具有平均電壓反饋的張馳振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及模擬集成電路技術(shù)，具體涉及一種具有平均電壓反饋型拓撲結(jié)構(gòu)的張 馳振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002] 張弛振蕩器經(jīng)常作為運行時鐘，應(yīng)用于開關(guān)類電子設(shè)備中。相比有源或者無源晶 振，其具有體積小，設(shè)計簡單、便于集成等優(yōu)勢。但是其電壓特性、溫度特性等性能相對較 差。普通的雙電容張弛振蕩器的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩個電流源產(chǎn)生兩股電流Ijp12， 這兩股電流分別交替對兩個電容(^和(：2進行充電，電容上的電壓與IMf在電阻R上產(chǎn)生的 參考電壓相比較，當其中電容(^電壓達到閾值后，比較器1發(fā)生翻轉(zhuǎn)，控制連接的S-R鎖存 器的輸出也發(fā)生翻轉(zhuǎn)，使電容(:彡決速放電而電容C2開始充電，在電容C2上的電壓達到閾值 后，比較器2發(fā)生翻轉(zhuǎn)，S-R鎖存器控制電容(：2快速放電，而電容Ci開始充電，從而產(chǎn)生振蕩 輸出。比較器的翻轉(zhuǎn)誤差是影響振蕩器輸出頻率精度的主要誤差來源，特別是當振蕩器的 輸出頻率較高時，比較器增加或減少的極小延遲也會對輸出信號的頻率造成顯著影響。為 減小該影響，傳統(tǒng)方法是通過加快比較器的響應(yīng)速度來實現(xiàn)的，但是這樣又加劇了設(shè)計難 度和設(shè)計成本。而本發(fā)明通過引入平均電壓產(chǎn)生電路來控制鋸齒波翻轉(zhuǎn)的上限閾值，減小 了輸出頻率精度對比較器響應(yīng)速度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的，就是針對上述普通雙電容張馳振蕩器存在的問題，提出一種具有 平均電壓反饋的張馳振蕩器，引入平均電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個可以調(diào)節(jié)的控制比較器翻轉(zhuǎn) 的閾值電壓，調(diào)節(jié)由于比較器延遲時間變化產(chǎn)生的誤差，并且用到的比較器結(jié)構(gòu)簡單，比較 器翻轉(zhuǎn)閾值可以低至l〇〇mV左右。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0005] -種具有平均電壓反饋的張馳振蕩器，包括雙電容張馳振蕩器單元和平均電壓產(chǎn) 生電路單元，其特征在于：所述的雙電容張馳振蕩器單元包括對稱的兩個電流源，兩個比較 器，兩個充放電電容，兩個傳輸門，兩個反相器和一個S-R鎖存器；所述的平均電壓產(chǎn)生電 路單元包括一個運放與電容構(gòu)成的有源濾波電路、以及一個電流源與一個可調(diào)電阻構(gòu)成的 參考電壓產(chǎn)生電路；
[0006] 所述平均電壓產(chǎn)生電路單元中，電流源在可調(diào)電阻上產(chǎn)生的壓降作為參考電壓， 輸入到有源濾波電路中運放的反相輸入端，有源濾波電路的輸出端連接到雙電容張弛振 蕩器電路中比較器的正輸入端；
[0007] 所述的雙電容張馳振蕩器單元中，采用的是互補對稱的電路結(jié)構(gòu)，以半邊電路為 例，電流源的輸出連接到充放電電容，給電容提供充電電流，而電容的充放電由R-S鎖存器 的輸出控制，R-S鎖存器的輸出同時控制傳輸門的開關(guān)，分時將充放電電容上的電壓傳送到 有源濾波電路的輸入端，比較器將有源濾波電路產(chǎn)生的平均電壓與充放電電容上的電壓相 比較，輸出控制信號到R-S鎖存器，另外半邊的電路結(jié)構(gòu)同上所述。
[0008] 作為優(yōu)選方式，所述振蕩器的輸出頻率穩(wěn)定時，輸出頻率的值只與可調(diào)電阻的阻 值和充放電電容的電容值有關(guān)。
[0009] 作為優(yōu)選方式，所述振蕩器的輸出頻率為：f；sc=KA4CR)，其中，f\s。為所述振蕩 器的輸出頻率，C為充放電電容的電容值，R為可調(diào)電阻的阻值，K為比例系數(shù)。
[0010] 作為優(yōu)選方式，所述的充放電電容為金屬間電容，可調(diào)電阻由多晶電阻和擴散電 阻共同構(gòu)成。
[0011] 作為優(yōu)選方式，所述的雙電容張馳振蕩器單元中的兩個電流源和平均電壓產(chǎn)生電 路單元中的一個電流源的電流值相等，即滿足1。3=II。，并且由電阻控制的的電流源 單元產(chǎn)生，具體由NM0S管MN1 和MN2，以及PM0S管MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7、MP8， 電阻R1和可調(diào)電阻R2組成；PM0S管MP1的柵極和漏極互連形成節(jié)點vbias，源極接電源， PM0S管MP2和MP3柵極接vbias，源極接電源，NM0S管MN1的漏極和PM0S管MP2的漏極連 接，形成節(jié)點V2,NM0S管MN2的漏極和PM0S管MP3的漏極連接，形成節(jié)點V4 ;NM0S管MN1 的柵漏短接，源極形成節(jié)點VI，VI接電阻R1到地，NM0S管麗2的柵極接V2、源極形成節(jié)點 V3,V3接可調(diào)電阻R2到地；PM0S管MP4的柵極接V4,漏極接V3,源極接電源；從電流基準源 IMf鏡像過來的電流加上流過PM0S管MP4的電流作為I。電流，I。電流在可調(diào)電阻R2上產(chǎn) 生的壓降作為有源濾波電路的負輸入端輸入電壓；PM0S管MP5鏡像MP3上的電流，PM0S管 MP6鏡像MP4上的電流，兩管漏極接一起，產(chǎn)生電流Ies，相同結(jié)構(gòu)的PM0S管MP7和MP8產(chǎn)生 電流1"。
[0012] 作為優(yōu)選方式，所述雙電容張馳振蕩器單元中的比較器電路由PM0S管MP1和NM0S 管麗1組成，PM0S管MP1和NM0S管麗1的漏極接在一起作為輸出Y，PM0S管MP1和NM0S 管麗1的源極分別接電源和地，PM0S管MP1的柵極接到有源濾波電路的輸出，NM0S管麗1 的柵極接沖電電容的一端。
[0013] 作為優(yōu)選方式，所述的平均電壓產(chǎn)生電路單元中的有源濾波電路，由PM0S管MP1、 MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7，NM0S管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6、MN7 和電容C組成，PM0S 管MP1、MP2作為輸入對管，柵極信號分別為來自電阻控制的電流源單元的參考電壓和充放 電電容上的鋸齒波電壓，PM0S管MP4的漏極接MP1和MP2的源極，為電路提供偏置電流，而 PM0S管MP4的電流又來至于PM0S管MP3、NM0S管麗3、MN4從電流基準單元的鏡像，由于采 用折疊式結(jié)構(gòu)，PM0S管MP1的漏極接到NM0S管MN1的源極和MN5的漏極，PM0S管MP2的漏 極接到NM0S管MN2的源極和MN6的漏極，NM0S管MN5和MN6的源極接地，NM0S管MN1和 麗2的漏極通過電流鏡形式的PM0S管MP5和PM0S管MP6連接在一起，來完成雙端轉(zhuǎn)單端的 輸出，NM0S管MN2的漏極接一個濾波電容C作為輸出，NM0S管MN1和MN2管的柵極偏置電 壓由PM0S管MP7和NM0S管MN7構(gòu)成的簡單偏置電路得到。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：通過引入平均電壓反饋的電路產(chǎn)生一個可以調(diào)節(jié)的控制比 較器翻轉(zhuǎn)的閾值電壓，當比較器的延遲時間增加時，充放電電容上的鋸齒波電壓的平均值 也增加，平均電壓產(chǎn)生電路調(diào)節(jié)比較器翻轉(zhuǎn)的閾值電壓減小，使比較器提前翻轉(zhuǎn)，保持振蕩 器的周期基本不變。通過這種方式，降低了傳統(tǒng)張馳振蕩器中輸出頻率精度對比較器響應(yīng) 速度的要求，用一種結(jié)構(gòu)簡單的比較器電路和平均電壓產(chǎn)生電路實現(xiàn)對振蕩器輸出頻率的 閉環(huán)調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0015] 圖1為普通的雙電容張馳振蕩器的電路圖；
[0016] 圖2為具有平均電壓反饋張馳振蕩器的電路圖；
[0017] 圖3雙電容張馳振蕩器單元結(jié)構(gòu)圖和各個節(jié)點波形示意圖；
[0018] 圖4為比較器電路圖；
[0019] 圖5為電阻控制的電流源單元結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖6為電阻控制的電流源單元電路圖；
[0021] 圖7為有源濾波電路圖；
[0022] 圖8為傳統(tǒng)張馳振蕩器和本發(fā)明的張馳振蕩器的溫度特性的對比圖。
【具體實施方式】
[0023] 以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0024] 下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述。
[0025] 如圖2所示，一種具有平均電壓反饋的張馳振蕩器，包括雙電容張馳振蕩器單元 和平均電壓產(chǎn)生電路單元，其特征在于：所述的雙電容張馳振蕩器單元包括對稱的兩個電 流源，兩個比較器，兩個充放電電容，兩個傳輸門，兩個反相器和一個S-R鎖存器；所述的平 均電壓產(chǎn)生電路單元包括一個運放與電容構(gòu)成的有源濾波電路、以及一個電流源與一個可 調(diào)電阻構(gòu)成的參考電壓產(chǎn)生電路；
[0026] 張馳振蕩器可以看作是一個受有源濾波電路輸出控制的壓控振蕩器。包括有源濾 波電路的平均電壓產(chǎn)生電路，可以根據(jù)充電電容上的平均電壓值實時調(diào)整比較器的翻轉(zhuǎn)閾 值，這樣即使比較器的延遲時間發(fā)生變化，振蕩器的輸出頻率也能保持不變。
[0027] 所述平均電壓產(chǎn)生電路單元中，電流源在可調(diào)電阻上產(chǎn)生的壓降作為參考電壓， 輸入到有源濾波電路中運放的反相輸入端，有源濾波電路的輸出端連接到雙電容張弛振蕩 器電路中比較器的正輸入端；
[0028] 所述的雙電容張馳振蕩器單元中，采用的是互補對稱的電路結(jié)構(gòu)，以半邊電路為 例，電流源的輸出連接到充放電電容，給電容提供充電電流，而電容的充放電由R-S鎖存器 的輸出控制，R-S鎖存器的輸出同時控制傳輸門的開關(guān)，分時將充放電電容上的電壓傳送到 有源濾波電路的輸入端，比較器將有源濾波電路產(chǎn)生的平均電壓與充放電電容上的電壓相 比較，輸出控制信號到R-S鎖存器，另外半邊的電路結(jié)構(gòu)同上所述。
[0029] 所述振蕩器的輸出頻率穩(wěn)定時，輸出頻率的值只與可調(diào)電阻的阻值和充放電電容 的電容值有關(guān)。
[0030]所述振蕩器的輸出頻率為：f_=KA4CR)，其中，f。3。為所述振蕩器的輸出頻率，C 為充放電電容的電容值，R為可調(diào)電阻的阻值，K為比例系數(shù)。
[0031] 所述的充放電電容為金屬間電容，可調(diào)電阻由多晶電阻和擴散電阻共同構(gòu)成。
[0032] 所述的雙電容張馳振蕩器單元中的兩個電流源和平均電壓產(chǎn)生電路單元中的一 個電流源的電流值相等，即滿足1。3= I I。，并且由電阻控制的電流源單元產(chǎn)生，具體由 NMOS管MN1 和MN2,以及PMOS管MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7、MP8,電阻R1 和可調(diào)電阻R2組成；PMOS管MP1的柵極和漏極互連形成節(jié)點vbias，源極接電源，PMOS管MP2和MP3柵 極接vbias，源極接電源，NMOS管麗1的漏極和PMOS管MP2的漏極連接，形成節(jié)點V2,NMOS 管麗2的漏極和PMOS管MP3的漏極連接，形成節(jié)點V4 ;NMOS管麗1的柵漏短接，源極形成 節(jié)點VI，VI接電阻R1到地，NM0S管麗2的柵極接V2、源極形成節(jié)點V3,V3接可調(diào)電阻R2 到地；PMOS管MP4的柵極接V4,漏極接V3,源極接電源；從電流基準源1#鏡像過來的電流 加上流過PMOS管MP4的電流作為I。電流，I。電流在可調(diào)電阻R2上產(chǎn)生的壓降作為有源 濾波電路的負輸入端輸入電壓；PMOS管MP5鏡像MP3上的電流，PMOS管MP6鏡像MP4上的 電流，兩管漏極接一起，產(chǎn)生電流1。3，相同結(jié)構(gòu)的PMOS管MP7和MP8產(chǎn)生電流1"。
[0033] 所述雙電容張