[發明專利]一種自動振幅控制型晶體振蕩器

在審

• 申請號: 202110011903.X
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112600518A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 胡曉宇;袁甲;于增輝;凌康
• 申請（專利權）人: 北京中科芯蕊科技有限公司
• 主分類號: H03B5/12
• 分類號: H03B5/12;H03B5/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發明涉及一種自動振幅控制型晶體振蕩器，包括受振幅控制的電流鏡電路、反相器、第一脈沖開關、第二脈沖開關和偏置電阻，第一脈沖開關連接在電流鏡電路中鏡像管的源極，第二脈沖開關連接在反相器的接地端，通過設置第一脈沖開關的控制脈沖，使第一脈沖開關在反相器輸出的正弦波處于峰值時閉合，反相器短時間為晶體充電，提高了能量注入效率；并且第一脈沖開關的控制脈沖和第二脈沖開關的控制脈沖反相且不重疊，使反相器的PMOS管和NMOS管不會同時開啟，消除了反相器的短路功耗，從而降低了晶體振蕩器的整體功耗。

技術領域

本發明涉及晶體振蕩器技術領域，特別是涉及一種自動振幅控制型晶體振蕩器。

背景技術

在物聯網應用中，如無線感知節點等超低功耗系統，長期處于休眠狀態，通過實時時鐘（RTC）喚醒工作，以此來延長設備的使用壽命。當系統處于休眠時，RTC消耗功耗占整個系統主要的功耗，因此需要一個超低功耗的振蕩器作為RTC的時鐘源。常見的振蕩器主要為兩類，一類是RC振蕩器，功耗可達sub-nW級，但是精度比較低，對于需要互相發送和接受數據的系統來說，如無線感知節點與節點之間，時鐘精度低會使得兩個時鐘基準產生時間誤差，導致巨大的喚醒功耗浪費；另一類是晶體振蕩器，其精度主要由外部晶體控制，能達10^-9，但是功耗過高。因此，如何降低晶體振蕩器功耗成為主要研究關鍵點。

為降低晶體振蕩器功耗，自動振幅控制型晶體振蕩器被提出，傳統的自動振幅控制型晶體振蕩器通過振幅反饋控制晶體充電電流，使得晶體維持低振幅振蕩，降低了功耗，但是通過一個受振幅控制的電流鏡為反相放大器提供偏置電流，電流鏡本身消耗較高的功耗，并且長期處于對晶體充電狀態，而實際上晶體維持振蕩只需要很少部分能量，剩下的均被消耗掉，極大降低了晶體能量注入效率。并由于反相放大器輸入端為正弦波，會使得反相器的PMOS和NMOS同時開啟，產生大的短路功耗。

發明內容

本發明的目的是提供一種自動振幅控制型晶體振蕩器，以降低晶體振蕩器的整體功耗。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種自動振幅控制型晶體振蕩器，所述晶體振蕩器包括：反相器、第一脈沖開關、第二脈沖開關、偏置電阻和受振幅控制的電流鏡電路；

所述第一脈沖開關的一端與電源連接，所述第一脈沖開關的另一端與所述電流鏡電路中鏡像管的源極連接，所述電流鏡電路中鏡像管的漏極與所述反相器的電源輸入端連接；

所述反相器的接地端與所述第二脈沖開關的一端連接，所述第二脈開關的另一端接地；所述反相器的信號電壓輸入端與所述偏置電阻的一端連接，所述反相器的信號電壓輸出端與所述偏置電阻的另一端連接；

所述偏置電阻的一端與晶體的一個電極連接，所述偏置電阻的另一端與晶體的另一個電極連接；

所述第一脈沖開關的控制脈沖的低電平持續時間和所述第二脈沖開關的控制脈沖的高電平持續時間不相同。

可選的，所述反相器包括：第一晶體管和第二晶體管；

所述第一晶體管的源極與所述第一晶體管的襯底連接，所述第一晶體管的漏極與所述第二晶體管的漏極連接，所述第一晶體管的柵極與所述第二晶體管的柵極連接，所述第二晶體管的源極與所述第二晶體管的襯底連接；

所述第一晶體管的源極作為反相器的電源輸入端，所述第二晶體管的源極作為反相器的接地端，所述第一晶體管的柵極與所述第二晶體管的柵極的連接點作為反相器的信號電壓輸入端，所述第一晶體管的漏極與所述第二晶體管的漏極的連接點作為反相器的信號電壓輸出端。

可選的，所述第一晶體管為PMOS管，所述第二晶體管為NMOS管。

可選的，所述電流鏡電路包括：電流基準源、輸入管和鏡像管；

所述輸入管的源極與所述電源連接，所述輸入管的漏極與所述電流基準源的輸出端連接，所述輸入管的柵極與所述輸入管的漏極短接，并與所述鏡像管的柵極連接；