[發(fā)明專利]一種提高頻率-控制電流線性度的張弛振蕩器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310283456.9
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103312298A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫偉鋒;張?jiān)饰?/a>;林吉勇;宋慧濱;祝靖;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H03K3/011
• 分類號: H03K3/011;H03K3/023
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 齊旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及CMOS集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種提高頻率-控制電流線性度的張弛振蕩器。

背景技術(shù)

在超大規(guī)模集成電路中，時鐘信號是必不可少的，一般地，時鐘信號是由振蕩器產(chǎn)生的，而張弛振蕩器是振蕩器里面應(yīng)用最廣的，它結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，易于集成，而且功耗也相對較小。

可控的張弛振蕩器是極其有用的電路，特別是在調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的時鐘恢復(fù)等的應(yīng)用。對于調(diào)制解調(diào)，為了減小失真，要求振蕩器的頻率-控制電流有很高的線性度，并且，最大化振蕩器的頻率也要求振蕩器的頻率-控制電流有著良好的控制線性度。在時鐘恢復(fù)電路中，小的抖動對于獲得更大的動態(tài)范圍來說是非常重要的。

在張弛振蕩器中，線性度與最大化頻率都和充放電電路的開關(guān)延時有關(guān)，而充放電電路的開關(guān)延時主要由控制電路的延時決定。因此控制電路的延時越小，振蕩器的線性度越高，最大頻率也越大。

在張弛振蕩器中，抖動是由電路本身的噪聲產(chǎn)生的在電容的翻轉(zhuǎn)閾值電平處產(chǎn)生的微小抖動，電容的充電速率越快，抖動對振蕩器周期的影響越小。而對于振蕩器的某一個特定周期，充放電電容上的振幅越大，其電容的充電速率越快，因此抖動對振蕩器輸出頻率的影響越小。

現(xiàn)有的技術(shù)中，張弛振蕩器有多種不同的設(shè)計(jì)，對不同設(shè)計(jì)的張弛振蕩器的要求就是控制精度高和在高頻時頻率-控制電流仍具有良好的線性度。但現(xiàn)有的張弛振蕩器都存在著一些不足。

圖1示出了基于單個接地定時電容（timingcapacitor）的電流控制張弛振蕩器，包括充電電流源I_charge、放電電流源I_discharge，充電控制開關(guān)S1、放電控制開關(guān)S2，接地的定時電容C，第一比較器COMP1、第二比較器COMP2，RS觸發(fā)器。定時電容C的非接地端接第一比較器COMP1的同相輸入端和第二比較器COMP2的反相輸入端，同時第一比較器COMP1的反相輸入端接上閾值電壓VH、第二比較器COMP2的同相輸入端接下閾值電壓VL，第一比較器COMP1的輸出端接RS觸發(fā)器的S端、第二比較器COMP2的輸出端接RS觸發(fā)器的R端，RS觸發(fā)器的輸出端Q接充電控制開關(guān)S1和放電控制開關(guān)S2的控制端。充電控制開關(guān)S1和放電控制開關(guān)S2根據(jù)RS觸發(fā)器的輸出端Q的信號的不同而交替導(dǎo)通和關(guān)斷，充電電流源I_charge、放電電流源I_discharge交替地給接地定時電容C充電和放電。

圖1基于單個接地定時電容的電流控制張弛振蕩器的工作過程如下：

S1)設(shè)剛開始RS觸發(fā)器的輸出端Q為低電平，充電控制開關(guān)S1打開、放電控制開關(guān)S2關(guān)斷，充電電流源I_charge給接地定時電容C充電，當(dāng)接地定時電容C上的電壓上升超過上閾值電壓VH時，第一比較器COMP1輸出高電平，RS觸發(fā)器處于置位狀態(tài)，輸出端Q輸出高電平；

S2)RS觸發(fā)器的輸出端Q輸出高電平，充電控制開關(guān)S1關(guān)斷、放電控制開關(guān)S2打開，放電電流源I_discharge開始給接地定時電容C放電，C上的電壓下降，當(dāng)接地定時電容C上的電壓降到小于下閾值電壓VL，第二比較器COMP2輸出高電平，RS觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài)，輸出端Q輸出低電平；

S3)RS觸發(fā)器的輸出端Q輸出低電平，充電控制開關(guān)S1打開、放電控制開關(guān)S2關(guān)斷，返回到S1)。

基于單個接地定時電容的電流控制張弛振蕩器就在上閾值電壓VH和下閾值電壓VL之間來回振蕩。假如控制電路（圖1中的COMP1、COMP2和RS觸發(fā)器）的延時可以被忽略，且設(shè)I_charge=I_discharge=I，則振蕩器的頻率為

f=1T=I2C(VH-VL)]]>??????式1

從式1可以看出，如果控制電路的延時可以忽略，頻率正比于控制電流I。