TWI362824B - Oscillator and driving circuit and oscillation method thereof - Google Patents
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Description
1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種振盪器，且特別是有關於一種可 避免時脈信號載入不同頻段雜訊的振盪器及其驅動電路與 振盪方法。 ' 【先前技術】
隨著科技的日漸發達’電子產品不斷的推陳出新，而 使電子產品能夠正常的運作，所依靠的就是提供時脈的振 盪斋（oscillator)。透過振盪器產生準確的時脈，讓電子產品 内部的晶可以有順序的處理其所接收到的#料或信號， 亚於正確的時間傳送至其下一級的電路。而石英振盪器 (quartz oscillator)不但能提供較為精準的時脈，且同時具有 不易受溫度、渥度、製程、操作電壓等因素干擾的特性， 所以電子產品大多會制石英振盪器來提供其所需要的時 脈。
圖1為傳統振盪器的電路圖。請參照圖丨，振盪器1〇〇 包括石英晶體10卜反相器102、電阻R及電容C。由於 石英晶體101本身的機電共振十分穩S，所以振嚴哭· 的動作原理為利用石英晶體1G1的上述特性，來輪出。一個
較為穩定的時脈信號。但也因如此，石英晶體1G 影響縫ϋ _是否能夠起振，以及起 二
Xtal一_的波形。 吋脈仏虎 一般來說，設計者在設計振盪器1〇〇時，無法預先得 1362824 PSPD-2008-0019 28663twfdoc/n 知使用者所使用的石英晶體101的品質好壞，而為了消除 石英B曰體101 οσ質差異的影響’而造成振盪器1〇〇無法起 振的可能，通常在振盪器100内部使用放大倍數較大的反 相器102，以便有較大的推力讓振盪器1〇〇容易起振。 但是使用放大倍數較大的反相器1〇2來說，同樣會將 經由石英晶體ιοί的起振後時脈信號Xtal-〇ut的振幅給放 大’而會導致其波形可能會達到全擺幅(FullSwing)。此全
擺中田波形谷易載入其他不同頻段的雜訊，以致可能會導致 犄脈信號Xtal_〇ut波形的不穩定，進而影響時脈信號 Xtal out的頻率。 •對於一個振盪器來說，最佳的振盪波形為一個正弦波 (Sine)波形，在此波形下最不易有不關段的雜訊載入，且 其所提供的時脈信號_率會最為穩定。_對使用較大 放大倍數反相ϋ的㈣器來說，由於全擺幅波形的影變，
晶體品質不良的話，則石英晶體所產生i同 =的雜齡被放大，以於影響振盪科_波形及頻 【發明内容】 號的依據時脈信號或振盪 同頻=_時脈信號載入 本發明亦提供一種振後方法’其在時脈信號的縣 1362824 PSPD-2008-0019 28663hvf.doc/n 定後’降低緩衝器的增益值， 被過度放大。 一值以避免石央晶體產生的雜訊 本發明提出-種驅動電路，適於並聯 以產生一時脈信號。此驅動電路包括緩衝單元^^ 石英晶體並聯’用以放大石英晶體 振盪W作為⑽錄。㈣單元減 控制信號至緩衝單元。㈣覃开读⑽、二早凡並產生 3 體的振盪條件’決紐制信號的電壓 準位猎以控制緩衝單元的增益值。 路。出T種，廬器’其包括石英晶體及驅動電 接石英s體以ίί ΐ衝早兀及控制單元。轉f路並聯輕 : 振盪信號作為時脈信號。控制單 兀耦接緩衝早7C，並產生控制信 透過偵測時脈信號咬θ 、， 。控制早凡 杜ϋ幻盛说是否達到石英晶體的振盡條 ^決疋控齡號的電壓準位，藉以控槪衝單元的增益 在本發明之-實施例中，上述之控制 觸發仲，Ϊ置端接Π入端耦接系統電壓，觸發端接收 ί定=發信號及重置信號的電壓準位而 第ίΓ準位。偵測模-具有輸入端、第-輸 W第-輪出端’輸人端接收振盪信號，第—輸出端麵 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.d〇c/n 接第-閃鎖模組的觸發端，第二輪出端搞接第一問鎖模植 以依據振i信號的_準位決定觸發信號及 該重置ίέ说的電壓準位。 在本發明之-實施例中’上述之侧模組包括第一觸 發益、^二觸發器、電阻、第一電晶體及第二電晶體。第 :觸發器具有第-端及第二端’第一端接收振餘號 二端祕第-_模組_發端，若振盪信_振幅大於 預設值時’則切換觸發信號的電屋準位。第二觸 右 第-^及第二端，第二端輕接第一問鎖模組的重置端了電 =第一？耦Ϊ系統Ϊ壓、。第一電晶體的第-源汲極端耦 阻的第—端’其第二源没極端耗接第二觸發 端，而其閘極端福接第-觸發器的第二端。第二: 第-驗極端输第二觸發器的第—端，其第二^極端 耦接-接地電壓，其閘極端_第— 端 同-時間中，第一及第二電晶體僅有其中之一 且在第二輕||在純接地電壓時 信號的電壓準位。 _』切換重置 ，本，明之-實施例中’上述之緩衝單元包括第一驅 動件及第二轉7〇件。第—驅動元件具有第 ― 端及輸出端，其第-端輕接第—閃鎖模組的輸 了 端耗接石英《，若控難號的電壓準位為 ^ 位’則放大振蓋信號。第二驅動元件具有第^ ^第塗二 及輸出端，第-端_系統電壓，第二端 而 用以放大«信號。其中第二驅動元件的增益值為曰;體且 8 1362824 PSPD-2008-00I9 28663twf.doc/n 第-驅動it件的增益值大於第二驅動元件的增益值。 在本發明之-實施例中，驅動電路更包括電 凡，其祕缓衝單元，並輸出_信號至緩衝。、雷 達，定條件決定_信號的 电&早位猎以控制綾衝早兀是否放太振盪信號。 在本發明之-實施例中，上述之控制單元包 ，模組及第三觸發器。第二問鎖模組的輸入 j 壓，其觸發端接收觸發信號，其重置端祕電力H電 其輸出端輸出控制信號。第二閂鎖模組同時依 及偵測信號的電鮮位蚊控制信號的電壓準位。 發器的第-端触石英晶體，其第二端输第二問_组 的觸發端，用以將振盪信號轉換為觸發信號。 ’、、 —在本發明之-實施例中，上述之緩衝單元包括第 動兀件、第四驅動元件。第三驅動元件具有第一 端、第三端及輸出端，其第-端耗接第二閃鎖模組的^ 端’其第二端耗接石英晶體’其第三端輕接電力偵測單元 第三驅動元件同時依據控制信號及_信號的電壓準位決 定是否放大振盪信號。第四驅動元件具有第—端、第二端、、 第二端及輸出端，其第一端耦接系統電壓，第二 英晶體’其第三端_電力_單元。第四驅動元件依= 谓測信號的電壓準位決定是否鼓缝 動元件的增益值為1，且第三驅動元件的增益值大 驅動元件的增益值。 、本w 在本發明之-實施例中，上述之第—閃鎖模組及第二 9 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.d〇c/n 閃鎖模組皆為閃鎖，且此問鎖為〇型閃鎖 晶體分別為PMOS與Ν_電晶體，第—=以， 及第四驅動元件皆為反及問，以及第―、第二 器皆為斯密_發器(SehmittMgger)。-及弟二觸發 本發明亦提出一種振盪器的振盪 石英晶體的振盪器，以產生時脈信號，此方=動具有 Ϊ二首:二大石英晶體輸出的振盪信號作為^脈;SI步
絲餘號是錢批料體的振盪 二結果控似缝驗號的增益值。 在本發月之—實施例中，上述之依 缓衝單元的增益值的步驟包括：若振盪信號 二m所述增益值;以及，練盡信號的振幅未大 於預设值，則不改變所述增益值。 在本發明之-實施例中’振盡器的振盡方法更包括下 列步驟.m统電壓，並判斷系統電壓是否穩定，若系
^壓未敎，則微大缝信號；以及，若系統電壓^ 穩疋’則放大振盪信號。 在本發明之一實施例中，上述之振懿件包括振堡信 號的振幅大於預設值。 士本發明之振堡益及其驅動電路與振重方法，透過偵測 B夺脈信號或縫信號來確認石英晶體是否已穩定的振盧， 在振盪穩定後，則降低時脈信號放大的增益值，以避免石 奂as體產生的雜訊被過度放大。藉此，可以避免時脈信號 載入不同頻段的雜訊’以提高時脈信號頻率的穩定度: 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉貝她例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 ▲為了避免振盪5使用品質不良的石英晶體而影響到時 ，號的’及波形，於是提出振盪器及其驅動電路與振 盛方法’以降低放大振盪信號的增益值，來改善品質不良 =石英晶體所造成的影響。為了使本發明之内容更為明 瞭’以下特舉實關作為本發明確實能_以實施的範例。 圖2A為本發明一實施例之振盡器的系統方塊圖。請 二=圖2A，振盪器200包括石英晶體χ卜驅動電路21〇、 Cl、C2及電阻R卜驅動電路21()並聯石英晶體幻。 「奋C1耦接於石英晶體χι的一端及接地電壓之間。電容 2耦接於石英晶體χι的另—端及接地電壓之間。而電阻 1並聯緩衝單元211。驅動電路21〇包括緩衝單元2ιι及 工兀212。緩衝單元211並聯石英晶體χ1，用以放大 2 ί ^ X1輸出的振盪信號S°SC ’將放大後的信號輸出 …、％·脈信號SCLK。而電容C2會過濾振盈信號s〇sc的 並且電容α &電阻R1會利料魏特性來修正時 嬈SCLK的波形，以使時脈信號Sclk的波形更趨近於 if (Slnt。㈣，電阻R1會決定該控制信號的直流電麗 振’時脈信號^會經由石英晶體χι再轉換為 ϋ彳。唬Sosc’而轉換後的振盪信號s〇sc會再被缓衝單元 場放大以作為時脈信號ScLK，藉此讓振盪器200產生振
~ittL 11 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 控制單兀212相接緩衝單元211，並產生控制传 、盛^呂哪疋否達到石英晶體幻的振盈條件決定和 二的電鲜位。緩衝單元211則依據控制信ΐ ϋ ㈣狀大的增益值。此録條件例如 為振盧W SGse的振幅大於預設值，或時脈信號υ 振幅大於預設值，而此預設值可以設定為足明使控制單 元211切換控制Sc〇l電壓準位時的振幅，並且此預設 值可以經由本領域通常知識者的設計而有所不同。 舉例來說，當振盪器2〇〇剛接收到電源時，振盪信號 S〇% 2振幅會約為零，並且由於缓衝單元211會反相i二 振盛信號Sosc的振幅’使得振盈器2〇〇會開始起振，而振 ^言號SGSC:的振幅亦會逐漸增加。而為了使振盡器細能 ，快速起振，在起振階段緩衝單元211會使用較大的增 益，在此假設緩衝單元211最大的增益值為1〇，而此最大 的增益值可依據使用者所需而純更動。在振i信號S〇sc 的振巾田未達到預⑤值時，代表振I器·尚未穩定的振 盡此時振盛器200仍需較大的增益來加速石英晶體幻 ，振’則控制單元212會輸出具有邏輯高電壓準位(例如為 系統電壓vcc)的控制信號Sc〇L。當緩衝單元211接收到 八^邏輯向電壓準位的控制信號心沉時，代表振盪器200 仍需較大的增益，所以緩衝單元211會調整其增益值為1〇。 在起振一段時間後，振盪信號s〇sc的振幅會大於預設 值，就代表石英晶體XI的振盪己穩定。此時振盪器2⑻ 12 PSPD-20〇8-〇〇i9 28663twf.d〇c/n 邏輯低電壓準位(例如^接^控制早兀212會輸出具有 衝單元2U接收到且t = 制信號Sc〇L。當緩
時，代表振堡哭200不^ 壓準位的控制信號Sc〇L 會將其增錄會調低(=^的^ ’所以麟單元211 “曰 1巧低(例如增益值為1)，以供振盪器2〇〇 =晶 — ^ 斤產生不同頻段的雜訊，以避免時脈信 號SCLK载入上述的雜訊。 …一 ^外要'主思的是，上述之實施方式雖然是假設緩衝 :兀11在振盈器200剛起振時的增益值為10,而在振盛 器200穩定振賴，缓衝單元211的增益值為1，但是上 述的例子僅d實施方式^任何本領域具有通常知識者 可以，據本發明之精神設計緩衝單元211在減器200剛 起振=的增益值與緩衝單元211在振盪器2〇〇穩定振盪後 的增益值。此外’上述之實施方式雖然是假設當緩衝單元 211接收到具有邏輯高電壓準位的控制信號心况時，代表 振盪器200仍需較大的增益，但是上述的例子僅是一種實 施方式。任何本領域具有通常知識者可以根據本發明之精 神設計控制信號SCOL的信號意義。 在此可再舉一實施例，以使本領域通常知識者更能理 解上述實施例的實施方式。圖2B為圖2八實施例之振盪器 電路圖。請參照圖2A與圖2B，在本實施例中，緩衝單元 211包括第一驅動元件211a及第二驅動元件2Ub，在此驅 動元件以反及閘為例以說明，但熟知該項技藝者，亦可以 13 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n
一或閘（輸入端皆接上反閘）或其他等效於反及閘的邏輯電 路等來代替。在此為了方便解說，第二反及閘皿的增益 值設定為1，並且第-反及閘21^的增益值會大於第二反 及閘211b的增益值，在此第二反及閘21比的增益值設定 為忉，其中反及閘211a及211b的增益值可依設計時的需 求加以更動。控制單元212包括第一閃鎖模組212a及偵測 模組212d。而偵測模組212d包括第一觸發器2l2b、第二 觸發益！12e、第—電晶體]vn、第二電晶體M2及電阻似。 其中，第一問鎖模組212a以D型閃鎖為例以說明，第— 電晶體Ml及第二電晶體M2例如分別為pM〇s盘nm〇s ^晶體，第一觸發器皿及第二觸發器⑽例如為斯密 特觸發器（Schmitt trigger)。 j-觸發器212b具有第-端及第二端，其第一端搞接 英日日體XI ’其弟一端麵接閂鎖212a的觸發端CK。電 阻R2的第一端耦接系統電壓vcc，其第二端耦接第一電
=Ml的源極端。第一電晶體M1的没極端輕接第二觸 發=2Uc的第一端其閘極端耦接第一觸發褰21沘的第 二端。第二電晶體的汲極端耦接第二觸發器212C的第一 端丄其源極端耦接接地電壓，閘極端耦接第一觸發器 的第二端。 門鎖212a具有輸入端d、反相輸出端泛、觸發端CK 及重置端RS，其輸入端D耦接系統電壓vcc，其觸發端 CK麵山接第—觸發器212b的第二端以接收觸發信號Stri， 重置端RS耦接第二觸發器212c的第二端以接收重置信號 14 PSPD-20〇8-〇〇i9 28663twf.doc/n
PSPD-20〇8-〇〇i9 28663twf.doc/n S 笛一 ^反及間21U具有第-端、第二端及輸出端，其 齡閃鎖212a的反相輸出端㈣接收控制信 ϋΓ，其第二端及輪出端並接石英晶體X卜第二 IUb具有第—端、第二端及輸出端，其第—端輕接 …闰VCC其第二端及輸出端並聯耦接石英晶體XI。 作“ 2ci圖ί之系統電壓vcc、觸發信號s™、重置 二了、控制域SCQL、振餘號S⑽及時脈信號SCLK 、/圖。凊，照圖2B及圖2C ’振盤器謂在系統電壓 開始升θ時’其内部元件同樣會對應 的電壓準位而產生電壓，而觸發器則會 預=輸出邏輯低電壓準位。在系統電壓vcc上升至穩定 之代表振盪态内的元件已開始正常運作。此時，因觸 發器2l2c預設輸出邏輯低電壓準位(亦即重置信號&)， 使得問鎖212a為重置狀態，亦即問鎖心的輸出端q會 輸出邏輯低電辟位，_仙的反相輸出奶會輸出邏 輯向電壓準位（亦即控制信號Sc〇l)。 在緩衝單兀2U中，此時的反及閘211a的第一端會接 收到具有邏輯高電鮮位控制信號w，使得反及閘2Ua 會反相其第二端接收到的難信號SQSe。因反及開 211b的第一端耦接系統電壓VCC(視同接收邏輯高電壓準 位）’故反及閘211b會反相放大其第二端接收到的振盡信 號s0SC。此時緩衝單元211中的反及閘211&及2〗ib皆會 反相放大振盪信號Sosc，使緩衝單元211放大的增益值會 為反及閘21U及反及閘211b增益值的總和（亦即增益值為 15 1362824 \ PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 11)。藉由放大振雜號Sqsgu加速石英晶體幻的起振。 再接著往下看，雖然緩衝單元211放大的增益值為 11 ’但由於-開始之振蘆信號8咖的振幅幾乎為零，所以 -開始之減錢sGSG及時脈_ Sglk_幅較小。在 經由石英晶體XI多次諧振及緩衝翠元211多次放大後， 振幅會逐紐放大。在紐錢Sqsg_的娜放大到盆 波峰及波谷的電壓準位足以驅使觸發器212b改變其輸/出 的電壓準位時，振篕信號w會使得觸發器腿產生波 f為狹窄的方波狀或脈波狀的觸發信號Stri，其中此時振 盪信號s0SC的振幅的足以驅使觸發器212b改變其輸出觸 發信號sTRI的電壓準位時，同時間接地使觸發器2i2c切換 其輸出重置信號sRS的電壓準位，表示此時的時脈信號 ScLK或振盪信號Sosc達到石英晶體XI的振盪條件。 再看到圖2B以及圖2C的觸發信號Stri及重置信號 SRS，在觸發信號Stri的準位於邏輯高電壓準位印時，因 =體Ml為邏輯低電壓準位導通，而電晶體奶1為邏輯 南電壓準位導通，所以此時電晶體M2會導通，使得接地 =傳送到觸發器212c。因觸發器212c預設輪出邏輯低 ^準位’所以在接_接地電壓之前重置信號SRS的電 鲜位為㈣低電壓準位。在接㈣接地電鱗，會驅使 觸發器212c會切換重置信號SRS的電壓準位為邏輯^電壓 準位，其波形如圖2C中的重置信號Srs所示，另外，在圖 2C中，重置信號SRS由邏輯低電壓準位變成邏輯高電壓準 位之時間延遲的產生，乃是由於電晶體M2於電晶體M1 16 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf doc/n 導通b會進充電，於觸發信號Stri切換其電壓準位後， ®日日體Ml會王現不導通而電晶體會導通以進行放 電等到电晶體M2與Ml連接端之電壓準位經放電以降 低到足以驅細發& 212e切換其輸出重置信號&的電壓 f位時(例如為接地電遷），方才使得控制信號SCOL的電 壓準位切換為邏輯低電壓準位。 ,接著，再看到觸發信號STRI，於上述邏輯高電壓準位 後的邏輯低電壓準位Ll。此時，電晶體奶為會因為邏輯 ，電壓準位而導通，使得祕電壓vcc會經由電阻幻傳 送到，發器212e，但由於電阻R2產生了壓降，讓傳送到 巧，器212c的電壓準位不足以驅使觸發器21兀切換重置 信號sRS的電壓準位。在觸發信號Stri的邏輯高電壓準位 讓重置信號SRS的電壓準位切換至邏輯高電壓準位後，觸 毛L號STRI的邏輯南電麼準位便無法再改變重置信號Sm 壓準位’使得重置信號Srs的電壓準位會被保持於邏 輯rfj電壓準位。 請再看到圖2B以及圖2C的觸發信號Stri及重置信號 Srs ’觸發信號sTRI的脈波波形會一直傳送到閂鎖2ua， 以觸發閂鎖212a將其輸入端D接收的系統電壓vcc會傳 ^到其輸出端Q。而在重置信號SRS的電壓準位切換到邏 輯向電壓準位之如，由於重置彳g號SRs處於邏輯低電壓準 位，讓閂鎖212a處於重置狀態，使得閂鎖212a的輸出端 Q會輪出邏輯低電壓準位，其反相輸出端泛會輸出邏輯高 電壓準位。在重置信號Srs的電壓準位切換到邏輯高電壓 17 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 準位時，若觸發信號8加觸發閃鎖212a，則閃鎖212a會 將其輸入端D接收的系統電壓vcc會傳送到輸出端Q， 使閃鎖ma的輸出端Q輸出系統電壓vcc(可視為邏輯高 電鮮位），而閃鎖212a的反相輸出抑會輸出邏輯低電 壓準位（亦即控制信號SCOIJ 〇 而具有邏輯低電壓準位的控制信號Sc〇l傳送到反及 閘211a的第一端時，會使得反及閘2na的輸出端會呈現 浮接狀態(floating)，亦即反及閘2Ua與時脈信號Sclk呈 現斷開’使得反及閘211a無法再反相放大振i信號。 以致於此時缓衝單元只剩反及閘211在運作，而緩衝單元 ^增益值會變成卜藉此，可避免因㈣過度放大或因石 英晶體品質不良所產生的雜訊，以避免時脈信號^因載 入上述的雜訊而使影響其頻率及波形。 在另外的一些實施例中，振盪器2〇〇的緩衝單元 亦可於起振時只利用反及閘211a來反相放大振盪信號 sosc’而在振盪穩定後才切換為利用反及閘2llb來反相玫 大振藍信號Sosc。當然’在這些另外的實施例中同樣可依 據振盪的穩定與否來決定控制緩衝單元211的增益值。 另外，由於在系統電壓VCC未穩定之前，其電路的 ，作相對也會不穩定，若電路設計不良的話，會使得振盪 时產生不良的景> 響，故在實施例中可加入電力偵測單元， 以控制緩衝單元在祕電壓VCC穩定之後才開始運作。 ，3A為本發明另一實施例之振盪器的系統方塊圖。請表 照圖2A及圖3A，其最大的不同在於振盪器3〇〇中的電力 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 偵測單元313，而緩衝單元311及控制單元312與振盪器 2〇〇中的緩衝單元211及控制單元212運作方式類似，: 在此與振盪器200相似的運作方式在此則不再贅述。 〇電力偵測單元313 _緩衝單元3U，以輸出偵測信 號SDT至緩衝單元311，並且依據系統電壓vcc穩定與否 ，決定偵測信號SDT的電壓準位，藉趨制緩衝單元^ 是否放大錄信號sGSe，其巾可依據系統電壓vc ϊΐΓίΐ來判斷系統電壓vcc是否穩定。舉例來說， 2統電壓Vcc未穩定時，電力制單元31 電壓準位的偵測信號SDT至缓衝單元311。此:夺 S後二丨11在接收，有邏輯低電壓準位_測信號 己1塞定時細f號w。反之’ m電壓vcc 的;測:號會傳送具有邏輯高電壓準位 收到誠早⑴此時緩衝單元扣在接 電壓準位的彳貞測信號SDT後，貞U會放大振# 觀，可避免錄器在純電壓 日守運作’以加速振盪器300起振的速度。 不知疋 施方·地解說_300的實 圖3A及圖3Β Λΐ 3施例之振盈器的電路圖。請參照 動元件㈣中，緩衝單元3u包括第三驅 pe ^ .. 弟四驅動元件31 lb，在此驅動元件以苻；5 中控第制單=第二_模心 明，第三觸_ ^組312&以D型_為例以說 益312b例如為斯密特反相觸發器。而電力偵 19 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 測單元的實施方式眾多’例如以斯密特觸發器實現，或其 他本領域具有通常知識者所周知的實施方式。在此為了方 便解說，反及閘311b的增益值例如為1，並且及閘3ua 的增益值會大於反及閘311b的增益值，故在此反及閘3i la 的增益值以10為例。 閂鎖312a的輸入端D輕接系統電壓VCC，其觸發端 CK輕接觸發器312b以接收觸發信號sTRI，其重置端rs
麵接電力偵測單元313以接收偵測信號sDT，其反相輸出 端β耦接反及閘311a以輸出控制信號心沉至反及閘 311a。312b觸發器的第一端耦接石英晶體χι以接收振盪 信號Sosc’其第二端耦接閂鎖312a的觸發端CK以提供觸 Ίχ k號STRI。反及閘311a具有第一端、第二端、第三端及 輸出端，其第一端耦接閂鎖312a的反相輸出端泛以接收控 制仏號SCOL，其第—端耗接電力價測單元31]以接收偵測 信號SDT，其第三端及輪出端並聯耦接石英晶體又卜第二
反及閘311b具有第-端、第二端、第三端及輸出端，其第 —端耦接系統電壓vcc，其第二端耦接電力偵娜單元313 以接收制㈣SDT，其第三端及輸出端並聯減石英晶 體 XI。 、 圖3C為圖3B之系統電塵vcc、债測信號&、控制 ，號SC0L、振盈信|虎s〇sc及時脈信?虎、的波形圖。請 乡照圖3B及圖3C ’在本實施例中’電力價測單元313會 ，測系統電壓VCC是否已穩定，若系統電壓ν(χ未^ 疋’則偵測信號SDT#電壓準位會為邏輯低電壓準位。此 20 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 具有邏輯低電壓準位的偵測信號Sdt會致使閂鎖312a重 置’以使閂鎖312a的反相輸出端泛輸出的控制信號 會為邏輯高電壓準位。相同地，反及閘311&及3Ub亦會 接收到具有邏輯低電壓準位的偵測信號Sdt，會使反及閘 311a及311b的輸出端會呈現浮接狀態，以致反及閘 及311b無法反相放大振盪信號s〇s(^如圖3C所示波形， ，以在系統電壓vcc上升時候，控制信號Sc〇l、振盪信 號sosc及時脈信號ScLK的電壓準位會對應當時的系統電 壓VCC的電壓準位。 抑再往下看，在系統電壓VCC呈現穩定之時，電力偵 測單元313會輸出電壓準位為邏輯高電壓準位的偵測信號 SfT。此時，閂鎖312a雖不為重置狀態，但因此時的振盪 信號sosc亦無法驅使驅動器312b切換觸發信號的電 壓準位’亦即閂鎖312a的輸入端D所接收的系統電壓vcc 不會傳送至輸出端Q，以至閂鎖312a的反相輸出端^會維 持原本輸出的邏輯高電壓準位作為控制信號Sc〇l的^壓 準位。而反及閘311a及311b在接收到具有邏輯高電壓準 位的偵測栺號SDT時，3iib會開始反相放大振盪信號 sosc。接著若具有邏輯高電壓準位的控制信號Sc〇l傳送到 反及閘311a，反及閘311a會開始反相放大振盪信號s〇sc。 至此緩衝單元311會開始放大振盪信號g〇sc以讓振盪琴 300開始起振，而此時緩衝單元311的增益值會等於反及 閉31 la及31 lb增益值的總和（亦即增益值為〗〇。 再看到圖3C，當振盪器300開始起振時，振盪信說 21 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n
Sosc及時脈錄sGLK-樣會由無財，並 變大，以至趨近全波幅。請看到圖3b，當振盡 的振幅大到可以驅使觸發！I 312b切換 A : 壓準位時，信號STRI的賴準位會由邏輯低電== =換到邏輯③電壓準位，並且此切換的動作會觸發閃鎖 a以將系統電虔VCC(視同邏輯高電壓雜)傳 出端Q’而閃鎖31M的反相輪出端泛會輪出邏輯低電^ 位作為控制雜Sc〇L的電麗準位。當反及閘3iu的第— 端接收到具㈣輯低電壓準位的控制信號8咖時，會使反 及閘311a的輸出端呈現浮接狀態，以至於反及閘3山無 法再反相放大振盪信號sosc。此時緩衝單元311只剩反及 開3iib在運作’亦即緩衝單元3n的增益值變成卜 而上述實施例的可以應用以整合至晶片中。圖4為本 發明一實施例之應用示意圖。請參照圖4，圖4為晶片400 的區塊圖，而上述諸實施例的缓衝單元、控制單元及電阻， 甚至是電力偵測單:¾皆可整合為區塊彻，而接腳Xin及 Xout耦接石英晶體的兩端，及各自耦接電容α &C2，而 振盡器所產生的時脈#號SCLK會提供至晶片4⑼的實體層 (PHY)區塊，以使晶片可正常運作。 日 從另一觀點來看，上述諸實施例可匯整為振盪方法， 下述則再提出一些實施例，以說明本發明實施例的振盪方 法。圖5為本發明一實施例的振盪方法流程圖。請參照圖 5，本實施例的振盪方法可應用於圖2A的振盪器。首先， 在步驟S5G1巾’會先放大石英晶體輸㈣振盪信號，以 22 丄北2824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 作，時脈錢，㈣振s信號放大的增值為高增益值(例如 增f值為1〇)。接著’步驟S502會债測時脈信號或振盪信 號疋否達到石英曰曰體的振靈條件。最後，在步驟中， 會依據步驟S%2的彳貞聰果來控職大縫信號益 值。 牛例末《兑若時脈k號及振盡信號皆未達到石英晶體 的振盈條件時’财變動振盪錢放大的增祕(亦即增益 值為10),反之，10^脈信號或振盡信號已達石英晶體的 振盈條件時，騎低振錄餘大的增益值(例如增益值為 1)。因此’在石英晶體在振題定之前，會使用高增益值 放大振餘號’以加速;5英晶體的起振。在^英晶體振堡 C疋之後會使用低增盈值放大振盛信號，以避免因信號 過度或因石英晶體品質不良所產生的雜訊。而上述之使用 巧增，放大㈣錢的行為在石英晶體穩定振紐仍是持 績進行的’而此持續進行放大振盪信號的行為如同圖2C 之振盪信號Sosc穩定振盪的波形。 進一步來說，可再提一實施例的振盪方法來詳細說明 圖5實施_-種實際操作方式，且此健方法可應用於 圖2B的實施例。圖6為本發明另一實施例之振^法流 程圖。請參照® 6 ’在本實施巾’同樣地先會執行步驟 S601，以放大石英晶體輸出的振盪信號作為時脈信號而 振盪信號放大的增益值例如為1〇，並且放大振 為仍是持、魏行的。接著，轉讓2會_振^號的 振幅。接著步驟S603會判斷振盪信號的振幅是否大於預 23 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 設值’此預设值例如為時脈信號SCLK於全擺幅波形振幅的 二分之一，但此預設值可以隨不同的需要而做調整。若步 驟S603的判斷結果為「否」，亦即此時振盪信號的振幅 未大於預設值’則再回到步驟S602，以持續偵測振盪信號 的振幅。當振盪信號的振幅大於預設值時，則步驟S6〇3 的判斷結果為「是」’接著會執行步驟S604,以降低放大 振盪信號的增益值，例如將增益值降為1。 以圖5實施例而言，其另外的實施方式亦可偵測時脈 信號的振幅或同時偵測時脈信號與振盪信號，透過偵測時 脈信號或振盪信號的方式，來確認石英晶體是否已移定的 振盪’以依據振盪的穩定與否來控制放大振盪信號的增益 值0 另外，依據振盪器300，可再提出一個能偵測系統電 壓的實施例。圖7為本發明又一實施例之振盪方法流程 圖。請參照圖7，在本實施例中，首先步驟S7〇1會偵測系 統電壓’接著步驟S702會判斷系統電壓是否穩定。若系 統電壓未穩定時’步驟S702的判斷結果會為「否」，接 著執行步驟S703，以使振盪信號不被放大。然後再回到步 称S701 ’以持續偵測系統電壓。在系統電壓未穩定之前’ 此方法會持續執行步驟S701〜S703。當系統電壓穩定時， 此時步驟S702的判斷結果會為「是」，接著會執行步驟 S7〇4，以放大振盪信號，在此，放大振盪信號的增益值例 為1〇並且在此之後，放大振盛信號的行為會持續進 24 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 行。接著，步驟S705會偵測振盪信號的振幅。然後，步 驟S706會判斷振盡信號的振幅是否大於預設值此預設 值例如為時脈信號於全擺幅波形振幅的二分之一。若步驟 S706的判斷結果為「否」’亦即此時振號的振幅未大 於預設值，則再回到步驟S705，以持續偵測振盪信泸的| 幅。當振盪信號的振幅大於預設值時，則步驟86〇3"的判 斷結果會為「是」，接著會執行步驟S707,以降低放大控 制振盪信號的增益值’例如將增益值降為1。此外，值得 說明的是此方法可以一勤體或硬體來實施。 矣不上所述，本發明之振盡器及其驅動電路與振盪方 法，會先偵測系統電壓是否穩定，來決定是否放大振盪信 5虎，在系統電壓穩定後，才放大振盪信號以加速石英晶體 ，振。接著透過偵測時脈信號或振盪信號來確認石英晶體 疋否已穩定的振盪，在振盪穩定後，則降低放大振盪信號 的增益值，以避免石英晶體產生的雜訊被過度放大。藉此， 可加速石英晶體起振的速度，並且可避免放大石英晶體的 雜訊被過度地放大，而使時脈信號不會被載入不同頻段的 雜訊’以提高時脈信號頻率的穩定度。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此 本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為 準〇 25 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 【圖式簡單說明】 圖1為傳統振盪器的電路圖。 圖2A為本發明一實施例之振盪器的系統方塊圖。 圖2B為圖2A實施例之振盪器電路圖。 圖2C為圖2B之系統電壓、觸發信號、重置信號、控 制信號、振盪信號及時脈信號的波形圖。 圖3A為本發明另一實施例之振盪器的系統方塊圖。 圖3B為圖3A實施例之振盪器的電路圖。 圖3C為圖3B之系統電壓、偵測信號、控制信號、振 盪信號及時脈信號的波形圖。 圖4為本發明一實施例之應用示意圖。 圖5為本發明一實施例的振盪方法流程圖。 圖6為本發明另一實施例之振盪方法流程圖。 圖7為本發明又一實施例之振盪方法流程圖。 【主要元件符號說明】 100、 200、300 :振盪器 101、 XI :石英晶體 102 :反相器 210、 310 :驅動電路 211、 311 :緩衝單元 211a、211b、311a、311b :反及閘 212、 312 :控制單元 212a、312a :閂鎖 26 1362824 PSPD-2008-0019 28663twf.doc/n 212b、212c、312b :觸發器 313 :電力偵測單元 400 .晶片 410 :區塊 420 :實體層區塊 C、C卜C2 :電容 R、Rl、R2 :電阻 VCC:系統電壓
Ml、M2 :電晶體
Strj :觸發信號 SRS :重置信號
Sc〇L ·控制信號 S〇sc :振盡信號 S〇LK ··時脈信號
Sdt :偵測信號 S501〜S503、S601-S604、S701 〜S707 :步驟流程
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Claims (1)
1362824 100-12-21 ’印年I厶月y曰修正本 十、申請專利範圍： 1.-種驅動電路，適於並_接―石英晶體，以產生 一時脈信號，包括： 一緩衝單元’與該;5英晶體並聯，肋放大該石英晶 體輸出的一振盪信號作為該時脈信號；以及 …ΓΪ制單元’祕魏衝單元，並產生―控制信號至 該，衝單元’該控鮮元透時脈錢或該振盈信 號疋否達舰;5英㈣的-振盪條件以控_緩衝單元的 1益值，其巾該控輸號的㈣準位是依據觸發信號及重置 信號的電鮮絲蚁，纖解元的增奴轉馳制信號 的電壓準位來控舰且該觀條件包括該振餘號的振幅 大於一第一預設值。 2.如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該控 制單元包括： 八0乂工 山第Θ鎖模組，具有一輪入端、一輪出端、一觸發 ^及-重置端，其中該輸人端祕—系統電壓，該觸發端 接收一觸發信號，該重置端接收一重置信號，1中該第一 閃鎖模組同時依據該觸發信號及該重置信號的^壓以位而 決定該控制信號的電壓準位，並於該輪出端輸出該控制作 一偵測模組，具有一輸入端、一第—輸出端及一第二 ^出端’錄人端接收該㈣信號，該第―輪出端祕該 弟一閂鎖模組的觸發端，該第二輸出端耦接該第一閂鎖模 組的重置端，用以依據該振盪信號決定該觸發信號及該重 28 丄 JUZOZq· 100-12-21 置信號的電壓準位。 -門=1專利範圍第2項所述之驅動電路， 闩鎖模組為一閃鎖。 其中該第 鎖為4-=f鎮利範圍第3項所述之駆動 電路，其中該閂 測模鄕圍f 2項所软驅動電路， 其中該偵 二第二觸發11 ’具有-第-端及-第二端， 該第一端 耦接該石英晶體’該第 端，若該錄信號的㈣接該第4鎖模_觸發 信號的電壓準位:b；該預設值時’則切換該觸發 一第二觸發器，具有一第一端 耦接該第一閂鎖模組的重置端； 電阻，其第一端轉接該系統電壓； 極端晶=r難阻的第二端，魏 發器的第二4一端’其閘峨接該第-觸 二第二電晶體’其沒極端麵接該第二觸發 h，其源極端輕接_接地H a , 器的第二端； 電壓，其閘極端輕接該第一觸發 之一=在時間中’該第—及該第二電晶體僅有其中 二觸二在該第二觸發11接收該接地電壓時，該第 觸發h切換该重置信號的電壓準位。 6·如申請專利範圍第5項所述之驅動電路，其中該第 一第二端，該第 端 29 100-12-21 一及該第二電晶體分別為一 PM〇S與NMOS電晶體。 7.如申請專利範圍第5項所述之驅動電路’其中該第 一及該第二觸發器皆為一斯密特觸發器（Schmitttrigger)。 ,8.如申請專利範圍第2項所述之驅動電路’其中該緩 ，單元在接收該控制信號後，會以一較低於接收該控制信 說前之增益運作。 9. 如申請專利範圍第8項所述之驅動電路，其中該緩 衝單元包括： 複數個驅動元件，其中該些驅動元件皆用以放大該振 號’且在該緩衝單元接收到該控制信號後，部份的該 些驅動元件會與該石英晶體斷開。 10. 如申請專利範圍第9項所述之驅動電路，其中該些 驅動元件皆為一反及閘。 — U•如申請專利範圍第8項所述之驅動電路，其中該緩 衝單元包括： 準 山一第一驅動元件，具有一第一端、一第二端及一輪出 ^該第厂_接該第1鎖模組的輸出端，該第二端轉 接以石4晶體’若該控制信_電鮮位為-預設電壓 位，則放大該振盪信號；以及 〔第二驅動元件，具有一第一端、一第二端及 轉，料二軸接該石英晶體 用以放大°亥振蓋信號； 驅動元件的增益值大於該第二驅動元件 其中，該第一 的增益值。 30 100-12-21 12’如申凊專利範圍第11項所述之驅動電路，其中該 預設電壓準位為邏輯高電壓準位。 々H如申凊專利範圍第11項所述之驅動電路，其中該 第一及該第二驅動元件皆為一反及閘。 14’如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，更包括： 一電力偵測單元’耦接該緩衝單元，並輸出一偵測信 ，至該緩解元，其巾該電力_單元是依據該系統電壓 =否達到一預設值以透過該偵測信號指示該緩衝單元是否 放大該振盪信號。 I5.如申請專利範圍第14項所述之驅動電路，其中該 控制單元包括： ;以及 山一第二閃鎖模組，其輸入端耦接一系統電壓，其觸發 =巧收一觸發信號，其重置端耦接該電力偵測單元，其輸 出該控制信號’其中該第二閂鎖模組同時依據該觸 X栺號及該偵測信號的電壓準位決定該控制信號的電壓準 位，於其輸出端輸出該控制信號 「第三觸發器，其第一端耦接該石英晶體，其第二端 接該第二閂鎖模組的觸發端，根據該振盪信號產生該觸 發信號。 16·如申請專利範圍第15項所述之驅動電路其中該 第二閂鎖模紕為一閃鎖。 17.如申凊專利範圍第16項所述之驅動電路，其中該 閂鎖為一D型閂鎖。 ^ I8·如申凊專利範圍第15項所述之驅動電路，其中該 31 ^UZrOZ^f 100-12-21 第一觸發器為一斯密特反相觸發器。 緩衝專鄕㈣15销叙軸魏，其令該 端及:牛，具有一第一端、-第二端、-第三 端，^端’其中該第一端輕接該第二問鎖模組的輸出 單-,—端_接該石英晶體’該第三_接該電力侧 轳第三驅動元件同時依據該控制信號及該偵測信 儿的^準位財是做大該振盪信號；以及 山二第四驅動元件’具有一第一端、一第二端、一第三 輪出端’其中該第一端輕接該系統電壓，該第二端 麵接該石英晶體’該第三端福接該電力偵測單元，而該第 Ξ ϋ元件依據該偵測信號的電壓準位決定是否放大該振 其中’該第三驅動元件的增益值大於該第四驅動元 的增益值。 一 20.如申請專利範圍第19項所述之驅動電路其中該 第三及第四驅動元件皆為一反及閘。 抑21.如申請專利範圍第〗項所述之驅動電路，其中該控 制單元藉由該控制信號的電壓準位控制該緩衝單元的増益 值。 22‘一種振盪器，包括： 一石英晶體； 一驅動電路，並聯耦接該石英晶體，以產生一時脈 號，包括： ° 32 1362824 100-12-21 英晶體放大該石 元二! ΐΐ石英晶體的一㈣條件以控制該緩衝單 重置信軸齡 ===r_條件包括該振== 制單==料利朗第22摘敎振b，其中該控 -第-問鎖模組，具有—輸人端、— =及-重置端，其中該輸人端減—系統電壓，^ 接收一觸發信號，該重置端接收-重置信#， 閂鎖模組同時依據該觸發信號及該重置^带U 一 2=制信號的電壓準位’並於該輪二輸出=: -偵賴組’具有-輸人端、1—輪出端及 ，出端，該輸人端接收該振触號，該第 ; 模τ發端，該第二輸出端轉接該== ==依據該振盪信號決定該觸發信號= -閃㈣23摘私振”，其中該第 33 U冬〇厶叶 100-12-21 盪器， 其中該閂 其中該偵 鎖為一D型閂鎖。 &如申請專鄕_ 24項所述之振盈器， 絚包括·· 一第一觸發器 耦接該石英晶體 25.如申請專利範圍第24項所述之振 端 ，具有一第一端及一第二端，該第 端了：：央晶體，該第二端耦接該第一閂鎖模組的觸‘ 信號的=號的振幅大於該預設值時’則切換該觸發 ―，二觸發器，具有一第一端及一第二端，該第二 接該第一閂鎖模組的重置端； 一電阻’其第一端耦接該系統電壓； —第一電晶體’其源極端耦接該電阻的第二端，发 極端耦接該第二觸發器的第一端，其閘極端耦接該第二鎞 發器的第二端；以及 觸 一第二電晶體，其汲極端搞接該第二觸發器的第一 端，其源極端耦接一接地電壓，其閘極端耦接該 器的第二端； 發 其中在同一時間中，該第一及該第二電晶體僅有其中 之一導通，並且在該第二觸發器接收該接地電壓時，該第’ 二觸發器切換該重置信號的電壓準位。 27. 如申請專利範圍第26·項所述之:振-盪-器、其中該 預設電壓準位為邏輯高電壓準位。 28. 如申請專利範圍第26項所述之振盪器，其中該第 一及該弟一電晶體分別為一 PMOS與NMQS電晶體。. 34 . 100-12-21 〜四^如申請專利範圍第26項所述之振盪器，$中該第 亥弟一觸發器皆為一斯密特觸發器(Schmitt trigger)。 30. 如申請專利範圍第乃項所述之振盪器’其中該緩 -單凡在接收該控制信號後，會以一較低於接收該控制信 琥前之增益運作。 31. 如申請專利範圍第3〇項所述之振盪器，其中該 衝單元包括： 複數個驅動元件’其中該些驅動元件皆用以放大該振 盪信號； 其中’部份的該些驅動元件在接收到該控制信號後， 會與該石英晶體斷開。 32. 如申請專利範圍第31項所述之振盪器，其中該些 驅動元件皆為一反及閘。 33. 如申請專利範圍第；項所述之振盪器，其中該緩 衝單元包括： 一第一驅動元件，具有一第一端、一第二端及一輸出 端，該第一端耦接該第一閂鎖模組的輸出端，該第二端耦 接該石英晶體，若該控制信號的電壓準位為—預設電壓準 位’則放大該振盪信號；以及 一第一驅動元件，具有一第一端、一第二端及一輸出 端，該第一端耗接該系統電壓，該第二端輕接該石英晶體， 用以放大該振盪信號； 、 其中，該第一驅動元件的增益值大於該第二驅動元 的增益值。 35 100-12-21 一 34^如申請專利範圍第33項所述之振盪器，其中該第 及該第二驅動元件皆為一反及閘。 =·如申請專利範圍第22項所述之振盪器，更包括： ㈣J力，測單元，搞接該緩衝單元，並輸出一偵測信 =緩衝單元，其中，該電力侧單元是依據該系統電 達到一預設值以透過該偵測信號指示該緩衝單元是 否放大該振盪信號。 制單3^^請專利範圍》35項所述之振|器，其中該控 一第二閂鎖模組，其輸入端耦接一系統電壓，其觸發 出迪觸發信號’其重置端祕該電力_單元，其輸 發=3該控制錢，其中該第二_模_時依據該觸 7 k及該偵測信號的電壓準位決定該控制信號的電壓準 於其輸出端輪出該控制信號；以及 _ 發器，其第—端祕該^晶體，其第二端 發信ίΐ 销模組的觸發端，根據該缝錄產生該觸 -門H中，利範圍第36項所述之振1器，其中該第 —闩鎖槟組為一閂鎖。 不 38.如申請專利範圍第37項所述之振盪器，其中 頌為一 D型閂鎖。 :奴39·如巾凊專利範圍第36柄述之織器，其中該笛 〜發器為-斯密特反相觸發器。 ^ 40.如申請專利範圍第36項所述之振盈器，其中該緩 36 1362824 100-12-21 衝單元包括 第二驅動元件，具有一第一端 端及-輸出端，其中“二遮二一第二端、一第三 端，兮笛-^其中該第&輕接該弟二閃鎖模組的輪出 單元了而^當Ϊ接該石英晶體’該第三端輕接該電力價測 號的，準位:===:=2=广·]信 * -第四驅動元件’具有一第一端、一第二端、一第三 5二S端’其中該第一端耦接該系統電壓，該第二端 晶體’該第三_接該電力偵測單元，而該第 轉崎該制信號的電鲜位蚊是倾大該振 的增ϋ。’該第三轉元件的增益值大於該細驅動元件 41. 如申請專利範圍第4〇項所述之振盈器，財該第 一及第四驅動元件皆為一反及閘。 42. 如申請補第22項所述之振㈣，其中該控 =早福由該控制信號的電壓準位控制該緩衝單元的增益 值。 43·-種振盪器的振盪方法，適於驅動具有一石英晶體 的一振蘯器，以產生一時脈作f卢，句括· =亥石英晶體輸出的；信號作為該時脈信號； 偵測該喊信號或該振堡信號是否達到該石英晶體的 一振盪條件以判斷一控制信號的電壓準位；以及、 依據該控制信號的電壓準位控制該放大振盪信號的一 37 1362824 100-12-21 增益，，其中該控制信號的電壓準位表示該時脈信號或該振盪 化號疋否達到該石英晶體的振盪條件，該控制信號的電壓^ 位是依據觸發信號及重置信號的電壓準位而決定，該緩衝單元 的增益是_馳齡號的賴雜來控继且^振爱 包括該振盪信號的振幅大於一第一預設值。 ” 钟如申請專利範㈣43項所述之振a器的振 =括其中依漏_結果控綱_單元的增益值的步驟 .若該振盪信號的振幅大於該預設值，則控制該增益 值’以及 I 若該振盪信號的振幅未大於該預設值，則不改變該婵 益值。 11 S 45·如申請專利範圍第44項所述之振盪器的振盪 法’更包括： 偵測一系統電壓 列斷該系統電壓是否穩定； f該系統電壓未穩定，則不放大該振盪信號；以及 若該系統電壓己穩定，則放大該振盪信號。 38
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