专利名称：具有低功率模式的晶体振荡器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及晶体振荡器的领域。更具体地，本公开涉及降低这样的振荡器的功耗。
背景技术：
许多电路需要准确的参考时钟信号。一种用于提供这样的时钟信号的常见电路是皮尔斯(Pierce)振荡器，其在图1中示出。参考图1，皮尔斯振荡器包括并行连接的放大器102和晶体104，它们的每一侧均通过相应负载电容器C连接至接地端。放大器102的输出提供时钟信号。除了在外部实施的晶体104之外，皮尔斯振荡器经常在要进行时钟控制的集成电路内实施。随着移动设备日益普及，功耗成为了主要关注的问题。许多用于这样的移动设备的集成电路目前都以低功率模式为特点，在低功率模式中，集成电路的功耗被大幅降低。具有这样的低功率模式的常规集成电路通常使得内部的皮尔斯振荡器断开连接以节省功率，并且在处于低功率模式的同时另外依赖于外部时钟电路。
发明内容
总体上，在一个方面，一个实施例以一种电路为特征，该电路包括:放大器；被配置为电耦合至晶体的晶体端口，其中该晶体端口的第一端子电耦合至该放大器的输入，并且其中该晶体端口的第二端子电耦合至该放大器的输出；第一电容器，其中该第一电容器的第一端子电耦合至接地端；第二电容器，其中该第二电容器的第一端子电耦合至接地端；第一开关，其被配置为选择性地将该放大器的输入电耦合至该第一电容器的第二端子；和第二开关，其被配置为选择性地将该放大器的输出点耦合至该第二电容器的第二端子。电路的实施例可以包括以下一个或多个特征。一些实施例包括被配置为控制第一和第二开关的振荡器控制器。在一些实施例中，振荡器控制器包括:被配置为控制第一和第二开关的开关控制器；其中该开关控制器响应于指示变换为第一功率模式的功率模式信号而闭合第一和第二开关，并且其中该开关控制器响应于指示变换为第二功率模式的功率模式信号而打开开关。在一些实施例中，该振荡器控制器进一步包括:被配置为对放大器的输出处的信号振幅进行控制的放大器控制器。在一些实施例中，该放大器控制器包括可变电流源，其被配置为向放大器的电流输入提供电流，并且响应于功率模式信号通过改变电流电平来改变放大器的输出处的信号振幅。在一些实施例中，第一功率模式是全功率模式而第二功率模式是低功率模式。在一些实施例中，该可变电流源包括:电流数模转换器，其被配置为向放大器的电流输入提供电流，并且通过依据数字字(digital word)改变电流电平来控制放大器的输出处的信号振幅，其中该放大器控制器进一步被配置为基于放大器的输出处的信号振幅来改变该数字字。在一些实施例中，该放大器控制器进一步包括:被配置为测量放大器的输出处的信号振幅的峰值检测器。在一些实施例中，该放大器控制器进一步被配置为在第一功率模式期间根据第一振幅目标控制放大器的输出处的信号振幅，并且在第二功率模式期间根据第二振幅目标控制放大器的输出处的信号振幅。一些实施例包括一种包括该电路的集成电路。一些实施例包括一种设备，其包括:该集成电路和晶体。总体而言，在一方面，一种实施例以一种用于控制振荡器的方法为特征，其中该振荡器包括放大器；晶体振荡器，其中该晶体振荡器的第一端子电耦合至该放大器的输入，并且其中该晶体振荡器的第二端子电稱合至该放大器的输出；第一电容器，其中该第一电容器的第一端子电耦合至接地端；第二电容器，其中该第二电容器的第一端子电耦合至接地端；并且该方法包括:选择性地将该放大器的输入电耦合至该第一电容器的第二端子；并且为选择性地将该放大器的输出电耦合至该第二电容器的第二端子。该方法的实施例包括以下一个或多个特征。一些实施例包括响应于指示变换为第一功率模式的功率模式信号，将该放大器的输入电耦合至第一电容器的第二端子，并且将该放大器的输出电耦合至第二电容器的第二端子；并且响应于指示变换为第二功率模式的功率模式信号，将该放大器的输入从第一电容器的第二端子电去耦，并且将该放大器的输出从第二电容器的第二端子电去耦。在一些实施例中，第一功率模式是全功率模式，并且第二功率模式是低功率模式。一些实施例包括控制该放大器的输出处的信号振幅。在一些实施例中，控制该放大器的输出处的信号振幅包括:响应于功率模式信号改变提供至放大器的电流输入的电流电平。在一些实施例中，控制放大器的输出处的信号振幅进一步包括:在第一功率模式期间根据第一振幅目标或者在第二功率模式期间根据第二振幅目标控制放大器的输出处的信号振幅。总体而言，在一个方面，一个实施例以计算机可读媒体为特征，该计算机可读媒体体现了可由计算机执行以实施用于控制振荡器的功能的指令，其中该振荡器包括放大器；晶体振荡器，其中该晶体振荡器的第一端子电耦合至该放大器的输入，并且其中该晶体振荡器的第二端子电稱合至该放大器的输出；第一电容器，其中该第一电容器的第一端子电耦合至接地端；第二电容器，其中该第二电容器的第一端子电耦合至接地端；并且其中该功能包括:选择性地将该放大器的输入电耦合至该第一电容器的第二端子；并且为选择性地将该放大器的输出点耦合至该第二电容器的第二端子。该计算机可读媒体的实施例可以包括以下一个或多个特征。在一些实施例中，用于控制振荡器的功能进一步包括:响应于指示变换为第一功率模式的功率模式信号，将该放大器的输入电稱合至第一电容器的第二端子，并且将该放大器的输出电稱合至第二电容器的第二端子；并且响应于指示变换为第二功率模式的功率模式信号，将该放大器的输入从第一电容器的第二端子电去稱，并且将该放大器的输出从第二电容器的第二端子电去耦。在一些实施例中，该功能进一步包括:控制放大器的输出处的信号振幅。在一些实施例中，控制放大器的输出处的信号振幅包括:依据放大器输出处的信号振幅改变提供至放大器的电流输入的电流电平。在附图和以下描述中给出了一种或多种实施方式的细节。其它特征将从描述、附图以及权利要求中清楚。
图1示出了常规的皮尔斯振荡器。图2示出了根据一个实施例的包括具有低功率模式的晶体振荡器的设备的部件。图3示出了根据一个实施例的图2的设备的细节。图4示出了根据一个是实施例的图3的振幅控制器的细节。图5示出了根据一个实施例的图2-4的设备从全功率模式变换为低功率模式的处理。图6示出了根据一个实施例的图2-4的设备从低功率模式变换为全功率模式的处 理。图7是图示图5和图6的变换的信号图。该说明书中使用的每个附图标记的(多个)在前数字指示该附图标记在其中首次出现的附图的编号。
具体实施例方式本公开的实施例提供了具有低功率模式的晶体振荡器。在低功率模式中，振荡器所消耗的功率根据以下所描述的技术而有所降低。这些技术包括去除负载电容器。皮尔斯振荡器具有由等式(I)所给出的负电阻R。^ ⑴其中gm表示放大器的跨导，ω表示振荡器的谐振频率，而Q表示每个负载电容器的电容。如能够从等式(I)所看到的，去除负载电容器允许在保持负电阻R恒定的同时使得跨导gm降低。这些所描述的技术还包括选择满足低功率模式时钟要求的最低时钟信号振幅。在全功率模式中，时钟信号振幅被设置在相对高的数值(例如，高于IVpp)以满足全功率模式的严格抖动要求(例如，Ippm)。在低功率模式中，抖动要求有所放松(例如，150ppm)，这允许时钟信号振幅被设置在相对低的数值(例如，低于300mVpp)。去除负载电容器和降低时钟信号振幅允许跨导gm降低，而使得功耗降低。图2示出了根据一个实施例的包括低功率模式的晶体振荡器的设备200的部件。虽然在所描述的实施例中，设备200的部件以图2中的一种配置出现，但是其它实施例可以以其它配置为特征。例如，设备200的部件可以以硬件、软件或其组合来实施。参考图2，设备200包括集成电路202和晶体(XTAL) 204。集成电路202可以被实施为任意类型的电路，例如WiFi或蓝牙收发器等。设备200可以被实施为任意类型的电子设备，例如智能电话、平板电脑或其它计算机等。晶体204可以被实施为石英晶体等。集成电路202包括被配置为电耦合至晶体204的双端子晶体端口 218。集成电路202还包括振荡器电路208、振荡器控制器210和主机处理器216。主机处理器216提供指示集成电路202的当前功率模式的功率模式信号212。振荡器控制器210依据功率模式信号212对振荡器电路208进行控制。振荡器电路208提供时钟信号206。集成电路202中受时钟控制的电路根据时钟信号206进行操作。图3示出了根据一个实施例的图2的设备200的细节。虽然在图3中，设备200的部件以图3中的一种配置出现，但是其它实施例可以以其它配置为特征。例如，设备200的部件可以以硬件、软件或其组合来实施。参考图3，振荡器电路208包括与晶体204并行电耦合的跨导(Gm)放大器302、均电耦合至接地端的两个电容器Cl和C2、以及用于依据开关控制信号312将电容器Cl和C2分别电耦合至放大器302的输入和输出的两个开关SI和S2。在一些实施例中，每个电容器C1、C2具有IOpF范围中的电容。其它实施例可以具有其它电容数值。设备200包括振荡器电路208、晶体204、主机处理器206和振荡器控制器210。振荡器控制器210包括开关控制304和放大器控制306。开关控制器304提供开关控制信号312。放大器控制器306包括可变电流源和峰值检测器310。在图3的实施例中，可变电流源被实施为电流数模转换器(DAC) 308。放大器302的输出提供时钟信号206。峰值检测器310测量时钟信号206的振幅。电流DAC 308向放大器302的电流输入提供可变电流Ivar。在图3的实施例中，设备200具有全功率模式和低功率模式。例如，设备200可以被实施为智能电话等，并且低功率模式可以是智能电话的休眠模式。主机处理器216确定功率模式并且利用功率模式信号212指示所确定的功率模式。振荡器控制器210依据功率模式信号212控制振荡器电路208。当功率模式信号212指示变换至全功率模式时，开关控制器304闭合开关SI和S2，并且电流DAC 308以足以使得时钟信号206的振幅满足全功率模式时钟要求的等级向放大器302的电流输入提供电流Ivar。当功率模式信号212指示变换至低功率模式时，开关控制器304打开开关SI和S2，并且电流DAC 308以比足以使得时钟信号206的振幅满足低功率模式时钟信号更低等级向放大器302的电流输入提供电流Ivar。图4示出了根据一个实施例的图3的振幅控制器306的细节。虽然在图4中，振幅控制器306的部件以图4中的一种配置出现，但是其它实施例可以以其它配置为特征。例如，振幅控制器306的部件可以以硬件、软件或其组合来实施。此外，虽然图4描绘了使用数字字(digital word)的实施例，但是其它实施例采用模拟信号替代数字字。参考图4，振幅控制器306包括电流DAC 308、峰值检测器310、DAC寄存器402、比较器404和阈值寄存器406。响应于功率模式信号212,放大器控制器306向比较器404提供振幅目标。特别地，放大器控制器306将阈值字写入阈值寄存器406。放大器控制器306针对每种功率模式具有不同振幅目标。特别地，放大器控制器306向阈值寄存器406写入全功率阈值字以变换至全功率模式，并且向阈值寄存器406写入低功率阈值字以变换至低功率模式。峰值检测器310提供表示时钟信号206的当前振幅的字408。比较器404将当前振幅和当前阈值字进行比较，并且相应地改变DAC寄存器402中的数字字。特别地，比较器404将表示时钟信号206的当前振幅的字408与阈值寄存器406中的字进行比较。当字408大于阈值寄存器406中的字时，比较器404对DAC寄存器402进行减量。当字408小于阈值寄存器406中的字时，比较器404对DAC寄存器402进行增量。图5示出了根据一个实施例的图2-4的设备200从全功率模式变换为低功率模式的处理500。图6示出了根据一个实施例的图2-4的设备200从低功率模式变换为全功率模式的处理600。图7是图示图5和6的变换的信号图。虽然在所描述的实施例中，处理500和600的要素以一种配置出现，但是其它实施例可以以其它配置为特征。例如，在各个实施例中，处理500和600中的一些或所有要素可以以不同顺序执行、同时执行等。参考图2和5，在502，主机处理器216使用功率模式信号212指示变换至低功率模式。参考图2和7，功率模式信号212是双电平信号，其中低电平指示全功率模式而高电平指示低功率模式。在702，功率模式信号212通过从低变高而指示变换为低功率模式。在504，响应于功率模式信号212从低到高的变换，开关控制器304打开开关SI和S2。同样响应于功率模式信号212，在506，放大器控制器306减小电流Ivar以便使得时钟信号206的振幅处于低功率模式范围内。特别地，放大器控制器306将低功率模式阈值写入阈值寄存器406。在从全功率模式到低功率模式的变换期间,表不时钟信号206的振幅的字408大于阈值寄存器406中的低功率模式阈值。比较器404因此使得DAC寄存器402中的字减小直至时钟信号206的振幅处于低功率模式范围之内。参考图7，在704，时钟信号26的振幅首先响应于负载电容器Cl和C2断开连接而稍有上升，随后随着DAC寄存器402中的字减小而斜降，直至DAC寄存器402中的字和阈值寄存器406中的字相等。参考图6。在602，主机处理器216使用功率模式信，212指示变换至低功率模式。参考图7，在706，功率模式信号212通过从高变换至低而指示变换至全功率模式。在604，响应于功率模式信号212从高到低的变换，开关控制器304闭合开关SI和S2。同样响应于功率模式信号212，在606，放大器控制器306增大电流Ivar以便使得时钟信号206的振幅处于全功率模式范围内。特别地，放大器控制器306将全功率模式阈值字写入阈值寄存器406。在从全功率模式到低功率模式的变换期间,表不时钟信号206的振幅的字408小于阈值寄存器406中的全功率模式阈值字。比较器因此使得DAC寄存器402中的字增大直至时钟信号206的振幅处于全功率模式范围之内。参考图7，在708，时钟信号206的振幅首先响应于负载电容器Cl和C2的连接而稍有下降，随后随着DAC寄存器402中的字增大而斜升，直至DAC寄存器402中的字和阈值寄存器406中的字相等。本公开的各个实施例能够以数字电路来实施，或者以计算机硬件、固件、软件或者其组合来实施。本公开的实施例能够以有形地体现在计算机可读存储设备中以便由可编程处理器执行的计算机程序产品来实施。所描述的处理可以由可编程处理器来执行，该可编程处理器通过对输入数据进行操作并且生成输出而运行指令程序以执行功能。本公开的实施例可以以可在可编程系统上执行的一个或多个计算机程序来实施，该可编程系统包括被耦合以从数据存储系统接收数据和指令并且向其传送数据和指令的至少一个可编程处理器、至少一个输入设备以及至少一个输出设备。每个计算机程序能够以高级过程或面向对象编程语言来实施，或者如果需要可以以汇编或机器语言来实施；并且在任意情况下，该语言可以是经编译或解释的语言。作为示例，适当处理器包括通用和专用微处理器二者。通常，处理器从只读存储器和/或随机访问存储器接收指令和数据。通常，计算机包括一个或多个用于存储数据文件的大容量存储设备。这样的设备包括诸如内部硬盘和可移动磁盘的磁性盘、磁性光盘、光盘以及固态磁盘。适于有形地体现计算机程序指令和数据的存储设备包括所有形式的非易失性存储器，例如包括诸如EPROM、EEPROM和闪存设备的半导体存储器、诸如内部硬盘和可移动磁盘的磁性盘、磁性光盘和CD-ROM盘。以上的任意装置都可以由ASIC(专用集成电路)作为补充或者结合于其中。已经对多种实施方式进行了描述。然而，在不背离本公开的范围的前提下可以进行各种修改。因此，其它实施方式可以处于所附权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种电路,包括 放大器； 被配置为电耦合至晶体的晶体端口，其中所述晶体端口的第一端子电耦合至所述放大器的输入，并且其中所述晶体端口的第二端子电耦合至所述放大器的输出； 第一电容器，其中所述第一电容器的第一端子电耦合至接地端； 第二电容器，其中所述第二电容器的第一端子电耦合至接地端； 第一开关，被配置为选择性地将所述放大器的所述输入电耦合至所述第一电容器的第二端子； 第二开关，被配置为选择性地将所述放大器的所述输出电耦合至所述第二电容器的第二端子；以及 振荡器控制器，被配置为响应于指示变换为低功率模式的功率模式信号而打开所述第一开关和所述第二开关，并且响应于指示变换为全功率模式的功率模式信号而闭合所述第一开关和所述第二开关。
2.(删除)
3.根据权利要求I所述的电路，其中所述振荡器控制器包括 被配置为控制所述第一开关和所述第二开关的开关控制器；其中所述开关控制器响应于所述功率模式信号打开和闭合所述第一开关和所述第二开关。
4.根据权利要求3所述的电路，其中所述振荡器控制器进一步包括 被配置为对所述放大器的输出处的信号的振幅进行控制的放大器控制器。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述放大器控制器包括 可变电流源，被配置为向所述放大器的电流输入提供电流，并且响应于所述功率模式信号通过改变所述电流的电平来改变所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅。
6.(删除)
7.根据权利要求5所述的电路，其中所述可变电流源包括 电流数模转换器，被配置为向所述放大器的电流输入提供电流，并且根据数字字通过改变所述电流的电平来控制所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅，其中所述放大器控制器进一步被配置为基于所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅来改变所述数字字。
8.根据权利要求5所述的电路，其中所述放大器控制器进一步包括 峰值检测器，被配置为测量所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅。
9.根据权利要求7所述的电路，其中 所述放大器控制器进一步被配置为在所述全功率模式期间根据第一振幅目标控制所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅，并且在低功率模式期间根据第二振幅目标控制所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅。
10.一种集成电路,包括根据权利要求I所述的电路。
11.一种设备，包括 根据权利要求10所述的集成电路；以及 所述晶体。
12.一种用于控制振荡器的方法，其中所述振荡器包括放大器； 晶体振荡器，其中所述晶体振荡器的第一端子电耦合至所述放大器的输入，并且其中所述晶体振荡器的第二端子电耦合至所述放大器的输出； 第一电容器，其中所述第一电容器的第一端子电耦合至接地端； 第二电容器，其中所述第二电容器的第一端子电耦合至接地端； 并且其中所述方法包括 响应于指示变换为全功率模式的功率模式信号，选择性地将所述放大器的所述输入电连接至所述第一电容器的第二端子，并且响应于指示变换为低功率模式的功率模式信号，将所述放大器的所述输入从所述第一电容器的所述第二端子断开电连接；以及 响应于指示变换为全功率模式的功率模式信号，选择性地将所述放大器的所述输出电连接至所述第二电容器的第二端子，并且响应于指示变换为低功率模式的功率模式信号，将所述放大器的所述输入从所述第一电容器的所述第二端子断开电连接。
.13.(删除)
15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括 .0 控制所述放大器的所述输出处的信号的振幅。
16.根据权利要求 15所述的方法，其中控制所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅包括 响应于所述功率模式信号改变提供至所述放大器的电流输入的电流电平。
17.根据权利要求16所述的方法，其中控制所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅进一步包括 在所述全功率模式期间根据第一振幅目标或者在所述低功率模式期间根据第二振幅目标控制所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅。
18.一种计算机可读媒体，所述计算机可读媒体体现可由计算机执行以实施用于控制振汤器的功能的指令，其中所述振汤器包括 放大器； 晶体振荡器，其中所述晶体振荡器的第一端子电耦合至所述放大器的输入，并且其中所述晶体振荡器的第二端子电耦合至所述放大器的输出； 第一电容器，其中所述第一电容器的第一端子电耦合至接地端； 第二电容器，其中所述第二电容器的第一端子电耦合至接地端；并且其中所述功能包括 响应于指示变换为全功率模式的功率模式信号，选择性地将所述放大器的所述输入电连接至所述第一电容器的第二端子，并且响应于指示变换为低功率模式的功率模式信号，将所述放大器的所述输入从所述第一电容器的所述第二端子断开电连接；以及 响应于指示变换为全功率模式的功率模式信号，选择性地将所述放大器的所述输出电连接至所述第二电容器的第二端子，并且响应于指示变换为低功率模式的功率模式信号，将所述放大器的所述输入从所述第一电容器的所述第二端子断开电连接。
19.(删除)
20.根据权利要求18所述的计算机可读媒体，其中所述功能进一步包括 控制所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅。
21.根据权利要求20所述的计算机可读媒体，其中控制所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅包括 根据所述放大器的所述输出处的所述信号的振幅改变提供至所述放大器的电流输入的电流电平。
全文摘要
具有相对应方法和计算机可读媒体的电路包括放大器；被配置为电耦合至晶体的晶体端口，其中该晶体端口的第一端子电耦合至该放大器的输入，并且其中该晶体端口的第二端子电耦合至该放大器的输出；第一电容器，其中该第一电容器的第一端子电耦合至接地端；第二电容器，其中该第二电容器的第一端子电耦合至接地端；第一开关，其被配置为选择性地将该放大器的输入电耦合至第一电容器的第二端子；和第二开关，其被配置为选择性地将该放大器的输出电耦合至第二电容器的第二端子。
文档编号H03B5/36GK103222185SQ201180051715
公开日2013年7月24日 申请日期2011年8月30日 优先权日2010年10月26日
发明者A·弗玛, 王晓悦, 畑中信吾, S·M·贾马尔 申请人:马维尔国际贸易有限公司