专利名称：石英振荡器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子电路，特别是关于一种石英振荡器电路。
背景技术：
传统的石英振荡器电路，通常使用的是反相器102。反相器的跨导值 (Trans—conductance) Gm ffl常i Gm = KnX (ffn/Ln) X (0. 5Vdd-Vtn) +KpX (ffp/Lp) X (0. 5Vdd-Vtp) · · · ·方程式 1而为了确保搭配各种石英晶体(Crystal)Xtal、以及各种电路板负载的情况下，振 荡器电路都要能保持稳定的频率输出，因此，通常会把反相器的跨导值Gm取得很大。例如， 大于500m。但是，在传统的架构中，要加大反相器的跨导值Gm，那就要分别加大该反相器中 的二个晶体管匪OS与PNOS的宽长比Wn/Ln，Wp/Lp。而这样会让反相器(Inverter)的耗 电加大。反相器的耗电是I = 0. 5 X Kn X (ffn/Ln) X (Vdd-Vtn)2 ；when input = VddI = 0· 5 X Kp X (ffp/Lp) X (Vdd-Vtn)2 ；when input = Vss .........方程式 2因此，传统的架构，无法同时增加Gm、且降低耗电。此外，当反相器的耗电越大，那就越容易干扰到其它电路，特别是一些易受干扰的 电路，例如模拟电路、射频电路。且目前的科技不断往高频、高速、低工作电压、低耗能的 技术发展。例如(digital-to-analog converter,DAC)；又例如以太网络(Ethernet)由 IOM发展，历经有100M、1G、10G、40G等更高速的发展；又例如集成电路的制程由0. 5制程 发展，历经有0. 35,0. 25,0. 18,0. 15,0. 09制程发展，再显示出各种元件的耗电越省、越不 容易干扰到其它电路的重要性以及必要性。因此，申请人有鉴于已知技术的缺失，乃思利用一石英振荡器电路，以减少功率损 耗，又能不容易干扰到其它电路，以改善现有技术的缺失。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种石英振荡器电路，用以达到减少功率损耗，又能不 易干扰到其它电路。本发明公开一种石英振荡器电路，通过一石英晶体(Crystal)来产生一输出振荡 信号至一集成电路中，该石英振荡器电路包含一第一接合垫，耦接至该石英晶体的一第一 端，用以接收该石英晶体所输出的一石英振荡信号；一放大器，耦接至该第一接合垫，用以 放大该石英振荡信号，以产生一放大信号；一反相器，耦接至该放大器，用以将该放大信号 进行反相，以产生该输出振荡信号；以及一第二接合垫，耦接至该石英晶体的一第二端，用 以输出该输出振荡信号至该石英晶体；其中，该放大器具有一第一耗电量，该反相器具有一 第二耗电量，该第一耗电量小于该第二耗电量。
图1 显示已知的一石英振荡器电路。图2 显示本发明石英振荡器电路的第一实施例。图3 显示本发明石英振荡器电路的第二实施例。图4 显示本发明石英振荡器电路的第三实施例。图5 显示本发明石英振荡器电路的第四实施例。主要元件符号说明200、300 石英振荡器电路102、208:反向器202,204 接合垫206、306:放大器210、212、308、310、312、314 晶体管Rfl、Rf2、Rf3 反馈电阻PADl、PAD2 接合垫Xtal 石英晶体
具体实施例方式本申请将可由以下的实施例说明而得到充分了解，使得本领域技术人员可据以完 成，然本申请的实施并非可由下列实施案例而被限制其实施类型。请参见图2，显示本发明一种石英振荡器电路，该石英振荡器电路200包括接合 垫202、接合垫204、一放大器206以及一反相器208。接合垫202耦接至石英晶体Xtal的 一端，以接收石英晶体Xtal所输出的一石英振荡信号Sl ；放大器206用以放大石英振荡信 号Si，并产生一放大信号S2至反相器208。接着，反相器208再将放大信号S2进行反相处 理，并产生一输出振荡信号S3至接合垫204，使该输出振荡信号S3反馈至石英晶体Xtal的 另一端，以形成一完整的反馈系统。如图2所示的电路结构，本发明在接合垫202与反相器208之间，加入一个放大器206， 该放大器206的增益为A。因此，加了放大器206后的石英振荡器电路200，其跨导值Gm为Gm = AXKnX (ffn/Ln) X (0. 5Vdd-Vtn) +AXKpX (ffp/Lp) X (0. 5Vdd-Vtp)...方程 式3其中，Kn，Kp为跨导系数，ffn/Ln为晶体管212的宽长比(Aspect ratio)，ffp/Lp 为晶体管210的宽长比，Vtn为晶体管212的临界电压，Vtp为晶体管210的临界电压，Vdd 为工作电压。然而，加了放大器206后的反相器208的耗电是I = 0. 5 X Kn X (ffn/Ln) X (Vdd-Vtn) 2 ；when input = Vdd .........方程式 4I = 0. 5 X Kp X (ffp/Lp) X (Vdd-Vtn) 2 ；when input = Vss .........方程式 5其中，Vss为工作电压。由上述方程式可知，石英振荡器电路200的跨导值Gm与放大器206的增益A有关， 且放大器206的增益A与反相器208中的晶体管210、212其宽长比具有一相乘的关系，因 此，本发明可通过设计较大的增益A值来增加跨导值Gm以确保起振，同时又不会增加整体的耗电量。换句话说，如果以先前技术的设计方式要得到较大的跨导值Gm确保起振，晶体管 110,112的宽长比需设计得相当的大，然而，当晶体管110、112的宽长比被设计为较大的情 况时，整体的耗电量将增加，且工作电压Vdd、Vss的跳动噪声也随之增加。因此，本发明通 过设计一放大器206于反相器208的前级，预先地放大石英振荡信号Si，如此一来，晶体管 210,212的宽长比可被设计的较小，整体的耗电量亦降低，且可得到较大的跨导值Gm以确 保电路起振。此外，为了得到更好的电源的使用率并顾及跨导值Gm，放大器206的耗电量与反 相器208的耗电量可被适当地设计。换句话说，放大器206的耗电量与反相器208的耗电 量是不同的。举例来说，当放大器206的耗电量设计为反相器208的耗电量1/10 1/100 时，可得到较大的跨导值Gm及较低耗电量。但本发明并不以此为限。另外，依据本发明的一实施例，反相器208的输入端与输出端之间可设置一反馈 电阻Rf，使得石英振荡器电路200更易于起振。反馈电阻Rfl的耦接方式请参考图3。接着，请参考图4与图5，图4显示本发明石英振荡器电路的一实施例。石英振荡 器电路300包括接合垫202、接合垫204、一放大器306、一反相器208、反馈电阻Rf2以及 反馈电阻Rf3。本实施例与前述实施例的不同在于放大器306为一单端转双端放大器，其 详细的电路结构如图5所示。放大器306包含有NM0S晶体管308、314以及PMOS晶体管 310、312。其中，NMOS晶体管308的栅极接收石英振荡信号Si，源极耦接至工作电压Vss; PMOS晶体管310的漏极耦接至NMOS晶体管308的漏极，源极耦接至工作电压Vdd ；PMOS晶 体管312的栅极耦接至PMOS晶体管310的栅极，源极耦接至该工作电压Vdd ；NMOS晶体管 314的漏极耦接至PMOS晶体管312的漏极，源极耦接至工作电压Vss ；其中，PMOS晶体管 310与PMOS晶体管312构成一电流镜电路。在本实施例中，放大器306中的NMOS晶体管308先将石英振荡信号Sl进行信号 的放大，再通过电流镜负载将放大的信号S21、S22输出至晶体管210、212的栅极。最后，由 晶体管210、212产升输出振荡信号S3至接合垫204，以形成一反馈系统。与前述实施例相 似，电路设计者可适当地设计NMOS晶体管308、314以及PMOS晶体管310、312的宽长比来 决定放大器306的增益A与其功率消耗，例如A可设计为20 100之间，功率消耗可设计 为小于反相器208的功率消耗，使得石英振荡器电路300可具有高跨导值Gm并具有低耗电 的特性。此外，在本实施例中，反相器208的输入与输出端亦设置反馈电阻Rf2以及反馈电 阻Rf 3，使得石英振荡器电路200更易于起振。另外，本发明的石英振荡器电路可应用于各种产品中，例如有线网络、无线网络、 显示器、电视...等，但本发明并不以此为限。本发明也可应用于其他相关的电子产品上。由上述说明可清楚的了解，本发明的石英振荡器电路通过设置一放大器于反向器 的前端，该放大器提供了一增益A，使得石英振荡器电路的跨导值Gm与该增益A相关。再者， 由于该放大器提供了一增益A，该增益A与反相器中的晶体管宽长比具有一相乘的关系，因 此，本发明可通过设计较大的增益A值来增加跨导值Gm以确保起振，同时又不会增加整体 的耗电量，以解决先前技术中所存在的问题。以上所述的实施例仅为说明本发明的最佳实施例原理及其功效，而非用以限制本 发明。因此，本领域技术人员可在不违背本发明的精神对上述实施例进行修改及变化，然皆不脱离所附权利要求书要求保护的范围。
权利要求
1.一种振荡器电路，通过一石英晶体来产生一输出振荡信号，该振荡器电路包含 一第一接合垫与一第二接合垫，耦接至该石英晶体的二端；一放大器，耦接至该第一接合垫，用以放大该第一接合垫所接收的一石英振荡信号，以 产生一放大信号；一反相器，耦接至该放大器，用以将该放大信号进行反相，以产生该输出振荡信号；以及其中，该放大器具有一第一耗电量，该反相器具有一第二耗电量，该第一耗电量小于该 第二耗电量。
2.如权利要求1所述的石英振荡器电路，其中，该第一放大器为一单端转双端放大器。
3.如权利要求1所述的石英振荡器电路，其中，该放大器包含一第一晶体管，其栅极接收该石英振荡信号，其源极耦接至一第一工作电压； 一第二晶体管，其漏极耦接至该第一晶体管的漏极，其源极耦接至一第二工作电压； 一第三晶体管，其栅极耦接至该第二晶体管的栅极，其源极耦接至该第二工作电压；以及一第四晶体管，其漏极耦接至该第三晶体管的漏极，其源极耦接至该第一工作电压； 其中，该第二晶体管与该第三晶体管构成一电流镜电路。
4.如权利要求3所述的石英振荡器电路，其中，该第一晶体管与该第四晶体管为NMOS 晶体管；以及该第二晶体管与该第三晶体管为PMOS晶体管。
5.如权利要求3所述的石英振荡器电路，其中，该第二晶体管的栅极被做为该放大器 的一第一输出端，并输出一第一放大信号至该反相器；以及该第四晶体管的栅极被做为该 放大器的一第二输出端，并输出一第二放大信号至该反相器。
6.如权利要求5所述的石英振荡器电路，其中，该反相器包含一第五晶体管，其栅极接收该第一放大信号，其源极耦接至该第二工作电压，其漏极输 出该输出振荡信号；以及一第六晶体管，其栅极接收该第二放大信号，其源极耦接至该第一工作电压，其漏极输 出该输出振荡信号；其中，该第五晶体管为PMOS晶体管；以及该第六晶体管为NMOS晶体管。
7.如权利要求1所述的石英振荡器电路，其中，该反相器包含一反馈电阻，该反馈电阻 耦接至该反相器的一输入端与该反相器的一输出端之间。
8.如权利要求1所述的石英振荡器电路，其中，该放大器具有一放大倍率，该放大倍率 介于20 100之间。
9.如权利要求1所述的石英振荡器电路，其中，该第一耗电量为1/10的第二耗电量。
10.如权利要求1所述的石英振荡器电路，其中，该第一耗电量为1/100的第二耗电量。
全文摘要
一种石英振荡器电路。该石英振荡器电路通过适当地设计放大器的增益值，来达到高跨导值(transconductance)及低功耗的效能。该石英振荡器电路含一第一接合垫，耦接至一石英晶体的一第一端，用以接收该石英晶体所输出的一石英振荡信号；一放大器，耦接至该第一接合垫，用以放大该石英振荡信号，以产生一放大信号；一反相器，耦接至该放大器，用以将该放大信号进行反相，以产生该输出振荡信号；以及一第二接合垫，耦接至该石英晶体的一第二端，用以输出一输出振荡信号至该石英晶体。
文档编号H03B5/36GK101997484SQ200910166718
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月14日 优先权日2009年8月14日
发明者李朝政 申请人:瑞昱半导体股份有限公司