CN103250347A - 振荡器和ic 芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种振荡器，其采用以往的电路结构并且不使相位噪声恶化就能够使电源电压低电压化。根据本发明的一个方式，提供一种振荡器，具有：振荡电路(1)；偏压生成电路(2)，其生成用于驱动振荡电路(1)的偏压信号；升压电路(3)，其对电源电压(VDD)进行升压，驱动偏压生成电路(2)。另外，也可以在一个IC芯片(10)内设置振荡电路(1)、偏压生成电路(2)以及升压电路(3)，升压电路(3)从设置于IC芯片(10)的外部的电源接受电源电压(VDD)而进行升压。
Description
技术领域
本发明涉及振荡产生频率信号的振荡器和IC芯片。
背景技术
TCXO(温度补偿型晶体振荡器)针对周围温度的变化，得到稳定的输出频率。因此，TCXO广泛用于移动电话、PND(个人导航设备)等。
近年来，对这些设备要求高功能化、可工作时间的长寿命化，对其安装部件要求低功耗化。以前，通过使TCXO间歇地动作来实现低功耗化，但为了实现进一步的低功耗化，要求以低电压使TCXO动作。作为使用了这样的温度补偿型晶体振荡器的现有的振荡器，例如存在专利文件1所记载的振荡器。
图7是表示专利文件1所记载的振荡器的主要部分的结构图。该振荡器由能够通过电压改变频率的振荡电路1、生成驱动该振荡电路1所需要的偏压信号的偏压生成电路2构成。
在此，偏压生成电路2相当于专利文件1的近似三次函数产生装置等。
图8是表示专利文件1所记载的振荡器的近似三次函数产生装置的结构图。例如，在使用AT切割的晶体振子的情况下，振荡频率具有以三次函数近似的温度特性，因此，通过该近似三次函数产生装置21能够抵消温度特性。
近似三次函数产生装置21将相对于温度变化以一次函数的形式变化的来自温度检测电路22的温度检测值作为输入信号VIN而输入，产生补偿晶体的温度特性的温度补偿电压(偏压信号BIAS)，将其供给振荡电路1。近似三次函数产生装置21由加法器23、三次成分兼常数成分产生部24、一次成分产生部25以及加法电路26构成。加法器23对输入信号VIN加上用于调整三次函数曲线的中心温度的可变电压V0，输出加法输出VS。三次成分兼常数成分产生部24被输入加法输出VS，输出输出信号VAOUT。一次成分产生部25被输入加法输出VS，输出输出信VBOUT。加法电路26将输出信号VAOUT和输出信号VBOUT相加，输出温度补偿电压(偏压信号BIAS)。构成近似三次函数产生装置21的三次成分兼常数成分产生部24、一次成分产生部25以及加法电路26接受来自供给电源电压VDD的外部电源的电力供给。
偏压生成电路2生成用于驱动振荡电路1的温度补偿电压(偏压信号BIAS)、驱动振荡电路1所需要的基准电压或基准电流，将它们供给振荡电路1。由此，能够正确地补偿晶体振荡器的温度特性。
专利文件1：日本专利3233946号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在如专利文件1所记载的以往的振荡器的电路结构中，即使使电源电压低电压化也无法实现大幅降低。进一步，在以往的振荡器的电路结构中，只简单地使电源电压低电压化，有时动态范围会减少，相位噪声会恶化。因此，在以往的振荡器的电路结构中，难以实现电源电压的低电压化。另外，不只是使用晶体振子的晶体振荡器，在使用其他振荡元件的振荡电路中也同样存在这样的问题。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供采用现有的电路结构并且不使相位噪声恶化就能够使电源电压低电压化的振荡器。
用于解决问题的方案
本发明的某方式的振荡器的特征在于，具有：振荡电路；偏压生成电路，其生成用于驱动上述振荡电路的偏压信号；以及升压电路，其对电源电压进行升压，生成用于驱动上述偏压生成电路的升压电压。
根据该结构，采用现有的电路结构并且不使相位噪声恶化就能够使电源电压低电压化。
在上述振荡器中，也可以是根据上述振荡电路的输出信号来驱动上述升压电路。
这样，具有以下的效果，在升压电路的输出电压中产生的寄生波（spurious Tone）只为振荡频率的整数倍，在升压电压HVDD中不会出现非高次谐波寄生信号。
在上述振荡器中，也可以是上述偏压生成电路具备：第一偏压生成电路，其由上述电源电压进行驱动；第二偏压生成电路，其由从上述升压电路输出的升压电压进行驱动；以及切换部，其对上述第一偏压生成电路的输出和上述第二偏压生成电路的输出进行切换。
这样，能够提高电源接通时的振荡电路的启动特性，并且通过升压电路驱动偏压生成电路。
在上述振荡器中，也可以是上述第一偏压生成电路是用于促进振荡的振荡促进用偏压生成电路，上述第二偏压生成电路是用于进行通常动作的通常动作用偏压生成电路。
上述振荡器也可以还具有控制电路，该控制电路控制上述切换部的切换动作。
在上述振荡器中，也可以是上述控制电路判定从上述升压电路输出的上述升压电压是否是规定的电压，在上述升压电压是规定的电压的情况下，输出用于执行上述切换部的切换处理的控制信号。
这样，能够以所需最低限的时间并且稳定地进行振荡电路的启动。
在上述振荡器中，也可以是用温度补偿电路来实现上述偏压生成电路。
在上述振荡器中，也可以是上述偏压信号包含温度补偿电压来实现。
在上述振荡器中，也可以是实现为上述偏压信号被供给作为上述振荡电路内的电压可变电容量元件的控制电压。
在上述振荡器中，也可以是上述偏压生成电路通过生成驱动上述振荡电路所需要的基准电压或基准电流的电路来实现。
在上述振荡器中，也可以是上述偏压信号包含驱动上述振荡电路所需要的基准电压、基准电流来实现。
在上述振荡器中，也可以是实现为上述偏压信号被供给作为上述振荡电路内的振荡器电流的参考。
在上述振荡器中，也可以是上述偏压生成电路通过存储温度校正用参数的存储电路来实现。
本发明的某形式的IC芯片的特征在于，在该IC芯片的内部具备：振荡电路；偏压生成电路，其生成用于驱动上述振荡电路的偏压信号；以及升压电路，其对电源电压进行升压，驱动上述偏压生成电路，该IC芯片还具备：电源用端子，其用于接受来自供给上述电源电压的外部电源的电力供给；振子用端子，其用于将被上述振荡电路控制的振子和上述振荡电路连接起来；接地用端子，其用于进行接地连接；输出端子，其用于输出上述振荡电路的输出信号。
根据该结构，振荡电路被安装在一个IC芯片内，接受来自IC芯片的外部的电源的电源电压，通过IC芯片内的升压电路对电源电压进行升压。因此，例如在制造设置于安装基板的电源、其他IC芯片的情况下，能够不考虑IC芯片外部所具备的电源的电源电压的降低对振荡电路的影响地制造电源、IC芯片等。
发明效果
根据本发明的一个方式，采用现有的电路结构并且不使相位噪声恶化就能够使电源电压低电压化。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的晶体振荡器的结构的一个例子的框图。
图2是表示本发明的第二实施方式涉及的晶体振荡器的结构的一个例子的框图。
图3是表示本发明的第三实施方式涉及的晶体振荡器的结构的一个例子的框图。
图4是表示本发明的第三实施方式涉及的晶体振荡器的动作的一个例子的时序图。
图5是表示本发明的第四实施方式涉及的晶体振荡器的结构的一个例子的框图。
图6是表示本发明的第四实施方式涉及的晶体振荡器的动作的一个例子的时序图。
图7是表示专利文件1所记载的振荡器的主要部分的结构图。
图8是表示专利文件1所记载的振荡器的近似三次函数产生装置的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的说明中所参照的各图中，对于与其他图同等的部分用相同附图标记来表示。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的晶体振荡器的结构的一个例子的框图。图1图示了以下的情况，即，第一实施方式涉及的(作为振荡器的)晶体振荡器被安装在一个IC芯片10内，并配置在电子设备内的安装基板100上。另外，在安装基板100上，与IC芯片10独立地配置有安装了处理电路的IC芯片20。具体地说，IC芯片20的处理电路是例如接受来自IC芯片10的晶体振荡器的输出频率而执行输入输出装置等的处理的处理电路。在图1中，晶体振子1a配置在安装基板100上，设置在IC芯片10的外部，但也可以将IC芯片10和晶体振子1a安装在同一模块内。
安装于IC芯片10的第一实施方式涉及的晶体振荡器由向晶体振子1a施加电压的振荡电路1、生成振荡电路1所需要的偏压信号BIAS的偏压生成电路2以及升压电路3构成。在此，升压电路3是用于驱动偏压生成电路2的电路。另外，振荡电路1和偏压生成电路2分别与图7中的振荡电路1和偏压生成电路2相同。
在此，振荡电路1、偏压生成电路2以及升压电路3被安装在IC芯片10内。另外，该IC芯片10还具备：电源用端子11，其用于接受来自外部电源的电源电压VDD的供给；接地用端子12，其用于进行接地连接；振子用端子13，其用于将晶体振子1a和振荡电路1连接起来；以及输出端子FOUT，其向IC芯片10的外部输出来自振荡电路1的输出频率。
偏压生成电路2例如可以通过由专利文件1所记载的近似三次函数产生装置等构成的温度补偿电路来实现，也可以通过生成驱动振荡电路1所需要的基准电压或基准电流的电路来实现，还可以通过存储温度校正用参数的存储电路等来实现。
从偏压生成电路2输出的偏压信号BIAS例如在TCXO的情况下是包含温度补偿电压的偏压信号BIAS。而且，该偏压信号BIAS被供给作为振荡电路1内的电压可变电容量元件的控制电压，从而能够任意地控制振荡频率，补偿晶体的温度特性。
另外，从偏压生成电路2输出的偏压信号BIAS例如在SPXO(封装晶体振荡器)的情况下是包含驱动振荡电路1所需要的基准电压、基准电流的偏压信号BIAS。而且，该偏压信号BIAS被供给作为振荡电路1内的振荡器电流等的参考，从而能够使电源电压VDD的变动所引起的振荡频率的变动变得良好。
另外，升压电路3是对电源电压VDD进行升压而生成电压比电源电压VDD高的升压电压HVDD的电路，通过该升压电压HVDD驱动偏压生成电路2。即，第一实施方式涉及的晶体振荡器具有升压电路3，由此即使电源电压VDD低，也能够以升压电压HVDD来驱动偏压生成电路2。由此，能够直接采用现有的电路结构，并且偏压生成电路2内的动态范围也不会减小，因此，能够防止相位噪声恶化。这样，可以说本发明不管构成晶体振荡器的偏压生成电路的种类如何均是有用的。
另外，安装晶体振荡器的IC芯片10和其他元件(电源、IC芯片20等)有时分别由不同的制造厂商制造。在该情况下，如图1所示，如果将晶体振荡器安装在一个IC芯片10内(即如果在IC芯片10内具备升压电路3)，则即使在为了电子设备的省电化而想要将电源电压VDD设定得低的情况下，制造电源、IC芯片20等的制造厂商也可能不考虑该低电力化对晶体振荡器的影响而制造电源、IC芯片20等。
另外，也能够构成为从IC芯片10的外部输入升压电路3进行动作所需要的时钟。然而，近年来，晶体振荡器不断小型化，管脚数受到限制。因此，通过将由RC电路等构成的振荡电路内置在IC芯片10内，能够不增加管脚数而实现第一实施方式涉及的晶体振荡器。
另外，偏压生成电路2也可以包含生成用于补偿输出频率的温度特性的温度补偿信号的电路，将该温度补偿信号作为偏压信号BIAS供给振荡电路1。进一步，偏压生成电路2不需要用升压电压HVDD来驱动构成偏压生成电路2的全部电路，也可以用电源电压VDD来驱动其一部分电路。
(第二实施方式)
图2是表示第二实施方式涉及的晶体振荡器的结构的一个例子的框图。另外，在图2中，省略了安装基板100上的IC芯片10以外的结构，只图示出安装有晶体振荡器的IC芯片10的结构(在以后的实施方式中也相同)。图2所示的第二实施方式涉及的晶体振荡器采用与第一实施方式涉及的晶体振荡器的结构大致相同的结构，但其不同点在于通过振荡电路1的输出信号来驱动升压电路3。
即，升压电路3以振荡电路1的输出信号为时钟执行升压动作。由此，在升压电路3的输出电压(升压电压HVDD)中产生的寄生波只为振荡频率的整数倍，在升压电压HVDD中不会出现非高次谐波寄生信号。
在此，在输出端子FOUT原来就存在因输出波形(矩形、钳位正弦波等)产生的振荡频率的整数倍的高次谐波寄生信号，因此即使在升压电路3的输出中产生上述的寄生波也不成为问题。例如，在通过RC振荡电路驱动升压电路3的情况下，有时在输出端子FOUT作为寄生信号成分而产生RC振荡电路的输出频率。进一步，RC振荡电路的输出频率和振荡电路1的振荡频率混合，由此会在各种频带产生非高次谐波寄生信号。然而，根据第二实施方式的晶体振荡器，能够避免这些问题。
(第三实施方式)
图3是表示本发明的第三实施方式涉及的晶体振荡器的结构的一个例子的框图。如图3所示那样，构成第三实施方式涉及的晶体振荡器的偏压生成电路2由(作为第一偏压电路的)振荡促进用偏压生成电路2a、(作为第二偏压电路的)通常动作用偏压生成电路2b以及切换部4构成。另外，第三实施方式的晶体振荡器构成为包含用于控制切换部4的控制电路5。
振荡促进用偏压生成电路2a被电源电压VDD驱动，晶体振荡器的负性电阻提高，输出促进振荡那样的偏压BIASD。另一方面，通常动作用偏压生成电路2b被升压电压HVDD驱动，输出使晶体振荡器进行通常动作那样的偏压BIASH。此处的“通常动作”例如在TCXO的情况下意味着进行温度补偿而输出预先决定的规定的振荡频率的状态。
另外，控制电路5向切换部4输出控制信号CONTROL。切换部4与该控制信号CONTROL相应地进行切换振荡促进用偏压生成电路2a所输出的偏压BIASD和通常动作用偏压生成电路2b所输出的偏压BIASH的动作。
图4是表示本发明的第三实施方式涉及的晶体振荡器的动作的一个例子的时序图。如图4所示，与电源接通(电源电压VDD上升)大致同时地，振荡促进用偏压生成电路2a所输出的偏压BIASD作为偏压信号BIAS输入到振荡电路1，成为促进晶体振荡器的振荡动作的振荡促进状态。在开始振荡动作而在输出端子FOUT输出时钟时，升压电路3进行动作，升压电压HVDD上升。然后，根据控制电路5的控制信号CONTROL，切换偏压BIASD和偏压BIASH，晶体振荡器向通常动作状态转移。
如以上那样，根据第三实施方式的晶体振荡器，能够提高电源接通时的晶体振荡器的启动特性，并且通过升压电路3驱动偏压生成电路2。
另外，控制电路5也可以由计时器电路等构成，从而按照时间常数来进行控制。
(第四实施方式)
图5是表示本发明的第四实施方式涉及的晶体振荡器的结构的一个例子的框图。图5所示的第四实施方式涉及的晶体振荡器的结构与第三实施方式涉及的晶体振荡器的结构(图3)大致相同。但是，与图3的不同点在于：控制电路5基于升压电路3的输出电压(升压电压HVDD)控制切换部4，使其执行偏压的切换动作。
在升压电路3输出的升压电压HVDD小于预先决定的规定的电压Vth的情况下，通常动作用偏压生成电路2b的动作有时变得不稳定。在通常动作用偏压生成电路2b的动作不稳定的状态下偏压BIASH作为偏压信号BIAS施加到振荡电路1的情况下，有时负性电阻恶化而启动时间延迟、振荡停止。因此，理想的是在升压电压HVDD成为规定的电压Vth以上那样的定时来执行切换部4的切换动作。
图6是表示本发明的第四实施方式涉及的晶体振荡器的动作的一个例子的时序图。如图4所说明的那样，在振荡动作开始而在输出端子FOUT输出时钟时，升压电路3进行动作而升压电压HVDD上升。在第四实施方式的晶体振荡器中，当之后由控制电路5检测出升压电压HVDD成为预先决定的规定的电压Vth时，控制电路5向切换部4输出控制信号CONTROL。而且，根据该控制信号CONTROL，切换部4将向振荡电路1输出的偏压信号BIAS从偏压BIASD切换到偏压BIASH。
如以上那样，根据第四实施方式的晶体振荡器，控制电路5判定升压电路3的升压电压HVDD是否是预先决定的规定的电压Vth，在输出电压HVDD是规定的电压Vth的情况下，向切换部4输出控制信号CONTROL。切换部4被输入该控制信号CONTROL，由此执行将向振荡电路1输出的偏压信号BIAS从偏压BIASD切换到偏压BIASH的动作。由此，能够以所需最低限的时间并且稳定地进行晶体振荡器的启动。另外，规定的电压Vth也可以在电源电压VDD的上升和下降时具有滞后。
另外，在以上说明的本发明的各实施方式中，作为振荡器的一个例子用晶体振荡器进行了说明，但振荡器的振荡元件并不限于晶体振子。例如，作为晶体振子的替代，也可以使用SAW(surface acoustic wave：声表面波)振子、BOW(bulk acousticwave：声体波)振子、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电***)、陶瓷振子等。即使是这些振子也起到同样的效果。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明的范围并不限于图示和记载的示例的实施方式，还包含带来与本发明的目的等同的效果的全部实施方式。进一步，通过全部公开的各个特征中的特定特征的所有希望的组合，能够划定本发明的范围。
附图标记说明
1：振荡电路；1a：晶体振子；2：偏压生成电路；2a：振荡促进用偏压生成电路；2b：通常动作用偏压生成电路；3：升压电路；4：切换部；5：控制电路；10：IC芯片(晶体振荡器)；11：电源用端子；12：接地用端子；13：振子用端子；20：IC芯片(处理电路)；21：近似三次函数产生装置；100：安装基板；BIAS：偏压信号；BIASH：通常动作用偏压；BIASD：振荡促进用偏压；CONTROL：控制信号；FOUT：输出端子；VDD：电源电压；HVDD：升压电压；Vth：规定的电压。
Claims (14)
1.一种振荡器，其特征在于，具有：
振荡电路；
偏压生成电路，其生成用于驱动上述振荡电路的偏压信号；以及
升压电路，其对电源电压进行升压，生成用于驱动上述偏压生成电路的升压电压。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，
根据上述振荡电路的输出信号来驱动上述升压电路。
3.根据权利要求1或2所述的振荡器，其特征在于，
上述偏压生成电路具备：
第一偏压生成电路，其由上述电源电压进行驱动；
第二偏压生成电路，其由从上述升压电路输出的升压电压进行驱动；以及
切换部，其对上述第一偏压生成电路的输出和上述第二偏压生成电路的输出进行切换。
4.根据权利要求3所述的振荡器，其特征在于，
上述第一偏压生成电路是用于促进振荡的振荡促进用偏压生成电路，
上述第二偏压生成电路是用于进行通常动作的通常动作用偏压生成电路。
5.根据权利要求3或4所述的振荡器，其特征在于，
还具有控制电路，该控制电路控制上述切换部的切换动作。
6.根据权利要求5所述的振荡器，其特征在于，
上述控制电路判定从上述升压电路输出的上述升压电压是否是规定的电压，在上述升压电压是规定的电压的情况下，输出用于执行上述切换部的切换处理的控制信号。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的振荡器，其特征在于，
上述偏压生成电路是温度补偿电路。
8.根据权利要求7所述的振荡器，其特征在于，
上述偏压信号包含温度补偿电压。
9.根据权利要求8所述的振荡器，其特征在于，
上述偏压信号作为上述振荡电路内的电压可变电容元件的控制电压来被供给。
10.根据权利要求1～6中的任一项所述的振荡器，其特征在于，
上述偏压生成电路是生成驱动上述振荡电路所需要的基准电压或基准电流的电路。
11.根据权利要求10所述的振荡器，其特征在于，
上述偏压信号包含驱动上述振荡电路所需要的基准电压或基准电流。
12.根据权利要求11所述的振荡器，其特征在于，
上述偏压信号作为上述振荡电路内的振荡器电流的参考来被供给。
13.根据权利要求1～6中的任一项所述的振荡器，其特征在于，
上述偏压生成电路是存储温度校正用参数的存储电路。
14.一种IC芯片，其特征在于，
在该IC芯片的内部具备：振荡电路；偏压生成电路，其生成用于驱动上述振荡电路的偏压信号；以及升压电路，其对电源电压进行升压，驱动上述偏压生成电路，
该IC芯片还具备：
电源用端子，其用于接受来自供给上述电源电压的外部电源的电力供给；
振子用端子，其用于将由上述振荡电路控制的振子和上述振荡电路连接起来；
接地用端子，其用于进行接地连接；以及
输出端子，其用于输出上述振荡电路的输出信号。
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| PB01 | Publication | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130814 |