专利名称：分立时钟发生器和/或定时/频率参考的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及振荡或时钟控制信号发生，特别涉及分立时钟 信号发生器和定时/频率参考，其自激、自参考、随制造工艺、电压 和温度保持准确并具有低抖动。
背景技术：
准确的时钟发生器或定时参考通常依靠晶体振荡器，如石英振荡 器，其提供特定频率的机械谐振。这样的晶体振荡器的困难在于它们
不能被制造为将由其时钟信号驱动的同一集成电路ac)的一部分。
例如，微处理器如Intel奔腾处理器要求分开的时钟IC。为此，实 际上每一需要准确时钟信号的电路均需要片外时钟发生器。
对于这样的非集成解决方案有几种结果。例如，由于所述处理器 必须通过外部电路(如印刷电路板(PCB)上的电路)连接，功率耗 散相对增加。在依靠有限电源的应用中，如依靠电池电力的移动通信， 所述额外的功率耗散非常有害。
此外，非集成的解决方案因需要额外的IC而增加了空间及面积 需要，无论是PCB上还是已完成产品内，这在移动环境中也是有害的。 此外，这样的另外的组件也增加了制造和生产成本，因为另外的ic 必须被制造并与主要电路(如微处理器)装配在一起。
已被制造为与其它电路集成在一块的电路的其它时钟发生器通 常不足够准确，其随制造工艺、电压和温度(PVT)变化。例如，环 形、张驰和相移振荡器可提供适于一些低敏感度应用的时钟信号，但 不能够提供更复杂电子电路所需要的更高准确度，如需要强大处理能 力或数据通信的应用所需要的准确度。此外，这些时钟发生器或振荡 器通常展现相当的频移、抖动、具有相对低的Q值、并因噪声和其它 干扰而遭受其它畸变。
为此，需要可与其它电路如单一 IC单片地集成在一起且随PVT 变化保持高度准确的时钟发生器或定时参考。这样的时钟发生器或定 时参考应自激及自参考，而不应需要锁定或参考另一参考信号。这样 的时钟发生器或定时参考应展现最小的频移且具有相对低的抖动，且 应适于要求高度准确的系统时钟的应用。这样的时钟发生器或定时参 考还应提供多种运行模式，包括时钟模式、参考模式、能量保存模式、 及受脉冲作用模式。最后，这样的时钟发生器或定时参考应能控制输 出频率，以响应于环境或结温的变化或其它参数如电压、制造工艺、 频率和使用期的变化而提供稳定的且需要的频率。
发明内容
在不同的示例性实施例中，本发明提供产生频率参考信号的装 置。所述装置包括谐振器，其可使用一个或多个电感器和电容器(作 为LC储能电路)；跨导放大器；用于对低抖动、自激及自参考时钟发 生器和/或定时和频率参考提供开环频率控制和选择的频率控制器和 温度补偿器，其随PVT和使用期(时间)变化保持高度准确且其可与 其它电路单片地集成在一起以构成单一集成电路。不需要单独的参考 振荡器，及示例性实施例不被相位锁定、延迟锁定或其它锁定到任何 其它频率参考。而是，示例性实施例可用作所述参考振荡器，其产生 频率参考信号，然后一个或多个相位锁定或延迟锁定环路锁定到所述 频率参考信号。本发明的不同示例性实施例包括随制造工艺、电压和
温度(VT)变化产生高度准确的频率的特征。这些特征包括频率调
谐和选择、补偿由于温度和/或电压波动导致的频率变化、制造工艺 变化、及由于集成电路老化引起的变化。
本发明可被提供为提供时钟信号或其它频率参考信号的分立集 成电路，之后其可为任何用户应用而与其它集成电路结合。本发明装
置可被配置或编程以进行频率选择、信号选择、输入/输出(I/O)选 择、1/0引脚选择、扩展频谱选择、及其它选择。提供几种方法进行 这样的配置和编程，包括IC设计和制造期间的掩码可编程性、IC制
造后制造商或分销商可编程性、及工c制造后用户可编程性。
本发明还可与其它集成电路结合以构成单一组件，通常提供在单 一IC管壳中。例如，为任何功能或应用如不同的处理器、控制器、 数字信号处理器等，本发明时钟发生器和/或定时和频率参考可与任 何其它、任何种类或类型的第二电路结合，以为第二电路提供集成的、 自激时钟，所述第二电路不需要同步或锁定到外部参考如晶体振荡 器。
例如但不作为限制，时钟发生器和/或定时和频率参考可与任何 下述类型的处理器结合微处理器、数字信号处理器、控制器、微控
制器、通用串行总线(USB)控制器、外围组件互连(PCI)控制器、 外围组件互连快速(PCI-e)控制器、火线控制器、AT附件(ATA) 接口控制器、集成驱动电子电路(IDE)控制器、小计算机系统接口
(SCSI)控制器、电视控制器、局域网(LAN)控制器、以太网控制 器、视频控制器、音频控制器、调制解调器处理器、MPEG控制器、 多媒体控制器、通信控制器、移动通信控制器、IEEE802. ll控制器、 GSM控制器、GPRS控制器、PCS控制器、AMPS控制器、CDMA控制器、 WCDMA控制器、扩展频谱控制器、无线LAN控制器、IEEE 802. 11控 制器、DSL控制器、Tl控制器、ISDN控制器、或线缆调制解调器控 制器。用于与本发明时钟发生器和/或定时和频率参考集成的无数其 它类型的第二电路也在本发明范围内。
对于所述示例性实施例，时钟发生器和/或定时和频率参考提供 具有第一频率A的第一参考信号。第一参考信号可以多种方式中的任 何方式使用，如(1)由第二电路直接用作时钟控制或频率参考信号;
(2)提供给一个或多个方波发生器或分频电路，所得实质方波或分 频后的信号提供为输出(作为在所选频率(如具有频率A /;， &… A)的一个或多个第二参考信号，其中的任一或多个之后由第二电路 用作时钟控制或频率参考信号)；(3)用于锁定电路的锁定，如一个 或多个锁相环、延迟锁定环、或注入锁定电路，或由分频和锁定电路 的组合使用，也将一个或多个在所选频率(如具有频率/w， /^，… A)的第二参考信号作为输出提供给第二电路。
这些一个或多个第二参考信号可被转换、多路复用或直接提供给 任何第二电路，如处理器、存储器和输入/输出接口，其作为所选频 率的时钟或参考信号。这些信号也可以多种形式中的任何形式提供， 如单端、差分、相移、正交，包括反相和/或正相形式。
根据所选实施例，对于任何频率(A力，A…A)的频率选择 可以多种方式提供。频率选择可作为设计和制造的一部分出现，如通 过选择时钟发生器和/或定时和频率参考的IC振荡器中使用的电感 器和电容器的数量和大小。例如， 一个或多个电感器的大小和/或形 状可通过适当的金属层屏蔽进行选择，电容器可被调整为产生特定频 率或频率范围的大小。频率选择也可在制造后发生，其通过使用下面 详述的不同校准和控制系数或信号。此外，频率选择可通过配置一个 或多个锁定电路执行，如通过选择通过锁相环中的可编程计数器的分 频比，这可以是IC的设计和制造的一部分；或可在制造后编程，同 样通过使用校准和控制系数或信号或通过将分频器转换入或转换出 分频链进行。另外的配置方法将在下面详述。
另外的实施例也产生多个频率参考信号，无论是正弦还是方波信 号，如用作一个或多个时钟信号或参考频率源。在示例性实施例中，
本发明的时钟/频率参考连接到一个或多个锁相环(PLL)或延迟锁定 环(DLL)，以提供所选频率的相应多个输出参考信号。不同的示例性 实施例可通过控制信号或所保存的系数进行配置或编程，如为相应的 频率选择调节PLL或DLL的分频比。
对于可能要求高Q值、低抖动和低相位噪声的应用，谐振器通常 包括一个或多个电感器和电容器，从而形成一个或多个LC储能电路 或LC谐振器。在第一实施例中，使用双平衡差分LC谐振器布局。在 其它示例性实施例中，可使用差分或单端LC振荡器布局，如差分 n-MOS交叉连接的布局、差分p-MOS交叉连接的布局、单端考毕子LC 振荡器、单端哈特莱(Hartley) LC振荡器、差分考毕子(Colpitts) LC振荡器(共基及共集版本)、差分哈特莱LC振荡器(共基及共集
版本)、单端皮尔斯(Pierce) LC振荡器、正交振荡器(如由至少两 个双平衡、差分LC振荡器形成)。在这些实施例的任何实施例中，有 源电感器可用在LC振荡器或其它电抗组件中。这些LC布局中的任何 布局可实施为平衡、交叉连接、差分、或单端布局，并可使用任何类 型的晶体管，如n-M0S、 p-M0S、或BJT。另外的LC振荡器布局，不 管是现在已知的还是即将知道的，均视为等效布局并在本发明范围 内。
本发明的示例性实施例还提供几种不同程度和类型的控制。例 如，提供离散和连续实时控制，从而根据所述变化控制自激振荡器的 输出频率。此外，所述控制通常提供为开环，而不需要反馈连接及不 需要使振荡器连续锁定另 一参考信号。
此外，本发明的示例性实施例提供具有多种运行模式的时钟发生 器和/或定时及频率参考，包括如能量保存模式、时钟模式、参考模 式、及受脉冲作用模式。此外，不同的实施例提供多个不同频率的输 出信号，并在这些不同的信号之间提供低等待时间和无假信号转换。
值得注目地，本发明的不同实施例产生较大且相当高的频率，如 数百MHz和GHz范围，之后，其被分为多个更低的频率。每一这样的 除N (有理数、整数比)导致有效的降噪，相位噪声降低N及相位噪 声功率降低N2。因此，本发明的不同示例性实施例相较其它直接或通 过频率倍增产生输出的振荡器导致低得多的相对期抖动。
不同的装置实施例包括谐振器、放大器、及频率控制器，其可包 括不同的组件或模块如温度补偿器、工艺变化补偿器、电压隔离器和 /或电压补偿器、使用期(时间)变化补偿器、分频器、及选频器。 谐振器提供具有谐振频率的第一信号。温度补偿器响应于温度调节谐 振频率，工艺变化补偿器响应于制造工艺变化调节谐振频率。此外， 不同的实施例还可包括将具有谐振频率的第一信号分为多个具有相 应多个频率的第二信号的分频器，所述相应多个频率实质上等于或低 于所述谐振频率；及选频器从多个第二信号提供输出信号。选频器还 可包括假信号抑制器。输出信号可提供为多种形式中的任何形式，如
微分或单端，及方波或正弦。
本发明的示例性实施例提供用于集成、自激谐波振荡器的频率控 制的装置，包括适于提供具有谐振频率的第一信号的谐振器；适于响 应于多个参数中的至少一个参数如控制电压提供第二信号的传感器； 及连接到传感器和可连接到谐振器的频率控制器，频率控制器适于响 应于第二信号修改连接到谐振器的电抗元件以修改谐振频率。多个参 数是可变的且包括至少下述参数之一温度、制造工艺、电压、频率、 和使用期(即已用时间)。
在示例性实施例中，频率控制器还适于响应于第二信号修改连接 到谐振器的有效电抗或阻抗元件，如响应于第二信号修改谐振器的总 电容、将固定或可变电容连接到谐振器或与谐振器断开连接、通过改 变变抗器或将其转换到所选控制电压而修改谐振器的有效电抗、或相 当地，响应于第二信号修改谐振器的电感或电阻，如通过将固定或可 变电感或电阻连接到谐振器或与谐振器断开连接。在其它实施例中， 差分加权或大小的电抗如可变电容器(变抗器)可在其与谐振器之间 转换、在其与多个不同的可选择控制电压之间转换或二者同时存在。 例如，在所选实施例中，连接到谐振器的一个或多个可变电容器的电 抗可通过将一个或多个可变电容器转换到多个控制电压中的所选控 制电压而进行变化，从而导致不同或差分加权的有效电抗连接到谐振 器。
例如，多个固定电容(具有不同的、二进制加权或差分加权的容 量)可连接到谐振器以提供离散级的频率控制，连接到谐振器的变抗 器可被提供以多个控制电压中的所选控制电压，其响应于温度而变 化，其可用于随所述温度波动而保持频率不变，且其提供连续级的频 率控制。此外，所述控制电压中的任何电压或响应于所选参数如温度 变化，或相对于所述参数为常数。所使用的不同电抗的不同权重可以 多种形式体现，如二进制加权、线性加权、或使用任何其它希望的方 案的加权，所有这些均被视为完全等同并在本发明的范围内。
应注意，术语"固定的"及"可变的"按本领域公知的方式使用，
"固定的"理解为相对于所选参数配置通常没有变化，"可变的"意 为配置通常随所选参数变化。例如，固定电容器通常意为其电容不随 所施加电压变化，而可变的电容器(变抗器)将具有随所施加电压而 变的电容。然而，二者均可具有且通常将具有随制造工艺而变的电容。 此外，例如，固定电容器可被形成为连接到不变电压的变抗器。类似 地，组件可相互直接或间接连接，换言之，运行上连接或经信号传输 连接。例如， 一个组件可经第三组件连接到第二组件，如通过转换布 置、除法器、乘法器等。本领域技术人员将认识这些不同的情形和环 境，如图所示及如下所述，以及当使用这样的术语时的含义。
在示例性实施例中，频率控制器还可包括适于保存第一多个系 数的系数寄存器；及具有多个连接到系数寄存器并可连接到谐振器的 可转换电容性模块的第一阵列，每一可转换电容性模块具有固定电容 和可变电容，每一可转换电容性模块响应于第一多个系数中的对应系 数以在固定电容和可变电容之间转换并将每一可变电容转换到控制 电压。多个可转换电容性模块可被二进制加权。频率控制器还可包括 具有连接到系数寄存器的多个可转换电阻模块且还具有电容性模块 的第二阵列，电容性模块和多个可转换电阻模块还连接到结点以提供 控制电压，每一可转换电阻模块响应于系数寄存器中保存的第二多个 系数中的对应系数以将可转换电阻模块转换到控制电压结点。在所选 实施例中，传感器还包括响应于温度的电流源，其中电流源通过电流 反射镜连接到第二阵列以产生跨多个可转换电阻模块中的至少一可 转换电阻模块的控制电压。同样，在所选实施例中，电流源具有至少
下述之一相反于绝对温度(CTAT)结构、正比于绝对温度(PTAT) 结构、正比于绝对温度的平方(PTAT2)结构、或这些结构的组合。 此外，多个可转换电阻模块中的每一可转换电阻模块对所选电流具有 不同的温度响应。
在其它示例性实施例中，传感器是参数(温度、工艺、电压、使 用期等)传感器并响应于所选参数的变化改变第二信号，例如，传感 器可以是温度或电压传感器并响应于温度或电压变化改变第二信号。 所选实施例还可包括连接到传感器的模数转换器以响应于第二信号 提供数字输出信号，以及将数字输出信号转换为第一多个系数的控制 逻辑块。
在其它示例性实施例中，频率控制器还包括工艺变化补偿器，其 可连接到谐振器并适于响应于多个参数中的制造工艺参数修改谐振 频率。工艺变化补偿器还可包括适于保存多个系数的系数寄存器；及 具有多个连接到系数寄存器和谐振器的二进制加权、可转换电容性模 块的阵列，每一可转换电容性模块具有第一固定电容和第二固定电 容，每一可转换电容性模块响应于多个系数中的对应系数以在第一固 定电容和第二固定电容之间转换。在其它示例性实施例中，工艺变化 补偿器还可包括适于保存多个系数的系数寄存器；；及具有多个连接 到系数寄存器和谐振器的可转换可变电容性模块的阵列，每一可转换 可变电容性模块响应于多个系数中的对应系数以在第一电压和第二 电压之间转换，如转换到所选控制电压。
在其它示例性实施例中，频率控制器还包括适于保存第一多个系 数的系数寄存器；及具有多个连接到系数寄存器及谐振器的可转换、 电容性模块的第一阵列，每一可转换电容性模块具有可变电容，每一 可转换电容性模块响应于第一多个系数中的对应系数以将可变电容 转换到多个控制电压中的所选控制电压。在其它示例性实施例中，工 艺变化补偿器还可包括适于保存至少一系数的系数寄存器;及连接到 系数寄存器和谐振器的至少一可转换可变电容性模块，其响应于至少 一系数转换到所选控制电压。传感器可包括响应于温度的电流源，频 率控制器还可包括具有多个通过电流反射镜连接到电流源的电阻模 块的第二阵列，多个电阻模块适于其它多个控制电压，且其中多个电 阻模块中的每一电阻模块对温度具有不同的响应且适于响应于电流 源的电流提供多个控制电压中的对应控制电压。
在其它示例性实施例中，用于谐振器的频率控制的装置并可适于 保存第一多个系数的系数寄存器；及具有多个连接到系数寄存器和谐 振器的可转换电抗或阻抗模块的第一阵列，每一可转换电抗模块响应
于第一多个系数中的对应系数以转换对应的电抗从而修改谐振频率。 对应的电抗或阻抗可以是固定或可变电感、固定或可变电容、固定或 可变电阻、或其任何组合。对应的电抗可被转换到谐振器，或当连接 到谐振器时可转换到控制电压、电源电压或接地电势，控制电压可由 电流源响应于温度确定。例如，对应的电抗是可变的并连接到谐振器 和转换到多个控制电压中的所选控制电压。在所选实施例中，第一多 个系数由传感器响应于多个可变参数中的至少一参数进行计算或确 定，所述参数如温度、制造工艺、电压、频率和使用期。
在其它示例性实施例中，用于集成、自激谐波振荡器的频率控制 的装置包括适于产生多个控制电压的多个电阻模块；连接到谐波振 荡器的多个受控电抗模块；及连接到多个电阻模块和多个受控电抗模 块的多个开关，多个开关响应于控制信号将多个控制电压的第一控制 电压连接到多个受控电抗模块中的第一受控电抗模块以修改谐波振 荡器的谐振频率。
如上所述，所述装置还可包括连接到多个电阻模块的电流源，电 流源适于将随参数而定的电流提供给多个电阻模块中的至少一电阻 模块以产生多个控制电压中的至少一控制电压，其随参数而定。在其 它实施例中，电流源适于将实质上与参数无关的电流提供给多个电阻 模块中的至少一电阻模块以产生多个控制电压中的至少一控制电压， 其实质上与参数无关。根据示例性实施例，多个可转换电阻模块中的 每一可转换电阻模块对所选电流可具有不同的温度响应。
因此，当参数是温度时，多个控制电压中的至少一控制电压随温 度而定，且多个控制电压中的至少一控制电压实质上与温度无关。
示例性的装置还可包括连接到多个开关并适于保存第一多个系 数的系数寄存器，其中控制信号由第一多个系数中的至少一系数提 供。多个受控电抗模块还可包括多个差分(如二进制)加权的固定电 容和可变电容，及其中多个开关响应于第一多个系数将固定电容连接 到谐波振荡器及将多个控制电压中的第一控制电压连接到与谐波振 荡器连接的可变电容。多个电阻模块还可包括连接到系数寄存器的多
个可转换电阻模块和电容性模块，电容性模块和多个可转换电阻模块 还连接到结点以提供第一控制电压，每一可转换电阻模块响应于系数 寄存器中保存的第二多个系数中的对应系数将可转换电阻模块转换 到控制电压结点。
在示例性实施例中，模数转换器可被连接到多个可转换电阻模块 以响应于第一控制电压提供数字输出信号，从而例如将随温度而定的 电流(作为传感器)转换为数字格式；及将数字输出信号转换为第一 多个系数或控制信号的控制逻辑块。
同样，在示例性实施例中，多个受控电抗模块还包括连接到系 数寄存器和谐波振荡器的多个可转换电容性模块，每一可转换电容性 模块具有可变电容，每一可转换电容性模块响应于第一多个系数中的 对应系数将可变电容转换到多个控制电压中的所选控制电压。根据实 施例，响应于多个可变参数中的参数的电流源通过电流反射镜连接到 多个电阻模块；其中多个电阻模块中的每一电阻模块对参数具有不同 的响应并适于响应于电流源的电流提供多个控制电压中的对应控制 电压。根据实施例，多个控制电压中的至少一控制电压实质上随参数 而定，及多个控制电压中的至少一控制电压实质上与参数无关。
同样，在示例性实施例中，多个受控电抗模块还包括连接到系 数寄存器和谐波振荡器的多个差分加权的可转换电容性模块，每一可 转换电容性模块具有第一固定电容和第二固定电容，每一可转换电容 性模块响应于多个系数中的对应系数在第一固定电容和第二固定电 容之间转换。在其它实施例中，多个受控电抗模块还包括连接到系 数寄存器和谐波振荡器的多个可转换可变电容性模块，每一可转换可 变电容性模块响应于多个系数中的对应系数而在多个控制电压中的 第一电压和第二电压之间转换。在其它实施例中，多个受控电抗模块 还包括连接到系数寄存器和谐波振荡器的多个可转换可变电容性模 块，每一可变电容性模块响应于多个系数中的对应系数而转换到多个 控制电压中的所选控制电压，多个控制电压包括多个不同大小的电 压，且其中所选控制电压随温度变化实质上为常数。
同样，在示例性实施例中，所述装置还可包括响应于控制信号 将相应的电阻转换到谐波振荡器从而修改谐振频率的多个可转换电 阻器。所述装置可包括连接到多个受控电抗模块并适于响应于电压变 化提供所选控制电压的分压器。此外，使用期变化补偿器可被连接到 谐振器并适于将多个参数中的所选参数的当前值与所选参数的初始 值进行比较并响应于所选参数的当前值和初始值之间的差修改谐振 频率。
众多其它示例性实施例在下面进行了详细描述，且包括另外的用 于电压变化和使用期(IC寿命)变化的调节器和补偿器。
本发明还可包括连接到选频器的模式选择器，其中模式选择器适 于提供多种运行模式，其可选自包括下述模式的组时钟模式、定时 和频率参考模式、能量保存模式、及受脉冲作用(或脉冲)模式。
对于参考模式，本发明还可包括连接到模式选择器的同歩电路； 及连接到同步电路并适于提供第三信号的受控振荡器；其中在定时和 参考模式中，模式选择器还适于将输出信号连接到同步电路以控制第 三信号的定时和频率。所述同步电路可以是延迟锁定环、锁相环路、 或注入锁定电路。
这些及另外的实施例将在下面更详细地讨论。本发明的众多其它 优点和特征从下面本发明及其实施例的详细描述、权利要求以及附图 可明显看出。
本发明的目标、特征和优点在参考下面结合构成说明书的一部分 的附图和例子进行的描述基础上将更容易地意识到，其中同一附图标 记用于识别不同附图中的相同或类似组件，其中
图1为根据本发明的示例性系统实施例的框图。
图2为根据本发明的第一示例性装置实施例的框图。
图3为根据本发明的第二示例性装置实施例的框图。
图4为根据本发明的、图示示例性频率控制器、振荡器和频率校
准实施例的高级原理及框图。
图5A为由于注入振荡器的具有特殊滤波器响应的电流谐波分量 导致的振荡器电压波形(频率)畸变的示例性曲线图。
图5B为图5A中所示的振荡器电压波形(频率)随温度而变的示
例性曲线图。
图5C为振荡器频率随维持放大器的跨导而变的示例性曲线图。 图6为根据本发明的第一示例性负跨导放大器、温度响应电流发 生器(I(T))、及LC振荡器实施例的电路图。
图7A为根据本发明的示例性温度响应CTAT电流发生器的电路图。
图7B为根据本发明的示例性温度响应PTAT电流发生器的电路图。
图7C为根据本发明的示例性温度响应PTAf电流发生器的电路图。
图7D为根据本发明的具有所选CTAT、 PTAT和PTAT2结构的示例 性可选及可伸縮温度响应电流发生器的电路图。
图8为根据本发明的第二示例性负跨导放大器、温度响应电流发 生器(I (T))、及LC振荡器实施例的电路框图。
图9为根据本发明的、频率-温度补偿模块中使用的示例性第一 受控(或可控)电容模块的电路图。
图10为根据本发明的、频率-温度补偿模块中使用的示例性第一 电压控制模块的电路图。
图11为根据本发明的示例性第一工艺变化补偿模块的电路图。
图12为根据本发明的示例性第二工艺变化补偿模块的电路图。
图13为根据本发明的示例性频率校准模块的框图。
图14为根据本发明的示例性分频器、方波发生器、异步选频器 及假信号抑制模块的框图。
图15为根据本发明的示例性低等待时间频率转换的图解。
图16为根据本发明的示例性分频器的框图。
图17为根据本发明的示例性功率模式选择模块的框图。
图18为根据本发明的用于第二振荡器的示例性同步模块的框图。
图19为根据本发明的示例性方法的流程图。
图20为根据本发明的、补偿模块中使用的示例性受控阻抗模块 的框图和电路图。
图21为根据本发明的第一示例性频率控制器和装置的框图。
图22为根据本发明的、频率-温度补偿模块中使用的示例性第二 受控电容模块的电路图。
图23为根据本发明的、在频率-温度补偿模块中使用的示例性第 二电压控制模块的电路图。
图24为根据本发明的响应于温度变化的示例性频率控制的图表。
图25为根据本发明的第二示例性频率控制器和装置的框图。 图26为根据本发明的、在参数补偿模块中使用的示例性第三受
控电容模块和示例性第三电压控制模块的电路图。
图27为根据本发明的示例性电压变化补偿模块的电路和框图。 图28为根据本发明的、在频率和工艺补偿模块中使用的示例性
第四电压控制模块的电路图。
图29为根据本发明的示例性电阻控制模块的电路图。 图30为根据本发明的示例性使用期变化补偿器的框图。 图31为根据本发明可使用的第三示例性LC振荡器的电路图。 图32为根据本发明可使用的第四示例性LC振荡器的电路图。 图33为根据本发明可使用的第五示例性LC振荡器的电路图。 图34为根据本发明可使用的第六示例性LC振荡器的电路图。 图35为根据本发明可使用的第七示例性LC振荡器的电路图。 图36为根据本发明可使用的第八示例性LC振荡器的电路图。 图37为根据本发明可使用的第九示例性LC振荡器的电路图。 图38为根据本发明的有源电感器实施例的框图。 图39为根据本发明的第二示例性系统实施例的框图。 图40为根据本发明的第三示例性系统实施例的框图。
图41为根据本发明的第三示例性分频器实施例的框图。 图42为根据本发明的第四示例性分频器实施例的框图。 图43为根据本发明的第四示例性系统实施例的框图。 图44为根据本发明的第五示例性系统实施例的框图。 图45为根据本发明的示例性第一分立装置实施例的框图。 图46为根据本发明的示例性第二分立装置实施例的框图。 图47为根据本发明的示例性第三分立装置实施例的框图。 图48为根据本发明的示例性第四分立装置实施例的框图。
具体实施例方式
在本发明容许许多不同形式的实施例的同时，附图中示出了其特 定实施例并在此详细描述，应当理解，本说明书应被视为本发明原理 的例证，而不是将本发明限制为在此描述的特定实施例。
如上所述，本发明的不同实施例提供大量优点，包括将高度准确 (随PVT和使用期)、低抖动、自激和自参考时钟发生器和/或定时及 频率参考与其它电路集成的能力，如图1中所示。图1为根据本发明 的示例性系统实施例150的框图。如图1中所示，系统150是单一集 成电路，本发明的时钟发生器和/或定时/频率参考100与其它或第二 电路180、连同接口 (I/F)(或输入/输出(I/O)电路)120单片地 集成在一起。接口 120通常将如从电源(未示出)、大地、及其它线 路或总线提供功率给时钟发生器100，如用于校准和频率选择。如 图所示， 一个或多个输出时钟信号在总线125上提供，其为多个频率， 如第一频率(/。)、第二频率(/》，依此类推，直到第(n + l)频率(/;)。 此外，(同样在总线125上)提供能量保存模式(或低功率模式(LP))。 第二电路180 (或I/F120)也可提供时钟发生器100的输入，如通过 选择信号(S。， Si，…，SJ及一个或多个校准信号(C。， d，…，Cn)。 或者，选择信号(S。， Sb…，Sn)及一个或多个校准信号(C。， d，…，
Cn)可通过接口 120直接提供给时钟发生器100，如在总线135上， 连同功率(在线路140上)和接地(在线路145上)。
除了低功率模式以外，时钟发生器和/或定时/频率参考100还具 有另外的在下面详细讨论的模式。例如，在时钟模式中，装置100将 提供一个或多个作为输出信号的时钟信号给第二电路180。第二电路 180可以是任何类型或种类的电路，如微处理器、数字信号处理器 (DSP)、射频电路、或任何其它可利用一个或多个输出时钟信号的电 路。同样，例如，在定时或频率参考模式中，来自装置100的输出信 号可以是参考信号，如用于第二振荡器的同步的参考信号。因此，术 语时钟发生器和/或定时/频率参考在此将可互换地使用，应当理解， 时钟发生器通常还将提供方波信号，其可以也可不随定时/频率参考 提供，其实质上可使用正弦信号作为代替。此外，如下所详述的，本
发明的不同实施例还提供受脉冲作用的模式，其中来自时钟发生器和 /或定时/频率参考100的输出信号猝发或间隔提供，从而例如增加指 令处理效率及降低功耗。
应注意，不同信号、电压、随参数而定的电流源等被称为"实质 上"正弦或方波信号、实质上不变的控制电压、或实质上随参数而定 的电压或电流。这将适应不同的波动、噪声源及可导致所述信号、电 压或电流的其它畸变以在实践中与在课本中找到的更理想的描述区 别开。例如，如下所详述的，示例性的"实质上"方波信号在图15A 和15B中示出，其展现了多种畸变，如下冲、上冲、及其它变化，且 在实践中仍然被视为非常高质量的方波。
本发明的几个重要特征在系统150中。首先，高度准确、低抖动、 自激及自参考时钟发生器100与其它(第二)电路180单片地集成在 一起以形成单一集成电路(系统150)。这明显区别于现有技术，在 现有技术中，参考振荡器用于提供时钟信号如晶体参考振荡器，其不 能与其它电路集成在一起且在片外，作为第二及分开的装置，其必须 通过电路板连接到任何另外的电路。例如，根据本发明，包括时钟发 生器100的系统150可使用传统CMOS (互补金属氧化物半导体)、BJT
(双极结晶体管)、BiCM0S (双极及CM0S)、或在现代IC制造中使用
的其它制造技术与其它、第二电路一起制造。
其次，不需要单独的参考振荡器。而是，根据本发明，时钟发生
器100自参考且自激，使得其不参考或锁定另一信号，如在锁相环路 (PLL)、延迟锁定环(DLL)中或经注入锁定同步到参考信号，这在 现有技术中非常普遍。而是，示例性实施例可用作产生频率参考信号 的所述参考振荡器，之后，例如， 一个或多个相位锁定或延迟锁定环 锁定到所述频率参考信号。
第三，时钟发生器100提供多个输出频率及能量保存模式，使得 频率可以低等待时间及无假信号方式进行转换。例如，第二电路180 可改变为能量保存模式，如电池或较低频率模式，并(通过选择信号) 请求更低的时钟频率从而使功耗最小，或请求低功率时钟信号以进入 睡眠模式。如下所详述的，这样的频率转换的等待时间实质上可以忽 略，因假信号防止引起的等待时间很低(正比于假信号防止级的数 量)，仅使用少量时钟周期，而不是从PLL/DLL改变输出频率所需要 的成千上万个时钟周期。
另外的实施例也产生多个频率参考信号，无论是正弦还是方波信 号，如用作一个或多个时钟信号或参考频率源。在示例性实施例中， 本发明的时钟/频率参考连接到一个或多个锁相环(PLL)或延迟锁定 环(DLL)，以提供所选频率的相应多个输出参考信号。这些示例性实 施例通常可通过控制信号或所保存的系数编程，如为相应的频率选择 调节PLL或DLL的分频比。
此外，给出下述时钟发生器和/或定时/频率参考100的很高的可 用输出频率，则可得到新的运行模式。例如，时钟启动时间实际上或 实质上可以忽略，使得时钟发生器和/或定时/频率参考100将被重复 启动和停止，如为了能量保存完全关掉或断续打开。例如，不是随时 钟连续运行，而是时钟发生器和/或定时/频率参考100可以相当短 的、不连续间隔或猝发(即受脉冲作用)、定期或非定期运行，以用 于第二电路180如处理器的指令处理。如下所详述的，由于快速启动
时间，所述受脉冲作用的运行节约功率，因为每毫瓦(mW)功耗处理
的指令更多(每秒百万指令或MIPS)。此外，除了其它使用以外，所
述受脉冲作用的模式还可用于定期同步第二时钟或振荡器。因此，时
钟发生器和/或定时/频率参考100 (及下述的其它实施例)具有多种
运行模式，包括时钟模式、定时和/或频率参考模式、能量保存模式、 及受脉冲作用模式。
第四，如下所详述的，时钟发生器和/或定时/频率参考100包括 随制造工艺、电压、温度(PVT)及使用期变化而保持高度准确的频 率产生的特征。这些特征包括频率调谐和选择、及对由于温度和/或 电压波动、制造工艺变化及IC老化导致的频率变化的补偿。
第五，时钟发生器和/或定时/频率参考ioo产生很大及相当高的 频率，如几百MHz和GHz范围，之后，其被分为多个更低的频率。每 一所述除N (有理数、整数比)导致有效降噪，相位噪声降低N及相 位噪声功率降低N2。因此，本发明的时钟发生器较直接或通过频率倍 增产生其输出的其它振荡器导致低得多的相对期抖动。
这些特征在图2中详细示出，其是第一示例性装置实施例200的 框图，包括根据本发明的频率控制器215。如图2中所示，装置200 是时钟发生器和/或定时/频率参考，提供一个或多个输出信号，如具 有使用选频器205选择的多个频率中的任何频率的时钟或参考信号。 装置(或时钟发生器)200包括振荡器210 (具有谐振元件)、频率控 制器215、分频器220、模式选择器225、及上面提及的选频器205。 根据本发明，振荡器210产生具有相当高频率/。的信号。由于上面提 及的PVT或使用期变化，频率控制器215用于频率选择或调谐振荡器 210，使得振荡频率A可从多个可能振荡频率选择，即频率控制器215 提供具有随PVT和使用期变化仍保持准确的频率的输出信号。
例如，给定这些PVT变化，振荡器如振荡器210的输出频率可变 化正负5%。对于一些应用，如使用环形振荡器的应用，这样的频率 可变性是可接受的。然而，根据本发明，需要更高准确度的时钟发生 器200，特别是对于更灵敏或更复杂的应用，如为集成的微处理器、
微控制器、数字信号处理器、通信控制器等提供时钟信号。因此，频 率控制器215用于根据这些PVT变化进行调节，使得振荡器的输出频
率是所选或所希望的频率/。，其具有数量小几级的变化如士 0.25%
或更小，并具有相当低的抖动。
根据本发明，频率控制器215的不同示例性实施例在下面详细说 明。例如，参考图21，其是根据本发明的示例性频率控制器1415和 装置1400的框图，振荡器(谐振器310及维持放大器305)提供具 有谐振频率/。的第一输出信号。示例性频率控制器1415连接到振荡 器并响应于第二信号如一个或多个传感器1440提供的第二信号修改 谐振频率《。示例性的频率控制器1415包括一个或多个下述组件 跨导调节器1420、可变参数调节器(或控制器)1425 (如一个或多 个下述的受控电容或受控电抗模块)、工艺(或其它参数)调节器(或 补偿器)1430、电压补偿器1455、系数寄存器1435、及可能的使用 期变化补偿器1460。根据所选实施例，频率控制器1415还可包括一 个或多个传感器1440、模数(A/D)转换器(ADC) 1445、及控制逻 辑块1450。例如，根据本发明，图4中所示的随温度而定的电流源I (T)(或更一般地，yl(x))发生器415有效地用作温度传感器，提 供随环境温度或结温而变的相应输出电流。这样的随温度而定的输出 电流可由A/D转换器(ADC) 1445转换为数字信号，并用于提供频率 控制器1415的不同调节器或补偿器1420、 1425、 1430、 1455和1460 使用的相应系数(保存在寄存器1435中)，以根据不同的参数如可变 运行温度或可变制造工艺控制谐振(或输出)频率A。在其它所说明 的实施例中，所述随温度而定的输出电流(作为第二信号，不插入 A/D转换)直接提供给不同的调节器，如跨导调节器1420和可变参 数调节器(或控制器)1425。这些调节器继而例如通过修改流过谐振 器310和维持放大器305的电流或修改连接到谐振器310并有效形成 为谐振器310的一部分的有效电抗或阻抗(如电容、电感或电阻)而 修改谐振频率/。。例如，有效电抗(或阻抗)可通过将固定或可变电 容连接到谐振器310或与其断开连接而进行修改，或通过修改连接到谐振器的一个或多个电抗的大小而进行修改，如通过修改控制电压或 其它连续控制参数。
在下述的不同实施例中，跨导调节器1420和可变参数调节器(或
控制器)1425通常均得以实施以使用温度参数，使得随运行温度的
变化提供实质上稳定的谐振频率本领域技术人员将理解的是，这 些调节器可被实施以提供随其它可变参数而变或响应于其它可变参 数实质上稳定的谐振频率A，所述可变参数如由于制造工艺引起的变 化、电压变化、老化、及其它频率变化。
现在再次参考图2，为提高性能和减少抖动(噪声)及其它干扰， 不是如通常使用PLL和DLL所进行的那样产生低频输出并将其倍增到 更高的频率，本发明产生相当高的频率输出6，其之后使用分频器 220分为一个或多个更低的频率(/;…/ )。之后，具有来自分频 器220的多个频率中的一个或多个频率的时钟信号使用选频器205进 行选择。如上所述，所述频率选择无假信号并具有低等待时间，从而 提供相当快且无假信号的频率转换。此外，使用模式选择器225提供 多种运行模式。
图3为根据本发明的第二示例性装置实施例的更详细的框图，即 时钟发生器和/或定时/频率参考300。参考图3，时钟发生器和/或定 时/频率参考300包括谐振器310和维持放大器305 (构成振荡器 395)、温度补偿器(或调节器)315、工艺变化补偿器(或调节器) 320、频率校准模块325、电压变化补偿器(或调节器)380、使用期 (时间)变化补偿器(或调节器)365、 一个或多个系数寄存器340， 及根据所选实施例，还可包括传感器385、模数转换器(ADC) 390、 分频器和方波发生器330、电压隔离器355、谐振频率选择器360、 输出频率选择器335、模式选择器345、及低等待时间启动模块399。 维持放大器305、温度补偿器315、工艺变化补偿器320、电压隔离 器355、电压变化补偿器380、使用期变化补偿器365、谐振频率选 择器360、及频率校准模块325通常包括在频率控制器内，如频率控 制器349 (或215或1415)。或者，维持放大器305和谐振器310可
被视为包括振荡器395，具有一个或多个包括在频率控制器349 (或 215或1415)内的不同控制器元件(如温度补偿器315、工艺变化补 偿器320、电压隔离器355、电压变化补偿器380、使用期变化补偿 器365、谐振频率选择器360、传感器385、 ADC390、及频率校准模 块325)。还应注意，(330的)方波发生器在定时或频率参考实施例 中不需要。
谐振器310可以是保存能量的任何类型的谐振器，如连接的电感 器(L)和电容器(C)以形成LC储能电路，其中LC储能电路具有多 种LC储能电路配置中的所选配置，或在电学上或机电上等价于或通 常在本领域表示为连接到电容器的电感器。这样的LC谐振器在图4 中图示为谐振器405。除了 LC谐振器之外，其它谐振器均被视为等 效且在本发明范围内；例如，谐振器310可以是陶瓷谐振器、机械谐 振器(如XTAL)、微机电(MEMS)谐振器、或薄膜体声波谐振器。在 其它例子中，不同的谐振器可由电或机电模拟表示为LC谐振器，且 也在本发明范围内。在示例性实施例中，LC储能电路己被用作谐振 器，以为完全集成的解决方案提供高Q值。
维持放大器305为谐振器310提供启动及维持放大。温度补偿器 315对谐振器310提供频率控制，以基于由于温度引起的变化调节振 荡频率。在所选实施例中，根据所希望或要求的控制程度，温度补偿 器315可包括对电流和频率的控制，如下对所选实施例的描述。例如， 温度补偿器315可包括图21的跨导调节器1420和可被参数调节器 1425之一或同时包括二者，调节器1420和1425均响应于温度波动。 类似地，工艺变化补偿器320对谐振器310提供频率控制，以基于半 导体制造技术中固有的工艺变化调节振荡频率，所述工艺变化包括给 定铸造厂内的工艺变化(如批或运行变化、给定晶片内的变化、及同 一晶片内管芯与管芯之间的变化)及不同铸造厂及铸造厂工艺之间的 工艺变化(如130nm和90nm工艺)。电压变化补偿器380可用于随电 源电压变化及其它电压变化保持稳定的输出频率。使用期变化补偿器 365可用于随IC使用期的增长保持稳定的输出频率，其中随着时间
的消逝电路元件中具有相应的^化。频率校准模块325用于从谐振器 310中出现的多个振荡频率调整和选择所需输出频率/。，即从多个可
用或可能频率选择输出频率/。。在所选实施例中，系数寄存器340用
于保存不同示例性补偿器和校准实施例中使用的系数值，其将在下面 更详细地描述。
如上所述，在所选实施例中，频率控制器349还可包括一个或多 个传感器385和模数转换器(ADC) 380。此外，频率控制器的许多其 它补偿器和调节器包括用作传感器的组件，如随温度而定的电流源及 其它电压变化检测器。除了用于产生对不同转换元件提供控制的多个 所保存系数以外，即将受控电抗模块(下述)转换到谐振器310 (作 为不连续形式的控制)及改变连接的或转换的电抗提供给谐振器310 (连续形式的控制)的有效电抗量，不同的传感器、补偿器和调节器 还可用于对谐振器310的谐振频率提供其它形式的连续控制。如下所 述，来自传感器、电流发生器、控制电压等的不同连续输出用作本发 明范围内的控制信号。例如，不同的控制电压，其随所选参数(如温 度)变化或相对于所选参数保持不变，用作用于修改使用可变电抗器 实现的受控电容模块的相应大小的控制信号。
除了温度和工艺补偿以外，电压隔离器355提供与电压变化的隔 离，如来自电源的电压变化，并可单独实施或作为其它组件的一部分 实施，如作为温度补偿器315的一部分。除了因这些PVT和使用期变 化进行的频率调节之外，谐振频率还可通过谐振频率选择器360单独 选择，从而从可用频率范围获得所选频率。
对于时钟信号发生，时钟发生器300使用(模块330中的)分频 器将输出振荡频率/。转换为多个更低的频率(A…/J并使用方波 发生器(也在模块330中)将实质上正弦的振荡信号转换为实质上方 波信号以用于时钟应用。之后，选频器335选择具有多个频率的可用 输出信号中的一个或多个，及模式选择器345还可提供运行模式选 择，如提供低功率模式、受脉冲作用模式、参考模式等。使用这些组 件，时钟发生器300提供多个高度准确(随PVT)、低抖动、及稳定
的输出频率A《…《，其具有因所述PVT变化引起的最小可以忽 略的频移，从而对如上所述的灵敏或复杂应用提供足够的准确度和稳 定性。
图4为根据本发明的示例性频率控制器、振荡器和频率校准实施 例的高级原理及框图。如图4中所示，谐振器被体现为谐振LC储能
电路405，且频率控制器被体现为几个元件，负跨导放大器410 (用 于实现维持放大器)、温度响应(或随温度而定)电流发生器I(T)(或 更一般地，yl(x)，响应于任何所述参数x) 415，温度响应(或随温 度而定)频率(A(T))补偿模块420、工艺变化补偿模块425，且还可 包括频率校准模块430。不同的温度响应或随温度而定的模块415和 420对温度波动敏感或响应于温度波动，并提供相应的调节，使得谐 振频率随PCT和使用期变化保持稳定和准确。
具有维持放大器的谐振LC储能电路405可被等同地描述为谐波 振荡器或谐波核，且所有这样的变化均在本发明范围内。应注意，在 谐振LC储能电路405是电感器435与电容器440并联的同时，其它 电路布局也是众所周知的并等价于所述结构，如电感与电容串联。另 一这样的等效布局如图8中所示。此外，如上所述，其它类型的谐振 器也可使用并视为等价于在此所述的示例性谐振LC储能电路。此外， 如下所详述的，另外的电容和/或电感，无论固定还是可变(及更一 般地指阻抗或电抗(或电抗元件))，均分布在不同的模块中并有效地 构成谐振LC储能电路405的一部分，且用作本发明的频率控制器的 一部分。此外，相应的电阻(不同阻抗的电阻元件)R,445和Rc;450 被分开示出，但应当理解为分别是电感器435和电容器440的本质， 其作为制造的一部分出现，而不是相应电感器435和电容器440之外 的另外或单独的组件。相反，所述另外或本质(寄生)的电阻也能作 为对PVT变化的补偿的一部分包括，如下参考图29所述。
谐振LC储能电路或振荡器405的电感器435和电容器440的大 小正好或大约提供所选振荡频率A或A附近的振荡频率范围。此外， 电感器435和电容器440的大小具有或满足IC布图面积要求，越高
的频率要求越少的面积。本领域技术人员将认识到，/。a乂 ^， 但仅作为一阶近似，因为如下所述，其它因素如阻抗K和Rc:、任何 另外的电阻器、连同温度和工艺变化及其它畸变一起影响《，并可包
括在二阶和三阶近似中。例如，电感器435和电容器440的大小可产 生在l-5GHz范围内的谐振频率；在其它实施例中，可能需要更高或 更低的频率，所有这样的频率均在本发明范围内。此外，电感器435 和电容器440可使用任何半导体或其它电路工艺技术制造，并可与 CMOS兼容、与双极结型晶体管兼容，同时在其它实施例中，电感器 435和电容器440可使用绝缘硅片(SOI)、金属-绝缘体-金属(MiM)、 多晶硅-绝缘体-多晶硅(PiP)、 GaAs、应变硅、半导体异质结技术或 基于MEMS (微机电)的技术制造，同样是作为例子而非限制。应当 理解，所有这样的实施例均在本发明范围内。此外，除了谐振LC储 能电路405之外或代替其，其它谐振器和/或振荡器实施例也可使用 且也在本发明范围内。如在此使用的，"LC储能电路"将意味着可提 供振荡的任何及所有电感器和电容器电路布图、结构或布局。应注意， 将使用传统工艺如CMOS技术制造的振荡器405的能力使时钟发生器 能与其它电路如第二电路180集成且单片地制造，并提供本发明的独 特优点。
此外，图4中所示的电容440仅是谐振LC储能电路405的谐振 和频率确定所涉及的全部电容的一部分，且为固定电容。在所选实施 例中，该固定电容可代表振荡器中最终使用的总电容的大约10%-90 %。或者，如果需要，电容440也可实施为可变电容。如下所详述的， 全部电容均被分配，使得另外的固定及可变电容有选择地包括在时钟 发生器和/或定时/频率参考300内，并例如由频率控制器(215、1415) 的组件提供，所述组件如温度-响应频率(/。 (T))补偿模块420及工艺 变化补偿模块425，以选择谐振频率A及使谐振频率/。能实质上独立 于温度及工艺变化。
在所选实施例中，电感435已被固定，但也可以可变的方式实施， 或实施为固定及可变电感的结合。因此，本领域技术人员将认识到，
对于频率调谐及温度和工艺独立，固定及可变电容的详细讨论类似地 适合电感选择。例如，不同的电感可在振荡器中或之外转换以类似地 提供调谐。此外，单一电感器的电感也可被调节。由此，所有这样的 电感和电容变化均在本发明范围内，且被图示为图20的示例性受控
阻抗模块1305及图25-27的受控电抗模块1805的可转换、可变和/ 或固定电抗元件或组件。
同样如图4中所示，谐振LC储能电路405及在结点或线路470 和475处的、称为第一 (输出)信号的所得输出信号是差分信号并提 供共模抑制。其它构造包括非差分或其它单端构造也在本发明范围 内。例如，在单端构造中，只有一个不同模块(如485、 460)的例 示应被需要，而不是如图所示使用两个实现平衡结构。类似地，下述 的其它组件和特征如分频器也应具有单端而不是差分结构。除了图6 和8中所示的差分LC振荡器之外，另外的示例性LC振荡器，包括差 分和单端LC振荡器，将在下面参考图31-37进行描述。此外，所示 的不同实施例使用不同形式(如CM0S、积累型M0SFET(AM0S)、反型 M0SFET(:tM0S)等)的M0SFET晶体管(金属氧化物半导体场效应晶体 管)；但其它实施也可以，如使用双极结型晶体管(BJT)、 BiCM0S等。 所有这样的实施例均视为等效并在本发明范围内。
选择负跨导放大器410以通过跨导(&)调节及其电阻器的导通电 阻提供温度补偿。跨导(&)调节也可在频率选择时独立使用。本发明 的另一重要优点是负跨导放大器410的选择以提供启动和维持放大， 因为振荡振幅及频率受维持放大器的跨导影响，从而除提供温度补偿 之外还提供振幅调节和频率修整(或调谐)。负跨导放大器410响应 于跨谐振LC储能电路405 (如图所示，跨结点470和475)的电压v 将电流注入谐振LC储能电路405 (及特别注入在电容器440上)。该 电流注入继而将改变(和使失真)电压波形(因为电压是电流的积分)， 从而导致频率改变或变化，其通常反比于跨导&的大小，如图5A中 所示。应注意，该跨导是负值，因为提供了增益以消除谐振元件的损 耗本质。因此，无论在此何时使用"跨导放大器"，应当理解其意为 且仅是"负跨导放大器"的简化。跨导也随偏流而变，实质上(大约)
正比于通过放大器410的电流(yl(x))的平方根(对于MOSFET)，及 实质上(大约)正比于通过放大器的电流(yl(x))(对于BJT)，其随 温度而定，从而导致随温度和偏流而定的波形失真，如图5B中所示。 此外，如图5C中所示，振荡频率也与维持负跨导放大器410的跨导 有关并随其而变，从而提供振荡频率选择。此外，除了温度相关(为 I(T))之外，电流也可随其它参数或变量而变(因此更一般地称为电 流I(x))，所述参数或变量如电压或外部调谐，电流也可被放大如通 过因子y(如下所述)；因此电流被称为yl(x)。
如上所述，更一般地，所述可变电流yl(x)可用作传感器或传感 器的一部分，如图21的一个或多个传感器1440或跨导调节器1420 或图25的传感器1815。例如，当所述可变电流由1(T)发生器415提 供时，使得所提供的电流随温度而变(参数或变量F温度参数T)， 从而I(T)发生器415用作温度传感器，并可同样地用在示例性实施 例中，如由频率控制器(215、 349、 1415)用于响应于温度波动调节 谐振频率/。。例如，图21的跨导调节器1420可包括这样的温度(或 其它参数)响应电流源415 (其也用作传感器1440)，从而向维持放 大器305提供电流。
本发明的重大发明突破包括有利地使用这些可能失真，在产生振 荡器的所选/。值时进行频率补偿及通过维持放大器的跨导的调节进 行频率调节。因此，如下所详述的，首先，跨导可为频率选择进行修 改或改变，其次，可对由于温度、电压、制造工艺或老化引起的频率 变化进行补偿，其通过通常实时或几乎实时地修改电流yl(x)进行。 根据本发明，所选频率/。及其相对于温度变化的稳定性可通过适当地 选择跨导A和选择I(T)确定。换言之，根据本发明，偏流被使得与 温度相关，其为I(T)(或更一般地，为yl(x))，其继而影响跨导&， 继而影响振荡频率/。。该方法也可用于其它变量，如电压波动、工艺 变化、或老化变化。
图6是根据本发明的示例性负跨导放大器(410)、温度-响应电
流发生器(I(T)415)、及LC储能电路谐振器(405)实施例的电路图。 如图6中所示，谐振LC储能电路500连接到实施为互补交叉连接对 放大器的负跨导放大器505 (包括晶体管M1、 M2、 M3和M4)，其继而 通过电压隔离器510 (实施为电流反射镜(晶体管525A和525B)并 在此可互换)连接到温度-响应电流发生器(I(x))515。电流反射镜 510 (电压隔离器)也可实施成共基共射布局(520A和520B)，从而 随电源变化提供提高的稳定性并使振荡器与电源隔离(电压隔离)。 温度-响应电流发生器515可使用技术如分别如图7A、 7B和7C所示 的CTAT(相反于绝对温度)、PTAT(正比于绝对温度)或PTAf (正比于 绝对温度的平方)及如图7D所示的CTAT、 PTAT和PTAf的结合进行 实施。在每一情形中，注入负跨导放大器(互补交叉连接对放大器) 505的电流I(T)(或yl(x))与温度相关，如图所示，随温度增加而 增加电流(PTAT和PTAf)或降低电流(CTAT)。这些温度-响应电流 发生器的一个或多个组合也可实施为如图7D中所示，如CTAT与PTAT 并联。
特定温度-响应或随温度而定的电流发生器的选择也随使用的制 造工艺而变；例如，CTAT可用于台湾半导体(TSMC)制造工艺。更 一般地，由于不同的制造者使用不同的材料，如铝或铜，K通常变化， 这导致不同的温度系数，其继而改变振荡器的温度系数，从而需要 I(T)补偿差别。相应地，可能需要不同比例的CTAT、 PTAT和PTAT2 以提供随温度而变的有效平坦频率响应。没有单独示出，图7A、 7B、 7C和7D中所示的不同温度-响应电流发生器可包括启动电路。此外， 对于所示的示例性布局，包括所选温度-响应电流发生器结构的晶体 管可被不同地加偏压，如对于CTAT (M7和M8)和PTAT2 (M13和M14) 加强反型偏压，对于PTAT (M9和M10和PTAT2 (Mil和M12)按亚阈 值加偏压。
图8是根据本发明的另外的示例性负跨导放大器、温度-响应(或 随温度而定)电流发生器(I(T或I(x))、及LC储能电路振荡器实施 例的电路和框图。如图8中所示，谐振LC储能电路550具有不同于
先前所示的布局，但也连接到实施为互补交叉连接对放大器的负跨导
放大器505 (晶体管M1、 M2、 M3和M4)，其继而通过多个电流反射镜 510 (或520)及530连接到温度-响应(或随温度而定)电流发生器 (I(T或100)515。如图所示，多个电流反射镜用于接连提供增益并 增加进入负跨导放大器505和谐振LC储能电路550的电流I (T)。通 常，提供进入结点B的电流且其驱动负跨导放大器的电流反射镜(如 图6中的晶体管M6)中的末尾器件被选择为PMOS器件，因而可能需 要几级反射(如图所示)以将PMOS电流反射镜输入提供给&放大器。 通常选择PMOS，因为在现代CMOS工艺中，PMOS器件通常为埋沟器件， 众所周知，其相较一样大小且类似偏压的NMOS器件展现更小的闪变 噪声。在末尾器件中闪变噪声的降低导致振荡器的相位噪声和抖动的 降低，因为闪变噪声由电路中的非线性有效器件在振荡频率附近增频 变换。
如上所述，电流反射镜510或520 (或其它电路)获得进入负跨 导放大器505的电流的部分应在其输出具有高阻抗以减少电源频移， 如通过使用长晶体管几何结构及共基共射结构增加输出电阻，并在结 点B提供很好的稳定性。此外，分路电容器570也可被采用以滤波从 而降低来自不同末尾器件的闪变噪声。
根据所选应用，具有其I (T)(或yl (x))偏压的负跨导放大器505 的使用可提供足够的频率稳定性，使得另外的频率控制器组件在该应 用中不必须或不需要。然而，在其它实施例中，可使用下面详述的一 个或多个组件提供另外的准确度和更少的频移。
除了提供随温度而定的电流yl(x)(或I(T))之外，不同的晶体 管M1、 M2、 M3和M4中的每一个在传导期间均具有相关联的电阻，其 也趋于在振荡期间导致频率失真和频移。在每半周中，或M1和M4或 M2和M3接通和导电。所述电阻也随温度而定。因此，晶体管M1、 M2、 M3和M4大小(宽度和长度)应被调节以对所述频率效应进行补偿。 应注意，注入谐振LC储能电路405的电流必须足以维持振荡(如图 5C中所示)，因而将具有最小值，其可限制容易通过负跨导放大器410
(或505)及随温度而定的电流发生器415 (或515)实施的频率控 制的程度或能力。因此，I(T)和晶体管(Ml、 M2、 M3和M4)大小应 被共同选择以进行振荡启动、适应功耗束缚条件的最大电流、及装配 到所选IC区域和布局。例如，可选择跨导&以大约提供足够的电流 从而确保启动和维持振荡，其具有随温度增加频率降低的频率特征， 之后将晶体管Ml、 M2、 M3和M4的大小调整到足够大以使频率独立于 温度或随温度增加而增加，之后用适当的I(T)选择微调频率-温度关 系。在所选模型的实施例中，这已导致随PVT变化频率准确度大约士 0.25%_0.5 %，对于许多应用这已远超出所需的准确度。
再次参考图4，另外的补偿模块也用作频率控制器(215， 349， 1415)的一部分以对谐振频率《提供更大的控制和准确度，如用于需 要更大准确度和更小变度(或频移)的应用，或其中技术不允许先前 的技术随PVT或使用期变化提供足够的准确度的应用，使得提供大约 ± 0.25 %或更好的频率准确度。在这些情况下，可使用随温度而定 的(或温度-响应)频率(/。(T))补偿模块420，如示例性的温度-响 应频率(/。(T))补偿模块420。例如，该模块可使用受控(或可控) 电容模块485实现，每一电容模块连接到谐振LC储能电路405的相 应侧或干线(线路470和475)，每一电容模块均在第一多个(w)转 换系数(A…(寄存器495)提供的集中控制之下，及电压控 制器提供由第二多个(x)转换系数(Q。…(寄存器455)确定 的控制电压，如图9和10中所示的典型实例。(术语"受控"及"可 控"在此可互换地使用)。另外的示例性实施例在图20中示出，其图 示了频率-温度补偿模块中使用的示例性受控阻抗模块1300，如代替 模块420中的受控(或可控)电容模块485或作为除其之外的模块； 在图22中，其示出了受控电容模块485的另一变化，因为受控电容 模块1500具有多个随温度而定的或随其它参数而定的控制电压(按 图23或26中所示产生)；在图25中，其示出了多个受控电抗模块 1805，这些模块响应于来自控制逻辑1810和传感器1815的控制信号 接通或断开(连接到谐振器或与其断开连接)，所述控制信号包括来自振荡器的反馈；在图26中，示出了多个受控电抗模块1805，这些 模块响应于控制信号(连续)或系数(离散)接通或断开和/或转换 到控制电压；及在图27中，示出了多个受控电抗模块1805，这些模 块响应于控制信号进行转换，从而用于电压变化补偿。有几种不同类 型的可用转换，如将电抗或阻抗连接到谐振器或与其断开连接、或将 连接的电抗或阻抗转换到所选控制电压或其它控制信号。
图9为根据本发明的示例性第一可控电容模块635的电路图，其 可用作频率-温度补偿模块420中的受控(或可控)电容模块485 (及 连到谐振LC储能电路405的每一侧(结点或线路470和475))。如 图所示，受控(或可控)电容模块635包括一组多个(w) 二进制加 权的固定电容器(G) 620及二进制或其它差分加权的可变电容器(可 变电抗器)(G) 615的可转换电容模块640。任何类型的固定电容器 620和可变电容器(可变电抗器)615均可使用；在所选实施例中， 可变电抗器615为AMOS (积累型MOSFET)、頂OS (反型MOSFET)、和 /或结型/二极管可变电抗器。每一可转换电容模块640具有一样的电 路布局，及每一电容模块由二进制加权的电容区别开，可变电容模块 640。具有l个单位的电容，可变电容模块640i具有2个单位的电容， 依此类推，可变电容模块640(『,)具有2"—"单位的电容，每一单位代表 特定电容大小或值(通常为毫微法拉(fF)或皮法拉(pF))。如上所 述，其它差分加权方案也可等同地应用，如线性或二进制，且也可包 括通过将电抗转换到所选控制电压而提供所述差分加权，从而增加或 降低其有效电抗。
在每一可转换模块640内，每一固定和可变电容初始相等，可变 电容被允许响应于在结点625提供的控制电压变化。该控制电压继而 随温度或另一所选可变参数变化，从而导致受控电容模块635提供的 所有或全部电容也随温度(或其它参数)而变，这继而用于改变谐振 频率/。。在其它所选实施例中，多个控制电压中的任何控制电压均可 使用，包括静态控制电压，以进行如下所述的其它类型的补偿。同样， 在每一可转换电容模块640内，通过使用转换系数p。…p—,;，或固
定电容G或可变电容G被转换入电路，而非二者同时存在。例如， 在所选实施例中，对于给定或所选模块640，当其相应P系数是逻辑 高(或高电压)时，相应的固定电容G被转换入电路，而相应的可变
电容G被转换出电路(并连接到电源干线电压VDD或接地(GND)，取决 于器件是AMOS还是IMOS，以避免浮动结点并使呈现给储能电路的电 容最小)，当其相应p系数是逻辑低(或低电压)时，相应的固定电 容G被转换出电路，而相应的可变电容G被转换入电路并连接到在 结点625上提供的控制电压。
在示例性实施例中，全部8个可转换电容模块640 (及相应的8 个转换系数)均己被实施以提供固定和可变电容的256种组合。因此， 提供了对振荡频率随温度而变的有效控制。
应注意，在该示例性实施例中，提供将固定电容G或可变电容 G转换入或转换出，固定与可变的比相应地改变可控电容模块635的 温度响应的量或程度。例如，随着可变电容G的量增加，可控电容模 块635响应于温度(或其它参数)提供更大的可变性，从而调节储能 电路或其它振荡器的频率响应。
图10为根据本发明的用于在(频率-温度补偿模块420的)可控 电容模块635中提供控制电压Vc:皿480 (图4)的示例性随温度而定 的电压控制模块650的电路图。如图所示，电压控制模块650使用如 先前所述的电流发生器655、使用PTAT、 PTAf和/或CTAT电流发生 器的一个或多个组合产生随温度而定的电流I(T)(或更一般地，电 流I (x))，并可与负跨导放大器410共享所使用的I (T)发生器415， 而不是提供单独的发生器655。随温度而定的电流I(T)(或I(x))通 过电流反射镜670反射到多个可转换电阻模块或支路675及固定电容 模块或支路680，所有均并联构造。在其它示例性实施例中，根据将 补偿的参数变化，也可使用下述的其它控制电压发生器。
在其它组合中，根据PTAT、 PTAT，n/或CTAT电流发生器的选择 和加权，随温度而定的电流也可被产生。例如，PTAT发生器和CTAT 发生器，具有相等的大小但相反的斜率，可被结合在一起以产生随温
度波动提供恒定电流的电流发生器。例如，这样的电流发生器可用于 在图30中所示的老化变化补偿器中提供恒定电流源。本领域技术人 员将认识到，其它电流源也可使用，如随电源电压变化的电流源，并 可用作相应的电压传感器。
电阻器685可以是任何类型或不同类型的结合，如扩散电阻器(P
或n)、多晶硅、金属电阻器、自对准多晶硅化物或非自对准多晶硅 化物电阻器、或阱电阻器(p或n阱)。根据所选电阻器的类型或类 型组合，电阻器685通常还将具有相应的温度相关(或响应)，从而 对于通过所选电阻器685的给定电流，跨所选电阻器685提供随温度 而变的相应电压变化。例如，扩散电阻器通常将具有高温度系数(随 温度提供更大的电压变化)，而多晶硅电阻器通常将具有低温度系数 (随温度提供更小的电压变化)，而对于所选模块675，多个这些不 同电阻器类型的串联混合将提供在这些高和低响应级之间的相应响 应。或者，电阻器685可被调整大小或加权为提供随给定电流如随温 度而定的电流(如I(T))而变的不同电压水平，从而对于所述随温 度变化的电流提供相应随温度而变的电压变化。
每一可转换电阻模块675通过第二多个(x)转换系数？。…w^ 中的相应q系数转换入或转换出电压控制模块650。当可转换电阻模 块675被转换入电路时(如当其相应系数为逻辑高或高电压时)，由 于随温度而定的电流I (T)，所得的跨其相应电阻器685的电压也随 温度而定。在所选实施例中，使用三个可变电阻模块675，提供8种 支路组合。因此，提供给结点625的控制电压随温度(或其它参数) 而变，从而对可控电容模块635中的可变电容器615提供温度或其它 参数相关或灵敏度。更一般地随参数而定或随温度而定的其它电阻模 块将在下面分别结合图23和26及图28进行描述。
第一多个转换系数A…P";及第二多个转换系数*…W-w可 通过测试具有本发明时钟发生器的典型IC而在制造后确定。对于给 定制造工艺(下面结合图11和12描述)， 一旦谐振频率A已被选择 和/或校准，振荡器的温度(或其它参数)响应即被确定和调节，以
对于环境或运行温度(或其它可变参数)的所述变化提供实质上恒定 的所选谐振频率A。在示例性实施例中，第一多个转换系数A… 通过测试系数的不同组合而被首先确定，以提供初级调节，从而导致 随变化环境温度而变的实质上或大概平坦频率响应。如图24中所示， 更多或更少的固定电容G或可变电容G被转换入或转换出振荡器。
例如，当振荡器对温度变化的未补偿频率响应由线1705或1710表示
时，另外的可变电容G可被转换入，从而将振荡器的频率响应初步调
节为线1715。相反，当振荡器对温度变化的未补偿频率响应由线1725 或1730表示时，另外的固定电容G可被转换入，从而将振荡器的频 率响应初步调节为线1720。
之后，第二多个转换系数同样通过测试系数的不同组合进行确 定，以提供出色级的调节，从而导致随变化环境温度而变的实质上平 坦的频率响应，如图24中所示，将部分补偿的频率响应(线1715或 1720)调节为线1700的实质上平坦的响应，其通过选择不同电阻器 685的温度响应进行。之后，第一和第二多个系数载入所选处理轮次 (或批次)中制造的所有IC中的相应寄存器495和455中。根据制 造处理，在其它情形下，为了更高的准确度，每一IC可被单独校准。 因此，与负跨导放大器410和1(T)发生器415提供的温度补偿协力， 时钟发生器的全部频率响应实质上独立于温度波动。
在其它示例性实施例中，第一多个转换系数A…A"和第二多 个转换系数&…。w;也可在振荡器运行期间动态确定和改变，如通 过如图21中所示的传感器1440和A/D转换器1445，或通过如图25 中所示的传感器1815和控制逻辑(或控制环)1810。在这些备选实 施例中，所保存的第一和第二多个系数可被删除或绕过，如图9和 10中所示，相应的电压作为控制信号直接施加给相应的转换组件(及 类似地，扩大到下述的其它多个系数)。
例如，如图26中所示，如下所详述的，多个电流源1955中的任 何电流源均可以不同的组合提供给多个电阻模块，以响应于所选参数 P产生多个控制电压，其可以任何组合转换到多个受控电抗模块1805
中的每一模块，例如，所述模块体现为受控电容模块1505 (图22)， 以控制谐振器的有效电抗。此外，多个恒定(独立于温度)的控制电
压中的任何电压也可被产生，如图28中所示。此外，也可使用其它 或另外类型的电流源，或产生控制电压或提供传感器385、 1440能力， 如随电源电压V。。变化的电流源或独立于电源电压、温度及其它参数 的电流源。除了离散控制之外，这些控制电压中的任何控制电压均可 用于对参数变化如温度变化进行实时连续控制。
由此，提供给谐振LC储能电路405的所有电容被分配给固定和 可变部分的组合，可变部分响应提供温度补偿，因此控制谐振频率 A。转换入电路(受控电容器模块635)的可变电容G越多，对环境 温度波动的频率响应越大。如上所述，固定及可变电容器均可使用分 别连接或转换到实质上恒定或可变电压的可变电容器(可变电抗器) 实施。
除了提供温度补偿以外，应注意，转换或受控(或可控)电容模 块635也可用于选择或调谐谐振频率A。对本领域技术人员很明显的 是，转换或可控的电容模块635也可用于对其它参数变化提供频率响 应，如制造工艺变化、频率及电压波动。此外，如下结合图20和25-27 所述，电容、电感、电阻、或任何其它电抗或阻抗元件均可在这些不 同的示例性实施例中使用，从而提供受控电抗或阻抗模块以对多个可 变参数如温度、电压、制造工艺或频率中的任何参数提供所选频率响 应。
图22是根据本发明的、频率-温度补偿模块420或更一般地，频 率控制器215、 349、 1415中(连同图23的模块1600)(代替模块485 和480或除其之外)使用的示例性第二受控电容器模块1500的电路 图。第二受控电容模块1500运行类似于第一受控电容模块635，但 使用可变电容代替固定和可变电容组合，并使用多个不同的控制电压 代替单一控制电压。此外，所述可变电容不被连接到谐振器或与其断 开连接(即可变电容总是连接到谐振器)，且被转换到不同的控制电 压以控制随所选参数如温度而变的频率响应。此外，所选实施例可使
用一个模块，且差分加权可通过转换到多个控制电压中的所选控制电 压实现。
参考图22，第二受控电容器模块1500使用多个(g)可变电容 模块1505中的至少一个，每一可变电容模块包含可变电容(G) 1515A。…1515B(S—d (以A和B对图示，对应于对称连接到结点475或 470，且图示具有二进制加权)，其可(通过多个晶体管或其它开关 1520。…1520(h))转换到多个控制电压V。， V,(x)，…V(h)(x)中的 所选控制电压，其中控制电压V。实质上不变(实质上不响应于所选参 数x，如温度)，而其余控制电压l(x) V(k—d(X)通常响应于所选参 数x如温度或对其敏感。如图所示，每一相应的可变电容器对1515 (A和B)的后板均相互连接(短接在一起)，之后经开关连接到所选 控制电压。每一所述可变电容对1515可通过相应的系数(图示为第
四多个系数& A…Am…力。，A,…力w)转换，使得每一模 块1505可被单独并独立于多个控制电压V。， Vjx)，…V(h)(x)中的
任何控制电压转换。因此，这些可转换模块可保持将通过转换到一个 或多个控制电压改变的有效阻抗(如电抗)连接到谐振器。
图23为根据本发明的频率-温度补偿模块中使用的示例性第二 电压控制模块1600的电路图。如图23中所示，对参数灵敏或响应的 电流源655 (如先前结合图7A-7D所述的不同CTAT、 PTAT和PTAT2 温度敏感电流源及其组合中的任何电流源)(通过一个或多个电流反 射镜(如670、 510、 520))提供给k-1个电阻模块1605的阵列(图 示为模块1605。， 16051;…1605(h))，每一所述模块提供单独或独 立的控制电压Vjx)， V2(x)，…V(h)(x)，所述电压提供给模块1505 (图22)。不同的相应电阻器1620。， 162(X，…1620(h)可以是先前 结合图10所述的任何类型、大小或权重，以对所选参数如温度提供 任何所选的电压响应。如图所示，静控制电压V。通常使用连接在电压 供应干线V。。和地之间的任何分压器，选择相应的电阻大小或值1605。 和1605y以提供所需静电压水平。此外，多个不同静或不变(即独立 于温度)电压的产生如图28中所示，其通过响应于温度(或另一参
数)将具有不同成形的电流的不同电流源与具有互补或相反温度响应 的不同随温度而定的电阻器结合，从而导致具有不同大小且实质上随 温度变化保持不变的多个控制电压。这些不同电压中的任何电压均可 按需使用为不同控制电压中的任何控制电压。
在示例性实施例中，多个控制电压中的每一所述控制电压不同， 以提供多个控制电压，每一控制电压不同响应或成形(即提供随所选 参数如温度变化而变的不同响应(响应曲线))，并可响应于不同参数 及相对于所选参数实质上保持不变。根据所选实施例，电阻模块1605
的阵列可(通过相应的晶体管1610 (图示为晶体管1610。， 1610,，… 1610(h)))转换，从而转换入或转换出阵列1600，或可被静态地包括 (固定连接1615，在图23中图示为虚线)以自动产生预定数量的控 制电压V。， V,(x)，…V(k—D(x)。根据电阻器1620 (和/或晶体管1610， 如果有的话)的选择，不同控制电压V。， Vjx)，…V(h)(x)中的每一 控制电压将不同并对所选参数或变量提供不同的响应如不同的温度 响应。
类似地，图26是根据本发明的、可用于向不同模块中的任何模 块提供控制电压的示例性第三电压控制模块1900的电路图。如图26 中所示，对参数灵敏或响应的电流源1955 (如先前结合图7A-7D所 述的不同CTAT、PTAT和PTAT2温度敏感电流源及其组合中的任何电流 源)(通过一个或多个电流反射镜(如670、 510、 520))提供给n-l 个电阻模块1905的阵列(图示为模块1905。， 1905"…1905^))，每 一电阻模块1905提供单独或独立的控制电压V。(P)， VJP)， V2(P)，... V(n—d (P)，从而响应于所选参数P或根据所选参数P产生多个控制电 压，且其提供给受控电抗模块1805、受控电容模块1505 (图22)、 或任何其它使用一个或多个控制电压的模块。不同的相应电阻器 1920。， 1920i，…1920(h)可以是先前所述的任何类型、大小或权重， 以对所选参数提供任何所选的电压响应。电流源(或电流源的组合) 的选择及电阻器大小和类型使能整形任何所希望控制电压对所选参 数的响应。此外，图28中所示的多个不同的静或恒定(即独立于温
度)电压中的任何电压也可按需使用为用于所述任何模块的不同控制 电压中的任何控制电压。
根据所选实施例，电阻模块1905的阵列可(通过相应的晶体管
1915 (图示为晶体管1915。， 1915,，…1915(n—"))转换，从而动态地 或静态地转换入或转换出阵列，以自动产生多个控制电压V。(P)， V,(P)， V2(P)，…V(n—d(P)。之后，这些不同控制电压中的每一控制 电压在控制信号和/或系数1950的转换控制下以任何组合静态地或 动态地(使用开关1930，如全纵横开关)转换到受控电抗模块1805， 其可连接到谐振器或也可转换入或转换出储能电路。因此，这些控制 电压中的任何电压可用于控制谐振器(振荡器)的有效电抗，从而对 所得的谐振频率提供离散和连续控制。例如，这些随参数而定的控制 电压V。(P)， V(P)， V2(P)，…V(n—n(P)中的任何电压，或任何实质上 独立于参数的控制电压(图28)，可被提供给受控阻抗模块1305或 受控电容模块1505或1805以改变提供给谐振器的有效电容，从而随 多个参数中的任何参数的变化提供频率控制。
再次参考图22，当这些不同控制电压V。， Vi(x)，…V(h)(x)或 更一般地V。(P)， VJP)， V2(P)，…V(n—d(P)中的每一电压，及任何实 质上恒定的控制电压，均可获得并通过第四多个系数A A… 《^…力。，&…^-;;转换到可变电容模块1505中的可变电容G 1515，对所选参数(如温度)的高度灵活、精调、及高度可控的频率 响应被提供给谐振器405，使能对谐振频率/。进行高度准确的频率控 制。例如，模块1505(g—d中的可变电容1515^)和1515n)可通过设为 逻辑高或高电压的参数A (或相应的动态施加的电压作为控制信号) 转换到控制电压Vjx)，第四多个参数中的其余h参数设为逻辑低或 低电压，从而提供随温度或另一所选参数而变的第一频率响应，同时 模块1505。中的可变电容1515a。和1515B。可通过设为逻辑高或高电压
的参数4-,;(或相应的动态施加的电压作为控制信号)转换到控制电 压V(h)(x)，第四多个参数中的其余d参数设为逻辑低或低电压，从
而提供随温度或另一所选参数而变的第二频率响应，依此类推。如上
所述，第四多个系数A A……力。，&…力w,也可通过测 试一个或多个IC在制造后确定，或也可在振荡器运行期间动态地确
定和改变，如通过如图21中所示的传感器1440和A/D转换器1445， 或通过如图25中所示的传感器1815和控制逻辑(或控制环)1810。 更一般地，所述通过或系数或控制信号的控制如图26中所示，且可 用于随任何所选参数如温度、电压、制造工艺、使用期、或频率而变 的离散或连续频率控制或离散及连续频率控制。
此外，代替为第一、第二或第四多个系数保存的系数，特别是当 相应的值将被动态确定时，如上所述，相应的电压可被直接施加给不 同的开关(如晶体管1520或模块640和650的转换晶体管)作为控 制信号。
再次参考图4，另外的补偿模块也用于对谐振频率A提供更大的 控制和准确度，如用于需要更大准确度和更小变度(或频移)的应用， 使得随PVT提供大约土 0. 25 %或更好的频率准确度。在这些情况下， 可使用工艺变化补偿模块425，以独立于制造工艺变化对谐振频率A 进行控制，如图11和12中所示的示例性模块。如上所述，不同模块 中的任何模块可包括任何阻抗、电抗、或电阻并被使得响应于任何所 选参数如温度、工艺变化、电压变化、及频率变化。
图11是根据本发明的示例性第一工艺变化补偿模块760的电路 图。第一工艺变化补偿模块760可用作图4中的工艺补偿模块460， 每一模块连到谐振LC储能电路405的干线或旁边(线路或结点470 和475)。此外，第一工艺变化补偿模块760中的每一个由保存在寄 存器465中的第三多个(y)转换系数r。…2V〃控制。第一工艺变 化补偿模块760提供具有差分加权(如二进制加权)的、第一固定电 容750的可转换电容模块阵列，通过相应的多个转换晶体管740 (由 相应的r系数控制)将多个固定电容750转换入或转换出而调节和选 择谐振频率A。再次地，随着每一电容支路被转换入或转换出所述阵 列或电路760，相应的第一固定电容被增加或从可用于谐振LC储能 电路振荡的总电容减去，从而改变有效电抗并调节谐振频率。第三多
个转换系数r。…7V"也可通过测试IC而在制造后确定，通常为与 确定第一和第二 (或第四)多个转换系数一样的迭代过程。该校准可
使用频率校准模块(325或430)及公知具有预定频率的参考振荡器 实现。确定的r系数之后保存在该生产或工艺批次的IC的相应寄存 器465中。或者，每一IC可被单独校准。
除了所述校准方法之外，第三多个转换系数A…2V,;也可使用
其它方法确定，如下所述，如使用不同的电压和电流传感器测量反映 制造工艺参数的参数或变量，如晶体管阈值电压、电阻大小或储能电 路的值、或不同电流源产生的绝对电流电平。之后，所述测得的值可
用于提供相应的系数(第三多个转换系数27,…2V,;)和/或控制信 号从而用于相应的频率调节。例如，所述测得或感测的值可转换为数 字值，其继而被索引到存储器中的査阅表，之后，基于已知值或其它 校准或建模提供保存的值。
为避免另外的频率失真，几个另外的特征可连同该第一工艺变化
补偿模块760 —起实施。首先，为避免另外的频率失真，MOS晶体管 740的接通电阻应很小，因此晶体管的宽度/长度比大。其次，大电 容可被拆分为两个支路，具有由相同r系数控制的两个相应晶体管 740。第三，为使谐振LC储能电路在所有条件下具有相似的负载，当 第一固定电容750被转换入或转换出电路760时，相应的第二固定电 容720作为"虚设"电容器(具有小得多的电容或制造工艺的设计规 则允许的最小大小)基于相应r系数的倒数被相应地转换出或转换入 电路。由此，总是存在大约或实质上相同的晶体管740接通电阻，只 有电容量变化。
作为使用"虚设"电容的另一选择，金属熔断器可用于代替晶体 管740。金属熔断器将保持原封不动以包括相应的固定电容750，并
可"熔解"(开路)以从谐振LC储能电路405消除相应的固定电容 750。
图12是根据本发明的示例性第二工艺变化补偿模块860的电路 图。第二工艺变化补偿模块860可用作图4中的工艺补偿模块460，
每一模块连到谐振LC储能电路405的干线或旁边(线路或结点470 和475)，从而代替模块760。更一般地，第二工艺变化补偿模块860 用作频率控制器(215、 349或1415)的一部分，如工艺(或其它参 数)调节器或补偿器1430 (图21)。此外，第二工艺变化补偿模块 860中的每一个由保存在寄存器465中的第三多个转换系数r。… 控制。(然而，由于每一示例性工艺变化补偿模块760或860中采用 的电路不同，相应的第三多个转换系数r。…2V,;当然相互也不同。) 此外，所述转换可通过使用任何控制信号进行控制，如上所述。
应注意，图12提供不同于其它附图中所使用的可变电抗器图示， 其中可变电抗器850由M0S晶体管表示，而不是具有箭头穿过其的电 容器。本领域技术人员将认识到，可变电抗器通常为AM0S或IM0S晶 体管，或更一般地，为M0S晶体管，如图12中所示的晶体管，并通 过短接晶体管的源极和漏极进行配置。因此，作为可能的实施例，其 它所示的可变电抗器可被视为包括如图12中所配置的AM0S或頂0S 晶体管。此外，可变电抗器850还可相互相对进行二进制加权，或可 使用另一差分加权方案。
第二工艺变化补偿模块860具有类似的结构概念，但与第一工艺 变化补偿模块760有另外的显著区别。第二工艺变化补偿模块860提 供多个没有M0S开关/晶体管的可转换可变电容模块865的阵列，因 此消除了通过MOS晶体管的损耗或加载。而是，负载表现为低损耗电 容；所述低损耗还意味着振荡器启动能量更少。在第二工艺变化补偿 模块860中，M0S可变电抗器850被转换到Kz'/7，其可以是上述的不 同的多个控制电压中的任何控制电压，以向谐振LC储能电路405提 供相应的电容水平，或可被转换到地或电力干线(电压V。D)，从而基 于可变电抗器850几何结构或提供最小电容或提供最大电容。对于 AM0S，转换到电压V。D将提供最小电容，及转换到地将提供最大电容， 而对于頂OS则正好相反。再次地，第二工艺变化补偿模块860由作 为可变电抗器850的可变电容的阵列组成，其通过相应的r系数或通 过应用相应的控制信号将所选可变电抗器850连接或转换到多个控
制电压(中的任何控制电压、地或V。。如在第一电压和第二电压之 间转换而调节和选择谐振频率/。。在另一备选方案中，代替多个或阵 列，只使用一个可变电抗器850，其有效电抗提供给由所选控制电压 控制的储能电路。
随着每一电容支路被转换到相应的控制电压、地或V[)D，相应的
可变电容被增加到或不包括在可用于谐振LC储能电路振荡的总电容 中，从而改变其有效电抗并调节谐振频率。更具体地，对于AMOS实 施例，连接到VDD (作为Vin)提供更小的电容，连接到地(V,n = O)提 供更大的电容，而对IMOS实施例正好相反，其中连接到VDU (作为Vin) 提供更大的电容及连接到地(Vh 二 O)提供更小的电容，其中假定LC 储能电路干线(图4的结点或线路470和475)上的电压在O伏特和 电压V。。之间，明显或实质上远离任一电压水平。连接到V^和地之间 的电压如不同控制电压中的许多电压作为Kz'/7，将向储能电路提供相 应的中间水平的电容。第三多个转换系数r。…2V"也通过测试IC 而在制造后确定，且通常也为确定第一和第二多个转换系数那样的迭 代过程。之后，所确定的r系数保存在该生产或工艺批次的IC的相 应寄存器465中。再次地，各个IC也可单独校准和测试。此外，任 何所选数量的模块850可动态控制以在振荡器运行期间提供连续的 频率控制。
如上所述，根据可变电抗器的类型(AMOS或IMOS)，将任何可变 电容模块865转换到作为第一和第二电压水平的V。D或地将导致相应 的最大电容或零(可忽略的)电容被包括为谐振器(LC储能电路) 的有效电容。然而，如上所述，也可通过将可变电容模块865转换到 相应的控制电压而产生所述最大和最小电容之间的电容水平。使用具 有不同大小的多个控制电压将导致可变电容模块865的相应电容被 增加到LC储能电路(或从其减去)，因而改变其有效电抗并调节谐振 频率。
图28为根据本发明的、频率、工艺或其它参数补偿模块中使用 的示例性第四电压控制模块2050的电路图。参考图28，多个实质上
不变的电压模块2060 (图示为2060A， 2060B， 2060c…2060K)用于 产生相应的多个控制电压，其相对于所选参数如温度实质上保持不 变，且其具有相应的多个不同的大小，从而产生具有不同大小的多个 控制电压VA， VB， Ve…VK。如图所示，多个不同的、实质上静或不 变的(即独立于温度)电压通过结合不同的电流源2055 (图示为电 流源2055A， 2055b， 2055e…2055K)产生，每一电流源对温度或另 一参数具有不同的响应(响应于温度(或另一参数)不同成形的电流)， 并具有相应多个电阻器2040 (图示为相应的电阻器2040A， 204(k 2040e…2040K)，每一电阻器具有随温度或其它参数而定的响应，该 响应与特定模块2060的相应电流源2055的响应相反或互补。选择每 一相应的电流源2055和电阻器2040以相互具有所述相反或互补响 应，从而有效地抵消对方对所选参数的响应。例如，电流源2055被 选择为具有适当大小的PTAT、 CTAT或CTAT2电流源的特定组合，电阻 器2040基于大小、类型等进行选择，使得所得电压随参数变化如温 度变化实质上保持不变。这些不同电压中的任何电压可按需用作不同 控制电压中的任何控制电压，以对图12中所示的可变电容模块865 提供相应的K//2，从而调节谐振器的有效电容(电抗)及所得谐振频 率。
还应注意，图示的模块实施例，如图6-12中所示的温度补偿器 315 (或410、 415和/或420)及工艺变化补偿器320 (或425及460)， 均可用于其它目的。例如，补偿器315 (或410、 415禾Q/或420)的 不同所示实施例可被使得随工艺变化而定，而不是温度。类似地，补 偿器320 (或425及460)的不同所示实施例可被使得随温度而定， 而不是工艺变化。因此，这些及其它模块的实施例不应视为限于所示 的示例性电路和结构，因为本领域技术人员将认识到另外且等效的电 路和应用，所有这些均在本发明范围内。
如上所述，不同的所示受控电容模块(485， 635， 460， 760， 860， 1501)可被一般化到任何电抗或阻抗元件，无论是电容、电感、电阻 还是电容、电感或电阻的结合。这样的多个(a)可转换、受控阻抗
(或电抗)模块1305的阵列1300如图20中所示，并可用在本发明 的频率控制器(215， 349， 1400)内，其作为不同的调节器或补偿器 (315， 320， 355， 1420， 1425， 1430)中的任一。每一不同加权的、 受控电抗或阻抗模块1305 (图示为1305。， 1305,，…1305(a—d)包括 一个或多个固定电抗《 1315、可变电抗1310、或"虚设"电抗 1320，这些电抗可响应于第五多个系数(&, &…A,—,;)中的相应系 数s转换。如上所述，在不同实施例的任何实施例中，受控电抗或阻 抗模块1305的阵列通常实施为相对于不同受控电容模块中的任何模 块运行。第五多个系数可同如上关于其它系数集所述的那样在制造后 确定或动态确定。此外，根据实施例，不同的电抗或阻抗可被转换入 或转换出阵列1300或转换到不同的控制电压或地，如先前所示，并 可用于响应于多个参数如温度变化、电压波动、制造工艺或频率中的 任何参数提供振荡器的所选频率响应。
类似地，参考图25， n个可转换、受控电抗模块1805的阵列被 示出(受控电抗模块1805()…1805(n—D)，且也可作为不同的调节器 或补偿器(315， 320， 355， 1420， 1425， 1430)用在本发明的频率控 制器(215， 1415)内。这些受控电抗模块1805也可被二进制、线性、 或不同的加权，及转换入或转换出不同的电路、转换到一个或多个控 制电压、或其任何组合，集可响应于任何所选参数。如上所述，在不 同实施例的任何实施例中，受控电抗模块1805的阵列通常实施为相 对于不同受控电容模块中的任何模块运行。在该示例性实施例中，不 是通过多个系数转换到振荡器，受控电抗模块1805而是通过传感器 1815和控制逻辑1810直接提供的电压或电流动态转换，具有反馈(线 路或结点1820)，且其可按本领域公知的那样或如上所述进行实施， 所有这样的变化均视为在本发明范围内。此外，电抗模块更宽地视为 阻抗模块，同时具有电阻和/或电抗特征，如使用图29中所示的不同 电阻器。
例如，所选参数中的所述变化可以先前所述的多种方法中的任何 方法确定，如通过对温度敏感的电流源、其它温度传感器、或响应于
所选参数的任何其它类型的传感器。例如，传感器可包括跨二极管的 电压，提供响应于温度的电压输出。参考图21，这样的传感器1440
的输出可提供给A/D转换器1445，其提供所感测参数的水平的数字 输出指示，之后，所述指示可用作相应系数(上述的多个系数中的任 何系数)或用于动态转换不同的受控电抗或阻抗模块(如1305、 1805) 或不同的第二受控电容模块中的任何模块。类似地，传感器1815的 输出可提供给控制逻辑1810，其也可或静态或动态地调节不同的电 抗，具有或没有来自谐振器的反馈。
图27是根据本发明的示例性电压变化补偿模块2000的电路和框 图，并可用作图3和21中所示的电压变化补偿器380、 1455。参考 图27，可转换电阻模块1650构成分压器，使用电阻器1620。和1620y， 提供电压V。。在电源电压V。。(电力干线)波动的情况下，电压V()相 应地变化。由于电压在控制信号或系数1950的控制下可被转换(开 关1930)(如上所述)到任何受控电抗模块1805，储能电路的有效电 容也被变化，从而调节谐振频率。由此，随所述电压波动谐振频率可 被控制。其它实施基于其它图示实施例将显而易见，且也在本发明范 围内。
如上所述，除了图4的固有或寄生电阻Rl 445和Rc 450之外， 储能电路的谐振频率也可通过改变储能电路的电阻进行修改。图29 是根据本发明的、可用作不同频率控制模块和不同频率控制器或其一 部分的示例性电阻控制模块2100的电路图。所述电阻控制模块2100 可被插入图4的谐振器405中的结点Q，与电感器435和RL 445串联， 或与电容器440和& 450串联，或二者同时进行。每一可转换电阻 模块2115(图示为多个可转换电阻模块2115M， 2115N， 2115。…2115u) 具有不同加权的(如二进制加权的)电阻器2105 (图示为相应的电 阻器2105m， 2105n， 2105。…2105u)，并可在控制信号和/或系数1950 的控制下通过相应的晶体管或开关2110(图示为晶体管2110M， 2110N， 2110。…2110u)转换入或转换出阵列或模块2100。如上所述，所述 转换还提供另一控制或调节谐振器405的谐振频率的机制，并可随任
何所选参数而变，或可以独立于参数，从而用于谐振频率选择。
图30是根据本发明的示例性使用期变化补偿器2200的框图。如 图30中所示，不同的传感器用于测量相应参数，其由时间通路影响 或其随IC寿命改变，如电压传感器2205测量晶体管的阈值电压、电 阻传感器2210测量储能电路的一个或多个电阻大小或值、和/或电流 传感器测量不同电流源产生的绝对电流电平。在给定时间点所选测量 (经复用器2220)提供给ADC2225从而转换为数字值，该值保存在 寄存器或其它非易失性存储器2230中。当IC第一次供电或初始化时， 初始测量保存在寄存器2230中以提供用于随后测量的比较基础。随 后，可执行另外的测量，所得值保存为寄存器2230中的相应电流值， 图示为电流及电压、电阻和电流的初始值。对于给定参数，如电压， 电流和初始值可被读取和比较，之后，比较器2235提供正比于两个 值之间的任何差的相应使用期补偿信号。由使用期补偿信号提供的所 述差值继而可用于相应的系数和/或控制信号以进行相应的频率调 节。例如，所述使用期补偿信号可被索引到存储器2240中的査阅表， 其继而基于已知值、或使用期影响的其它校准或建模提供所保存的 值，并使用上述的任何不同调节器和补偿器进行相应的频率调节。
如上所述，本发明的时钟发生器和定时/频率参考(100、 200、 300)可使用很宽范围的振荡器。在示例性实施例中，谐振LC振荡器 用于提供作为第一参考信号的输出信号，其具有高得多的Q、低抖动 及降低的相位噪声。示例性的第一和第二差分LC振荡器已在上面参 考图4、 6和8描述。另外类型的谐振振荡器也在本发明范围内，且 示例性的LC振荡器将在下面参考图31-37描述，具有图38中所示的 有源电感器。这些另外的示例性LC振荡器和电感器类型(无源或有 源)均可等效地使用于先前所述的LC振荡器，及为图示它们的等效 运行，也连同先前所述及图4中所示的示例性频率控制器组件即补偿 模块420和425 —起图示。应当理解，除了图31-37具体示出的组件 之外，任何其它控制器电抗模块、控制电压发生器、频率控制、校准、 频率选择、分频、及其它组件也可等效地使用。
还应注意，图38中所示的示例性有源电感器或任何其它有源电 感器可替代图1-37中任一布局所示的任何无源电感器。类似地，不 同的布局使用n-M0S或p-M0S晶体管图示，但任何类型的晶体管均可 等效地使用。因而，使用任何无源或有源电感器或任何类型的晶体管 均被视为等效并在本发明范围内。
下面所示的不同LC振荡器可提供差分或单端第一参考信号。不 同的补偿模块420和425，其可以如上所述的多种方式实施为受控电 抗模块，可以多种方式与不同的振荡器结合。首先，受控电抗模块(图 示为补偿模块420和425)可与一个或多个所示电容器中的任何电容 器并联连接。在许多情况下，受控电抗模块的多个例图可被连接到所 示LC振荡器。由此，用于连接的相应结点被标记为结点A和结点B， 以指示连接到给定LC振荡器布局的相应结点，另外的例图可用于图 示为相应结点A'和B'结点和/或相应的A''结点和B''结点。 其次，在不同的图31-37中未单独示出，受控电抗模块(图示为补偿 模块420和425)可用于代替一个或多个所示电容器中的任何电容器。 本领域技术人员将认识到无数其它变化，所有这些变化均视为等效并 在本发明范围内。
图31是根据本发明可使用的、与差分n-M0S交叉连接的布局一 起实施的第三示例性LC振荡器2260的电路图，其为图8中所示的 LC振荡器的变化。如图所示，装置2250包括具有差分n-M0S交叉连 接布局的第三示例性LC振荡器2260及先前在图4的双平衡结构中描 述的频率控制器和频率校准模块(补偿模块420和425)。输出频率 /。在结点470a和475A之间获得，所述结点等价于先前所述的结点470 和475，并可替代附图及本说明书中的所有参考。
交叉连接的n-MOS晶体管2251和2251通过电流反射镜530A(或 530B)连接到偏压电流，如使用同样如先前所述的响应于参数的电流 1(x)发生器515 (或415)或使用另一固定或可变电流源。频率控制 器模块(480、 485，具有系数寄存器455和495 )及频率校准模块(460， 具有系数寄存器465)如图所示跨结点A和B连接到振荡器，且同样
如先前所述那样运行。电感器2253和2254 (具有所示电感)可由中 心抽头电感器2257 (中心抽头连接到VDD)等效地代替并如图所示插 入在结点A和B之间，且可以是固定或可变电感器。此外，同样如先 前所述，不同的电容可被实施为固定或可变电容，且被图示为同时具 有固定和可变电容器。在示例性实施例中，电阻也可以是固定或可变 电阻。
本领域技术人员将明显看出，图6中所示振荡器的类似交叉连接 n-M0S版本可被类似地实施(通过去除(用短路代替)所示的交叉连 接p-M0S晶体管Ml和M2)。
图32为根据本发明可使用的、与差分p-M0S交叉连接的布局一 起实施的第四示例性LC振荡器2280的电路图，其为图8中所示的 LC振荡器的变化。如图所示，装置2270包括具有差分p-M0S交叉连 接布局的第四示例性LC振荡器2280及先前在图4的双平衡结构中描 述的频率控制器和频率校准模块(补偿模块420和425)。输出频率 6在结点4708和475e之间获得，所述结点等价于先前所述的结点470 和475，并可替代附图及本说明书中的所有参考。
交叉连接的P-MOS晶体管2271和2271通过电流反射镜510 (或 520)连接到偏压电流，如使用同样如先前所述的响应于参数的电流 1(x)发生器515 (或415)或使用另一固定或可变电流源。频率控制 器模块(480、485，具有系数寄存器455和495)及频率校准模块(460， 具有系数寄存器465)如图所示跨结点A和B连接到振荡器，且同样 如先前所述那样运行。电感器2273和2274 (具有所示电感)可由中 心抽头电感器2277 (中心抽头连接到地)等效地代替并如图所示插 入在结点A和B之间，且可以是固定或可变电感器。此外，同样如先 前所述，不同的电容可被实施为固定或可变电容，且被图示为同时具 有固定和可变电容器。在示例性实施例中，电阻也可以是固定或可变 电阻。
同样，本领域技术人员将明显看出，图6中所示振荡器的类似交 叉连接P-MOS版本可被类似地实施(通过去除(用短路代替)所示的 交叉连接n-M0S晶体管M3和M4)。
图33为根据本发明可使用的、具有单端考毕子结构(或布局) 的第五示例性LC振荡器2305的电路图。如图所示，装置2300包括 具有单端考毕子结构(或布局)的第五示例性LC振荡器2305及先前 所述的频率控制器和频率校准模块的部分(补偿模块420和425的单 端版本)。频率控制器和频率校准模块(485、 460)如图所示跨结点 A和B并联连接到电容器2310或跨结点A'和B'并联连接到电容器 2315，或同时连接到所述两电容器(分别跨结点A和B与电容器2310 并联和跨结点A'禾PB'与电容器2315并联)。输出频率A在结点470c 和47&之间获得，所述结点等价于先前所述的结点470和475，并可 替代附图及本说明书中的所有参考。
晶体管2325连接到固定或变化偏压，或连接到另一电路结点(未 单独示出)。此外，同样提供偏压电流，如使用同样如先前所述的响 应于参数的电流I(x)发生器515或使用另一固定或可变电流源。频 率控制器模块(480、 485，具有系数寄存器455和495)及频率校准 模块(460，具有系数寄存器465)同样如先前所述那样运行。此外， 同样如先前所述，不同的电抗(电感器2320、电容器2310和2315) 可被实施为固定或可变电抗。在示例性实施例中，电阻2330也可以 是固定或可变电阻。
图34为根据本发明可使用的、具有差分、共基考毕子结构(或 布局)的第六示例性LC振荡器的电路图。如图所示，装置2400包括 具有差分、共基考毕子结构(或布局)的第六示例性LC振荡器2405 及先前在图4的双平衡结构中所述的频率控制器和频率校准模块。输 出频率/。在结点470。和475。之间获得，所述结点等价于先前所述的 结点470和475，并可替代附图及本说明书中的所有参考。
晶体管2425和2426可连接到固定或变化偏压。在图示使用n-MOS 晶体管的同时，晶体管2425和2426也提供本发明中双极结型晶体管 的等效使用的例子。此外，同样提供一个或多个偏压电流，如使用同 样如先前所述的响应于参数的电流I(x)发生器515或使用一个或多
个其它固定或可变电流源。频率控制器模块(480、 485，具有系数寄 存器455和495)及频率校准模块(460，具有系数寄存器465)如图 所示跨结点A和B与电容器2415并联或跨结点A'和B'与电容器 2410并联或跨结点A，，和B，，与电容器2430并联，或这三种结 构的任何组合，且同样如先前所述那样运行。此外，同样如先前所述， 不同的电抗(电感器2420、电容器2410、 2415和2430)可被实施为 固定或可变电抗。
图35为根据本发明可使用的、具有差分、共集考毕子结构(或 布局)的第七示例性LC振荡器2505的电路图。如图所示，装置2500 包括具有差分、共集考毕子结构(或布局)的第七示例性LC振荡器 2505及先前在图4的双平衡结构中所述的频率控制器和频率校准模 块。输出频率A在结点470e和475^之间获得，所述结点等价于先前 所述的结点470和475，并可替代附图及本说明书中的所有参考。
提供一个或多个偏压电流，如使用同样如先前所述的响应于参数 的电流I(x)发生器515或使用一个或多个其它固定或可变电流源。 频率控制器模块(480、 485，具有系数寄存器455和495)及频率校 准模块(460，具有系数寄存器465)如图所示跨结点A和B与电容 器2515并联或跨结点A'和B'与电容器2510并联或跨结点A'' 和B'，与电容器2530并联，或这三种结构的任何组合，且同样如 先前所述那样运行。此外，同样如先前所述，不同的电抗(电感器 2520、电容器2510、 2515和2530)可被实施为固定或可变电抗。
图36为根据本发明可使用的、具有单端哈特莱结构(或布局) 的第八示例性LC振荡器2605的电路图。如图所示，装置2600包括 具有单端哈特莱结构(或布局)的第八示例性LC振荡器2605及先前 所述的频率控制器和频率校准模块的部分。同样，由于振荡器2605 是单端而非差分，频率控制器和频率校准模块(485、 460)仅连接到 一个干线(結点470f)，而不是具有图4的双平衡结构。如图所示， 输出频率A在结点470f和475p之间获得，所述结点等价于先前所述 的结点470和475，并可替代附图及本说明书中的所有参考。(此外，
在频率控制器和频率校准模块(485、 460)图示在结点和结点475F 上的地电势之间的同时，频率控制器和频率校准模块(485、 460)也 被视为跨结点470f和V。。之间的电容器2610并联，等效于AC接地。)
晶体管2625可连接到固定或变化偏压。此外，也提供偏压电流， 如使用同样如先前所述的响应于参数的电流I(x)发生器515或使用 另一固定或可变电流源。频率控制器模块(480、 485，具有系数寄存 器455和495)及频率校准模块(460，具有系数寄存器465)同样如 先前所述那样运行。此外，同样如先前所述，不同的电抗(电感器 2615和2620、电容器2610)可被实施为固定或可变电抗。在示例性 实施例中，电阻2630也可以是固定或变化电阻。
比较图33和36，很明显，哈特莱结构可通过对电感器转换电容 器及对电容器转换电感器而源自Clopitts结构。因此，再次参考图 34和35，本领域技术人员将明显看出，差分哈特莱振荡器结构，无 论是共基还是共集型，均可通过转换所示差分考毕子结构中的电容器 和电感器形成。因而，差分哈特莱振荡器结构没有单独示出。
图37为根据本发明可使用的、具有单端Pierce结构(或布局) 的第九示例性LC振荡器的电路图。如图所示，装置2700包括具有单 端Pierce结构(或布局)的第九示例性LC振荡器2705及先前所述 的频率控制器和频率校准模块的部分。同样，由于振荡器2705是单 端而非差分，频率控制器和频率校准模块(485、 460)仅连接到一个 干线(结点470e)，而不是具有图4的双平衡结构。如图所示，输出 频率/。在结点470。和475s之间获得，所述结点等价于先前所述的结 点470和475，并可替代附图及本说明书中的所有参考。此外，频率 控制器和频率校准模块(485、 460)如图所示跨结点A和B与电容器 2710并联连接，或跨结点A'和B'与电容器2715并联连接，或同 时与二者并联连接(分别跨结点A和B与电容器2710并联及跨结点 A'和B'与电容器2715并联)。
振荡器2705包括电感负载2720，例如，其可以是电感器或与电 容器并联的电感器(呈现总电感)，同样如前所述，其可实施为固定 或可变的负载。电感负载2705与倒相器2725和电阻2730并联。频 率控制器模块(480、 485，具有系数寄存器455和495)及频率校准 模块(460，具有系数寄存器465)同样如先前所述那样运行。此外， 同样如先前所述，不同的电容2710和2715可被实施为固定或可变电 容。在示例性实施例中，电阻2730也可以是固定或变化电阻。
应注意，不同LC振荡器布局中的任何布局可被实施以提供正交 结构(或布局)，其可与根据本发明的频率补偿(对于温度、工艺变 化和其它参数变化) 一起使用。例如，两个LC振荡器可相互交叉连 接(及用频率控制器模块(480、 485，具有系数寄存器455和495) 及频率校准模块(460，具有系数寄存器465)适当地构造，以提供 具有90°相位关系(0° 、 90° 、 180°禾卩/或270° )的多个第一参 考信号)。
图38是根据本发明可使用的示例性有源电感器2910结构的电路 图。在有源电感器2910使用双极结型晶体管图示的同时，等效电路 可使用任何类型的CMOS晶体管获得。有源电感器2910可用于在此所 述的任何LC振荡器或其等价物的任何电感器或电感负载，并可提供 IC面积的节约。所示有源电感器2910通常在结点D连接到振荡器的 其它部分。也提供偏压电流，如使用同样如前所述的响应于参数的电 流I(x)发生器515或使用另一固定或可变电流源。此外，有源电感 器2910作为例子示出而非限制一其它有源电感器电路也可等效地使 用，包括与其它类型的晶体管和电路结构一起。
本领域技术人员将认识到，可对上述的不同示例性LC振荡器实 施例进行无数变化。例如，不同的放大器可以多种方式实施，如仅具 有P通道晶体管、仅具有n通道晶体管、或如图所示的p和n通道晶 体管的结合。此外，不同的放大器和电流反射镜相对于不同的谐振器 可具有不同的电路位置和结构。单一或多个电感器或电容器变化可等 效地使用。不同的布局可以是对称或非对称、互补或非互补、或交叉 连接或非交叉连接布局。所有这样的变化均视为等效并在本发明范围 内。
再次参考图21，本发明的频率控制器215、 349、 1415可包括一 个或多个下述组件(1)跨导调节器1410 (如410、 415及图6-8中 所示的实施例)，在示例性实施例中，其也可并可或连接到维持放大 器305; (2)可变参数调节器1425，以响应于任何所选参数如温度、 制造工艺变化、电压变化或频率调节谐振频率A，如不同的受控电容 模块485、 635、 1505或受控电抗模块1305、 1805; (3)工艺(或其 它参数)调节器或补偿器1430，如工艺变化补偿器425、 760、 860、 或受控电抗模块1305、 1805; (4)电压变化补偿器380、 1455;禾口/ 或(5)使用期(时间)变化补偿器(或调节器)365、 1460。本领域 技术人员将意识到，跨导模块1410、可变参数调节器1425、或工艺 (或其它参数)调节器或补偿器1430或其它补偿器和调节器之间的 不同划分是任意的且不限制本发明的范围，因为其中的每一个均可使 得响应于上述的任何参数，且每一个均可用于上述的任何目的(例如， 可变参数模块1425可用于补偿制造工艺变化等，而不是温度变化)。 此外，根据所选实施， 一个或多个系数寄存器1435 (如455、 465、 495)可用于保存上述多个系数中的任何系数。在备选实施例中，所 述系数可能不需要，转换电压或电流或静态或动态地直接施加为控制 信号。
同样在示例性实施例中，这些不同的组件可包括传感器1440、 1815 (如yl(x)(或I(T))发生器415、 515)，或者传感器可被提供 为单独组件，如连接到二极管的电流源，如上所述。同样，根据所选 实施例，还可包括A/D转换器1445和控制逻辑1450、 1810以提供所 选频率控制。
总之，本发明的示例性实施例提供用于谐振器的频率控制的装 置，谐振器适于提供具有谐振频率的第一信号。所述装置包括适于响 应于多个参数中的至少一参数提供第二信号如控制电压的传感器 (1440， 1815);及连接到传感器和可连接到谐振器的频率控制器(215， 1415)，频率控制器适于响应于第二信号修改谐振频率。多个参数是 可变的且包括下述参数中的至少一个温度、制造工艺、电压、频率
和使用期。
在示例性实施例中，频率控制器还适于响应于第二信号修改连接 到谐振器的电抗或阻抗元件，如响应于第二信号修改谐振器的总电容
(图9)，将固定或可变电容(635)连接到谐振器或与其断开连接； 通过将可变电抗器转换到所选控制电压修改连接到谐振器的可变电 抗器的有效电抗，或等效地，响应于第二信号修改谐振器的电感，如 通过将固定或可变电感连接到谐振器或与其断开连接；或响应于第二 信号修改谐振器的电阻(或其它阻抗)，如通过将电阻连接到谐振器 或与其断开连接。
在示例性实施例中，频率控制器还可包括适于保存第一多个系 数的系数寄存器；及具有连接到系数寄存器和可连接到谐振器的多个
可转换电容模块的第一阵列(635)，每一可转换电容模块具有固定电 容615和可变电容620，每一可转换电容模块响应于第一多个系数中 的相应系数以在固定电容和可变电容之间转换及将每一可变电容转 换到控制电压。多个可转换电容模块可以是二进制加权的模块。频率 控制器还可包括具有连接到系数寄存器的多个可转换电阻模块且还 具有电容模块的第二阵列650，电容模块和多个可转换电阻模块还连 接到结点625以提供控制电压，每一可转换电阻模块响应于系数寄存 器中保存的第二多个系数中的相应系数以将可转换电阻模块转换到 控制电压结点625。在所选实施例中，传感器还包括响应于温度的电 流源655，其中电流源通过电流反射镜670连接到第二阵列以产生跨 多个可转换电阻模块中的至少一可转换电阻模块的控制电压。同样， 在所选实施例中，电流源具有至少一 CTAT、 PTAT或PTAT2结构(图 7A-7D)。此外，多个可转换电阻模块中的每一可转换电阻模块对所选 电流具有不同的温度响应。
在其它示例性实施例中，传感器是温度传感器并响应于温度变化 改变第二信号。所选实施例还可包括连接到温度传感器的模数转换器 1445以响应于第二信号提供数字输出信号，及包括控制逻辑块1450 以将数字输出信号转换为第一多个系数。 在其它示例性实施例中，频率控制器还包括工艺变化补偿器320、
425、 760或860，工艺变化补偿器可连接到谐振器并适于响应于多个 参数中的制造工艺参数修改谐振频率。工艺变化补偿器还可包括适于 保存多个系数的系数寄存器；及具有连接到系数寄存器和谐振器的多 个可转换电容模块的阵列760，每一可转换电容模块具有第一固定电 容750和第二固定电容720，每一可转换电容模块响应于多个系数中 的相应系数以在第一固定电容和第二固定电容之间转换。在其它示例 性实施例中，工艺变化补偿器还可包括适于保存多个系数的系数寄存 器；及具有连接到系数寄存器和谐振器的多个二进制加权的可转换可 变电容模块865的阵列860，每一可转换可变电容模块响应于多个系 数中的相应系数以在第一电压和第二电压之间转换。
在其它示例性实施例中，频率控制器还包括适于保存第一多个系 数的系数寄存器；及具有连接到系数寄存器和可连接到谐振器的多个 可转换、二进制加权的电容模块1505的第一阵列1500，每一可转换 电容模块具有可变电容1515，每一可转换电容模块响应于第一多个 系数中的相应系数以将可变电容转换(1520)到多个控制电压中的所 选控制电压。传感器可包括响应于温度的电流源，频率控制器还可包 括具有通过电流反射镜(670， 510， 520)连接到电流源(655)的多个 电阻模块1605的第二阵列1600，多个电阻模块适于提供多个控制电 压，且其中多个电阻模块中的每一电阻模块对温度具有不同的响应并 适于响应于电流源的电流提供多个控制电压中的相应控制电压。
在其它示例性实施例中，用于谐振器的频率控制的装置包括适于 保存第一多个系数的系数寄存器；及具有连接到系数寄存器和谐振器 的多个可转换电抗模块(1305、 1805)的第一阵列(1300、 1800)， 每一可转换电阻模块响应于第一多个系数中的相应系数将相应的电 抗转换到谐振器以修改谐振频率。相应的电抗可以是固定或可变电 感、固定或可变电容、或其任何组合。相应的电抗可在谐振器和控制 电压或地电势之间转换，控制电压可由电流源响应于温度确定。例如， 相应的电抗是可变电抗并在谐振器和多个控制电压中的所选控制电
压之间转换。在所选实施例中，第一多个系数由传感器响应于多个可 变参数如温度、制造工艺、电压和频率中的至少一参数校准或确定。 在示例性实施例中，多个可转换电抗模块还可包括多个(635)
二进制加权的可转换电容性模块640，每一可转换电容性模块具有固
定电容和可变电容，每一可转换电容性模块响应于第一多个系数中的 相应系数在固定电容和可变电容之间转换并将每一可变电容转换到
控制电压。所述装置还可包括响应于温度的电流源655;及具有连接 到系数寄存器及可有选择地连接到电流源的多个可转换电阻模块675 的第二阵列，第二阵列还具有电容模块680，电容模块和多个可转换 电阻模块还连接到结点625以提供控制电压，每一可转换电阻模块响 应于系数寄存器中保存的第二多个系数中的相应系数将可转换电阻 模块转换到控制电压结点，且其中多个可转换电阻模块中的每一可转 换电阻模块对电流源的所选电流具有不同的温度响应。
在其它示例性实施例中，多个可转换电抗模块还包括多个1500 二进制加权的可转换电容性模块1505，每一可转换电容性模块具有 可变电容1515，每一可转换电容性模块响应于第一多个系数中的相 应系数将可变电容转换(1520)到多个控制电压中的所选控制电压。 所述装置还可包括响应于温度的电流源655;及具有通过电流反射镜 (670， 510， 520)连接到电流源的多个电阻模块1605的第二阵列，多 个电阻模块适于提供多个控制电压，且其中多个电阻模块中的每一电 阻模块对温度具有不同的响应并适于响应于电流源的电流提供多个 控制电压中的相应控制电压。
在其它示例性实施例中，多个可转换电抗模块还可包括连接到系 数寄存器和谐振器的多个760 二进制加权的、可转换电容模块，每一 可转换电容模块具有第一固定电容750和第二固定电容720，每一可 转换电容模块响应于多个系数中的相应系数在第一固定电容和第二 固定电容之间转换。在其它示例性实施例中，多个可转换电抗模块还 可包括连接到系数寄存器和谐振器的多个860 二进制加权的可转换 可变电容模块865，每一可转换可变电容模块响应于多个系数中的相
应系数以在第一电压和第二电压之间转换。
在示例性实施例中，根据本发明的装置包括适于提供具有谐振频 率的第一信号的谐振器310、 405;及连接到谐振器并适于响应于温 度变化修改谐振频率的温度补偿器315。谐振器是下述谐振器中的至 少一个电感器(L)和电容器(C)构造成的LC储能电路谐振器、 陶瓷谐振器、机械谐振器、微机电谐振器、或薄膜体声波谐振器。所
述装置还可包括连接到谐振器和温度补偿器的负跨导放大器410，其
中温度补偿器还适于响应于温度变化通过负跨导放大器修改电流。温
度补偿器还可包括响应于温度变化的电流源415、 515、 655。
在其它示例性实施例中，温度补偿器还包括适于提供响应于温 度变化的电流的电流源415、 515、 655;适于保存第一多个系数的系 数寄存器；连接到谐振器和电流源的多个电阻模块675、 1605，多个 电阻模块中的至少一电阻模块适于提供控制电压或多个控制电压；及 多个可转换电抗模块(1305， 1805， 635， 1505)，连接到谐振器和电
流源并可有选择地连接到多个电阻模块中的至少一电阻模块。
在其它示例性实施例中，本发明提供用于谐振器的频率控制的频 率控制器，包括适于保存第一多个系数和第二多个系数的系数寄存 器；适于提供对应于温度的电流的电流源415、 515、 655;具有连接 到系数寄存器的多个可转换电阻模块675、 1605且还具有电容模块的 第一阵列，第一阵列还通过电流反射镜连接到电流源以产生跨多个可 转换电阻模块中的至少一可转换电阻模块的至少一控制电压，每一可 转换电阻模块响应于第二多个系数中的对应系数转换可转换电阻模 块以向控制电压结点提供控制电压；及具有连接到系数寄存器和谐振 器的多个二进制加权的可转换电容性模块640的第二阵列，每一可转
换电容性模块具有固定电容和可变电容，每一可转换电容性模块响应 于第一多个系数中的对应系数在固定电容和可变电容之间转换并将 每一可变电容转换到控制电压结点。
再次参考图3和4，时钟发生器和/或定时/频率参考(100、 200 或300)还可包括频率校准模块(325或430)。该频率校准模块是另
外的专利申请的主题，但其高级功能在下面简要描述。图13是根据
本发明的示例性频率校准模块900 (其可用作模块325或430)的高 级框图。频率校准模块900包括数字分频器910、基于计数器的频率 检测器915、数字脉冲计数器905、及校准寄存器930 (其也可用作 寄存器465)。使用测试IC，来自时钟发生器(100、 200或300)的 输出信号被分频(910)并与频率检测器915中的已知参考频率920 比较。根据时钟发生器(100、 200或300)相对于所述参考是快还是 慢，下降或上升脉冲被提供给脉冲计数器905。基于这些结果，第三 多个转换系数r。…2v^皮确定，且时钟发生器(100、 200或300) 被校准到所选参考频率。再次地，各个IC也可单独校准和测试。
再次参考图2、 3和4，本领域技术人员将意识到，随PVT变化 保持高度准确、低抖动、自激及自参考的振荡器己被描述，从而提供 可在结点470和475获得的、具有可选及可调谐谐振频率A的差分、 实质上正弦信号。对于许多应用，该信号足够了且可直接使用(及可 以是图1的总线125或135上、图2的线250上、或图3的线350上、 或图4的干线或线路470和475之间的输出)。例如，该信号可用作 定时或参考频率。根据本发明，可存在另外的应用，包括时钟发生(实 质上方波)、分频、低等待时间频率转换、及模式选择，如下所述。
图14为根据本发明的示例性分频器和方波发生器1000、及具有 示例性假信号抑制模块1080的示例性异步选频器1050的框图。如上 所述，分频器和方波发生器1000可被包括在模块220和/或330中或 包括模块220和/或330，及选频器1050 (具有或没有假信号抑制模 块1080)可被包括在模块205和/或335中或包括模块205和/或335。
参考图14，振荡器的输出信号即具有谐振频率A的差分且实质 上正弦信号，如图2的线250上、或图3的线350上、或图4的干线 或线路470和475之间的输出，被输入分频器和方波发生器1000。 该实质正弦信号的频率由任一或多个任意值N分为m个不同的频率 (包括A适当的地方)，并转换为实质方波信号，从而导致具有m+l 个不同可用频率的多个实质方波信号，即线路或总线1020上的输出
频率/。， A &…A。具有m+l个不同可用频率的这些实质方波信 号中的任何信号可通过示例性异步选频器1050异步地选择，如图所
示，所述选频器可被具体化为复用器。具有m+l个不同可用频率的这 些实质方波信号中的任何信号的选择可通过多个选择线路(S …S。) 1055完成，从而提供具有所选频率的实质方波信号，即线路1060上 的输出。
作为异步频率选择的一部分，假信号抑制也由假信号抑制模块 1080提供，其可以多种方式具体化，包括通过使用图14中所示的一 个或多个示例性D触发器(DFF)。假信号可出现在异步频率变迁中， 其中或低态或高态未被保持足够的时间并可在由输出时钟信号驱动 的电路中导致亚稳性。例如，异步频率变迁可导致第一频率的低态跃 迁为第二频率的高态，在第二频率高态即将变回低态时导致电压尖峰 信号或假信号。为避免可能的假信号被提供为输出时钟信号的一部 分，所选实质方波信号(具有所选频率)在线路1060上提供给提供 保持状态的第一DFF1065;如果假信号出现，其将被保持直到时钟边 缘触发DFF为止。为避免假信号出现在时钟边缘，DFF可以低于最大 可用频率进行时钟控制，或可使用一个或多个另外的DFF (如 DFF1070)，由于在等待另一时钟信号期间，DFF1065的Q输出将已稳
定为第一状态(高或低)或第二状态(低或高)，如或电力或接地干 线。发明人已表明2个DFF即足够了，另外的DFF可按需增加，但具 有另外的DFF将导致转换等待时间增加。在使用示例性DFF图示的同 时，其它触发器或计数器也可使用，且本领域技术人员将认识到将实 现该结果的无数其它等效实施方式，所有这些变化均在本发明范围 内。
根据本发明的所述示例性低等待时间频率转换如图15中所示。 图15还是本发明的"实质"方波的说明，其为不同布局中使用的实 际方波的典型，展现合理的变化，在其相应的高和低态下冲和上冲(且 不是教科书例子的完美"平直")。图15中的A部分示出了从1MHz到 33MHz的异步无假信号转换，B部分示出了测得的从4MHz到8MHz、然后到16MHz、之后到33MHz的无假信号转换。
再次参考图14，分频器和方波发生器1000可以无数方式实施， 如差分或单端，图示的分频器仅是示例性的。由于图4中所示的振荡 器的输出是差分输出(跨线路或干线470和475)，第一分频器1005 也是差分分频器并提供互补输出，以呈现实质上不变的负载给振荡器 并保持相位校准，且是快速分频器以支持高频如GHz范围的频率。此 外，拒绝第一分频器1005的任何张驰模式振荡可能是必须的或适当 的。第二分频器1010也可是差分分频器并提供任何任意分频(用M 除)，如除以整数、2的倍数、有理数、或任何其它量或数。所述分 频器的布局或结构在本领域是众所周知的，且任何所述分频器均可使 用。例如但非限制，所述分频器可以是一连串(多段)计数器或触发 器1075，如图16中所示的那些触发器，作为第二差分分频器1074， 其按2的幂或倍数提供分频，每一段的输出提供不同的频率，且还提 供用于下一段的时钟信号并反馈回到其自己的输入，如图所示。如图 所示，之后，多个频率可用于线路或总线1020上的输出，如/;/2，《/4， 依此类推，直到/。/2N。此外，如图所示，从振荡器到第一分频器1005 也可使用缓冲器1085，以提供足以驱动第一分频器1005的电压，及 在第二分频器1010多段之间使用缓冲器，以隔离也能影响信号上升 和下降时间的随状态而变的负载变化。
还应注意，使用不同触发器还提供实质方波，因为任何实质正弦 信号已被提供以时钟控制触发器，其输出继而被拉到高或低电压。也 可使用其它方波发生器，如本领域众所周知的方波发生器。在所示实 施例中，为保持相位校准，差分信号被保持通过最后划分。在最后分 频之后，多个信号(每一信号具有不同频率)(在模块1015中)被调 整以提供实质上均匀划分的(如50:50)占空比，使得信号处于第一 (高)态的时间实质上等于该信号处于第二 (低)态的时间。
图17为根据本发明的示例性模式选择模块的框图。有些情形下 高度准确的高性能参考如本发明的时钟发生器(100、 200或300)不 必要，如在低功率、备用模式下。在这些情形下，根据本发明，或者
没有提供时钟输出，或者提供低功率、降低性能的时钟1105输出。 例如，在相当低的频率下，低性能环形振荡器可提供适当的、低功耗 性能。如图17中所示，对于这些条件，低功率振荡器1105的输出可
被选择(通过复用器iioo)并作为时钟输出提供给其它电路。然而，
在更高的频率，所述低性能振荡器耗用多得多的功率，通常明显多于 本发明的振荡器。通常有随频率而变的"盈亏平衡"点，其后时钟发
生器(100、 200或300)提供更高的性能和更低的功耗，并可被选择 (通过复用器1100)和作为时钟输出提供给其它电路。因此，时钟 发生器(100、 200或300)也可用于提供低功率模式。
此外，使用模式选择器1110，也可选择其它模式，如无功率模 式，而不是仅仅低频率或睡眠模式，在该模式下时钟发生器(100、 200或300)可被相当快速地重启，或受脉冲作用的模式，其中时钟 发生器(100、 200或300)可被定期或不定期反复猝发或有间隔地停 止和重启。不同的参考模式如下所述。
相比于现有技术，使用本发明的时钟发生器和/或定时/频率参考 (100、 200或300)的该受脉冲作用时钟控制提供功率节约。在特定 猝发期间耗用更多功率的同时，由于时钟具有相当高的频率，在该间 隔中更多的指令得以处理，之后在非脉冲或断开间隔期间没有或只有 有限的功率耗散，从而相比于连续运行的时钟导致更高的MlPS/mW。 相反，由于现有技术时钟相当长的启动时间和锁定，所述受脉冲作用 的时钟控制导致现有技术功耗更多及效率更低。
图18是根据本发明的用于第二振荡器的示例性同步模块1200的 框图。如上所述，时钟发生器和/或定时/频率参考(100、 200或300) 可提供参考模式以同步其它振荡器或时钟，其可以也可不是低功率， 如第二振荡器1210 (如环形、张驰、或相移振荡器)。时钟发生器和 /或定时/频率参考(100、 200或300)的输出信号还被按需分频以形 成多个可用参考频率，某一参考频率选自该多个频率。这可使用上述 模块实现，如通过使用现有分频器(220、 330、 1000，例如)，然后 从选频器1050 (或205或335)提供参考信号。例如，参考图3，模
式选择器345可选择参考模式并从选频器335提供输出参考信号给第 二振荡器(具有同步模块)375。之后，同步模块如PLL或DLL1205 用于将来自第二振荡器1210的输出信号同步到由时钟发生器和/或 定时/频率参考(100、 200或300)提供的参考信号。除了连续同步 模式之外，也可提供受脉冲作用的同步，其中时钟发生器和/或定时/ 频率参考(100、 200或300)提供受脉冲作用的输出，且同步发生在 这些脉冲的间隔即同步间隔期间。
图19为根据本发明的示例性方法的流程图，并提供有用的概要。 方法以开始步骤1220开始，如通过时钟发生器和/或定时/频率参考 (100、 200或300)启动。应注意，在图19中图示为连续步骤的同 时，这些步骤可以任何顺序出现，且通常可随时钟发生器和/或定时/ 频率参考(100、 200或300)运行同时出现。参考图19，具有谐振 频率的谐振信号在步骤1225产生，如通过LC储能电路405或谐振器 310。在步骤1230，谐振频率响应于温度进行调节，如通过温度补偿 器315，其调节电流和频率。在步骤1235，谐振频率响应于制造工艺 变化进行调节，如通过工艺变化补偿器320。如上所述，步骤1235 可被执行为第一校准步骤，之后为步骤1230的温度调节。在步骤 1240，具有谐振频率的谐振信号被分为具有相应多个频率的多个第二 信号，如通过分频器330或1000，其中多个频率实质上等于或低于 谐振频率。在步骤1245，输出信号从多个第二信号选择，如通过选 频器335或1050。根据所选实施例或模式，所选输出信号可被直接 提供为参考信号。
在其它实施例中，如当输出信号是差分而不是单端信号时，及当 谐振信号是实质正弦信号时，在步骤1250，所述方法继续从而按需 将差分、实质正弦信号转换为具有实质上相等的高和低占空比的单端 实质方波信号，使得使用模块330或1000产生时钟输出信号。在步 骤1255，运行模式也从多种运行模式选择，如通过使用模式选择器 225或345，其中多种运行模式可选自下组时钟模式、定时和频率 参考模式、功率节约模式、及受脉冲作用模式。当在步骤1255选择
的是参考模式时，在步骤1260，所述方法进行到步骤1265，以响应 于输出信号同步第三信号(如从第二振荡器)，如图18中所示。在步 骤1260或1265之后，所述方法结束或重复(继续)(如时钟发生器 和/或定时/频率参考(100、 200或300)继续运行)，返回歩骤1270。
图39为根据本发明的第二示例性系统实施例1195的框图。如图 所示，第二示例性系统1195包括如上所述的时钟发生器(定时/频率 参考)(100、 200、 300)及用于任何功能、应用或目的的任何类型或 种类的第二电路180，例如如图所示及如下定义的处理器1275。第二 电路180还可包括存储器1280、用于输入和输出(I/O)的接口 1285、 及用于任何所选应用或功能的其它电路组件。第二示例性系统1195 通常体现为单一集成电路，提供作为一个或多个系统时钟或参考的一 个或多个第一参考信号，其与其它组件集成在一起且其不需要任何外 部参考或时钟如晶体振荡器参考。例如，时钟/参考(100、 200、 300) 自激且不锁定到任何参考时钟或信号，而是提供参考时钟或信号给其 它、第二电路180。
第二示例性系统1195也可被体现为通过同一 IC管壳内的焊线连 接的多个集成电路。例如，时钟发生器(定时/频率参考)(100、 200、 300)可被体现在第一IC上，第二电路180体现在第二 IC上，二者 通过一根或多根焊线相互连接，第一 IC (时钟)将作为一个或多个 系统时钟或参考的一个或多个第一参考信号提供给第二 IC (第二电 路180)，从而将时钟或参考提供为单一封装组件的一部分，而不需 要任何外部参考或时钟如晶体振荡器参考。
如图39中所示，除了时钟发生器(定时/频率参考)(100、 200、 300)之外，第二示例性系统1195还包括一种或多种类型的第二电路， 如一个或多个处理器1275，及可能还包括I/O接口 (或其它I/O装 置)1285和存储器1280。这些组件中的每一个接收一个或多个第一 参考信号，通常用作一个或多个时钟控制信号。在第二示例性系统 1195中，I/O接口 1285可实施为本领域已知或即将知道的接口，以 在处理器1275、存储器1280及任何通道、总线、输入和输出装置、
在此所述的机构和介质(未单独示出)之间提供数据通信，包括无线、 光学或有线通信，其使用任何可用标准、技术或介质，没有任何限制。
例如，当第二示例性系统1195用作计算机处理器时，I/O接口 1285 适于在其与一个或多个总线如PCI总线、PCI快速总线、通用串行总 线(USB1或USB2)等之间提供数据通信。此外，1/0接口 1285可提 供到任何CD或磁盘驱动器的接口，或到用于经网络进行通信的通信 通道的接口，从而用任何形式的介质或通信装置提供通信，如提供以 太网端口。同样，例如，V0接口 1285可提供所有信令和物理接口 功能，例如但非限制，如阻抗匹配、连接到网络的外部通信线路或通 道(如以太网、Tl或ISDN线路)和内部服务器或计算机通信总线(如 不同的PCI或USB总线之一)之间的数据输入和数据输出。此外，根 据所选实施例，I/O接口 1285 (或处理器1275)也可用于提供数据 链路层和媒体存取控制功能。
根据所选实施例，存储器1280可以任何数量的形式体现，包括 在任何计算机或其它机器可读的数据存储介质内、用于信息如计算机 可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的存储或通信的存储器装 置或其它存储或通信装置，不管是当前已知的还是即将可用的，包括 但不限于磁盘驱动器、光学驱动器、磁盘或磁带驱动器、硬盘驱动器、 其它机器可读的存储或存储器媒体如软盘、CDR0M、 CD-RW、数字通用 光盘(DVD)或其它光学驱动器、存储器集成电路(IC)、或集成电路 的存储器部分(如驻留在处理器IC内的存储器)，无论易失性或非易 失性存储器，无论可删除或不可删除存储器，包括但不限于RAM、 FLASH、 DRAM、 SDRAM、 SRAM、 MRAM、 FRAM、 R0M、 EPR0M或E2PR0M、 或任何其它类型的存储器、存储介质、或数据存储装置或电路，其可 以是已知的或即将知道的。此外，所述计算机可读媒体包括任何形式 的通信媒体，其将计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据 体现在数据信号或调节信号中，如电磁或光学载波或其它传输机制， 包括任何信息抄送媒体，其可将数据或其它信息编码在有线或无线信 号中，包括电磁、光学、声波、RF或红外信号等。 第二示例性系统1195还包括一种或多种类型的处理电路，如一
个或多个处理器1275，其可以是单核或多核、通用或专用处理器并
适于执行任何类型的功能。如术语"处理器"在此使用和定义的那样，
处理器1275可以是任何类型的电路，适于执行任何类型或种类的功 能、应用或其它目的，并可包括单一集成电路(IC)的使用，或可包 括多个集成电路或其它连接、安排或分组在一起的组件的使用，如微 处理器、数字信号处理器(DSP)、控制器或微控制器、并行处理器、 多核处理器、常规IC、专用集成电路(ASIC)、可现场编程门阵列 (FPGA)、自适应计算IC、相关联存储器(如薩、DRAM和R0M)、及 其它IC和组件。因此，如在此使用的，术语处理器应当理解为等同 地意为和包括单一IC、或常规IC布置、ASIC、处理器、微处理器、 控制器、FPGA、自适应计算IC、或执行任何合适功能的其它集成电 路分组，以及相关联的存储器如微处理器存储器或另外的RAM、 DRAM、 SDRAM、 SRAM、 MRAM、 R0M、 FLASH、 EPR0M或E2PR0M。处理器(如处 理器1275)及其相关存储器可适于或(经编程、微码、FPGA互连、 或硬连线)构造成执行如下所述与第二示例性系统1195 (或如下所 述的第三、第四或第五示例性系统)的任何所选应用相关的任何功能。 例如，任何功能或方法可作为一组程序指令或其它代码(或等效配置 或其它程序)编程和保存在处理器1275及其相关存储器(和/或存储 器1280)及其它等效组件中，以用于随后在处理器运行(即通电并 运转)时执行。等同地，当处理器1275可整体或部分实施为FPGA、 常规IC和/或ASIC时，FPGA、常规IC或ASIC也可被设计、配置和 /或硬连线以实施任何所选功能或方法。例如，处理器1275可实施为 微处理器、DSP和/或ASIC的排列，统称为"处理器"，这些组件被 分别编程、设计、修改或配置以实施所选功能，如通信功能、数据处 理功能等。
例如但非限制，处理器1275可实施为微处理器、数字信号处理 器、控制器、微控制器、通用串行总线(USB)控制器、外围组件互 连(PCI)控制器、外围组件互连快速(PCI-e)控制器、火线控制器、AT附件(ATA)接口控制器、集成的驱动电子电路(IDE)控制器、 小计算机系统接口 (SCSI)控制器。在其它实施例中，处理器1275 可被实施成提供其它形式的控制功能，如电视控制器、局域网(LAN) 或以太网控制器、视频控制器、音频控制器、调制解调器处理器或控 制器、线缆调制解调器控制器或处理器、多媒体控制器、MPEG控制 器如MPEG-1 (视频CD、 MP3)、 MPEG-2 (数字电视、DVD)、 MPEG-4 (用 于固定及移动网络应用的多媒体)、MPEG-7 (音频及可视内容的描述 和搜索)、MPEG-21 (多媒体框架)。在其它实施例中，当时钟/参考已 被实施成提供有效且稳定的频率准确度时，处理器1275可被实施成 提供通信功能，如用于移动通信一个或多个通信控制器(移动通信控 制器、IEEE802. 11控制器、GSM控制器、GPRS控制器、PCS控制器、 AMPS控制器、CDMA控制器、WCDMA控制器、扩展频谱控制器、无线 LAN控制器、不同形式的IEEE 802. ll控制器等)或用于非移动通信 的一个或多个通信控制器(如DSL控制器、Tl控制器、ISDN控制器) 或其它多媒体或其它通信控制器。
继续使用上面的例子，所选频率可包括用于USB控制器(USB1 或USB2)的12、 30、 48或480MHz;用于PCI控制器的33或66MHz 或用于PCI-e控制器、火线控制器、ATA控制器或SCSI控制器的6MHz; 用于电视控制器的10.7MHz;用于局域网(LAN)或以太网控制器的 50MHz;用于视频控制器的27MHz或54MHz;用于音频控制器的 24.576MHz;用于调制解调器处理器的56.448MHz;其适于上述不同 MPEG控制器或通信控制器的其它频率。其它频率也可基于应用进行 选择，如当处理器1275用在计算机中时，选择适当的GHz频率。
如上所述的不同频率可以多种方式中的任何方式确定，无论由时 钟发生器(定时/频率参考)(100、 200、 300)直接提供为第一参考 信号的第一频率/。还是一个或多个第二参考信号的一个或多个第二 频率(经一个或多个分频器(1000， 1010、 1074、 1218、 1219)或锁 定电路1204及下述的其它组件)。例如，不同的频率可作为设计和制 造的一部分进行确定，或在制造后确定(如通过校准和编程)，或二
者同时存在。更具体地，频率选择可作为设计和制造的一部分发生，
如通过选择时钟/参考(100、 200、 300)的LC振荡器中使用的电感 器和电容器的数量和大小。例如， 一个或多个电感器(如445)的大 小和/或形状可通过适当的金属层掩模进行选择。如上所述，频率选 择也可在制造后发生，其通过使用如上所述的不同校准和控制系数或 信号进行。此外，如下所述，频率选择可通过配置一个或多个锁定电 路1204或分频器进行，如通过选择通过可编程计数器的分频比，其 为IC设计和制造的一部分，或可在制造后编程，同样通过使用校准 或控制系数或信号或通过将分频器转换入或转换出分频链进行。
除了所示一个或多个处理器1275、 1/0接口 1285和存储器1280 之外，本领域技术人员将意识到，不同的示例性系统还可包括另外的 或不同的组件，且通常将随所选应用变化。例如，不同的应用可要求 另外的电路，如除了对I/O接口 1285所述的之外，还需要不同的物 理层实施。
图40是根据本发明的第三示例性系统实施例1201的框图。如图 40中所示，具有第一频率(A)的第一参考信号或直接提供给处理器 1275 (与第二电路180的例子一样)，或提供给另外的图示为倒相器 1196、分频器(1000、 1074、 1218禾口/或1219 (如下所述))、锁定电 路1204(图示为锁定电路120么、锁定电路12042、***、锁定电路1204N)、 及所述分频器、锁定电路等的组合或置换的第二电路。该另外的第二 电路适于接收具有第一频率的第一参考信号并提供所选频率A A…A并具有任何所选相位关系(如倒相、90度、正交等)的一 个或多个相应的第二参考信号。
第三示例性系统1201 (及下述的多个其它示例性实施例)产生 多个参考信号，无论正弦还是方波信号，如用作一个或多个时钟信号 或频率参考。时钟/频率参考(100、 200、 300)提供第一参考信号(具 有第一频率/。)并连接到一个或多个锁定电路1204如锁相环、延迟 锁定环、注入锁定电路(图示为锁定电路1204i、锁定电路12042、…、 锁定电路1204》，以提供所选频率/^， ik，…A的相应多个输出信
号。多个锁定电路1204中的每一锁定电路具有多个不同分频比中的 相应分频比。在运行中，每一锁定电路1204适于相位、延迟或其它
锁定到时钟/频率参考(100、 200、 300)提供的第一参考信号，并提 供具有从第一频率和相应分频比确定的输出频率的第二参考信号作 为输出。每一锁定电路如PLL或DLL可按本领域公知的进行实施，如 图43中所示及下述的PLL 1204"
在示例性实施例中，第二参考信号的频率可以是固定频率，如在 制造时通过硬连线或配置分频器或分频比进行固定，也可以是可变频 率，如通过控制电路(或逻辑)或保存的系数(1215)(块1215，其 可以是保存系数的寄存器或提供控制信号的其它电路)在制造后选择 或编程从而为相应的频率选择调节锁定电路1204的分频比，下面将 进一步描述。任何所保存的系数(1215)也可以是如上所述的寄存器 455、 465和495中保存的不同频率校准和频率控制系数的一部分。 作为选择，用户输入如用于频率选择的输入也可通过用户接口 (未单 独示出)提供。
如上结合图14 (分频器1000、 1010)和图16 (差分信号分频器 1074)所述，作为通常第一频率的第一参考信号的、来自时钟/频率 参考(100、 200、 300)的振荡器的输出信号也可被分频以提供具有 一个或多个所选第二频率的一个或多个第二参考(或时钟)信号。图 41是根据本发明的、用于异步分频的第三示例性分频器实施例1218 的框图。图42是根据本发明的用于同步分频的第四示例性分频器实 施例1219的框图。如前所述，对于这些实施例，每一触发器(或计 数器)1214 (图示为触发器1214o， 1214h…12145)提供因数2的 分频，或当实施为计数器时，提供计数器适于计数的无论什么最大(终 极或极限)数的分频。图41示出了提供异步分频的触发器(或计数 器)1214的结构。图42示出了具有其它门逻辑电路("与"门)1217 的触发器(或计数器)1214的结构，其提供同步分频。除了所示门 逻辑电路("与"门)1217之外，任何结构的组合逻辑电路可用于提 供所选同步，门逻辑电路("与"门)1217为用于图42所示的除8
电路的一个例子，且所有这些变化均在本发明范围内。
分频器，如第三示例性分频器1218和第四示例性分频器1219，
可连接到不同时钟发生器(定时/频率参考)(100、 200、 300)实施 例的振荡器，从而提供具有图示为A A…A的相应多个第二频率 的一个或多个第二参考信号。或者，分频器，如第三示例性分频器 1218和第四示例性分频器1219，可以是连接到不同时钟发生器(定 时/频率参考)实施例(100、 200、 300)的振荡器的锁定电路1204 (如一个或多个锁相环(PLU、延迟锁定环(DLL)或注入锁定电路) 的一部分。示例性锁定电路图示为图18中的PLL 1205。所述锁定电 路实施例在下面结合图43和44描述。此外，不同的分频器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)也可连接到一个或多个锁定电路1204，如 图40中所示。
用于提供具有所选频率的一个或多个输出信号的异步分频和同 步分频均在本发明范围内。此外，分频可在分频链(如图所示，即逐 次连接的触发器(或计数器)1214)中的任何点在异步或同步分频之 间转换。所述分频可以是任何数量的分频。分频可以是单端或差分时 钟或参考信号(例如，如图14、 16、 41和42中所示)。用于分频的 无数其它电路布局对本领域技术人员是很明显的，且被视为等效，及 所有这些变化均在本发明范围内。
继续参考图40，第三示例性系统1201可包括时钟发生器(定时 /频率参考)(100、 200、 300)及任一或多个所示第二电路，如倒相 器1196、方波发生器1015、分频器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)、 锁定电路1204、或先前提及的不同其它类型的的第二电路中的任何 电路，如一个或多个处理器1275、存储器1280或I/O接口 1285。例 如，第三示例性系统1201可实施为包括(在线路1197上)将具有第 一频率(6)的第一参考信号直接提供给另外的第二电路1198如处理 器1275， 一个或多个分频器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)适于 更低频率的多个第二参考信号，如用于功率节约。同样，例如，第三 示例性系统1201可实施为包括一个或多个锁定电路1204和/或连接
到锁定电路1204的一个或多个分频器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)以例如基于相应分频比(提供第一频率/。的任何有理倍数)提 供任何相应频率的多个第二参考信号。
图43是根据本发明的第四示例性系统实施例1202的框图。时钟 /频率参考(100、 200、 300)提供(具有第一频率A)的第一参考信 号，并连接到至少一锁定电路1204如锁相环(PLL)、延迟锁定环(DLL) 或注入锁定电路，以提供相应的第二参考信号，如所选频率的时钟输 出信号，图示为频率力v。(具有多个锁定电路1204的第五系统实施例 在下面结合图44描述。)在运行中，每一锁定电路(如PLL或DLL) 1204适于相位、延迟或其它锁定到时钟/频率参考(100、 200、 300) 提供的第一参考信号，并提供具有从第一频率和相应分频比确定的第 二频率的输出信号(第二参考信号)作为输出。图示为锁相环实施例 用于例子的目的而非限制，锁相环1204八(作为锁定电路1204的类型) 包括第一分频器(或倍增器)1206 (如+N)和第二分频器(或倍增 器)1207 (如+ M)，从而形成相应的分频比以提供第二频率，其为 第一频率/。.的有理倍数(M/N)。在所示实施例中，第二分频器1207 有效地用作倍增器(将输出频率A分为更低的频率以与A/N匹配并 相位锁定)。根据所选实施例，第二参考信号的输出频率(如A)可 以是第一频率A的任何有理倍数，无论是更高还是更低。
锁定电路1204当实施为锁相环1204A时还包括相位检测器1208、 电荷泵1209、可选的滤波器1211、及电压受控振荡器(VCO) 1212 (如图18中所示的第二振荡器1210)。 VC01212提供具有第二频率 A的第二参考信号，其由集成的第三系统实施例1202中的处理器 1275、存储器1280和I/O接口 1285用作时钟或其它参考。
时钟/参考(100、 200、 300)适于提供具有第一频率6的第一参 考信号作为输出，或连同分频器或锁定电路1204 —起提供图43中图 示为频率A的第二频率的第二参考信号，或与多个锁定电路1204或 分频器一起提供具有图44中图示的相应频率力，&…A的相应多 个第二参考信号作为输出。如上所述，频率选择可作为设计和制造的
一部分发生，如通过选择时钟/参考(100、 200、 300)的LC振荡器
中使用的电感器和电容器的数量和大小。例如， 一个或多个电感器(如
445)的大小和/或形状可通过适当的金属层掩模进行选择。频率选择 也可在制造后发生，其通过使用如上所述的不同校准和控制系数或信 号进行。此外，频率选择可通过配置一个或多个锁定电路1204 (PLL 或DLL)进行，如通过选择通过可编程计数器的分频比，其为IC设 计和制造的一部分，或可在制造后编程，同样通过使用校准或控制系 数或信号或通过将分频器转换入或转换出分频链进行。
图44是根据本发明的第五示例性系统1203的框图。第五示例性 系统1203包括先前对第四系统1202所述的组件，即时钟/频率参考 (100、 200、 300)、控制逻辑或保存的系数(1215)、 一个或多个处 理器1275、 I/O接口 (或其它I/O装置)1285、及存储器1280。第 五示例性系统1203还包括多个锁定电路1204和分频器(IOOO， 1010， 1074， 1218， 1219)，分别如锁相环或延迟锁定环(或注入锁定电路) 及同步或异步分频器，以提供具有相应多个第二频率的相应多个第二 参考信号(时钟或其它参考信号)，包括任何类型或形状的(单端、 差分、方波、正弦、扩展频谱)信号，图示为具有相应第二频率A A A &…A的多个第二参考信号。具有相应频率A A /,， A… ,、的多个第二参考信号可能及具有第一频率/。的第一参考信号均提 供给转换电路1290,用于选择将提供给一个或多个处理器1275、 I/O 接口 1285和存储器1280的一个或多个第二参考信号。
转换电路1290可由频率选择及控制逻辑电路1295和/或控制逻 辑或保存系数的寄存器(1215)(上述)控制。例如，控制逻辑电路 1295可提供一个或多个控制信号给转换电路1290，其继而适于响应 于一个或多个控制信号将多个第二参考信号中的所选第二参考信号 转换到处理器1275及其它组件。类似地， 一个或多个保存的系数(如 保存在系数寄存器1215中)可用于通过控制转换或传输晶体管的栅 极电压而控制多个第二参考信号中的所选第二参考信号转换到处理 器1275及其它组件。此外，频率选择和控制逻辑电路1295还可用于
控制多个锁定电路1204，如通过编程相应的分频比。在示例性实施
例中，转换电路1290实施为提供实质上无假信号的转换，并可通过
任何类型的转换结构或矩阵实施，如通过一个或多个复用器、传输晶
体管、交叉开关、或其它转换或可配置电路。或者，转换电路1290 可被省略，具有不同频率或相位关系、类型或形状(如单端、差分、 方波、正弦、扩展频谱)的多个时钟或参考信号直接提供给一个或多 个处理器1275、 IA)接口 1285和存储器1280。此外，转换电路1290 可通过不可重构电路实施，如通过不同的熔断器或其它电学上可编程 的连接、R0M连接、或其它一次性可配置连接。对多个第二参考信号 中提供给第二处理电路如处理器1275、存储器1280、 I/O接口 1285 的一个或多个第二参考信号的选择的控制的无数变化对本领域技术 人员显而易见，这些变化均视为等效并在本发明范围内。例如，第五 示例性系统1203可用于提供多个具有任何所选频率和/或相位关系 的单端或差分及方波或正弦时钟或参考信号。继续使用该例子，首先， 当足够功率可用时，为了高性能，高得多的频率信号可被提供给一个 或多个处理器1275、 I/O接口 1285和存储器1280。其次，当电源被 限制时，为了节约功率的性能，如在电源为电池时为了降低功率，低 得多的频率信号可被提供给一个或多个处理器1275、 1/0接口 1285 和存储器1280。第三，为了更多的功率节约如对于睡眠或冬眠模式， 低得多的频率信号可被提供给一个或多个处理器1275、1/0接口 1285 和存储器1280。除了通过选择时钟/参考(100、 200、 300)的LC振 荡器中使用的电感器和电容器的数量和大小确定频率之外，频率选择 和控制逻辑电路1295和/或控制逻辑或保存的系数(1215)可被编程 或校准以控制转换电路1290提供具有频率A A…A的任何所述 相应时钟或其它第二参考信号。
四个示例性分立装置实施例在图45-48中示出。类似于其它所示 实施例，这些分立装置实施例也适于在不锁定到外部参考信号的情况 下运行，如不锁定到任何类型的晶体(XTAL)参考。此外，这些分立 装置实施例中的任何装置可被提供为可配置或可编程形式，如对一个
或多个第二参考信号提供可选择频率和输出引脚，或提供为不可配置 或不可编程的形式，如对一个或多个第二参考信号提供预定或固定频 率和输出引脚。例如，分立装置实施例可被提供为提供预定频率的一 个或多个时钟信号的"标准"IC，或可被提供为由用户选择输出频率、 信号类型、信号水平等的可配置IC。如下详述的，所述配置和/或选 择可作为设计和制造的一部分发生，如通过对电抗大小、数量和互连 进行掩码编程，或在制造后发生，如通过配置和选择互连、电抗转换、 分频比等。此外，所述配置可与上述的示例性集成实施例结合。
图45为根据本发明的示例性第一分立装置实施例3000的框图， 通常实施为分立(即单一)集成电路。如图45中所示，第一分立装 置3000包括如先前所述运行的时钟/频率参考(100、 200、 300)、 一 个或多个分频器(IOOO， 1010， 1074， 1218， or 1219)、禾口/或一个或 多个锁定电路1204，还包括一个或多个输入/输出(I/O)接口电路 3010。此外，作为选择，第一分立装置3000还可包括控制逻辑和/ 或保存系数的检测器(1215)及用户接口 3025。没有单独示出，第 一分立装置3000通常包括功率及控制信号的输入装置，且还可包括 调压器。
如上所述， 一个或多个锁定电路1204可以是锁相环或延迟锁定 环(或注入锁定电路)， 一个或多个分频器(1000， 1010， 1074， 1218, 1219)(包括锁定电路1204内的任何分频器)可以是同步或异歩、单 独或差分分频器。锁定电路1204和/或分频器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)也可实施为可配置或不可配置类型。在该示例性第一分 立装置3000及下述的其它示例性分立实施例中， 一个或多个分频器 (1000， 1010， 1074， 1218， or 1219)和/或一个或多个锁定电路1204 提供具有相应多个第二频率的相应多个第二参考信号(时钟或其它参 考信号)，包括任何类型或形状(单端、差分、方波、正弦、扩展频 谱等)，图示为具有相应第二频率A &…A的多个第二参考信号。 具有相应频率/;， A…A的多个第二参考信号可能及具有第一频率 /。的第一参考信号均被直接提供给相应多个1/0接口 3010。(此外，
根据接连"链接"的分频器和/或锁定电路的数量，如图45和48中 所示，其中一个或多个第二参考信号出现在接连电路之间，所得输出 (来自接连分频器或锁定电路中的最后一个)可称为具有相应多个第 三频率A &…A的多个第三参考信号)。
类似于I/O接口 1285， I/O接口 3010可按本领域已知或即将知 道的进行实施，以提供(输出)从时钟/频率参考(100、 200、 300) 和不同分频器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)和锁定电路1204中 之任一到任何其它器件或结构(如片外器件)的第一和/或第二参考 信号的通信，例如但非限制，其它器件或结构如一个或多个IC输入/ 输出引脚、或通道、总线、输入和输出装置、其它电路、其它I/O PAD、 在此所述的机构和媒体，所述通信包括无线、光学或有线方式及使用 任何可用标准、技术或媒体。例如，当第一分立装置3000用于为计 算机或通信系统提供时钟控制IC时，I/O接口 3010适于将参考信号 通信提供给(及可能从其接收)印刷电路板(PCB)上的一根或多根 导线、一根或多根总线如PCI总线、PCI快速总线、通用串行总线(USB1 或USB2)，或提供给一个或多个其它IC，如当经IC焊线连接到另一 IC时。此外，I/O接口 3010可提供到先前所述的任何其它装置或结 构的接口。
对于本发明的目的，在称为1/0接口 3010的同时，1/0接口 3010 仅需要提供不同第一和/或第二参考信号的输出。根据所选实施例， 1/0接口 3010也可实施为接受不同类型的输入。类似地，在使用可 转换或可配置连接(下述)的示例性实施例中，I/O接口 3010可被 实施为既用于输出功能又用于输入功能，输入信号作为I/O引脚配置 的一部分相应地转换或传送到IC的其它部分。
V0接口 3010用于提供任何和/或所有信令和物理接口功能，如 阻抗匹配。从第一分立装置3000到任何其它装置的信号传输或其它 数据输出、及适于任何所选应用的任何其它通信功能。在示例性实施 例中，VO接口 3010可被实施为可配置或可编程类型，如用于选择 输出信号水平(如全电压干线到全电压干线、或部分电压干线到部分
电压干线)、选择输出信号类型(如单端或差分)，及用于改变或匹配 将要驱动的负载。在其它示例性实施例中，1/0接口 3010也可实施 为不可配置类型，如提供固定或预定水平、类型和负载的一个或多个 第二参考信号。
所述可配置性或可编程性也可用于其它所示分立实施例的其它 可配置或可编程组件，及所述可配置性和/或可编程性可通过控制电
路或逻辑和/或保存系数的寄存器(1215)和用户接口 3025中的一个 或二者提供，并作为设计和制造的一部分实施，或在制造后由制造商、 分销商或终端用户实施。(通过控制电路或逻辑和/或保存系数的寄 存器(1215)实施使用图45中的虚线图示。)此外，所述可配置性和 /或可编程性可使用任何类型的可配置、可编程选择、转换或选路电 路实施，如下结合图46-48的可配置转换或选路电路3040所详细描 述的那样。例如，所述配置和/或编程可使用开关、熔断器、激光修 整、传输晶体管、复用器、分用器、FPGA、其它可配置逻辑等实施。 不同的配置或程序可以是一次性配置，如当通过熔断器连接、掩码编 程或ROM中保存的静态系数实施时；或可以是可重构类型，如通过将 可变系数保存在非易失性存储器如FLASH或EPROM中而用于控制相应 的开关或复用器。
此外，可配置性或可编程性可作为不同实施例的设计和制造的一 部分提供。例如，如上所述，不同的多个系数或控制信号在制造后确 定，其用于通过校准到另一参考频率信号如外部频率参考而选择第一 参考信号的第一频率。第一频率也可通过选择电抗(电感器和/或电 容器)的大小(和/或数量)、通过选择多个可转换受控电抗模块的多 个连接和/或互连以连接控制第一频率的不同电抗或使其断开连接或 选择多个可转换受控电抗模块的多个大小、通过选择信号的类型(如 单端或差分)进行掩码编程。第一频率也可通过选择多个可转换受控 电抗模块的多个连接或互连及其它不同组件的互连而在制造后配置。
其它配置也可掩码编程或可作为IC制造工艺的一部分配置或选 择。例如，组件之间的不同连接和互连中的任何连接和互连可编程在
任何传导层掩模中。例如， 一个或多个第二参考信号的输出位置的选 择可出现在分频或锁定链中的任何点，并可通过相应选择传导掩模层 中提供的互连进行选择。继续使用该例子，对于设计和制造可配置性， I/O接口 3010可通过提供与多个驱动器或放大器中的所选驱动器或 放大器的不同互连(通过传导层掩模)进行配置，以提供相应的信号 水平，或通过焊接到所选电势或浮动电位。此外，不同工艺参数和大 小中的任何参数和大小也可因可编程性和/或可配置性修改，如通过 不同蚀刻中的任何一种、掺杂、离子注入、沉积、层厚度、传导选择 (如金属对多晶硅)、受压或应变衬底如应变硅的使用等。可配置性 和可编程性的其它方法和类型对本领域技术人员将显而易见，这些方 法和类型均被视为等效且在本发明范围内。
继续参考图45，根据本发明，扩展频谱功能性也可被实施。例 如但非限制，扩展频谱功能性可实施在时钟/频率参考(100、 200、 300)内以随时间变化改变第一参考信号的第一频率，或实施在不同 的分频器(1000， 1010, 1074， 1218， 1219)或锁定电路1204之任一 内以随时间变化改变相应第二参考信号的任何第二频率。例如，(控 制逻辑和/或保存系数的寄存器(1215))的控制电路可连接到多个可 转换受控电抗模块，并适于提供多个可转换受控电抗模块的随时间而 变的转换以修改第一频率并提供随时间变化具有多个不同第一频率 的扩展频谱第一参考信号。同样，例如，(控制逻辑和/或保存系数的 寄存器(1215))的控制电路可连接到一个或多个锁定电路1204，所
述控制电路适于提供分频比随时间而变的变化以提供随时间变化具 有多个不同第二频率的扩展频谱第二参考信号。继续使用该例子， (锁定电路1204的)不同的第一和第二分频器(1206和1207)或任 何其它分频电路(IOOO， 1010， 1074， 1218， 1219)可实施为计数器， 所述控制电路适于修改终极或极限计数，计数器基于其提供输出信 号，以改变一个或多个第二参考信号从而提供随时间变化具有多个不 同第二频率的扩展频谱第二参考信号。
不同的校准和配置可在制造后通过用户接口 3025提供。所述用
户接口 3025可实施为提供输入给不同类型的控制电路(如3015、 1810)和/或系数寄存器(如455、 465、 495、 1215、 1950、 3020) 从而输入任何选择或配置。例如，用户接口 3025可连接到测试工作 台或其它计算机接口，从而自动输入所述选择和配置，如本领域已知 或即将知道的那样，例如连接到用于编程FPGA、非易失性存储器、 或其它可配置逻辑的不同类型的工作站或其它装备。
图46是根据本发明的示例性第二分立装置3030的框图。图47 是根据本发明的示例性第三分立装置3050的框图。图48是根据本发 明的示例性第四分立装置3070的框图。第二分立装置3030使用一个 或多个分频器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)如可配置计数器进行 实施。第三分立装置3050使用一个或多个锁定电路1204 (具有可配 置分频比，通常还将可配置计数器用于合为一体的第一和第二分频电 路进行实施)进行实施。第四分立装置3070使用一个或多个分频器 (1000， 1010， 1074， 1218， 1219)如可配置计数器及一个或多个锁定 电路1204 (也具有可配置分频比)实施。此外，控制电路或逻辑和/ 或保存系数的寄存器(1215)的控制电路3015和系数寄存器3020被 单独示出。
代替将不同的第一参考信号和/或多个第二参考信号直接提供给 多个1/0接口 3010中的相应1/0接口 3010，对于这些示例性第二、
第三和第四分立装置实施例，第一参考信号和多个第二参考信号被提 供给可配置转换(或选路)电路3040。更具体地， 一个或多个分频 器(IOOO， 1010， 1074， 1218， or 1219)和/或一个或多个锁定电路 1204将具有相应多个第二 (或第三)频率的相应多个第二 (或第三) 参考信号(时钟或其它参考信号)提供给可配置转换(或选路)电路 3040，所述参考信号包括任何类型或形状的信号(单端、差分、方波、 正弦、扩展频谱)(图示为具有相应第二或第三频率/,， A…A的 多个第二或第三参考信号)，第一参考信号具有第一频率A。之后， 可配置转换(或选路)电路3040有选择地将第一参考信号和多个第 二参考信号转换或传送到多个VO接口 3010中的所选I/0接口 3010。
所述有选择的转换或选路也可通过(控制电路/系数寄存器1215的)
控制电路3015和/或系数寄存器3020控制，及通过用户接口 3025进 行配置或编程。
可配置转换(或选路)电路3040可使用任何类型的可配置、可 编程、转换或选路电路实施。例如，所述配置和/或编程可使用复用 器、分用器、开关、熔断器、激光修整、传输晶体管、FPGA、或任何 其它类型的可配置逻辑或转换等实施。不同的配置或程序可以是提供 信号的直接发送(直接互连)的一次性配置，如当通过掩模连接、熔 断器连接或ROM中保存的固定系数实施时；或可以是可重构类型，如 通过将可变系数保存在非易失性存储器中、通过控制电路和其它类型 控制电路中实施的状态机而用于控制相应的开关或复用器。由可配置 转换(或选路)电路3040提供的所选转换或选路可作为上述制造工 艺的一部分进行编程或配置，如通过可掩模编程的连接，或可在制造 后确定，如通过控制电路或逻辑和/或保存系数的寄存器(1215)及 用户接口 3025。
例如，包含不同示例性实施例的一般、灵活和/或自适应集成电 路可被设计(和制造)为支持宽范围的第一和第二频率，如上所述， 如通过可掩码编程性。在制造后，通常通过用户接口 3025或先前所 述的其它机构，所选装置(IC)可被校准以具有一个或多个第一频率 的第一参考信号，如通过确定先前所述(及保存在系数寄存器如先前 所述的寄存器之一或系数寄存器3020中)的不同系数。此外，根据 所选实施例，所述校准可提供一个或多个控制信号。
继续使用该例子，同样通过用户接口 3025，为从一般或灵活IC 提供特殊输出频率和信号类型，不同的第二和/或第三频率中的任何 频率连同其输出位置、水平和类型均可被选择。同样在制造后，上述 的不同配置或编程可通过使用控制信号(来自控制电路3015)或系 数(如转换或控制系数)(保存在系数寄存器3020中)进行实施，并 用于转换或发送不同的第一和第二参考信号。此外，通过用户接口 3025，制造商、分销商或终端用户也可配置转换(或选路)电路3040
及先前所述的其它参数，如不同锁定电路1204或分频器(1000， 1010， 1074， 1218， 1219)用于一个或多个第二 (或第三)参考信号的频率 选择的不同分频比或终极(极限)计数，1/0接口 3010的所选配置 (如信号水平、信号类型)和可配置转换(或选路)电路3040可将 具有相应所选(及可配置)频率的任何所选第一或第二参考信号转换 或发送到多个I/O接口 3010中的任何I/O接口。例如，该附加特征 可用于用户化IC引脚编程，以在所选IC引脚提供一个或多个所选时 钟信号。
总之，本发明提供集成电路，其包括包括电感器和电容器的振 荡器，振荡器适于提供具有第一频率的第一参考信号，振荡器还适于
在不锁定到外部参考信号的情况下运行；还包括适于提供多个电压 控制信号的电压控制器；连接到振荡器和电压控制器的多个可转换受
控电抗模块，多个电抗模块中的每一电抗模块适于响应于多个电压控
制信号中的相应电压控制信号提供所选电抗从而修改第一频率；及适
于提供用于外部信号通信的接口的输出电路。
示例性的集成电路还可包括连接到振荡器的分频器电路，分频器 电路适于提供第二频率的第二参考信号。锁定电路可连接到分频器电 路并适于锁定到第二参考信号并提供具有第三频率的第三参考信号， 第三频率从第二频率和锁定电路的分频比确定。此外，控制电路可连 接到锁定电路，所述控制电路适于提供随时间而变的分频比以提供随 时间变化具有多个不同第三频率的扩展频谱第三参考信号。或者，控 制电路可连接到多个可转换受控电抗模块，所述控制电路适于提供多 个可转换受控电抗模块的随时间而变的转换，从而提供随时间变化具 有多个不同第一频率的扩展频谱第一参考信号。
输出电路可配置用于选择第二参考信号的多个信号类型中的信
号类型，多个信号类型包括下述信号类型中的至少一个差分、单端、 全电压干线到全电压干线、或部分电压干线到部分电压干线。
示例性集成电路还可包括连接到分频器电路的多个锁定电路，多 个锁定电路适于锁定到第二参考信号并提供具有多个相应第三频率
的相应多个第三参考信号，多个相应第三频率中的每一第三频率从第 二频率及多个锁定电路中的相应锁定电路的分频比确定。多个锁定电 路中的每一锁定电路可以是下述锁定电路之一锁相环、延迟锁定环、 或注入锁定电路。此外，多个锁定电路中的每一锁定电路在选择分频 比方面可配置。
示例性的集成电路还可包括适于提供用于信号通信的相应多个 输出接口的多个输出电路；及连接到多个锁定电路和多个输出电路的 第一转换电路，第一转换电路适于有选择地将多个第三参考信号中的 所选第三参考信号转换到多个输出电路中的所选输出电路。控制电路 可连接到多个输出电路并适于将控制信号提供给多个输出电路中的 所选输出电路从而选择相应第三参考信号的多个信号类型中的信号 类型。控制电路可连接到第一转换电路并适于将控制信号提供给第一 转换电路以将所选第三参考信号转换到所选输出电路。
类似地，系数寄存器可连接到第一转换电路并适于将第一多个控 制系数中的第一控制系数提供给第一转换电路以将所选第三参考信 号转换到所选输出电路。系数寄存器还可连接到多个可转换受控电抗 模块，系数寄存器适于保存第二多个系数并提供第二多个系数中的相 应系数以控制相应受控电抗模块到振荡器的转换。第二多个系数可在 制造后通过校准到提供参考频率的外部信号进行确定。示例性的集成 电路还可包括连接到系数寄存器的用户接口，其适于响应于用户输入 将第一多个系数或第二多个系数中的系数提供给系数寄存器。
例如，第一转换电路可包括多个复用器和分用器，或多个传输晶 体管或交叉开关。
第一频率可掩码编程，其通过选择电感器的大小、或通过选择多
个可转换受控电抗模块的多个连接、或通过选择多个可转换受控电抗 模块的多个大小进行。第一频率可通过选择多个可转换受控电抗模块 的多个连接而在制造后配置。
另一示例性集成电路实施例可包括包括电感器和电容器的谐波 振荡器，谐波振荡器适于提供具有第一频率的第一参考信号；连接到谐波振荡器的多个受控电抗模块，多个电抗模块中的每一电抗模块适 于响应于多个控制电压中的控制电压提供所选电抗以修改第一频率；
适于保存第一多个转换系数的第一系数寄存器；连接到多个受控电抗 模块的第一多个开关，第一多个开关中的每一开关响应于第一多个转 换系数中的相应转换系数将多个控制电压中的所选控制电压连接到 相应受控电抗模块；连接到谐波振荡器的第一分频器，第一分频器适 于提供第二频率的第二参考信号；及连接到第一分频器的多个锁定电 路，多个锁定电路适于锁定到第二参考信号并提供具有多个相应第三 频率的相应多个第三参考信号，多个相应第三频率中的每一第三频率 从第二频率和多个锁定电路中的相应锁定电路的分频比确定。谐波振 荡器还可适于在不锁定到外部参考信号的情况下运行。
同样，总之，另一示例性可配置集成电路实施例可包括包括电 感器、电容器和跨导放大器的振荡器，振荡器适于提供具有第一频率 的第一参考信号，振荡器还适于在不锁定到外部参考信号的情况下运 行，跨导放大器还包括适于响应于运行温度提供相应电流的可变电流 源；适于提供多个电压控制信号的电压控制器；连接到振荡器和电压 控制器的多个可转换受控电抗模块，多个电抗模块中的每一电抗模块 适于响应于多个电压控制信号中的相应电压控制信号提供所选电抗 从而修改第一频率；连接到振荡器的第一分频器，第一分频器适于提 供第二频率的第二参考信号；及连接到第一分频器的多个可配置锁定 电路，多个锁定电路适于锁定到第二参考信号并提供具有多个相应第 三频率的相应多个第三参考信号，多个相应第三频率中的每一第三频 率从第二频率和多个锁定电路中的相应锁定电路的可配置分频比确 定。
同样总之，本发明提供集成电路，包括包括电感器和电容器的 谐振器，谐振器适于提供具有第一频率的第一参考信号；适于提供多 个电压控制信号的电压控制器；连接到谐振器和电压控制器的多个可 转换受控电抗模块，多个电抗模块中的每一电抗模块适于响应于多个 电压控制信号中的相应电压控制信号提供所选电抗从而修改第一频
率；及连接到谐振器的处理器。IC还可包括连接到谐振器的锁定电 路，锁定电路适于锁定到第一参考信号并提供具有第二频率的第二参 考信号，其中第二频率是第一频率的有理倍数；及其中处理器通过锁 定电路连接到谐振器，并适于接收第二参考信号。
例如，第一或第二参考信号可以是方波时钟信号。处理器可以是 适于执行功能的任何类型电路，例如任一下述类型的处理器微处理 器、数字信号处理器、控制器、微控制器、通用串行总线(USB)控
制器、外围组件互连(PCI)控制器、外围组件互连快速(PCI-e)控 制器、火线控制器、AT附件(ATA)接口控制器、集成驱动电子电路
(IDE)控制器、小计算机系统接口 (SCSI)控制器、电视控制器、 局域网(LAN)控制器、以太网控制器、视频控制器、音频控制器、 调制解调器处理器、MPEG控制器、多媒体控制器、通信控制器、移 动通信控制器、IEEE802. ll控制器、GSM控制器、GPRS控制器、PCS 控制器、AMPS控制器、CDMA控制器、WCDMA控制器、扩展频谱控制 器、无线LAN控制器、IEEE 802. ll控制器、DSL控制器、Tl控制器、 ISDN控制器、或线缆调制解调器控制器。集成电路还可包括连接 到处理器且进一步连接到锁定电路以接收第二参考信号的存储器；及 连接到处理器并进一步连接到锁定电路以接收第二参考信号的输入/
输出接口。锁定电路可以是下述锁定电路之一锁相环、延迟锁定环、
或注入锁定电路。
在其它示例性实施例中，集成电路还包括连接到谐振器的多个锁 定电路，多个锁定电路适于锁定到第一参考信号并提供具有多个相应
频率的相应多个第二参考信号；且还可包括连接到多个锁定电路和处 理器的转换电路，转换电路适于通过将相应多个第二参考信号中的所 选第二参考信号转换到处理器而有选择地将处理器连接到多个锁定
电路。集成电路还可包括连接到转换电路的控制电路，控制电路适 于提供控制信号给转换电路以将所选第二参考信号转换到处理器；和 /或连接到转换电路的系数寄存器，系数寄存器适于提供控制系数给 转换电路以将所选第二参考信号转换到处理器。多个锁定电路中的每
一锁定电路还可包括多个异步或同步分频器电路，且多个相应的频率 由多个分频器电路的相应分频比确定。集成电路还可包括连接到谐振 器或锁定电路的扩展频谱发生器，扩展频谱发生器适于提供第一参考 信号或第二参考信号的随时间变化的调节。
在其它示例性实施例中，集成电路可包括包括电感器和电容器 的谐波振荡器，谐波振荡器适于提供具有第一频率的第一参考信号； 适于产生多个电压控制信号的多个电阻模块；连接到谐波振荡器和多 个电阻模块的多个受控电抗模块，多个电抗模块中的每一电抗模块适 于响应于多个电压控制信号中的相应电压控制信号提供所选电抗以 修改第一频率；连接到多个开关的第一系数寄存器，第一系数寄存器 适于保存第一多个转换系数；连接到多个电阻模块和多个受控电抗模 块的第一多个开关，第一多个开关中的每一开关响应于第一多个转换 系数中的相应转换系数将多个控制电压中的所选控制电压连接到相 应受控电抗模块；运转上连接到谐波振荡器的锁定电路，锁定电路适 于锁定到第一参考信号并提供具有第二频率的第二参考信号；及运转 上连接到锁定电路以接收第二参考信号的处理器。
该集成电路还可包括运转上连接到谐波振荡器的多个锁定电 路，多个锁定电路适于锁定到第一参考信号并提供具有多个相应频率 的相应多个第二参考信号；及连接到多个锁定电路和处理器的第二多 个开关，第二多个开关适于将相应多个第二参考信号中的所选第二参 考信号转换到处理器。此外，控制电路可被连接到第二多个开关，控 制电路适于提供控制信号给第二多个开关以将所选第二参考信号转 换到处理器。或者，第二系数寄存器可被连接到第二多个开关，第二 系数寄存器适于提供控制系数给第二多个开关以将所选第二参考信 号转换到处理器。
在其它示例性实施例中，集成电路包括包括电感器和电容器的 谐振器，谐振器适于提供具有第一频率的第一参考信号；适于响应于 运行温度或制造工艺变化提供第二信号的传感器；适于提供多个电压 控制信号的电压控制器；连接到谐振器和电压控制器的多个可转换受
控电抗模块，多个电抗模块中的每一电抗模块适于响应于多个电压控 制信号中的相应电压控制信号提供所选电抗以修改第一频率；运转上 连接到谐振器的多个锁定电路，多个锁定电路适于锁定到第一参考信 号并提供具有多个相应频率的相应多个第二参考信号；适于接收多个 第二参考信号中的所选第二参考信号的处理器；及连接到多个锁定电
路和处理器的转换电路，转换电路适于将所选第二参考信号转换到处 理器。
同样，总的来说，本发明提供包括下述组件的装置适于提供具 有谐振频率的第一信号的谐振器；连接到谐振器的放大器；及适于选 择具有多个频率中的第一频率的谐振频率的频率控制器(连接到谐振 器)。所述装置还包括分频器(连接到谐振器)，其适于将具有第一频 率的第一信号分为具有相应多个频率的多个第二信号，所述多个频率 实质上等于或低于第一频率，如通过除以有理数实现分频。
第一信号可以是差分信号或单端信号。当第一信号是差分信号 时，分频器还适于将差分信号转换为单端信号。类似地，当第一信号 是实质正弦信号时，分频器还适于将实质正弦信号转换为实质方波信 号。
在不同的实施例中，分频器可包括串联接连连接的多个触发器或 计数器，其中所选触发器或计数器的输出是前一触发器或计数器除以
2的频率，或更一般地，多个分频器串联接连连接，其中相继分频器 的输出低于前一分频器的输出的频率。多个分频器可以是差分、单端、 或差分和单端结合的分频器，如差分之后是最后的单端段。分频器还 可包括适于将第一信号转换为具有实质上相等的高和低占空比的实 质方波信号的方波发生器。
本发明还可包括连接到分频器的选频器，其适于从多个第二信号 提供输出信号。选频器还可包括复用器和假信号抑制器。
本发明还可包括连接到选频器的模式选择器，其中模式选择器适 于提供多种运行模式，所述运行模式可选自下组时钟模式、定时和 频率参考模式、功率节约模式、及受脉冲作用模式。
对于参考模式，本发明还可包括连接到模式选择器的同步电路； 及连接到同步电路并适于提供第三信号的受控振荡器；其中在定时和 参考模式中，模式选择器还适于将输出信号连接到同步电路以控制第 三信号的定时和频率。所述同步电路可以是延迟锁定环、锁相环、或 注入锁定电路。
在所选实施例中，放大器可以是负跨导放大器。频率控制器还适 于响应于温度修改通过负跨导放大器的电流，其可包括响应于温度的 电流源。所述电流源可具有选自多种结构的一种或多种结构，如多种
结构包括CTAT、 PTAT和PTAf结构。此外，频率控制器还适于修改通 过负跨导放大器的电流以选择谐振频率、修改负跨导放大器的跨导以 选择谐振频率、或响应于电压修改通过负跨导放大器的电流。频率控 制器还可包括连接到谐振器和适于将谐振器与电压变化实质上隔离 的电压隔离器，并可包括电流反射镜，其还可包括共基共射结构。频 率控制器还适于响应于制造工艺变化、温度变化或电压变化修改谐振 器的电容或电感。
频率控制器可具有这些不同功能的不同实施例，并还可包括适 于保存第一多个系数的系数寄存器；及具有连接到系数寄存器和谐振 器的多个可转换电容模块的第一阵列，每一可转换电容模块具有固定 电容和可变电容，每一可转换电容模块响应于第一多个系数中的相应 系数以在固定电容和可变电容之间转换及将每一可变电容转换到控 制电压。多个可转换电容模块可以是二进制加权的模块，或具有另一 加权方案。频率控制器还可包括具有连接到系数寄存器的多个可转换 电阻模块且还具有电容模块的第二阵列，电容模块和多个可转换电阻 模块还连接到结点以提供控制电压，每一可转换电阻模块响应于系数 寄存器中保存的第二多个系数中的相应系数将可转换电阻模块转换 到控制电压结点；及通过电流反射镜连接到第二阵列的随温度而变的 电流源。
频率控制器还可包括连接到谐振器并适于响应于制造工艺变化 修改谐振频率的工艺变化补偿器。在示例性实施例中，工艺变化补偿
器可包括适于保存多个系数的系数寄存器；及具有连接到系数寄存 器和谐振器的多个可转换电容模块的阵列，每一可转换电容模块具有 第一固定电容和第二固定电容，每一可转换电容模块响应于多个系数 中的相应系数在第一固定电容和第二固定电容之间转换。多个可转换 电容模块可以是二进制加权的模块，或具有另一加权方案。
在另一示例性实施例中，工艺变化补偿器可包括适于保存多个 系数的系数寄存器；及具有连接到系数寄存器和谐振器的多个可转换 可变电容模块的阵列，每一可转换可变电容模块响应于多个系数中的 相应系数在第一电压和第二电压之间转换。多个可转换可变电容模块 也可是二进制加权的模块，或具有另一加权方案。
本发明还可包括连接到频率控制器并适于响应于参考信号修改 谐振频率的频率校准模块。例如，频率校准模块可包括连接到频率控 制器的分频器，分频器适于将源自具有第一频率的第一信号的输出信 号转换为更低的频率以提供分频后的信号；还包括连接到分频器的频 率检测器，频率检测器适于比较参考信号和分频后的信号并提供一个 或多个上升信号或下降信号；及连接到频率检测器的脉冲计数器，脉 冲计数器适于将一个或多个上升或下降信号之间的差确定为输出信 号和参考信号之间的差的指示。
与本发明一起使用的谐振器可包括连接形成LC储能电路的电感 器(L)和电容器(C)，具有多种LC储能电路结构中的所选结构，如 串联、并联等，并可包括其它组件。在其它实施例中，谐振器可选自 下组陶瓷谐振器、机械谐振器、微机电谐振器、及薄膜体声波谐振 器，或电学上等价于电感器(L)连接到电容器(C)的任何其它谐振 器。
例如，谐振器通常包括一个或多个电感器和电容器，从而形成一 个或多个LC储能电路或LC谐振器。在第一实施例中，使用双平衡差 分LC谐振器布局。在其它示例性实施例中，可使用差分或单端LC振 荡器布局，如单端考毕子LC振荡器、单端哈特莱LC振荡器、差分考 毕子LC振荡器(共基及共集版本)、差分哈特莱LC振荡器(共基及
共集版本)、单端皮尔斯LC振荡器、正交振荡器(如由至少两个双平 衡、差分LC振荡器形成)、或有源电感器LC振荡器(其可实施为或
差分或单端LC振荡器)。另外的LC振荡器布局，不管是现在已知的
还是即将知道的，均视为等效布局并在本发明范围内。
本发明装置可用作定时和频率参考或用作时钟发生器。此外，本 发明还可包括提供第二振荡器输出信号的第二振荡器(如环形、张驰、
或相移振荡器)；及连接到频率控制器和第二振荡器的模式选择器， 模式选择器适于转换到第二振荡器输出信号以提供功率节约模式。另 外的运行模式可由连接到频率控制器的模式选择器提供，其可适于定 期启动和停止谐振器以提供受脉冲作用的输出信号，或适于有选择地 启动和停止谐振器以提供功率节约模式。
在另一所选实施例中，本发明装置包括适于提供具有谐振频率 的第一信号的谐振器；连接到谐振器的放大器；连接到放大器和谐振 器的温度补偿器，温度补偿器适于响应于温度修改谐振频率；连接到 谐振器的工艺变化补偿器，工艺变化补偿器适于响应于温度修改谐振 频率；连接到谐振器的分频器，分频器适于将具有谐振频率的第一信
号分为具有相应多个频率的多个第二信号，多个频率实质上等于或低
于谐振频率；及连接到分频器的选频器，选频器适于从多个第二信号 提供输出信号。
在另一所选实施例中，本发明装置产生时钟信号，并包括适于 提供具有谐振频率的差分、实质上正弦的第一信号的LC谐振器；连
接到LC谐振器的负跨导放大器；连接到负跨导放大器和LC谐振器的
温度补偿器，温度补偿器适于响应于温度修改负跨导放大器中的电流
且还响应于温度修改LC谐振器的电容；连接到LC谐振器的工艺变化 补偿器，工艺变化补偿器适于响应于制造工艺变化修改LC谐振器的 电容；连接到谐振器的分频器，分频器适于将具有谐振频率的第一信 号转换和分频为具有相应多个频率的多个单端、实质上方波的第二信 号，多个频率实质上等于或低于谐振频率，及每一第二信号具有实质 上相等的高和低占空比；及连接到分频器的选频器，选频器适于从多
个第二信号提供输出信号。
从前述可以看出，可进行无数变化和修改而不背离本发明新概念 的精神和范围。应当理解，不意为限于在此所示的具体方法和装置， 而是由所附权利要求涵盖落在本发明范围内的所有所述变化。
权利要求
1、集成电路，包括包括电感器和电容器的振荡器，振荡器适于提供具有第一频率的第一参考信号，振荡器还适于在不锁定到外部参考信号的情况下运行；适于提供多个电压控制信号的电压控制器；连接到振荡器和电压控制器的多个可转换受控电抗模块，多个电抗模块中的每一电抗模块适于响应于多个电压控制信号中的相应电压控制信号提供所选电抗从而修改第一频率；及适于提供用于信号通信的输出接口的输出电路。
2、 根据权利要求l的集成电路，还包括连接到多个可转换受控电抗模块的控制电路，控制电路适于提供 多个可转换受控电抗模块的随时间而变的转换以提供随时间变化具 有多个不同第一频率的扩展频谱第一参考信号。
3、 根据权利要求l的集成电路，还包括连接到振荡器的分频器电路，分频器电路适于提供第二频率的第 二参考信号。
4、 根据权利要求3的集成电路，还包括连接到分频器电路并适于锁定到第二参考信号并提供具有第三 频率的第三参考信号的锁定电路，第三频率从第二频率和锁定电路的 分频比确定。
5、 根据权利要求4的集成电路，还包括连接到锁定电路的控制电路，所述控制电路适于提供随时间而变 的分频比以提供随时间变化具有多个不同第三频率的扩展频谱第三 参考信号。
6、 根据权利要求3的集成电路，其中输出电路在选择第二参考信号的多个信号类型中的信号类型方面可配置，多个信号类型包括下述信号类型中的至少一个差分、单端、全电压干线到全电压干线、或部分电压干线到部分电压干线。
7、 根据权利要求3的集成电路，还包括连接到分频器电路的多个锁定电路，多个锁定电路适于锁定到第 二参考信号并提供具有多个相应第三频率的相应多个第三参考信号，多个相应第三频率中的每一第三频率从第二频率及多个锁定电路中 的相应锁定电路的分频比确定。
8、 根据权利要求7的集成电路，其中多个锁定电路中的每一锁 定电路可以是下述锁定电路之一锁相环、延迟锁定环、或注入锁定 电路。
9、 根据权利要求7的集成电路，其中多个锁定电路中的每一锁 定电路在选择分频比方面可配置。
10、 根据权利要求7的集成电路，还包括适于提供用于信号通信的相应多个输出接口的多个输出电路；及连接到多个锁定电路和多个输出电路的第一转换电路，第一转换 电路适于有选择地将多个第三参考信号中的所选第三参考信号转换 到多个输出电路中的所选输出电路。
11、 根据权利要求10的集成电路，还包括连接到多个输出电路的控制电路，控制电路适于将控制信号提供 给多个输出电路中的所选输出电路从而选择相应第三参考信号的多 个信号类型中的信号类型，多个信号类型包括下述信号类型中的至少一个差分、单端、全电压干线到全电压干线、或部分电压干线到部分电压干线。
12、 根据权利要求10的集成电路，还包括连接到第一转换电路的控制电路，所述控制电路适于将控制信号 提供给第一转换电路以将所选第三参考信号转换到所选输出电路。
13、 根据权利要求10的集成电路，还包括连接到第一转换电路的系数寄存器，系数寄存器适于将第一多个 控制系数中的第一控制系数提供给第一转换电路以将所选第三参考 信号转换到所选输出电路。
14、 根据权利要求13的集成电路，其中系数寄存器还连接到多个可转换受控电抗模块，系数寄存器适于保存第二多个系数并提供第二多个系数中的相应系数以控制相应受控电抗模块转换到振荡器。
15、 根据权利要求14的集成电路，其中多个可转换受控电抗模块还包括连接到系数寄存器的第二多个开关；及对应地连接到第二多个开关和电压控制器的多个可变电容器，多个可变电容器适于响应于相应控制电压提供所选电容。
16、 根据权利要求15的集成电路，其中多个可转换受控电抗模块还包括对应地连接到第二多个开关的多个固定电容器，多个固定电容器适于响应于相应系数提供所选电容。
17、 根据权利要求14的集成电路，其中第二多个系数在制造后通过校准到提供参考频率的外部信号进行确定。
18、 根据权利要求14的集成电路，还包括连接到系数寄存器的用户接口，所述用户接口适于响应于用户输入将第一多个系数或第二多个系数中的系数提供给系数寄存器。
19、 根据权利要求10的集成电路，其中第一转换电路包括多个复用器和分用器，或多个传输晶体管、或交叉开关。
20、 根据权利要求l的集成电路，其中第一频率可掩码编程，其通过选择电感器的大小、或通过选择多个可转换受控电抗模块的多个连接、或通过选择多个可转换受控电抗模块的多个大小进行。
21、 根据权利要求1的集成电路，其中第一频率可通过选择多个可转换受控电抗模块的多个连接而在制造后配置。
22、 根据权利要求1的集成电路，其中振荡器具有下述结构中的至少一结构双平衡差分LC结构、差分n-MOS交叉连接布局、差分p-MOS交叉连接布局、单端考毕子LC结构、单端哈特莱LC结构、差分共基考毕子LC结构、差分共集考毕子LC结构、差分共基哈特莱LC结构、差分共集哈特莱LC结构、单端皮尔斯LC振荡器、或正交LC振荡器结构。
23、 根据权利要求l的集成电路，其中振荡器还包括具有可变电 流源的跨导放大器，可变电流源适于响应于环境或运行温度提供相应 电流。
24、 集成电路，包括包括电感器和电容器的谐波振荡器，谐波振荡器适于提供具有第 一频率的第一参考信号；连接到谐波振荡器的多个受控电抗模块，多个电抗模块中的每一 电抗模块适于响应于多个控制电压中的控制电压提供所选电抗以修 改第一频率；适于保存第一多个转换系数的第一系数寄存器；连接到多个受控电抗模块的第一多个开关，第一多个开关中的每 一开关响应于第一多个转换系数中的相应转换系数将多个控制电压 中的所选控制电压连接到相应受控电抗模块；连接到谐波振荡器的第一分频器，第一分频器适于提供第二频率 的第二参考信号；及连接到第一分频器的多个锁定电路，多个锁定电路适于锁定到第 二参考信号并提供具有多个相应第三频率的相应多个第三参考信号， 多个相应第三频率中的每一第三频率从第二频率和多个锁定电路中 的相应锁定电路的分频比确定。
25、 根据权利要求24的集成电路，其中谐波振荡器还适于在不 锁定到外部参考信号的情况下运行。
26、 根据权利要求24的集成电路，还包括连接到多个锁定电路的控制电路，控制电路适于提供多个锁定电 路中的第一锁定电路的随时间而变的分频比以提供随时间变化具有 多个不同第三频率的扩展频谱第三参考信号。
27、 根据权利要求24的集成电路，还包括连接到多个受控电抗模块的控制电路，控制电路适于提供多个控 制电压的随时间而变的转换以提供随时间变化具有多个不同第一频 率的扩展频谱第一参考信号。
28、 根据权利要求24的集成电路，还包括连接到多个受控电抗模块的第二多个开关，第二多个开关中的每一开关响应于控制信号将所选受控电抗模块连接到谐波振荡器。
29、 根据权利要求28的集成电路，还包括连接到第二多个开关的控制电路，控制电路适于提供多个受控电抗模块到谐波振荡器的随时间而变的转换以提供随时间变化具有多个不同第一频率的扩展频谱第一参考信号。
30、 根据权利要求24的集成电路，其中分频器电路在选择第二参考信号的多个信号类型中的信号类型方面可配置，多个信号类型包括下述信号类型中的至少一个差分、单端、全电压干线到全电压干线、或部分电压干线到部分电压干线。
31、 根据权利要求24的集成电路，其中多个锁定电路中的每一锁定电路是下述锁定电路中的至少一个锁相环、延迟锁定环、或注入锁定电路。
32、 根据权利要求24的集成电路，其中多个锁定电路中的每一锁定电路在选择分频比方面可配置。
33、 根据权利要求24的集成电路，还包括 多个输出电路；及连接到多个锁定电路和多个输出电路的第二转换电路，第二转换电路适于将多个第三参考信号中的所选第三参考信号有选择地转换到多个输出电路中的所选输出电路。
34、 根据权利要求33的集成电路，其中多个输出电路中的每一输出电路在选择用于多个第三参考信号中的相应第三参考信号的输出的多个信号水平中的信号水平方面可配置。
35、 根据权利要求33的集成电路，还包括连接到第二转换电路的控制电路，所述控制电路适于将控制信号提供给第二转换电路以将所选第三参考信号转换到所选输出电路。
36、 根据权利要求33的集成电路，还包括连接到第二转换电路的第二系数寄存器，第二系数寄存器适于将第二多个控制系数中的控制系数提供给第二转换电路以将所选第三参考信号转换到所选输出电路。
37、 根据权利要求33的集成电路，其中第二转换电路包括多个复用器和分用器、或多个传输晶体管、或交叉开关。
38、 根据权利要求24的集成电路，其中多个可转换受控电抗模块还包括连接到第一系数寄存器的第二多个开关；及 对应地连接到第二多个开关和电压控制器的多个可变电容器，多个可变电容器适于响应于相应控制电压提供所选电容。
39、 根据权利要求38的集成电路，其中多个可转换受控电抗模块还包括对应地连接到第二多个开关的多个固定电容器，多个固定电容器 适于响应于相应系数提供所选电容。
40、 根据权利要求36的集成电路，其中第二多个系数在制造后通过校准到第二参考频率信号进行确定。
41、 根据权利要求36的集成电路，还包括 连接到第一和第二系数寄存器的用户接口，所述用户接口适于响应于用户输入将第一多个转换系数或第二多个控制系数中的系数提供给系数寄存器。
42、 根据权利要求24的集成电路，其中第一频率可掩码编程，其通过选择电感器的大小、或通过选择多个可转换受控电抗模块的多个连接、或通过选择多个可转换受控电抗模块的多个大小进行。
43、 根据权利要求24的集成电路，其中第一频率可通过选择多个可转换受控电抗模块的多个连接而在制造后配置。
44、 根据权利要求24的集成电路，其中振荡器具有下述结构中的至少一结构双平衡差分LC结构、差分n-MOS交叉连接布局、差分p-MOS交叉连接布局、单端考毕子LC结构、单端哈特莱LC结构、差分共基考毕子LC结构、差分共集考毕子LC结构、差分共基哈特莱 LC结构、差分共集哈特莱LC结构、单端皮尔斯LC振荡器、或正交LC振荡器结构。
45、 根据权利要求1的集成电路，其中振荡器还包括具有可变电流源的跨导放大器，可变电流源适于响应于环境或运行温度提供相应电流。
46、 根据权利要求45的集成电路，其中可变电流源具有下述至少一结构相反于绝对温度CTAT结构、正比于绝对温度PTAT结构、或正比于绝对温度的平方PTAT2结构。
47、 可配置集成电路，包括包括电感器、电容器和跨导放大器的振荡器，振荡器适于提供具有第一频率的第一参考信号，振荡器还适于在不锁定到外部参考信号的情况下运行，跨导放大器还包括适于响应于运行温度提供相应电流的可变电流源；适于提供多个电压控制信号的电压控制器；连接到振荡器和电压控制器的多个可转换受控电抗模块，多个电抗模块中的每一电抗模块适于响应于多个电压控制信号中的相应电压控制信号提供所选电抗以修改第一频率；连接到振荡器的第一分频器，第一分频器适于提供第二频率的第二参考信号；及连接到第一分频器的多个可配置锁定电路，多个锁定电路适于锁定到第二参考信号并提供具有多个相应第三频率的相应多个第三参考信号，多个相应第三频率中的每一第三频率从第二频率和多个锁定电路中的相应锁定电路的可配置分频比确定。
48、 根据权利要求47的可配置集成电路，还包括连接到多个可配置锁定电路的控制电路，控制电路适于随时间而变配置所选可配置锁定电路的可配置分频比以提供随时间变化具有多个不同第三频率的扩展频谱第三参考信号。
49、 根据权利要求47的可配置集成电路，还包括多个输出电路；及连接到多个锁定电路和多个输出电路的第一转换电路，第一转换电路适于将多个第三参考信号中的所选第三参考信号有选择地转换 到多个输入和输出电路中的所选输出电路。
50、 根据权利要求47的可配置集成电路，其中谐振器具有下述 结构中的至少一结构双平衡差分LC结构、差分n-MOS交叉连接布 局、差分P-MOS交叉连接布局、单端考毕子LC结构、单端哈特莱LC 结构、差分共基考毕子LC结构、差分共集考毕子LC结构、差分共基 哈特莱LC结构、差分共集哈特莱LC结构、单端皮尔斯LC振荡器、 或正交LC振荡器结构。
51、 根据权利要求47的集成电路，还包括 连接到多个可转换受控电抗模块的系数寄存器，系数寄存器适于保存多个系数并提供相应系数以控制相应受控电抗模块转换到谐振 器。
全文摘要
在不同的实施例中，本发明提供使用LC振荡器布局的分立时钟发生器和/或定时及频率参考，其具有控制和提供稳定谐振频率的频率控制器，所述谐振频率继而提供给其它第二电路如处理器或控制器。随所选参数如温度和制造工艺变化保持频率稳定性。不同的装置实施例包括适于响应于多个参数中的至少一参数提供信号的传感器；及适于响应于第二信号修改谐振频率的频率控制器。在示例性实施例中，传感器被实施为响应于温度波动的电流源，频率控制器被实施为可有选择地连接到谐振器或一个或多个控制电压的多个受控电抗模块。受控电抗模块可包括固定或可变电容或电感，并可被二进制加权。电阻模块阵列也被提供以产生一个或多个控制电压。
文档编号H03B5/12GK101176254SQ200680017006
公开日2008年5月7日 申请日期2006年3月20日 优先权日2005年3月21日
发明者G·卡里切纳, J·奥戴, M·S·麦科克代尔, S·M·佩尼亚, S·库贝 申请人:麦比乌斯微系统公司