[發明專利]一種可修調的高精度弛張振蕩器

有效

• 申請號: 201310013329.7
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103051286A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 朱翔;陳新;胡楊川
• 申請（專利權）人: 成都三零嘉微電子有限公司
• 主分類號: H03B5/04
• 分類號: H03B5/04
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

技術領域

本發明涉及集成電路領域，尤其涉及一種可修調的高精度弛張振蕩器，可應用于SOC片上系統的基準時鐘。

背景技術

振蕩器是許多電子系統的重要組成部分。弛張振蕩器又稱充放電振蕩器，是通過對電容在電路內已經設定的兩個閾值電平間交替充放電來進行工作。按照這種方式，電路先弛張一個準穩狀態直至其達到某閾值電平位置；而后，電路切換并弛張到另一個準穩狀態直至其達到另一個閾值再切換回第一個準穩狀態。該過程按此形式不斷延續下去。

弛張振蕩器的基本拓撲結構如圖1所示。其中S1代表控制開關，COMP代表包含兩個比較閾值電平的比較器。當開關S1斷開時，電容C1充電，比較器輸入電壓升高；當到達一個閾值電壓后，輸出改變狀態，開關S1閉合，電容開始放電，電容電壓減小，直至比較器另一個閾值電壓。振蕩器的輸出頻率大小由R1、R2、C1和比較器閾值電平共同決定。

在圖1基本結構的基礎上有多種電路實現方式，比如可以通過電阻對電容充電，也可以通過恒流源對電容進行充電；COMP可以由兩個比較器實現，也可以由一個比較器實現。而不管哪種實現方式，弛張振蕩器的頻率受器件特性影響很大，因此面臨一個問題，即在工藝偏差、電源電壓和環境溫度發生變化時，振蕩器的輸出頻率值有可能會發生較大的偏離。對于要求頻率精確應用的場合，則必須要進行高精度的設計抑制PVT引起的變化，必要時加上修調的方式進行調整。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，本發明提供了一種可修調的高精度弛張振蕩器，采用恒流源對電容充放電的方式，同時恒流源采用高精度的變化很小的偏置電流；比較器的兩個閾值電壓由電壓調整器提供，在電路中設置了電阻的修調，用于調節比較器的閾值電壓從而調整振蕩器頻率，即使出現參數變化較大的情況，也可以通過修調調節到設計值；在修調方式上采用了寄存器配置修調的方式。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種可修調的高精度弛張振蕩器，包括振蕩發生器、高精度電流偏置產生器、電壓調整器和驅動及輸出部分，其中：高精度電流偏置產生器為振蕩發生器中的恒定電流源提供偏置，電壓調整器為振蕩發生器中的比較器生成兩個閾值電平；振蕩發生器利用電容充放電產生振蕩波形提供給驅動及輸出部分。

所述振蕩發生器包括由四個PMOS管（110、111、112、113）構成的共源共柵電流鏡結構、由四個NMOS管（120、121、122、123）構成的共源共柵電流鏡結構、一個電容、三個MOS管開關（140、141、142）和一個比較器；其中：PMOS管（112、113）構成恒定電流源，PMOS管（110、111）為NMOS管提供電流偏置；NMOS管（121、123）構成恒定電流沉，NMOS管（120、122）提供偏置；所述恒定電流源和恒定電流沉在振蕩波形產生過程中對電容進行充放電；MOS管開關（140）接在NMOS管（120、122）提供的偏置（125）和地之間，控制恒定電流沉的打開和關斷；MOS管開關（141）接在高閾值電平和比較器正端之間，MOS管開關（142）接在低閾值電平和比較器負端之間，用于控制振蕩器工作時電容在高、低兩個閾值電平間切換。

所述高精度電流偏置產生器由自偏置運算放大器和高精度電流產生部分組成，其中：自偏置運算放大器包括一級PMOS管輸入運放結構和共源級放大結構，所述共源級放大結構輸出電壓對高精度電流產生部分進行鉗位，同時為柵極提供電壓偏置，該電壓偏置同時也是高精度電流偏置產生器的輸出；高精度電流產生部分包括共源共柵電流鏡，PNP管（261）、PNP管（262）和電阻（271）通過運放正負輸入端鉗位，生成與溫度成正比的PTAT電流；電阻（281）和電阻（282）取相同阻值，接在運放正負輸入端，在支路上生成與溫度成反比的CTAT電流。

所述高精度電流產生部分還包括PNP管（263）、電阻（291）和電阻（292）。

所述電壓調整器包括帶隙基準電路、運算放大器、輸出驅動管和修調電阻開關網絡，其中：所述運算放大器通過鉗位使運放正端電壓等于運放負端的基準電路輸出電壓；輸出驅動管用于提供電流；修調電阻開關網絡輸出振蕩發生器所需要的高閾值電平和低閾值電平。

所述高閾值電平和低閾值電平通過外部寄存器配置開關進行改變。

所述驅動及輸出部分通過反相器（410和412）級聯，用于提高已經生成的振蕩波形的驅動能力。