[發(fā)明專利]一種頻率穩(wěn)定的硅基環(huán)形振蕩器電路

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• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113783565A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪洋;仲廣
• 申請（專利權(quán)）人: 上海萍生微電子科技有限公司
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 蕪湖宸澤知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34208
• 代理人: 陳斐

本發(fā)明提供一種頻率穩(wěn)定的硅基環(huán)形振蕩器電路，包括反相器，所述反相器的數(shù)量至少為一個且數(shù)量為奇數(shù)，所述反相器串聯(lián)在一條電路中，所述反相器之間串聯(lián)設(shè)置有電阻，反相器與電阻之間并聯(lián)電容，電阻和電容隨工藝變化相對晶體管小，且在工藝和溫度變化下向著相反方向變化，使的RC時間常數(shù)變化小，進而振蕩器輸出頻率穩(wěn)定。硅基集成電路中，反相器的后面串聯(lián)電阻，并聯(lián)電容，組成環(huán)形振蕩器，可以實現(xiàn)輸出頻率的穩(wěn)定。面積小，隨著工藝和溫度變化小。利用電阻和MOS電容隨工藝變化相對晶體管較小，且在工藝和溫度變化下向著相反方向變化，使的RC時間常數(shù)變化小，進而振蕩器輸出頻率穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)形振蕩器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種頻率穩(wěn)定的硅基環(huán)形振蕩器電路。

背景技術(shù)

振蕩器是一種將直流電能轉(zhuǎn)化為一定頻率的交流電能的一種電路，應(yīng)用范圍從微處理器的時鐘產(chǎn)生到蜂窩電話中載波合成，到開關(guān)電源的實現(xiàn)，要求的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)差別很大。對利用硅基工藝設(shè)計穩(wěn)定、高性能振蕩器不斷提出挑戰(zhàn)。

在集成電路設(shè)計中，振蕩器的結(jié)構(gòu)主要有壓控振蕩器（VCO），LC振蕩器，環(huán)形振蕩器等。現(xiàn)有的奇數(shù)個反相器組成的環(huán)形振蕩器雖具有結(jié)構(gòu)簡單，功能可靠，實現(xiàn)成本低等優(yōu)點，但輸出頻率隨集成電路制造過程中的工藝偏差和溫度影響較大，輸出頻率變化可達三倍以上，已經(jīng)不適合要求越來越高的電子系統(tǒng)的發(fā)展，如5G等。因此，解決普通振蕩器受工藝偏差和溫度影響較大的問題就顯得尤為重要了。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供了一種頻率穩(wěn)定的硅基環(huán)形振蕩器電路，基于已有的奇數(shù)反相器組成的振蕩器的基礎(chǔ)上進行改進，保留了結(jié)構(gòu)簡單，功能可靠，版圖面積小，成本低等優(yōu)點，同時克服了加工制造和溫度變化導(dǎo)致的頻率不穩(wěn)現(xiàn)象，輸出頻率更加穩(wěn)定。

本發(fā)明提供一種頻率穩(wěn)定的硅基環(huán)形振蕩器電路，包括反相器，所述反相器的數(shù)量至少為一個且數(shù)量為奇數(shù)，所述反相器串聯(lián)在一條電路中，所述反相器之間串聯(lián)設(shè)置有電阻，反相器與電阻之間并聯(lián)電容，電阻和電容隨工藝變化相對晶體管小，且在工藝和溫度變化下向著相反方向變化，使的RC時間常數(shù)變化小，進而振蕩器輸出頻率穩(wěn)定。

進一步改進在于：所述電容使用MOS電容，當(dāng)電阻阻值變大時，電容變小；電阻阻值變小時，電容C變大。

進一步改進在于：所述環(huán)形振蕩器電路開始工作時每個節(jié)點的初始電壓為反相器的邏輯閾值，當(dāng)各級反相器相同且器件沒有噪聲，電路保持恒定狀態(tài)，不震蕩。

進一步改進在于：所述電阻為溫敏電阻，通過溫度的不同對電阻值進行調(diào)節(jié)。

假設(shè)電路開始工作時每個節(jié)點的初始電壓為反相器的邏輯閾值，如果各級反相器相同且器件沒有噪聲，那么電路將保持恒定狀態(tài)，不震蕩。但現(xiàn)實世界里，噪聲不可避免會擾動每個節(jié)點電壓，結(jié)果產(chǎn)生不斷放大的波形，最終信號達到電路的電源電壓擺幅。

在集成電路制造過程中，晶體管器件參數(shù)隨著制造工藝和環(huán)境溫度而變化，進而影響到振蕩器的輸出頻率。為了使輸出的振蕩器頻率穩(wěn)定，本發(fā)明巧妙的在增益級電路后面加入了電阻，電容。利用的是電阻和MOS電容隨工藝變化相對晶體管較小，且在工藝和溫度變化下向著相反方向變化，（如：電阻變大時，電容變小；電阻變小時，電容變大），使的RC時間常數(shù)變化小，進而振蕩器輸出頻率穩(wěn)定。

本發(fā)明的有益效果是：硅基集成電路中，反相器的后面串聯(lián)電阻，并聯(lián)電容，組成環(huán)形振蕩器，可以實現(xiàn)輸出頻率的穩(wěn)定。面積小，隨著工藝和溫度變化小。利用電阻和MOS電容隨工藝變化相對晶體管較小，且在工藝和溫度變化下向著相反方向變化，使的RC時間常數(shù)變化小，進而振蕩器輸出頻率穩(wěn)定。振蕩器的輸出頻率隨制造工藝和環(huán)境溫度變化較小。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-反相器，R-電阻，C-電容。

具體實施方式