使用基于mems的振蕩器的準(zhǔn)確頻率控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及產(chǎn)生振蕩信號，并且更具體地涉及供應(yīng)振蕩器信號以及與其相對于預(yù) 定頻率的準(zhǔn)確度有關(guān)的信息。
【背景技術(shù)】
[0002] 諸如無線電裝置、調(diào)諧器、微控制器單元（MCU)之類的現(xiàn)代電子系統(tǒng)通常包括能 夠在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的鎖相環(huán)（PLL)(或其他電路）。經(jīng)常向系統(tǒng)供應(yīng)頻率參考信號。 過去，向系統(tǒng)供應(yīng)的頻率參考信號具有通過精確制造晶體諧振器或者通過使用諸如PLL之 類的頻率轉(zhuǎn)換電路來電子校正頻率誤差所獲得的預(yù)定固定頻率。通過調(diào)節(jié)諧振器負(fù)載或者 調(diào)整頻率轉(zhuǎn)換比來解決與溫度變化相關(guān)聯(lián)的誤差，從而產(chǎn)生固定的頻率輸出。
[0003] 基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)的振蕩器正越來越多地用于產(chǎn)生參考信號。MEMS通常是 指并入了能夠移動的機(jī)械結(jié)構(gòu)在內(nèi)的裝置。MEMS諧振器可以在各種電子系統(tǒng)中替換傳統(tǒng)的 晶體（石英）諧振器作為頻率參考信號的源。MEMS諧振器具有很多優(yōu)點，例如，更小的尺 寸、與批量半導(dǎo)體工業(yè)制造工藝兼容的制造流程、以及更低的成本。利用基于MEMS的振蕩 器的一個缺點涉及頻率調(diào)諧。與可以通過切割來精確控制其頻率的石英諧振器不同，MEMS 諧振器頻率由于制造公差而具有固有的初始頻率不準(zhǔn)確性。此外，與可以通過在諧振器節(jié) 點上增加或減少電容來牽引（調(diào)整）其頻率的晶體振蕩器不同，非常難以牽引MEMS諧振器 頻率以抵消制造公差。分?jǐn)?shù)-N鎖相環(huán)（PLL)通常用于使用PLL的頻率轉(zhuǎn)換比將不準(zhǔn)確的 MEMS頻率校正為預(yù)定準(zhǔn)確的固定頻率。類似地，溫度穩(wěn)定的MEMS振蕩器需要針對溫度效應(yīng) 進(jìn)行頻率校正。
[0004] 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，其中，MEMS諧振器101與MEMS振蕩器保持電路102組 合以向頻率校正PLL 108提供MEMS振蕩器信號106。頻率校正PLL 108通常被實現(xiàn)為分 數(shù)-N PLL。頻率誤差校正電路112向PLL 108供應(yīng)誤差信息以允許PLL通過確保PLL 108 具有正確的頻率轉(zhuǎn)換比來針對MEMS諧振器的初始頻率偏移和溫度效應(yīng)進(jìn)行校正。頻率校 正PLL 108供應(yīng)準(zhǔn)確頻率參考信號116,該準(zhǔn)確頻率參考信號116具有對于接收系統(tǒng)130而 言已知的預(yù)定頻率。頻率參考信號116可以準(zhǔn)確到例如十億分之200或者適合于接收系統(tǒng) 的某個其他準(zhǔn)確度。接收系統(tǒng)利用頻率轉(zhuǎn)換PLL 132中的頻率參考信號116來產(chǎn)生由接收 系統(tǒng)的功能電路136使用的系統(tǒng)時鐘134。頻率轉(zhuǎn)換PLL132基于期望頻率信號138來轉(zhuǎn) 換頻率參考信號116。該期望頻率信號可以向頻率轉(zhuǎn)換PLL 132指示將參考頻率乘以例如 117. 6。因此，頻率轉(zhuǎn)換PLL 132也可以被實現(xiàn)為分?jǐn)?shù)-N PLL，以允許系統(tǒng)時鐘134與頻率 參考信號116之間的非整數(shù)比。
[0005] 然而，使用PLL結(jié)合MEMS振蕩器來產(chǎn)生頻率參考信號116存在多個缺點。具體地， PLL增加了復(fù)雜度、額外噪聲和功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在實施例中，一種裝置包括：微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)振蕩器，用于供應(yīng)MEMS振蕩器輸 出信號；以及頻率誤差確定電路，用于供應(yīng)與所述MEMS振蕩器輸出信號相關(guān)聯(lián)的頻率誤 差。
[0007] 在實施例中，一種方法包括：使用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)振蕩器來產(chǎn)生具有第一頻率 的振蕩器輸出信號。確定指示所述第一頻率與預(yù)定頻率之差的誤差信號。向接收系統(tǒng)供應(yīng) 所述振蕩器輸出信號和誤差信息?；谒稣`差信息和期望頻率信息在所述接收系統(tǒng)中確 定所述振蕩器輸出信號的頻率轉(zhuǎn)換比，以及基于所述振蕩器輸出信號和所述頻率轉(zhuǎn)換比在 頻率轉(zhuǎn)換電路中產(chǎn)生時鐘信號。向所述接收系統(tǒng)的功能電路供應(yīng)所述時鐘信號。
[0008] 在另一實施例中，一種集成電路包括：微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)振蕩器，用于供應(yīng)具有 第一頻率的振蕩器輸出信號。誤差確定電路提供指示所述第一頻率與預(yù)定頻率之差的誤差 信息。所述集成電路的一個或多個誤差輸出端子被耦合到所述誤差確定電路以提供誤差信 號。參考信號輸出端子被耦合以提供所述振蕩器輸出信號。
[0009] 在另一實施例中，一種裝置包括第一集成電路。所述第一集成電路包括：微機(jī)電系 統(tǒng)（MEMS)振蕩器，用于供應(yīng)具有第一頻率的振蕩器輸出信號；以及誤差確定電路，用于提 供指示所述第一頻率與預(yù)定頻率之差的誤差信號。所述集成電路的多個輸出端子被耦合到 所述誤差確定電路和所述MEMS振蕩器以提供所述誤差信號和所述振蕩器輸出信號。所述 裝置還包括第二集成電路，所述第二集成電路包括：多個輸入端子，用于接收所述誤差信號 和所述振蕩器輸出信號；以及頻率轉(zhuǎn)換電路，用于基于所述誤差信號和期望頻率指示將所 述振蕩器輸出信號轉(zhuǎn)換到不同的頻率。
【附圖說明】
[0010] 通過參照附圖，可以更好地理解本發(fā)明，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的 多個目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。
[0011] 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。
[0012] 圖2示出了使用MEMS振蕩器和頻率誤差確定電路來供應(yīng)頻率誤差信息以及MEMS 振蕩器信號的實施例。
[0013] 圖3A示出了使用Σ Δ (sigma delta)調(diào)制器來產(chǎn)生頻率誤差信息。
[0014] 圖3B示出了脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生頻率誤差信息的實施例。
[0015] 圖3C示出了產(chǎn)生提供頻率誤差信息的模擬信號的實施例。
[0016] 圖4示出了頻率轉(zhuǎn)換PLL的實施例。
[0017] 圖5示出了 MEMS振蕩器和頻率轉(zhuǎn)換PLL在相同的集成電路上的實施例。
[0018] 在不同的附圖中使用相同的附圖標(biāo)記指示相似或相同的項。
【具體實施方式】
[0019] 諸如無線電裝置、調(diào)諧器、微控制器單元（MCU)之類的現(xiàn)代電子系統(tǒng)通常包括能 夠在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的分?jǐn)?shù)-N PLL(或其他電路）。經(jīng)常向系統(tǒng)供應(yīng)頻率參考信號。需 要頻率參考信號的系統(tǒng)可以被并到提供了片上系統(tǒng)（SoC)實現(xiàn)的單個硅襯底上。不是具有 用于校正與MEMS諧振器相關(guān)聯(lián)的誤差的第一 PLL和為接收系統(tǒng)提供頻率轉(zhuǎn)換的第二PLL， 而是在一個實施例中，在接收系統(tǒng)（例如，SoC系統(tǒng)）中的單個PLL中執(zhí)行對MEMS振蕩器參 考信號的頻率轉(zhuǎn)換，該頻率轉(zhuǎn)換考慮到了 MEMS信號中的誤差。因此，在實施例中，與僅提供 振蕩器輸出信號（頻率參考信號）相反，MEMS振蕩器電路提供了兩種信號。根據(jù)實施例， 頻率參考產(chǎn)生電路提供MEMS振蕩器輸出信號，并且還供應(yīng)了以下信號：該信號提供與MEMS 振蕩器輸出信號相關(guān)聯(lián)的頻率誤差信息（包括溫度效應(yīng)）。
[0020] 圖2示出了具有MEMS振蕩器201的示例實施例。MEMS振蕩器201包括MEMS諧振 器203和用于保持MEMS諧振器的振蕩的振蕩器保持電路205。MEMS振蕩器201產(chǎn)生MEMS 振蕩器輸出信號207。由于制造公差，MEMS振蕩器信號輸出207通常與MEMS振蕩器被設(shè)計 用于的目標(biāo)頻率偏離1~2%。此外，MEMS振蕩器受到溫度的影響。因此，兩個誤差源包括 初始頻率偏移和由于溫度變化引起的頻率改變。
[0021] 因此，除了 MEMS振蕩器電路201之外，所示的實施例還包括產(chǎn)生誤差信息221的 MEMS誤差確定電路210。提供誤差信息221以及MEMS振蕩器輸出信號207,使得可以使用 誤差信號結(jié)合期望頻率信息在下游產(chǎn)生準(zhǔn)確的時鐘信號，該期望頻率信息指示系統(tǒng)時鐘信 號的期望頻率。所示的實施例中的MEMS誤差確定電路210包括非易失性存儲器（NVM) 215， 該NVM 215可以用于存儲相對于目標(biāo)頻率的1~2%的頻率偏移?？梢酝ㄟ^設(shè)備的制造校 準(zhǔn)來確定初始頻率偏移。
[0022] MEMS振蕩器還可能受到溫度的影響。因此，溫度傳感器217可以提供感測溫度， 該感測溫度被提供給頻率誤差計算電路219。還可以在制造測試期間確定與振蕩器輸出信 號的頻率相關(guān)的溫度效應(yīng)。板載加熱器或溫控器（oven)可以用于以不同的溫度來操作設(shè) 備并且確定不同的溫度如何影響振蕩器輸出信號207的頻率?？梢杂酶鞣N方式使用溫度信 息。在一個實施例中，頻率誤差計算電路219基于感測溫度來提供針對NVM 215中的查找表 格的索引。所選的表格條目提供了與感測溫度相關(guān)聯(lián)的頻率誤差?？梢詫⒃撜`差作為關(guān)于 例如在特定的預(yù)定溫度所確定的初始頻率偏移的百分比改變或者絕對頻率改變存儲在NVM 215中，或者可以以適合于識別誤差的任何方式存儲該誤差。在實施例中，溫度補(bǔ)償被實現(xiàn) 為表示溫度曲線的等式，并且與特定溫度相關(guān)聯(lián)的一個或多個變量可以存儲在存儲器中并 且用于確定特定溫度所需的補(bǔ)償。因此，可以針對頻率誤差對溫度來使用該等式（例如，五 階補(bǔ)償曲線）以基于溫度來確定頻率補(bǔ)償。在這種實施例中，頻率誤差計算邏輯219使用 補(bǔ)償曲線來確定頻率誤差，并且向使用頻率參考信號的系統(tǒng)提供該頻率誤差。
[0023] 頻率誤差計算電路219可以在獨立硬件中被實現(xiàn)為例如編程微控制器或者可以 與編程微控制器和其他硬件結(jié)合實現(xiàn)。可以通過頻率誤差計算電路219來合并初始頻率 偏移和溫度誤差，以按百分比、絕對頻率或任何適當(dāng)?shù)姆绞絹碇甘鞠鄬τ谀繕?biāo)頻率的偏移， 并且提供該偏移作為誤差指示221。例如，MEMS振蕩器的初始頻率誤差可以比目標(biāo)頻率慢 ΙΟΚΗζ。在當(dāng)前感測的溫度上的誤差可以使MEMS振蕩器再慢5KHz運行?？梢蕴峁?5KHz 的合并誤差作為絕對頻率誤差信息。備選地，誤差信息可以指示為了達(dá)到目標(biāo)頻率而要求 當(dāng)前振蕩器輸出信號頻率的相對百分比增加或減小。對于一些應(yīng)用，該相對百分比可以具 有非常精細(xì)的粒度，例如，十億分比（ppb)。
[0024] MEMS振蕩器201和誤差確定電路210可以被放置在單個集成電路200上。集成電 路200可以包括輸出端子225和227,通過該輸出端子225和227向接收設(shè)備230提供振蕩 器輸出信號207和頻率誤差信息221。
[0025] 在實施例中，將誤差信息221作為數(shù)字值來提供。