個系數(shù)中的對應系數(shù)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(shù)轉換器可被連接到多個可轉換電阻模塊 以響應于第一控制電壓提供數(shù)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(shù)字格式；及將數(shù)字輸出信號轉換為第一 多個系數(shù)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(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個可轉換電容性模塊，每- -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于第一多個系數(shù)中的 對應系數(shù)將可變電容轉換到多個控制電壓中的所選控制電壓。根據(jù)實 施例，響應于多個可變參數(shù)中的參數(shù)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--電阻模塊對參數(shù)具有不同 的響應并適于響應于電流源的電流提供多個控制電壓中的對應控制 電壓。根據(jù)實施例，多個控制電壓中的至少一控制電壓實質(zhì)上隨參數(shù)
而定，及多個控制電壓中的至少一控制電壓實質(zhì)上與參數(shù)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(shù)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 性模塊響應于多個系數(shù)中的對應系數(shù)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(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個可轉換可變電容性模塊，每-可轉換可 變電容性模塊響應于多個系數(shù)中的對應系數(shù)而在多個控制電壓中的 第 -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 還包括連接到系數(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個可轉換可變電容性模 塊，每-'可變電容性模塊響應于多個系數(shù)中的對應系數(shù)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(zhì)上為常數(shù)。
同樣，在示例性實施例中，所述裝置還可包括響應于控制信號 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并適于響應于電壓變 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 諧振器并適于將多個參數(shù)中的所選參數(shù)的當前值與所選參數(shù)的初始 值進行比較并響應于所選參數(shù)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 于電壓變化和使用期(IC壽命)變化的調(diào)節(jié)器和補償器。
本發(fā)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 于提供多種運行模式，其可選自包括下述模式的組吋鐘模式、定時 和頻率參考模式、能量保存模式、及受脈沖作用(或脈沖)模式。
對于參考模式，本發(fā)明還可包括連接到模式選擇器的同步電路； 及連接到同步電路并適于提供第三信號的受控振蕩器；其中在定時和 參考模式中，模式選擇器還適于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(huán)、鎖相環(huán)、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(fā)明的眾多其它 優(yōu)點和特征從下面本發(fā)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(fā)明的目標、特征和優(yōu)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 記用于識別不同附圖中的相同或類似組件，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性系統(tǒng)實施例的框圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的第--示例性裝置實施例的框圖。 圖3為根據(jù)本發(fā)明的第二示例性裝置實施例的框圖。 圖4為根據(jù)本發(fā)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為由于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(jù)本發(fā)明的第一示例性負跨導放大器、溫度響應電流發(fā) 生器(I(T))、及LC振蕩器實施例的電路圖。
圖7A為根據(jù)本發(fā)明的示例性溫度響應CTAT電流發(fā)生器的電路圖。
圖7B為根據(jù)本發(fā)明的示例性溫度響應PTAT電流發(fā)生器的電路 圖7C為根據(jù)本發(fā)明的示例性溫度響應PTATT電流發(fā)生器的電路圖。
圖7D為根據(jù)本發(fā)明的具有所選CTAT、 PTAT和PTAf結構的示例 性可選及可伸縮溫度響應電流發(fā)生器的電路圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的第二示例性負跨導放大器、溫度響應電流發(fā) 生器(I (T))、及LC振蕩器實施例的電路框圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)明的示例性第一工藝變化補償模塊的電路圖。 圖12為根據(jù)本發(fā)明的示例性第二工藝變化補償模塊的電路圖。 圖13為根據(jù)本發(fā)明的示例性頻率校準模塊的框圖。 圖14為根據(jù)本發(fā)明的示例性分頻器、方波發(fā)生器、異步選頻器
及假信號抑制模塊的框圖。
圖15為根據(jù)本發(fā)明的示例性低等待時間頻率轉換的圖解。
圖16為根據(jù)本發(fā)明的示例性分頻器的框圖。
圖17為根據(jù)本發(fā)明的示例性功率模式選擇模塊的框圖。
圖18為根據(jù)本發(fā)明的用于第二振蕩器的示例性同步模塊的框圖。
圖19為根據(jù)本發(fā)明的示例性方法的流程圖。
圖20為根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)明的第一示例性頻率控制器和裝置的框圖。
圖22為根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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閣。
圖24為根據(jù)本發(fā)明的響應于溫度變化的示例性頻率控制的圖表。
圖25為根據(jù)本發(fā)明的第二示例性頻率控制器和裝置的框圖。 圖26為根據(jù)本發(fā)明的、在參數(shù)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(jù)本發(fā)明的示例性電壓變化補償模塊的電路和框圖。 圖28為根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)明的示例性電阻控制模塊的電路圖。 圖30為根據(jù)本發(fā)明的示例性使用期變化補償器的框圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明容許許多不同形式的實施例的同時，附圖中示出了其特 定實施例并在此詳細描述，應當理解，本說明書應被視為本發(fā)明原理 的例證，而不是將本發(fā)明限制為在此描述的特定實施例。
如上所述，本發(fā)明的不同實施例提供大量優(yōu)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(fā)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(jù)本發(fā)明 的示例性系統(tǒng)實施例150的框圖。如圖1中所示，系統(tǒng)150是單--集 成電路，本發(fā)明的吋鐘發(fā)生器和/或定吋/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(fā)生器100，如用于校準和頻率選擇。如 圖所示，--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 + i)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(fā)生器100的輸入，如通過 選擇信號(S(,， Sb…，Sn)及一個或多個校準信號(C。， C,， "*; C,.)。 或者，選擇信號(S , S,，…，S.,)及一個或多個校準信號(G,, C:,…， ")可通過接口 120直接提供給時鐘發(fā)生器100，如在總線135上， 連同功率(在線路]40上)和接地(在線路145上)。
除了低功率模式以外，時鐘發(fā)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(shù)字信號處理器 (DSP)、射頻電路、或任何其它可利用一個或多個輸出時鐘倩號的電 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，如用于第二振蕩器的同步的參考信號。因此，術 語時鐘發(fā)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(fā)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(zhì)上可使用正弦信號作為代替。此外，如下所詳述的，本 發(fā)明的不同實施例還提供受脈沖作用的模式，其屮來自吋鐘發(fā)生器和 /或定時/頻率參考100的輸出信號猝發(fā)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(shù)而定的電流源等被稱為"實質(zhì) 上"正弦或方波信號、實質(zhì)上不變的控制電壓、或?qū)嵸|(zhì)上隨參數(shù)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(qū) 別開。例如，如下所詳述的，示例性的"實質(zhì)上"方波信號在圖]5A 和15B中示出，其展現(xiàn)了多種畸變，如下沖、上沖、及其它變化，且 在實踐中仍然被視為非常高質(zhì)量的方波。
本發(fā)明的幾個重要特征在系統(tǒng)150中。首先，高度準確、低抖動、 自激及自參考時鐘發(fā)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(tǒng)150)。這明顯區(qū)別于現(xiàn)有技術，在 現(xiàn)有技術中，參考振蕩器用于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(jù)本發(fā)明，包括時鐘發(fā) 生器100的系統(tǒng)150可使用傳統(tǒng)CMOS (互補金屬氧化物半導體)、BJT (雙極結晶體管)、BiCM0S (雙極及CM0S)、或在現(xiàn)代1C制造中使用 的其它制造技術與其它、第二電路-'起制造。
其次，不需要單獨的參考振蕩器。而是，根據(jù)本發(fā)明，時鐘發(fā)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(huán) (PLL)、延遲鎖定環(huán)(DLL)中或經(jīng)注入鎖定同步到參考信號，這在
現(xiàn)有技術中非常普遍。
第三，時鐘發(fā)生器1.00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?yōu)槟芰勘４婺Ｊ?，如電池或較低頻率模式，并(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(zhì)上可以忽 略，因假信號防止引起的等待時間很低(正比于假信號防止級的數(shù) 量)，僅使用少量時鐘周期，而不是從PLL/DLL改變輸出頻率所需耍 的成千上萬個吋鐘周期。
此外，給出下述時鐘發(fā)生器和/或定時/頻率參考100的很高的可 用輸出頻率，則町得到新的運行模式。例如，時鐘啟動時間實際上或 實質(zhì)上可以忽略，使得時鐘發(fā)生器和/或定時/頻率參考IOO將被重復 啟動和停止，如為了能量保存完全關掉或斷續(xù)打開。例如，不是隨時 鐘連續(xù)運行，而是時鐘發(fā)生器和/或定時/頻率參考1.00可以相當短 的、不連續(xù)間隔或猝發(fā)(即受脈沖作用)、定期或非定期運行，以用 于第二電路180如處理器的指令處理。如下所詳述的，由于快速啟動 吋間，所述受脈沖作用的運行節(jié)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 述受脈沖作用的模式還可用于定期同步第二時鐘或振蕩器。因此，時 鐘發(fā)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、 及受脈沖作用模式。
第四，如下所詳述的，時鐘發(fā)生器和/或定時/頻率參考]00包括 隨制造工藝、電壓、溫度(PVT)及使用期變化而保持高度準確的頻 率產(chǎn)生的特征。這些特征包括頻率調(diào)諧和選擇、及對由于溫度和/或 電壓波動、制造工藝變化及IC老化導致的頻率變化的補償。
第五，時鐘發(fā)生器和/或定時/頻率參考100產(chǎn)生很大及相當高的 頻率，如幾百MHz和GHz范圍，之后，其被分為多個更低的頻率。每 一所述除N (有理數(shù)、整數(shù)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(fā)明的時鐘發(fā)生器較直接或通過頻率倍 增產(chǎn)生其輸出的其它振蕩器導致低得多的相對期抖動。
這些特征在圖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(jù)本發(fā)明的頻率控制器215。如圖2中所示，裝置200 是時鐘發(fā)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(fā)t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(jù)本發(fā)明，振蕩器210產(chǎn)生具有相當高頻率/;的信t》。由-丁'上面提 及的PVT或使用期變化，頻率控制器215用于頻率選擇或調(diào)諧振蕩器 2]0，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
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%。對于一些應用，如使用環(huán)形振蕩器的應用，這樣的頻率 可變性是可接受的。然而，根據(jù)本發(fā)明，需要更髙準確度的時鐘發(fā)生 器200，特別是對于更靈敏或更復雜的應用，如為集成的微處理器、 微控制器、數(shù)字信號處理器、通信控制器等提供時鐘信號。因此，頻 率控制器215用-f根據(jù)這些PVT變化進行調(diào)節(jié)，使得振蕩器的輸出頻 率是所選或所希望的頻率尸。，其具有數(shù)量小兒級的變化如土 0.25% 或更小，并具有相當?shù)偷亩秳印?br> 根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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z:,的第--輸出信號。示例性頻率控制器1化5連接到振蕩 器并響應f'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(diào)節(jié)器1420、 5J變參數(shù)調(diào)節(jié)器(或控制器)M25 (如一個或多 個T述的受控電容或受控電抗模塊)、工藝(或其它參數(shù))調(diào)節(jié)器(或 補償器)M30、電壓補償器M55、系數(shù)寄存器1435、及可能的使用
期變化補償器1460。根據(jù)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(shù)(A/D)轉換器(ADC) 1445、及控制邏 輯塊1450。例如，根據(jù)本發(fā)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(fā)生器415有效地用作溫度傳感器，提 供隨環(huán)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(shù)字信號，并用于提供頻率 控制器1415的不同調(diào)節(jié)器或補償器1420、 1425、 1430、 1455和1460 使用的相應系數(shù)(保存在寄存器1435中)，以根據(jù)不同的參數(shù)如可變 運行溫度或可變制造工藝控制諧振(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(diào)節(jié)器，如跨導調(diào)節(jié)器M20和可變參 數(shù)調(diào)節(jié)器(或控制器)1425。這些調(diào)節(jié)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并有效形成 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A。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(xù)控制參數(shù)。
在.卜'述的不同實施例中，跨導調(diào)節(jié)器1420和可變參數(shù)調(diào)節(jié)器(或 控制器)1425通常均得以實施以使用溫度參數(shù)，使得隨運行溫度的 變化提供實質(zhì)上穩(wěn)定的諧振頻率A。本領域技術人員將理解的是，這 些調(diào)節(jié)器可被實施以提供隨其它可變參數(shù)而變或響應于其它可變參 數(shù)實質(zhì)上穩(wěn)定的諧振頻率A，所述可變參數(shù)如由于制造工藝引起的變 化、電壓變化、老化、及其它頻率變化。
現(xiàn)在再次參考圖2，為提高性能和減少抖動(噪聲)及其它千擾， 不是如通常使用PLL和DLL所進行的那樣產(chǎn)生低頻輸出并將其倍增到
更高的頻率，本發(fā)明產(chǎn)生相當高的頻率輸出/;，其之后使用分頻器
220分為一個或多個更低的頻率(力…A)。之后，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并具有低等待時間，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(jù)本發(fā)明的第二示例性裝置實施例的更詳細的框圖，即 時鐘發(fā)生器和/或定時/頻率參考300。參考圖3，時鐘發(fā)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(diào)節(jié)器)315、工藝變化補償器(或調(diào)節(jié)器) 320、頻率校準模塊325、電壓變化補償器(或調(diào)節(jié)器)380、使用期 (時間)變化補償器(或調(diào)節(jié)器)365、 一個或多個系數(shù)寄存器340， 及根據(jù)所選實施例，還可包括傳感器385、模數(shù)轉換器(ADC) 390、 分頻器和方波發(fā)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(nèi)，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(nèi)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(fā)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L,C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于或通 常在本領域表示為連接到電容器的電感器。這樣的LC諧振器在閣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(fā)明范圍內(nèi)；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(fā)明范圍內(nèi)。在示例性實施例中，LC儲能電路已被用作諧振 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，以基于由于溫度引起的變化調(diào)節(jié)振 蕩頻率。在所選實施例中，根據(jù)所希望或要求的控制程度，溫度補償 器3]5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(diào)節(jié)器1420和可被參數(shù)調(diào)節(jié)器 1425之一或同時包括二者，調(diào)節(jié)器1420和1425均響應于溫度波動。 類似地，工藝變化補償器320對諧振器310提供頻率控制，以基于半 導體制造技術中固有的工藝變化調(diào)節(jié)振蕩頻率，所述工藝變化包括給 定鑄造廠內(nèi)的工藝變化(如批或運行變化、給定晶片內(nèi)的變化、及同 一晶片內(nèi)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可用于隨電 源電壓變化及其它電壓變化保持穩(wěn)定的輸出頻率。使用期變化補償器 365可用于隨IC使用期的增長保持穩(wěn)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變化。頻率校準模塊325用于從諧振器 310中出現(xiàn)的多個振蕩頻率調(diào)整和選擇所需輸出頻率A，即從多個可 用或可能頻率選擇輸出頻率/。。在所選實施例中，系數(shù)寄存器340用 于保存不同示例性補償器和校準實施例中使用的系數(shù)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--個或多 個傳感器385和模數(shù)轉換器(ADC) 380。此外，頻率控制器的許多其 它補償器和調(diào)節(jié)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。除了用于產(chǎn)生對不同轉換元件提供控制的多個 所保存系數(shù)以外，即將受控電抗模塊(下述)轉換到諧振器310 (作 為不連續(xù)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(xù)形式的控制)的有效電抗量，不同的傳感器、補償器和調(diào)節(jié)器 還可用于對諧振器310的諧振頻率提供其它形式的連續(xù)控制。如下所
述，來自傳感器、電流發(fā)生器、控制電壓等的不同連續(xù)輸出用作本發(fā) 明范圍內(nèi)的控制信號。例如，不同的控制電壓，其隨所選參數(shù)(如溫 度)變化或相對于所選參數(shù)保持不變，用作用于修改使用可變電抗器 實現(xiàn)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，并可單獨實施或作為其它組件的-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(diào)節(jié)之外，諧振頻率還可通過諧振頻率選擇器360單獨 選擇，從而從可用頻率范圍獲得所選頻率。
對于時鐘信號發(fā)生，吋鐘發(fā)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(/,…。并使用方波
發(fā)生器(也在模塊330中)將實質(zhì)上正弦的振蕩信號轉換為實質(zhì)上方 波信號以用于時鐘應用。之后，選頻器335選擇具有多個頻率的可用 輸出信號中的--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、受脈沖作用模式、參考模式等。使用這些組 件，時鐘發(fā)生器300提供多個高度準確(隨PVT)、低抖動、及穩(wěn)定 的輸出頻率/; /)…《,，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復雜應用提供足夠的準確度和穩(wěn) 定性。
圖4為根據(jù)本發(fā)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(xiàn)為諧振LC儲能 電路405，且頻率控制器被體現(xiàn)為幾個元件，負跨導放大器410 (用 于實現(xiàn)維持放大器)、溫度響應(或隨溫度而定)電流發(fā)生器UT)(或 更- -般地，yl(x)，響應于任何所述參數(shù)x) 415，溫度響應(或隨溫 度而定)頻率(/UT))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于溫度波動，并提供相應的調(diào)節(jié)，使得諧 振頻率隨PCT和使用期變化保持穩(wěn)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(fā)明范圍內(nèi)。應注意，在
諧振LC儲能電路405是電感器435與電容器440并聯(lián)的同時，其它 電路布局也是眾所周知的并等價于所述結構，如電感與電容串聯(lián)。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' 器也可使用并視為等價于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--般地指阻抗或電抗(或電抗元件))，均分布在不同的模塊中并有效地 構成諧振LC儲能電路405的一部分，且用作本發(fā)明的頻率控制器的 --部分。此外，相應的電阻(不同阻抗的電阻元件)Rl445和R. 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(zhì)， 其作為制造的--部分出現(xiàn)，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(zhì)(寄生)的電阻也能作 為對PVT變化的補償?shù)?-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/。附近的振蕩頻率范圍。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，/。-X ^，
但僅作為一階近似，因為如下所述，其它因素如阻抗R,.和Rc:、任何 另外的電阻器、連同溫度和工藝變化及其它畸變--起影響A，并可包
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(chǎn) 生在l-5GHz范圍內(nèi)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(fā)明范圍內(nèi)。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制造，并可與 CMOS兼容、與雙極結型晶體管兼容，同時在其它實施例中，電感器 435和電容器440司使用絕緣硅片(SOI)、金屬-絕緣體-金屬(MiM)、 多晶硅-絕緣體-多晶硅(PiP)、 GaAs、應變硅、半導體異質(zhì)結技術或 基于MEMS (微機電)的技術制造，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(fā)明范圍內(nèi)。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(fā)明范圍內(nèi)。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(tǒng)工藝如CMOS技術制造的振蕩器405的能力使時鐘發(fā)生器 能與其它電路如第二電路180集成且單片地制造，并提供本發(fā)明的獨 特優(yōu)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--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 %?；蛘?，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(fā)生器和/或定時/頻率參考300內(nèi)，并例如由頻率控制器(215、 1415) 的組件提供，所述組件如溫度-響應頻率(A (T))補償模塊420及工藝 變化補償模塊425，以選擇諧振頻率A及使諧振頻率力,能實質(zhì)上獨立 于溫度及工藝變化。
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?qū)嵤楣潭翱勺冸姼械慕Y合。因此，本領域技術人員將認識到， 對于頻率調(diào)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(diào)諧。此外，單一電感器的電感也可被調(diào)節(jié)。由此，所有這樣的 電感和電容變化均在本發(fā)明范圍內(nèi)，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并提 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(fā)明范圍 內(nèi)。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(xiàn)平衡結構。類似地，下述 的其它組件和特征如分頻器也應具有單端而不是差分結構。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(IM0S)等)的M0SFET晶體管(金屬氧化物半導體場效應晶 體管)；但其它實施也可以，如使用雙極結型晶^K管(BJT)、 BiCM0S 等。所有這樣的實施例均視為等效并在本發(fā)明范圍內(nèi)。
選擇負跨導放大器410以通過跨導(g，)調(diào)節(jié)及其電阻器的導通電 阻提供溫度補償。跨導(&)調(diào)節(jié)也可在頻率選擇時獨立使用。本發(fā)明 的另一重要優(yōu)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(diào)節(jié)和頻率修整(或調(diào)諧)。負跨導放大器410響應 于跨諧振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，其通常反比于跨導g，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(zhì)。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?？鐚б搽S偏流而變，實質(zhì)上(大約) 正比于通過放大器410的電流(yl(x))的平方根(對于MOSFET)，及 實質(zhì)上(大約)正比于通過放大器的電流(yl(x))(對于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 有關并隨其而變，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(shù)或變量而變(因此更一般地稱為電 流I(x))，所述參數(shù)或變量如電壓或外部調(diào)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yT()O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M40或跨導調(diào)節(jié)器1420 或圖25的傳感器1815。例如，當所述可變電流由1(T)發(fā)生器4]5提 供時，使得所提供的電流隨溫度而變(參數(shù)或變量x二溫度參數(shù)T)， 從而I(T)發(fā)生器415用作溫度傳感器，并可同樣地用在示例性實施 例中，如由頻率控制器(215、 349、 1415)用于響應于溫度波動調(diào)節(jié)
諧振頻率/。。例如，圖21的跨導調(diào)節(jié)器1420可包括這樣的溫度(或 其它參數(shù))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(fā)明的重大發(fā)明突破包括有利地使用這些可能失真，在產(chǎn)生振 蕩器的所選A值時進行頻率補償及通過維持放大器的跨導的調(diào)節(jié)進 行頻率調(diào)節(jié)。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，可對由于溫度、電壓、制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(jù)本發(fā)明，所選頻率A及其相對于溫度變化的穩(wěn)定性可通過適當?shù)?選擇跨導^和選擇I(T)確定。換言之，根據(jù)本發(fā)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/。。該方法也可用于其它變量，如電壓波動、工藝 變化、或老化變化。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性負跨導放大器(410)、溫度-響應電 流發(fā)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 (包括晶體管M1、 M2、 M3和M4)，其繼而 通過電壓隔離器510 (實施為電流反射鏡(晶體管525A和525B)并 在此可互換)連接到溫度-響應電流發(fā)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(wěn)定性并使振蕩器與電源隔離(電壓隔離)。 溫度-響應電流發(fā)生器515可使用技術如分別如圖7A、 7B和7C所示 的CTAT (相反于絕對溫度)、PTAT (正比于絕對溫度)或PTAT2 (正比于 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PTAT2)或降低電流(CTAT)。這些溫度-響應電流 發(fā)生器的--個或多個組合也可實施為如圖7D中所示，如CTAT與PTAT 并聯(lián)。
特定溫度-響應或隨溫度而定的電流發(fā)生器的選擇也隨所使用的
制造工藝而變；例如，CTAT可用于臺灣半導體(TSMC)制造工藝。. 更一般地，由于不同的制造者使用不同的材料，如鋁或銅，R,通常變 化，這導致不同的溫度系數(shù)，其繼而改變振蕩器的溫度系數(shù)，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(fā)生器可包括啟動電路。此外， 對于所示的示例性布局，包括所選溫度-響應電流發(fā)生器結構的晶體 管可被不同地加偏壓，如對于CTAT (M7和M8)和PTAf (M13和M14) 加強反型偏壓，對于PTAT (M9和M10和PTAT" (M11和M12)按亞閾 值加偏壓。
圖8是根據(jù)本發(fā)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(fā)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具有不同于 先前所示的布周，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 (晶體管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(fā)生器 (I(T或100)515。如圖所示，多個電流反射鏡用于接連提供增益并 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(qū)動負跨導放大器的電流反射鏡(如 圖6中的晶體管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(xiàn)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NM0S器件展現(xiàn)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，
如通過使用長晶體管幾何結構及共基共射結構增加輸出電阻，并在結
點B提供很好的穩(wěn)定性。此外，分路電容器570也可被采用以濾波從 而降低來自不同末尾器件的閃變噪聲。
根據(jù)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(wěn)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(lián)的電阻，其 也趨于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，晶體管M1、 M2、 M3和M4大小(寬度和長度)應被調(diào)節(jié)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(fā)生器415 (或515)實施的頻率控 制的程度或能力。因此，I(T)和晶體管(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(qū)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征， 之后將晶體管Ml、 M2、 M3和M4的大小調(diào)整到足夠大以使頻率獨立于 溫度或隨溫度增加而增加，之后用適當?shù)腎(T)選擇微調(diào)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土 0.25%-0.5 %，對于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A提供更大的控制和準確度，如用于需 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(A(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(xiàn)，每一電容模塊連接到諧振LC儲能電路405的相 應側或干線(線路470和475)，每一電容模塊均在第一多個(w)轉 換系數(shù)(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)轉換系數(shù)(^…(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--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(shù)而定的控制電壓(按 圖23或26中所示產(chǎn)生)；在圖25中，其示出了多個受控電抗模塊 1805，這些模塊響應于來自控制邏輯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 模塊響應于控制信號(連續(xù))或系數(shù)(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 塊響應于控制信號進行轉換，從而用于電壓變化補償。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?qū)?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(jù)本發(fā)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- -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--組多個(w) 二進制加 權的固定電容器(G) 620及二進制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)、 IMOS (反型MOSFET)、和 /或結型/二極管可變電抗器。每-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制加權的電容區(qū)別開，可變電容模塊
640n具有1個單位的電容，可變電容模塊640,具有2個單位的電容， 依此類推，可變電容模塊640(，-D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，如線性或二進制，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--可轉換模塊640內(nèi)，每一固定和可變電容初始相等，可變 電容被允許響應于在結點625提供的控制電壓變化。該控制電壓繼而 隨溫度或另--所選可變參數(shù)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(shù))變化，這繼而用于改變諧振 頻率A。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(tài)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(nèi)，通過使用轉換系數(shù)A…A"，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，對于給定或所選模塊640，當其相應p系數(shù)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(并連接到電源干線電壓VUI)或接地(GND)，取決 于器件是AMOS還是IMOS，以避免浮動結點并使呈現(xiàn)給儲能電路的電 容最小)，當其相應p系數(shù)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.被轉換入電路并連接到在 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 個轉換系數(shù))均已被實施以提供固定和口了變電容的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 C,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響應于溫度(或其它參數(shù))提供更大的可變性，從而調(diào)節(jié)儲能 電路或其它振蕩器的頻率響應。
圖10為根據(jù)本發(fā)明的用于在(頻率-溫度補償模塊420.的)可控 電容模塊635中提供控制電壓V 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(fā)生器655、使用PTAT、 PTAf和/或CTAT電流發(fā)生 器的一個或多個組合產(chǎn)生隨溫度而定的電流工(T)(或更一般地，電 流I (x))，并可與負跨導放大器410共享所使用的I (T)發(fā)生器415， 而不是提供單獨的發(fā)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，所有均并聯(lián)構造。在其它示例性實施例中，根據(jù)將 補償?shù)膮?shù)變化，也可使用下述的其它控制電壓發(fā)生器。
在其它組合中，根據(jù)PTAT、 PTAf和/或CTAT電流發(fā)生器的選擇 和加權，隨溫度而定的電流也可被產(chǎn)生。例如，PTAT發(fā)生器和CTAT 發(fā)生器，具有相等的大小但相反的斜率，可被結合在一起以產(chǎn)生隨溫 度波動提供恒定電流的電流發(fā)生器。例如，這樣的電流發(fā)生器可用于 在圖30中所示的老化變化補償器中提供恒定電流源。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，并 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)、多晶硅、金屬電阻器、自對準多晶硅化物或非自對準多晶硅 化物電阻器、或阱電阻器(P或n阱)。根據(jù)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 對于通過所選電阻器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系數(shù)(隨 溫度提供更大的電壓變化)，而多晶硅電阻器通常將具有低溫度系數(shù) (隨溫度提供更小的電壓變化)，而對于所選模塊675,多個這些不 同電阻器類型的串聯(lián)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(diào)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))變化的不同電壓水平，從而對于所述隨溫
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)轉換系數(shù)g。…^-,, 中的相應q系數(shù)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(如當其相應系數(shù)為邏輯高或高電壓時)，由 于隨溫度而定的電流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的控制電壓也隨溫度(或其它參數(shù)) 變化，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(shù)相關或靈敏度。更一般地隨參數(shù)而定或隨溫度而定的其它電阻模 塊將在下而分別結合圖23和26及圖28進行描述。
第一多個轉換系數(shù)P。…A,力及第二多個轉換系數(shù)W…^力可 通過測試具有本發(fā)明時鐘發(fā)生器的典型IC而在制造后確定。對于給 定制造工藝(下面結合圖11和12描述)，一旦諧振頻率A己被選擇 和/或校準，振蕩器的溫度(或其它參數(shù))響應即被確定和調(diào)節(jié)，以 對于環(huán)境或運行溫度(或其它可變參數(shù))的所述變化提供實質(zhì)上恒定 的所選諧振頻率A。在示例性實施例中，第一多個轉換系數(shù)P?！璚 ,, 通過測試系數(shù)的不同組合而被首先確定，以提供初級調(diào)節(jié)，從而導致 隨變化環(huán)境溫度而變的實質(zhì)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(diào) 節(jié)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 率響應初歩調(diào)節(jié)為線1720。
之后，第二多個轉換系數(shù)同樣通過測試系數(shù)的不同組合進行確 定，以提供出色級的調(diào)節(jié)，從而導致隨變化環(huán)境溫度而變的實質(zhì)上平 坦的頻率響應，如圖24中所示，將部分補償?shù)念l率響應(線1715或 1720)調(diào)節(jié)為線1700的實質(zhì)上平坦的響應，其通過選擇不同電阻器 685的溫度響應進行。之后，第--和第二多個系數(shù)載入所選處理輪次(或批次)中制造的所有IC中的相應寄存器495和455中。根據(jù)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I (T)發(fā)生器415提供的溫度補償協(xié)力， 時鐘發(fā)生器的全部頻率響應實質(zhì)上獨立于溫度波動。
在其它示例性實施例中，第一多個轉換系數(shù)A…A,w和第二多 個轉換系數(shù)。?！璚-,;也可在振蕩器運行期間動態(tài)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(huán))1810。在這些備選實 施例中，所保存的第一和第二多個系數(shù)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系數(shù))。
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，以響應于所選參數(shù) P產(chǎn)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]805 中的毎一模塊，例如，所述模塊體現(xiàn)為受控電容模塊1505 (圖22)， 以控制諧振器的有效電抗。此外，多個恒定(獨立于溫度)的控制電 壓中的任何電壓也可被產(chǎn)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(chǎn)生控制電壓或提供傳感器385、 1440能力， 如隨電源電壓V',n變化的電流源或獨立于電源電壓、溫度及其它參數(shù) 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 用于對參數(shù)變化如溫度變化進行實時連續(xù)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(huán)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(zhì)上恒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也可用于選擇或調(diào)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也可用于對其它參數(shù)變化提供頻率響 應，如制造工藝變化、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(shù)如溫度、電壓、制造工藝或頻率中的任何參數(shù)提供所選頻率響 應。
圖22是根據(jù)本發(fā)明的、頻率-溫度補償模塊420或更-—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運行類似于第--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，并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(shù)如溫度而變的頻率響應。此外，所選實施例可使 用-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(xiàn)。
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--個，每一可變電容模塊包含可變電容(O 1515A(,…1515b(b-,)(以A和B對圖示，劉應于對稱連接到結點475或 470，且圖示具有二進制加權)，其可(通過多個晶體管或其它開關 1520?！?520(h))轉換到多個控制電壓V。， V,(x)，…V(k—"(x)中的 所選控制電壓，其中控制電壓V。實質(zhì)上不變(實質(zhì)上不響應于所選參 數(shù)x，如溫度)，而其余控制電壓V,(x) Ux)通常響應于所選參 數(shù)x如溫度或?qū)ζ涿舾?。如圖所示，每--相應的可變電容器對1515 (A和B)的后板均相互連接(短接在一起)，之后經(jīng)開關連接到所選 控制電壓。每一所述可變電容對1515可通過相應的系數(shù)(圖示為第
四多個系數(shù)4,夂……& A,…V》轉換，使得每一模 塊1505可被單獨并獨立于多個控制電rEV(,, V,(x)，…V(k..n(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(jù)本發(fā)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(shù)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()， 1605,…1605(^)，每一所述模塊提供單獨或獨 立的控制電壓V"x), V2(x)，…V(k-,)(x)，所述電壓提供給模塊1505
(圖22)。不同的相應電阻器1620。， 1620'， ■ 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(shù)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 供應干線V,，u和地之問的任何分壓器，選擇相應的電阻大小或值1605,, 和1605,以提供所需靜電壓水平。此外，多個不同靜或不變(即獨立 于溫度)電壓的產(chǎn)生如圖28中所示，其通過響應于溫度(或另--參 數(shù))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(zhì)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(shù)如溫度變化而變的不同響應(響應曲線))，并可響應于不同參數(shù) 及相對于所選參數(shù)實質(zhì)上保持不變。根據(jù)所選實施例，電阻模塊1605 的陣列可(通過相應的晶體管1610 (圖示為晶體管16]0,,， 1610,，… 1610(^))轉換，從而轉換入或轉換出陣列]600，或可被靜態(tài)地包括
(固定連接1615，在圖23中圖示為虛線)以自動產(chǎn)生預定數(shù)量的控 制電壓V。， V'(x)，…V(h)(x)。根據(jù)電阻器1620 (和/或晶體管1610, 如果有的話)的選擇，不同控制電壓V。， V,(x), Ux)中的每 控制電壓將不同并對所選參數(shù)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(jù)本發(fā)明的、可用于向不同模塊中的任何鐫 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(shù)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PTAf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 —電阻模塊1905提供單獨或獨立的控制電壓V(,(P)， V'(P)， MP),... V(w (P)，從而響應于所選參數(shù)P或根據(jù)所選參數(shù)P產(chǎn)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--個或多個控制電壓的模塊。不同的相應電阻器 1920(,， 1920,，…1920(^可以是先前所述的任何類型、大小或權重， 以對所選參數(shù)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(shù)的響應。此外，圖28中所示的多個不同的靜或恒定(即獨立于溫 度)電壓中的任何電壓也可按需使用為用于所述任何模塊的不同控制 電壓中的任何控制電壓。
根據(jù)所選實施例，電阻模塊1905的陣列可(通過相應的晶體管 1915 (圖示為晶體管1915。， 1915,, ■■ 1915(h)))轉換，從而動態(tài)地 或靜態(tài)地轉換入或轉換出陣列，以自動產(chǎn)生多個控制電壓V(,(P)， V,(P)， V2(P)， ... V(n—,)(P)。之后，這些不同控制電壓中的每一控制 電壓在控制信號和/或系數(shù)1950的轉換控制下以任何組合靜態(tài)地或 動態(tài)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于控制諧振器(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(xù)控制。例如，這些隨參數(shù)而定的控制 電壓V。(P)， V'(P)， VJP)，…V(,，-,)(P)中的任何電壓，或任何實質(zhì)上 獨立于參數(shù)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(shù)中的任何參數(shù)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(,， V,(x)， V(h)(x)或 更一般地V(,(P)， V,(P)， V2(P),…V(n—d(P)中的毎一電壓，及任何實 質(zhì)上恒定的控制電壓，均可獲得并通過第四多個系數(shù)A A… ...力。，&…力"-"轉換到可變電容模塊1505中的可變電容C 1515，對所選參數(shù)(如溫度)的高度靈活、精調(diào)、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^中的可變電容15U 1515^—:、可通過設為 邏輯高或高電壓的參數(shù)力，(或相應的動態(tài)施加的電壓作為控制信號) 轉換到控制電壓V,(x)，第四多個參數(shù)中的其余h參數(shù)設為邏輯低或 低電壓，從而提供隨溫度或另一所選參數(shù)而變的第--頻率響應，同時 模塊1505(,中的可變電容1515 ,和1515w,可通過設為邏輯高或高電壓 的參數(shù)心w (或相應的動態(tài)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(shù)中的其余d參數(shù)設為邏輯低或低電壓，從 而提供隨溫度或另一所選參數(shù)而變的第二頻率響應，依此類推。如上 所述，第四多個系數(shù)4《，……"A,…力《-,;也可通過測 試一個或多個IC在制造后確定，或也可在振蕩器運行期間動態(tài)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1M5， 或通過如圖25中所示的傳感器1815和控制邏輯(或控制環(huán))1810。 更一般地，所述通過或系數(shù)或控制信號的控制如圖26中所示，且可 用于隨任何所選參數(shù)如溫度、電壓、制造工藝、使用期、或頻率而變 的離散或連續(xù)頻率控制或離散及連續(xù)頻率控制。
此外，代替為第一、第二或第四多個系數(shù)保存的系數(shù)，特別是當 相應的值將被動態(tài)確定時，如上所述，相應的電壓可被直接施加給不 同的開關(如晶體管1520或模塊640和650的轉換晶休管)作為控 制信號。
再次參考圖4，另外的補償模塊也用于對諧振頻率/,,提供更人的 控制和準確度，如用于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，以獨立于制造工藝變化對諧振頻率
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、龜抗、或電阻并被使得響應于任何所 選參數(shù)如溫度、工藝變化、電壓變化、及頻率變化。
圖11是根據(jù)本發(fā)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--模塊連到諧振LC儲能電路405的干線或旁邊(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)轉換系數(shù)r。…",."控制。第一工藝變 化補償模塊760提供具有差分加權(如二進制加權)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晶體管740 (由 相應的r系數(shù)控制)將多個固定電容750轉換入或轉換出而調(diào)節(jié)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于諧振LC儲能 電路振蕩的總電容減去，從而改變有效電抗并調(diào)節(jié)諧振頻率。第三多 個轉換系數(shù)a…/v,力也可通過測試IC而在制造后確定，通常為與 確定第一和第二 (或第四)多個轉換系數(shù)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(xiàn)。確定的r系數(shù)之后保存在該生產(chǎn)或工藝批次的IC的相應寄存 器465中?；蛘?，每一 IC可被單獨校準。
除了所述校準方法之外，第三多個轉換系數(shù)r?！璽v,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 制造工藝參數(shù)的參數(shù)或變量，如晶體管閾值電壓、電阻大小或儲能電 路的值、或不同電流源產(chǎn)生的絕對電流電平。之后，所述測得的值可 用于提供相應的系數(shù)(第三多個轉換系數(shù)&…和/或控制信 號從而用于相應的頻率調(diào)節(jié)。例如，所述測得或感測的值可轉換為數(shù) 字值，其繼而被索引到存儲器中的査閱表，之后，基于已知值或其它 校準或建模提供保存的值。
為避免另外的頻率失真，兒個另外的特征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晶體管740的接通電阻應很小，因此晶體管的寬度/長度比大。其次，大電 容可被拆分為兩個支路，具有由相同r系數(shù)控制的兩個相應晶體管 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制造工藝的設計規(guī) 則允許的最小大小)基于相應r系數(shù)的倒數(shù)被相應地轉換出或轉換入 電路。由此，總是存在大約或?qū)嵸|(zhì)上相同的晶體管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，金屬熔斷器可用于代替晶體 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，并 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]2是根據(jù)本發(fā)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的干線或旁邊(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(shù))調(diào)節(jié)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中的第三多個轉換系數(shù)r,,…tv,,, 控制。(然而，由于每一示例性工藝變化補償模塊760或860中采用 的電路不同，相應的第三多個轉換系數(shù)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提供不同于其它附圖中所使用的可變電抗器閣示， 其中可變電抗器850由MOS晶體管表示，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AMOS或IMOS晶 體管，或更--般地，為MOS晶體管，如圖12中所示的晶體管，并通 過短接晶體管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AMOS或IMOS 晶體管。此外，可變電抗器850還可相互相對進行二進制加權，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(qū)別。第二工藝變化補償模塊860提 供多個沒有M0S開關/晶體管的可轉換可變電容模塊865的陣列，因 此消除了通過MOS晶體管的損耗或加載。而是，負載表現(xiàn)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，MOS可變電抗器850被轉換到W仏其可以是上述的不 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干線(電壓VnJ，從而基 于可變電抗器850幾何結構或提供最小電容或提供最大電容。對于 AMOS，轉換到電壓Vw,將提供最小電容，及轉換到地將提供最大電容， 而對于IMOS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系數(shù)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(W/ )中的任何控制電壓、地或Vw如在第一電壓和第二電壓之 間轉換而調(diào)節(jié)和選擇諧振頻率/。。在另-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Vw"相應的 可變電容被增加到或不包括在可用于諧振LC儲能電路振蕩的總電容 中，從而改變其有效電抗并調(diào)節(jié)諧振頻率。更具體地，對于AMOS實 施例，連接到L (作為Vin)提供更小的電容，連接到地(Vi'， = O)提 供更大的電容，而對IMOS實施例正好相反，其中連接到V叫(作為V,,,) 提供更大的電容及連接到地(Vi,, 二 O)提供更小的電容，其中假定LC 儲能電路干線(圖4的結點或線路470和475)上的電壓在0伏特和 電壓Vw,之間，明顯或?qū)嵸|(zhì)上遠離任一電壓水平。連接到Vw,和地之間 的電壓如不同控制電壓中的許多電壓作為W"，將向儲能電路提供相 應的中間水平的電容。第三多個轉換系數(shù)r?！璻v,;也通過測試1C 而在制造后確定，且通常也為確定第一和第二多個轉換系數(shù)那樣的迭 代過程。之后，所確定的r系數(shù)保存在該生產(chǎn)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(shù)量的模塊850可動態(tài)控制以在振蕩器運行期間提供連續(xù)的 頻率控制。
如上所述，根據(jù)可變電抗器的類型(AM0S或IM0S)，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Vm,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(chǎn)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并調(diào)節(jié)諧振 頻率。
圖28為根據(jù)本發(fā)明的、頻率、工藝或其它參數(shù)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(zhì)上 不變的電壓模塊2060 (圖示為2060A， 2060,,， 20601:…2060K)用于 產(chǎn)生相應的多個控制電壓，其相對于所選參數(shù)如溫度實質(zhì)上保持不 變，且其具有相應的多個不同的大小，從而產(chǎn)生具有不同大小的多個 控制電壓VA, Vu， Vc:…VK。如圖所示，多個不同的、實質(zhì)上靜或不 變的(即獨立于溫度)電壓通過結合不同的電流源2055 (圖示為電 流源2055A， 2055b, 2055c 2055K)產(chǎn)生，每--電流源對溫度或另 —參數(shù)具有不同的響應(響應于溫度(或另--參數(shù))不同成形的電流)， 并具有相應多個電阻器2040 (圖示為相應的電阻器2040A， 2(M0b， 2040(:…2040K)，每--電阻器具有隨溫度或其它參數(shù)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(shù)的響應。例如，電流源2055被 選擇為具有適當大小的PTAT、 CTAT或CTAf電流源的特定組合，電阻 器2040基于大小、類型等進行選擇，使得所得電壓隨參數(shù)變化如溫 度變化實質(zhì)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Kz'"，從而調(diào)節(jié)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)， 均可用于其它目的。例如，補償器315 (或410、 415和/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于所示 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(fā)明范圍內(nèi)。
如.匕所述，不同的所示受控電容模塊(485， 635， 460， 760， 860， 1501)可被--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，并可用在本發(fā)明 的頻率控制器(215， 349， 1400)內(nèi)，其作為不同的調(diào)節(jié)器或補償器 (315， 320, 355， 1420， 1425， 1430)中的任--。每一不同加權的、 受控電抗或阻抗模塊1305 (圖示為1305。， 1305,，…1305(,h,)包括 一個或多個固定電抗《 1315、可變電抗Z, 1310、或"虛設"電抗 1320，這些電抗可響應于第五多個系數(shù)(s。， …5V,w;)中的相應系 數(shù)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于不同受控電容模塊中的任何模 塊運行。第五多個系數(shù)可同如上關于其它系數(shù)集所述的那樣在制造后 確定或動態(tài)確定。此外，根據(jù)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，并
可用于響應于多個參數(shù)如溫度變化、電壓波動、制造工藝或頻率中的 任何參數(shù)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]805。 ... ]805",-d)，且也可作為不同的調(diào)節(jié)器 或補償器(315， 320， 355, 1420， 1425， 1430)用在本發(fā)明的頻率控 制器(215, 1415)內(nèi)。這些受控電抗模塊1805也可被二進制、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，集可響應于任何所選參數(shù)。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 對于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 是通過多個系數(shù)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(tài)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(fā)明范圍內(nèi)。此外，電抗模塊更寬地視為 阻抗模塊，同時具有電阻和/或電抗特征，如使用圖29屮所示的不同 電阻器。
例如，所選參數(shù)屮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、或響應于 所選參數(shù)的任何其它類型的傳感器。例如，傳感器可包括跨二極管的 電壓，提供響應于溫度的電壓輸出。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(shù)的水平的數(shù)字 輸出指示，之后，所述指示可用作相應系數(shù)(上述的多個系數(shù)中的任 何系數(shù))或用于動態(tài)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(tài)或動態(tài)地調(diào)節(jié)不同的電 抗，具有或沒有來自諧振器的反饋。
圖27是根據(jù)本發(fā)明的示例性電壓變化補償模塊2000的電路和框 圖，并可用作圖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(i和1620、， 提供電壓V。。在電源電壓V^ (電力干線)波動的情況下，電壓V"相 應地變化。由于電壓在控制信號或系數(shù)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(diào)節(jié)諧振頻率。由此，隨所述電壓波動諧振頻率可
被控制。其它實施基于其它圖示實施例將顯而易見，且也在本發(fā)明范 圍內(nèi)。
如上所述，除了圖4的固有或寄生電阻H. 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(jù)本發(fā)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R1:445串聯(lián)， 或與電容器440和Rf 450串聯(lián)，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， 2115、, 2115"…2115J 具有不同加權的(如二進制加權的)電阻器2105 (圖示為相應的電 阻器2105m， 2跳，2風,…2跳)，并可在控制信號和/或系數(shù)1950 的控制下通過相應的晶體管或開關2110(圖示為晶體管2110M， 210、， 2110"…2110。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(diào)制諧振器405的諧振頻率的機制，并可隨仟 何所選參數(shù)而變，或可以獨立于參數(shù)，從而用于諧振頻率選擇。
圖30是根據(jù)本發(fā)明的示例性使用期變化補償器2200的框圖。如 圖30中所示，不同的傳感器用于測量相應參數(shù)，其由時間通路影響 或其隨IC壽命改變，如電壓傳感器2205測量晶體管的閾值電壓、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(chǎn)生的絕對電流電平。在給定時間點所選測量 (經(jīng)復用器2220)提供給ADC2225從而轉換為數(shù)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中以提供用于隨后測量的比較基礎。隨 后，可執(zhí)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。對于給定參數(shù)，如電壓， 電流和初始值可被讀取和比較，之后，比較器2235提供正比于兩個 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 述差值繼而可用于相應的系數(shù)和/或控制信號以進行相應的頻率調(diào) 節(jié)。例如，所述使用期補償信號可被索引到存儲器2240中的查閱表， 其繼而基于已知值、或使用期影響的其它校準或建模提供所保存的 值，.并使用上述的任何不同調(diào)節(jié)器和補償器進行相應的頻率調(diào)節(jié)。
再次參考圖21，本發(fā)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(diào)節(jié)器1410 (如410、 415及圖6-8中 所示的實施例)，在示例性實施例中，其也可并可或連接到維持放大 器305; (2)可變參數(shù)調(diào)節(jié)器1425，以響應于任何所選參數(shù)如溫度、 制造工藝變化、電壓變化或頻率調(diào)節(jié)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(shù))調(diào)節(jié)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;和/ 或(5)使用期(時間)變化補償器(或調(diào)節(jié)器)365、 1460。本領域 技術人員將意識到，跨導模塊1410、可變參數(shù)調(diào)節(jié)器1425、或工藝 (或其它參數(shù))調(diào)節(jié)器或補償器1430或其它補償器和調(diào)節(jié)器之間的 不同劃分是任意的且不限制本發(fā)明的范圍，因為其中的每一個均可使 得響應于上述的任何參數(shù)，且每一個均可用于上述的任何目的(例如， 可變參數(shù)模塊1425可用于補償制造工藝變化等，而不是溫度變化)。 此外，根據(jù)所選實施， 一個或多個系數(shù)寄存器1435 (如455、 465、 495)可用于保存上述多個系數(shù)中的任何系數(shù)。在備選實施例中，所 述系數(shù)可能不需要，轉換電壓或電流或靜態(tài)或動態(tài)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(fā)生器415、 515)，或者傳感器可被提供 為單獨組件，如連接到二極管的電流源，如上所述。同樣，根據(jù)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(fā)明的示例性實施例提供用亍諧振器的頻率控制的裝 置，諧振器適于提供具有諧振頻率的第--信號。所述裝置包括適于響 應于多個參數(shù)中的至少一參數(shù)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)，頻率控制器適于響應于第二信號修改諧振頻率。多個參數(shù)是
可變的且包括下述參數(shù)中的至少一個溫度、制造工藝、電壓、頻率 和使用期。
在示例性實施例中，頻率控制器還適于響應于第二信號修改連接 到諧振器的電抗或阻抗元件，如響應于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，響應于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；或響應于第二 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于保存第一多個系 數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存器和可連接到諧振器的多個 可轉換電容模塊的第--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于第一多個系數(shù)中 的相應系數(shù)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制加權的模塊。頻率 控制器還可包括具有連接到系數(shù)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于系數(shù)寄存 器中保存的第二多個系數(shù)中的相應系數(shù)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，傳感器還包括響應于溫度的電 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(chǎn)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PTAf'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并響應于溫度變化 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(shù)轉換器
1445以響應于第二信號提供數(shù)字輸出信號，及包括控制邏輯塊1450 以將數(shù)字輸出信號轉換為第一多個系數(shù)。
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并適于響應于多個 參數(shù)中的制造工藝參數(shù)修改諧振頻率。工藝變化補償器還可包括適于 保存多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多 個可轉換電容模塊的陣列760，每--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于多個系數(shù)中 的相應系數(shù)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于保存多個系數(shù)的系數(shù)寄存 器；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個二進制加權的可轉換可 變電容模塊865的陣列860，每--可轉換可變電容模塊響應于多個系 數(shù)中的相應系數(shù)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于保存第--多個系 數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存器和可連接到諧振器的多個 可轉換、二進制加權的電容模塊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于第-多個 系數(shù)中的相應系數(shù)以將可變電容轉換(1520)到多個控制電壓中的所 選控制電壓。傳感器可包括響應于溫度的電流源，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，多個電阻模塊適于提供多個控制電 壓，且其中多個電阻模塊中的每--電阻模塊對溫度具有不同的響應并 適于響應于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，用于諧振器的頻率控制的裝置包括適-丁-保存第---多個系數(shù)的系數(shù)寄存器，，及具有連接到系數(shù)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、 1.800)， 每一可轉換電阻模塊響應于第--多個系數(shù)中的相應系數(shù)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于溫度確定。例如， 相應的電抗是可變電抗并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，第一多個系數(shù)由傳感器響應于多個可 變參數(shù)如溫度、制造工藝、電壓和頻率中的至少一參數(shù)計算或確定。
在示例性實施例中，多個可轉換電抗模塊還可包括多個(635) 二進制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--可轉換電容性模塊響應于第一多個系數(shù)中的 相應系數(shù)在同定電容和可變電容之間轉換并將每一可變電容轉換到
控制電壓。所述裝置還可包括響應于溫度的電流源655:及具有連接 到系數(shù)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--可轉換電阻模塊響 應于系數(shù)寄存器中保存的第二多個系數(shù)中的相應系數(shù)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- -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 二進制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于第--多個系數(shù)中的相 應系數(shù)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于溫度的電流源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 個電阻模塊適于提供多個控制電壓，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并適于響應于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(shù)寄存器和諧振器的多個760 二進制加權的、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 轉換電容模塊響應于多個系數(shù)中的相應系數(shù)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 可包括連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個860 二進制加權的可轉換 可變電容模塊865，每一可轉換可變電容模塊響應于多個系數(shù)中的相 應系數(shù)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(jù)本發(fā)明的裝置包括適于提供具有諧振頻 率的第一信號的諧振器310、 405;及連接到諧振器并適于響應于溫 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 屮溫度補償器還適于響應于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于溫度變化的電流源415、 515、 655。
在其它示例性實施例中，溫度補償器還包括適于提供響應于溫 度變化的電流的電流源415、 515、 655;適于保存第一多個系數(shù)的系 數(shù)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于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
流源并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(fā)明提供用于諧振器的頻率控制的頻 率控制器，包括適于保存第一多個系數(shù)和第二多個系數(shù)的系數(shù)寄存 器；適于提供對應于溫度的電流的電流源415、 515、 655;具有連接 到系數(shù)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(chǎn)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 轉換電阻模塊響應于第二多個系數(shù)中的對應系數(shù)轉換可轉換電陽模 塊以向控制電壓結點提供控制電壓；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振 器的多個二進制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 于第--多個系數(shù)中的對應系數(shù)在固定電容和可變電容之間轉換并將 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(fā)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(jù) 本發(fā)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(shù)字分頻器910、基于計數(shù)器的頻率 檢測器915、數(shù)字脈沖計數(shù)器905、及校準寄存器930 (其也可用作 寄存器化5)。使用測試IC，來自時鐘發(fā)生器(100、 200或300)的 輸出信號被分頻(910)并與頻率檢測器915中的已知參考頻率920 比較。根據(jù)時鐘發(fā)生器(100、 200或300)相對于所述參考是快還是 慢，下降或上升脈沖被提供給脈沖計數(shù)器905。基于這些結果，第三 多個轉換系數(shù)A…7V^被確定，且時鐘發(fā)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已被描述，從而提供 可在結點470和475獲得的、具有可選及可調(diào)諧諧振頻率《的差分、 實質(zhì)上正弦信號。對于許多應用，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的千線或線路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(jù)本發(fā)明，可存在另外的應用，包括時鐘發(fā)生(實 質(zhì)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(jù)本發(fā)明的示例性分頻器和方波發(fā)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(fā)生器1000可被包括在模塊220和/或330屮或 包括模塊220和Z或330，及選頻器1050 (具有或沒冇假信號抑制模 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(zhì) 上正弦信號，如圖2的線250 i:、或圖3的線350上、或圖4的千線 或線路470和475之間的輸出，被輸入分頻器和方波發(fā)生器1000。 該實質(zhì)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/。，適當?shù)牡胤?，并轉換為實質(zhì)方波信號，從而導致具有m+l 個不同可用頻率的多個實質(zhì)方波信號，即線路或總線1020上的輸出 頻率A A A…/ 。具有m+l個不同可用頻率的這些實質(zhì)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(zhì)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(zhì)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屮所示的一 個或多個示例性D觸發(fā)器(DFF)。假信號可出現(xiàn)在異步頻率變遷屮， 其中或低態(tài)或高態(tài)未被保持足夠的時間并可在由輸出時鐘信號驅(qū)動 的電路中導致亞穩(wěn)性。例如，異步頻率變遷可導致第一頻率的低態(tài)躍 遷為第二頻率的高態(tài)，在第二頻率高態(tài)即將變回低態(tài)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(zhì)方波信號(具有所選頻率)在線路1060上提供給提供 保持狀態(tài)的第--DFF1065;如果假信號出現(xiàn)，其將被保持直到時鐘邊 緣觸發(fā)DFF為止。為避免假信號出現(xiàn)在時鐘邊緣，DFF可以低于最大 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)，由于在等待另一時鐘信號期間，DFF1065的Q輸出將已穩(wěn) 定為第一狀態(tài)(高或低)或第二狀態(tài)(低或高)，如或電力或接地干 線。發(fā)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(fā)器或計數(shù)器也可使用，且本領域技術人員將認識到將實 現(xiàn)該結果的無數(shù)其它等效實施方式，所有這些變化均在本發(fā)明范圍 內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)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(fā)明的"實質(zhì)"方波的說明，其為不同布局中使用的實 際方波的典型，展現(xiàn)合理的變化，在其相應的高和低態(tài)下沖和上沖(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、 然后到16MHz、之后到33MHz的無假信號轉換。
再次參考圖14，分頻器和方波發(fā)生器1000可以無數(shù)方式實施， 如差分或單端，圖示的分頻器僅是示例性的。由于圖4中所示的振蕩 器的輸出是差分輸出(跨線路或干線470和475)，第--分頻器1005 也是差分分頻器并提供互補輸出，以呈現(xiàn)實質(zhì)上不變的負載給振蕩器 并保持相位校準，且是快速分頻器以支持高頻如GHz范圍的頻率。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也可是差分分頻器并提供任何任意分頻(用M 除)，如除以整數(shù)、2的倍數(shù)、有理數(shù)、或任何其它量或數(shù)。所述分 頻器的布周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(shù)器或觸發(fā) 器1075，如圖16中所示的那些觸發(fā)器，其按2的冪或倍數(shù)提供分頻， 每--段的輸出提供不同的頻率，且還提供用于下-段的時鐘信號并反 饋回到其自己的輸入，如圖所示。如圖所示，之后，多個頻率可用于 線路或總線1020上的輸出，如A/2， /。/4，依此類推，直到力/2、。 此外，如圖所示，從振蕩器到第--分頻器1005也可使用緩沖器1085， 以提供足以驅(qū)動第一分頻器1005的電壓，及在第二分頻器1010多段 之間使用緩沖器，以隔離也能影響信號上升和下降時間的隨狀態(tài)而變 的負載變化。
還應注意，使用不同觸發(fā)器還提供實質(zhì)方波，因為任何實質(zhì)正弦 信號已被提供以時鐘控制觸發(fā)器，其輸出繼而被拉到高或低電壓。也 可使用其它方波發(fā)生器，如本領域眾所周知的方波發(fā)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后劃分。在最后分 頻之后，多個信號(每一信號具有不同頻率)(在模塊1015中)被調(diào) 整以提供實質(zhì)上均勻劃分的(如50:50)占空比，使得信號處于第一 (高)態(tài)的時間實質(zhì)上等于該信號處于第二 (低)態(tài)的時間。
圖17為根據(jù)本發(fā)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(fā)明的時鐘發(fā)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(jù)本發(fā)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?shù)偷念l率下，低性能環(huán)形振蕩器可提供適當?shù)?、低功?性能。如圖17中所示，對于這些條件，低功率振蕩器1105的輸出可 被選擇(通過復用器IIOO)并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，通常明顯多于 本發(fā)明的振蕩器。通常有隨頻率而變的"盈虧平衡"點，其后時鐘發(fā) 生器(100、 200或300)提供更高的性能和更低的功耗，并可被選擇
(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(fā)生器(100、 200或300)也可用于提供低功率模式。
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(fā)生器(100、 200或300)可被相當快速地重啟，或受脈沖作用的模式，其中時鐘 發(fā)生器(100、 200或300)可被定期或不定期反復猝發(fā)或有間隔地停 止和重啟。不同的參考模式如下所述。
相比于現(xiàn)有技術，使用本發(fā)明的時鐘發(fā)生器和/或定時/頻率參考
(100、 200或300)的該受脈沖作用時鐘控制提供功率節(jié)約。在特定 猝發(fā)期間耗用更多功率的同時，由于時鐘具有相當高的頻率，在該間 隔中更多的指令得以處理，之后在非脈沖或斷開間隔期間沒有或只有 有限的功率耗散，從而相比于連續(xù)運行的時鐘導致更高的MlPS/mW。 相反，由于現(xiàn)有技術時鐘相當長的啟動時間和鎖定，所述受脈沖作用 的時鐘控制導致現(xiàn)有技術功耗更多及效率更低。
圖18是根據(jù)本發(fā)明的用于第二振蕩器的示例性同歩模塊1200的 框圖。如上所述，時鐘發(fā)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(huán)形、張馳、或相移振蕩器)。時鐘發(fā)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(xiàn)，如通過使用現(xiàn)有分頻器(220、 330、 1000，例如)，然后 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可選擇參考模式并從選頻器335提供輸出參考信號給第 二振蕩器(具有同步模塊)375。之后，同步模塊如PLL或DLL1205 用于將來自第二振蕩器1210的輸出信號同步到由時鐘發(fā)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(xù)同步 模式之外，也可提供受脈沖作用的同步，其中時鐘發(fā)生器和/或定時/ 頻率參考(100、 200或300)提供受脈沖作用的輸出，且同步發(fā)生在 這些脈沖的間隔即同步間隔期間。
圖19為根據(jù)本發(fā)明的示例性方法的流程圖，并提供有用的概耍。 方法以開始步驟1220開始，如通過時鐘發(fā)生器和/或定吋/頻率參考 (100、 200或300)啟動。應注意，在圖19中圖示為連續(xù)步驟的同 時，這些步驟可以任何順序出現(xiàn)，且通常可隨時鐘發(fā)生器和/或定時/ 頻率參考(100、 200或300)運行同時出現(xiàn)。參考圖19，具有諧振 頻率的諧振信號在步驟1225產(chǎn)生，如通過LC儲能電路405或諧振器 310。在步驟1230，諧振頻率響應于溫度進行調(diào)節(jié)，如通過溫度補償 器315，其調(diào)節(jié)電流和頻率。在步驟1235，諧振頻率響應于制造工藝 變化進行調(diào)節(jié)，如通過工藝變化補償器320。如上所述，歩驟1235 可被執(zhí)行為第一校準步驟，之后為步驟'1230的溫度調(diào)節(jié)。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(zhì)上等于或低于 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(jù)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(zhì)正弦信號時，在步驟1250，所述方法繼續(xù)從而按需 將差分、實質(zhì)正弦信號轉換為具有實質(zhì)上相等的高和低占空比的單端 實質(zhì)方波信號，使得使用模塊330或1000產(chǎn)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(jié)約模式、及受脈沖作用模式。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 于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之后，所述方法結束或重復(繼續(xù))(如時鐘發(fā)生器 和/或定時/頻率參考(100、 200或300)繼續(xù)運行)，返回步驟1270。
同樣，總的來說，本發(fā)明提供包括下述組件的裝置適于提供具 有諧振頻率的第一信號的諧振器；連接到諧振器的放大器；及適于選 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)，其適于將具有第一頻 率的第- '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(zhì)上等于或低于第一頻率，如通過除以有理數(shù)實現(xiàn)分頻。
第--信號可以是差分信號或單端信兮。當?shù)?--信號是差分信號 時，分頻器還適于將差分信號轉換為單端信兮。類似地，當?shù)谝恍盘?是實質(zhì)正弦信號時，分頻器還適于將實質(zhì)正弦信號轉換為實質(zhì)方波信 號。
在不同的實施例中，分頻器可包括串聯(lián)接連連接的多個觸發(fā)器或 計數(shù)器，其中所選觸發(fā)器或計數(shù)器的輸出是前一觸發(fā)器或計數(shù)器除以 2的頻率，或更--般地，多個分頻器串聯(lián)接連連接，其中相繼分頻器 的輸出低于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，如差分之后是最后的單端段。分頻器還 可包括適于將第一信號轉換為具有實質(zhì)上相等的高和低占空比的實 質(zhì)方波信號的方波發(fā)生器。
本發(fā)明還可包括連接到分頻器的選頻器，其適于從多個第二信號 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(fā)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 于提供多種運行模式，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(jié)約模式、及受脈沖作用模式。
對于參考模式，本發(fā)明還可包括連接到模式選擇器的同步電路；
及連接到同步電路并適于提供第三信號的受控振蕩器；其中在定時和 參考模式中，模式選擇器還適于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(huán)、鎖相環(huán)、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 于響應于溫度修改通過負跨導放大器的電流，其可包括響應于溫度的 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PTAT2結構。此夕卜，頻率控制器還適于修改通 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、或響應于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于將諧振器與電壓變化實質(zhì)上隔離 的電壓隔離器，并可包括電流反射鏡，其還可包括共基共射結構。頻 率控制器還適于響應于制造工藝變化、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，并還可包括適 于保存第一多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)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冇固定 電容和可變電容，每一可轉換電容模塊響應于第一多個系數(shù)中的相應 系數(shù)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制加權的模塊，或具有另一 加權方案。頻率控制器還可包括具有連接到系數(shù)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于系數(shù) 寄存器中保存的第二多個系數(shù)中的相應系數(shù)將玎轉換電阻模塊轉換 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并適于響應于制造工藝變化 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 器可包括適于保存多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)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于多個系數(shù) 中的相應系數(shù)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制加權的模塊，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于保存多個 系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)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于多個系數(shù)中的 相應系數(shù)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 也可是二進制加權的模塊，或具有另--加權方案。
本發(fā)明還可包括連接到頻率控制器并適于響應于參考信號修改 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，分頻器適于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后的信號；還包括連接到分頻器的頻 率檢測器，頻率檢測器適于比較參考信號和分頻后的信號并提供一個 或多個上升信號或下降信號；及連接到頻率檢測器的脈沖計數(shù)器，脈 沖計數(shù)器適于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(fā)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(lián)、并聯(lián)等，并可包括其它組件。在其它實施例中，諧振器可選向 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，或電學上等價于電感器(L)連接到電容器(C)的任何其它諧振
叫 群。
本發(fā)明裝置可用作定時和頻率參考或用作時鐘發(fā)生器。此外，本 發(fā)明還可包括提供第二振蕩器輸出信號的第二振蕩器(如環(huán)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， 模式選擇器適于轉換到第二振蕩器輸出信號以提供功率節(jié)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，其可適于定 期啟動和停止諧振器以提供受脈沖作用的輸出信號，或適于有選擇地
啟動和停止諧振器以提供功率節(jié)約模式。
在另一所選實施例中，本發(fā)明裝置包括適于提供具有諧振頻率 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，溫度補償器適于響應于溫度修改諧振頻率；連接到 諧振器的工藝變化補償器，工藝變化補償器適于響應于溫度修改諧振 頻率；連接到諧振器的分頻器，分頻器適于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(zhì)上等于或低 于諧振頻率；及連接到分頻器的選頻器，選頻器適于從多個第二信號 提供輸出信號。
在另一所選實施例中，本發(fā)明裝置產(chǎn)生時鐘信號，并包括適于 提供具有諧振頻率的差分、實質(zhì)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，溫度補償器適于響應于溫度修改負跨導放大器中的電流 且還響應于溫度修改LC諧振器的電容；連接到LC諧振器的工藝變化 補償器，工藝變化補償器適于響應于制造工藝變化修改LC諧振器的 電容；連接到諧振器的分頻器，分頻器適于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(zhì)上方波的第二信 號，多個頻率實質(zhì)上等于或低于諧振頻率，及每一第二信號具有實質(zhì) 上相等的高和低占空比；及連接到分頻器的選頻器，選頻器適于從多 個第二信號提供輸出信號。
從前述可以看出，可進行無數(shù)變化和修改而不背離本發(fā)明新概念 的精神和范圍。應當理解，不意為限于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(fā)明范圍內(nèi)的所有所述變化。
權利要求
1、用于集成、自激諧波振蕩器的頻率控制的裝置，包括適于產(chǎn)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，多個開關響應于控制信號將多個控制電壓中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。
2、 根據(jù)權利要求1的裝置，其中多個控制電壓中的至少- 控制 電壓響應于多個參數(shù)中的參數(shù)。
3、 根據(jù)權利要求2的裝置，其屮多個參數(shù)為可變參數(shù)并包括至 少一下述參數(shù)溫度、制造工藝、電壓、使用期、和頻率。
4、 根據(jù)權利要求2的裝置，還包括連接到多個電阻模塊的電流源，電流源適于將隨參數(shù)而變的電流 提供給多個電阻模塊中的至少--電阻模塊以產(chǎn)生多個控制電壓中的 至少--控制電壓，所述控制電壓隨參數(shù)而變。
5、 根據(jù)權利要求2的裝置，還包括連接到多個電阻模塊的電流源，電流源適于將獨立于參數(shù)的電流 提供給多個電阻模塊中的至少一電阻模塊以產(chǎn)生多個控制電壓中的 至少一控制電壓，所述控制電壓獨立于參數(shù)。
6、 根據(jù)權利要求1的裝置，其中多個控制電壓中的至少一控制 電壓隨溫度而變，及其中多個控制電壓中的至少一控制電壓獨立于溫 度。
7、 根據(jù)權利要求1的裝置，還包括.-連接到多個開關并適于保存第--多個系數(shù)的系數(shù)寄存器，其中控 制信號由第一多個系數(shù)中的至少一系數(shù)提供。
8、 根據(jù)權利要求7的裝置，其中多個受控電抗模塊還包括多個 不同加權的固定電容和可變電容，及其中多個開關響應于第一多個系 數(shù)將固定電容連接到諧波振蕩器和將多個控制電壓中的第一控制電 壓連接到與諧波振蕩器相連的可變電容。
9、 根據(jù)權利要求8的裝置，其中多個電阻模塊還包括連接到系 數(shù)寄存器和電容模塊的多個可轉換電阻模塊，電容模塊和多個可轉換 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 應于系數(shù)寄存器中保存的第二多個系數(shù)中的相應系數(shù)將可轉換電阻 模塊轉換到控制電壓結點。
10、 根據(jù)權利要求9的裝置，還包括電流源響應于溫度，及其中電流源通過電流反射鏡連接到多個可 轉換電阻模塊以產(chǎn)生跨多個可轉換電阻模塊中的至少一可轉換電阻 模塊的第一控制電壓。
11、 根據(jù)權利要求10的裝置，其中電流源具有至少一下述結構相反于絕對溫度CTAT結構、正比于絕對溫度PTAT結構、或正比于絕 對溫度的平方PTAf結構。
12、 根據(jù)權利要求10的裝置，其中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。
13、 根據(jù)權利要求10的裝置，還包括-連接到多個可轉換電阻模塊的模數(shù)轉換器以響應于第一控制電 壓提供數(shù)字輸出信號；及將數(shù)字輸出信號轉換為第一多個系數(shù)或控制信號的控制邏輯塊。
14、 根據(jù)權利要求7的裝置，其中多個受控電抗模塊還包括 連接到系數(shù)寄存器和可連接到諧波振蕩器的多個可轉換電容模塊，每一可轉換電容模塊具有可變電容，每一可轉換電容模塊響應于 第一多個系數(shù)中的相應系數(shù)將可變電容轉換到多個控制電壓中的所 選控制電壓。
15、 根據(jù)權利要求14的裝置，還包括響應于多個可變參數(shù)中的參數(shù)的電流源，其中電流源通過電流反 射鏡連接到多個電阻模塊；及其中多個電阻模塊中的每-一電阻模塊對參數(shù)具有不同響應并 適于響應于電流源的電流提供多個控制電壓中的相應控制電壓。
16、 根據(jù)權利要求15的裝置，其中多個控制電壓中的至少一控制電壓隨參數(shù)而變，及多個控制電壓中的至少一控制電壓獨立于參 數(shù)。
17、 根據(jù)權利要求7的裝置，其中多個受控電抗模塊還包括 連接到系數(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個不同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和第二固定電容，每一 可轉換電容模塊響應于多個系數(shù)中的相應系數(shù)在第一固定電容和第 二固定電容之間轉換。
18、 根據(jù)權利要求7的裝置，其中多個受控電抗模塊還包括 連接到系數(shù)寄存器和諧波振蕩器的至少一可轉換可變電容模塊，至少--可轉換可變電容模塊響應于多個系數(shù)中的相應系數(shù)在多個控 制電壓中的第一電壓和第二電壓之間轉換。
19、 根據(jù)權利要求7的裝置，其中多個受控電抗校塊還包括 連接到系數(shù)寄存器和諧波振蕩器的多個可轉換可變電容模塊，每一可轉換可變電容模塊響應于多個系數(shù)中的相應系數(shù)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， 及其中所選控制電壓隨溫度變化保持不變。
20、 根據(jù)權利要求1的裝置，其中多個受控電抗模塊還包括可連接到諧波振蕩器的電感。
21、 根據(jù)權利要求l的裝置，還包括多個可轉換電阻器響應于控制信號將相應電阻轉換到諧波振蕩 器以修改諧振頻率。
22、 根據(jù)權利要求1的裝置，還包括連接到多個受控電抗校塊并邁響應于電壓變化提供所選投制 電壓的分壓器。
23、 根據(jù)權利要求L的裝置，還包括連接到諧波振蕩器的使用期變化補償器，其適子將多個參數(shù)中的 所選參數(shù)的電流值與所選參數(shù)的初始值比較并響應于所選參數(shù)的電 流值和初始值之間的差修改諧振頻率。
24、 用于集成、自激諧波振蕩器的頻率控制的裝置，包括適于提供具有諧振頻率的第一信號的諧振器； 適于響應于多個參數(shù)中的至少一參數(shù)提供第二信號的傳感器；及 連接到傳感器和諧振器的頻率控制器，頻率控制器適于響應于第 二信號修改連接到諧振器的阻抗元件從而修改諧振頻率。
25、 根據(jù)權利要求24的裝置，其中多個參數(shù)為可變參數(shù)并包括 至少一下述參數(shù)溫度、制造工藝、電壓、使用期及頻率。
26、 根據(jù)權利要求24的裝置，'其中頻率控制器還適于響應于第 二信號修改諧振器的總電容。
27、 根據(jù)權利要求26的裝置，其中頻率控制器還包括 包括相應多個固定電容和可變電容的多個受控電容模塊，并還包括連接到多個固定電容和可變電容的多個開關。
28、 根據(jù)權利要求27的裝置，其中頻率控制器還適于使多個同 定電容和可變電容中的固定或可變電容連接到諧振器或與其斷開連 接。
29、 根據(jù)權利要求27的裝置，其中頻率控制器還包括 適于產(chǎn)生多個控制電壓的多個電阻模塊，多個控制電壓包括相應的多個不同大小的電壓，且其中頻率控制器還適于將多個控制電壓中 的第一控制電壓轉換到多個固定電容和可變電容中的可變電容以修 改諧振器的總電容。
30、 根據(jù)權利要求29的裝置，其中多個控制電壓中的至少一控 制電壓隨溫度而變，且其中多個控制電壓中的至少一控制電壓獨立于 溫度。
31、 根據(jù)權利要求29的裝置，其中第二信號是多個控制電壓中 的至少一-控制電壓。
32、 根據(jù)權利要求29的裝置，其中頻率控制器還包括適于保存 第--多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及其中多個受控電容模塊還包括第-陣 列，該陣列包括連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個二進制加權的、可 轉換電容模塊，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于第一多個系數(shù)中的相應系數(shù)在固定電容和可變電容之間轉換并將每一可變電容轉換到多個控制電壓中的所選控 制電壓。
33、 根據(jù)權利要求32的裝置，其中多個電阻模塊還包括具有連 接到系數(shù)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所選控制電 壓，每一可轉換電阻模塊響應于系數(shù)寄存器中保存的第二多個系數(shù)中的相應系數(shù)將可轉換電阻模塊轉換到控制電壓結點。
34、 根據(jù)權利要求33的裝置，其中傳感器還包括響應于溫度的 電流源，及其中電流源通過電流反射鏡連接到第二陣列以跨多個可轉 換電阻模塊中的至少--可轉換電阻模塊產(chǎn)生所選控制電壓。
35、 根據(jù)權利要求34的裝置，其中電流源具有至少一下述結構 相反于絕對溫度CTAT結構、正比于絕對溫度PTAT結構、或正比于絕 對溫度的平方PTAf結構。
36、 根據(jù)權利要求34的裝置，其中多個可轉換電阻模塊中的每 --可轉換電阻模塊對所選電流具有不同的溫度響應。
37、 根據(jù)權利要求32的裝置，傳感器是溫度傳感器并響應于溫 度變化改變第二信號。
38、 根據(jù)權利要求37的裝置，還包括連接到溫度傳感器的模數(shù) 轉換器以響應于第二信號提供數(shù)字輸出信號。
39、 根據(jù)權利要求38的裝置，還包括將數(shù)字輸出信號轉換為第 一多個系數(shù)的控制邏輯塊。
40、 根據(jù)權利要求24的裝置，其中頻率控制器還包括 適于保存至少一系數(shù)的系數(shù)寄存器；及連接到系數(shù)寄存器和可連接到諧振器的至少--可轉換電容模塊， 至少一可轉換電容模塊具有可變電容并響應于所述系數(shù)將可變電容 轉換到多個控制電壓中的所選控制電壓。
41、 根據(jù)權利要求40的裝置，其中傳感器包括響應于溫度的電 流源，及其中頻率控制器還包括通過電流反射鏡連接到電流源的多個電阻模塊，多個電阻模塊適 于提供多個控制電壓，及其中多個電阻模塊中的每一電阻模塊對溫度 具有不同的響應并適于響應于電流源的電流提供多個控制電壓中的 相應控制電壓。
42、 根據(jù)權利要求24的裝置，其中頻率控制器還適于響應于第 二信號修改諧振器的電感。
43、 根據(jù)權利要求24的裝置，其中頻率控制器還適于響應于第 二信號修改諧振器的電阻。
44、 根據(jù)權利要求24的裝置，其中頻率控制器還包括-連接到諧振器并適于響應于多個參數(shù)中的制造工藝參數(shù)修改諧振頻率的工藝變化補償器。
45、 根據(jù)權利要求44的裝置，其中工藝變化補償器還包括 適于保存多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及包括連接到系數(shù)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 電容模塊響應于多個系數(shù)中的相應系數(shù)在第一固定電容和第二同定 電容之間轉換。
46、 根據(jù)權利要求44的裝置，其中工藝變化補償器還包括 適于保存多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及包括連接到系數(shù)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于多個系數(shù)中的相應系數(shù)在第一 電壓和第二電壓之間轉換。
47、 根據(jù)權利要求44的裝置，其中工藝變化補償器還包括 適于保存多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及包括連接到系數(shù)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于多個系數(shù)中的相應系數(shù)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，及其中所選控制電壓隨溫度變化保持不變。
48、 根據(jù)權利要求47的裝置，其中頻率控制器還包括 連接到諧振器并適于響應于多個參數(shù)中的電壓參數(shù)修改諧振頻 率的電壓變化補償器。
49、 根據(jù)權利要求47的裝置，其中頻率控制器還包括-連接到諧振器的使用期變化補償器，其適于將多個參數(shù)中的所選參數(shù)的電流值與所選參數(shù)的初始值比較并響應于所選參數(shù)的電流值 和初始值之間的差修改諧振頻率。
50、 用于諧振器的頻率控制的裝置，所述諧振器適于提供具有諧 振頻率的第--信號，所述裝置包括適于保存第一多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個可轉換電抗模塊的第一 陣列，每--可轉換電抗模塊響應于第一多個系數(shù)中的相應系數(shù)將相應 電抗轉換到諧振器以修改諧振頻率。
51、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中多個可轉換電抗模塊被二進 制加權。
52、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中相應電抗是固定或可變電感。
53、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中相應電抗是固定或可變電容。
54、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中相應電抗在諧振器和控制電 壓、電源電壓或地電勢之間轉換。
55、 根據(jù)權利要求54的裝置，其中控制電壓由電流源響應于溫 度確定。
56、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中相應電抗是可變電抗并在諧 振器和多個控制電壓中的所選控制電壓之間轉換。
57、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中第一多個系數(shù)被校準。
58、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中第一多個系數(shù)由傳感器響應 于多個可變參數(shù)中的至少一參數(shù)確定。
59、 根據(jù)權利要求58的裝置，其中多個可變參數(shù)包括溫度、制 造工藝、電壓、使用期和頻率。
60、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中多個可轉換電抗模塊還包括: 多個二進制加權的可轉換電容模塊，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于第--多個系數(shù)中的相 應系數(shù)在固定電容和可變電容之間轉換并將每一可變電容轉換到控 制電壓。
61、 根據(jù)權利要求60的裝置，還包括 響應于溫度的電流源；及具有連接到系數(shù)寄存器和可有選擇地連接到電流源的多個可轉 換電阻模塊的第二陣列，第二陣列還具有電容模塊，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 響應于系數(shù)寄存器中保存的第二多個系數(shù)中的相應系數(shù)將可轉換電 阻模塊轉換到控制電壓結點，及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。
62、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中多個可轉換電抗模塊還包括 多個可轉換電容模塊，每一可轉換電容模塊具有可變電容，每 -可轉換電容模塊響應于第一多個系數(shù)中的相應系數(shù)將可變電容轉換 到多個控制電壓中的所選控制電壓。
63、 根據(jù)權利要求62的裝置，還包括 響應于溫度的電流源；及具有通過電流反射鏡連接到電流源的多個電阻模塊的第二陣列， 多個電阻模塊適于提供多個控制電壓，及其中多個電阻模塊屮的毎--電阻模塊對溫度具有不同的響應并適于響應于電流源的電流提供多 個控制電壓中的相應控制電壓。
64、 根據(jù)權利要求63的裝置，其中多個控制電壓中的至少一控 制電壓響應于溫度，及多個控制電壓中的至少一控制電壓不響應于溫 度。'
65、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中多個可轉換電抗模塊還包括: 連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個二進制加權的可轉換電容模塊，每-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 轉換電容模塊響應于多個系數(shù)中的相應系數(shù)在第--固定電容和第二 固定電容之間轉換。
66、 根據(jù)權利要求50的裝置，其中多個可轉換電抗模塊還包括: 連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個可轉換可變電容模塊，每一可 轉換可變電容模塊響應于多個系數(shù)中的相應系數(shù)在第一電壓和第二 電壓之間轉換。
67、 響應于溫度變化進行頻率控制的裝置，包括 諧振器，該諧振器適于提供具有諧振頻率的第一信號；及 連接到諧振器的溫度補償器，該溫度補償器適于響應于溫度變化修改諧振頻率。
68、 根據(jù)權利要求67的裝置，還包括 連接到諧振器和溫度補償器的負跨導放大器；及其中溫度補償器還包括響應于溫度變化的電流源，且還適于響 應于溫度變化修改通過負跨導放大器的電流。
69、 根據(jù)權利要求67的裝置，其中溫度補償器還包括 適于提供響應于溫度變化的電流的電流源； 適于保存第一多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；連接到諧振器和電流源的多個電阻模塊，多個電阻模塊中的至少 一電阻模塊適于提供控制電壓；及連接到諧振器和電流源且可有選擇地連接到多個電阻模塊中的 至少---電阻模塊的多個可轉換電抗模塊。
70、 根據(jù)權利要求69的裝置，其中多個可轉換電抗模塊還包括 多個二進制加權的可轉換電容模塊，每--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于第- 多個系數(shù)中的相 應系數(shù)在固定電容和可變電容之間轉換并將每一可變電容轉換到控 制電壓。
71、 根據(jù)權利要求69的裝置，其中多個電阻模塊中的每一電阻 模塊適于提供相應的控制電壓以形成多個控制電壓，及其中多個可轉 換電抗模塊還包括多個可轉換電容模塊，每一可轉換電容模塊具有可變電容，每一 可轉換電容模塊響應于第一多個系數(shù)中的相應系數(shù)將可變電容轉換 到多個控制電壓中的所選控制電壓。
72、 用于諧振器的頻率控制的頻率控制器，包括 適于保存第一多個系數(shù)和第二多個系數(shù)的系數(shù)寄存器； 適于提供對應于溫度的電流的電流源；具有連接到系數(shù)寄存器的多個可轉換電阻模塊且還具有電容模 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跨多個可 轉換電阻模塊中的至少一可轉換電阻模塊產(chǎn)生至少一控制電壓，每一 可轉換電阻模塊響應于第二多個系數(shù)中的相應系數(shù)將提供控制電壓 的可轉換電阻模塊轉換到控制電壓結點；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個可轉換電容模塊的第二 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 容模塊響應于第一多個系數(shù)中的相應系數(shù)在固定電容和可變電容之 間轉換并將每一可變電容轉換到控制電壓結點。
73、 用于諧振器的頻率控制的頻率控制器，包括 適于保存第一多個系數(shù)的系數(shù)寄存器；電流源；具有連接到系數(shù)寄存器并通過電流反射鏡連接到電流源以產(chǎn)生 多個控制電壓的多個可轉換電阻模塊的第一陣列；及具有連接到系數(shù)寄存器和諧振器的多個可轉換可變電容模塊的 第二陣列，第二陣列還可有選擇地連接到第一陣列，每一可轉換電容 模塊響應于第-多個系數(shù)中的相應系數(shù)將可變電容轉換到多個控制 電壓中的所選控制電壓。
全文摘要
在不同的實施例中，本發(fā)明提供控制和提供時鐘發(fā)生器和/或定時和頻率參考的穩(wěn)定諧振頻率的頻率控制器。隨所選參數(shù)如溫度和制造工藝變化提供所述穩(wěn)定性。不同的裝置實施例包括適于響應于多個參數(shù)中的至少一參數(shù)提供信號的傳感器；及適于響應于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于溫度波動的電流源，及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，并可被二進制加權。電阻模塊的陣列也被提供以產(chǎn)生一個或多個控制電壓。
文檔編號H03B5/08GK101194416SQ200580049812
公開日2008年6月4日 申請日期2005年9月21日 優(yōu)先權日2005年3月21日
發(fā)明者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(tǒng)公司