专利名称：带振荡石英的振荡电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带振荡石英的振荡电路。
专利EP0431887A2、EP0641980A2及US4941156A都曾公布过振荡电路，这些振荡电路中，在第一个电路节点与第二个电路节点之间接有一种并联电路，且该并联电路由一个振荡石英、一个变换器及一个电阻元件组成。上述每个电路节点至少要通过一个电容接在大地上。并且，在两个电路节点中，至少有一个电路节点带有一个由大量电容组成的并联电路，通过开关作用，这些电容可以接通或断开。利用该方法可对振荡电路的频率实行调整。
在振荡电路工作期间，如果在任意时间点接通或断开电容器，那么，由于相应电路节点处的总电容发生了跳变，所以它会在开关时间点对振荡产生不可预见的影响。
本发明的目的在于，提供一种前文讲述的振荡电路，利用该电路，可实现自动调整接通或断开电容器的开关时间点，这样，便可以事先计算好振荡电路的特性。
该目的由权利要求1所述的特征振荡电路来实现。发明的实施方案及改进由从属权利要求进行表征。
振荡电路在第一个与第二个电路节点之间接有一种并联电路，该并联电路由一个振荡石英、第一个变换器及第一个电阻元件组成。第一个电路节点通过第一个电容电路接在参考电位上，而第二个电路节点则通过第二个电容电路接在参考电位上。第一个电容电路至少带有两个电容器，它们均带有第一个、第二个端子，第一个端子接在参考电位上，而第二个端子则通过开关元件接在第一个电路节点上。此外还预先规定，振荡电路带有一种同步电路，以用来生成同步信号，该同步信号触发起开关作用，且至少根据第一个电路节点的电位来触发第一个电容电路的开关元件产生开关作用。
在本发明的振荡电路中，对频率的调整是通过开关元件的作用来实现的，为此，在第一个电路节点与参考电位之间，相互并联了各种大小的电容器，以组成第一个电容电路。采取同步的优点在于，在振荡电路工作期间，可通过在一个时间点上切换开关元件来获取工作频率的变化，而该时间点是由振荡电路本身的振荡特性所决定的。因此，工作期间，在切换至少一个开关元件之前及之后，都可预先对振荡电路的特性进行很好的计算。
在本发明的一种改进中，振荡电路的同步电路还带有一种预充电电路，其作用为产生一个预充电电位，且接在第三个电路节点上。在此，第一个电容电路的开关元件具有两种开关状态，在第一种开关状态时，它们将各电容器的第二个端子与第一个电路节点接通，在第二种开关状态时，它们将电容器的第二个端子与第三个电路节点接通。预充电电路有一个优点，即第一个电容电路的开关元件处于第二种开关状态，而电容器可被预充电至一个预定的预充电电位，这样，在振荡电路工作期间，当电容被接通时，也就是说，当频率发生变化时，第一个电路节点的电位基本上可以通过该确定的预充电电位来进行调制。
根据本发明的一种改进，假使同步电路能够准确地触发开关元件产生切换作用，且第一个电路节点的电位基本上同第三个电路节点的预充电电位保持一致，那么，这样就非常有利，在此，当第一个电容电路的电容器通过开关切换作用被接入后，它们便被预充电到上述预充电电位值。这样，在第一个电路节点处再接入其它电容器时，第一个电路节点的电位就不会受到任何影响。因此，在振荡电路工作期间，其振荡特性实际上不受干扰，但依然可以实现频率变化。
为了实现将第一个电路节点的电位与预充电电位进行比较，同步电路可典型地带有一种相应比较器。该比较器的简单及较优选的实施方案将在下文实施范例中进行进一步阐述。
下面根据附图来详细阐述本发明。其中附
图1 发明的一种实施例，附图2及3附图1所示电路的信号曲线图。
附图1所示的振荡电路带有第一个电路节点1，它通过振荡石英0接在第二个电路节点2上。第一个CMOS变换器I1及第一个电阻元件R1同振荡石英作并联连接。第一个电路节点1通过第一个电容电路C1接在大地上，第二个电路节点2则通过第二个电容电路C2接在大地上，在此，第二个电容电路C2的形式为一种单个电容器。
第一个电容电路C1带有许多电容器C，图中只示出了四个。电容器C的第一个电极与大地相连，其第二个电极则接在开关元件S上。开关元件S具有两种开关状态在第一种开关状态时，它将电容器C的第二个电极同第一个电路节点1接通，在第二种开关状态时，它将第二个端子同第三个电路节点3接通。在附图1中，示出的电容器C均处于第二种开关状态。
对于附图1所示的开关元件S，其开关状态是根据控制总线F上的相应数字控制信号来确定的。如果第一个变换器I1接入供电电压，且至少有一个电容器C通过其开关元件S接到了第一个节点1上，振荡电路便产生振荡。随后，通过控制总线F对大量电容器C的控制，振荡电路的频率便可在很大范围内发生变化，且其精度可是随意的。
上述元件本身已经能够构成一个振荡工作电路了，根据附图1，它们另外还带有一些元件，即预充电电路V及同步电路SY。预充电电路V带有第二个CMOS变换器I2，变换器I2的输入端接在第三个节点3上，且该输入端通过第二个电阻元件R2接到其输出端子上。同步电路SY带有第三个CMOS变换器I3，变换器I3的输入端接在第一个电路节点1上，它的输出端产生一种同步信号SYNC，并接在开关SW的控制端上。根据同步信号SYNC所确定的时间点，开关SW把控制总线F的信号接通，并将其存储在保持电路H内，这样，当开关SW处于断开状态时，仍然保留有上一次控制总线F的状态值。第一个变换器I1、第二个变换器I2以及第三个变换器I3所带的晶体管均按以下方法来选择，即对于所有P沟道晶体管的宽度对长度比，以及N沟道晶体管的宽度对长度比，上述两种比值的商值基本为一个不变值。也就是说，下列等式成立(WP1LP1)(WN1LN1)=(WP2LP2)(WN2LN2)=(WP3LP3)(WN3LN3)]]>对于CMOS变换器而言，由于上述商值在原则上已确定了直流电压工作点，所以对三个变换器I1、I2、I3来说，其商值都是相等的。在振荡电路工作期间，预充电电路V的第二个变换器I2几乎总是工作在直流电压工作点上，由于它不产生振荡，所以在第三个电路节点3处的预充电电位等于直流电压工作点。这些工作点对应于变换器I1、I2、I3的开关点，一旦第一个变换器I1及第一个电路节点1越过直流电压工作点，同步电路SY的第三个变换器I3便会产生开关动作。
附图2示出了第一个电路节点1的电位曲线，而附图3示出的是第四个电路节点4的电位曲线图，如附图1的最右边所示，电路节点4连接在电容器C的第二个电极上。在附图2及附图3中，水平线均为变换器I1、I2、I3的DC工作点。根据附图3，在时间点t1时，电容器C由其开关元件S接到第三个电路节点3上，由此开始被充电到预充电电位，该预充电电位同DC工作点是相等的。到了t1时间点，第三个变换器3识别出第一个电路节点1的电位发生“零穿越”，并立即产生切换动作。开关SW根据同步信号SYNC产生切换动作(亦即闭合或断开)，使得控制总线F中的数字信号送入保持电路H，或将其同保持电路H断开。在图示的例子中，数字信号作用于附图1最右边电容器C的开关元件S上，使其产生开关动作，这样，第二个电极便接在了第一个电路节点1上，所有第四个电路节点4的电位也就同电路节点1的电位相吻合了。在附图3中，该过程是从时间点t1开始的。电容器C在时间点t1接通后，它在电路节点1处所引起的振动频率变化在附图2及3中没有示出来。
为了使三个变换器I1、I2、I3的直流电压工作点几乎相等，以及使晶体管的宽度长度比的商值几乎相等，变换器的P或N沟道晶体管均可采取一样的设计与编排(在集成电路中的几何尺寸相同)。但是，由于第一个变换器I1所经过的电流比第二个变换器I2及第三个变换器I3都要大，所以其晶体管要设计得大一些。这通过以下方法来实现，即不采用单个的P沟道晶体管P1，也不采用单个的N沟道晶体管N1，而是将多个相同的P或N沟道晶体管相互并接起来，以组成第一个变换器I1，在此，晶体管的尺寸都一样，且其设计和编排均与第二个变换器I2、第三个变换器I3保持相同。
控制总线F的数字数据采取二进制编码方式。在第一个电容电路C1中，电容器C所组成电容网络时是经过二进制加权的，并且直接可由二进制码进行控制。对于数字控制信号，至少它的MSB(最有意义的比特)预先已被转换为一种温度码，在此，它为一种二进制码，这样是比较有利的，例如，当信号从“01111”跳至“10000”时，电容网络中将有一半被接通，而另一半则必须断开。还有一种更有效的方法，就是控制总线F采用10比特的控制字，其最先的5比特被转换为温度码。与此相应，电容网络由36个电容器组成，其中有31个大小相同的电容器C用于五个MSB，而另外5个电容器C在经过二进制加权后用于LSB(最无意义的比特)。这种振荡电路主要应用在PLL(相锁电路)封闭回路中，使用时，数字控制字在反馈回路里的变化很稳定，且没有跳跃现象，因此，在每个时间点上最多只有1/31的电容产生切换作用。
在附图1中讲述的振荡电路，它可实现接通或断开第一个电容电路C1中的电容器C，且其切换作用与振荡器的振荡特性保持同步。在振荡电路工作期间，它可优选地用来改变工作频率，但不会带来相位及频率跳变。
权利要求
1.一种振荡电路-带有第一个电路节点(1)及第二个电路节点(2)，它们之间通过一并联电路相互连接，该并联电路由一个振荡石英(0)、第一个变换器(I1)以及第一个电阻元件(R1)组成，-其第一个电路节点(1)通过第一个电容电路(C1)接到参考电位(大地)上，第二个电路节点(2)则通过第二个电容电路(C2)接在该参考电位(大地)上，-其第一个电容电路(C1)至少带有两个电容器(C)，而每个电容器都带有第一、第二个端子，第一个端子接在参考电位(大地)上，第二个端子则通过一种开关元件(S)接在第一个电路节点上，并且该振荡电路还带有一种同步电路(SY)用来产生同步信号(SYNC)，该同步信号通过根据在第一个电路节点(1)上的电位触发至少一个开关元件(S)来产生开关作用。
2.根据权利要求1的振荡器，-其开关元件(S)都具有两种开关状态，在第一种开关状态时，它们将各电容器(C)的第二个端子与第一个电路节点(1)接通，在第二种开关状态时，它们将电容器的第二个端子与第三个电路节点(3)接通，-还带有一种预充电电路(V)用于产生一个预充电电位，该电路接在第三个电路节点(3)上。
3.根据权利要求2的振荡器，当第一个电路节点(1)的电位基本达到了第三个电路节点(3)的预充电电位时，同步电路(SY)便触发一个开关以至少将一个开关元件(S)从第二种开关状态触发到第一种开关状态。
4.根据权利要求2或3的振荡器，-其第一个变换器(I1)带有一个第一种导电类型的晶体管(P1)以及一个第二种导电类型的晶体管(N1)，-其预充电电路(V)带有第二个变换器(I2)及第二个电阻元件(R2)，第二个电阻元件并联在第二个变换器(I2)上，而第二个变换器(I2)带有一个第一种导电类型的晶体管(P2)以及一个第二种导电类型的晶体管(N2)，在此，第二个变换器(I2)的输入或输出端接在第三个电路节点(3)上，-对于第一(I1)和第二个变换器(I2)，其第一种导电类型的晶体管(P1；P2)的宽度对长度比，以及第二种导电类型的晶体管(N1；N2)的宽度对长度比，上述两个比值的商值基本是相等的。
5.根据上述权利要求之一的振荡器，-其第一个变换器(I1)带有一个第一种导电类型的晶体管(P1)以及一个第二种导电类型的晶体管(N1)，-其同步电路(SY)带有第三个变换器(I3)，该变换器带有一个第一种导电类型的晶体管(P3)以及一个第二种导电类型的晶体管(N3)，在此，第三个变换器(I3)的输入端接在第一个电路节点(1)上，且第三个变换器(I3)的输出端用于提供同步信号(SYNC)，-对于第一(I1)和第三个变换器(I3)，其第一种导电类型的晶体管(P1；P3)的宽度对长度比，以及第二种导电类型的晶体管(N1；N3)的宽度对长度比，上述两个比值的商值基本是相等的。
6.根据权利要求4或5的振荡器，其第一(I1)、第二(I2)及/或第三个变换器(I3)为一种CMOS变换器。
全文摘要
振荡电路在第一个(1)与第二个电路节点(2)之间接有一种并联电路,该并联电路由一个振荡石英(0)、第一个变换器(I1)及第一个电阻元件(R1)组成。第一个电路节点(1)通过第一个电容电路(C1)接在参考电位上,而第二个电路节点(2)则通过第二个电容电路(C2)接在参考电位(大地)上。第一个电容电路(C1)至少带有两个电容器,其第一个电极接在参考电位(大地)上,而第二个电极则通过开关元件(S)接在第一个电路节点(1)上。此外,振荡电路还带有一种预充电电路(V)及同步电路(SY),预充电电路(V)用来给电容(C)进行预充电,而同步电路(SY)的作用为,在时间点(t1)接通电容(C),此时,预充电电位与第一个电路节点(1)的电位保持一致。
文档编号H03B5/12GK1269920SQ98808811
公开日2000年10月11日 申请日期1998年8月27日 优先权日1997年9月4日
发明者F·库特纳 申请人:西门子公司