[發明專利]一種低功耗低溫度系數的環形振蕩器

有效

• 申請號: 201410420371.5
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104184469A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 李亞
• 申請（專利權）人: 長沙瑞達星微電子有限公司
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于集成電路設計領域，用于模擬/數模混合集成電路特別是低功耗集成電路中時鐘的產生；具體設計一種新的振蕩器其偏置電流溫度系數和反相器翻轉電平溫度系數相互補償的結構，僅在傳統電路增加幾個器件的條件下獲得較低溫度系數的時鐘。

背景技術

在某些電路中，時鐘信號是電路正常運作的前提，低溫度系數的時鐘信號有利于電路性能的穩定；在眾多集成時鐘電路中，RC延時的環形振蕩器以低功耗、低成本的優勢得到了廣泛應用。

圖1是一種基礎的具有較高電源抑制比的低功耗環形振蕩器，這種環形振蕩器具有結構簡單，低功耗和高電源抑制比的特點；環形振蕩電流由2k+1（k=1、2、3…）級首尾相連的反相器連接而成，第n級反相器的輸入連接到第n-1級反相器的輸出，第n級反相器的輸出連接到第n+1的反相器輸入，最后第2k+1級反相器的輸出連接到第1級反相器的輸入，同時作為振蕩器的輸出；圖2為圖1環形振蕩器的其中一級反相器，PMOS電流源管（M_PBn）鏡像參考電流源，為反相器提供恒流偏置I_n，V_{in_n}、V_{o_n}分別為該級反相器的輸入和輸出，Cn為輸出端連接的延時電容；當反相器的輸入V_{in_n}等于比較器的翻轉電平V_sw，滿足表達式[Equ.1]；當輸入電壓V_{in_n}小于翻轉電平，PMOS開關管（M_PKn）開啟、NMOS開關管（M_NKn）關閉，電流I_n對電容C_n充電，當電容電壓也就是輸出電壓V_{o_n}等于反相器的翻轉電平V_sw，反相器輸出電壓V_{o_n}經過2k（k=0、1、2…）級的反相器連接到本級的輸入，使本級反相器翻轉，PMOS開關管（M_PKn）關閉、NMOS開關管（M_NKn）開啟，電容C_n放電，放電時間極短可以忽略，所以本級反相器的延遲時間等于電流I_n將電容電壓V_{o_n}由地電壓充到翻轉電壓V_sw的時間，延遲時間t_Delay表達式[Equ.2]；整個環形振蕩器的延遲時間即振蕩器的周期T為每一級反相器延時的累加，見[Equ.3]

???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????[Equ.1]

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????????????????????????????????????????????????????????????????[Equ.3]

????從[Equ.1]、[Equ.2]、[Equ.3]可以看到，表達式中不含有電源項，所以該振蕩器產生的時鐘具有較好的電源抑制比；但是[Equ.1]中NMOS管的遷移率μ_n和閾值電壓V_TH都是具有高溫度系數的變量，使反相器的翻轉電平V_sw具有高的溫度系數，所以這種振蕩器的溫度系數較高。?

發明內容

降低振蕩器的溫度系數，可以有效的提升時鐘電路的性能，由于振蕩器的周期T含有遷移率μ_n和閾值電壓V_TH兩個高溫度系數的變量，也就是反相器的翻轉電平V_sw具有高的溫度系數，使振蕩器的周期也具有較高的溫度系數；為了降低振蕩器的溫度系數，可以增加對應的偏置電路使反相器的偏置電流也含有遷移率μ_n和閾值電壓V_TH這兩個變量；兩者相互抵消，即可得到低溫度系數的振蕩器。

基于上述思想，本發明為提高環形振蕩器的溫度穩定性，利用偏置電流的溫度系數和反相器的翻轉電平的溫度系數相互補償，提出了一種新環形振蕩器結構，主要的技術點有兩個方面：

1．能產生一個包含MOS管遷移率μ_n和閾值電壓V_TH這兩個變量的參考電流的結構；

2．能將參考電流的溫度系數與反相器翻轉電平溫度系數相互補償的結構。