[發明專利]RC振蕩器

有效

• 申請號: 201310390561.2
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103475337A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王建軍;朱家訓;朱定飛;鄧廷;梅月;譚岳德;向銘
• 申請（專利權）人: 珠海中慧微電子有限公司
• 主分類號: H03K3/011
• 分類號: H03K3/011
• 代理公司: 廣東秉德律師事務所 44291
• 代理人: 楊煥軍;朱鵬

【技術領域】

本發明屬于集成電路設計技術領域，具體涉及一種RC振蕩器。

【背景技術】

一般情況下，RC振蕩器通過對電容的充放電延時來產生振蕩時鐘信號，這種電路結構所產生的時鐘信號頻率容易受到芯片供電電壓、周圍工作環境溫度等因素的影響。為了克服工作電源電壓和環境溫度對RC振蕩器輸出時鐘頻率的影響，眾多設計和發明提出了各種高精度的RC振蕩器。圖1為經典的RC振蕩器，其包括：基準電路模塊1，P溝道MOS管Mp1S，P溝道MOS管Mp2S，P溝道MOS管Mp3S，振蕩核心邏輯電路3，第一時序電容Ct1S，第二時序電容Ct2S，第一放電開關S1，第二放電開關S2。振蕩核心邏輯電路3設有第一比較輸入端31、第二比較輸入端32、基準電壓輸入端33、第一控制信號輸出端34、第二控制信號輸出端35和時鐘信號輸出端36。

基準電路模塊1設有基準電壓輸出端12和電路輸入端11；電路輸入端11連接P溝道MOS管Mp1S的漏極，P溝道MOS管Mp1S的源極連接工作電源V，P溝道MOS管Mp1S的柵極連接P溝道MOS管Mp1S的漏極，基準電壓輸出端12連接基準電壓輸入端33，流經P溝道MOS管Mp1S的電流作為基準電流。

基準電路模塊1具體包括帶隙基準電壓源Bandgap、比較放大器CP、N溝道MOS管MnS、電阻Rs和直流電流源Iref，帶隙基準電壓源Bandgap連接工作電源VDD并且其輸出端連接比較放大器CP的正輸入端，比較放大器CP的負輸入端連接N溝道MOS管MnS的源極和電阻Rs的第一端，電阻Rs的第二端通過直流電流源Iref接地，比較放大器CP的輸出端連接N溝道MOS管MnS的柵極，N溝道MOS管MnS的源極作為基準電壓輸出端12，N溝道MOS管MnS的漏極作為電路輸入端11。

P溝道MOS管Mp2S的源極和P溝道MOS管Mp3S的源極均連接工作電源V，P溝道MOS管Mp2S的柵極、P溝道MOS管Mp3S的柵極均連接P溝道MOS管Mp1S的柵極，P溝道MOS管Mp2S的漏極連接第一時序電容Ct1S的第一端，P溝道MOS管Mp3S的漏極連接第二時序電容Ct1S的第一端。第一放電開關S1的第一端連接第一時序電容Ct1S的第一端，第一放電開關S1的第二端連接地；第二放電開關S2的第一端連接第二時序電容Ct2S的第一端，第二時序電容Ct2S的第二端連接地。第一比較輸入端31連接第一時序電容Ct1S的第一端,第二輸出端23連接第二時序電容Ct2S的第一端,第一控制信號輸出端34控制第一放電開關S1的通斷，第二控制信號輸出端35控制第二放電開關S2的通斷。第一時序電容Ct1S的第二端、第二時序電容Ct2S的第二端均連接地。

具體是，主要工作原理為：基準電路模塊1和P溝道MOS管Mp1S、工作電源V共同產生基準電壓和基準電流，P溝道MOS管Mp2S、P溝道MOS管Mp3S分別與P溝道MOS管Mp1S構成電流鏡，P溝道MOS管Mp2S、P溝道MOS管Mp3S分別鏡像了上述基準電流；MOS管Mp2S以固定斜率給第一時序電容Ct1S充電，當時序電容Ct1S上的正端電壓Va上升到基準電壓V_ref時，振蕩核心邏輯電路中的比較器翻轉，控制與第一時序電容Ct1S相連的第一放電開關S1閉合，迅速將Ct1S上的電荷放掉，由于第一放電開關S1的導通阻抗遠遠小于MOS管Mp2S的導通阻抗，所以在第一放電開關S1閉合期間，第一時序電容Ct1S的正端電壓Va一直接近于0電平；幾乎在第一放電開關S1閉合對第一時序電容Ct1S放電的同時，第二放電開關S2斷開，MOS管Mp3S開始對第二時序電容Ct2S充電，正端的電壓Vb開始以固定斜率上升，直到電壓Vb的電壓值達到基準電壓V_ref，后續的比較器斷開第一放電開關S1，閉合第二放電開關S2，MOS管Mp2S再次以固定斜率對第一時序電容Ct1S充電，第二放電開關S2將第二時序電容Ct2S上的電荷完全放掉，正端電壓Vb的電壓接近0電平，一個新的充電周期開始。上述振蕩器中兩個時序電容對應正端電壓及輸出時鐘clk的波形如圖2所示。一個時鐘振蕩周期等于兩個時序電容Ct1S、Ct2S充電時間之和。若充電電流均為I_char,電容值均為C，基準電壓值為V_ref，則時鐘頻率公式如下：