[發明專利]無比較器的RC張弛振蕩器

有效

• 申請號: 201710310528.2
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107222186B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 馬彥昭;王黨輝;張盛兵;樊曉椏
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西北工業大學深圳研究院
• 主分類號: H03K3/0231
• 分類號: H03K3/0231;H03K3/011
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明公開了一種無比較器的RC張弛振蕩器，用于解決現有RC張弛振蕩器頻率穩定性差的技術問題。技術方案是包括電容充放電電路、緩沖器、多路選擇器和偽反相器鏈。電容充放電電路的輸出端V_RAMP與緩沖器的輸入端相連；緩沖器的輸出端V_H和輸出端V_L與多路選擇器的輸入端相連；多路選擇器的輸出端V_LS與反相器鏈的輸入端相連；反相器鏈的輸出端φ和輸出端與電容充放電電路和多路選擇器的輸入端相連。本發明通過產生具有階躍電壓的周期性三角波信號，并利用偽反相器判斷三角波信號的平均電壓，產生周期性的時鐘信號。該方法不使用比較器，避免了比較器失調和延遲對振蕩器頻率的影響，頻率穩定性好。

技術領域

本發明涉及一種RC張弛振蕩器，特別是涉及一種無比較器的RC張弛振蕩器。

背景技術

時鐘電路廣泛應用在植入式醫療器件、無線傳感器網絡等低功耗的電子設備中。例如，在無線傳感器網絡中，時鐘電路作為計時器，周期性的喚醒節點收發信號。當節點同步傳輸信號時，振蕩器的頻率的穩定性至關重要。在無線通信中，接收器和發射器必須保持同步，以保證數據包能夠正確傳送，這也要求時鐘信號具有穩定的頻率。RC張弛振蕩器具有低功耗，易于片上集成的特點，非常適合于應用在這些低功耗電子設備中。

參照圖5。文獻“S.L.J.Gierkink and E.van Tuij,A coupled sawtoothoscillator combining low jitter with high control linearity[J],IEEE Journalof Solid-State Circuits,vol.37,no.6,pp.702-710,Jun 2002.”公開了一種張弛振蕩器電路。該結構主要包括一個電容充放電電路、兩個比較器和一個RS觸發器。在充放電電路中，充電電流源I_REF1與開關S1的一端相連，放電電流源I_REF2與開關S2一端相連，開關S1和開關S2的另一端連接到電容C正端，電容C的負端接地。電容C的正端V_C與比較器CMP1的同相端和比較器CMP2的反向端相連，比較器CMP1的反向端連接參考電平V_H，比較器CMP2的同相端連接參考電平V_L。比較器CMP1的輸出連接RS觸發器的R端，比較器CMP2的輸出連接RS觸發器的S端。RS觸發器的輸出端Q端控制開關S1，RS觸發器的輸出端控制開關S2。當電容上的電壓V_C超過比較器CMP1的閾值電壓V_H時，比較器CMP1的輸出翻轉，RS觸發器的輸出Q變為高電平。開關S1關斷，開關S2導通，電容C上的電荷通過放電支路開始放電。當電容C上的電壓V_C低于比較器CMP2的閾值電壓V_L時，比較器CMP2的輸出翻轉，RS觸發器的輸出Q變為低電平。開關S1導通，開關S2關斷，電容C通過充電支路開始充電，如此循環。振蕩器的周期與充放電電流I_REF1和I_REF2、電容C以及參考電壓V_H和參考電壓V_L有關。該RC張弛振蕩器存在以下缺點：1)比較器的失調隨著溫度、電壓、工藝的變化而變化，導致振蕩器的頻率不穩定。2)比較器的延遲時間隨著溫度、電壓、工藝的變化而變化，導致振蕩器的頻率不穩定。

發明內容

為了克服現有RC張弛振蕩器頻率穩定性差的不足，本發明提供一種無比較器的RC張弛振蕩器。該RC張弛振蕩器包括電容充放電電路、緩沖器、多路選擇器和偽反相器鏈。電容充放電電路的輸出端V_RAMP與緩沖器的輸入端相連；緩沖器的輸出端V_H和輸出端V_L與多路選擇器的輸入端相連；多路選擇器的輸出端V_LS與反相器鏈的輸入端相連；反相器鏈的輸出端φ和輸出端與電容充放電電路和多路選擇器的輸入端相連。本發明通過產生具有階躍電壓的周期性三角波信號，并利用偽反相器判斷三角波信號的平均電壓，產生周期性的時鐘信號。該方法不使用比較器，避免了比較器失調和延遲對振蕩器頻率的影響，頻率穩定性好。