Oscillateurs De Référence Ibar À Compensation De Température

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INFONA - portail de communication scientifique Oscillateurs de référence IBAR à compensation de température Ce travail présente un oscillateur micromécanique de référence IBAR à compensation de température avec une dérive de température de 39ppm sur 100 C. La compensation de température est fournie par un schéma de correction VP parabolique et offre une amélioration de 10X par rapport à Résultats précédemment rapportés. Les résonateurs 6MHz, 10MHz et 20MHz ont été caractérisés par un accord 2000 de 4500 ppm et un Q par un maximum de 119000. Des impédances de mouvement jusqu'à 218 ont été extraites des données de mesure avec V P 18V. L'interface IC pour compensation de température et oscillation ne consomme que 1,9 mW. Les mesures montrent également que la compensation de température d'un résonateur de 10 MHz avec des intervalles de 65 nm est possible avec moins de 5V. Identifiers Modifier la taille de la police Vous pouvez ajuster la taille de la police en appuyant sur une combinaison de touches: CONTROL augmenter la taille de la police CONTROL ndash diminuer la police Naviguer la page sans souris Vous pouvez modifier les éléments actifs sur la page (boutons et liens) Clés: TAB aller à l'élément suivant SHIFT TAB aller à l'élément précédent Financé par le Centre national pour la recherche et le développement sous la subvention n ° SPI17706510 par le programme stratégique de recherche scientifique et de développement expérimental SYNAT - Système interdisciplinaire de recherche scientifique et scientifique-technique Les oscillateurs à circuit intégré possèdent des résonateurs microélectromécaniques à l'aide d'une annulation d'impédance parasite. Inventeurs: Farrokh Ayazi Seyed Hossein Miri Lavasani Agents: MYERS BIGEL SIBLEY SAJOVEC Cessionnaires: Origine: Un oscillateur à circuit intégré comprend un résonateur microélectromécanique (MEM) ayant des bornes d'entrée et de sortie. La présente invention concerne un oscillateur à circuit intégré comprenant un résonateur microélectromécanique (MEM) ayant des bornes d'entrée et de sortie. L'invention concerne un circuit de maintien d'oscillation. Le circuit de maintien d'oscillation est couplé électriquement entre les bornes d'entrée et de sortie du résonateur microélectromécanique. Le circuit de maintien d'oscillation comprend un amplificateur de maintien et un circuit d'impédance négative couplé électriquement à l'amplificateur de maintien. Le circuit d'impédance négative est configuré pour augmenter une plage de réglage de l'oscillateur en annulant au moins partiellement une capacité de shunt parasite associée au résonateur microélectromécanique. L'invention porte sur un oscillateur comprenant: un résonateur microélectromécanique ayant un circuit d'entrée et un circuit de maintien d'oscillation délivré en sortie couplé électriquement à l'entrée et à la sortie dudit résonateur microélectromécanique, ledit circuit de maintien d'oscillation comprenant un amplificateur de maintien et un circuit d'impédance négative couplé électriquement audit amplificateur de maintien . 2. L'oscillateur selon la revendication 1, dans lequel ledit circuit d'impédance négative est configuré pour augmenter une plage de réglage de l'oscillateur en annulant au moins partiellement une capacité parasite parasite associée audit résonateur microélectromécanique. 3. L'oscillateur de la revendication 2, dans lequel l'amplificateur de maintien comprend un amplificateur de transimpédance. 4. L'oscillateur de la revendication 1, dans lequel le circuit d'impédance négative comprend un condensateur de charge et un convertisseur d'impédance négative et dans lequel l'amplificateur de maintien comprend un condensateur d'accord ayant une première borne connectée électriquement à une première borne du condensateur de charge. 5. L'oscillateur selon la revendication 4, dans lequel l'amplificateur de maintien comprend un amplificateur de transimpédance ayant une entrée connectée électriquement à une seconde borne du condensateur d'accord. 6. Un oscillateur, comprenant: un résonateur microélectromécaniqueun circuit de maintien d'oscillation couplé électriquement audit résonateur microélectromécanique, ledit circuit de maintien d'oscillation comprenant un circuit d'impédance négative couplé électriquement audit résonateur microélectromécanique. 7. L'oscillateur selon la revendication 6, dans lequel le circuit d'impédance négative comprend un convertisseur d'impédance négative et un condensateur de charge et dans lequel le convertisseur d'impédance négative comprend un diviseur de tension et un premier transistor ayant une première borne de transport de courant connectée électriquement à un noeud intermédiaire du diviseur de tension. 8. L'oscillateur selon la revendication 7, dans lequel le convertisseur d'impédance négative comprend en outre un deuxième transistor ayant une borne de grille connectée au noeud intermédiaire. 9. Oscillateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deuxième transistor comporte une première borne de transport de courant reliée électriquement à une électrode du condensateur de charge. 10. L'oscillateur de la revendication 9, dans lequel le deuxième transistor a une seconde borne de transport de courant connectée électriquement à une borne dudit résonateur microélectromécanique. 11. L'oscillateur selon la revendication 7, dans lequel le diviseur de tension comprend une pluralité de résistances et dans lequel le convertisseur d'impédance négative est configuré de sorte qu'une capacité d'entrée de celui-ci est supérieure à une amplitude du condensateur de charge d'une quantité déterminée au moins en partie sur des valeurs De la pluralité de résistances. 12. L'oscillateur selon la revendication 11, dans lequel le diviseur de tension comprend une pluralité de résistances et dans lequel le convertisseur d'impédance négative est configuré de sorte qu'une capacité d'entrée de celui-ci est supérieure à une amplitude du condensateur de charge d'une quantité proportionnelle à une résistance parallèle de deux De la pluralité de résistances. Un oscillateur, comprenant: un résonateur MEMs vibrant latéralementun circuit de maintien d'oscillation couplé électriquement audit résonateur MEMs excité latéralement, ledit circuit de maintien d'oscillation comprenant un premier circuit d'impédance négative couplé électriquement à une première borne dudit résonateur MEMs excité latéralement. 14. L'oscillateur de la revendication 13, dans lequel ledit circuit de maintien d'oscillation comprend en outre un second circuit d'impédance négative couplé électriquement à une seconde borne dudit résonateur MEMs excité latéralement. 15. L'oscillateur de la revendication 13, dans lequel le premier circuit d'impédance négative comprend un convertisseur d'impédance négative et un condensateur de charge et dans lequel le convertisseur d'impédance négative comprend un diviseur de tension et un premier transistor ayant une première borne de transport de courant connectée électriquement à un noeud intermédiaire de Le diviseur de tension. 16. L'oscillateur de la revendication 15, dans lequel le diviseur de tension comprend une pluralité de résistances et dans lequel le convertisseur d'impédance négative est configuré de sorte qu'une capacité d'entrée de celui-ci est supérieure à une amplitude du condensateur de charge d'une quantité déterminée au moins en partie sur des valeurs De la pluralité de résistances. 17. L'oscillateur selon la revendication 15, dans lequel le diviseur de tension comprend une pluralité de résistances et dans lequel le convertisseur d'impédance négative est configuré de sorte qu'une capacité d'entrée de celui-ci est supérieure à une amplitude du condensateur de charge d'une quantité proportionnelle à une résistance parallèle de deux De la pluralité de résistances. Description: RÉFÉRENCE À L'APPLICATION PRIORITAIRE 0001 Cette demande revendique la priorité à la demande provisoire américaine n °. 61185356, déposée le 9 juin 2009, dont la description est incorporée ici à titre de référence. La présente invention concerne des dispositifs à circuits intégrés et plus particulièrement des dispositifs micro-électromécaniques et des procédés de mise en oeuvre de ceux-ci. Les oscillateurs de fréquence de référence jouent un rôle important dans la performance des dispositifs et des systèmes de circuits intégrés modernes. Avec le développement de résonateurs microélectromécaniques à faible perte (par exemple, lt1 k), les concepteurs de circuits sont capables de développer des oscillateurs microélectromécaniques pour délivrer des signaux d'horloge à haute stabilité et faible gigue avec un facteur de forme plus petit et une puissance inférieure aux oscillateurs utilisant des cristaux de quartz. 0004 En dépit de leur stabilité à court et à long terme, les oscillateurs microélectromécaniques peuvent souffrir d'une précision de fréquence inférieure par rapport aux cristaux de quartz, tant en termes de stabilité de température et de tolérance de fabrication. Par exemple, le coefficient de fréquence de température relativement important (TCF) de nombreux oscillateurs microélectromécaniques peut provoquer une dérive de fréquence importante sur une plage de température commerciale. Ce niveau relativement élevé de dérive de fréquence peut rendre les résonateurs microélectromécaniques inacceptables pour de nombreuses applications, y compris celles nécessitant une précision de 50 ppm. Pour résoudre cette limitation potentielle associée aux résonateurs microélectromécaniques, des techniques de compensation de température ont été développées. Certaines de ces techniques de compensation de la température, qui comprennent la compensation électrique et la compensation du matériau, sont décrites dans les articles de K. Sundaresan et al. Intitulé Un oscillateur de référence à faible bruit de phase 100 MHz Silicon BAW, Procédures de la Conférence des circuits intégrés personnalisés, p. 841-844, Sep. 10-13 (2006) H. M. Lavasani et al. Intitulé Low Phase-Noise UHF Thin-Film Piezoélectrique sur substrat LBAR Oscillators, Proc. IEEE MEMS, pages 1012-1015, janvier (2008) G. Ho et al. Intitulée Oscillateurs de référence IBAR à compensation de température, Proc. IEEE-ASME MEMS 2006, pages 910-913, 22-26 janvier 2006 et H. M. Lavasani et al. Un oscillateur micromécanique de silicium capacitif à faible bruit de phase de 145 MHz, IEEE IEDM, pp. 675-678, décembre (2008). Les descriptions de ces articles sont incorporées ici à titre de référence. 0005 Comme on peut le voir dans ces articles, l'accord de fréquence dans des oscillateurs microélectromécaniques peut être obtenu en faisant varier la fréquence de résonance du résonateur microélectromécanique et / ou en introduisant un déphasage supplémentaire dans une boucle d'oscillation. L'accord continu de la fréquence de résonance peut être obtenu en modifiant les propriétés acoustiques de la structure résonante en changeant la rigidité électrique et / ou mécanique de la partie résonante de l'oscillateur. Malheureusement, les techniques de modification des propriétés acoustiques par réglage électrostatique et thermique nécessitent typiquement des tensions continues relativement importantes et une augmentation de la consommation d'énergie. L'absence de tension de polarisation rend également ces techniques peu pratiques pour les résonateurs nécessitant une transduction piézoélectrique. 0006 Des techniques pour fournir un déphasage supplémentaire dans la boucle d'oscillation comprennent typiquement l'utilisation de condensateurs variables réglables placés en parallèle (syntonisation en parallèle) ou en série (syntonisation en série) avec le résonateur. L'accord parallèle modifie habituellement la capacité de traversée pour provoquer ainsi un changement de l'anti-résonance de l'élément résonant. Le décalage de l'anti-résonance affecte indirectement la fréquence de résonance, mais la plage de réglage est principalement limitée à la différence entre la résonance (lorsque la traversée est complètement annulée) et la fréquence anti-résonance. 0007 En revanche, le réglage en série offre la possibilité d'une gamme d'accord théoriquement illimitée. Ainsi, comme illustré par la FIG. 1, dans un résonateur microélectromécanique vibrant latéralement, qui peut être modélisé comme un circuit de réservoir RLC série 18 avec des condensateurs de dérivation parasites 15a, 15b relativement grands (par exemple Cp 2 pF), l'accord en série peut impliquer la mise en série d'un réseau d'accord 10 Le résonateur comme le moyen le plus efficace de changer la fréquence de résonance. Ce réseau d'accord 10 est illustré comme comprenant un amplificateur de transimpédance 12 avec un gain accordable (fourni par RF et C TUNE) et un amplificateur de tension 14, qui peut entraîner un tampon hors circuit 16. Malheureusement, la présence des capacités de shunt parasites relativement grandes Peut réduire significativement la plage de réglage à un niveau inférieur à ce qui est nécessaire pour une compensation de température adéquate. RESUME DE L'INVENTION 0008 Les oscillateurs à circuits intégrés selon les modes de réalisation de la présente invention comprennent des résonateurs microélectromécaniques (MEM) dans ceux-ci avec une annulation d'impédance parasite. Selon certains de ces modes de réalisation de l'invention, un oscillateur comprend un résonateur microélectromécanique ayant des première et seconde bornes, telle qu'une borne d'entrée et une borne de sortie. L'invention concerne également un circuit de maintien d'oscillation. Le circuit de maintien d'oscillation est couplé électriquement entre les première et seconde bornes du résonateur microélectromécanique. Le circuit de maintien d'oscillation comprend un amplificateur de maintien et un circuit d'impédance négative couplé électriquement à l'amplificateur de maintien. Le circuit d'impédance négative est configuré pour augmenter une plage de réglage de l'oscillateur en annulant au moins partiellement une capacité de shunt parasite associée au résonateur microélectromécanique. 0009 Selon certains de ces modes de réalisation de l'invention, le circuit d'impédance négative comprend un condensateur de charge et un convertisseur d'impédance négative (NIC). De plus, l'amplificateur de maintien peut comprendre au moins un condensateur d'accord ayant une première borne connectée électriquement à une première borne du condensateur de charge dans le circuit d'impédance négative. L'amplificateur de maintien peut également comprendre un amplificateur à transimpédance ayant une entrée connectée électriquement à une seconde borne du au moins un condensateur d'accord. 0010 Selon des modes de réalisation supplémentaires de la présente invention, le convertisseur d'impédance négative comprend un diviseur de tension et un premier transistor ayant une première borne de transport de courant reliée électriquement à un noeud intermédiaire du diviseur de tension. Le convertisseur d'impédance négative comprend également un second transistor ayant une borne de grille connectée au noeud intermédiaire. Ce deuxième transistor comporte une première borne de transport de courant (par exemple une borne de drain) connectée électriquement à une électrode du condensateur de charge et une seconde borne de transport de courant (par exemple une borne de source) connectée électriquement à une borne du résonateur microélectromécanique. 0011 Selon encore d'autres modes de réalisation de l'invention, un oscillateur est muni d'un résonateur MEMs vibrant latéralement et d'un circuit de maintien d'oscillation couplé électriquement au résonateur MEMs excité latéralement. Le circuit de maintien d'oscillation comprend également un premier circuit d'impédance négative couplé électriquement à une première borne du résonateur MEMs excité latéralement. Un deuxième circuit d'impédance négative peut également être prévu, qui est couplé électriquement à une seconde borne du résonateur MEMs excité latéralement. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 0012 FIG. La figure 1 est un schéma électrique d'un oscillateur à circuit intégré comportant un résonateur microélectromécanique et un circuit de maintien d'oscillation dans celui-ci, selon l'art antérieur. 0013 FIG. La figure 2A est un schéma électrique d'un circuit d'impédance négative selon un mode de réalisation de la présente invention. 0014 FIG. La figure 2B est un schéma électrique d'un oscillateur à circuit intégré comportant un résonateur microélectromécanique, un circuit de maintien d'oscillation et un circuit de compensation de température, selon un mode de réalisation de la présente invention. 0015 FIG. La figure 3 est un graphe de fréquence de résonance en fonction de la tension d'accord (V TUNE) pour des oscillateurs microélectromécaniques configurés avec et sans annulation d'impédance parasite. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES 0016 La présente invention va maintenant être décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels des modes de réalisation préférés de l'invention sont représentés. Cependant, la présente invention peut être mise en oeuvre sous de nombreuses formes différentes et ne doit pas être interprétée comme étant limitée aux modes de réalisation exposés plus haut, ces modes de réalisation sont fournis pour que cette description soit complète et complète et transmettra complètement la portée de Invention à l'homme du métier. Des références numériques identiques se réfèrent à des éléments semblables. 0017 La terminologie utilisée ici est destinée uniquement à décrire des modes de réalisation particuliers et n'est pas destinée à limiter la présente invention. Tel qu'utilisé ici, les formes singulières a, a et the sont destinées à inclure également les formes plurielles, à moins que le contexte indique clairement autrement. On comprendra en outre que les termes comprenant, y compris, et leurs variantes, lorsqu'ils sont utilisés dans cette spécification, spécifient la présence de caractéristiques, d'étapes, d'opérations, d'éléments, et / ou de composants, mais n'empêchent pas la présence ou l'addition d'un Plus d'autres caractéristiques, étapes, opérations, éléments, composants et / ou groupes de ceux-ci. En revanche, le terme consistant, lorsqu'il est utilisé dans cette spécification, spécifie les caractéristiques, les étapes, les opérations, les éléments et / ou les composants indiqués, et exclut des fonctionnalités, des étapes, des opérations, des éléments et / ou des composants supplémentaires. 0018 Sauf indication contraire, tous les termes (y compris les termes techniques et scientifiques) utilisés ici ont la même signification que celle couramment comprise par l'homme du métier auquel appartient la présente invention. On comprendra en outre que des termes tels que ceux définis dans des dictionnaires couramment utilisés doivent être interprétés comme ayant une signification qui est en accord avec leur signification dans le contexte de l'art pertinent et ne seront pas interprétés dans un sens idéalisé ou excessivement formel sauf si Expressément définis dans le présent document. 0019 FIGS. Les figures 2A à 2B illustrent un circuit d'impédance négative 100 selon un mode de réalisation de la présente invention. Ce circuit d'impédance négative 100 comprend une capacité de charge C L et un convertisseur d'impédance négative (NIC) à un seul port, qui comprend des transistors NMOS M n1-M n3. PMOS transistor M p1 et résistances R 1 - R 3. Connecté comme illustré. Les résistances R 2 à R 3 agissent comme un diviseur de tension qui génère une tension de polarisation à une borne de grille du transistor NMOS M n-1. Qui est équivalent à V DD (R 2 (R 2 R 3)) où V DD est une tension d'alimentation ayant une amplitude d'environ 1,8 Volts. Ce diviseur de tension fournit également un chemin de courant pour la borne de drain de M n2. Les bornes de grille des transistors NMOS M n2-M n3 répondent à un premier signal de polarisation (V BN) et la borne de grille du transistor PMOS M p1 répond à un second signal de polarisation (V BP). Les premier et second signaux de polarisation peuvent avoir des amplitudes équivalentes à 0,9 volts. En dimensionnant les transistors NMOS M n1 et M n2 de manière appropriée de sorte que g m - N1g m - N2g m. La capacitance à l'entrée du circuit d'impédance négative 100 peut être calculée comme suit: où g m est la transconductance des transistors M n1 et M n2. Ainsi, par dimensionnement approprié du réseau de résistances comprenant des résistances R 1 à R 3. La capacité d'entrée C in du circuit d'impédance négative 100 peut être adaptée à la capacité parasite parasite 15a à une entrée d'un résonateur microélectromécanique (MEM), tel qu'un résonateur MEMs excité latéralement. Cette adaptation permet de minimiser la dérive de fréquence de l'oscillateur sur une plage de température commerciale en annulant au moins une partie substantielle de la capacité parasite parasite 15a. 0020 En se référant maintenant à l'oscillateur 200 accordé et à compensation de température de la Fig. 2B. Le circuit d'impédance négative 100 est couplé à une entrée d'un réseau d'accord 10 qui est illustré comme comprenant un amplificateur de transimpédance 12 avec un gain accordable (fourni par RF C TUNE et une tension d'accord V TUNE) et un amplificateur de tension 14 qui peut Entraînent un tampon hors circuit 16. En incluant le circuit d'impédance négative 100, on peut obtenir des performances d'accord améliorées. Cette amélioration est illustrée par la FIG. 3, qui est un graphe de fréquence de résonance en fonction de la tension d'accord (V TUNE) pour un oscillateur microélectromécanique configuré avec et sans annulation d'impédance parasite en utilisant le circuit d'impédance négative décrit ici. Bien que cela ne soit pas représenté sur la Fig. 2B. Un second circuit d'impédance négative peut également être prévu pour annuler la capacité de dérivation parasite 15b à une sortie du résonateur MEMs qui est modélisée en tant que circuit de réservoir RLC en série 18. Cette addition du second circuit d'impédance négative fonctionne pour améliorer encore la plage d'accord Du résonateur MEM, mais aux dépens d'une atténuation de signal plus élevée, ce qui force une consommation d'énergie plus élevée et une plage dynamique réduite. 0021 FIG. La figure 2B illustre en outre un circuit de compensation de température 110 qui peut être utilisé pour compenser davantage la dérive de température du résonateur. Ce circuit de compensation de température 110 comprend un générateur de tension de PTAT 120 et un générateur de tension de bande interdite 122 qui fournissent des entrées à un amplificateur 118 qui entraîne un convertisseur tension-courant 116. Un générateur de racine carrée 114 et un amplificateur 112 sont également fournis dans Pour générer une tension de syntonisation V TUNE en réponse à une sortie du convertisseur 116. Ces et d'autres aspects du circuit de compensation de température 110 sont plus complètement décrits dans l'article précité de G. Ho et al. Intitulée Oscillateurs de référence IBAR à compensation de température, Proc. IEEE-ASME MEMS 2006, pages 910-913, 22-26 janvier 2006. D'autres aspects encore des générateurs de tension de PTAT et de bande interdite sont décrits dans la demande de brevet des Etats - N ° 12112933, déposée le 30 avril 2008 et le Ser. 12494 935, déposée le 30 juin 2009, dont les descriptions sont incorporées ici à titre de référence. 0022 Dans les dessins et la description, on a décrit des modes de réalisation préférés typiques de l'invention et, bien que des termes spécifiques soient employés, ils sont utilisés dans un sens générique et descriptif seulement et non à des fins de limitation, la portée de l'invention étant énoncée Dans les revendications suivantes.