一種高精度環(huán)形振蕩器及其頻率校準(zhǔn)電路的制作方法
【專利摘要】一種高精度環(huán)形振蕩器及其頻率校準(zhǔn)電路。該高精度環(huán)形振蕩器包含帶隙基準(zhǔn)電路、基準(zhǔn)電流電路、電流調(diào)節(jié)電路、環(huán)形振蕩電路、輸出緩沖電路。頻率校準(zhǔn)電路包含分頻器、計數(shù)器、比較器、寄存器、非易失性存儲器。頻率校準(zhǔn)電路快速定位高精度環(huán)形振蕩器需要的調(diào)節(jié)電流并將該調(diào)整設(shè)置存儲于非易失性存儲器中。本實(shí)用新型通過高精度環(huán)形振蕩器與頻率校準(zhǔn)電路的配合，能夠補(bǔ)償溫度，電壓和工藝偏差對振蕩頻率的影響來達(dá)到振蕩頻率的高精度。通過高精度環(huán)形振蕩器與頻率校準(zhǔn)電路的配合，獲得高精度的振蕩頻率，同時避免了復(fù)雜的電路，減小了芯片的面積和功耗，模擬比較電路的非線性、誤差和噪聲，提高了頻率精度，節(jié)省了芯片的測試時間和成本。
【專利說明】一種高精度環(huán)形振蕩器及其頻率校準(zhǔn)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高精度環(huán)形振蕩器及其頻率校準(zhǔn)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字電路的工作需要時鐘。對精確時間的需求如通信需求等使得高精度的時鐘成為必需。多年來，使用鎖相環(huán)電路和參考外部晶振來產(chǎn)生高精度時鐘是許多電路的標(biāo)準(zhǔn)配置。然而鎖相環(huán)電路面積和功耗較大。同時，電路板上的參考外部晶振增加了電路系統(tǒng)的成本。為節(jié)省電路系統(tǒng)的成本和功耗，高精度環(huán)形振蕩器多年來一直是眾多電路設(shè)計人員的研究方向。
[0003]然而，環(huán)形振蕩器的基本原理是通過奇數(shù)個串聯(lián)的反相器產(chǎn)生振蕩信號。反相器的延時受電源電壓，溫度和工藝偏差的影響很大，導(dǎo)致環(huán)形振蕩器的頻率隨芯片工藝、電源電壓和溫度的漂移而有很大的偏差。
[0004]為了克服環(huán)形振蕩器的頻率隨芯片工藝、電源電壓和溫度的漂移而漂移。多年來，眾多電路設(shè)計人員通過很多方法來減輕環(huán)形振蕩器的頻率隨芯片工藝、電源電壓和溫度的漂移而漂移。然而，這些方法如專利“內(nèi)置振蕩電路”申請?zhí)?01210592614.4均是采用如圖1所示的環(huán)形振蕩器電路，該環(huán)形振蕩器電路包含電路連接的基準(zhǔn)電流電路101、電流比較器102、環(huán)形振蕩電路103和頻率電流轉(zhuǎn)化電路104，利用將環(huán)形振蕩電路的頻率轉(zhuǎn)換為電壓/電流信號后與基準(zhǔn)電壓/基準(zhǔn)電流比較，再用比較的結(jié)果來控制環(huán)形振蕩器的頻率。然而，頻率電壓/頻率電流轉(zhuǎn)換電路和電壓比較器/電流比較器需要額外的面積和功耗。更重要的是，頻率電壓/頻率電流轉(zhuǎn)換電路和電壓比較器/電流比較器都是模擬電路，其本身的非線性、誤差和噪聲都會對電路產(chǎn)生影響從而影響最終的頻率精度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型提供一種高精度環(huán)形振蕩器及其頻率校準(zhǔn)電路，通過高精度環(huán)形振蕩器與頻率校準(zhǔn)電路的配合，獲得高精度的振蕩頻率，同時避免了復(fù)雜的電路，減小了芯片的面積和功耗，模擬比較電路的非線性、誤差和噪聲，提高了頻率精度，節(jié)省了芯片的測試時間和成本。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種高精度環(huán)形振蕩器，該高精度環(huán)形振蕩器包含帶隙基準(zhǔn)電路、連接該帶隙基準(zhǔn)電路的基準(zhǔn)電流電路、連接該基準(zhǔn)電流電路的電流調(diào)節(jié)電路、連接該電流調(diào)節(jié)電路的環(huán)形振蕩電路、連接該環(huán)形振蕩電路的輸出緩沖電路；
[0007]帶隙基準(zhǔn)電路用于產(chǎn)生不受溫度和電源電壓影響的精準(zhǔn)電壓Vb，基準(zhǔn)電流電路使用帶隙基準(zhǔn)電路產(chǎn)生的精準(zhǔn)電壓Vb產(chǎn)生大小為I的精準(zhǔn)電流，電流調(diào)節(jié)電路使用基準(zhǔn)電流電路產(chǎn)生的精準(zhǔn)電流并根據(jù)來自頻率校準(zhǔn)電路的調(diào)整設(shè)置來產(chǎn)生調(diào)節(jié)電流輸出給環(huán)形振蕩電路，以調(diào)節(jié)環(huán)形振蕩電路的頻率，輸出緩沖電路包含差分轉(zhuǎn)單端電路和逐級增大的反相器串，差分轉(zhuǎn)單端電路將環(huán)形振蕩電路的差分輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出，逐級增大的反相器串將差分轉(zhuǎn)單端電路的單端輸出進(jìn)一步放大提高驅(qū)動能力來輸出整個高精度環(huán)形振蕩器輸出的時鐘信號。
[0008]所述的基準(zhǔn)電流電路包含運(yùn)算放大器、MOS晶體管MP和精準(zhǔn)電阻R，運(yùn)算放大器的反相輸入端接帶隙基準(zhǔn)電路產(chǎn)生的精準(zhǔn)電壓Vb，運(yùn)算放大器的輸出連接MOS晶體管MP的柵極，MOS晶體管MP的源極連接運(yùn)算放大器的同相輸入端和精準(zhǔn)電阻R的一端，精準(zhǔn)電阻R的另一端接地，MOS晶體管MP的漏極提供大小為I的精準(zhǔn)電流輸出。
[0009]所述的電流調(diào)節(jié)電路包含電路連接的第一 PMOS晶體管MPl，以及電流源電路和調(diào)節(jié)電流控制電路；所述的電流源電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)，所述的調(diào)節(jié)電流控制電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)；
[0010]基準(zhǔn)電流電路產(chǎn)生的電流大小為I的精準(zhǔn)電流Il的一端接地，另一端接第一PMOS晶體管MPl的柵極和漏極，第一 PMOS晶體管MPl的源極接電源VDD，第一 PMOS晶體管MPl的柵極還分別連接電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的柵極，為N個PMOS晶體管MP3, MP5,…，MP(2N+1)提供參考電壓，N個PMOS晶體管MP3, MP5,…，MP (2N+1)的源極均連接電源VDD, N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的漏極分別對應(yīng)連接調(diào)節(jié)電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的源極，即，PMOS晶體管MP2的源極接PMOS晶體管MP3的漏極，PMOS晶體管MP4的源極接PMOS晶體管MP5的漏極，…，PMOS晶體管MP (2N)的源極接PMOS晶體管MP (2N+1)的漏極，N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP(2N)的柵極分別連接N個控制信號K1，K2，…，KN，這N個控制信號K1，K2，…，KN來自頻率校準(zhǔn)電路，N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的漏極連接在一起提供調(diào)節(jié)電流；電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的尺寸均與第一 PMOS晶體管MPl相同，電流源電路中MP3，MP5，…，MP (2N+1)共N個晶體管作為N個電流源，均能提供與第一 PMOS晶體管MPl提供的一樣的大小為I的電流，調(diào)節(jié)電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)為相應(yīng)的電流源電路中的N個電流源提供導(dǎo)通控制，隨著N個控制信號Kl，K2，…，KN所控制的導(dǎo)通的電流源數(shù)目的線性增加，輸出的調(diào)節(jié)電流也線性增加。
[0011]N為2的指數(shù)，即，N=2m小和111由調(diào)節(jié)電流的大小和所要求的精度決定:設(shè)N=I，m=0時調(diào)節(jié)電流的大小為I，此時有無調(diào)節(jié)電流即電流調(diào)節(jié)電路的開關(guān)Kl導(dǎo)通與否對環(huán)形振蕩電路頻率的影響為X%，若對高精度環(huán)形振蕩器輸出頻率的精度要求為Y%，如果X < Y，則N=I，m=0,電流調(diào)節(jié)電路Kl控制的電流源的大小為I ;如果X>Y，則N和m的取值由cTHY≤2m，N=2m決定，此時由N個控制信號K1，K2，…，KN所控制的電流源的電流大小為I/N0
[0012]本實(shí)用新型還提供一種用于高精度環(huán)形振蕩器的電流調(diào)節(jié)電路，該電流調(diào)節(jié)電路包含電路連接的第一 PMOS晶體管MP1，以及電流源電路和調(diào)節(jié)電流控制電路；所述的電流源電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)，所述的調(diào)節(jié)電流控制電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP (2N)；
[0013]基準(zhǔn)電流電路產(chǎn)生的電流大小為I的精準(zhǔn)電流Il的一端接地，另一端接第一PMOS晶體管MPl的柵極和漏極，第一 PMOS晶體管MPl的源極接電源VDD，第一 PMOS晶體管MPl的柵極還分別連接電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的柵極，為N個PMOS晶體管MP3，MP5,…，MP(2N+1)提供參考電壓，N個PMOS晶體管MP3，MP5,…，MP (2N+1)的源極均連接電源VDD, N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的漏極分別對應(yīng)連接調(diào)節(jié)電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的源極，即，PMOS晶體管MP2的源極接PMOS晶體管MP3的漏極，PMOS晶體管MP4的源極接PMOS晶體管MP5的漏極，…，PMOS晶體管MP (2N)的源極接PMOS晶體管MP (2N+1)的漏極，N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP(2N)的柵極分別連接N個控制信號K1，K2，…，KN，這N個控制信號Kl，K2，…，KN來自頻率校準(zhǔn)電路，N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的漏極連接在一起提供調(diào)節(jié)電流；電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的尺寸均與第一 PMOS晶體管MPl相同，電流源電路中MP3，MP5，…，MP (2N+1)共N個晶體管作為N個電流源，均能提供與第一 PMOS晶體管MPl提供的一樣的大小為I的電流，調(diào)節(jié)電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)為相應(yīng)的電流源電路中的N個電流源提供導(dǎo)通控制，隨著N個控制信號Kl，K2，…，KN所控制的導(dǎo)通的電流源數(shù)目的線性增加，輸出的調(diào)節(jié)電流也線性增加。
[0014]N為2的指數(shù)，即，N=2m小和111由調(diào)節(jié)電流的大小和所要求的精度決定:設(shè)N=l，m=0時調(diào)節(jié)電流的大小為I，此時有無調(diào)節(jié)電流即電流調(diào)節(jié)電路的開關(guān)Kl導(dǎo)通與否對環(huán)形振蕩電路頻率的影響為X%，若對高精度環(huán)形振蕩器輸出頻率的精度要求為Y%，如果X ≤ Y，則N=I, m=0,電流調(diào)節(jié)電路Kl控制的電流源的大小為1 ;如果X>Y，則N和m的取值由mY≤2m，N=2m決定，此時由N個控制信號K1，K2，…，KN所控制的電流源的電流大小為I/N.
[0015]本實(shí)用新型還提供一種用于高精度環(huán)形振蕩器的頻率校準(zhǔn)電路，該頻率校準(zhǔn)電路包含連接高精度環(huán)形振蕩器的分頻器、連接外部晶振和分頻器的計數(shù)器、連接計數(shù)器的比較器、連接比較器和高精度環(huán)形振蕩器的寄存器、以及連接寄存器的非易失性存儲器。
[0016]本實(shí)用新型通過高精度環(huán)形振蕩器與頻率校準(zhǔn)電路的配合，該高精度環(huán)形振蕩器能夠補(bǔ)償溫度，電壓和工藝偏差對振蕩頻率的影響來達(dá)到振蕩頻率的高精度。該高精度環(huán)形振蕩器的電流調(diào)節(jié)電路相對簡單，避免了復(fù)雜的調(diào)節(jié)電路從而節(jié)省了芯片的面積和功耗。另外，聞精度環(huán)形振蕩器的電流調(diào)節(jié)電路為線性電路，頻率校準(zhǔn)電路為數(shù)字電路，使得比較和反饋電路在數(shù)字電路中實(shí)現(xiàn)，減小了芯片的面積和功耗，避免了模擬比較電路的非線性、誤差和噪聲，提高了頻率精度。該高精度環(huán)形振蕩器通過與頻率校準(zhǔn)電路的配合避免了非線性模擬電路的噪聲和誤差。同時，二分查找定位法能快速產(chǎn)生調(diào)整配置，節(jié)省了芯片的測試時間和成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是【背景技術(shù)】中的環(huán)形振蕩器電路的電路框圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型提供的高精度環(huán)形振蕩器的電路框圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型提供的聞精度環(huán)形振蕩器的基準(zhǔn)電流電路的電路圖；
[0020]圖4是本實(shí)用新型提供的聞精度環(huán)形振蕩器的電流調(diào)節(jié)電路的電路圖；
[0021]圖5是用于本實(shí)用新型提供的高精度環(huán)形振蕩器的頻率校準(zhǔn)電路的電路框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下根據(jù)圖2~圖5，具體說明本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。[0023]如圖2所示，本實(shí)用新型提供一種高精度環(huán)形振蕩器，該振蕩器包含帶隙基準(zhǔn)電路201、連接該帶隙基準(zhǔn)電路201的基準(zhǔn)電流電路202、連接該基準(zhǔn)電流電路202的電流調(diào)節(jié)電路203、連接該電流調(diào)節(jié)電路203的環(huán)形振蕩電路204、連接該環(huán)形振蕩電路204的輸出緩沖電路205。
[0024]帶隙基準(zhǔn)電路201用于產(chǎn)生不受溫度和電源電壓影響的精準(zhǔn)電壓Vb，基準(zhǔn)電流電路202使用帶隙基準(zhǔn)電路201產(chǎn)生的精準(zhǔn)電壓Vb產(chǎn)生大小為I的精準(zhǔn)電流，電流調(diào)節(jié)電路203使用基準(zhǔn)電流電路202產(chǎn)生的精準(zhǔn)電流并根據(jù)來自頻率校準(zhǔn)電路的調(diào)整設(shè)置來產(chǎn)生調(diào)節(jié)電流輸出給環(huán)形振蕩電路204，以調(diào)節(jié)環(huán)形振蕩電路204的頻率，輸出緩沖電路205包含差分轉(zhuǎn)單端電路和逐級增大的反相器串，差分轉(zhuǎn)單端電路將環(huán)形振蕩電路204的差分輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出，逐級增大的反相器串將差分轉(zhuǎn)單端電路的單端輸出進(jìn)一步放大提高驅(qū)動能力來輸出整個高精度環(huán)形振蕩器輸出的時鐘信號。
[0025]如圖3所示,所述的基準(zhǔn)電流電路202包含運(yùn)算放大器2011、MOS (metal oxidesemiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管MP和精準(zhǔn)電阻R,運(yùn)算放大器2011的反相輸入端接帶隙基準(zhǔn)電路201產(chǎn)生的精準(zhǔn)電壓Vb，運(yùn)算放大器2011的輸出連接MOS晶體管MP的柵極，MOS晶體管MP的源極連接運(yùn)算放大器2011的同相輸入端和精準(zhǔn)電阻R的一端，精準(zhǔn)電阻R的另一端接地，MOS晶體管MP的漏極提供大小為I的精準(zhǔn)電流輸出。
[0026]如圖4所示，所述的電流調(diào)節(jié)電路203包含電路連接的第一 PM0S(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體P_channel Metal Oxide Semiconductor)晶體管MPl,以及電流源電路和調(diào)節(jié)電流控制電路；所述的電流源電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)，所述的調(diào)節(jié)電流控制電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP(2N);
[0027]基準(zhǔn)電流電路202產(chǎn)生的電流大小為I的精準(zhǔn)電流Il的一端接地，另一端接第一PMOS晶體管MPl的柵極和漏極，第一 PMOS晶體管MPl的源極接電源VDD，第一 PMOS晶體管MPl的柵極還分別連接電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的柵極，為N個PMOS晶體管MP3，MP5，...，MP(2N+1)提供參考電壓，N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的源極均連接電源VDD, N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的漏極分別對應(yīng)連接調(diào)節(jié)電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的源極，即，PMOS晶體管MP2的源極接PMOS晶體管MP3的漏極，PMOS晶體管MP4的源極接PMOS晶體管MP5的漏極，…，PMOS晶體管MP (2N)的源極接PMOS晶體管MP (2N+1)的漏極，N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP(2N)的柵極分別連接N個控制信號Kl，K2，…，KN，這N個控制信號K1，K2，…，KN來自頻率校準(zhǔn)電路，N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的漏極連接在一起提供調(diào)節(jié)電流；電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的尺寸均與第一 PMOS晶體管MPl相同，電流源電路中MP3，MP5，…，MP (2N+1)共N個晶體管作為N個電流源，均能提供與第一 PMOS晶體管MPl提供的一樣的大小為I的電流，調(diào)節(jié)電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)為相應(yīng)的電流源電路中的N個電流源提供導(dǎo)通控制，隨著N個控制信號Kl，K2，…，KN所控制的導(dǎo)通的電流源數(shù)目的線性增加，輸出的調(diào)節(jié)電流也線性增加，為方便控制，一般建議N為2的指數(shù)，即，N=2m。N和m由調(diào)節(jié)電流的大小和所要求的精度決定。具體為，設(shè)N=l，m=0時調(diào)節(jié)電流的大小為I，此時有無調(diào)節(jié)電流即電流調(diào)節(jié)電路的開關(guān)Kl導(dǎo)通與否對環(huán)形振蕩電路頻率的影響為X%，若對高精度環(huán)形振蕩器輸出頻率的精度要求為Y%，如果X≤Y，則N=l，m=0,電流調(diào)節(jié)電路Kl控制的電流源的大小為I ;如果X>Y，則N和m的取值由2m-1(x/y ( 2m，N=2m決定，此時由N個控制信號K1，K2，…，KN所控制的電流源的電流大小為I/N。
[0028]如圖5所示，本實(shí)用新型還提供一種用于高精度環(huán)形振蕩器的頻率校準(zhǔn)電路，該頻率校準(zhǔn)電路包含連接高精度環(huán)形振蕩器406的分頻器402、連接外部晶振401和分頻器402的計數(shù)器403、連接計數(shù)器403的比較器404、連接比較器404和高精度環(huán)形振蕩器406的寄存器405、以及連接寄存器405的非易失性存儲器407。
[0029]在使用高精度環(huán)形振蕩器的芯片進(jìn)行出廠測試時，頻率校準(zhǔn)電路對高精度環(huán)形振蕩器進(jìn)行頻率校準(zhǔn)，該頻率校準(zhǔn)方法包含以下步驟:
[0030]步驟1、高精度環(huán)形振蕩器406輸出的時鐘信號CKtjse經(jīng)過分頻器402產(chǎn)生一個頻率很低的時鐘信號CKdiv ；
[0031]步驟2、計數(shù)器403使用外部晶振401提供的參考時鐘CKray對時鐘信號CKdiv為高電平的時間進(jìn)行計數(shù)，獲得計數(shù)值CNT_E，計數(shù)器403具有期望值M，設(shè)分頻器402的值為N，且分頻后的信號占空比是百分之五十，參考時鐘CKray的頻率為fray，期望高精度環(huán)形振蕩器406輸出時鐘的頻率為fE，則其關(guān)系為fE/N=fray/2M，故計數(shù)器期望值M= N fcry/2fE ；
[0032]步驟3、比較器404對計數(shù)值CNT_E和期望值M進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果采用二分查找法調(diào)整用于控制高精度環(huán)形振蕩器406的調(diào)節(jié)電流大小的寄存器405的值；
[0033]當(dāng)計數(shù)值CNT_E低于預(yù)設(shè)的期望值M時，表明高精度環(huán)形振蕩器406輸出的時鐘信號過快，需要降低調(diào)節(jié)電流，當(dāng)計數(shù)值CNT_E高于預(yù)設(shè)的期望值M時，表明高精度環(huán)形振蕩器406輸出的時鐘信號CK。,。過慢，需要增加調(diào)節(jié)電流；
[0034]使用二分查找法調(diào)整調(diào)節(jié)電流的方法包含以下步驟:
[0035]步驟3.1、使用中間值N/2，N為高精度環(huán)形振蕩器406中的電流調(diào)節(jié)電路203中的電流源的數(shù)量，使N/2個電流源導(dǎo)通，N/2個電流源關(guān)閉；
[0036]步驟3.2、當(dāng)發(fā)現(xiàn)需要減小電流時，則使用N/4值，即僅有N/4個電流源導(dǎo)通來進(jìn)行進(jìn)一步測試，當(dāng)發(fā)現(xiàn)需要增加電流時，則使用3N/4值，即有3N/4個電流源導(dǎo)通來進(jìn)行進(jìn)一步測試，以此類推，直到找到合適的寄存器405的數(shù)值；
[0037]步驟4、將寄存器405的數(shù)值寫入非易失性存儲器407中；
[0038]步驟5、上電后，從非易失性存儲器407中讀取調(diào)整設(shè)置數(shù)值到寄存器405中，來控制高精度環(huán)形振蕩器406中電流調(diào)節(jié)電路203和環(huán)形振蕩電路204產(chǎn)生精準(zhǔn)的振蕩頻率。
[0039]所述的計數(shù)器403可通過超高速集成電路硬件描述語言如VHDL或Verilog代碼實(shí)現(xiàn)。
[0040]比較器404和二分查找法在有CPU的芯片中可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)。
[0041]采用頻率校準(zhǔn)電路對高精度環(huán)形振蕩器進(jìn)行頻率校準(zhǔn)后，電源電壓、溫度和芯片工藝的偏差均被克服。當(dāng)調(diào)節(jié)電流源的數(shù)目足夠多時，高精度環(huán)形振蕩器輸出的頻率將極其接近期望的頻率從而達(dá)到不受電源電壓、溫度、和芯片工藝影響的高精度。
[0042]相比已有電路，本電路使用的頻率校準(zhǔn)電路為數(shù)字電路，使得比較和反饋電路在數(shù)字電路中實(shí)現(xiàn)，減小了芯片的面積和功耗；避免了模擬比較電路的非線性、誤差和噪聲，提高了頻率精度。而且數(shù)字電路隨工藝的進(jìn)步能進(jìn)一步減小面積和功耗。同時，計數(shù)器的期望值和分頻器的分頻值可以通過軟件改變，芯片出廠測試時使用的外部晶振也可以改變，這增加了輸出不同頻率的靈活性。外部晶振僅在芯片進(jìn)行出廠測試時的測試電路板上使用，不會帶來系統(tǒng)應(yīng)用時的成本，而使用外部晶振的精準(zhǔn)頻率作為參考頻率提高了頻率校準(zhǔn)測試后的頻率精度。
[0043]盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度環(huán)形振蕩器，其特征在于，該高精度環(huán)形振蕩器包含帶隙基準(zhǔn)電路(201)、連接該帶隙基準(zhǔn)電路(201)的基準(zhǔn)電流電路(202)、連接該基準(zhǔn)電流電路(202 )的電流調(diào)節(jié)電路(203)、連接該電流調(diào)節(jié)電路(203)的環(huán)形振蕩電路(204)、連接該環(huán)形振蕩電路(204)的輸出緩沖電路(205)； 帶隙基準(zhǔn)電路(201)用于產(chǎn)生不受溫度和電源電壓影響的精準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電流電路(202)使用帶隙基準(zhǔn)電路(201)產(chǎn)生的精準(zhǔn)電壓Vb產(chǎn)生大小為I的精準(zhǔn)電流，電流調(diào)節(jié)電路(203)使用基準(zhǔn)電流電路(202)產(chǎn)生的精準(zhǔn)電流并根據(jù)來自頻率校準(zhǔn)電路的調(diào)整設(shè)置來產(chǎn)生調(diào)節(jié)電流輸出給環(huán)形振蕩電路(204)，以調(diào)節(jié)環(huán)形振蕩電路(204)的頻率，輸出緩沖電路(205 )包含差分轉(zhuǎn)單端電路和逐級增大的反相器串，差分轉(zhuǎn)單端電路將環(huán)形振蕩電路(204 )的差分輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出，逐級增大的反相器串將差分轉(zhuǎn)單端電路的單端輸出進(jìn)一步放大提高驅(qū)動能力來輸出整個高精度環(huán)形振蕩器輸出的時鐘信號。
2.如權(quán)利要求1所述的高精度環(huán)形振蕩器，其特征在于，所述的基準(zhǔn)電流電路(202)包含運(yùn)算放大器(2011)、MOS晶體管MP和精準(zhǔn)電阻R，運(yùn)算放大器(2011)的反相輸入端接帶隙基準(zhǔn)電路(201)產(chǎn)生的精準(zhǔn)電壓運(yùn)算放大器(2011)的輸出連接MOS晶體管MP的柵極，MOS晶體管MP的源極連接運(yùn)算放大器(2011)的同相輸入端和精準(zhǔn)電阻R的一端，精準(zhǔn)電阻R的另一端接地，MOS晶體管MP的漏極提供大小為I的精準(zhǔn)電流輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的高精度環(huán)形振蕩器，其特征在于，所述的電流調(diào)節(jié)電路(203)包含電路連接的第一 PMOS晶體管MP1，以及電流源電路和調(diào)節(jié)電流控制電路；所述的電流源電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)，所述的調(diào)節(jié)電流控制電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP2, MP4,...，MP (2N)； 基準(zhǔn)電流電路(202)產(chǎn)生的電流大小為I的精準(zhǔn)電流Il的一端接地，另一端接第一PMOS晶體管MPl的柵極和漏極，第一 PMOS晶體管MPl的源極接電源VDD，第一 PMOS晶體管MPl的柵極還分別連接電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的柵極，為N個PMOS晶體管MP3，MP5，...，MP(2N+1)提供參考電壓，N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的源極均連接電源VDD, N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的漏極分別對應(yīng)連接調(diào)節(jié)電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的源極，即，PMOS晶體管MP2的源極接PMOS晶體管MP3的漏極，PMOS晶體管MP4的源極接PMOS晶體管MP5的漏極，…，PMOS晶體管MP (2N)的源極接PMOS晶體管MP (2N+1)的漏極，N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP(2N)的柵極分別連接N個控制信號Kl，K2，…，KN，這N個控制信號K1，K2，…，KN來自頻率校準(zhǔn)電路，N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的漏極連接在一起提供調(diào)節(jié)電流；電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的尺寸均與第一 PMOS晶體管MPl相同，電流源電路中MP3，MP5，…，MP (2N+1)共N個晶體管作為N個電流源，均能提供與第一 PMOS晶體管MPl提供的一樣的大小為I的電流，調(diào)節(jié)電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)為相應(yīng)的電流源電路中的N個電流源提供導(dǎo)通控制，隨著N個控制信號Kl，K2，…，KN所控制的導(dǎo)通的電流源數(shù)目的線性增加，輸出的調(diào)節(jié)電流也線性增加。
4.如權(quán)利要求3所述的高精度環(huán)形振蕩器，其特征在于，N為2的指數(shù)，即，N=2m#和m由調(diào)節(jié)電流的大小和所要求的精度決定:設(shè)N=l，m=0時調(diào)節(jié)電流的大小為I，此時有無調(diào)節(jié)電流即電流調(diào)節(jié)電路的開關(guān)Kl導(dǎo)通與否對環(huán)形振蕩電路頻率的影響為X%，若對高精度環(huán)形振蕩器輸出頻率的精度要求為Y%，如果X≤Y，則N=l，m=0,電流調(diào)節(jié)電路Kl控制的電流源的大小為I ;如果X>Y，則N和m的取值由2m-1<X/Y≤2m，N=2m決定，此時由N個控制信號K1，K2，…，KN所控制的電流源的電流大小為I/N。
5.一種用于權(quán)利要求2所述的高精度環(huán)形振蕩器的電流調(diào)節(jié)電路(203)，其特征在于，該電流調(diào)節(jié)電路(203)包含電路連接的第一 PMOS晶體管MP1，以及電流源電路和調(diào)節(jié)電流控制電路；所述的電流源電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)，所述的調(diào)節(jié)電流控制電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP(2N); 基準(zhǔn)電流電路(202)產(chǎn)生的電流大小為I的精準(zhǔn)電流Il的一端接地，另一端接第一PMOS晶體管MPl的柵極和漏極，第一 PMOS晶體管MPl的源極接電源VDD，第一 PMOS晶體管MPl的柵極還分別連接電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的柵極，為N個PMOS晶體管MP3，MP5，...，MP(2N+1)提供參考電壓，N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的源極均連接電源VDD, N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的漏極分別對應(yīng)連接調(diào)節(jié)電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的源極，即，PMOS晶體管MP2的源極接PMOS晶體管MP3的漏極，PMOS晶體管MP4的源極接PMOS晶體管MP5的漏極，…，PMOS晶體管MP (2N)的源極接PMOS晶體管MP (2N+1)的漏極，N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP(2N)的柵極分別連接N個控制信號K1，K2，…，KN，這N個控制信號Kl，K2，…，KN來自頻率校準(zhǔn)電路，N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的漏極連接在一起提供調(diào)節(jié)電流；電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的尺寸均與第一 PMOS晶體管MPl相同，電流源電路中MP3，MP5，…，MP (2N+1)共N個晶體管作為N個電流源，均能提供與第一 PMOS晶體管MPl提供的一樣的大小為I的電流，調(diào)節(jié)電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)為相應(yīng)的電流源電路中的N個電流源提供導(dǎo)通控制，隨著N個控制信號Kl，K2，…，KN所控制的導(dǎo)通的電流源數(shù)目的線性增加，輸出的調(diào)節(jié)電流也線性增加。
6.如權(quán)利要求5所述的高精度環(huán)形振蕩器，其特征在于，N為2的指數(shù)，即，N=2m#和m由調(diào)節(jié)電流的大小和所要求的精度決定:設(shè)N=l，m=0時調(diào)節(jié)電流的大小為I，此時有無調(diào)節(jié)電流即電流調(diào)節(jié)電路的開關(guān)Kl導(dǎo)通與否對環(huán)形振蕩電路頻率的影響為X%，若對高精度環(huán)形振蕩器輸出頻率的精度要求為Y%，如果X ≤ Y，則N=l，m=0,電流調(diào)節(jié)電路Kl控制的電流源的大小為I ;如果X>Y，則N和m的取值由2m-1<X/Y≤2m, N=2m決定，此時由N個控制信號K1，K2，…，KN所控制的電流源的電流大小為I/N。
7.一種用于權(quán)利要求1-4中任意一個所述的高精度環(huán)形振蕩器的頻率校準(zhǔn)電路，其特征在于，該頻率校準(zhǔn)電路包含連接高精度環(huán)形振蕩器(406)的分頻器(402)、連接外部晶振(401)和分頻器(402)的計數(shù)器(403)、連接計數(shù)器(403)的比較器(404)、連接比較器(404)和高精度環(huán)形振蕩器(406)的寄存器(405)、以及連接寄存器(405)的非易失性存儲器(407)。
【文檔編號】H03L7/099GK203492007SQ201320560066
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】戴頡, 職春星 申請人:燦芯半導(dǎo)體(上海)有限公司