数控晶体振荡器快速启动电路的制作方法

1.本技术涉及电路技术领域，特别是涉及一种数控晶体振荡器快速启动电路。

背景技术：

2.soc(system-on-a-chip)芯片都需要稳定的参考时钟，一般由片外晶体(石英晶体谐振器)和片内dcxo(数控晶体振荡器)一起实现，然而大多数情况下，dcxo的启动过程为几个ms。在通信芯片中应用中，dcxo的启动时间是系统功耗的主要来源之一。目前普遍存在dcxo启动时间较长，系统功耗较大的问题。

技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种数控晶体振荡器快速启动电路，用于解决现有技术中存在的数控晶体振荡器启动时间较长，系统功耗较大等问题。
4.本技术实施例提供了一种数控晶体振荡器快速启动电路，包括：
5.频率选择控制电路，用于基于频率选择信号生成频率控制信号；
6.快速启动电路，与所述频率选择控制电路相连接，用于基于所述频率控制信号生成波形信号，所述波形信号的频率分量包括目标谐振频率；
7.数控晶体振荡器，所述数控晶体振荡器与所述快速启动电路相连接，用于在所述波形信号的作用下发生谐振，并在所述目标谐振频率上起振直至稳定振荡。
8.上述数控晶体振荡器快速启动电路中，通过设置频率选择控制电路及快速启动电路，快速启动电路生成的波形信号的频率分量包括目标谐振频率，即可以改善快速启动电路的q值，又可以为数控晶体振荡器提供较大的初始能量，使得数控晶体振荡器可以快速起振，从而缩短启动时间，降低系统功耗。
9.可选地，所述频率选择控制电路包括：
10.频率控制字信号生成模块，与所述频率选择信号相连接，用于生成频率控制字信号，所述频率控制字信号包括所需的多个谐振频率及与各谐振频率相对应的控制字；
11.电平转换电路，与所述频率控制字信号生成模块相连接，用于基于所述频率控制字信号生成所述频率控制信号。
12.可选地，所述频率选择控制电路还包括：
13.线性电阻控制电路，与所述频率控制字信号生成模块相连接；
14.低压差线性稳压器，与所述频率控制字信号生成模块相连接。
15.可选地，所述快速启动电路包括压控振荡器。
16.可选地，所述快速启动电路包括：
17.n级依次串接的处理模块，其中，n大于等于3；各所述处理模块均包括第一输入端、第二输入端、接地端及输出端；各所述处理模块的第一端均与所述频率选择控制电路相连接；第一级所述处理模块的第二输入端与第n级处理模块的输出端相连接，其他各级所述处理模块的第二输入端均与前一级处理模块的输出端相连接；各级所述处理模块的接地端均
接地；
18.差分缓冲器，所述差分缓冲器的输入端与第n级所述处理模块的输出端相连接，所述差分缓冲器的输出端与所述数控晶体振荡器相连接。
19.可选地，各级所述处理模块均包括：
20.反相器，包括控制端、输入端、接地端及输出端，所述反相器的输入端即为所述处理模块的第二输入端，所述反相器的输出端即为所述处理模块的输出端；
21.第一电压-电流转换模块，所述第一电压-电流转换模块的输入端与所述频率选择控制电路的输出端相连接，所述第一电压-电流转换模块的输出端与所述反相器的控制端相连接；
22.第一线性电阻，所述第一线性电阻的一端与所述频率选择控制电路的输出端相连接，另一端与所述反相器的控制端相连接；
23.第二电压-电流转换模块，所述第二电压-电流转换模块的输入端与所述反相器的接地端相连接，所述第二电压-电流转换模块的输出端接地；
24.第二线性电阻，所述第二线性电阻的一端与所述反相器的接地端相连接，另一端接地；
25.电容，所述电容的上极板与所述反相器的输出端相连接，所述电容的下极板接地。
26.可选地，所述快速启动电路包括第一输出端及第二输出端；所述数控晶体振荡器包括：
27.负阻器件，所述负阻器件包括相对的第一端及第二端，所述负阻器件的第一端与所述快速启动电路的第一端相连接，所述负阻器件的第二端与所述快速启动电路的第二端相连接；
28.石英晶体谐振器，所述石英晶体谐振器与所述负阻器件并联。
29.可选地，所述负阻器件包括：
30.可调反相器，所述可调反相器的输入端与所述快速启动电路的第一输出端相连接，所述可调反相器的输出端与所述快速启动电路的第二输出端相连接；
31.第一可调电阻，一端与所述快速启动电路的第一输出端相连接，另一端与所述快速启动电路的第二输出端相连接。
32.可选地，所述数控晶体振荡器还包括：
33.第一节点，所述第一节点与所述石英晶体谐振器的一端相连接；
34.第二节点，所述第二节点与所述石英晶体谐振器的另一端相连接；
35.第一可调电容，所述第一可调电容的上电极与所述第一节点及所述可调反相器的输入端相连接，所述第一可调电容的下电极接地；
36.第二可调电容，所述第二可调电容的上电极与所述第二节点相连接，所述第二可调电容的下电极接地；
37.第二可调电阻，一端与所述可调反相器的输出端相连接，另一端与所述第二可调电容的上极板及所述第二节点相连接。
38.可选地，所述数控晶体振荡器还包括：
39.静电释放模块，所述静电释放模块一端与所述第一节点相连接，另一端与所述可调反相器的输入端及所述第一可调电容的上极板相连接。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本技术提供的数控晶体振荡器快速启动电路的电路图；
42.图2为本技术提供的数控晶体振荡器快速启动电路中的频率选择控制电路的电路图；
43.图3为本技术提供的数控晶体振荡器快速启动电路中的快速启动电路及数控晶体振荡器的电路图。
44.附图标记说明：10、模数转换电路；101、频率控制字信号生成模块；102、电平转换电路；103、线性电阻控制电路；104、低压差线性稳压器；20、快速启动电路；201、处理模块；2011、反相器；2012、第一电压-电流转换模块；2013、第一线性电阻；2014、第二电压-电流转换模块；2015、第二线性电阻；2016、电容；202、差分缓冲器；30、数控晶体振荡器；3011、可调反相器；3012、第一可调电阻；302、石英晶体管谐振器；303、第一节点；304、第二节点；305、第一可调电容；306、第二可调电容；307、第二可调电阻；308、静电释放模块。
具体实施方式
45.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
46.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
47.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
48.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一控制装置称为第二控制装置，且类似地，可将第二控制装置称为第一控制装置。第一控制装置和第二控制装置两者都是控制装置，但其不是同一控制装置。
49.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
50.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用
的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
51.soc(system-on-a-chip)芯片都需要稳定的参考时钟，一般由片外晶体(石英晶体谐振器)和片内dcxo(数控晶体振荡器)一起实现，然而大多数情况下，启动过程为几个ms。在通信芯片中应用中，dcxo的启动时间是系统功耗的主要来源之一。最近几年，从晶体初始能量角度，给负阻提供单调频率变化且包含谐振频率的初始信号，加速了起振，但是在目标谐振频率之外的扫描时间会很大程度被浪费掉，缺乏针对性，尤其受到工艺影响和是压控曲线两端非线性的影响时，这会更加严重。最近一两年，有提出在目标谐振频率附近做初始能量注入的方案，但是无法满足多个频率场合的应用。
52.请参阅图1，本技术实施例提供了一种数控晶体振荡器快速启动电路，数控晶体振荡器快速启动电路包括：频率选择控制电路10，频率选择控制电路10用于基于频率选择信号生成频率控制信号；快速启动电路20，快速启动电路20与频率选择控制电路10相连接，用于频率控制信号生成波形信号，所述波形信号的频率分量包括目标谐振频率；数控晶体振荡器30，数控晶体振荡器30与快速启动电路20相连接，用于在波形信号的作用下发生谐振，并在目标谐振频率上起振直至稳定振荡。
53.上述数控晶体振荡器快速启动电路中，通过设置频率选择控制电路10及快速启动电路20，快速启动电路20生成的波形信号的频率分量包括目标谐振频率，即可以改善快速启动电路20的q值，又可以为数控晶体振荡器30提供较大的初始能量，使得数控晶体振荡器30可以快速起振，从而缩短启动时间，降低系统功耗。
54.在一个可选的示例中，请参阅图2，频率选择控制电路10可以包括：频率控制字信号生成模块101，频率控制字信号生成模块101与频率选择信号相连接，用于生成频率控制字信号，频率控制字信号包括所需的多个谐振频率及与各谐振频率相对应的控制字；电平转换电路102，电平转换电路102与频率控制字信号生成模块101相连接，用于基于频率控制字信号生成频率控制信号。
55.在一个可选的示例中，请继续参阅图2，频率选择控制电路10还可以包括：线性电阻控制电路103，线性电阻控制电路103与频率控制字信号生成模块101相连接；低压差线性稳压器104，低压差线性稳压器(ldo)104与频率控制字信号生成模块101相连接。
56.具体的，频率控制字信号生成模块101将实际会用到的谐振频率与控制字做一组maping，每一个频率会对应一个控制字，每个频率的控制字是根据快速启动电路20来设定。频率控制字信号分别作用于电平转换电路102、线性电阻控制电路103及低压差线性稳压器104。
57.在一个示例中，电平转换电路102还与启动控制信号相连接，如图2所示。电平转换电路102将启动控制信号转换成幅度、上升沿时间及下降沿时间均可调的波形的频率控制信号，频率控制信号作为快速启动电路20中的控制电压。
58.在一个可选的示例中，快速启动电路20可以包括压控振荡器(vco)，具体的，快速启动电路20可以为q值很低的压控振荡器。
59.在一个可选的示例中，请参阅图3，快速启动电路20可以包括：n级依次串接的处理模块201，其中，n大于等于3；各处理模块201可以均包括第一输入端、第二输入端、接地端及输出端；各处理模块201的第一端均与频率选择控制电路10相连接；第一级处理模块201的第二输入端与第n级处理模块201的输出端相连接，其他各级处理模块201的第二输入端均
与前一级处理模块201的输出端相连接；各级处理模块201的接地端均接地；差分缓冲器(diff buffer)202，差分缓冲器202的输入端与第n级处理模块201的输出端相连接，差分缓冲器202的输出端与数控晶体振荡器30相连接。
60.在一个可选的示例中，请继续参阅图3，各级处理模块可以均包括：反相器2011，反相器2011包括控制端、输入端、接地端及输出端，反相器2011的输入端即为处理模块201的第二输入端，反相器2011的输出端即为处理模块201的输出端；第一电压-电流转换模块2012，第一电压-电流转换模块2012的输入端与频率选择控制电路10的输出端相连接，第一电压-电流转换模块2012的输出端与反相器2011的控制端相连接；第一线性电阻2013，第一线性电阻2013的一端与频率选择控制电路10的输出端相连接，另一端与反相器2011的控制端相连接；第二电压-电流转换模块2014，第二电压-电流转换模块2014的输入端与反相器2011的接地端相连接，第二电压-电流转换模块2014的输出端接地；第二线性电阻2015，第二线性电阻2015的一端与反相器2011的接地端相连接，另一端接地；电容2016，电容2016的上极板与反相器2011的输出端相连接，电容2016的下极板接地。
61.需要说明的是，图3中的快速启动电路20以一个反相器型的单端循环的压控振荡器作为示例的。
62.具体的，快速启动电路20的频率及压控增益(kvco)的控制主要由频率控制信号的电压、第一电压-电流转换模块2012、第二电压-电流转换模块2014、第一线性电阻2013及第二线性电阻2014来实现。当负载电容大小确定时，快速启动电路20的频率大小由频率控制信号的电压及各级处理模块201中反相器2011的支路电流决定。
63.作为示例，第一可控线性电阻2013与第二可控线性电阻2015的目的是控制快速启动电路20在极限控制电压下的频率，使得压控增益在极限控制电压下也实现可控。
64.在一个可选的示例中，请继续参阅图3，快速启动电路20包括第一输出端及第二输出端；数控晶体振荡器30可以包括：负阻器件，负阻器件可以包括相对的第一端及第二端，负阻器件的第一端与快速启动电路20的第一端相连接，负阻器件的第二端与快速启动电路20的第二端相连接；石英晶体谐振器302，石英晶体谐振器302与负阻器件并联。即快速启动电路20输出的波形信号提供给数控晶体振荡器30的两个注入端，由于所述波形信号的频率分量包含目标谐振频率，整个数控晶体振荡器的能量会瞬间增大，发生谐振，持续一段时间后，可以关闭快速启动电路20，数控晶体振荡器30则会利用这个初始能量，在目标谐振频率上起振直至稳定振荡。
65.具体的，如图3所示，负阻器件可以包括：可调反相器3011，可调反相器3011的输入端与快速启动电路20的第一输出端相连接，可调反相器3011的输出端与快速启动电路20的第二输出端相连接；第一可调电阻3012，第一可调电阻3012一端与快速启动电路20的第一输出端相连接，第一可调电阻3012的另一端与快速启动电路20的第二输出端相连接。
66.在一个可选的示例中，请继续参阅图3，数控晶体振荡器30还可以包括：第一节点303，第一节点303与石英晶体谐振器302的一端相连接；第二节点304，第二节点304与石英晶体谐振器302的另一端相连接；第一可调电容305，第一可调电容305的上电极与第一节点303及可调反相器3011的输入端相连接，第一可调电容305的下电极接地；第二可调电容306，第二可调电容306的上电极与第二节点304相连接，第二可调电容306的下电极接地；第二可调电阻307，第二可调电阻307一端与可调反相器3011的输出端相连接，另一端与第二
可调电容306的上极板及第二节点304相连接。
67.在一个可选的示例中，请继续参阅图3，数控晶体振荡器30还可以包括：静电释放模块308，静电释放模块(esd)308一端与第一节点303相连接，另一端与可调反相器3011的输入端及第一可调电容305的上极板相连接。
68.本技术的数控晶体振荡器快速启动电路，可以控制注入频率并改善kvco，改善快速启动电路20的选频特性，进而为数控晶体振荡器提供更大的初始能量，并兼容多的谐振频率。
69.振荡器的起振机制就是将电路中的噪声不断放大，直至通过自身的非线性达到稳定，本技术的快速启动电路20提供的初始能量就相当于噪声被放大，初始噪声越大，则越快稳定。数控晶体振荡器30的启动时间主要由石英晶体谐振器302、负载电容(图3中的第一可调电容305及第二可调电容306)、负阻器件的负阻大小及其初始能量决定，事实证明初始能量对启动时间的改善是极其明显的，越是接近目标谐振频率的注入，也越能获得大的初始能量，启动越快。
70.本技术的数控振荡快速启动电路，这里通过配置控制电压、第一线性电阻2013及第二线性电阻2015，来获得合适的kvco，辅之以调节控制电压的幅度，使开始启动电路20产生的信号频率包含目标频率并在其附近波动较小，此举相当于改善了快速启动电路20的q值。对每个频率都做这样的操作，并与控制字做maping，那对应不同谐振频率均能很快的启动。
71.在本说明书的描述中，上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
72.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种数控晶体振荡器快速启动电路，其特征在于，包括：频率选择控制电路，用于基于频率选择信号生成频率控制信号；快速启动电路，与所述频率选择控制电路相连接，用于基于所述频率控制信号生成波形信号，所述波形信号的频率分量包括目标谐振频率；数控晶体振荡器，所述数控晶体振荡器与所述快速启动电路相连接，用于在所述波形信号的作用下发生谐振，并在所述目标谐振频率上起振直至稳定振荡。2.根据权利要求1所述的数控晶体振荡器快速启动电路，其特征在于，所述频率选择控制电路包括：频率控制字信号生成模块，与所述频率选择信号相连接，用于生成频率控制字信号，所述频率控制字信号包括所需的多个谐振频率及与各谐振频率相对应的控制字；电平转换电路，与所述频率控制字信号生成模块相连接，用于基于所述频率控制字信号生成所述频率控制信号。3.根据权利要求2所述的数控晶体振荡器快速启动电路，其特征在于，所述频率选择控制电路还包括：线性电阻控制电路，与所述频率控制字信号生成模块相连接；低压差线性稳压器，与所述频率控制字信号生成模块相连接。4.根据权利要求1所述的数控晶体振荡器快速启动电路，其特征在于，所述快速启动电路包括压控振荡器。5.根据权利要求4所述的数控晶体振荡器快速启动电路，其特征在于，所述快速启动电路包括：n级依次串接的处理模块，其中，n大于等于3；各所述处理模块均包括第一输入端、第二输入端、接地端及输出端；各所述处理模块的第一端均与所述频率选择控制电路相连接；第一级所述处理模块的第二输入端与第n级处理模块的输出端相连接，其他各级所述处理模块的第二输入端均与前一级处理模块的输出端相连接；各级所述处理模块的接地端均接地；差分缓冲器，所述差分缓冲器的输入端与第n级所述处理模块的输出端相连接，所述差分缓冲器的输出端与所述数控晶体振荡器相连接。6.根据权利要求5所述的数控晶体振荡器快速启动电路，其特征在于，各级所述处理模块均包括：反相器，包括控制端、输入端、接地端及输出端，所述反相器的输入端即为所述处理模块的第二输入端，所述反相器的输出端即为所述处理模块的输出端；第一电压-电流转换模块，所述第一电压-电流转换模块的输入端与所述频率选择控制电路的输出端相连接，所述第一电压-电流转换模块的输出端与所述反相器的控制端相连接；第一线性电阻，所述第一线性电阻的一端与所述频率选择控制电路的输出端相连接，另一端与所述反相器的控制端相连接；第二电压-电流转换模块，所述第二电压-电流转换模块的输入端与所述反相器的接地端相连接，所述第二电压-电流转换模块的输出端接地；第二线性电阻，所述第二线性电阻的一端与所述反相器的接地端相连接，另一端接地；
电容，所述电容的上极板与所述反相器的输出端相连接，所述电容的下极板接地。7.根据权利要求1所述的数控晶体振荡器快速启动电路，其特征在于，所述快速启动电路包括第一输出端及第二输出端；所述数控晶体振荡器包括：负阻器件，所述负阻器件包括相对的第一端及第二端，所述负阻器件的第一端与所述快速启动电路的第一端相连接，所述负阻器件的第二端与所述快速启动电路的第二端相连接；石英晶体谐振器，所述石英晶体谐振器与所述负阻器件并联。8.根据权利要求7所述的数控晶体振荡器快速启动电路，其特征在于，所述负阻器件包括：可调反相器，所述可调反相器的输入端与所述快速启动电路的第一输出端相连接，所述可调反相器的输出端与所述快速启动电路的第二输出端相连接；第一可调电阻，一端与所述快速启动电路的第一输出端相连接，另一端与所述快速启动电路的第二输出端相连接。9.根据权利要求8所述的数控晶体振荡器快速启动电路，其特征在于，所述数控晶体振荡器还包括：第一节点，所述第一节点与所述石英晶体谐振器的一端相连接；第二节点，所述第二节点与所述石英晶体谐振器的另一端相连接；第一可调电容，所述第一可调电容的上电极与所述第一节点及所述可调反相器的输入端相连接，所述第一可调电容的下电极接地；第二可调电容，所述第二可调电容的上电极与所述第二节点相连接，所述第二可调电容的下电极接地；第二可调电阻，一端与所述可调反相器的输出端相连接，另一端与所述第二可调电容的上极板及所述第二节点相连接。10.根据权利要求9所述的数控晶体振荡器快速启动电路，其特征在于，所述数控晶体振荡器还包括：静电释放模块，所述静电释放模块一端与所述第一节点相连接，另一端与所述可调反相器的输入端及所述第一可调电容的上极板相连接。

技术总结

本申请实施例提供了一种数控晶体振荡器快速启动电路，包括：频率选择控制电路，用于基于频率选择信号生成频率控制信号；快速启动电路，与频率选择控制电路相连接，用于基于频率控制信号生成波形信号，波形信号的频率分量包括目标谐振频率；数控晶体振荡器，与快速启动电路相连接，用于在波形信号的作用下发生谐振，并在目标谐振频率上起振直至稳定振荡。上述数控晶体振荡器快速启动电路中，通过设置频率选择控制电路及快速启动电路，快速启动电路生成的波形信号的频率分量包括目标谐振频率，即可以改善快速启动电路的Q值，又可以为数控晶体振荡器提供较大的初始能量，使得数控晶体振荡器可以快速起振，从而缩短启动时间，降低系统功耗。系统功耗。系统功耗。