DE102015204590A1

DE102015204590A1 - Stromgesteuerter Kristalloszillator

Info

Publication number: DE102015204590A1
Application number: DE102015204590.0A
Authority: DE
Inventors: c/o Dialog Semicon De Heer P.H. Seesink Petrus Hendrikus
Original assignee: Dialog Semiconductor BV
Current assignee: Dialog Semiconductor BV
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-09-15
Also published as: US20160268971A1; US9748898B2

Abstract

Eine Oszillatorschaltung mit einer Oszillatorstufe (OSC) und einer ersten Stromquelle (Iddx), die angeordnet ist, um die Oszillatorstufe (OSC) anzutreiben, wobei die Oszillatorstufe (OSC) einen Oszillatorstufen-Eingangsanschluss, einen Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss, einen Oszillator (X1), der angeordnet ist, um ein Oszillationssignal zwischen dem Oszillatorstufen-Eingangsanschluss und dem Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss zu liefern, umfasst, wobei die Oszillatorschaltung einen Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingang, einem nicht invertierenden Eingang und einem Operationsverstärkerausgang umfasst, wobei der Oszillatorstufen-Eingangsanschluss und der Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss mit dem invertierenden Eingang und dem nicht invertierenden Eingang gekoppelt sind, und der Operationsverstärkerausgang mit dem Oszillatorstufen-Eingangsanschluss derart gekoppelt ist, dass der Oszillatorsrufen-Eingangsanschluss und der Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss so gesteuert werden, dass sie einen gleichen Gleichspannungspegel aufweisen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Oszillatorschaltungen und insbesondere auf Kristalloszillatorschaltungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Kristalloszillator ist eine elektronische Oszillatorschaltung, die die mechanische Resonanz eines vibrierenden Kristalls aus piezoelektrischem Material verwendet, um ein Signal mit einer sehr genauen Frequenz zu erzeugen.
Diese Frequenz wird üblicherweise verwendet, die Zeit zu verfolgen, um ein stabiles Taktsignal bereitzustellen, das für ein digitales System erforderlich ist, und/oder Frequenzen für Funksender und Funkempfänger zu stabilisieren.
Der gebräuchlichste Typ von piezoelektrischem Material, das in Kristalloszillatoren verwendet wird, ist Quarzkristall, aber andere Materialien wie z. B. polykristalline Keramiken werden auch verwendet.
Typischerweise werden Quarzkristalle so geschnitten und montiert, dass sie bei einer gewünschten Resonanzfrequenz oder bei einem Vielfachen der gewünschten Resonanzfrequenz am besten vibrieren. Wenn der Kristall vibriert, kann er als RLC-Schaltung modelliert werden, die eine sich schnell ändernde Reaktanz mit der Frequenz erzeugt, wobei die RLC-Schaltung eine positive Rückkopplung und Verstärkung bei der Resonanzfrequenz schafft und daher anhaltende Oszillationen erzeugt.
1 stellt eine stromgesteuerte CMOS-Inverter-Oszillatorschaltung dar, wie aus E. Vittoz, "Low-Power Crystal and MEMS Oscillators: The Experience of Watch Developments", Integrated Circuits and Systems, Fig. 5.25, Seite 129, DOI 10.1007/978-90-481-9394-3, bekannt. Die Schaltung von 1 umfasst einen Transistor T₁ mit einem Gate G₁, einer Source S₁, und einem Drain D₁, einen Transistor T₂ mit einem Gate G₂, einer Source S₂, und einem Drain D₂, einen Transistor T₃ mit einem Gate G₃, einer Source S₃, und einem Drain D₃, einen Kondensator C₁ mit einem ersten Ende 10 und einem zweiten Ende 11, einen Kondensator C₂ mit einem ersten Ende 12 und einem zweiten Ende 13, einen Kondensator C₃ mit einem ersten Ende 14 und einem zweiten Ende 15, einen Widerstand R₁ mit einem ersten Ende 16 und einem zweiten Ende 17 und einen Kristalloszillator 18 mit einem ersten Ende 19 und einem zweiten Ende 20. Die Source S₁ ist mit der Source S₂ und mit dem zweiten Ende 15 des Kondensators C₃ verbunden. Der Drain D₂ ist mit dem zweiten Ende 17 des Widerstandes R₁, mit dem zweiten Ende 20 des Kristalloszillators 18, mit dem Drain D₃ und mit dem zweiten Ende 13 des Kondensators C₂ verbunden. Das Gate G₂ ist mit dem ersten Ende 16 des Widerstandes R₁, mit dem ersten Ende 19 des Kristalloszillators 18, mit dem Gate G₃ und mit dem zweiten Ende 11 des Kondensators C₁ verbunden. Das erste Ende 10 des Kondensators C₁ ist mit der Source S₃, mit dem ersten Ende 12 des Kondensators C₂ und mit dem ersten Ende 14 des Kondensators C₃ verbunden.
In der bekannten Schaltung gemäß 1 ist der Widerstand R₁ ein Rückkopplungswiderstand von den Drains D₂ bzw. D₃ der Transistoren T₂ bzw. T₃, zu den Gates G₂ und G₃ der Transistoren T₂ bzw. T₃, um sicherzustellen, dass die Gleichspannungspegel dieser Drains D₂ und D₃ und dieser Gates G₂ und G₃ der Transistoren T₂ und T₃ gleich sind. Daher ist der Gleichspannungspegel an beiden Anschlüssen 19, 20 des Oszillatorkristalls 18 gleich. Der Rückkopplungswiderstand R₁ sollte einen sehr hohen Widerstandswert im Fall von niedrigen Leistungsanforderungen aufweisen, da er die ganze Zeit elektrische Leistung verbraucht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem ersten Aspekt schafft die Erfindung eine Oszillatorschaltung mit einer Oszillatorstufe (OSC) und einer ersten Stromquelle (I_ddx), die angeordnet ist, um die Oszillatorstufe (OSC) anzutreiben, wobei die Oszillatorstufe (OSC) einen Oszillatorstufen-Eingangsanschluss, einen Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss, einen Oszillator (X₁), der angeordnet ist, um ein Oszillationssignal zwischen dem Oszillatorstufen-Eingangsanschluss und dem Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss zu erzeugen, umfasst, wobei die Oszillatorschaltung einen Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingang, einem nicht invertierenden Eingang und einem Operationsverstärkerausgang umfasst, wobei der Oszillatorstufen-Eingangsanschluss und der Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss mit dem invertierenden Eingang und dem nicht invertierenden Eingang gekoppelt sind, und der Operationsverstärkerausgang mit dem Oszillatorstufen-Eingangsanschluss gekoppelt ist, so dass der Oszillatorstufen-Eingangsanschluss und der Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss so gesteuert werden, dass sie einen gleichen Gleichspannungspegel aufweisen.
Dadurch sind alle Elemente in der Oszillatorschaltung stromgesteuert. Dies schafft mehrere Merkmale für die Oszillatorschaltung, einschließlich viel weniger Streuung über die Verarbeitungseckpunkte, die Oszillatorschaltung ist selbsteinstellend auf eine geeignete Versorgungsspannung, die so niedrig wie möglich ist, aber nicht niedriger als ein minimaler Wert, der erforderlich ist, damit die Oszillatorschaltung korrekt arbeitet, und die individuellen Komponenten können leicht entworfen werden, insbesondere ist die Skalierung einfach.
Die abhängigen Ansprüche konzentrieren sich auf vorteilhafte Ausführungsformen.
In einer Ausführungsform, wie den Ansprüchen 15 und 16 beansprucht, kann die Oszillatorschaltung in einem Sender/Empfänger(Transceiver)-Modus arbeiten, wobei stabilisierte Frequenzen für Funksender und/oder Funkempfänger erzeugt werden können. In diesem Modus sollten steigende/fallende Flanken des erzeugten Oszillationssignals, wie schließlich erzeugt, so genau wie möglich sein, so dass sie zeitliche Momente definieren, in denen bestimmte Handlungen starten/enden können, die so genau wie möglich sind. Dies wird durch Einspeisen von relativ mehr Strom in die Oszillatorschaltung durch die Stromquelle I_ddx, so dass geringeres Phasenrauschen erhalten wird, erreicht.
In einer anderen Ausführungsform, wie in den Ansprüchen 17 und 18 beansprucht, kann die dargestellte Oszillatorschaltung in einem Zeitgebermodus arbeiten, um ein stabiles Taktsignal bereitzustellen. In dieser Ausführungsform sind die Anforderungen an das Phasenrauschen weniger streng, da der Zeitgeber eine mittlere Anzahl von Oszillationszyklen durch Zählen der Anzahl von steigenden/fallenden Flanken zählt. Somit kann hier der Strom, wie in die Oszillatorschaltung durch die Stromquelle I_ddx eingespeist, viel geringer sein als im Sender/Empfänger-Modus.
Der Fachmann auf dem Gebiet versteht, dass die vorstehend beschriebenen Merkmale in irgendeiner als nützlich erachteten Weise kombiniert werden können.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden werden Aspekte der Erfindung mittels Beispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematisch und können nicht maßstäblich gezeichnet sein.
Die Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend genauer mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, in denen bevorzugte und erläuternde Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass andere alternative und äquivalente Ausführungsformen der Erfindung entworfen und auf die Praxis zurückgeführt werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
1 stellt eine stromgesteuerte CMOS-Inverter-Oszillatorschaltung dar.
2 stellt eine stromgesteuerte Kristalloszillatorschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
3 zeigt ein Blockdiagramm höherer Ebene der Schaltung gemäß 2.
4 zeigt eine alternative Vorspannungsschaltung BC' zu der in 2 gezeigten sowie ein Beispiel des Operationsverstärkers OA₁ der Oszillatorschaltung.
5, 6, 7, 8 und 9 stellen Simulationsergebnisse der stromgesteuerten Kristalloszillatorschltung von 2 dar, die in einem Sender/Empfänger-Modus arbeitet.
10, 11, 12 and 13, 14, 15, 16, 17, 18 und 19 stellen Simulationsergebnisse der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 dar, die in einem Zeitgebermodus arbeitet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die hier beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen dienen vielmehr zum Erläutern als zum Begrenzen der Erfindung. Der Fachmann auf dem Gebiet kann alternative Ausführungsformen konstruieren, ohne vom Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen. Bezugszeichen, die in den Ansprüchen in Klammern gesetzt sind, sollen nicht als Begrenzung des Schutzbereichs der Ansprüche interpretiert werden. Als separate Entitäten in den Ansprüchen oder in der Beschreibung beschriebene Elemente können als einzelne oder mehrere Hardwareelemente implementiert werden, die die Merkmale der beschriebenen Elemente kombinieren.
2 stellt eine stromgesteuerte Kristalloszillatorschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
Die stromgesteuerte Kristalloszillatorschaltung von 2 umfasst von links nach rechts gesehen eine Reihenschaltung der folgenden Unterschaltungen: eine Vorspannungsschaltung BC, einen Regulierer OA₁ und eine Tiefpassfilterschaltung R/LPF, eine Oszillatorstufe OS, einen Strommoduskomparator CMC und eine Ausgangsschaltung OC. Ein Pegelumsetzer L empfängt eine Ausgangsspannung V_out der Ausgangsschaltung OC.
Die stromgesteuerte Kristalloszillatorschaltung von 2 umfasst mehrere Transistoren T_i (i = 4, 5, ..., 12). Jeder dieser Transistoren T_i weist ein jeweiliges Gate G_i, eine Source S_i und einen Drain D_i auf. Der Einfachheit halber wird ein Transistor T_i in der Patentbeschreibung nachstehend i-ter Transistor genannt. Es wird beachtet, dass das betreffende Bezugszeichen in den Ansprüchen anders sein kann, da sie in einer anderen Reihenfolge in den Ansprüchen erscheinen können.
Die stromgesteuerte Kristalloszillatorschaltung von 2 umfasst einen Resonanzkristall X₁ und eine Stromquelle I₁.
2 zeigt auch die Ströme, die durch jede der Unterschaltungen empfangen werden: die Vorspannungsschaltung BC empfängt einen Strom I_bias, die Regulierer- und Tiefpassfilterschaltung R/LPF empfängt einen Strom I_reg, die Oszillatorstufe OS empfängt einen Strom I_osc, der Strommoduskomparator CMC empfängt einen Strom I_cp1, und die Ausgangsschaltung OC empfängt einen Strom I_cp2.
Die Vorspannungsschaltung BC der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung umfasst einen vierten Transistor T₄ vom P-Typ und einen fünften Transistor T₅ vom N-Typ, deren jeweilige Drainanschlüsse D₄ und D₅ miteinander verbunden sind, und deren Gateanschlüsse G₄ und G₅ jeweils mit ihren Drainanschlüssen D₄ und D₅ verbunden sind. Der Sourceanschluss S₅ des Transistors T₅ vom N-Typ ist mit Masse verbunden und der Sourceanschluss S₄ des Transistors T₄ vom P-Typ ist mit der Stromquelle I₁ verbunden.
Die R/LPF-Schaltung der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 umfasst einen Operationsverstärker OA₁, einen Kondensator C₄ mit einem ersten Ende c₄₁ und einem zweiten Ende c₄₂, einen Kondensator C₅ mit einem ersten Ende c₅₁ und einem zweiten Ende c₅₂, einen Widerstand R₂ mit einem ersten Ende r₂₁ und einem zweiten Ende r₂₂, einen Widerstand R₃ mit einem ersten Ende r₃₁ und einem zweiten Ende r₃₂, einen Widerstand R₄ mit einem ersten Ende r₄₁ und einem zweiten Ende r₄₂, und einen sechsten Transistor T₆ vom N-Typ mit einer Source S₆, einem Drain D₆ und einem Gate G₆. Das zweite Ende c₄₂ des Kondensators C₄ ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA₁ verbunden, das zweite Ende c₅₂ des Kondensators C₅ ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA₁ verbunden und das erste Ende c₄₁ des Kondensators C₄ ist mit dem ersten Ende c₅₁ des Kondensators C₅ und mit der Masse verbunden. Das Gate G₆ des Transistors T₆ ist mit dem Gate G₅ des Transistors T₅ verbunden, der Drain D₆ des Transistors T₆ ist mit der negativen Leistungsversorgung des Operationsverstärkers OA₁ verbunden und die Source S₆ des Transistors T₆ ist mit der Masse verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OA₁ ist mit dem ersten Ende r₃₁ des Widerstandes R₃ verbunden, das zweite Ende r₃₂ des Widerstandes R₃ ist mit dem zweiten Ende r₂₂ des Widerstandes R₂ und mit dem zweiten Ende r₄₂ des Widerstandes R₄ verbunden, das erste Ende r₂₁ des Widerstandes R₂ ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA₁ verbunden und das erste Ende r₄₁ des Widerstandes R₄ ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA₁ verbunden.
Ferner umfasst die Oszillatorstufe OS der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 einen achten Transistor T₈ vom N-Typ mit einer Source S₈, einem Drain D₈ und einem Gate G₈, einen siebten Transistor T₇ vom P-Typ mit einer Source S₇, einem Drain D₇ und einem Gate G₇, einen Kondensator C₇ mit einem ersten Ende c₇₁ und einem zweiten Ende c₇₂, einen Widerstand R₅ mit einem ersten Ende r₅₁ und einem zweiten Ende r₅₂, einen Widerstand R₆ mit einem ersten Ende r₆₁ und einem zweiten Ende r₆₂. Das erste Ende r₅₁ des Widerstandes R₅ ist mit dem ersten Ende c₇₁ des Kondensators C7 und mit der Stromquelle I₁ verbunden. Das zweite Ende c₇₂ des Kondensators C₇ ist mit der Masse verbunden und das zweite Ende r₅₂ des Widerstandes R₅ ist mit der Source S₇ des Transistors T₇ verbunden. Das Gate G₇ des Transistors T₇ ist mit dem zweiten Ende r₂₂ des Widerstandes R₂ verbunden und der Drain D₇ des Transistors T₇ ist mit dem Drain D₈ des Transistors T₈ verbunden. Das Gate G₈ des Transistors T₈ ist mit dem zweiten Ende r₂₂ des Widerstandes R₂ verbunden und die Source S₈ des Transistors T₈ ist mit dem ersten Ende r₆₁ des Widerstandes R₆ verbunden. Ferner umfasst die Oszillatorstufe OS der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 einen Widerstand R₇ mit einem ersten Ende r₇₁ und einem zweiten Ende r₇₂ und einen Schalter S₂, wobei das erste Ende r₇₁ des Widerstandes R₇ mit dem zweiten Ende c₆₂ des Kondensators C₆ verbunden ist, das zweite Ende r₇₂ des Widerstandes R₇ mit einem Ende des Schalters S2 verbunden ist und das andere Ende des Schalters S₂ mit dem ersten Ende c₈₁ des Kondensators C₈ verbunden ist.
Der Strommoduskomparator CMC der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 umfasst einen zehnten Transistor T₁₀ vom N-Typ mit einer Source S₁₀, einem Drain D₁₀ und einem Gate G₁₀ und einen neunten Transistor T₉ vom P-Typ mit einer Source S₉, einem Drain D₉ und einem Gate G₉. Das Gate G₉ des neunten Transistors T₉ ist mit dem Gate G₁₀ des zehnten Transistors T₁₀ und mit dem zweiten Ende r₂₂ des Widerstandes R₂ verbunden. Der Drain D₉ des neunten Transistors T₉ ist mit dem Drain D₁₀ des zehnten Transistors T₁₀ verbunden. Die Source S₁₀ des zehnten Transistors T₁₀ ist mit der Masse verbunden und die Source S₉ des neunten Transistors T₉ ist mit der Stromquelle I₁ verbunden.
Die Ausgangsschaltung OC der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 umfasst einen zwölften Transistor T₁₂ vom N-Typ mit einer Source S₁₂, einem Drain D₁₂ und einem Gate G₁₂ und einen elften Transistor T₁₁ vom P-Typ mit einer Source S₁₁, einem Drain D₁₁ und einem Gate G₁₁. Das Gate G₁₁ des elften Transistors T₁₁ ist mit dem Gate G₁₂ des zwölften Transistors T₁₂ verbunden, die zusammen mit den Drains D₉, D₁₀ des neunten bzw. des zehnten Transistors T₉, T₁₀ verbunden sind. Der Drain D₁₁ des elften Transistors T₁₁ ist mit dem Drain D₁₂ des zwölften Transistors T₁₂ verbunden. Die Source S₁₂ des zwölften Transistors T₁₂ ist mit der Masse verbunden und die Source S₁₁ des elften Transistors T₁₁ ist mit der Stromquelle I₁ verbunden.
Ferner umfasst die stromgesteuerte Kristalloszillatorschaltung von 2 einen Kondensator C₆ mit einem ersten Ende c₆₁ und einem zweiten Ende c₆₂, einen Kondensator C₈ mit einem ersten Ende c₈₁ und einem zweiten Ende c₈₂, einen Widerstand R₇ mit einem ersten Ende r₇₁ und einem zweiten Ende r₇₂ und einen Kristalloszillator X₁ mit einem ersten Ende x₁₁ und einem zweiten Ende x₁₂. Das erste Ende c₆₁ des Kondensators C₆ ist mit der Masse verbunden, das zweite Ende c₈₂ des Kondensators C₈ ist mit der Masse verbunden, das zweite Ende c₆₂ des Kondensators C₆ ist mit dem ersten Ende r₇₁ des Widerstandes R₇, mit dem ersten Ende x₁₁ des Kristalloszillators X₁ und mit dem zweiten Ende r₂₂ des Widerstandes R₂ verbunden. Das zweite Ende r₇₂ des Widerstandes R₇ ist über einen Schalter SW₂ mit dem ersten Ende c₈₁ des Kondensators C₈, mit dem zweiten Ende x₁₂ des Kristalloszillators X₁, und mit dem zweiten Ende r₄₂ des Widerstandes R₄ verbunden.
Schließlich umfasst die Schaltung von 2 eine weitere Stromquelle I_S mit einem Ausgang, der mit einem Ausgang der Stromquelle I₁ über einen Schalter SW₁ verbunden ist. Somit sind alle Elemente in der in 2 gezeigten Oszillatorschaltung stromgesteuert. Dies schafft mehrere Merkmale für die Oszillatorschaltung, einschließlich:

• viel weniger Streuung über Verarbeitungseckpunkte
• die Oszillatorschaltung ist nun selbsteinstellend auf eine geeignete Versorgungsspannung, die so niedrig wie möglich ist, aber nicht niedriger als ein minimaler Wert, der erforderlich ist, damit die Oszillatorschaltung korrekt arbeitet
• die individuellen Komponenten können leicht entworfen werden, insbesondere ist die Skalierung einfach.

Der grundlegende Betrieb der Schaltung von 2 wird nun beschrieben.
Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass die Oszillatorstufe OS eine ähnliche Konstruktion wie der in 1 gezeigte Oszillator aufweist. Die Hauptunterschiede zwischen der Oszillatorstufe OS und dem Oszillator von 1 bestehen darin, dass der Rückkopplungswiderstand R₁ durch den Regulierer OA₁ ersetzt ist, dass die Source S₈ des achten Transistors T₈ mit Masse über den Widerstand R₆ verbunden ist, dass die Source S₇ des siebten Transistors T₇ mit dem Widerstand R₅ verbunden ist und dass der Widerstand R₇ (der zum Widerstand R₁ in 1 vergleichbar ist) in Reihe mit dem Schalter SW₂ angeordnet ist. Überdies werden alle Peripherieschaltungen des Oszillators durch die Stromquelle I_ddx versorgt.
3 zeigt ein Blockdiagramm höherer Ebene der Schaltung gemäß 3, das nur die Stromquelle I_ddx, die Vorspannungsschaltung BC, die Regulierer/Tiefpassfilter-Schaltung R/LPF, die Oszillatorstufe OSC, den Strommoduskomparator CMC und die Ausgangsstufe OS und ihre gegenseitigen Verbindungen zeigt.
Die Vorspannungsschaltung BC liefert eine Ausgangsspannung V_BC,out.
Die Regulierer/Tiefpassfilter-Schaltung R/LPF empfängt die Ausgangsspannung V_BC,out der Vorspannungsschaltung BC als ihre Eingangsspannung V_R/LPF,in. Überdies liefert die Regulierer/Tiefpassfilter-Schaltung R/LPF eine Ausgangsspannung V_R/LPF,out zum Eingang der Oszillatorstufe OSC. Ferner empfängt der Operationsverstärker OA₁ in der Regulierer/Tiefpassfilter-Schaltung R/LPF ein Rückkopplungssignal, das von der Spannungsdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Oszillatorstufe OSC abgeleitet ist, die in der gezeigten Ausführungsform gleich der Spannung über dem Oszillator X₁ ist.
Die Regulierer/Tiefpassfilter-Schaltung R/LPF ist derart angeordnet, dass die Eingangsgleichspannung der Oszillatorstufe OSC gleich der Ausgangsgleichspannung der Oszillatorstufe OSC ist. In der gezeigten Ausführungsform wird durch den Operationsverstärker OA₁ im Regulierer R/LPF dies erreicht, der den Kondensator C6 auflädt/entlädt, so dass die mittlere Eingangsspannung der Oszillatorstufe OSC gleich der mittleren Ausgangsspannung der Oszillatorstufe OSC ist. Es wird beachtet, dass eine Rückkopplung der Spannungsdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Oszillatorstufe OSC zu irgendeinem Typ von Operationsverstärker, dessen Ausgang mit dem Eingang der Oszillatorstufe OSC gekoppelt ist, für diesen Zweck verwendet werden kann.
Im Gegensatz zu den meisten anderen Oszillatoren ist der Komparator in der bevorzugten Ausführungsform kein ”Spannungsmodus”-Komparator. Bei einem solchen ”Spannungsmodus”-Komparator wäre sein Eingang mit dem Ausgang der Oszillatorstufe OSC gekoppelt. Hier ist der Eingang des Strommoduskomparators CMC mit dem Eingang der Oszillatorstufe OSC gekoppelt. Der Strommoduskomparator CMC kennzeichnet, wenn der absolute Strom durch den Transistor T7 größer oder kleiner als der absolute Strom durch den Transistor T6 ist. Ein Spannungsmoduskomparator könnte ebenso verwendet werden, obwohl dies zu mehr Phasenrauschen führen würde.
Der Oszillator und alle seine Peripherieschaltungen laufen mit der selbstvorspannenden Spannung V_ddx. V_ddx ist niedriger als die Versorgungsspannung V_dd einer anderen Schaltungsanordnung, um Leistung im Oszillator zu sparen. Innerhalb des Oszillators ist abgesehen vom Pegelumsetzer der Logikpegel die interne Versorgungsspannung V_ddx. Die Ausgangsstufe des Oszillators ist ein Pegelumsetzer L, der den Logikpegel des Signals, wie durch die Ausgangsschaltung OC empfangen, auf die Versorgungsspannung V_dd der Schaltungsanordnung umsetzt, zu der das resultierende Oszillationssignal geliefert werden soll.
Die Vorspannungsschaltung BC von 3 empfängt einen Strom von der Stromquelle I_ddx an der Source S₄ des Transistors T₄. Siehe auch 2. Dieser Strom erzeugt eine Spannung V_gs4 zwischen dem Gate G4/Drain D₄ und der Source S₄ des Transistors T₄, so dass T₄ sich im Sättigungsmodus befindet. Der Transistor T₄, der in Sättigung arbeitet, liefert einen Strom I_bias zum Transistor T₅. Folglich ist eine Spannung V_P zwischen der Source S₄ und dem Gate G₄/Drain D₄ des Transistors T₄ vorhanden und eine Spannung V_N ist zwischen dem Drain D₅/Gate G₅ und der Source S₅ des Transistors T₅ vorhanden. Mit Definition der Ausgangsspannung der Stromquelle I_ddx als V_ddx gilt die folgende Gleichung: V_ddx – V_P = V_N
Der Transistor T₅ ist in einer Stromspiegelanordnung mit dem Transistor T₆ verbunden. Das heißt die Spannung über dem Gate-Source des Transistors T₆ ist gleich der Spannung über dem Gate-Source des Transistors T₅. Da alle Transistoren im gleichen Herstellungsschritt auf demselben Chip hergestellt wurden, weist der Strom, der durch den Transistor T₆ fließt, ein festes Verhältnis zu demjenigen auf, der durch den Transistor T₅ fließt, wie durch ihre relativen Oberflächeninhalte bestimmt. Der Drainstrom durch T6 ist der Vorspannungsstrom des Operationsverstärkers OA₁ im Regulierer R/LPF (siehe z. B. die Ausführungsform von 4). Die Referenzspannung am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA₁ ist die tiefpassgefilterte Ausgangsspannung der Oszillatorstufe OSC (Hochfrequenz-Komponenten in der Ausgangsspannung der Oszillatorstufe OSC sind mit Masse über den Kondensator C₅ kurzgeschlossen). Die Rückkopplungsspannung des Regulierers R/LPF am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA₁ ist die tiefpassgefilterte Eingangsspannung der Oszillatorstufe OSC (Hochfrequenz-Komponenten in der Ausgangsspannung der Oszillatorstufe OSC sind mit Masse über den Kondensator C₄ kurzgeschlossen). Der Ausgang des Regulierers R/LPF ist mit dem Eingang der Oszillatorstufe OSC verbunden und lädt auf/entlädt den Kondensator C₆, bis die Spannung an beiden Eingängen des Operationsverstärkers OA₁ im Regulierer R/LPF gleich ist. Da die Wi/Li-Verhältnisse von T₇ und T₈ ähnlich zu T₄ und T₅ sind (wobei W_i die Kanalbreite des Transistors T_i darstellt und L_i die Kanallänge des Transistors T_i darstellt), ist der Mittelwert der Eingangs- und Ausgangsspannung der Oszillatorstufe OSC gleich V_N. Dasselbe gilt für die W_i/L_i-Verhältnisse der Transistoren der Stufen CMC und OC und daher liegt ihr Wendepunkt nahe einem Spannungspegel gleich V_N.
Aufgrund der Konfiguration der Schaltung von 2 ist daher dieselbe Spannungsdifferenz V_P zwischen der Ausgangsspannung V_ddx der Stromquelle I_ddx und dem Gate G₇ des Transistors T₇, zwischen der Ausgangsspannung V_ddx der Stromquelle I_ddx und dem Gate G₉ des Transistors T₉ und zwischen der Ausgangsspannung V_ddx der Stromquelle I_ddx und dem Gate G₁₁ des Transistors T₁₁ vorhanden. Aus demselben Grund ist auch dieselbe Spannungsdifferenz V_N zwischen dem Gate G₈ des Transistors T₈ und Masse, zwischen dem Gate G₁₀ des Transistors T₁₀ und Masse und zwischen dem Gate G₁₂ des Transistors T₁₂ und Masse vorhanden.
Wie in der Schaltung von 2 zu sehen ist, ist die Spannung zwischen dem Ausgang der Stromquelle I_ddx und Masse V_N + V_P.
In dieser Weise sind alle Stufen der Schaltung von 3, nämlich die Vorspannungsschaltung BC, die Regulierer/LPF-Schaltung R/LPF, die Oszillatorstufe OSC, der Strommoduskomparator CMC und die Ausgangsstufe OS, unabhängig vom Verarbeitungseckpunkt der gesamten Schaltung, der aktuellen Temperatur bei der Verwendung und dem eingespeisten Strom bei der Verwendung gut ausgeglichen.
Die Gleichspannung am Ausgang des Operationsverstärkers OA₁ folgt der Gleichspannung, die am intertierenden und nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA₁ vorhanden ist, die so gesteuert werden, dass sie gleich sind.
Der Widerstand R₃ am Ausgang des Operationsverstärkers OA₁ verhindert, dass ein Hub von Schiene zu Schiene der Spannung V_x1 Linearitätsfehler in der Regulierer- und LPF-Schaltung R/LPF verursacht.
Der Operationsverstärker OA₁ ist in einer geschlossenen Schleife verbunden, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers OA₁, der mit dem Eingang der Oszillatorstufe OSC verbunden ist, zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA₁ über den Widerstand R₂ rückgekoppelt ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers OA₁ ist durch den Widerstand R₄ mit dem Ausgang der Oszillatorstufe OSC verbunden. Anders ausgedrückt sind somit der Eingang und der Ausgang der Oszillatorstufe OSC zum invertierenden und nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA₁ rückgekoppelt. Bei der Verwendung weisen dieser invertierende und nicht invertierende Eingang denselben Gleichspannungspegel auf. In dieser Weise steuert der Operationsverstärker OA₁ der Regulierer- und LPF-Schaltung R/LPF, so dass der Gleichspannungspegel am Eingang der Oszillatorstufe OSC derselbe wie der Gleichspannungspegel am Ausgang der Oszillatorstufe OSC ist. Somit ersetzt der Operationsverstärker OA₁ den Widerstand R₁ im Aufbau des Standes der Technik von 1, wobei der Vorteil darin besteht, dass ein solcher Operationsverstärker OA₁ weniger elektrische Energie bei der Verwendung verbraucht.
Das Vorsehen nur dieser Rückkopplungsschaltung mit dem Operationsverstärker OA₁ würde jedoch einen relativ langsamen Start der gesamten Schaltung verursachen.
Daher wurde die Reihenschaltung des Widerstandes R₇ und des Schalters SW₂ vorgesehen, die dieselbe Funktion wie der Widerstand R₁ in der Schaltung gemäß dem Stand der Technik (1) hat, jedoch nur zum Zeitpunkt des Starts der Schaltung. Das heißt zum Zeitpunkt des Starts sind die Schalter SW₁ und SW₂ beide geschlossen, um zu ermöglichen, dass der Strom fließt. Der Oszillatorkristall X₁ oszilliert und liefert ein Oszillationssignal an seinen Ausgangsanschlüssen x₁₁ und x₁₂. Eine Oszillationsspannung wird über den Widerstand R₇ aufgebaut. Dieses Oszillationssignal über dem Oszillatorkristall X₁ wird an den invertierenden und den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OA₁ in der R/LPF-Schaltung ausgegeben, so dass ihr Ausgang auch ein Oszillationssignal erzeugt, das dann zum Rest der Schaltung geliefert wird, wie vorstehend erläutert.
In der Schaltung von 3 werden nach der Initialisierung, d. h. wenn der Operationsverstärker OA₁ ein stabiles Oszillationssignal an seinem Ausgang liefert, die Schalter SW₁ und SW₂ geöffnet, so dass kein Strom mehr durch sie fließt. Dann fließt auch kein Strom mehr durch den Widerstand R₇, wobei folglich Energie gespart wird. Selbst wenn nach der Initialisierung der Widerstand R₇ von der Schaltung getrennt wird, bewirkt der Operationsverstärker OA₁ in der R/LPF-Schaltung, dass die Gleichspannungsdifferenz über dem Oszillatorkristall X₁ 0 (null) ist. Das heißt beide Anschlüsse x₁₁ und x₁₂ werden so gesteuert, dass sie auf derselben Gleichspannung V_N liegen. Ein Verfahren zum Steuern der Öffnung der Schalter SW1 und SW2 besteht darin, eine vorbestimmte Anzahl von erzeugten Impulsen durch den Oszillator nach dem Start zu zählen. Dazu kann das Ausgangssignal des Oszillators einer Zählschaltung zugeführt werden, die die Anzahl von Impulsen des erzeugten Signals zählt und die angeordnet ist, um das Öffnen/Schließen der Schalter SW1b und SW2 zu steuern. SW1 und SW2 werden beispielsweise durch eine solche Zählschaltung geöffnet, wenn 1024 Impulse gezählt werden.
Im Durchschnitt sind in der bevorzugten Ausführungsform die Gleichspannungen V_x1, V_x2, V_N, und V_P in der Schaltung von 3 im Wesentlichen gleich. Hier bedeutet ”im Wesentlichen”, dass diese Gleichspannungen dieselben Werte aufweisen sollen, aber sie können sich in der Praxis aufgrund von Toleranzen in der Konstruktion der verschiedenen verwendeten Transistoren geringfügig unterscheiden.
In der Oszillatorstufe OSC der Schaltung von 2 ist keine Amplitudensteuerung erforderlich, da die Stromquelle I_ddx die Spannung V_ddx definiert. Die Oszillatorstufe OSC ist eine Gegentaktstufe mit einem doppelten gm im Vergleich zu einer Konfiguration mit einer ”geerdeten Source” eines einzelnen Transistors beim gleichen Strom. Abgesehen von einem kleinen Spannungsabfall über den jeweiligen Widerstanden R₅ und R₆ schwankt die Spannung an den miteinander verbundenen Drains D₇ und D₈ zwischen Masse und der Spannung V_ddx. Die Widerstände R₅ und R₆ dämpfen die Begrenzung von V_x2.
Abgesehen von den Widerständen R₅ und R₆ ist der Strommoduskomparator CMC eine Kopie der Oszillatorstufe OSC, aber die Oszillatorstufe OSC treibt eine starke Last an, d. h. die Lastkondensatoren C₆ und C₈, was einen relativ hohen Strom erfordert, während der Strommoduskomparator CMC selbst eine winzige Last antreibt, d. h. die Ausgangsschaltung OC, was ermöglicht, dass der Ausgang der Ausgangsschaltung OC von ”Schiene zu Schiene” springt, d. h. zwischen der Spannung V_ddx und Masse. Der Spannungsabfall bei den Spitzenströmen über den Widerständen R₅ und R₆ verstärkt die Stromverstärkung des Strommoduskomparators CMC.
Die Ausgangsstufe OS ist eine Kopie des Strommoduskomparators CMC. Die jeweiligen Größen der Transistoren T₁₁ und T₁₂ unterscheiden sich jedoch von den jeweiligen Größen der Transistoren T₉ und T₁₀, so dass der Stromverbrauch sehr niedrig ist, die Ausgangsstufe OS eine relativ kleine Last für den Strommoduskomparator CMC bildet und eine relativ starke Last selbst antreiben kann.
Zusammenfassend sind die grundlegenden Funktionalitäten der jeweiligen Funktionsblöcke von 2 and 3 wie folgt:

• Stromquelle I_ddx: ausgebildet, um einen konstanten Strom zur ganzen stromgesteuerten Oszillatorschaltung zu liefern; schließlich kann I_ddx einen Temperaturkoeffizienten aufweisen, um die Leistung des Temperaturkoeffizienten TC des Oszillators feinabzustimmen.
• Vorspannungsschaltung BC: ausgebildet, um eine gut definierte erste Ausgangsgleichspannung VBC.out zu liefern;
• Regulierer- und LPF-Schaltung R/LPF: ausgebildet, um eine gleiche zweite Ausgangsgleichspannung VR/LPC an zwei verschiedenen Ausgangsanschlüssen zu liefern, während ermöglicht wird, dass ein Oszillationsspannungssignal zwischen diesen zwei Ausgangsanschlüssen vorhanden ist;
• Oszillatorstufe OSC: ausgebildet, um ein erstes Oszillationssignal VOSC, out zu liefern;
• Strommoduskomparator CMC: ausgebildet, um das Oszillationssignal VOSC zu empfangen und ein verstärktes Oszillationssignal zu liefern. Dieses verstärkte Oszillationssignal begrenzt zwischen Masse und Vddx.
• Ausgangsstufe OS: ausgebildet, um eine kleine Last für den Ausgang des Strommoduskomparators CMC zu bilden und das Ansteuern des Pegelumsetzers L zu ermöglichen.
• Pegelumsetzer L: ausgebildet, um den Logikpegel des Ausgangssignals VCMC, out des Strommoduskomparators CMC auf einen erforderlichen Logikpegel der Schaltungen umzusetzen, die das Oszillationssignal des Oszillators empfangen, wie in 2 und 3 gezeigt.

4 zeigt eine alternative Vorspannungsschaltung BC' zu der in 2 gezeigten sowie ein Beispiel des Operationsverstärkers OA₁ der Oszillatorschaltung, in der sich dasselbe Bezugszeichen auf dieselben Komponenten wie in 2 und 3 bezieht.
Die alternative Vorspannungsschaltung BC' von 4 umfasst den Regulierer OA₁ und umfasst mehrere Transistoren T_j (j = 13, 14, ..., 17). Jeder dieser Transistoren T_i weist ein jeweiliges Gate G_j, eine Source S_j, und einen Drain D_j auf.
Die alternative Vorspannungsschaltung BC' von 4 umfasst einen dreizehnten Transistor T₁₃ vom N-Typ, dessen Sourceanschluss S₁₃ mit dem Drainanschluss D₅ des Transistors T₅ verbunden ist, dessen Drainanschluss D₁₃ mit dem Drainanschluss D₄ des Transistors T₄, mit seinem Gate G₁₃ und mit dem Gate G₅ des Transistors T₅ verbunden ist, einen vierzehnte Transistor T₁₄ vom N-Typ mit einer Source S₁₄, die mit dem Drain D₆ des Transistors T₆ verbunden ist, und einem Gate G₁₄, das mit dem ersten Ende r₂₁ des Widerstandes R₂ (in 4 nicht gezeigt) verbunden ist, einen fünfzehnten Transistor T₁₅ vom N-Typ mit einer Source S₁₅, die mit dem Drain D₆ des Transistors T₆ verbunden ist, und einem Gate G₁₅, das mit dem ersten Ende r₄₁ des Widerstandes R₄ (in 4 nicht gezeigt) verbunden ist, einen sechzehnten Transistor T₁₆ vom P-Typ mit einem Drain D₁₆, der mit dem Drain D₁₄ des Transistors T₁₄ verbunden ist, einem Gate G₁₆, das mit dem Drain D₁₄ des Transistors T₁₄ verbunden ist, und einer Source S₁₆, die mit der Stromquelle I_ddx verbunden ist, und einen siebzehnten Transistor T₁₇ vom P-Typ mit einem Drain D₁₇, der mit dem Drain D₁₅ des Transistors T₁₅ und mit dem ersten Ende r₃₁ des Widerstandes R₃ (in 4 nicht gezeigt) verbunden ist, einem Gate G₁₆, das mit dem Drain D₁₄ des Transistors T₁₄ verbunden ist, und einer Source S₁₇, die mit der Stromquelle I_ddx verbunden ist. Dadurch ist das Gate G₁₅ der invertierende Eingang und das Gate G₁₄ ist der nicht invertierende Eingang, wohingegen der Knoten des Drains D₁₅/Drains D₁₇ der Ausgang des Regulierers ist.
Im Aufbau von 4 ist der zusätzliche Kascodentransistor T₁₃ dadurch gekennzeichnet, dass er W₁₃/L₁₃ >> β aufweist, wobei β = W/L des Transistors T₅, was zu einer niedrigeren Gate-Source-Spannung Vgs13 führt, und die Drain-Source-Spannung Vds₅ über dem Drain D₅ und der Source S₅ die Bedingung erfüllt: Vds₅ > Vd_sat5, wobei Vd_sat5 die Sättigungsspannung des Transistors T₅ ist. Somit ist der Transistor T₅ in Sättigung.
In einem Beispiel erfüllt der Transistor T₆ die Bedingung 2·W/L und die Bedingung Vds₆ > Vd_sat6. Somit ist der Transistor T₆ auch in Sättigung.
Beide Transistoren T₁₄ und T₁₅ sind dadurch gekennzeichnet, dass sie W₁₄/L₁₄ >> β und W₁₅/L₁₅ >> β aufweisen.
Da diese Bedingungen erfüllt sind, weist die Reguliererstufe R/LPF (hier mit den Transistoren T₆, T₁₄, T₁₅, T₁₆, T₁₇) alle Transistoren in Sättigung auf, falls: Vin+ ≈ Vin– ≈ V_N ≈ V_ddx – V_P,
Die in 2 dargestellte stromgesteuerte Kristalloszillatorschaltung kann in einem Sender/Empfänger-Modus arbeiten, in dem stabilisierte Frequenzen für Funksender und/oder Funkempfänger erzeugt werden können. In diesem Modus sollten steigende/fallende Flanken des erzeugten Oszillationssignals, wie schließlich erzeugt, so genau wie möglich sein, so dass sie zeitliche Momente definieren, in denen bestimmte Handlungen starten/enden können, die so genau wie möglich sind. Dies wird durch Einspeisen von relativ mehr Strom in die Oszillatorschaltung durch die Stromquelle I_ddx erreicht, so dass geringeres Phasenrauschen erhalten wird.
Die Schaltungsdimensionen sind in einem großen Umfang zur Kristallfrequenz linear proportional. Die folgenden Hauptparameter können für die Schaltung von 2 gelten:
f_XTAL Frequenz des Kristalls X₁ (z. B. 16 MHz).
I_ddx Versorgungsstrom, der in den Oszillator eingespeist wird.
I_S Startstrom.
f_LPF Übergangsfrequenz der Tiefpassfilter C₄, R₂ und C₅, R₄
C_DDX V_DDX-Glättungskondensator (z. B. 50 pF; C₇ in 2).
R_SPN Ersatzreihenwiderstandswertswert der Widerstände R₅ und R₆ in der Oszillatorstufe OS.
R_START Widerstandswert des Rückkopplungswiderstandes im Startmodus (R₇ in 2).
R_S Ersatzreihenwiderstandswert des Widerstandes (R₃ in 2) und des Regulierers OA₁ im OA/LPF.
β_BIAS Kanalbreite dividiert durch die Kanallänge des Kanals des NMOS-Transistors der Vorspannungsschaltung BS (T₅ in 2).
β_OSC Kanalbreite dividiert durch die Kanallänge des Kanals des NMOS-Transistors in der Oszillatorstufe OS (T₈)
β_CP1 Kanalbreite dividiert durch die Kanallänge des Kanals des NMOS-Transistors des Strommoduskomparators CMC (T₁₀ in 2).
β_CP2 Kanalbreite dividiert durch die Kanallänge des Kanals des NMOS-Transistors der Ausgangsschaltung OC (T₁₂ in 2).
α_PN Kanalbreite dividiert durch die Kanallänge des Kanals des PMOS-Transistors, dividiert durch die Kanalbreite, dividiert durch die Kanallänge des Kanals des NMOS-Transistors in der Vorspannungsschaltung BC, Oszillatorstufen-OS-Strommoduskomparator CMC und Ausgangsschaltung OC. C
_L Lastkondensatoren (festgelegt durch den Kristallhersteller; C₆, C₈ in 2).
In einer Ausführungsform der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2, die in einem Sender/Empfänger-Modus arbeitet, können die mehreren Schaltungsdimensionen von 2 die folgenden Werte aufweisen:
I_ddx ≈ f_XTAL·2 pA/Hz (≈32 μA bei f_XTAL = 16 MHz; ≈64 nA bei f_XTAL = 32 kHz)
f_LPF ≈ f_XTAL/40 (≈400 kHz bei f_XTAL = 16 MHz; z. B. C = 2 pF und R = 200 kΩ)
R_SPN ≈ 60 mV/I_ddx (≈1800 Ω bei f_XTAL = 16 MHz)
β_BIAS ≈ 250 μA/I_ddx (≈ 8 ≈ 0,2·2,4 μm/60 nm bei t f_XTAL = 16 MHz; somit gilt, falls L = 60 nm, dann W = 0,2·2,4 μ = 0,48 μm)
β_OSC ≈ 62,5 mA/I_ddx (≈ 2000 ≈ 50·2,4 μm/60 nm bei f_XTAL = 16 MHz)
β_CP1 ≈ 12,5 mA/I_ddx (≈ 400 ≈ 10·2,4 μm/60 nm bei f_XTAL = 16 MHz)
β_CP2 ≈ 1,25 mA/I_ddx (≈ 40 ≈ 1·2,4 μm/60 nm bei f_XTAL = 16 MHz)
α_PN ≈ 2,5 und die Kanalbreite dividiert durch die Kanallänge des Kanals von T₆ ist 2·β_BIAS.
Diese Parameter können einen Wert in einem Bereich von 50% bis 150% der obigen nominalen Werte aufweisen. Vorzugsweise können diese Parameter einen Wert in einem Bereich von 75% bis 125% der obigen nominalen Werte aufweisen und noch bevorzugter können diese Parameter einen Wert in einem Bereich von 90% bis 110% der obigen nominalen Werte aufweisen.
In dieser Weise wird der Strom, der durch die Stromquelle I_ddx der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 geliefert wird, die in einem Sender/Empfänger-Modus arbeitet, zwischen den verschiedenen Blöcken in der folgenden Weise verteilt: der Strom I_bias der Vorspannungsschaltung ist ≈2,5% des Stroms I_ddx, der Strom I_osc der Oszillatorstufe OS ist ≈78% des Stroms I_ddx, der Strom I_cp1 des Strommoduskomparators CMC ist ≈14% des Stroms I_ddx und der Strom I_cp2 der Ausgangsschaltung OC ist ≈0,5% des Stroms I_ddx. Die restlichen 5% des Stroms I_ddx werden vom Regulierer (OA₁) verbraucht.
5, 6, 7, 8 und 9 stellen Simulationsergebnisse der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 dar, die in einem Sender/Empfänger-Modus arbeitet. In 5, 6, 7 und 8 stellen die horizontalen Achsen den Strom I_ddx der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2, die in einem Sender/Empfänger-Modus arbeitet, in Mikroampère dar. Die vertikalen Achsen stellen dar: in 5, V_x1, V_x2, und avg_vddx, dargestellt in Volt, in 6 das Verhältnis der Hubspannung, die in Volt dargestellt ist, zu V_ddx die in Volt dargestellt ist, in 7 den Effizienzfaktor, der durch das Verhältnis der Hubspannung, die in Volt dargestellt ist, zum in Ampère dargestellten Strom I_ddx definiert ist, and in 8 das Tastverhältnis des Ausgangssignals, wie durch den Pegelumsetzer L geliefert. In 9 stellt die horizontale Achse auch den Strom I_ddx in Mikroampère dar, der den Gesamtstrom der ganzen stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 darstellt, die in einem Sender/Empfänger-Modus arbeitet, und entlang der vertikalen Achse sind fünf Kurven dargestellt, die jeweils den Prozentsatz % des Stroms I_ddx, der zu I_CP2 geht, den Prozentsatz % des Stroms I_ddx, der zum Strom I_bias geht, den Prozentsatz % des Stroms I_ddx, der zum Strom I_reg geht, den Prozentsatz % des Stroms I_ddx, der zum Strom I_CP1 geht, und den Prozentsatz % des Stroms I_ddx, der zum Strom I_OSC geht, darstellen.
Wie in den Simulationen gezeigt, die in 5, 6, 7, 8 und 9 dargestellt sind, wird der Strom I_ddx von 10 Mikroampère bis 300 Mikroampère durchlaufen, die Kondensatoren C₆ und C₈ weisen eine Kapazität von 18 Pikofarad auf und die Schaltung arbeitet bei einer Temperatur von 25 Grad Celsius.
Um den Start des Kristalloszillators zu beschleunigen, wird ein relativ hoher Strom (I_S in 2) in die Sender/Empfänger-Modus-Konfiguration eingespeist, während die Widerstände R₅ und R₆ durch Schalter kurzgeschlossen werden und der Schalter SW2 (in 2) geschlossen wird. Mehr als 90% des eingespeisten Stroms (Summe von I_ddx und I_S) fließt in der Oszillatorstufe (T₇ und T₈), was seine Transkonduktanz maximiert. Der Startwiderstand R_START (R₇ in 2) gibt acht, dass die Eingangs- und Ausgangsspannung der Oszillatorstufe beim Start ungefähr gleich sind unabhängig vom Regulierer (OA₁ in 2). Ein 12-Bit-Taktzähler (2¹² = 4096 Taktimpulse), der durch ein POR-Signal (Einschaltrücksetzsignal) zurückgesetzt wird, kann verwendet werden, um nach dem Starten des Oszillators vom Startmodus in den Sender/Empfänger-Modus umzuschalten. Der Widerstand R_START (R₇ in 2) kann 100 kΩ sein und I_S kann 1 mA für einen Kristall mit 16 MHz sein. Für eine niedrigere Kristallfrequenz kann ein höherer Wert für R_START in Kombination mit einem niedrigeren Startstrom (I_S) verwendet werden.
Die stromgesteuerte Kristalloszillatorschaltung, die in 2 dargestellt ist, kann auch in einem Zeitgebermodus arbeiten, um ein stabiles Taktsignal zu liefern. In dieser Ausführungsform sind die Anforderungen hinsichtlich des Phasenrauschens weniger streng, da der Zeitgeber eine mittlere Anzahl von Oszillationszyklen nur durch Zählen der Anzahl von steigenden/fallenden Flanken zählt. Somit kann hier der Strom, wie in die Oszillatorschaltung durch die Stromquelle I_ddx eingespeist, viel geringer sein als im Sender/Empfänger-Modus.
In einer Ausführungsform der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2, die in einem Zeitgebermodus arbeitet, können die mehreren Schaltungsdimensionen von 2 die folgenden Werte aufweisen:
I_ddx ≈ f_XTAL·125 fA/Hz (≈2 μA bei f_XTAL= 16 MHz; ≈4 nA bei f_XTAL = 32 kHz)
f_LPF ≈ f_XTAL/40 (≈400 kHz bei f_XTAL = 16 MHz)
R_SPN ≈ 0 mV/I_ddx (≈0 Ω bei f_XTAL = 16 MHz → geschlossener Schalter über R₅ und R₆ in 2)
β_BIAS ≈ 16 μA/I_ddx (≈ 8 ≈ 0,2·2,4 μm/60 nm bei f_XTAL = 16 MHz; somit gilt, falls L = 60 nm, dann W = 0,2·2,4 μ = 0,48 μm)
β_OSC ≈ 1,25 mA/I_ddx (≈ 640 ≈ 16·2,4 μm/60 nm bei f_XTAL = 16 MHz)
β_CP1 ≈ 16 μA/I_ddx (≈ 8 ≈ 0,2·2,4 μm/60 nm bei f_XTAL = 16 MHz)
β_CP2 ≈ 8 μA/I_ddx (≈ 4 ≈ 0,1·2,4 μm/60 nm bei f_XTAL = 16 MHz)
α_PN ≈ 2,5 und die Kanalbreite dividiert durch die Kanallänge des Kanals von T₆ ist 2·β_BIAS.
Diese Parameter können einen Wert in einem Bereich von 50% bis 150% der obigen nominalen Werte aufweisen. Vorzugsweise können diese Parameter einen Wert in einem Bereich von 75% bis 125% der obigen nominalen Werte aufweisen und noch bevorzugter können diese Parameter einen Wert in einem Bereich von 90% bis 110% der obigen nominalen Werte aufweisen.
In dieser Weise wird der durch die Stromquelle I₁ der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2, die in einem Zeitgebermodus arbeitet, gelieferte Strom zwischen den verschiedenen Blöcken in der folgenden Weise verteilt: der Strom I_bias der Vorspannungsschaltung ist ≈0,5% des Stroms I₁, der Strom I_osc der Oszillatorstufe OS ist ≈97% des Stroms I₁, der Strom I_cp1 des Strommoduskomparators CMC ist ≈1% des Stroms I₁ und der Strom I_cp2 der Ausgangsschaltung OC ist ≈0,1% des Stroms I₁. Das restliche 1% des Stroms I₁ wird durch den Regulierer (OA₁) verbraucht.
10, 11, 12 und 13 und 14 stellen Simulationsergebnisse der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 dar, die in einem Zeitgebermodus arbeitet. In 10, 11, 12 und 13 und 14 sind dieselben Ergebnisse wie in 5, 6, 7, 8 und 9, aber jeweils für den Zeitgebermodus dargestellt. In den Simulationen zum Erhalten der Ergebnisse, die in 10, 11, 12 und 13 und 14 dargestellt sind, variiert der Strom I_ddx zwischen 0,7 Mikroampère und 3 Mikroampère, die Kondensatoren C₆ und C₈ weisen eine Kapazität von 8 Pikofarad auf und die Schaltungstemperatur arbeitet bei 25 Grad Celsius.
15, 16, 17 und 18 stellen auch Simulationsergebnisse der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 dar, die in einem Zeitgebermodus arbeitet. In 15, 16, 17 und 18 stellen die horizontalen Achsen die Temperatur in Grad Celsius dar. Die vertikalen Achsen stellen dar: in 15 V_x1 und V_x2, dargestellt in Volt, in 16 das Verhältnis der Hubspannung, die in Volt dargestellt ist, zu V_ddx, die in Volt dargestellt ist, in 17 den Effizienzfaktor, der durch das Verhältnis der Hubspannung, die in Volt dargestellt ist, zum Strom I_ddx, der in Ampère dargestellt ist, definiert ist, und in 18 das Tastverhältnis des Ausgangssignals, wie durch den Pegelumsetzer L geliefert, wobei für jede der vier Figuren drei Kurven für jeden Parameter gezeigt sind, die Simulationsergebnisse für den nominalen Prozesseckpunkt und für die Extremwerte der Verarbeitungseckpunkte darstellen: den sogenannten ”schnellen” Eckpunkt und den ”langsamen” Eckpunkt. Im langsamen Eckpunkt sind alle Prozessparameter auf die Verarbeitungsgrenzen gesetzt, was zu den langsamsten möglichen Schaltungen führt.
19 stellt Simulationsergebnisse der stromgesteuerten Kristalloszillatorschaltung von 2 dar, die in einem Zeitgebermodus arbeitet. In 19 stellt die horizontale Achse die Temperatur in Grad Celsius dar und die vertikale Achse stellt den Prozentsatz des Stroms I_ddx dar, der zum Strom I_OSC geht. Hier sind auch drei Kurven gezeigt.
Während den Simulationen zum Erhalten der Ergebnisse, die in 10–19 dargestellt sind, wurde der Strom I_ddx auf 1,5 Mikroampère gesetzt, die Kondensatoren C₆ und C₈ hatten eine Kapazität von 8 Pikofarad und die Schaltungstemperatur überstrich die Verarbeitungseckpunkte.
Zusammenfassend kann der Entwurf der dargestellten Oszillatorschaltung für z. B. drei Ausführungsformen optimiert werden:
Zeitgebermodus: die Beispiele der Figuren sind: i_osc = 2 μA;
C₆ = C₈ ≈ 8 pF;
V_ddx ≈ 450 mV;
Vx_pp [= Spitzen-Spitzen-Spannung über dem Kristall X₁] ≈ 0,7·V_ddx;
Phasenrauschen (phase_noise) (10 kHz) ≈ –116 dBc/Hz;
(i_osc kann nicht höher als 1 μA sein, falls C₆ = C₈ ≈ 3 pF (nur parasitäre Störeffekte);
Sender/Empfänger(Transceiver)-Modus: die Beispiele der Figuren sind: i_osc = 32 μA;
5 pF < C₆ = C₈ < 18 pF; V_ddx ≈ 750 mV;
Vx_pp ≈ 1,1·V_ddx;
Phasenrauschen (phase_noise) (10 kHz) < –146 dBc/Hz
Startmodus: i_osc = 1 mA; C₆ = C₈ = 18 pF; V_ddx < 1,4 V;
Vx_pp → beschleunigter Start
Die vorstehend beschriebenen drei Ausführungsformen, in denen die in 2 dargestellte Oszillatorschaltung in einem Sender/Empfänger-Modus, einem Zeitgebermodus oder einem beschleunigten Startmodus arbeiten kann, können in einer einzelnen Schaltung kombiniert werden, wobei die Schaltung separate, unterschiedliche (Transistor) Elemente in der Oszillatorschaltung für jeden Modus und geeignet angeordnete Schalter umfassen kann, die angeordnet sind, um sie mit dem Rest der Oszillatorschaltung zu verbinden oder davon zu trennen in Abhängigkeit vom Modus, in dem die Schaltung arbeiten sollte. Die Schaltung gemäß dieser Ausführungsform kann beispielsweise zwei Versionen des Transistors T₁₀ umfassen, eine mit einem Flächenwert von 10x und eine andere mit einem Flächenwert von 0,15x, wobei 1x = 2,4 μm/60 nm. Wenn die Schaltung in einem Sender/Empfänger-Modus arbeitet, ist der Transistor von den zwei Versionen von T₁₀ mit einem Flächenwert von 10x derjenige, der mit der Schaltung mittels dieser Schalter verbunden wird, während, wenn die Schaltung in einem Zeitgebermodus arbeitet, der Transistor mit einer Fläche von 0,15x derjenige ist, der mit der Schaltung mittels dieser Schalter verbunden wird.
Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass der Schutzbereich der Erfindung nicht auf die im Vorangehenden erörterten Beispiele begrenzt ist, sondern dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen davon möglich sind, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert. Obwohl die Erfindung im Einzelnen in den Figuren und in der Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, sollen eine solche Darstellung und Beschreibung nur als erläuternd oder beispielhaft und nicht einschränkend betrachtet werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen begrenzt, sondern umfasst irgendeine Kombination der offenbarten Ausführungsformen, die einen Vorteil erlangen können. Die Erfindung ist nur durch die beigefügten Ansprüche und ihre technischen Äquivalente begrenzt.
Veränderungen an den offenbarten Ausführungsformen können durch einen Fachmann auf dem Gebiet beim Ausführen der beanspruchten Erfindung, aus einer Studie der Figuren, der Beschreibung und der beigefügten Ansprüche verstanden und durchgeführt werden. In der Beschreibung und in den Ansprüchen schließt das Wort ”umfassend” nicht andere Elemente aus und der unbestimmte Artikel ”ein” oder ”eine” schließt nicht mehrere aus. Tatsächlich ist es als Bedeutung von ”mindestens eines” aufzufassen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in gegenseitig unterschiedlichen abhängigen Ansprüchen angeführt sind, weist nicht darauf hin, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Beliebige Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als Begrenzung des Schutzbereichs der Erfindung aufgefasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

E. Vittoz, ”Low-Power Crystal and MEMS Oscillators: The Experience of Watch Developments”, Integrated Circuits and Systems, Fig. 5.25, Seite 129, DOI 10.1007/978-90-481-9394-3 [0006]

Claims

Oszillatorschaltung mit einer Oszillatorstufe (OSC) und einer ersten Stromquelle (I_ddx), die ausgebildet ist, um die Oszillatorstufe (OSC) anzutreiben, wobei die Oszillatorstufe (OSC) einen Oszillatorstufen-Eingangsanschluss, einen Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss, einen Oszillator (X₁), der ausgebildet ist, um ein Oszillationssignal zwischen dem Oszillatorstufen-Eingangsanschluss und dem Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss zu liefern, umfasst, wobei die Oszillatorschaltung einen Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingang, einem nicht invertierenden Eingang und einem Operationsverstärkerausgang umfasst, wobei der Oszillatorstufen-Eingangsanschluss und der Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss mit dem invertierenden Eingang und dem nicht invertierenden Eingang gekoppelt sind und der Operationsverstärkerausgang mit dem Oszillatorstufen-Eingangsanschluss derart gekoppelt ist, dass der Oszillatorstufen-Eingangsanschluss und der Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss so gesteuert werden, dass sie einen gleichen Gleichspannungspegel aufweisen.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, die ferner einen ersten Kondensator (C₆), der mit dem Oszillatorstufen-Eingangsanschluss verbunden ist, und einen zweiten Kondensator (C₈), der mit dem Oszillatorstufen-Ausgangsanschluss verbunden ist, umfasst.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen dritten Kondensator (C₄), der mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, und einen vierten Kondensator (C₅), der mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, umfasst.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 1–3, wobei der Operationsverstärkerausgang mit dem Oszillatorstufen-Eingangsanschluss über einen ersten Widerstand (R₃) verbunden ist.
Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Oszillatorstufe (OSC) eine Reihenschaltung eines ersten Transistors (T₇) und eines zweiten Transistors (T₈) umfasst, die an einem ersten Knotenpunkt verbunden sind, wobei der erste Transistor (T₇) ein erstes Gate (G₇) aufweist und der zweite Transistor (T₈) ein zweites Gate (G₈) aufweist, wobei das erste Gate (G₇) und das zweite Gate (G₈) an einem zweiten Knotenpunkt miteinander verbunden sind, wobei der zweite Knotenpunkt mit einem ersten Oszillatoranschluss (x₁₁) des Oszillators (X₁) verbunden ist und der erste Knotenpunkt mit einem zweiten Oszillatoranschluss (x₁₂) des Oszillators (X₁) verbunden ist.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 5, wobei die Reihenschaltung des ersten Transistors (T₇) und des zweiten Transistors (T₈) derart ausgebildet ist, dass ein Oszillatorstufenstrom (I_osc) von der ersten Stromquelle (I_ddx) empfangen wird.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, wobei eine Seite der Reihenschaltung des dritten Transistors (T₇) und des zweiten Transistors (T₈) mit der ersten Stromquelle (I_ddx) über einen zweiten Widerstand (R₅) verbunden ist, und eine andere Seite der Reihenschaltung des ersten Transistors (T₇) und des zweiten Transistors (T₈) mit der Masse über einen dritten Widerstand (R₆) verbunden ist.
Oszillatorschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Operationsverstärker angeordnet ist, um elektrische Leistung von einem dritten Transistor (T₆) zu empfangen, der in einer Stromspiegelanordnung mit einem vierten Transistor (T₅) angeordnet ist, der in einer Vorspannungsschaltung angeordnet ist, wobei ein solcher vierter Transistor (T₅) ausgebildet ist, um einen vorbestimmten Vorspannungsgleichstrom zu leiten.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 8, wobei die Vorspannungsschaltung einen fünften Transistor (T₄) umfasst, der in einer Diodenanordnung in Reihe mit dem vierten Transistor (T₅) angeordnet ist und ausgebildet ist, um Strom von der ersten Stromquelle (I_ddx) zu empfangen.
Oszillatorschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Oszillatorstufen-Eingangsanschluss entweder direkt oder indirekt mit einem Strommoduskomparator (CMC) verbunden ist, wobei der Strommoduskomaprator (CMC) eine Reihenschaltung eines sechsten Transistors (T₉) und eines siebten Transistors (T₁₀) umfasst, die an einem dritten Knotenpunkt verbunden sind, wobei der sechste Transistor (T₉) ein sechstes Transistorgate (G₉) aufweist und der siebte Transistor (T₁₀) ein siebtes Transistorgate (G₁₀) aufweist, wobei das sechste Transistorgate (G₉) und der siebte Transistor (T₁₀) an einem vierten Knotenpunkt miteinander verbunden sind, wobei der vierte Knotenpunkt ausgebildet ist, um ein Oszillationssignal vom Oszillatorstufen-Eingangsanschluss zu empfangen, und die Reihenschaltung des sechsten Transistors (T₉) und des siebten Transistors (T₁₀) ausgebildet ist, um Strom von der ersten Stromquelle (I_ddx) zu empfangen.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 10, wobei der Strommoduskomaprator (CMC) einen Strommoduskomparatorausgang aufweist, der mit einer Ausgangsschaltung (OC) verbunden ist, wobei die Ausgangsschaltung (OC) eine Reihenschaltung eines achten Transistors (T₁₁) und eines neunten Transistors (T₁₂) umfasst, die an einem fünften Knotenpunkt verbunden sind, wobei der achte Transistor (T₁₁) ein achtes Transistorgate (G₁₁) aufweist und der neunte Transistor (T₁₂) ein neuntes Transistorgate (G₁₂) aufweist, wobei das achte Transistorgate (G₁₁) und der neunte Transistor (T₁₂) an einem sechten Knotenpunkt miteinander verbunden sind, wobei der sechte Knotenpunkt ausgebildet ist, um ein Signal vom Strommoduskomparatorausgang zu empfangen, und die Reihenschaltung des achten Transistors (T₁₁) und des neunten Transistors (T₁₂) ausgebildet ist, um Strom von der ersten Stromquelle (I_ddx) zu empfangen.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 11, wobei die Ausgangsschaltung (OC) einen Ausgangsschaltungsausgang aufweist, der mit einem Eingang eines Pegelumsetzers L verbunden ist, der ausgebildet ist, um einen Logikpegel eines Ausgangsschaltungs-Ausgangssignals umzuetzen.
Oszillatorschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schaltungsanordnung einen zweiten Widerstand (R₇) umfasst, der in einer Reihenschaltung mit einem ersten Schalter (SW₂) angeordnet ist, wobei die Reihenschaltung des zweiten Widerstandes (R₇) und des ersten Schalters (SW₂) zwischen dem ersten Oszillatoranschluss (x₁₁) und dem zweiten Oszillatoranschluss (x₁₂) verbunden ist, wobei die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, um den ersten Schalter (SW₂) beim Start der Oszillatorschaltung einzuschalten und den ersten Schalter (SW₂) nach einer Startphase auszuschalten.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 13, wobei die Oszillatorschaltung eine Reihenschaltung einer zweiten Stromquelle (I_S) und eines Stromquellenschalters (SW₁) umfasst, wobei die Reihenschaltung einer zweiten Stromquelle (I_S) und eines Stromquellenschalters (SW₁) parallel zur ersten Stromquelle (I_ddx) angeordnet ist.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 11, wobei der Kristall X₁ eine Oszillationsfrequenz f_x1 aufweist, der vierte Transistor (T₅) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_BIAS umfasst, der zweite Transistor (T₈) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_osc umfasst, der siebte Transistor (T₁₀) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanllänge gleich β_CP1 umfasst, der neunte Transistor (T₁₂) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_CP2 umfasst, der fünfte Transistor (T₄) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich to β_BIAS' umfasst, der erste Transistor (T₇) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_osc' umfasst, der sechste Transistor (T₉) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_CP1' umfasst, der achte Transistor (T₁₁) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_CP2' umfasst, der dritte Transistor (T₆) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β₆ umfasst, und wobei die erste Stromquelle I_ddx einen Bereich von (1,5·f_x1·2) Pikoampère/Hertz bis (0,5·f_x1·2) Pikoampère/Hertz aufweist, β_BIAS einen Bereich von (375/I_ddx) Mikroampère bis (125/I_ddx) Mikroampère aufweist, β_osc einen Bereich von (93,75/I_ddx) Milliampère bis (31,25/I_ddx) Milliampère aufweist, β_CP1 einen Bereich von (18,75/I_ddx) Milliampère bis (6,25/I_ddx) Milliampère aufweist, β_CP2 einen Bereich von (1,875/I_ddx) Milliampère bis (0,625/I_ddx) Milliampère aufweist, β_BIAS' einen Bereich von ((2,5·375)/I_ddx) Mikroampère bis ((2,5·125)/I_ddx) Mikroampère aufweist, β_osc' einen Bereich von ((2,5·93,75)/I_ddx) Milliampère bis ((2,5·31,25)/I_ddx) Milliampère aufweist, β_CP1' einen Bereich von ((2,5·18,75)/I_ddx) Milliampère bis ((2,5·6,25)/I_ddx) Milliampère aufweist, β_CP2' einen Bereich von ((2,5·1,87S)/I_ddx) Milliampère bis ((2,5·0,625)/I_ddx) Milliampère aufweist und β₆ einen Bereich von (750/I_ddx) Mikroampère bis (250/I_ddx) Mikroampère aufweist.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 15, wobei die erste Stromquelle I_ddx einen Bereich von vorzugsweise (1,25·f_x1·2) Pikoampère/Hertz bis (0,75·f_x1·2) Pikoampère/Hertz aufweist und bevorzugter (f_x1·2) Pikoampère/Hertz ist, β_BIAS vorzugsweise einen Bereich von (312,5/I_ddx) Mikroampère bis (187,5/I_ddx) Mikroampère aufweist und bevorzugter 250/I_ddx Mikroampère ist, β_osc vorzugsweise einen Bereich von (93,75/I_ddx) Milliampère bis (31,25/I_ddx) Milliampère aufweist und bevorzugter 62,5/I_ddx Milliampère ist, β_CP1 vorzugsweise einen Bereich von (15,625/I_ddx) Milliampère bis (9.375/I_ddx) Milliampère aufweist und bevorzugter 12,5/I_ddx Milliampère ist, β_CP2 vorzugsweise einen Bereich von (1,5625/I_ddx) Milliampère bis (0,9375/I_ddx) Milliampère aufweist und bevorzugter 1,25/I_ddx Milliampère ist, β_BIAS' vorzugsweise einen Bereich von ((2,5·312,5)/I_ddx) Mikroampère bis ((2,5·187,5)/I_ddx) Mikroampère aufweist und bevorzugter (2,5·250)/I_ddx Mikroampère ist, β_osc' vorzugsweise einen Bereich von ((2,5·93,75)/I_ddx) Milliampère bis ((2,5·31,25)/I_ddx) Milliampère aufweist und bevorzugter (2,5·62,5)/I_ddx Milliampère ist, β_CP1' vorzugsweise einen Bereich von ((2,5·15,625)/I_ddx) Milliampère bis ((2,5·9,375)/I_ddx) Milliampère aufweist und bevorzugter (2,5·12,5)/I_ddx Milliampére ist, β_CP2' vorzugsweise einen Bereich von ((2,5·1,5625)/I_ddx) Milliampère bis ((2,5·0,9375)/I_ddx) Milliampère aufweist, bevorzugter (2,5·1,25)/I_ddx Milliampère ist, und β₆ vorzugsweise einen Bereich von (625/I_ddx) Mikroampère bis (375/I_ddx) Mikroampère aufweist und bevorzugter 500/I_ddx Mikroampère ist.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 11, wobei der Kristall X₁ eine Oszillationsfrequenz f_x1 aufweist, der vierte Transistor (T₅) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_BIAS umfasst, der zweite Transistor (T₈) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_osc umfasst, der siebte Transistor (T₁₀) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_CP1 umfasst, der neunte Transistor (T₁₂) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_CP2 umfasst, der fünfte Transistor (T₄) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_BIAS umfasst, der erste Transistor (T₇) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_osc' umfasst, der sechste Transistor (T₉) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_CP1' umfasst, der achte Transistor (T₁₁) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β_CP2' umasst, der dritte Transistor (T₆) einen Kanal mit einer Kanalbreite dividiert durch eine Kanallänge gleich β₆ umfasst, und wobei die erste Stromquelle I_ddx einen Bereich von (f_x1·187,5) Femtoampère/Hertz bis (f_x1·62,5) Femtoampère/Hertz aufweist, β_BIAS einen Bereich von (24/I_ddx) Mikroampère bis (8/I_ddx) Mikroampère aufweist, β_osc einen Bereich von (1,875/I_ddx) Milliampère bis (0,625/I_ddx) Milliampère aufweist, β_CP1 einen Bereich von (24/I_ddx) Mikroampère bis (8/I_ddx) Mikroampère aufweist, β_CP2 einen Bereich von (1,875/I_ddx) Mikroampère bis (0,625/I_ddx) Mikroampère aufweist, β_BIAS' einen Bereich von ((2,5·24)/I_ddx) Mikroampère bis ((2,5·8)/I_ddx) Mikroampère aufweist, β_osc' einen Bereich von ((2,5·1,875)/I_ddx) Milliampère bis ((2,5·0,625)/I_ddx) Milliampère aufweist, β_CP1' einen Bereich von ((2,5·24)/I_ddx) Mikroampère bis ((2,5·8)/I_ddx) Mikroampère aufweist, β_CP2' einen Bereich von ((2,5·1,875)/I_ddx) Mikroampère bis ((2,5·0,625)/I_ddx) Mikroampère aufweist und β₆ einen Bereich von (48/I_ddx) Mikroampère bis (16/I_ddx) Mikroampère aufweist.
Oszillatorschaltung nach Anspruch 17, wobei die erste Stromquelle I_ddx vorzugsweise einen Bereich von (f_x1·156,25) Femtoampère/Hertz bis (f_x1·93,75) Femtoampère/Hertz aufweist und bevorzugter (f_x1·125) Femtoampère/Hertz ist, β_BIAS vorzugsweise einen Bereich von (20/I_ddx) Mikroampère bis (12/I_ddx) Mikroampère aufweist und bevorzugter (16/I_ddx) Mikroampère ist, β_osc einen Bereich von (1,5625/I_ddx) Milliampère bis (0,9375/I_ddx) Milliampère aufweist und bevorzugter 1,25/I_ddx Milliampère ist, β_CP1 vorzugsweise einen Bereich von (20/I_ddx) Mikroampère bis (12/I_ddx) Mikroampère aufweist und bevorzugter (16/I_ddx) Mikroampère ist, β_CP2 vorzugsweise einen Bereich von (10/I_ddx) Mikroampère bis (6/I_ddx) Milliampère aufweist und bevorzugter 8/I_ddx Milliampère ist, β_BIAS' vorzugsweise einen Bereich von ((2,5·20)/I_ddx) Mikroampère bis ((2,5·12)/I_ddx) Mikroampère aufweist und bevorzugter ((2.5·16)/I_ddx) Mikroampère ist, β_osc' einen Bereich von ((2,5·1,5625)/I_ddx) Milliampère bis ((2,5·0,9375)/I_ddx) Milliampère aufweist und bevorzugter (2,5·1,25)/I_ddx Milliampère ist, β_CP1' vorzugsweise einen Bereich von ((2,5·20)/I_ddx) Mikroampère bis ((2,5·12)/I_ddx) Mikroampère aufweist und bevorzugter ((2,5·16)/I_ddx) Mikroampère ist, β_CP2' einen Bereich von ((2,5·10)/I_ddx) Milliampère bis ((2,5*6)/I_ddx) Milliampère aufweist und bevorzugter (2,5·8)/I_ddx Milliampère ist und β_BIAS vorzugsweise einen Bereich von (40/I_ddx) Mikroampère bis (24/I_ddx) Mikroampère aufweist und bevorzugter (32/I_ddx) Mikroampère ist.