[發明專利]一種用于張弛振蕩器的可實現精確調頻的電路

有效

• 申請號: 201711363007.X
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN107896092B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 王志鵬
• 申請（專利權）人: 長沙景嘉微電子股份有限公司
• 主分類號: H03C3/09
• 分類號: H03C3/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于張弛振蕩器的可實現精確調頻的電路，相對于傳統的張弛結構振蕩器的調頻方式，本發明利用多路反饋電壓引入的誤差巧妙解決了張弛振蕩器結構難以實現精確調頻的問題，使得張弛結構的振蕩器甚至可以取代晶振用于一些對頻率精度要求相對苛刻的電路中。

技術領域

本發明用于集成電路設計領域，具體涉及一種用于張弛振蕩器的可實現精確調頻的電路。

背景技術

提到便攜式電子產品中的時鐘源，最先想到的便是晶振電路。的確，晶振電路以其良好的頻率精確性和穩定性在消費類芯片中的發展和應用取得了巨大成功。然而，晶振電路仍然存在兩個致命的弊端：首先，起振時間較長。雖然近年來國內外采用了多種技術手段來減小晶振的起振時間，但是，因其晶體固有特性制約，幾百微秒甚至毫秒級別的起振時間仍是在許多應用條件下無法接受的；第二，晶體的使用必然帶來成本的開銷。一方面晶體的價格甚至比一些芯片價格還要貴，另一方面，還會帶來PCB板的開銷，在一些便攜式產品的應用中越來越受制約。因此，時鐘源的片上集成化已成為近年來消費類芯片設計研究的一個重要方向。

張弛振蕩器以其功耗低便于集成的特點而備受推崇，然而張弛振蕩器輸出頻率易受工藝和溫度的影響而產生較大偏差，另一方面，振蕩頻率受其固有結構的制約難以實現精確調節。圖1是一個較為典型的張弛結構振蕩器，主要包括調頻模塊和振蕩模塊。調頻模塊的工作原理類似于一個LDO，可通過改變可變電阻Rx的大小改變電流I，進而改變鏡像到振蕩模塊的充電電流的大小。振蕩模塊的工作原理簡單來說主要是利用調頻模塊為振蕩模塊提供偏置電流，在初始時刻電容C1被下拉到地，偏置電流流過C2給其充電至Vc1，當Vc1電壓高于比較器的參考電壓Vref2時至比較器翻轉，比較器翻轉輸出經RS觸發器后再控制充放電電容開關導致電容C2被下拉到地，偏置電流流過C1給其充電，就這樣此過程交替進行從而產生時鐘輸出。在調頻模塊中，可通過調節可變電阻Rx進而調節充電電流的大小彌補由于器件工藝偏差導致的不同芯片之間或不同晶圓之間的頻率偏差，可通過溫度補償電路彌補由于溫度變化導致的頻率偏差。然而，Rx的變化并不是一個線性過程，這就導致振蕩器輸出只能是按照頻點變化，而可變電阻Rx的精度直接決定了振蕩器輸出的可調精度，然而單純的改變Rx的大小又很難滿足張弛振蕩器在某些應用中的需求。下面通過一些數據來說明，例如，在USB傳輸應用中，根據USB的傳輸協議需要時鐘源產生一個48MHz的時鐘且頻率偏差需在48MHz±120KHz范圍內，對于圖1所示的結構，假設調頻模塊反饋點電壓Ve=1V，偏置電流按照三倍的關系鏡像到振蕩模塊，振蕩模塊中比較器的參考電壓為0.9V，同時，假設在接下來的計算過程中忽略比較器的傳輸延時，那么，電流對電容充電滿足如下關系式，

（1）

其中，I=3I₀，t_r為電容充到Vc1點電壓的上升時間，C為其中一個電容的容值，

（2）

其中，Vb=1V，R_tot=Rx+R₀，因為兩個電容各充放電一次為一個時鐘周期，因此，時鐘周期的表達式為，

（3）