[發明專利]一種對溫度不敏感的環形振蕩器的電路的設計

有效

• 申請號: 201310168012.0
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN103312266A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 夏同生;楊丕龍;邵立漢;李洪革
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H03B5/04
• 分類號: H03B5/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

技術領域

本發明屬于集成電路設計領域，具體涉及一種受溫度不敏感的環形振蕩器的電路設計。

背景技術

環形振蕩器的應用很廣泛，環形振蕩器的結構也很多，實現的功能也越來越得到人們的重視。環形振蕩器是大多數電子系統必不可少的組成部分，更是無線通信系統的核心組成部分之一，一直在通信、電子、航海航空以及醫學等裝備以及儀器儀表領域扮演著重要的角色。例如在無線電測量儀器中，環形振蕩器可以產生各種頻段的正弦信號電壓；在熱處理、熱加工、超聲波加工和某些醫療設備中，環形振蕩器產生大頻率的高頻電流可對負載進行加熱。在人們的日常生活中，環形振蕩器的應用也是無處不在，例如：電視，微波爐，智能卡等等離不開環形振蕩器的應用。環形振蕩器是一種可以通過自激方式使自身信號按固定周期變化的電路，一般由奇數個反相器或者差分反相器組成，其振蕩頻率受各級反相器的延時大小控制，當然也受其他暫定因數的影響。環形振蕩器的性能特點使其有利于設計高頻、寬調節范圍、高線性的振蕩器。CMOS環形振蕩器易與數字電路集成的優點使其在芯片系統中有著很好的應用前景；而且CMOS環形振蕩器比電感占用的芯片面積小很多，有著更大的調節范圍。CMOS環形振蕩器在CMOS工藝中具有十分重要的意義。

環形振蕩器因其結構簡單易于集成而用于許多集成電路芯片的設計，人們提出并采用了許多關于環形振蕩器的結構，但多數結構都存在著穩定性低的問題，其振蕩頻率受溫度變化以及工藝的不確定因素的影響很大，由于這些暫態因素，相同的環形振蕩器的結構可能在不同的條件下輸出不同的結果，甚至使得某些輸出給出錯誤的值。例如當溫度變化50％時，頻率可變化50％以上，而隨著工藝參數從標準情況向最壞情況改變時，輸出頻率的變化可達到100％以上。在同時考慮溫度和工藝參數影響的情況下，輸出頻率的漂移就會更大，從而給電路性能造成了很大的影響。因此，改進環形振蕩器的頻率穩定性就十分有意義。

環形振蕩器的性能參數受到了諸多因素的影響，目前國內外在對振蕩器的性能參數進行改進設計方面已有很多的研究，但總體上來說，還存在一些不足，例如電路復雜，不易實現。

發明內容

本發明的目的是為了解決環形振蕩器的穩定性受溫度影響的問題，提出一種對溫度不敏感的環形振蕩器的電路的設計，具有簡單的結構，利用溫度傳感器、溫度自適應模塊和減法電路來減小環形振蕩器的輸出頻率對溫度的敏感性，從新的電路結構方面研究改進環形振蕩器的輸出穩定性。

一種對溫度不敏感的環形振蕩器的電路的設計，電路包括溫度傳感器、自適應模塊、減法電路、汲取電流式環形振蕩器；

溫度傳感器包括NMOS晶體管Ma和PMOS晶體管Mb，Mb的漏極和Ma的漏極相連，Mb的源極接電壓Vdd，Mb的柵極連接直流穩定電壓V_BG，Ma的柵極和漏極相連，Ma源極接地，Ma/Mb的漏極輸出電壓V_temp；

自適應模塊包括NMOS晶體管Mc和PMOS晶體管Md，Md的漏極和Mc的漏極相連，Md的柵極與漏極相連，Md的源極接電壓Vdd；Mc的源極接地，柵極連接溫度傳感器中Ma/Mb的漏極；溫度傳感器的輸出電壓V_temp通過Mc的柵極輸入，由Mc/Md的漏極輸出，電壓記為V_out；

減法電路具體包括NMOS晶體管M1、NMOS晶體管M2、NMOS晶體管M3、NMOS晶體管M4、NMOS晶體管M5、NMOS晶體管M6、PMOS晶體管M7、PMOS晶體管M8、PMOS晶體管M9、PMOS晶體管M10；

M1和M2的柵極相連，源極接地，其中M1柵極和漏極相連，M1和M2構成鏡像電流源；M3和M4以及M5和M6的源極分別接M1和M2的漏極，M3和M4的柵極分別接直流穩壓輸入V_BG1、V_BG2，M5的柵極和漏極相連，M6柵極與自適應模塊2的輸出V_out相連，M3、M4、M5、M6的漏極分別和M7、M8、M9、M10的漏極相連；M7、M8、M10的柵極和漏極都相連，M8的柵極和M9的柵極相連，M7～M10的源極都接電壓Vdd；減法電路由M5的漏極輸出V_sub；