(57)【要約】【課題】本発明は、電圧制御発振器に関する。【解決手段】携帯電話および他の携帯装置のような電子デバイスにおいて周波数参照器として用いられる電圧制御発振器は、周波数のある出力信号を生成し、ダイ温度を有する装置であって、第１の温度を検出する第１の温度センサと、出力信号周波数を第１の温度の関数として制御するための較正情報を格納する不揮発性メモリと、出力信号を較正情報の関数として生成する半導体発振器とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数のある出力信号を生成し、ダイ温度を有する装置であって、
第１の温度を検出する第１の温度センサと、
前記出力信号の周波数を第１の温度の関数として制御するための較正情報を格納する不揮発性メモリと、
前記出力信号を前記較正情報の関数として生成する半導体発振器とを備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１の温度は、最初の温度から第２の温度への温度変化を表すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記出力信号周波数を外部の受動素子の関数として選択する選択入力を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記較正情報を生成する較正回路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記出力信号を受信し、位相固定信号を生成する位相ロックループ（ＰＬＬ）を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記出力信号周波数を動的に変化させる周波数制御装置を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
外部の温度を検出する第２の温度センサと、
前記ダイ温度を制御するヒーターと、
前記第１及び第２の温度センサに応答して前記ヒーターを制御するコントローラとを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
周波数のある出力信号を生成する能動シリコン発振器と、
前記半導体発振器の出力信号及び前記能動シリコン発振器の出力信号間の周波数エラーを決定する加算器と、
前記能動シリコン発振器の出力信号を周波数エラーの関数として制御するコントローラとを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記能動シリコン発振器は、供給電圧を有するリング発振器であり、
前記コントローラに応答して、周波数エラーが減少するように前記供給電圧を制御する調整器を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
周波数のある出力信号を生成する充電ポンプ発振器を更に備え、
前記充電ポンプ発振器と通信する半導体発振器は、前記充電ポンプ発振器の出力信号を調整することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記充電ポンプ発振器は、
前記充電ポンプ発振器の出力信号及び前記半導体発振器の出力信号間の位相エラーを決定する位相探知器と、
前記位相探知器と通信し、前記充電ポンプ発振器の出力信号を生成する電圧制御発振器とを備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記充電ポンプ発振器の出力信号及び水晶発振器エミュレータの出力信号のうちの１つを選択するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサと通信し、出力信号を生成する位相ロックループとを更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、能動半導体発振器の出力信号を前記第１の温度の関数として制御することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記調整器は、電圧と電流からなる群から選択される供給電圧の電気特徴を制御することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
出力周波数及びダイ温度を有する装置であって、
半導体ダイ上において、
ダイ温度を検出し、温度信号を生成する第１の温度センサと、
温度信号に応答してダイ温度を所定の動作温度に維持するヒーターと、
前記所定の動作温度を出力周波数と関連させる較正情報を格納する不揮発性メモリと、
前記出力周波数を較正情報の関数として生成する半導体発振器とを備えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
前記第１の温度は、最初の温度から第２の温度への温度変化を表すことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記出力周波数を外部の受動素子の関数として選択する選択入力を更に備えることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記ヒーターは、トランジスタ・ヒーターと電気抵抗ヒーターからなる群から選択されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置を含む絶縁パッケージを更に備えることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記較正情報を生成する較正回路を更に備えることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
周波数のある出力信号を生成する方法であって、
ダイ温度を有する半導体発振器を提供する段階と、
前記半導体発振器と関連した第１の温度を検出する段階と、
較正温度から第１の温度への温度変化を決定する段階と、
前記温度変化に基づいて周波数修正値を決定する段階と、
前記出力信号周波数を周波数修正値の関数として生成する段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記出力周波数をダイ温度の関数として制御するための較正情報を格納する段階を更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記較正情報は、周波数修正値を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記較正情報を生成する段階を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記較正情報を生成する段階は、ダイ温度を検出する段階を含み、
前記周波数修正値を決定する段階は、出力信号周波数を所定の周波数に調整することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記較正情報を生成する段階は、ダイ温度を制御する段階を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ダイ温度を制御する段階を更に含み、
前記ダイ温度を制御する段階は、半導体発振器を加熱する段階を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
外部の温度を検出する段階と、
前記ダイ温度を外部の温度より大きい温度に調整する段階とを更に含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
周波数を有する周期的な信号を生成する段階と、
周期的な信号を出力信号で調整する段階と、
半導体発振器を断続的にパワーダウンする段階とを更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記調整する段階は、
前記出力信号と周期的な信号間の周波数エラーを決定する段階と、
前記周波数エラーを減らすために前記周期的な信号の周波数を制御する段階とを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
供給電圧を有する能動シリコン発振器を提供して周期的な信号を生成する段階と、
周波数エラーが減少するように前記供給電圧の電気特徴を制御する段階とを更に含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
充電ポンプ発振器を提供して周期的な信号を生成する段階を更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記周期的な信号と前記出力信号間の位相エラーを決定する段階を更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記出力信号及び前記周期的な信号のうちの一つを選択する段階と、
前記出力信号及び前記周期的な信号のうち選択された一つの関数として位相固定信号を生成する段階とを更に含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記周期的な信号のための較正情報を提供する段階と、
半導体発振器がパワーダウンされるときに、第１の温度及び周期的な信号較正情報の関数として前記周期的な信号を制御する段階とを更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
前記供給電圧の電気特徴は、電圧と電流からなる群から選択されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
正確な周波数参照は、携帯電話及び他の携帯装置のような多くの種類の電子デバイスにおいて必要である。水晶発振器は、概してこれらの電子装置の正確な周波数参照を提供するのに用いる。しかし、水晶発振器は、大きいバルクサイズ、もろさ及び高いコストを含む固有のいくつかの不利な点を有する。又、水晶発振器のサイズ及びコストは共鳴周波数と関連し、よって周波数の増加及びサイズの減少の際、コスト及びもろさが急速に増加し得る。電子装置の寸法が減少し続けるに伴って、水晶発振器の使用は、サイズ、もろさ及びコスト限界により問題になる。
【０００３】
半導体発振器は、水晶発振器の不十分な代替であり、発振周波数の過度の変化、特に温度変化によって一般に正確な周波数参照としての用途に不適当である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、電圧制御発振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の実施形態においては、周波数のある出力信号を生成し、ダイ温度を有する装置を提供する。上記装置は、第１の温度を検出する第１の温度センサと、出力信号周波数を第１の温度の関数として制御するための較正情報を格納する不揮発性メモリと、出力信号を較正情報の関数として生成する半導体発振器とを備える。
【０００６】
本発明の一つ以上の実施形態は、添付の図面及び下記の説明により詳細に記載される。本発明の他の特徴、目的及び効果は、説明及び図面、並びに請求項から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、正確な周波数の出力信号１２を生成するための水晶発振器エミュレータ１０の態様を示す。水晶発振器エミュレータ１０は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）工程を含む任意の工程を使用して単一の半導体ダイ上に造られることができる。
【０００９】
水晶発振器エミュレータ１０は、出力信号１２を生成するために半導体発振器１４を含み得る。ＬＣ発振器、ＲＣ発振器及びリング発振器を含む任意の種類の半導体発振器を使用し得る。半導体発振器１２は、出力信号の周波数を変化させるために制御入力１６を備える。制御入力１６は、リング発振器の供給電圧のような出力信号周波数の制御変化をもたらす任意の電気入力及びＬＣ発振器のバラクタへの電圧入力でもあってもよい。
【００１０】
不揮発性メモリ１８は、出力信号周波数を温度の関数として制御するための較正情報２０を含む。任意の種類の不揮発性メモリは、連想記憶装置（ＣＡＭ）を採用することもできる。較正情報２０は、出力信号周波数を制御するために半導体発振器１４の制御入力１６に適用される補正係数を含み得る。較正情報２０は、絶対温度の関数であるのと同様に較正温度から動作温度までの温度変化の関数であってもよい。
【００１１】
温度センサ２２は、半導体ダイの温度を感知し得る。温度センサは、半導体発振器１４の近くで半導体ダイに位置するのが望ましい。任意の種類の温度センサ２２は、サーミスタ及び赤外線検出器を含み得る。温度センサ２２は、基準温度又は現在温度から温度の変化を測定するように構成されることができる。
【００１２】
図２は、較正情報２０を不揮発性メモリ１８に格納する記憶方式３０を示す。記憶方式３０は、ＣＡＭ、インデックス・スキーム、ルックアップ・テーブル及びハッシュ・テーブルを含むデータベースの任意の形態であり得る。
【００１３】
図３は、水晶発振器エミュレータ１０において一定の出力信号周波数を維持するための温度対補正係数値の典型的なグラフ３２の一例を示す。曲線を構成するデータは、装置レベル・テスト及びバッチモード・テストを含む任意の方法で得ることができる。
【００１４】
典型的な装置レベル・テストにおいては、温度変化と共に一定の出力周波数を維持するために半導体発振器に適用される補正係数を決定するように各装置の試験を含み得る。１つのスキームにおいて、半導体発振器の制御入力に対する基準値は、所定周波数に対して、及び最低動作温度等の該デバイスの半導体ダイの所定温度で決定される。基準値は、他の装置の特性の測定から直接又は補間法により判断され得る。基準値は、各々の考え得る出力周波数についても判断され得る。また、各々の潜在的な出力周波数についての基準値は、公知の回路関係を用いて所定の周波数について基準値から外挿法によって得ることができる。各々の考え得る出力周波数についての基準値は、単一の基準値から基準値を計算するために絶対値として又は比率、周波数係数として格納されることができる。
【００１５】
半導体ダイの温度は、離散的なステップにより最も低い動作温度から最大動作温度に増加される。離散的なステップの数は、テスト・コストを減らすために約６つの温度に限られるのが望ましいが、任意の数の離散的なステップも使われ得る。オンチップ・ヒーターを半導体ダイの加熱に用いるのが望ましいが、半導体ダイの温度を変化させる任意の手段も使用され得る。各々の離散的なステップにおいて、一定の周波数の出力を維持するための半導体ダイ温度及び補正係数が測定されることができる。
【００１６】
補正係数は、制御入力向けの補整値とか補正値とかを得るために基準値に適用される比率であることが望ましい。較正係数は、１のような任意の基準値からも変動し得る。出力信号を多数の所定周波数のうちの任意の一つに維持するために半導体発振器に適用される単一の補正係数が、各々の温度ステップについて計算されるのが好ましい。例えば、１．２１８の補正係数が４５℃の温度変化に対応するように決定される場合、半導体発振器の制御入力は、補正係数に比例して制御入力を変えることにより、補正係数の関数として調整され得る。あるいは、補正係数は、制御入力が調整される調整値を生成するように所望の出力周波数に対応する基準値に適用され得る。あるいは、補正係数は、各温度ステップにおいていくつかの出力周波数各々に対応するように測定されることができる。
【００１７】
較正情報２０を得る水晶発振器エミュレータ１０のバッチモード・テストは、半導体ダイのバッチについての測定の数を減らすことによって都合よくコストを減少させ得る。バッチモード・テストにおいて、半導体ダイの同じバッチからの水晶発振器エミュレータ１０のサブセットについてのテスト結果は、バッチの装置の全てについて使われ得る。試験される水晶発振器エミュレータのサブセットは、１から装置の総量の任意の一部まで変動し得る。例えば、単一の水晶発振器エミュレータ１０が試験され、その結果としてのバッチ較正情報は、バッチ内の装置の各々に格納され得る。尚、各々の水晶発振器エミュレータ１０は、基準温度における出力周波数のような較正情報のサブセットについて試験され得る。装置に特有の較正情報のサブセットが、各装置に格納されているバッチ較正情報を修正するのに用いることができる。
【００１８】
図４は、水晶発振器エミュレータ４０の他の態様を示す。水晶発振器エミュレータ４０は、水晶発振器エミュレータ４０が一つ以上のヒーター５４、コントローラ５６及び選択入力５８を単独で又は組合せで含み得ることを除いて、４０―５２の参照番号を付された対応する要素の機能が水晶発振器１０と類似している。
【００１９】
ヒーター５４は、部分加熱源を提供するために半導体発振器４４の近くで半導体ダイに位置され得る。トランジスタ・ヒーター及び電気抵抗ヒーターを含む任意の種類のヒーター５４を使用し得る。ヒーター５４は、半導体ダイの温度を制御するために温度センサ４２からの入力に応答して動作され得る。ヒーター５４は、補正係数が確定している温度レベルのうちの１つに対応するレベルに半導体ダイ温度を増加させ得る。又、高い熱インピーダンスを有するパッケージが、水晶発振器エミュレータ４０を囲むことができる。
【００２０】
１つの場合において、ヒーター５４は、半導体ダイ温度を最大動作温度に上昇させ得る。ここで、装置又はバッチレベル試験の際、最大動作温度に対応する補正係数のみが決定されなければならないであろう。これにより、コストを減少させる。
【００２１】
ヒーター５４は、半導体ダイ温度を、補正係数が決定されたいくつかの所定温度レベルのうちの１つに上げるように制御されることもできる。第２の温度センサは、周囲温度又は装置温度のような外部の温度を感知し得る。温度変化の際、補正係数から計算される推定値を使用して連続的に制御入力を変える間、ヒーター５４は、半導体ダイ温度を所定温度レベルの最も近いものに上昇させることができる。
【００２２】
コントローラ５６は、例えば、多数の温度センサに応答してヒーター５４を制御するか又は中間の温度に該当する制御入力用の値を得るため較正情報５０を操作することによって追加の機能を加え得る。コントローラ５６は、プロセッサ、論理回路及びソフトウェア・モジュールを含む任意の種類の要素あってもよい。
【００２３】
選択入力５８は、出力周波数の範囲内から特定の出力周波数を選ぶために使われ得る。出力周波数は、選択入力に接続している外部部品のインピーダンスの関数として選ばれ得る。外部部品は、出力周波数を選ぶ半導体発振器の一部として直接使用されてもよいし、又は所定の出力周波数に対応する所定範囲内のインピーダンス値を選択する等、間接的に使われてもよい。外部部品は、任意の部品であってもよいが、好ましくはレジスタ又はコンデンサのような受動素子である。
【００２４】
図５は、例えば、２つの外部のインピーダンス１０６及び１０８に接続される２つの選択ピン１０２及び１０４を備える水晶発振器エミュレータ１００の態様を示す。一つ以上のピンが、外部の部品とのインタフェースに使われ得る。水晶発振器エミュレータ１００は、選択ピン１０２及び１０４に接続している外部部品から情報を調べるか又は引き出す。派生情報は、エミュレータ特徴の選択されたレベルに該当する３つ以上の所定のレベル範囲を有することができる。例えば、外部レジスタに接続している単一のピンは、１６の出力周波数レベルうちの任意の一つを選ぶのに利用され得る。外部レジスタの抵抗は、所定の１６標準値のうちの１つから選ばれるのが好ましい。抵抗の１６値の各々は、１６出力周波数レベルのうちの１つに該当する。尚、低い精密度の受動素子は、コスト及び在庫を減らすために外部部品として使われるのが好ましい。各々の外部部品は、所定の特性レベルの選択に各々該当する倍数であるＮの所定名目上の値を有することができる。１つのピンが使われる場合、Ｎの異なる特性レベルが選ばれ得る。２つのピンが使われる場合、Ｎ*Ｎの異なる特性レベルが選ばれることができ、選択ピンの数の増加に対応する。例えば選ばれ得る装置特徴の種類には、出力周波数、周波数許容範囲及び基準補正係数がある。例えば、水晶発振器エミュレータ１００は、一群の１６所定値から選ばれる名目上の値を有することができる外部レジスタに接続される単一の選択ピン１０２を備え得る。１６所定値の各々は、１ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの１６の所定出力周波数レベルのうちの１つに該当する測定値範囲を有する。
【００２５】
外部のインピーダンス１０６及び１０８は、好ましくは、レジスタ、コンデンサ、又はレジスタとコンデンサの組合せであり、主にインダクタンス、抵抗、静電容量、又はその組合せを含む任意の部品であり得る。外部のインピーダンス１０６及び１０８は、Ｖｄｄ及び接地のようなエネルギー源又はピン１０２及び１０４に対する適切な参照から直接又は間接的に接続され得る。例えば、外部のインピーダンス１０６は、レジスタ／トランジスタ・ネットワークによってＶｄｄに、そして、コンデンサ・ネットワークによって選択ピン１０２に接続されることができる。
【００２６】
水晶発振器エミュレータ１００は、選択ピンに接続されたインピーダンスの測定値に対応する所定の選択値を決定し得る。インピーダンスは、装置及び在庫コストを減らすために１０％の許容範囲（例えば、４７０、５６０、６８０、…）を有するレジスタに対応する名目抵抗値のような標準値を有するように選ばれるのが好ましい。測定の許容範囲及び外部のインピーダンスの許容範囲を説明するため、インピーダンス値の範囲は、単一の選択値に対応し得る。選択値は、好ましくはデジタル値であるが、アナログの値であってもよい。例えば、２４００オームから３０００オームまでの測定抵抗の値は、２に対応するデジタル値と連関され得る。３００１オームから４７００オームまでの測定抵抗の値は、３に対応するデジタル値と連関される。測定抵抗は、外部のインピーダンス及び内蔵測定回路の許容範囲により変動を含む。各々の選択ピンで測定されたインピーダンスは、対応するデジタル値を決定するのに用いる。デジタル値の範囲は、３以上のデジタル値を含み、好ましくは選択ピンにつき１０から１６のデジタル値であり得る。各選択ピンに対応するデジタル値は、メモリ・アドレスを表現するのと関連して使われ得る。例えば、１０デジタル値のうちの１つにマップされるインピーダンス値を各々インタフェースする３つの選択ピンを備える装置は、１０００メモリ・アドレス又はルックアップテーブルを表現し得る。メモリ・アドレスに対応する記憶場所の内容は、装置の出力又は内部特性用の値を設定するのに用いる。典型的な他の装置は、２つの選択ピンを含むことができ、その各々は、１０の値の範囲内のデジタル値にマップされる外部のインピーダンスをインタフェースするように構成される。組合せのデジタル値は、各々水晶発振器エミュレータ１００の特徴をセットするためのデータを含み得る１００メモリ・アドレス又はルックアップテーブルを表現することができる。
【００２７】
図６は、水晶発振器エミュレータ１２０の態様のブロック図を示す。水晶発振器エミュレータ１２０は、水晶発振器エミュレータ１２０の構成を選ぶのに使われる外部のインピーダンス１２４をインタフェースする選択ピン１２２を含む。外部のインピーダンス１２４は、機能及び範囲の点で外部のインピーダンス１１６及び１１８と同様である。
【００２８】
選択ピン１２２に接続された測定回路１２６は、外部のインピーダンス１２４の関数である電気特徴を測る。例えば、電流は、外部のインピーダンス、及び外部のインピーダンス１２４を横切って測定される電圧に供給され得る。また、電圧は外部のインピーダンス１２４を横切って判断され、それから電流が測定され得る。受動素子を測定するための任意の測定技術も、静的及び動的な技術を含む電気特徴を測るのに利用し得る。典型的な測定技術は、タイミング回路、アナログ−デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）及びデジタル−アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）を含む。測定回路は、高いダイナミックレンジを有するのが望ましい。測定回路１２６は、外部のインピーダンス１２４の値に対応する値を有する出力を生成し得る。出力は、デジタル又はアナログであってもよい。同じ出力値は、工程、温度及び電力を含む要因により外部のインピーダンス値の許容範囲、相互接続損失及び測定回路の許容範囲のような値変動を補償するように外部のインピーダンス値の範囲を表現するのが好ましい。例えば、２２乃至３２オーム範囲の測定された全ての外部のインピーダンス値は、「０１００」のデジタル出力値に相関し得る。一方、３２乃至５４オーム範囲の測定された外部のインピーダンス値は、「０１０１」のデジタル出力値に相関し得る。実際の外部のインピーダンス値は、値変動を説明するために測定された外部のインピーダンス値のサブセットである。例えば、上記のケースにおいて、実際の外部のインピーダンス値は、２４乃至３０オーム、及び３６乃至５０オームであり得る。各々のケースにおいて、安価な低精度のレジスタは、２７オーム及び４３オームのような値を範囲の中央値とするように選ばれ得る。このような方法で、安価な低精度の部品が、高精度出力の範囲で選択されるように利用し得る。選択値は、水晶発振器エミュレータ１２０の装置特性を制御する可変値として直接使われ得る。可変値は、選択値から間接的に決定されることもできる。
【００２９】
記憶回路１２７は、選択値の関数として選ばれ得る可変値を含み得る。記憶回路１２７は、連想記憶装置、静的及び動的メモリ、並びにルックアップテーブルを含む任意の記憶構造であってもよい。
【００３０】
測定回路１２６が外部のインピーダンス値と１対１の対応を有する出力値を生成するという場合、デジタル値決定器１２８は、出力値を、外部のインピーダンス値の範囲に対応する選択値にセットすることができる。
【００３１】
図７（ａ）は、インピーダンス値１５０及び関連選択値１５４のグループ間の関係を示す。インピーダンス値１５０のグループは、インピーダンス値１５０の各々のグループと関連する選択値１５４に変換されるデジタル出力値１５２のグループと１対１の対応を有することができる。最小インピーダンス値から最大インピーダンスまでのインピーダンス値は、名目インピーダンスを有する各々のグループとともに、３つ以上のグループに分離される。各々のグループの名目インピーダンス値は、名目インピーダンス値間に間隔を有するように選ばれ得る。ここで、インピーダンス値のグループの名目値である２７オーム及び４３オームは、１６オームの間隔を有する。インピーダンス値のグループ間の間隔は、等比数列に基づくのが望ましいが、任意の数学的な関係も、対数関数、線形、及び指数関数のようなグループ間の間隔を設定するのに使用され得る。インピーダンス・グループ間の間隔は、名目値、平均値、中間値、開始値、及び終了値を含むグループの任意のインピーダンス値にも基づくことができる。グループのインピーダンス範囲及び間隔の選択に影響する要因には、外部のインピーダンスの許容範囲、内部電圧及び電流源の許容範囲、及び測定回路の許容範囲のようなさまざまな許容範囲があり得る。許容範囲は、例えば、工程、温度、及び電力変動によって生じることができる。
【００３２】
図７（ｂ）は、インピーダンス値１５６及び関連選択値１５８の範囲間の関係を示す。インピーダンス値１５６の範囲は、選択値１５８との直接的な対応性を有する。最小インピーダンス値から最大インピーダンスまでのインピーダンス値は、各グループが名目インピーダンスを有する、３つ以上のグループに分離される。各々のグループの名目インピーダンス値は、名目インピーダンス値間に間隔を有するように選ばれ得る。ここで、インピーダンス値のグループの名目値、２７オーム及び４３オームは、１６オームの間隔を有する。インピーダンス値１５６及び関連選択値１５８の範囲間のこのような直接的な対応は、例えば、非線形のアナログ−デジタル・コンバータ（図示せず）によって具現されることができる。
【００３３】
図６を参照すると、アドレス生成器１３０は、選択ピンに接続された外部のインピーダンスと関連するデジタル出力値に対応するメモリ位置を決定し得る。メモリ位置は、単一選択ピン用のリスト、２つの選択ピン用のルックアップテーブル、及び３つの選択ピン用の第３オーダテーブルのような方法でグループ化されることができる。
【００３４】
コントローラ１３２は、可変値の関数として水晶発振器エミュレータ１２０の装置特性をセットし得る。可変値は、測定回路によって直接生成され、選択値から間接的に決定され、そして選択ピンに接続された外部のインピーダンス値に対応するメモリ位置の内容から決定されることができる。
【００３５】
選択ピン１２２は、追加的な機能、即ちパワーダウン（ＰＤ）、パワーイネーブル、モード選択、リセット、及び同期操作を具現するのに使われ得る。この態様において、選択ピン１２４は、追加的な機能を具現するとともに、水晶発振器エミュレータ１２０を構成する多目的選択ピン１２２になる。
【００３６】
一つの態様において、多目的選択ピン１２２に接続されたインピーダンス値の第１の範囲は、水晶発振器エミュレータ１２０の構成に用いることができ、一方、追加的な機能の動作は、多目的選択ピン１２２に加える電圧又は電流、又はインピーダンス値の第１範囲外のインピーダンス値によって制御されることができる。
【００３７】
図８は、周期的な波形を有する出力を生成する発振器アセンブリ２００の一態様を示す。発振器アセンブリ２００は、位相ロックループ（ＰＬＬ）２０４を駆動するために水晶発振器エミュレータ２０２を備える。水晶発振器エミュレータ２０２は、機能及び構造の点で上記した水晶発振器エミュレータの態様と同様であり得る。発振器アセンブリ２００は、デジタルＰＬＬ及びアナログＰＬＬのようなＰＬＬ２０４の任意の種類も含むことができる。
【００３８】
多目的選択ピン２０６及び２０８は、デバイダファクターのようなＰＬＬ２０４向けの動作パラメータの選択に使われ得る。多目的選択ピン２０６及び２０８は、また、較正用の基準クロックの受信及び出力周波数選択のような水晶発振器エミュレータ２０２の制御及び動作にも使われ得る。外部レジスタ２１０及び２１２は、動作周波数を選ぶために多目的選択ピン２０６及び２０８に接続され得る。外部レジスタ２１０及び２１２の値の範囲は、異なる動作周波数の選択に対応する。各々の外部レジスタ２１０及び２１２は、１６の所定動作周波数のうちの１つを選ぶのに利用し得る。組合せによると、外部レジスタ２１０及び２１２は、２５６の動作周波数のうちから選択し得る。多数の機能を制御するために、各々の多目的選択ピン２０６及び２０８は、異なる電圧範囲内の信号を受信し得る。例えば、１つの多目的選択ピン２０６は、０乃至２ボルトの範囲の電圧が抵抗を決定するために発現され得る外部レジスタ２１０に接続することができ、多目的選択ピン２０６は、２乃至３ボルトの範囲において動作する基準クロック信号を受信し得る。デコーダ２１４は、多目的選択ピン２０６及び２０８上の信号を感知することができる。
【００３９】
図９は、可変の周波数を有する出力信号を生成する拡散スペクトル発振器３００を示す。拡散スペクトル発振器３００は、ＰＬＬ３０４に接続された水晶発振器エミュレータ３０２を備える。水晶発振器エミュレータ３０２に接続された周波数制御装置は、水晶発振器エミュレータ３０２の出力周波数を動的に制御し得る。周波数制御装置は、バラクタを含む任意の装置又は技術であってもよい。この装置は、半導体発振器のバイアス電流源を制御し、半導体発振器の共振コンデンサに印加される制御入力電圧を制御する。
【００４０】
図１０は、水晶発振器エミュレータの一態様の動作を示す。ブロック４００において、半導体発振器は、周期的な波形を有する出力信号を生成するように提供される。ブロック４０２においては、半導体発振器は、温度の所定範囲以上の一定の周波数を生成するように調整され得る。一つの態様においては、較正は、所定温度範囲以上に半導体ダイの温度を変化させること、及び一定の出力周波数を維持するための較正情報を測ることを含み得る。ダイ温度は、半導体発振器の近くで測定され得る。較正情報は、一定の出力周波数を維持するための制御入力値対ダイ温度を含み得る。較正情報は、半導体ダイ上の不揮発性メモリに格納され得る。ブロック４０４で、動作周波数は、外部部品をプローブすることによって決定され得る。ブロック４０６では、半導体発振器は、動作周波数を有する出力信号を生成する。ブロック４０８で、半導体ダイの温度は、半導体発振器の近くで決定される。ブロック４１０では、半導体ダイは、一つ以上の所定温度レベルまでダイ温度を制御するように加熱されるか又は冷却され得る。ブロック４１２で、制御入力は、温度変化によって生じる出力信号の動作周波数の変化を補償するためにダイ温度の関数として制御され得る。格納された較正情報は、制御入力を制御するのに利用し得る。較正情報は、格納された温度に対応するダイ温度用に直ぐ使われ得る。他のダイ温度のために、制御入力値は、格納された較正情報から推定され得る。ブロック４１４では、出力信号の周波数は、周波数制御信号の関数として動的に変動することができる。
【００４１】
図１１は、周期的な信号を生成する低電力発振器３２０の一態様を示す。低電力発振器３２０は、能動シリコン発振器３２４を調整する水晶発振器エミュレータ３２２を含む。水晶発振器エミュレータ３２２は、電力消費を減らすために通常オフの状態にある。所定間隔で、水晶発振器エミュレータ３２２は、能動シリコン発振器３２４を調整するためにパワーオンの状態に切り替えられる。能動シリコン発振器３２４は、水晶発振器エミュレータ３２２より少ない電力を消費し、それで、間欠的に水晶発振器エミュレータ３２２を動作するとともに、連続的に能動シリコン発振器３２４を動作させるのは、低電力発振器３２０の全体的な電力消費を減少させる。リング発振器及びＲＣ発振器を含む任意の種類の能動シリコン発振器も使われ得る。水晶発振器エミュレータ３２４は、本明細書に記載及び説明されたように、本発明の態様のいずれかに従って構成されることができる。
【００４２】
加算器３２６は、能動シリコン発振器出力及び水晶発振器エミュレータ出力間の周波数エラーを決定し得る。コントローラ３２８は、能動シリコン発振器３２４の振動数を制御するために、周波数エラーに基づいて、制御信号を生成し得る。コントローラ３２８は、水晶発振器エミュレータ３２２から温度情報を受信することもできる。温度情報は、半導体温度及び周囲温度のような温度を含み得る。コントローラ３２８は、水晶発振器エミュレータ３２２用の較正情報と同様の能動シリコン発振器３２４用の較正情報を含み得る。周波数エラーは、制御信号向けの初期値を設定するのに用いることができ、能動シリコン発振器較正情報と結合する温度情報は、水晶発振器エミュレータ３２２がパワーダウンされる間に制御信号を更新するのに利用し得る。一つの態様において、水晶発振器エミュレータ３２２の温度検出回路は、連続的な温度情報がコントローラ３２８に供給され得るように、連続的に電力を供給される状態であり得る。制御信号３３４は、デジタル又はアナログであり得る。制御信号がデジタルの場合、デジタル−アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）３３０が制御信号をアナログに変換することができる。
【００４３】
調節装置３３２は、制御信号３３４に応答して、動作周波数を調整する能動シリコン発振器３２４のための電力の供給を制御し得る。能動シリコン発振器３２４に対する電圧及び／又は電流の供給は制御され得る。例えば、調節装置３３２は、供給電圧の電圧レベルを制御することができる。
【００４４】
動作中に、能動シリコン発振器３２４は、通常周期的な出力信号を生成する状態にある。水晶発振器エミュレータ３２２は、通常オフ状態にある。オフ状態において、水晶発振器エミュレータ３２２の全て又は一部は、電力を節約するためにパワーオフされ得る。所定時間に、電力は、水晶発振器エミュレータ３２２に印加される。水晶発振器エミュレータ３２２の半導体発振器は、格納された較正情報によって調整される。水晶発振器エミュレータ３２２の出力信号の周波数は、能動シリコン発振器３２４の周波数エラーを決定するために能動シリコン発振器３２４の出力信号の周波数と比較される。制御信号３３４は、周波数エラーに応答して変化し、よって電圧調整器３３２からの供給電圧のシフトを起こし、能動シリコン発振器３２４の出力周波数の変化を起こし、周波数エラーを減少させる。
【００４５】
図１２は、周期的な信号を生成する低電力発振器３５０の他の態様を示す。低電力発振器３５０は、充電ポンプ発振器３５４と連結される水晶発振器エミュレータ３５２を備える。水晶発振器エミュレータ３５２は、電力消費を減らすために電力を切った状態にある。電力を切った状態において、水晶発振器エミュレータ３５２の全て又は一部は、パワーダウンされ得る。所定間隔で、水晶発振器エミュレータ３５２は、パワーオンして充電ポンプ発振器３５４を調整するのに使用され得る。所定間隔は、動作時間、半導体の温度変化、周囲温度変化、半導体の温度、及び供給電圧変化のような回路パラメータの関数として決定されることができる。
【００４６】
充電ポンプ発振器３５４は、充電ポンプ３５６、ループ・フィルタ３５８、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３６０、及び位相探知器３６２を含み得る。充電ポンプ発振器３５４は、位相探知器３６２の基準入力が水晶発振器エミュレータ３５２から基準クロック信号を受信するのを除外し、動作時従来の充電ポンプ発振器と同様である。
【００４７】
マルチプレクサ３６４は、水晶発振器エミュレータ３５２及び充電ポンプ発振器３５４から出力信号を受信する。出力信号のうちの１つが選択され、マルチプレクサ３７５を通過して位相ロックループ３６６にパスされる。位相ロックループ３６６は、水晶発振器エミュレータ３５２及び充電ポンプ発振器３５４から出力信号の関数として出力信号を生成する。
【００４８】
作動中に、充電ポンプ発振器３５４は、通常周期的な出力信号を生成する状態にある。水晶発振器エミュレータ３５２は、通常オフの状態にある。オフの状態において、水晶発振器エミュレータ３５２の全て又は一部は、電力消費を減らすためにパワーオフされ得る。所定時間に、電力は、水晶発振器エミュレータ３５２に印加される。水晶発振器エミュレータ３５２の半導体発振器は、格納された較正情報によって調整される。水晶発振器エミュレータ３５２の出力信号は、充電ポンプ発振器３２４の位相エラーを決定するために充電ポンプ発振器３５４の出力信号と比較される。ＶＣＯ３６０は、充電ポンプ発振器３５４の出力信号が水晶発振器エミュレータ３５２の出力信号に調整されるように、位相エラーを減らすように制御される。出力信号のうちの１つが、選択されて、ＰＬＬ３６６に供給されることができる。
【００４９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】水晶発振器エミュレータの態様を示すブロック図である。
【図２】温度及び補正係数との関係を示すテーブルである。
【図３】温度及び補正係数との関係を示すグラフである。
【図４】水晶発振器エミュレータの態様を示すブロック図である。
【図５】外部のインピーダンスに接続している水晶発振器エミュレータの態様の二次元の図面である。
【図６】外部のインピーダンスに接続している水晶発振器エミュレータの態様の詳細なブロック図である。
【図７】（ａ）と（ｂ）は、外部のインピーダンス値及びデジタル値との関係を示す図面である。
【図８】周期的な波形を有する出力を生成するための発振器アセンブリの態様のブロック図である。
【図９】拡散スペクトル発生器の態様のブロック図である。
【図１０】水晶発振器をエミュレートするための動作のフローチャートである。
【図１１】低電力発振器の態様のブロック図である。
【図１２】低電力発振器の他の態様のブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０，４０：水晶発振器エミュレータ
１４，４４：半導体発振器
１８，４８：不揮発性メモリ
２０，５０：較正情報
２２，４２：温度センサ
５４：ヒーター
５６：コントローラ
２００：発振器アセンブリ
２０２：水晶発振器エミュレータ
２０４：位相ロックループ（ＰＬＬ）
２０６，２０８：多目的選択ピン
２１０，２１２：外部レジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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