[發明專利]用于低功率張弛振蕩器的方法和裝置

有效

• 申請號: 201780052753.9
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN109690948B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: B·L·亨特
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H03K3/02
• 分類號: H03K3/02;H03K3/012
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;趙蓉民

在所描述的示例中，裝置(200)包括：電容器(230)，其具有經耦合以接收電流的第一端子并且具有耦合到接地的第二端子；第一比較器(240)，其耦合到電容器(230)的第一端子處的電壓并且耦合到第一參考電壓(260)；第二比較器(242)，其耦合到電容器(230)的第一端子處的電壓并且耦合到不同于第一參考電壓(260)的第二參考電壓(262)，并且具有耦合到第一比較器(240)的輸出的使能輸入；放電電路(216)，其耦合到電容器(230)并由第二比較器(242)的輸出使能；以及切換電路(246)，其耦合到第二比較器(242)的輸出。

技術領域

本發明總體涉及振蕩器電路，更具體地涉及用于精確的、溫度穩定的低功率RC振蕩器的方法和裝置。

背景技術

振蕩器是通常將能量轉換為周期信號的電子電路。振蕩器通常提供重復恒定或高度規則的頻率信號，例如時鐘信號。振蕩器的輸出可以是各種波形，包括正弦波、三角波或方波。振蕩器的品質由占空比、熱穩定性以及最近由功耗來描述。占空比涉及信號高于閾值的時間量。熱穩定性指示振蕩器在其操作溫度范圍內經歷多少頻率漂移。功耗是功率管理的一部分，在當今電池供電的移動設備時代，振蕩器的功耗非常重要。振蕩器趨向于連續運行，即使在電路的其它部分處于休眠模式時，也會消耗功率，使振蕩器的功耗對電路中的功率降低至關重要。

振蕩器至少包括以下兩種類型：調諧振蕩器；以及張弛振蕩器。雖然調諧振蕩器在高功率和高精度應用中具有它們的用途，但是張弛振蕩器電路是集成電路中振蕩器的良好候選者，因為張弛振蕩器需要很小的硅面積，可以完全在集成電路上制造，并且既不需要晶體也不需要電感器來操作。

張弛振蕩器通過將電容器充電到閾值電壓V_T來工作。當電容器充電到電壓V_T時，電容器放電，并且該過程重復。電容器通常從通過電阻器耦合的DC電壓源充電。RC時間常數確定張弛振蕩器輸出的頻率。使用RC網絡確定其頻率的簡單張弛振蕩器可能容易發生頻率漂移，因為電阻和電容值隨溫度而變化。集成電路過程中常用的組件是正溫度系數電阻器(RTP)和負溫度系數電阻器(RTN)。通過使用串聯或并聯的RTN電阻器和RTP電阻器，可以使總電阻值的溫度偏差在溫度范圍內更加穩定。

圖1示出了傳統張弛振蕩器的框圖。低功率振蕩器(LPO)100是張弛設計，其使用電容器104和電阻器108來產生斜坡電壓。比較器110以節點115上的電壓觸發，并且比較器的輸出耦合到一對NAND門并且耦合到最終反相緩沖器120。基于無緩沖的LPO輸出，由電阻器R3和R2的值設置節點115的比較器參考電壓。通電開關(PWD)102通常斷開，允許LPO振蕩。在開路狀態下，這對NAND門作為反相器工作。當PWD被斷言時，NAND門輸出都變低，迫使LPO的最終輸出由于反相緩沖器120而變為恒定的高。

在張弛振蕩器100中，比較器110基于電阻器R2和R3的比率提供可靠的觸發。當電阻器R2和R3在集成電路上彼此非常接近時，該比率可以很好地跟蹤過程和溫度變化。通過由一對電阻器并聯，第一電阻器作為RTN并且第二電阻器作為RTP電阻器來制成電阻器，可以進一步改善斜坡電壓的RC時間常數的穩定性，這些電阻器通常可用于各種半導體制造過程。從觸發事件到比較器輸出改變的延遲(delay)時間也隨功率和溫度而變化。增加功率可以縮短比較器延遲(減少等待時間(latency))并降低對溫度的依賴性。然而，這種方法增加了功耗。需要具有改善的熱穩定性和降低的電流消耗的振蕩器。

發明內容

在所描述的示例中，一種裝置包括：電容器，其具有經耦合以接收電流的第一端子，并且具有耦合到接地的第二端子；第一比較器，其耦合到電容器的第一端子處的電壓并且耦合到第一參考電壓；第二比較器，其耦合到電容器的第一端子處的電壓，并且耦合到大于第一參考電壓的第二參考電壓，并且具有耦合到第一比較器的輸出的使能輸入；放電電路，其耦合到電容器并由第二比較器的輸出使能；以及切換電路(toggle circuit)，其耦合到第二比較器的輸出。

附圖說明

圖1是傳統張弛振蕩器的框圖。