申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2021-12-21

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN114244354B

主分类号：H03L7/085

分类号：H03L7/085;H03L7/099;H03L7/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2022.04.12#实质审查的生效;2022.03.25#公开

摘要：本发明涉及一种基于二次注入及数字锁频环的快速启动晶体振荡器，属于时钟生成技术领域。包括石英晶体振荡器、鉴频器、逐次逼近逻辑电路、环形流控振荡器、分频器、三态门以及数字控制模块；石英晶体振荡器采用皮尔斯结构三点放大器；鉴频器由计数器和寄存器构成；环形流控振荡器由7bit开关电流镜和三级环形振荡器组成。石英晶体振荡器与8分频器相连，8分频器与鉴频器相连，鉴频器与逐次逼近逻辑电路相连，逐次逼近逻辑电路与流控振荡器相连，流控振荡器与鉴频鉴相器、16分频器相连，16分频器通过三态门与晶体振荡器的晶体谐振器两端相连。所述架构中鉴频器、逐次逼近逻辑电路、数字控制模块、分频器、三态门均由数字电路实现，在低成本低功耗的前提下使晶体振荡器在极短时间内输出稳定的参考频率；将晶振启动时间从ms级提升到μs级；数字锁频环工作在低占空比的间歇模式下，引入的功耗可忽略不计。

主权项：1.一种基于二次注入及数字锁频环的快速启动晶体振荡器，其特征在于：包括晶体振荡器XTO、数字锁频环DFLL、三态门TSG、分频器以及数字控制模块；数字锁频环DFLL包括环形流控振荡器RingICO、鉴频器FD、逐次逼近逻辑电路SAR；环形流控振荡器RingICO为三级环形流控振荡器，由7bit开关电流镜和三级级联的数字反相器链构成；所述基于二次注入及数字锁频环的快速启动晶体振荡器中各模块的连接关系如下：晶体振荡器XTO通过8分频器与数字锁频环DFLL参考频率输入端相连，数字锁频环DFLL输出端与16分频器相连，16分频器与三态门TSG相连，三态门TSG与晶体振荡器XTO中的晶体谐振器XTAL两端X1、X2相连，数字控制模块与三态门TSG、数字锁频环DFLL相连；数字锁频环DFLL中的环形流控振荡器RingICO与鉴频器FD相连，鉴频器FD与逐次逼近逻辑电路SAR相连，逐次逼近逻辑电路SAR与环形流控振荡器RingICO相连，数字控制模块与鉴频器FD、逐次逼近逻辑电路SAR、环形流控振荡器RingICO相连；基于二次注入技术及数字锁频环的开始启动晶体振荡器依托的设计过程，包括环形流控振荡器RingICO第一次向晶体谐振器XTAL注入能量、数字锁频环DFLL频率跟踪、环形流控振荡器RingICO第二次向晶体谐振器XTAL注入能量；具体包括如下步骤：步骤一、环形流控振荡器RingICO第一次向晶体谐振器XTAL注入能量，具体又包括如下子步骤：步骤1.1在启动信号START和复位信号NRST的作用下，数字控制模块各输出信号复位，环形流控振荡器RingICO在数字控制模块控制下开始工作，逐次逼近逻辑电路输出初始控制字，在初始控制字的控制下，环形流控振荡器RingICO输出信号S1，信号S1经过16分频器后产生接近晶体谐振器XTAL谐振频率的信号S3；此时，三态门TSG在数字控制模块的控制下处于导通状态，信号S3通过三态门传输到晶体谐振器XTAL两端X1、X2；步骤1.2晶体振荡器XTO在信号S3的作用下输出与S3频率相同的信号S2，将此信号S2作为数字控制模块的时钟信号；步骤1.3完成第一次能量注入后，三态门TSG在数字控制模块的时间逻辑控制下切换为高阻态，环形流控振荡器RingICO与晶体振荡器XTO断开连接，晶体振荡器XTO输出幅值较小、相位噪声相对较高但频率较稳定的信号X2，经中频放大器后，得到满幅的、相位噪声相对较高的、稳定的时钟信号S2；步骤二、数字锁频环DFLL频率跟踪，具体包括如下子步骤：步骤2.1晶体振荡器XTO在第一次注入能量后输出幅值较小、相位噪声相对较高但频率较稳定的信号X2，此信号通过中频放大器放大、分频器8分频后产生信号S4，信号S4输入到数字锁频环DFLL中作为鉴频器FD的参考频率；此时，数字锁频环DFLL在数字控制模块的控制下进入工作状态，控制环形流控振荡器RingICO输出信号S1；步骤2.2鉴频器FD通过其内部的计数器和锁存器计算并输出一个标准周期内环形流控振荡器RingICO输出信号S1的周期数Y7:0，将周期数Y7:0输入到逐次逼近逻辑电路SAR内与预设的标准周期数进行比较；在参考信号S4的控制下鉴频器FD与逐次逼近逻辑电路SAR交替工作，逐位确定逐次逻辑逼近电路SAR输出的数字控制字D6:0；步骤2.3在逐次逻辑逼近电路SAR数字控制字D6:0作用下，环形流控振荡器输出频率逐步逼近期望输出频率，即192MHz；完成频率锁定后，在数字控制模块的控制下，逐次逻辑逼近电路SAR的输出数字控制字D6:0锁定，环形流控振荡器RingICO输出信号S1频率锁定；步骤三、环形流控振荡器RingICO第二次向晶体谐振器XTAL注入能量，具体包括如下子步骤：步骤3.1三态门TSG在数字控制模块的控制下处于导通状态，环形流控振荡器RingICO输出信号S1通过16分频器后产生信号S3，信号S3通过三态门传输到晶体谐振器XTAL两端X1和X2处，将能量注入晶体谐振器XTAL内；步骤3.2通过数字控制模块控制第二次能量注入时间，第二次能量注入完成后，三态门TSG切换至高阻状态，数字锁频环DFLL结束工作状态，鉴频器FD、逐次逼近逻辑电路SAR、环形流控振荡器RingICO停止工作并将输出复位至低电位，晶体振荡器XTO完成快速启动，输出高稳定、低相位噪声信号S2。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京理工大学 一种基于二次注入及数字锁频环的快速启动晶体振荡器

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD