振蕩器和集成電路制造技術

一種平衡晶體振蕩器電路包括：壓電元件Ｘｔａｌ（２０７；２１５；２２２；２２１；３１３）；結合了晶體管（２０４；２１２；２２０；３０４）的第一振蕩器子電路（２０２；２１０；２１８；３０２）；以及結合了晶體管（２０３；２１１；２１９；３０３）的第二子電路（２０１；２０９；２１７；３０１）；其中，各晶體管具有不同類型的晶體管端子（Ｃ，Ｂ，Ｅ；Ｄ；Ｇ；Ｓ），并且振蕩器子電路配置了至少三個互連。各互連包括一對相似類型的晶體管端子；其中，所述互連的第一個組成到接地參考（ｇｎｄ）的連接；所述互連的第二個經由第一諧振器元件（２０７；２１５；２２３；３１３）；以及所述互連的第三個經由第二諧振器元件（２０８；２１６；２２４；３１４）；所述第一和第二電路設置成通過所述第一和第二諧振器元件相互作用，以便形成平衡振蕩器信號。雙共基極或雙共集電極配置是優選的。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及平衡晶體振蕩器電路，其中包括壓電元件；結合了晶體管的第一振蕩器子電路；以及結合了晶體管的第二振蕩器子電路；其中，各晶體管具有不同類型的晶體管端子，并且振蕩器子電路配置了至少三個互連。
技術介紹
平衡晶體振蕩器電路可用于各種電子電路。但是，一個特殊的應用領域是在通信設備、尤其是電信設備中，其中生成或合成了參考頻率以作為調制器、解調器、上行及下行變頻器和定時電路等的周期信號。這些周期信號通常是矩形波信號。周期信號具有基頻，并由所謂的頻率合成器生成，它提供了作為參考信號的基頻的重數的周期信號的基頻。為了滿足在這些設備所要符合的標準中提出的涉及頻率穩定性或定時精確度的要求，通常要求晶體振蕩器用于提供充分穩定或精確的參考信號。通信設備涉及不同頻率范圍內的信號處理；設置成可處理與RF載波信號的調制相關的信號的電路在最高頻率范圍內工作，并且通常表示為RF級。設置成可處理與要通過載波信號傳遞的信號相關的信號的電路在更低頻率范圍內工作，并且表示為基帶級或基帶電路。RF級主要涉及以較高功率及較高頻率來處理信號；因此，作為RF級的不可避免的遺留特征而存在有大噪聲源?；鶐щ娐吠ǔＩ婕案凸β始壍妮^低頻率信號，但是，此電路中的信號處理通常作為數字信號處理來進行，因此涉及繁重的數字交換。因此，基帶電路也是強大的噪聲源。對于例如以射頻(RF)提供無線通信的通信設備而言，所謂的RF頻率合成器配有來自通常在10-40MHz下運行的晶體振蕩器的參考信號。對于例如蜂窩電話、藍牙(TM)通信裝置等較復雜和緊湊的通信設備而言，更緊密的集成等級使得希望將通信裝置的各種電路集成在一個集成電路上。這樣一種集成電路通常屬于半導體類型，其中，半導體芯片(硅襯底)設置在封裝的陶瓷對底(或所謂的金屬端板)上，其中具有端子用于提供與印制電路板(PCB)的電接觸。硅襯底與陶瓷襯底之間的電接觸通過接合線來實現。同樣，陶瓷襯底與封裝端子之間的電接觸也通過接合來實現。由于電路的以上所需集成以及電路對于噪聲的產生和散發的相應屬性，因此振蕩器電路適合于大噪聲環境。因此，振蕩器易于從集成電路的硅襯底拾取干擾。另外，由于振蕩器電路的諧振器元件往往設置在集成電路的外部(即集成電路封裝的外部)，因此，振蕩器也易于通過接合線及端子拾取干擾。實際上，晶體極為穩定，并且在某種程度上能夠抑制干擾，但由于要求極為嚴格，因此干擾靈敏度的降低是電路設計人員當前的一個難題。對于GSM/GPRS蜂窩終端而言，例如在典型元件如電壓控制振蕩器VCO接通及斷開或者改變頻率的情況下，低至0.1ppm的頻移作為最大值是可接受的。但是，不希望的頻移或頻率誤差的主要原因是工作點的漂移(由于公共電源線的干擾感應DC電壓降，或者由于導致電流或電壓的局部DC漂移的干擾信號的整流，和/或由于進入晶體振蕩器電路的干擾信號)，在其中非線性分量被調制(涉及裝置gm的變化或輸入容量)。在某種程度上可使用片上屏蔽，但接合線和金屬跡線易受到磁場影響。與單端結構相反的平衡結構是有用的，但即使共模(即作用于一對平衡信號的影響)干擾分量也是有害的。一般來說，應當指出，晶體振蕩器提供了極穩定的振蕩器頻率，而不管電源電壓電平以及負載特性的變化如何，因此是極穩健的振蕩器類型。先有技術一種眾所周知的振蕩器是所謂的皮爾斯振蕩器，其中具有由EricVittoz提出的單CMOS增益單元(“高性能晶體振蕩器電路理論及應用”；IEEE Joumal of Solid State Circuits，第774-783頁，1988年6月)。出于電流消耗的考慮，許多低頻晶體振蕩器通常采用Vittoz所提出的單CMOS增益單元。這樣一種振蕩器如圖1所示。這種增益單元采用單端信號，因此，振蕩器的接地對于大數字芯片來說是一個嚴重問題。這種充分接地的缺乏可能導致噪聲及對振蕩器核心的干擾注入。同樣，集成電路襯底不會直接連接到諧振器接地端，因而也提供了到電路的干擾通路。但是，盡管存在這些明顯的缺陷，它仍然是通用的振蕩器，因為它可通過單CMOS反相器來實現。存在上述基于CMOS反相的振蕩器的備選方案。皮爾斯(Pierce)振蕩器也可基于以共集電極耦合的方式耦合起來的雙極結晶體管(BJT)。略微較少受歡迎的具有雙極結晶體管的單端晶體振蕩器基于共發射極或共基極耦合。以上單端振蕩器均存在對襯底干擾不是充分穩健的缺點。SU 1771058公開了一種差分振蕩器，其中具有由兩個晶體管以及分別耦合在電源電壓與這兩個晶體管的集電極端子之間的兩個電阻器組成的負阻抗變換器(NIC)。晶體管之一的基極端子連接到另一個晶體管的集電極端子，反之亦然。晶體耦合在兩個晶體管的發射極端子之間。NIC在晶體上提供了負電阻，晶體在具有適當大小時能夠不使電路衰減，使得它將在晶體的諧振頻率附近振蕩。由于差分操作，因此能夠抑制在接合線上感應的一部分干擾，例如以RF感應的寄生頻率形式的干擾。但是，這種及其它振蕩器的缺點是缺乏對于可能由例如相同襯底上涉及密集數字交換的電路產生的所謂襯底干擾或者對于振蕩器節點處感應的、例如來自另一個片上RF振蕩器的其它強干擾的穩健性。這種不完善的性能導致振蕩頻率的微小變化，稱作頻移。例如，當數字交換活動根據電路活動開始或停止時，或者當附近的RF振蕩器在所謂的空閑、發射(TX)或接收(RX)模式之間接通或斷開時，或者當RF振蕩器調諧到另一個頻率時，就可能出現頻移。當RX或TX RF振蕩器接通或斷開時的典型頻移可能達到百萬分之一(ppm)。GSM/GPRS要求比1ppm更為嚴格，一般來說，這種振蕩器相對GSM/GPRS要求來說無法很好地工作。如上所述，集成振蕩器易于拾取襯底干擾。皮爾斯振蕩器(圖1)經由所謂的后門效應(即，它的襯底與源端子之間的信號將被放大其正向跨導的約30％的增益)而對襯底干擾敏感。此外，漏極對襯底具有平行板電容，這種通路也可導致噪聲注入。采用雙極晶體管取代MOS器件的確可消除后門效應，但沒有消除平行板襯底電容?？傊?，雖然在基于NIC的振蕩器中存在某種共模噪聲降低，然而皮爾斯振蕩器或者基于NIC的振蕩器電路對于襯底干擾都不穩健。
技術實現思路
以上問題通過這樣一種在開始部分所述的振蕩器來得到解決，該振蕩器的特征在于，第一和第二振蕩器子電路之間的各互連包括一對相似類型的晶體管端子；其中，所述互連的第一個組成到接地參考或信號地參考、如電壓干線的連接；所述互連的第二個經由第一諧振器元件；以及所述互連的第三個經由第二諧振器元件；所述第一和第二電路設置成通過所述第一和第二諧振器元件而相互作用，以便形成平衡的振蕩器信號。第一和第二振蕩器子電路可包括晶體管，或者為雙極結晶體管或者為金屬氧化物半導體；以及用于對晶體管偏壓并濾出不希望的頻率分量的電路。濾波器可以是例如簡單RC濾波器的形式。晶體管端子的相似對可以分別是由來自各晶體管的集電極端子組成的一對集電極端子，或者一對BJT或MOS晶體管的漏極端子。第一和第二諧振器元件通常分別為電容器和壓電晶體。兩個振蕩器子電路通過以諧振器(振蕩器)頻率在第一和第二振蕩器電路之間來回搭接能量而相互作用。最好在第一或第二諧振器元件上提供平衡的輸出信號。因此便提供了一種對干擾穩健的極精確的振蕩器。該振蕩器對干擾的敏感比上述先有技術振蕩器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種平衡晶體振蕩器電路，包括：壓電元件（２０７；２１５；２２２，２２１；３１３）；結合了晶體管（２０４；２１２；２２０；３０４）的第一振蕩器子電路（２０２；２１０；２１８；３０２）；以及結合了晶體管（２０３；２１１；２１９；３０３） 的第二振蕩器子電路（２０１；２０９；２１７；３０１）；其中，所述晶體管各具有不同類型的晶體管端子（Ｃ，Ｂ，Ｅ；Ｄ；Ｇ；Ｓ），以及所述振蕩器子電路配置了至少三個互連；其特征在于，每個互連包括一對相似類型的晶體管端子；其中，所述 互連的第一個組成到接地參考（ｇｎｄ；Ｖｃｃ）的連接；所述互連的第二個通過第一諧振器元件（２０７；２１５；２２３；３１３）；以及所述互連的第三個通過第二諧振器元件（２０８；２１６；２２４；３１４）；所述第一和第二電路設置成通過所述第一和第二諧振器元件來相互作用，以形成平衡振蕩器信號。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：S馬蒂松，
申請(專利權)人：艾利森電話股份有限公司，
類型：發明
國別省市：SE[瑞典]