[發明專利]一種對電源電壓和溫度變化不敏感的環形振蕩電路

有效

• 申請號: 202111006440.4
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113746454B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 劉術彬;董志成;韓昊霖;丁瑞雪;朱樟明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H03K3/011
• 分類號: H03K3/011;H03K3/03
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種對電源電壓和溫度變化不敏感的環形振蕩電路，包括：CTAT基準電流源，用于根據控制信號生成第一偏置電流和具有負溫度系數的第二偏置電流；環形振蕩器，連接CTAT基準電流源，用于根據第二偏置電流補償環形振蕩器由于溫度變化引起的正溫度系數輸出振蕩電壓；鉗位保護電路，連接CTAT基準電流源，用于根據第一偏置電流生成用于保護CTAT基準電流源、時鐘整形電路的鉗位電壓；時鐘整形電路，連接環形振蕩器和鉗位保護電路，用于在鉗位電壓的保護下，對振蕩電壓進行整形輸出時鐘信號；CTAT基準電流源，還連接鉗位保護電路，還用于在鉗位電壓的保護下，根據控制信號自適應更新第一偏置電流和第二偏置電流。本發明提高了集成電路系統的性能。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路設計技術領域，具體涉及一種對電源電壓和溫度變化不敏感的環形振蕩電路。

背景技術

如今，可植入芯片與物聯網傳感器芯片一般通過環境能量收集器利用環境中的熱能和機械能等能量來產生集成電路系統所需的電能，以克服需要常年更換電池的弊端。但是，能量收集器的使用也給集成電路系統內的振蕩器等核心電路的設計帶來了困難。

由于環境能量的有限性，能量收集器只能給集成電路系統提供微瓦量級的功耗預算，因此要求振蕩器電路的功耗極低。同時，環境能量也是不穩定的，因此能量收集器所提供的電源電壓具有很大范圍的跨度，這要求振蕩器電路對電源電壓不敏感。為了滿足精準定時或者同步，振蕩器的振蕩頻率也需要對溫度變化不敏感。可植入芯片與物聯網傳感器芯片的集成度越來越高，這要求振蕩器電路的面積也要足夠小。環形振蕩器相對于LC振蕩器具有面積小、功耗低、與數字電路兼容等優勢，可用于給集成電路系統提供一個穩定、精確的時鐘信號，起到定時、喚醒或者同步系統的作用。

但是，傳統的環形振蕩電路對電源電壓與溫度變化很敏感，導致其輸出時鐘信號的頻率不穩定，進而影響集成電路系統的性能。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種對電源電壓和溫度變化不敏感的環形振蕩電路。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明實施例提供了一種對電源電壓和溫度變化不敏感的環形振蕩電路，包括CTAT基準電流源、環形振蕩器、鉗位保護電路和時鐘整形電路，其中，

所述CTAT基準電流源，用于根據控制信號生成第一偏置電流和具有負溫度系數的第二偏置電流；

所述環形振蕩器，連接所述CTAT基準電流源，用于根據所述第二偏置電流補償所述環形振蕩器由于溫度變化引起的正溫度系數輸出振蕩電壓；

所述鉗位保護電路，連接所述CTAT基準電流源，用于根據所述第一偏置電流生成用于保護所述CTAT基準電流源、所述時鐘整形電路的鉗位電壓；

所述時鐘整形電路，連接所述環形振蕩器和所述鉗位保護電路，用于在所述鉗位電壓的保護下，對所述振蕩電壓進行整形輸出時鐘信號；

所述CTAT基準電流源，還連接所述鉗位保護電路，還用于在所述鉗位電壓的保護下，根據所述控制信號自適應更新第一偏置電流和第二偏置電流。

在本發明的一個實施例中，所述CTAT基準電流源包括晶體管M_p1～晶體管M_p9、晶體管M_n1～晶體管M_n7、電阻R₁和電阻R₂，其中，