用以控制高度稳定lc振荡器中的lc槽路温度零位特性的方法及设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明一股来说设及跨越广泛的温度变化提供高度稳定输出频率的振荡器。
【背景技术】
[0002] 电子时钟产生传统地依赖于基于外部晶体的参考振荡器，所述参考振荡器任选地 经乘法运算及/或经除法运算W产生所需时钟。时钟的关键指标（其目标频率除外）是频 率准确性及稳定性。频率准确性是用W跨越供电及温度而维持目标频率的能力且通常表示 为呈百分比或百万分率（ppm)的与目标频率的偏差。长期稳定性受振荡器的近载波相位噪 声影响。使用高Q元素的振荡器通常具有低相位噪声分布曲线及因此良好的频率稳定性， 且对相依于供电及温度的振荡器放大器增益的变化较不敏感。
[0003] 举例来说，晶体振荡器狂0)是提供由晶体的极高质量因子（曲造成的跨供电及温 度的卓越频率稳定性及频率准确性的高Q振荡器。然而，并非所有共振器（包含晶体）均 具有令人满意的跨温度性能，因此需要用W降低及/或补偿频率中由温度所致的移位的额 外电路及技术。温度经补偿的晶体振荡器（TCX0)通常并入有具有温度相依性的额外装置 W抵消晶体的温度相依性。总体结果是具有低温度相依性的振荡频率。
[0004] 然而，由于W较小大小及W较低成本支持多个标准、增加的功能性、较高数据速率 及增加的存储器的要求所致的电子系统的不断增加的复杂性正促使设计者通过W深亚微 米互补M0S(CM0巧技术来开发单巧片系统（SoC)而增加集成水平W受益于增加的口密度。 并入有晶体振荡器的参考时钟由于晶体的笨重性质而尚未实现缩放或集成，因此限制了对 于电子系统可能的大小及成本减小。
[0005] 使用高QMEMS共振器及薄膜体声共振器（FBAR)的近期成果已图解说明将高Q元 素及专用集成电路（ASIC)集成于同一封装中的可能性。然而，封装诱发的应力及其对性能 的影响仍存留为具挑战性障碍，该是因为高Q元素可需要对于SoC不实际的特殊封装及/ 或校准。所述应力可改变共振器的温度行为，从而可能导致大频率移位及加速老化。因此， 特殊组装及封装技术为减轻此些效应通常所需的，此增加产生此些时钟的成本。任何共振 器均可能遇到类似问题，此取决于共振器材料的机械性质，其需要仔细设计及制造工艺及 过程。
[0006] 不需要优越频率准确性及稳定性的应用（例如USB及SATA)的设计要求可使用具 有在CMOS过程中可获得的相对低Q元素的振荡器而满足，所述低Q元素可具有产生良好抖 动性能的充分相位噪声分布曲线。当前实验包含使用环形振荡器、张弛振荡器及LC振荡 器。然而，该些实施方案的所报告频率准确性具有跨供电及温度的大偏差，从而使得其对于 需要精确准确性及稳定性的应用为无效的。用W减小跨温度的偏差的减轻需要跨温度的修 整，此既非成本有效的也非对于SoC实际可行的。
[0007] 因此，依赖于CMOS技术中的现有最优过程步骤且满足频率稳定性及抖动要求的 集成解决方案将具有极大价值。W引用的方式并入本文中的美国专利8, 072, 281中已描述 在槽路温度零位相位处操作W实现高度稳定输出频率的LC槽路振荡器。本文中所描述的 技术及电路包含利用温度零位相位的改进及扩展。
【发明内容】
[0008] 本发明描述实质上与温度无关的基于LC的振荡器。所述振荡器包含LC振荡器槽 路及频率稳定器电路，所述频率稳定器电路禪合到所述LC振荡器槽路W致使所述LC振荡 器槽路在温度零位相位处操作，从而在实质上等于温度零位相位的相位处产生槽路振荡。 所述温度零位相位是所述LC振荡器槽路的在其处所述振荡器的输出振荡的频率随温度改 变的变化被降低或最小化的相位。
[0009] 在美国专利8, 072, 281中，分析相对温度的频率变化的一阶模型，且引入温度零 位特性的理论预期。从实际角度来看，存在影响温度零位特性的较多因素。该些因素影响 温度零位特性，所述温度零位特性又影响相对温度的总体频率偏离。此增加的偏离在此基 于LC的振荡器的制造期间增加修整及校准的复杂性。
[0010] 本文中的发明描述一种用W通过控制输入到LC振荡器槽路的电流的谐波含量而 控制温度温度零位特性的方法，所述控制输入到LC振荡器槽路的电流的谐波含量又通过 控制输出信号跨温度的振幅而实现。通过应用所描述方法，实现实质上与温度无关的输出 信号。在本发明的另一方面中，描述数种用W控制输出信号的振幅的方法及设备。
【附图说明】
[0011] 图1是图解说明示范性LC振荡器槽路的电路图。
[0012] 图2图解说明示范性LC振荡器槽路的相位图。
[0013] 图3图解说明在零相位处操作的LC振荡器槽路的跨温度的振荡频率。
[0014] 图4图解说明示范性LC振荡器槽路的温度零位相位。
[0015] 图5图解说明理论TNU化特性，其为如在温度零位相位处操作时依据一阶模型所 预期的跨温度的频率偏离。
[0016] 图6图解说明S个可能实际TNU化特性对依据一阶模型的理论预期。
[0017] 图7图解其振幅受AAC控制的振荡器，所述AAC的参考电压为受控温度函数 Vr址讯。
[001引图8图解说明Vuf(T)产生器电路的框图。
[001引图9图解说明处于S种不同系数（tvi到tJ组合的S个不同TNU化特性对TNU化 特性的理论预期；所述系数经编程W控制TNU化特性。
[0020] 图10图解说明PTAT电流（IpTAT)产生器电路。
[002。 图11图解说明使用PTAT电流（IpTAT)产生器电路来产生一阶温度相依电压Vi讯。 [002引图12图解说明如何与线性温度相依电阻Rt讯一起使用PTAT电流（IpTAT)来产生 二阶温度相依电压V2(T)。
[002引图13是CTAT电流（Ictat)产生器电路的图式。
[0024] 图14图解说明使用CTAT电流（luAT)产生器电路来获得具有负一阶及二阶系数的 Vi(T)及V2 订）。
[002引图15图解说明可依据Vx讯产生Vx+i讯的电路。
【具体实施方式】
[0026] 现在参考图1，在构建振荡器中所使用的LC振荡器槽路电路10由电感（电感性 元素）L及电容（电容性元素）C的源构成。LC振荡器槽路电路10中的电感性元素L及电 容性元素C可由各种类型的共振器及无源元件构成，例如但不限于；巧片上集成电感器、接 合线、金属-绝缘体-金属（MiM)电容器、金属指状电容器、金属氧化物半导体（M0巧电容 器、陶瓷共振器、微机电系统（MEM巧音叉共振器、MEMS酒杯共振器、基于MEMS的共振器、表 面声波（SAW)及体声波炬AW)装置。
[0027] 由于具有有限质量因子Q的物理限制，因此理想纯电感器或电容器的实施方案通 常是不可能的。当与MEMS共振器及晶体进行比较时，迄今为止的