UN OSCILADOR Y UN CIRCUITO INTEGRADO.

Este invento se refiere a un circuito oscilador de cristal equilibrado que comprende un elemento piezoeléctrico, un primer subcircuito oscilador que incorpora un transistor, y un segundo subcircuito oscilador que incorpora un transistor, en el que cada uno de los transistores tiene tipos diferentes de terminales del transistor, y en el que los subcircuitos osciladores están configurados con al menos tres conexiones. Un circuito oscilador de cristal equilibrado puede emplearse en diversos circuitos electrónicos. No obstante, un campo de aplicación especial es dentro de equipos de comunicaciones especialmente equipos de telecomunicaciones en los que las referencias de frecuencia son generadas o sintetizadas como señales periódicas para moduladores, desmoduladores, convertidores elevadores y reductores de frecuencia, para circuitos temporizadores etc... Típicamente, las señales periódicas son señales de ondas cuadradas. Las señales periódicas tienen una frecuencia fundamental y son generadas por un denominado sintetizador de frecuencias, el cual proporciona la frecuencia fundamental de las señales periódicas tal como una multiplicidad de la frecuencia fundamental de una señal de referencia. Con el fin de cumplir los requerimientos relativos a la estabilidad de frecuencia o la precisión de temporización, expuestos en una norma a la que se pretende que se acomode el equipo, un oscilador de cristal es requerido normalmente para proporcionar una señal de referencia suficientemente estable o precisa. El equipo de comunicación implica el procesamiento de señales dentro de diferentes gamas de frecuencia, operando los equipos dispuestos para procesar señales relacionadas con la modulación de una señal portadora de RF dentro de las gamas de frecuencia más altas y estando típicamente indicadas las etapas de RF. Los circuitos dispuestos para procesar las señales relacionadas con la señal que ha de ser comunicada en la señal portadora operan dentro de gamas de frecuencia más bajas y están indicadas las etapas de banda de base o conjunto de circuitos de banda de base. Las etapas de RF intervienen principalmente en el procesamiento de señales en relativamente alta potencia y en relativamente altas frecuencias; por lo tanto existen fuentes de ruido fuerte como una consecuencia inevitable de las etapas de RF. El conjunto de circuitos de banda de base implica típicamente señales de frecuencia más baja a niveles de potencia más bajos, aunque el procesamiento de señales en este conjunto de circuitos es realizado típicamente como un procesamiento de señales digitales y por lo tanto implica una fuerte conmutación digital. El conjunto de circuitos de banda de base es por lo tanto una importante fuente de ruido. Para equipos de comunicaciones que proporcionan por ejemplo comunicación inalámbrica en Frecuencia de Radio (RF) un denominado sintetizador de frecuencias está provisto de la señal de referencia procedente de un oscilador de cristal que funciona típicamente a 10-40 MHz. Para equipos de comunicaciones relativamente complejos y compactos tales como teléfonos celulares, dispositivos de comunicación Bluetooth ® etc... incluso se hacen deseables niveles de integración más ajustados a fin de integrar los diversos circuitos de un dispositivo de comunicaciones en un único circuito integrado. Tal circuito integrado es típicamente del tipo de semiconductores, en el que se ha dispuesto un microcircuito de semiconductores (un sustrato de silicio) sobre un sustrato cerámico (o una denominada platina de base de metal) en un paquete con terminales para obtener el contacto eléctrico con una Placa de Circuitos Impresos (PCB). El contacto eléctrico entre el sustrato de silicio y el sustrato cerámico se consigue por medio de cables de unión. De igual modo, el contacto eléctrico entre el sustrato cerámico y los terminales del paquete también se consiguen mediante unión. Como consecuencia de la anterior integración deseada de los circuitos y de las propiedades individuales de los circuitos con respecto a la generación y emisión de ruido, el circuito oscilador está situado en un entorno muy ruidoso. Por lo tanto, el oscilador es propicio a captar interferencias del sustrato de silicio del circuito integrado. Adicionalmente, como los componentes resonadores del circuito oscilador a menudo están situados fuera del circuito integrado (es decir, fuera del paquete del circuito integrado), el oscilador también es propicio a captar interferencias por medio de los cables de unión y los terminales. Es cierto que el cristal es muy estable y en alguna medida es capaz de suprimir la interferencia, pero como los requerimientos son muy estrictos, la reducción de la sensibilidad a las interferencias es un trabajo que ocupa a los diseñadores de circuitos. Para un terminal de celular GSM/GPRS, sólo un pequeño desplazamiento de frecuencia de 0,1 ppm es el máximo aceptable, por ejemplo en una situación en la que un componente típico tal como cuando un Oscilador con Voltaje Controlado VCO se conecta y desconecta o cambia de frecuencia. Sin embargo, la principal causa de desplazamientos de frecuencia no deseados o de errores de frecuencia se debe a un desplazamiento en el punto operativo (debido a las caídas de voltaje en CC provocadas por interferencias en los cables de suministro normales o debido a la rectificación de las señales de interferencia que provocan desplazamientos en CC en la corriente o en el voltaje y/o debido a las señales de interferencia que entran en el circuito oscilador de cristal) en donde los componentes están modulados (relacionados con cambios en el dispositivo 2   gm o capacidades de entrada). En alguna medida se puede utilizar el blindaje en el microcircuito, pero los cables de unión y las pistas metálicas están ambos expuestos a campos magnéticos. Una estructura equilibrada, en contraposición a una estructura de un único extremo, ayuda, pero incluso son también perjudiciales los componentes de interferencia en modo común (es decir, las exposiciones que afectan a ambas de un par de señales equilibradas). Generalmente, se debería observar que un oscilador de cristal proporciona una frecuencia del oscilador muy estable a pesar de las variaciones en el nivel del voltaje de suministro y en las características de carga y por tanto es un tipo de oscilador muy robusto. Un oscilador bien conocido es el denominado oscilador Pierce con una única celda de ganancia CMOS propuesta por Eric Vittoz (Circuitos osciladores de cristal de alto rendimiento: Teoría y aplicaciones, IEEE Journal of Solid State Circuits, páginas 774-783, Junio 1988). Debido a consideraciones de consumo de corriente muchos osciladores de cristal de baja frecuencia usan típicamente una única celda de ganancia CMOS como ha propuesto Vittoz. Tal oscilador se muestra en la Figura 1. Esta celda de ganancia usa señales de un único extremo y, como consecuencia, el punto de masa del oscilador es un problema grave en los microcircuitos digitales grandes. Esta falta de punto de masa suficiente puede dar como resultado la inyección de ruido e interferencias en el núcleo del oscilador. De igual modo, el sustrato del circuito integrado no se conectará directamente al punto de masa del resonador, por lo que también se proporciona un camino de interferencia al circuito. Sin embargo, a pesar de las aparentes desventajas, es un oscilador popular ya que puede ser puesto en práctica con un único circuito inversor CMOS. Existen alternativas para el oscilador de la base invertida CMOS anterior. El oscilador Pierce puede también tener como base un Transistor de Conexión Bipolar (BJT) acoplado en un acoplamiento del colector común. Los menos favorecidos osciladores de cristal de un único extremo con Transistores de Conexión Bipolar (BJT) tienen como base un emisor común o acoplamientos de la base común. Los anteriores osciladores de un único extremo adolecen todos de no ser suficientemente robustos con respecto a las interferencias del sustrato. El documento SU 1.771.058 expone un oscilador diferencial con un convertidor de impedancia negativa (NIC) formado por dos transistores y dos resistencias acopladas entre el extremo de suministro de voltaje y el terminal del colector de los dos transistores, respectivamente. El terminal de la base de uno de los transistores está conectado al terminal del colector del otro transistor, y viceversa. Un cristal está acoplado entre los terminales del emisor de los dos transistores. El NIC presenta una resistencia negativa a través del cristal, que no amortigua el circuito cuando está correctamente dimensionado, de forma que oscilará cerca de la frecuencia de resonancia del cristal. Debido a la operación diferencial es posible suprimir parte de la interferencia provocada en el cable de unión, por ejemplo la interferencia en forma de frecuencias espurias de RF provocadas.... [Seguir leyendo]

1. Un circuito oscilador de cristal equilibrado que comprende: un elemento piezoeléctrico (207; 215; 222, 221; 313); un primer subcircuito oscilador (202; 210; 218; 302) que incorpora un transistor (204; 212; 220; 304); y un segundo subcircuito oscilador (201; 209; 217; 301) que incorpora un transistor (203; 211; 219; 303); en el que cada uno de los transistores tiene tipos diferentes de terminales del transistor C, B, E; D, G, S; y en el que los subcircuitos osciladores están configurados con al menos tres interconexiones, comprendiendo cada interconexión un par de tipos iguales de terminales del transistor; en el que una primera de dichas interconexiones constituye una conexión a una referencia de punto de masa (gnd; Vcc); una segunda de dichas interconexiones es a través de un primer elemento resonador (207; 215; 223; 313); una tercera de dichas interconexiones es a través de un segundo elemento resonador (208; 216; 224; 314); estando dichos circuitos primero y segundo dispuestos para interactuar por medio de dichos elementos resonadores primero y segundo para formar una señal de oscilación equilibrada; CARACTERIZADO PORQUE el circuito oscilador está configurado con un circuito RC (Rf, Cf) que forma un polo de bucle de ganancia en la gama de frecuencias por encima de una frecuencia de oscilación principal de la señal de salida oscilante, en el que la resistencia (Rf) del circuito RC (Rf, Cf) está conectada entre una base del transistor (304) del primer subcircuito oscilador y la segunda interconexión, y en el que el elemento capacitivo del circuito RC (Rf, Cf) comprende una capacitancia de entrada del transistor (304) del primer subcircuito oscilador. 2. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento capacitivo del circuito RC (Rf, Cf) comprende además un condensador (Cf; 312), y en el que un terminal del condensador (Cf, 312) está conectado a dicha base del transistor (304) del primer subcircuito oscilador. 3. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la señal de salida equilibrada es proporcionada en una primera conexión del circuito (T1a; T2a; T3a; T4a; T5a; T6a; T7a; T8a) y en una segunda conexión del circuito (T1b; T2b; T3b; T4b; T5b; T6b; T7b; T8b) conectadas a un primer y segundo terminal, respectivamente, desde uno de los pares de igual tipo de los terminales del transistor, cuyos tipos de terminales iguales del transistor están interconectados por un elemento resonador (207; 208; 215; 216; 223; 224; 313; 314). 4. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque los transistores son del tipo de Transistor de Conexión Bipolar, BJT. 5. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la primera, segunda y tercera de dichas interconexiones consta de un par de terminales de tipo colector, de terminales de tipo de base, y de terminales de tipo de emisor, respectivamente, que de este modo configuran el circuito oscilador equilibrado con un acoplamiento del transistor del colector común. 6. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la primera, segunda y tercera de dichas interconexiones consta de un par de terminales de tipo de base, de terminales de tipo de colector, y de terminales de tipo de emisor, respectivamente; que de este modo configuran un circuito oscilador equilibrado con un acoplamiento del transistor de la base común. 7. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque el primer elemento resonador está constituido por un elemento piezoeléctrico (207; 215; 313) y el segundo elemento resonador (208; 216; 314) está constituido por un condensador. 8. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la primera, segunda y tercera de dichas interconexiones constan de un par de terminales de tipo emisor, de terminales de tipo de colector, y de terminales de tipo de base, respectivamente; que de este modo configuran un circuito oscilador equilibrado con un acoplamiento dual de transistores del emisor común. 9. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque al menos uno de los transistores está o están provistos de una corriente de polarización por medio de una resistencia (Re) acoplada entre el emisor de un transistor y un voltaje de suministro. 10. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque al menos uno de los transistores está o están provistos de una corriente de polarización por medio de una fuente de corriente activa (403, 401, 402). 11. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 10, caracterizado porque los transistores están operados en clase C.   12. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque los transistores son del tipo de Semiconductor de Óxido de Metal, MOS. 13. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la primera, segunda y tercera de dichas interconexiones constan de un par de terminales de tipo de drenaje, de terminales de tipo de puerta, y de terminales de tipo de fuente, respectivamente, que de este modo configuran el circuito oscilador equilibrado con un acoplamiento dual del transistor de drenaje común. 14. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la primera, segunda y tercera de dichas interconexiones constan de un par de terminales de tipo de puerta, de terminales de tipo de drenaje, y de terminales de tipo de fuente, respectivamente, que de este modo configuran el circuito oscilador equilibrado con un acoplamiento dual del transistor de la puerta común. 15. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con las reivindicaciones 13 ó 14, caracterizado porque el primer elemento resonador está constituido por un elemento piezoeléctrico y el segundo elemento resonador está constituido por un condensador. 16. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el segundo terminal del condensador (Cf, 312) está conectado a una base del transistor (303) del segundo subcircuito oscilador. 17. Un circuito oscilador de cristal equilibrado de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito oscilador está configurado con un segundo circuito RC (Rf, Cf) que forma un polo de bucle de ganancia en la gama de frecuencias por encima de una frecuencia de oscilación principal de la señal de salida oscilante, en el que la resistencia (Rf) del segundo circuito RC (Rf, Cf) está conectada entre una base del transistor (303) del segundo subcircuito oscilador y la segunda interconexión, y en el que el elemento capacitivo del circuito RC (Rf, Cf) comprende una capacitancia de entrada del transistor (303) del segundo subcircuito oscilador, y en el que el elemento capacitivo del segundo circuito RC (Rf, Cf) comprende además un condensador (Cf, 309), y en el que un terminal del condensador (Cf, 309) está conectado a dicha base del transistor (303) del segundo subcircuito oscilador, y en el que un segundo terminal del condensador (Cf, 309) del segundo subcircuito oscilador está conectado con el segundo terminal del condensador (Cf, 312) del primer subcircuito oscilador a través de un punto de masa común (gnd). 18. Un circuito integrado (502) que comprende un circuito, el cual en combinación con los elementos resonadores constituye el oscilador expuesto en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, comprendiendo dicho circuito integrado unos terminales para la interconexión eléctrica con los elementos resonadores. 19. Un circuito integrado (502) que comprende un circuito, el cual en combinación con un elemento piezoeléctrico constituye el oscilador expuesto en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, comprendiendo dicho circuito integrado unos terminales para la interconexión eléctrica con el elemento piezoeléctrico. 20. Un teléfono móvil que comprende el oscilador expuesto en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18. 11   12   13   14