經驗上,在量測石英晶體振盪電路時,我們常遇到不起振或是要用電表棒碰一 下 IC 腳,才起振的窘境,在這個時候通常只要把振盪電路的電流加大些(事實上是增加 負電阻),則此石英晶體振盪電路就表現得很正常了。不過在 IC 的設計上,我們都希望 儘量節省電路面積及消耗電流。所以很明顯的,我們期望設計一個性能正常,且電路面 積及消耗電流都儘量小的最佳振盪電路。
我們將此電流選擇機制繪製如下,以方便說明:著上顏色的方塊是有別於傳統電路 之處,也就是我們推薦的電路設計方法。
(圖 3.2.3-1) 推薦的石英晶體振盪器方塊及控制圖
從上圖中我們可以看到,石英晶體振盪電路的偏壓電流,可透過 3-Wire 來做選擇,
分別是:200uA、300uA、400uA 及 500uA 等 4 種。有了這 4 種電流供選擇之後,則此電 路更能適應不同的製程變化及各種不同的石英晶體參數了。換句話說,有了此偏壓電流 選擇機制,則 RF IC 設計者更能高枕無憂。
有數種的石英晶體振盪器電路可供我們來做為設計電路的參考,如反向器式振盪器 [18]、Colpitts oscillator[18]及 Hartley oscillator[18]等。在此我們仍依我們購買的 Sige Semiconductor 公司出品的 RF IC-SE4100 所採用的考畢子振盪器電路,來做為設計的參 考電路。
下圖(圖 3.2.3-2)是我們採用的考畢子振盪器電路而設計成的石英晶體振盪器電路。
(圖 3.2.3-2) 推薦的石英晶體振盪器電路圖
電路運作簡單說明:NM6 是主放大器,它提供足夠的增益以利震盪的產生。I56 電 路方塊是一個電流選擇電路,它使得電流鏡有 4 個定額電流可用(40uA、60uA、80uA 及 100uA),連接到 PM0,PM12 是一組 1:5 的電流鏡它們提供主放大器定額的偏壓電流,
所以最後可分別供應振盪器 200uA、300uA、400uA 及 500uA 等 4 種電流。I56 內部的電 路討論如下頁。I79 為一限制放大器它使得輸出的波形為極似方波(CLOCK),此(CLOCK)
即為整個 RF IC 之標準時脈,它亦當成第二次降頻之本地振盪器。
石英晶體與附帶零件,例如並聯電阻與雙電接地電容皆採外掛方式。而 Crystal 是接 在 NM62 的源極與汲極兩端[108][18] 。
當然為了適應不同的製程變化及各種不同的石英晶體參數,我們設計了---電流選擇 機制(圖 3.2.3-2,I56),其電流的操作方式如電路圖所示的邏輯狀態之對應。
(圖 3.2.3-3) 推薦的石英晶體振盪器電路圖---電流選擇機制
如上圖所示這個電流選擇電路可以提供 40uA、60uA、80uA 及 100uA 等 4 種電流供 主放大器使用。以改變主放大器的起振能力以便適應不同的製程變化及各種不同的石英 晶體參數,避免 IC 做好了卻無法起振的窘境。(雖然有時候我們經過詳細模擬精算,但 是有一句諺語說:人算不如天算。我們還是要留有預防萬一不起振的方法)