專利名稱：石英振蕩器電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電子電路，特別是關于一種石英振蕩器電路。
背景技術：
傳統(tǒng)的石英振蕩器電路，通常使用的是反相器102。反相器的跨導值 (Trans—conductance) Gm ffl常i Gm = KnX (ffn/Ln) X (0. 5Vdd-Vtn) +KpX (ffp/Lp) X (0. 5Vdd-Vtp) · · · ·方程式 1而為了確保搭配各種石英晶體(Crystal)Xtal、以及各種電路板負載的情況下，振 蕩器電路都要能保持穩(wěn)定的頻率輸出，因此，通常會把反相器的跨導值Gm取得很大。例如， 大于500m。但是，在傳統(tǒng)的架構中，要加大反相器的跨導值Gm，那就要分別加大該反相器中 的二個晶體管匪OS與PNOS的寬長比Wn/Ln，Wp/Lp。而這樣會讓反相器(Inverter)的耗 電加大。反相器的耗電是I = 0. 5 X Kn X (ffn/Ln) X (Vdd-Vtn)2 ；when input = VddI = 0· 5 X Kp X (ffp/Lp) X (Vdd-Vtn)2 ；when input = Vss .........方程式 2因此，傳統(tǒng)的架構，無法同時增加Gm、且降低耗電。此外，當反相器的耗電越大，那就越容易干擾到其它電路，特別是一些易受干擾的 電路，例如模擬電路、射頻電路。且目前的科技不斷往高頻、高速、低工作電壓、低耗能的 技術發(fā)展。例如(digital-to-analog converter,DAC)；又例如以太網絡(Ethernet)由 IOM發(fā)展，歷經有100M、1G、10G、40G等更高速的發(fā)展；又例如集成電路的制程由0. 5制程 發(fā)展，歷經有0. 35,0. 25,0. 18,0. 15,0. 09制程發(fā)展，再顯示出各種元件的耗電越省、越不 容易干擾到其它電路的重要性以及必要性。因此，申請人有鑒于已知技術的缺失，乃思利用一石英振蕩器電路，以減少功率損 耗，又能不容易干擾到其它電路，以改善現有技術的缺失。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一是提供一種石英振蕩器電路，用以達到減少功率損耗，又能不 易干擾到其它電路。本發(fā)明公開一種石英振蕩器電路，通過一石英晶體(Crystal)來產生一輸出振蕩 信號至一集成電路中，該石英振蕩器電路包含一第一接合墊，耦接至該石英晶體的一第一 端，用以接收該石英晶體所輸出的一石英振蕩信號；一放大器，耦接至該第一接合墊，用以 放大該石英振蕩信號，以產生一放大信號；一反相器，耦接至該放大器，用以將該放大信號 進行反相，以產生該輸出振蕩信號；以及一第二接合墊，耦接至該石英晶體的一第二端，用 以輸出該輸出振蕩信號至該石英晶體；其中，該放大器具有一第一耗電量，該反相器具有一 第二耗電量，該第一耗電量小于該第二耗電量。


圖1 顯示已知的一石英振蕩器電路。圖2 顯示本發(fā)明石英振蕩器電路的第一實施例。圖3 顯示本發(fā)明石英振蕩器電路的第二實施例。圖4 顯示本發(fā)明石英振蕩器電路的第三實施例。圖5 顯示本發(fā)明石英振蕩器電路的第四實施例。主要元件符號說明200、300 石英振蕩器電路102、208:反向器202,204 接合墊206、306:放大器210、212、308、310、312、314 晶體管Rfl、Rf2、Rf3 反饋電阻PADl、PAD2 接合墊Xtal 石英晶體
具體實施例方式本申請將可由以下的實施例說明而得到充分了解，使得本領域技術人員可據以完 成，然本申請的實施并非可由下列實施案例而被限制其實施類型。請參見圖2，顯示本發(fā)明一種石英振蕩器電路，該石英振蕩器電路200包括接合 墊202、接合墊204、一放大器206以及一反相器208。接合墊202耦接至石英晶體Xtal的 一端，以接收石英晶體Xtal所輸出的一石英振蕩信號Sl ；放大器206用以放大石英振蕩信 號Si，并產生一放大信號S2至反相器208。接著，反相器208再將放大信號S2進行反相處 理，并產生一輸出振蕩信號S3至接合墊204，使該輸出振蕩信號S3反饋至石英晶體Xtal的 另一端，以形成一完整的反饋系統(tǒng)。如圖2所示的電路結構，本發(fā)明在接合墊202與反相器208之間，加入一個放大器206， 該放大器206的增益為A。因此，加了放大器206后的石英振蕩器電路200，其跨導值Gm為Gm = AXKnX (ffn/Ln) X (0. 5Vdd-Vtn) +AXKpX (ffp/Lp) X (0. 5Vdd-Vtp)...方程 式3其中，Kn，Kp為跨導系數，ffn/Ln為晶體管212的寬長比(Aspect ratio)，ffp/Lp 為晶體管210的寬長比，Vtn為晶體管212的臨界電壓，Vtp為晶體管210的臨界電壓，Vdd 為工作電壓。然而，加了放大器206后的反相器208的耗電是I = 0. 5 X Kn X (ffn/Ln) X (Vdd-Vtn) 2 ；when input = Vdd .........方程式 4I = 0. 5 X Kp X (ffp/Lp) X (Vdd-Vtn) 2 ；when input = Vss .........方程式 5其中，Vss為工作電壓。由上述方程式可知，石英振蕩器電路200的跨導值Gm與放大器206的增益A有關， 且放大器206的增益A與反相器208中的晶體管210、212其寬長比具有一相乘的關系，因 此，本發(fā)明可通過設計較大的增益A值來增加跨導值Gm以確保起振，同時又不會增加整體的耗電量。換句話說，如果以先前技術的設計方式要得到較大的跨導值Gm確保起振，晶體管 110,112的寬長比需設計得相當的大，然而，當晶體管110、112的寬長比被設計為較大的情 況時，整體的耗電量將增加，且工作電壓Vdd、Vss的跳動噪聲也隨之增加。因此，本發(fā)明通 過設計一放大器206于反相器208的前級，預先地放大石英振蕩信號Si，如此一來，晶體管 210,212的寬長比可被設計的較小，整體的耗電量亦降低，且可得到較大的跨導值Gm以確 保電路起振。此外，為了得到更好的電源的使用率并顧及跨導值Gm，放大器206的耗電量與反 相器208的耗電量可被適當地設計。換句話說，放大器206的耗電量與反相器208的耗電 量是不同的。舉例來說，當放大器206的耗電量設計為反相器208的耗電量1/10 1/100 時，可得到較大的跨導值Gm及較低耗電量。但本發(fā)明并不以此為限。另外，依據本發(fā)明的一實施例，反相器208的輸入端與輸出端之間可設置一反饋 電阻Rf，使得石英振蕩器電路200更易于起振。反饋電阻Rfl的耦接方式請參考圖3。接著，請參考圖4與圖5，圖4顯示本發(fā)明石英振蕩器電路的一實施例。石英振蕩 器電路300包括接合墊202、接合墊204、一放大器306、一反相器208、反饋電阻Rf2以及 反饋電阻Rf3。本實施例與前述實施例的不同在于放大器306為一單端轉雙端放大器，其 詳細的電路結構如圖5所示。放大器306包含有NM0S晶體管308、314以及PMOS晶體管 310、312。其中，NMOS晶體管308的柵極接收石英振蕩信號Si，源極耦接至工作電壓Vss; PMOS晶體管310的漏極耦接至NMOS晶體管308的漏極，源極耦接至工作電壓Vdd ；PMOS晶 體管312的柵極耦接至PMOS晶體管310的柵極，源極耦接至該工作電壓Vdd ；NMOS晶體管 314的漏極耦接至PMOS晶體管312的漏極，源極耦接至工作電壓Vss ；其中，PMOS晶體管 310與PMOS晶體管312構成一電流鏡電路。在本實施例中，放大器306中的NMOS晶體管308先將石英振蕩信號Sl進行信號 的放大，再通過電流鏡負載將放大的信號S21、S22輸出至晶體管210、212的柵極。最后，由 晶體管210、212產升輸出振蕩信號S3至接合墊204，以形成一反饋系統(tǒng)。與前述實施例相 似，電路設計者可適當地設計NMOS晶體管308、314以及PMOS晶體管310、312的寬長比來 決定放大器306的增益A與其功率消耗，例如A可設計為20 100之間，功率消耗可設計 為小于反相器208的功率消耗，使得石英振蕩器電路300可具有高跨導值Gm并具有低耗電 的特性。此外，在本實施例中，反相器208的輸入與輸出端亦設置反饋電阻Rf2以及反饋電 阻Rf 3，使得石英振蕩器電路200更易于起振。另外，本發(fā)明的石英振蕩器電路可應用于各種產品中，例如有線網絡、無線網絡、 顯示器、電視...等，但本發(fā)明并不以此為限。本發(fā)明也可應用于其他相關的電子產品上。由上述說明可清楚的了解，本發(fā)明的石英振蕩器電路通過設置一放大器于反向器 的前端，該放大器提供了一增益A，使得石英振蕩器電路的跨導值Gm與該增益A相關。再者， 由于該放大器提供了一增益A，該增益A與反相器中的晶體管寬長比具有一相乘的關系，因 此，本發(fā)明可通過設計較大的增益A值來增加跨導值Gm以確保起振，同時又不會增加整體 的耗電量，以解決先前技術中所存在的問題。以上所述的實施例僅為說明本發(fā)明的最佳實施例原理及其功效，而非用以限制本 發(fā)明。因此，本領域技術人員可在不違背本發(fā)明的精神對上述實施例進行修改及變化，然皆不脫離所附權利要求書要求保護的范圍。
權利要求
1.一種振蕩器電路，通過一石英晶體來產生一輸出振蕩信號，該振蕩器電路包含 一第一接合墊與一第二接合墊，耦接至該石英晶體的二端；一放大器，耦接至該第一接合墊，用以放大該第一接合墊所接收的一石英振蕩信號，以 產生一放大信號；一反相器，耦接至該放大器，用以將該放大信號進行反相，以產生該輸出振蕩信號；以及其中，該放大器具有一第一耗電量，該反相器具有一第二耗電量，該第一耗電量小于該 第二耗電量。
2.如權利要求1所述的石英振蕩器電路，其中，該第一放大器為一單端轉雙端放大器。
3.如權利要求1所述的石英振蕩器電路，其中，該放大器包含一第一晶體管，其柵極接收該石英振蕩信號，其源極耦接至一第一工作電壓； 一第二晶體管，其漏極耦接至該第一晶體管的漏極，其源極耦接至一第二工作電壓； 一第三晶體管，其柵極耦接至該第二晶體管的柵極，其源極耦接至該第二工作電壓；以及一第四晶體管，其漏極耦接至該第三晶體管的漏極，其源極耦接至該第一工作電壓； 其中，該第二晶體管與該第三晶體管構成一電流鏡電路。
4.如權利要求3所述的石英振蕩器電路，其中，該第一晶體管與該第四晶體管為NMOS 晶體管；以及該第二晶體管與該第三晶體管為PMOS晶體管。
5.如權利要求3所述的石英振蕩器電路，其中，該第二晶體管的柵極被做為該放大器 的一第一輸出端，并輸出一第一放大信號至該反相器；以及該第四晶體管的柵極被做為該 放大器的一第二輸出端，并輸出一第二放大信號至該反相器。
6.如權利要求5所述的石英振蕩器電路，其中，該反相器包含一第五晶體管，其柵極接收該第一放大信號，其源極耦接至該第二工作電壓，其漏極輸 出該輸出振蕩信號；以及一第六晶體管，其柵極接收該第二放大信號，其源極耦接至該第一工作電壓，其漏極輸 出該輸出振蕩信號；其中，該第五晶體管為PMOS晶體管；以及該第六晶體管為NMOS晶體管。
7.如權利要求1所述的石英振蕩器電路，其中，該反相器包含一反饋電阻，該反饋電阻 耦接至該反相器的一輸入端與該反相器的一輸出端之間。
8.如權利要求1所述的石英振蕩器電路，其中，該放大器具有一放大倍率，該放大倍率 介于20 100之間。
9.如權利要求1所述的石英振蕩器電路，其中，該第一耗電量為1/10的第二耗電量。
10.如權利要求1所述的石英振蕩器電路，其中，該第一耗電量為1/100的第二耗電量。
全文摘要
一種石英振蕩器電路。該石英振蕩器電路通過適當地設計放大器的增益值，來達到高跨導值(transconductance)及低功耗的效能。該石英振蕩器電路含一第一接合墊，耦接至一石英晶體的一第一端，用以接收該石英晶體所輸出的一石英振蕩信號；一放大器，耦接至該第一接合墊，用以放大該石英振蕩信號，以產生一放大信號；一反相器，耦接至該放大器，用以將該放大信號進行反相，以產生該輸出振蕩信號；以及一第二接合墊，耦接至該石英晶體的一第二端，用以輸出一輸出振蕩信號至該石英晶體。
文檔編號H03B5/36GK101997484SQ200910166718
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權日2009年8月14日
發(fā)明者李朝政 申請人:瑞昱半導體股份有限公司