使用自激振荡器的时钟发生器及其方法
【技术领域】
[0001] 本公开一般设及时钟电路，并且更具体地设及无晶体的时钟发生器。
【背景技术】
[0002] 时钟发生器被用于各种集成电路中。例如，接收机忍片将时钟发生器用于使本地 振荡器信号将射频（R巧信号混频至中间频率（I巧或基带。发射机忍片使用时钟发生器来 生成用于RF信号传输的载波。由于运些集成电路可容忍非常小的频率误差，因此它们通常 使用外部晶体来生成精确的混频或载波时钟信号。
[0003] 然而，基于晶体的振荡器具有缺点。例如，晶体是经修整（trimmed)W便W特定频 率谐振的机电设备，并且它们与现代CMOS集成电路制造技术不兼容。因此，将分立的晶体 用于晶体振荡器增加了印刷电路板的面积，并且因晶体的增加的成本而增加了印刷电路板 的成本。此外，集成电路和外部晶体之间的连接拾取电磁信号能量，从而引起相位抖动。此 夕F，存在着其中晶体振荡器的频率将显著地偏离其额定频率的一些情况。例如，随着印刷电 路板发热和冷却，焊料化合物可能无法W与印刷电路板基板相同的速度膨胀和收缩。结果， 发热和冷却对用于连接至晶体的集成电路引脚施加了机械应力。运种情况（被称为"焊料 偏移"）使晶体的端子上的电容改变，从而由于电容的改变而使振荡频率偏移，但是一般W 不可预知的方式使振荡频率偏移。
【附图说明】
[0004] 通过参照所附附图，能更好地理解本发明，而且使本发明的多个特征和优点对本 领域技术人员显而易见，在附图中：
[0005] 图1W部分框图和部分示意图形式示出了现有技术中已知的时钟发生器；
[0006] 图2W部分框图和部分示意图形式示出了现有技术中已知的振荡器；
[0007] 图3W框图形式示出根据本发明的实施例的时钟发生器；
[0008] 图4W部分框图和部分示意图形式示出了使用图3的时钟发生器的集成电路的实 施例；
[0009] 图5W框图形式示出了包括图3的可调谐频率合成器的小数N分肚actional-N) 实现的时钟发生器的部分；
[0010] 图6W部分框图和部分示意图形式示出了使用图3的时钟发生器的集成电路的另 一实施例；W及 W11] 图7示出了根据另一实施例的使用图3的时钟发生器的抖动清除化L;
[0012] 图8W框图形式示出根据本发明的另一实施例的时钟发生器。
[0013] 图9W部分框图和部分示意图形式示出了适用于图8的时钟发生器的振荡器；W 及
[0014] 图10示出了有关图8的补偿处理器850的操作的流程图。
[0015] 在不同附图中，相同的附图标记的使用指示相似或完全相同的项。除非另有说明， 否则词"禪合的"及其相关联的动词形式包括通过本领域已知的方式的直接连接和间接电 连接，并且除非另有说明，否则对直接连接的任何描述也暗示使用合适形式的间接电连接 的替代实施例。
【具体实施方式】
[0016] 按一种形式，时钟发生器包括自激（化ee-running)振荡器和可调谐频率合成器。 自激振荡器具有用于提供振荡器时钟信号的输出。振荡器是自激的，因为它不具有用于在 正常操作期间调节其输出频率的任何主动控制。可调谐频率合成器禪合至自激振荡器，并 且响应于振荡器时钟信号和频率控制信号来提供时钟输出信号。频率控制信号对应于自激 振荡器的测得的特性。
[0017] 例如，测得的特性可包括溫度或离参考频率的偏差。通过考虑测得的特性，可调谐 频率合成器可补偿操作性变化，从而允许简化自激振荡器的设计。还可使用允许用户例如 调谐频谱内的信道的频率选择信号来形成频率控制信号。
[0018] 按另一形式，集成电路包括自激LC振荡器、调谐频率合成器和功能电路。自激LC 振荡器具有用于提供振荡器时钟信号的输出，该振荡器时钟信号具有使用电感器和电容器 而设置的振荡频率。可调谐频率合成器具有用于接收振荡时钟信号的第一输入、用于接收 频率控制信号的第二输入W及用于提供时钟输出信号的输出。可调谐频率合成器响应于振 荡器时钟信号和频率控制信号来提供时钟输出信号。功能电路具有用于接收时钟输出信号 的输入，并且是使用该时钟输出信号来进行操作的电路。功能电路的示例包括RF信号混频 器、功率放大器、微处理器核、定时器等等。
[0019] 按又一形式，时钟发生器包括自激振荡器、可调谐频率合成器和补偿处理器。自激 振荡器具有用于接收毛刺（spur)调节信号的输入W及用于提供振荡器时钟信号的输出， 并且该自激振荡器具有自激振荡频率，并响应于毛刺调节信号来改变自激振荡器频率的 值。可调谐频率合成器禪合至自激振荡器，并且响应于振荡器时钟信号和频率控制信号来 提供时钟输出信号。频率控制信号对应于自激振荡器的测得的特性。补偿处理器基于测得 的特性和频率选择信号来提供频率控制信号，并且基于时钟发生器中的至少一个信号的谐 波频率来提供毛刺调节信号。
[0020] 按再一形式，方法包括激励电路，W便作为自激振荡器振荡。提供振荡器时钟信号 作为自激振荡器的输出。响应于振荡器时钟信号和频率控制信号，例如在化L频率合成器 中合成时钟输出信号。
[0021] 图1W部分框图和部分示意图形式示出了现有技术中已知的时钟发生器100。使 用集成电路110上的组件W及集成电路110外部的组件两者来实现时钟发生器100。时钟 发生器100 -般包括：集成电路110上的与该时钟发生器100相关联的两个集成电路端子 112和114、反相器116和锁相环（P化)118 ;W及集成电路110外部的晶体120、电容器130 和140W及电阻器150。反相器116具有连接至集成电路端子112W用于接收标记为"时钟 _振荡化〇CK_OSC")的振荡器时钟信号W及连接至集成电路端子114的输出。化L118 具有连接至集成电路端子112的参考时钟输入、用于接收标记为"频率选择"（"FREQ肥NCY SELECT")的控制信号的控制输入W及用于提供标记为"时钟_输出"（"CL0CK_0UT")的 信号的输出。晶体120具有连接至集成电路端子112的第一端子W及连接至集成电路端子 114的第二端子。电容器130具有连接至集成电路端子112的第一端子和接地的第二端子。 电容器140具有连接至集成电路端子114的第一端子和接地的第二端子。电阻器150具有 连接至集成电路端子112的第一端子和连接至集成电路端子114的第二端子。
[0022] 时钟发生器100基于使用晶体120形成的晶体振荡器来提供可用作精确的内部时 钟源的稳定的时钟_振荡信号。晶体120经修整W提供精确到例如百万分之10-20 (ppm) 内的非常精确的频率参考。反相器116连同电容器130和140 -起提供正环路增益并引起 在由晶体120的物理特性确定的频率处的振荡。电阻器150并联地连接至晶体120和反相 器116,并且用于保持反相器116适当地偏置。
[0023] P化118接收时钟_振荡信号，并且将它乘W由"频率选择"信号确定的适当的因 子W提供在期望频率处的时钟_输出信号。例如，可将晶体120修整至25兆赫兹（MHz),而 P化118提供从700MHz到2. 6千兆赫兹范围内的时钟_输出W用于根据北美4GLTE标准 来传输蜂窝电话信号，由此将该时钟_输出信号乘W28和104之间的因子。
[0024] 虽然时钟发生器100已证明是多年来流行且持久的体系结构，但它具有一些缺 点。第一，它需要外部晶体的附加的花费，包括晶体本身和印刷电路板空间两者。第二随着 晶体在某些情况下老化，它可能损失其非常精确的频率参考。随着印刷电路板溫度变化，在 晶体120的端子和印刷电路板之间的焊料触点可能受到应力，从而引起寄生电容的变化， 并导致精确的频率参考的损失（被称为"焊料偏移"的情况）。其他机电参考元件（诸如， 微机电系统（MEM巧谐振器和表面声波（SAW)谐振器）类似地具有精确的频率参考，但同样 是昂贵的并且增加了产品成本，并且易受焊料偏移问题的影响。
[0025] 图2W部分框图和部分示意图形式示出了现有技术中已知的振荡器200。振荡器 200 -般包括电感器210、电容器220和跨导放大器230。电感器210具有第一和第二端子。 电容器220具有分别连接至电感器210的第一和第二端子的第一和第二端子。跨导放大器 230具有连接至电感器210和电容器220的第一端子的非反相输入、连接至电感器210和电 容器220的第二端子的反相输入、连接至其非反相输入并且提供时钟_振荡信号的反相输 出端子W及连接至其反相输入的非反相输出。
[00%] 振荡器200避免了晶体参考的使用，从而消除了附加的晶体和印刷电路板的成 本。而且，可完全在忍片上实现振荡器200W降低成本。然而，振荡器200没有图1的基于 晶体的振荡器精确。其谐振频率由电感器210和电容器220的尺寸确定，并由如下关系给 出：
[1]
[0028] 其中《是角频率，L是电感器210的电感，而C是电容器220的电容。由于历经 制造过程的变化可能无法精确地控制电感和电容，因此在期望频率中可能存在大的初始误 差。此外，由于电感和电容可取决于溫度，因此时钟_振荡的频率可随溫度变化，运进一步 降低了频率精度。
[0029] 在不补偿初始频率误差的情况下，振荡器200不能用于其中需要精确时钟频率参 考的某些应用中，诸如，数据传输和数据接收。为了提供补偿，已知的集成式谐振LC振荡器 使电容器220的电容可变。然而，调谐电容器220引入了附加的问题。为了能够可调谐，电 容器220需要大量的可切换