專利名稱：一種低功耗、快速啟動、高頻率晶體振蕩驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大規(guī)模模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的晶體振蕩電路，特別是一種低功耗、快速啟動、高頻率晶體振蕩驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
圖1是傳統(tǒng)常用的晶體振蕩器電路。隨著現(xiàn)在全球消費(fèi)電子需求的熱漲，各種手持設(shè)備的廣泛應(yīng)用，對低電壓低功耗的要求越來越嚴(yán)格，同時(shí)對產(chǎn)品性質(zhì)的要求越來越高。 無疑對時(shí)鐘產(chǎn)生部分的要求也隨之增加，需要一種低電壓、低功耗、快速啟動的晶體振蕩
ο然而，對某一種工藝來講，電壓越低、功耗越小，晶體振蕩的穩(wěn)定時(shí)間就越長。其次，由于通常反饋電阻是兆級的高阻，高阻值的方阻形成的面積也比較大。這就要求新的電路結(jié)構(gòu)和方法，能夠解決這個(gè)問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型專利所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，提供低功耗、快速啟動、高頻率晶體振蕩驅(qū)動電路。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種低功耗、快速啟動、高頻率晶體振蕩驅(qū)動電路，包括包括偏置電路、驅(qū)動放大器、比較器、輸出緩沖器，偏置電路產(chǎn)生的第一個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_l和驅(qū)動放大器的振蕩信號通過偏置電路的耦合電容耦合到第二個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_2分別與比較器CMP相連，比較器CMP的輸出端與輸出緩沖器BUF相連，最終輸出時(shí)鐘，其特征在于所述的偏置電路由三個(gè)直流電流源(II，12，13)、耦合電容、二個(gè)偏置NMOS晶體管(Ml，M4)、N+1個(gè)NMOS晶體對管M3和鏡像電流源PMOS晶體管M2組成，由N個(gè)NMOS晶體對管M3并聯(lián)形成的組合晶體管N_M3，N為不等于0的自然數(shù)，且M3與N_M3形成差分對輸入晶體管，二個(gè)偏置NMOS晶體管(Ml，M4)的柵極由一個(gè)偏置電壓Vbias_l控制，第一個(gè)偏置NMOS晶體管Ml的漏端與第一個(gè)電流源Il負(fù)端相連并同時(shí)也連接差分對輸入晶體管中一個(gè)NMOS管M3的柵極，Ml 源端接地，第一個(gè)電流源Il正端接電源，使M3的柵極電壓為一穩(wěn)定的第一個(gè)直流電壓點(diǎn) Vref_l ；同理，第二個(gè)偏置NMOS晶體管M4的源端接地，M4的漏端連接第二個(gè)電流源12的負(fù)端同時(shí)連接差分對輸入晶體管中另一個(gè)NMOS管N_M3的柵極，第二個(gè)電流源12的正端接電源；M3的源極與N_M3的源極連接同時(shí)再連接第三個(gè)電流源13的正端，第三個(gè)電流源13 負(fù)端接地，這樣M3管與N_M3管形成差分對輸入晶體管；M3的漏極連接M2的柵極和漏極， M2的源極接地，形成二極管連接，產(chǎn)生偏置電壓輸出到驅(qū)動放大器的第一 PMOS晶體管M5 的柵極做偏置電壓，且M3和M5形成鏡像電流源。驅(qū)動放大器由四個(gè)PMOS晶體管(M5、M6、 M7、M8)組成，第一 PMOS晶體管M5的源極連接電源，M5的漏端連接第二 PMOS晶體管M6的源端；M6的漏端接第三PMOS晶體管M7的漏端記為XTO端口，M6的柵極連接M7的柵極記為 XTI端口，M7的源極連接電源地，M6、M7的柵極連接偏置電路的耦合電容的一個(gè)極板，同時(shí)
3電容的另一個(gè)極板連接M4的漏端，使驅(qū)動運(yùn)算放大器的振蕩信號能耦合到第二個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_2 ；另一個(gè)偏置電壓Vbias_2控制第四PMOS晶體管M8的柵端，使其工作在亞閾值區(qū)，M8的源端連接ΧΤΙ，M8的漏端連接ΧΤ0，最終形成反饋電阻。第一個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_l和第二個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_2通過比較器CMP，輸出緩沖器BUF最終形成輸出時(shí)鐘。本實(shí)用新型偏置電路中，一個(gè)偏置電壓Vbias_l提供第一個(gè)偏置NMOS晶體管Ml 柵電壓，Ml漏極連接電流源Il形成第一個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_l ；同理Vbias_l提供第二個(gè)偏置NMOS晶體管M4柵電壓，M4的漏極連接電流源12形成第二個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_2。差分輸入對NMOS晶體管M3、N個(gè)M3并聯(lián)形成的組合晶體管N_M3共同構(gòu)成輸入對管。由于第三個(gè)直流電流源13的作用，在電路工作初始時(shí)間內(nèi)，由于Vref_2的初始工作點(diǎn)建立過程比 Vref_l緩慢，會使第三個(gè)直流電流源13的電流大部分流過M3，導(dǎo)致鏡像電流源PMOS晶體管M2的柵漏電壓降低，最終增加了驅(qū)動放大器中第一 PMOS晶體管M5的漏極電流，加速電路穩(wěn)定速度，減少穩(wěn)定時(shí)間。當(dāng)電路穩(wěn)定工作時(shí)，N_M3中的漏極電流是M3中漏極電流的N 倍，會使M2的柵端電壓增加，同時(shí)也使M5的漏電流減小，最終使電路處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。本實(shí)用新型偏置電路根據(jù)初始工作點(diǎn)建立的狀態(tài)調(diào)整驅(qū)動放大器尾電流的大小， 使尾電流開始工作階段較大，然后慢慢減小達(dá)到穩(wěn)定，加快了晶體振蕩電路穩(wěn)定的過程，減少了穩(wěn)定時(shí)間。反饋電阻有工作于亞閾值區(qū)的晶體管構(gòu)成，減小了芯片面積。振蕩器的信號與參考信號通過比較器比較產(chǎn)生時(shí)鐘信號，在經(jīng)過緩沖器輸出形成需要的時(shí)鐘。

圖1是傳統(tǒng)常用的晶體振蕩器電路；圖2是本實(shí)用新型一種低功耗、快速啟動、高頻率晶體振蕩驅(qū)動電路具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明參照圖2，本實(shí)用新型包括包括偏置電路、驅(qū)動放大器、比較器、輸出緩沖器，偏置電路產(chǎn)生的第一個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_l和驅(qū)動放大器的振蕩信號通過偏置電路的耦合電容耦合到第二個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_2分別與比較器CMP相連，比較器CMP的輸出端與輸出緩沖器BUF相連，最終輸出時(shí)鐘，其特征在于所述的偏置電路由三個(gè)直流電流源(II，12，13)、 耦合電容、二個(gè)偏置NMOS晶體管(Ml，M4)、N+1個(gè)NMOS晶體對管M3和鏡像電流源PMOS晶體管M2組成，由N個(gè)NMOS晶體對管M3并聯(lián)形成的組合晶體管N_M3，N為不等于0的自然數(shù)，且M3與N_M3形成差分對輸入晶體管，二個(gè)偏置NMOS晶體管(Ml，M4)的柵極由一個(gè)偏置電壓Vbias_l控制，第一個(gè)偏置NMOS晶體管Ml的漏端與第一個(gè)電流源Il負(fù)端相連并同時(shí)也連接差分對輸入晶體管中一個(gè)NMOS管M3的柵極，Ml源端接地，第一個(gè)電流源Il正端接電源，使M3的柵極電壓為一穩(wěn)定的第一個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_l ；同理，第二個(gè)偏置NMOS晶體管M4的源端接地，M4的漏端連接第二個(gè)電流源12的負(fù)端同時(shí)連接差分對輸入晶體管中另一個(gè)NMOS管N_M3的柵極，第二個(gè)電流源12的正端接電源；M3的源極與N_M3的源極連接同時(shí)再連接第三個(gè)電流源13的正端，第三個(gè)電流源13負(fù)端接地，這樣M3管與N_M3管形成差分對輸入晶體管；M3的漏極連接M2的柵極和漏極，M2的源極接地，形成二極管連接，產(chǎn)生
4偏置電壓輸出到驅(qū)動放大器的第一 PMOS晶體管M5的柵極做偏置電壓，且M3和M5形成鏡像電流源。驅(qū)動放大器由四個(gè)PMOS晶體管(M5、M6、M7、M8)組成，第一 PMOS晶體管M5的源極連接電源，M5的漏端連接第二 PMOS晶體管M6的源端；M6的漏端接第三PMOS晶體管M7 的漏端記為XTO端口，M6的柵極連接M7的柵極記為XTI端口，M7的源極連接電源地，M6、 M7的柵極連接偏置電路的耦合電容的一個(gè)極板，同時(shí)電容的另一個(gè)極板連接M4的漏端，使驅(qū)動運(yùn)算放大器的振蕩信號能耦合到第二個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_2 ；另一個(gè)偏置電壓Vbias_2 控制第四PMOS晶體管M8的柵端，使其工作在亞閾值區(qū)，M8的源端連接XTI，M8的漏端連接 ΧΤ0，最終形成反饋電阻。第一個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_l和第二個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_2通過比較器CMP，輸出緩沖器BUF最終形成輸出時(shí)鐘。以下對本實(shí)用新型的工作原理做簡要敘述本實(shí)用新型偏置電路中，一個(gè)偏置電壓Vbias_l提供第一個(gè)偏置NMOS晶體管Ml 柵電壓，Ml漏極連接電流源Il形成第一個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_l ；同理Vbias_l提供第二個(gè)偏置NMOS晶體管M4柵電壓，M4的漏極連接電流源12形成第二個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_2。差分輸入對NMOS晶體管M3、N個(gè)M3并聯(lián)形成的組合晶體管N_M3共同構(gòu)成輸入對管。由于第三個(gè)直流電流源13的作用，在電路工作初始時(shí)間內(nèi)，由于Vref_2的初始工作點(diǎn)建立過程比 Vref_l緩慢，會使第三個(gè)直流電流源13的電流大部分流過M3，導(dǎo)致鏡像電流源PMOS晶體管M2的柵漏電壓降低，最終增加了驅(qū)動放大器中第一 PMOS晶體管M5的漏極電流，加速電路穩(wěn)定速度，減少穩(wěn)定時(shí)間。當(dāng)電路穩(wěn)定工作時(shí)，N_M3中的漏極電流是M3中漏極電流的N 倍，會使M2的柵端電壓增加，同時(shí)也使M5的漏電流減小，最終使電路處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。
權(quán)利要求1. 一種低功耗、快速啟動、高頻率晶體振蕩驅(qū)動電路，包括包括偏置電路、驅(qū)動放大器、 比較器、輸出緩沖器，偏置電路產(chǎn)生的第一個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_l和驅(qū)動放大器的振蕩信號通過偏置電路的耦合電容耦合到第二個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_2分別與比較器CMP相連，比較器 CMP的輸出端與輸出緩沖器BUF相連，最終輸出時(shí)鐘，其特征在于所述的偏置電路由三個(gè)直流電流源(II，12，13)、耦合電容、二個(gè)偏置NMOS晶體管(Ml，M4)、N+1個(gè)NMOS晶體對管 (M3)和鏡像電流源PMOS晶體管(M2)組成，由N個(gè)NMOS晶體對管(M3)并聯(lián)形成的組合晶體管(N_M3)，N為不等于0的自然數(shù)，且NMOS晶體對管(M3)與組合晶體管(N_M3)形成差分對輸入晶體管，二個(gè)偏置NMOS晶體管(M1，M4)的柵極由一個(gè)偏置電壓Vbias_l控制，第一個(gè)偏置NMOS晶體管(Ml)的漏端與第一個(gè)電流源(Il)負(fù)端相連并同時(shí)也連接差分對輸入晶體管中一個(gè)NMOS管(ΙΟ)的柵極，第一個(gè)偏置NMOS晶體管(Ml)源端接地，第一個(gè)電流源(Il)正端接電源，使差分對輸入晶體管中一個(gè)NMOS管(ΙΟ)的柵極電壓為一穩(wěn)定的第一個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_l ；同理，第二個(gè)偏置NMOS晶體管(M4)的源端接地，第二個(gè)偏置NMOS晶體管(M4)的漏端連接第二個(gè)電流源(1 的負(fù)端同時(shí)連接差分對輸入晶體管中另一個(gè)NMOS 管(Ν—ΙΟ)的柵極，第二個(gè)電流源(1 的正端接電源；差分對輸入晶體管中一個(gè)NMOS管 (M3)的源極與差分對輸入晶體管中另一個(gè)NMOS管(Ν—ΙΟ)的源極連接同時(shí)再連接第三個(gè)電流源(1 的正端，第三個(gè)電流源(1 負(fù)端接地；差分對輸入晶體管中一個(gè)NMOS管(M3) 的漏極連接鏡像電流源PMOS晶體管(IC)的柵極和漏極，鏡像電流源PMOS晶體管(M2)的源極接地，形成二極管連接，產(chǎn)生偏置電壓輸出到驅(qū)動放大器的第一PMOS晶體管(IK)的柵極做偏置電壓，且差分對輸入晶體管中一個(gè)NMOS管(ΙΟ)和驅(qū)動放大器的第一 PMOS晶體管 (M5)形成鏡像電流源。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種低功耗、快速啟動、高頻率晶體振蕩驅(qū)動電路，包括包括偏置電路、驅(qū)動放大器、比較器、輸出緩沖器，偏置電路產(chǎn)生的第一個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_1和驅(qū)動放大器的振蕩信號通過偏置電路的耦合電容耦合到第二個(gè)直流電壓點(diǎn)Vref_2分別與比較器CMP相連，比較器CMP的輸出端與輸出緩沖器BUF相連，最終輸出時(shí)鐘。本實(shí)用新型偏置電路根據(jù)初始工作點(diǎn)建立的狀態(tài)調(diào)整驅(qū)動放大器尾電流的大小，使尾電流開始工作階段較大，然后慢慢減小達(dá)到穩(wěn)定，加快了晶體振蕩電路穩(wěn)定的過程，減少了穩(wěn)定時(shí)間。反饋電阻有工作于亞閾值區(qū)的晶體管構(gòu)成，減小了芯片面積。振蕩器的信號與參考信號通過比較器比較產(chǎn)生時(shí)鐘信號，在經(jīng)過緩沖器輸出形成需要的時(shí)鐘。
文檔編號H03L3/00GK202077010SQ201120023050
公開日2011年12月14日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者寧駿, 廖紅偉, 張寧 申請人:武漢光華芯科技有限公司