[發(fā)明專利]一種用于ADC的高精度張弛振蕩器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211297590.X
• 申請日: 2022-10-22
• 公開（公告）號: CN115632635A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏榕山;章子玉;周圻坤;魏聰
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學
• 主分類號: H03K3/0231
• 分類號: H03K3/0231;H03K3/012
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

本發(fā)明提出一種用于ADC的高精度張弛振蕩器，所述振蕩器包括電流源I1與I2、電容器CRES、比較器、反相器INV1、INV2、振蕩器晶體管組和電壓選擇開關(guān)TG；所述比較器與反相器INV1、電容器CRES相連，還與振蕩器晶體管M1、M2相連；比較器連有偏置電源VB1、VB2、VB3，以及校準信號端口Caln1~CalnN、Calp1~CalpN，通過接入校準信號Vn1~VnN、Vp1~VpN，來校準在比較過程中存在的失配問題；所述振蕩器通過對比較器失配的校準來實現(xiàn)振蕩器的高精度，電壓選擇開關(guān)根據(jù)比較器輸出結(jié)果選擇相應標準電壓以實現(xiàn)振蕩輸出；本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，易于集成，可操作性強并且功耗低，能實現(xiàn)高精度的效果，適合應用于ADC系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于ADC的高精度張弛振蕩器。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的興起，傳感器作為一種能夠?qū)⒆匀唤缰械姆请妼W信號轉(zhuǎn)換為電學信號的器件，是整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息的來源。在自然界中的信號都是連續(xù)的模擬信號，以目前的技術(shù)能力，要處理模擬信號比較困難，而處理數(shù)字信號更為容易，所以信息很多時候需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-digital converter，ADC)來實現(xiàn)模擬域到數(shù)字域的轉(zhuǎn)換。

在ADC系統(tǒng)中，需要使用振蕩器為其提供時鐘頻率。不同的振蕩器電路結(jié)構(gòu)在功耗、頻率穩(wěn)定性和面積等方面各有優(yōu)劣。常用的作為時鐘的振蕩器電路有晶體振蕩器、環(huán)形振蕩器、LC振蕩器和RC振蕩器。

(1)晶體振蕩電路具有精度高、抗干擾性強等優(yōu)點。但是晶體振蕩器需要外界接入石英晶體，因此不利于芯片的內(nèi)部集成。

(2)環(huán)形振蕩器有電路結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等優(yōu)點。然而環(huán)形振蕩器的輸出頻率易受環(huán)境影響，抗干擾能力弱，導致頻率穩(wěn)定性不高。

(3)LC振蕩器有良好的溫度特性和電壓特性。但其需要大量電容器件C與電感器件L，對于芯片面積的占用太大，并且不易集成。

(4)RC振蕩器可操作性強，且可集成到芯片內(nèi)部，面積和成本較小。但是RC振蕩器頻率穩(wěn)定性不高，輸出頻率比較容易受到溫度、器件失配和電源電壓的影響。

對于ADC這樣要求集成度高的系統(tǒng)，常采用環(huán)形振蕩器與RC振蕩器，RC振蕩器相比于環(huán)形振蕩器，溫度系數(shù)更小，輸出頻率更加穩(wěn)定。故而RC振蕩器被廣泛應用。而RC振蕩器存在容易受到溫度、器件失配與電壓的影響，振蕩頻率不穩(wěn)定的問題。因此研究高精度的振蕩器是當下研究熱點。張弛振蕩器也是RC振蕩器的一種類型。本發(fā)明涉及一種用于ADC的高精度張弛振蕩器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種用于ADC的高精度張弛振蕩器，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于集成，可操作性強并且功耗低。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種用于ADC的高精度張弛振蕩器，所述振蕩器包括電流源I1與I2、電容器CRES、比較器、反相器INV1、INV2、振蕩器晶體管組和電壓選擇開關(guān)TG；所述比較器與反相器INV1、電容器CRES相連，還與振蕩器晶體管M1、 M2相連；

比較器連有偏置電源VB1、VB2、VB3，以及校準信號端口Caln1~ CalnN、Calp1~CalpN，通過接入校準信號Vn1~VnN、Vp1~VpN，來校準在比較過程中存在的失配問題；

所述振蕩器通過對比較器失配的校準來實現(xiàn)振蕩器的高精度，電壓選擇開關(guān)根據(jù)比較器輸出結(jié)果選擇相應標準電壓以實現(xiàn)振蕩輸出。

所述電流源I1的下端連接振蕩器晶體管M1的源極，上端接入供電電源；電流源I2的上端連接振蕩器晶體管M2的源極，下端接地；

振蕩器晶體管M1、M2的漏極與比較器輸入端口VIP以及電容CRES上極板接在一起，柵極與比較器輸出端口Vout相接；

電容器CRES上極板接比較器輸入端VIP；下級板接地；