[發明專利]振蕩頻率具有極低溫度離散的尾電流型環形振蕩電路

有效

• 申請號: 201610052656.7
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105656481B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 李愛玲;韓雁;張世峰;曹天霖;陳雅雅;周騫;錢雨霽;江如成
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發明公開了一種振蕩頻率具有極低溫度離散的尾電流型環形振蕩電路。該振蕩電路主要包括PTAT電流產生電路、恒定電流產生電路、尾電流型環形振蕩電路、緩沖級。尾電流型環形振蕩電路振蕩頻率與尾電流成線性關系，且當尾電流為恒定電流時振蕩頻率具有負溫度系數。采用恒定電流和PTAT電流同時為環形振蕩電路提供尾電流，恒定電流提供環形振蕩電路振蕩所需的大部分電流，PTAT電流補償尾電流型環形振蕩電路的負溫度系數，這樣可以實現振蕩頻率的極低溫度離散。環形振蕩電路反相級中PMOS的源端與襯底相接，減小振蕩頻率的電壓離散。緩沖級整形輸出信號波形。

技術領域

本發明涉及環形振蕩電路領域，尤其涉及振蕩頻率具有極低溫度離散的尾電流型環形振蕩電路。

背景技術

高穩定性的頻率參考電路是時鐘產生、頻率綜合器的關鍵器件。通常，我們使用外部晶體振蕩器提供高穩定性的參考頻率，實現幾個ppm溫度系數。在很多應用中，例如無線傳感器網絡中的接收機，需要的頻率精度必須是幾個百分點。

為了適應集成電路低成本、微型化的應用，必須實現片上高穩定性的振蕩器，片上振蕩器的穩定性能決定著集成電路的穩定性能。片上造成振蕩器離散的原因包括工藝偏差、供電電壓的偏差和溫度的變化。工藝偏差包括柵氧厚度偏差、閾值電壓偏差、晶體管尺寸的偏差（dW_D和dL_D）、溫度梯度和機械應力帶來的偏差等。供電電壓的偏差主要是集成電路SOC系統中片上數字電路帶來的供電電源噪聲等。溫度變化帶來的偏差主要來自載流子遷移率和閾值電壓隨溫度的變化。

近幾年已經研究出很多補償振蕩電路PVT離散的方案，主要是調整振蕩電路的控制電壓或者控制電流為溫度、工藝和電壓的補償函數，或者通過外部的電網頻率自修調內部的振蕩電路。對于在頻率電壓線性調整率上有更高要求的應用，可以通過片上低壓差線性穩壓器（LDO）來減小供電電壓帶的頻率離散。

尾電流型環形振蕩電路，結構簡單，振蕩頻率由尾電流來確定。MOS管的性能和參數隨工藝角、電壓、溫度的影響，振蕩頻率也隨之改變。

公開號為CN105071801A的抗工藝、電壓、溫度變化的低功耗尾電流型環形振蕩電路，該環形振蕩電路的尾電流只采用PTAT電流補償環形振蕩電路的負溫度系數，在tt工藝角下可以調整晶體管參數，使得PTAT電流正溫度系數正好補償環形振蕩電路的負溫度系數，但只要工藝角偏離，就很難正好補償，振蕩頻率的溫度離散又會變大。此補償電路不適用對振蕩頻率溫度離散要求很高的電路。

發明內容

本發明公開了一種振蕩頻率具有極低溫度離散的尾電流型環形振蕩電路。

一種振蕩頻率具有極低溫度離散的尾電流型環形振蕩電路，其包括：

PTAT電流產生電路，產生與溫度呈正比的電流；

恒定電流產生電路，產生恒定電流；

尾電流型環形振蕩電路，其振蕩頻率與尾電流呈線性關系，且當尾電流為恒定電流時具有負溫度系數；

緩沖級，整形輸出信號波形；

所述的PTAT電流和恒定電流同時為尾電流型環形振蕩電路提供尾電流，其中恒定電流提供尾電流型環形振蕩電路振蕩所需的大部分電流，PTAT電流補償尾電流型環形振蕩電路的負溫度系數；

所述的尾電流型環形振蕩電路反相級中PMOS的源端與襯底相接，減小反相級中PMOS的體效應，減小PMOS閾值電壓隨供電電壓的變化，減小振蕩頻率的電壓離散。

所述的PTAT電流產生電路包括：

NMOS和PMOS 自偏置Cascode結構，保證流過兩支路的電流相等，改善了電源抑制比；