CN101272127A - 高精度振荡电路和其方法 - Google Patents

Abstract

本发明的高精度振荡电路包含输出电流镜、P－N互补型电流镜、P型电流镜和N型电流镜。所述P－N互补型电流镜具有与所述输出电流镜相同的结构，但其操作电流仅为所述输出电流镜的1/k倍。所述P型电流镜连接到所述P－N互补型电流镜，其操作电流约为所述P－N互补型电流镜的m倍。所述N型电流镜的操作电流约为所述P型电流镜的n倍，其中

。所述N型电流镜的一端连接到所述输出电流镜，且另一端连接到所述P型电流镜。

Description

高精度振荡电路和其方法

技术领域

本发明涉及一种高精度振荡电路，且具体地说，涉及一种可使温度对频率的影响低于特定范围内的高精度振荡电路。

背景技术

图1为压电元件(Piezoelectric device)的频率变化对电压增益的对应图。所述压电元件通常用于显示器的背光模块，因此其操作频率将影响所述显示器的亮度。就控制所述压电元件的模拟电路来说，其输出电流大小将影响所述压电元件的工作频率。因此，如何使控制模拟电路的输出电流免受温度变化的影响实为重要课题。

图2为常规振荡电路，其包含振荡电流产生级22和输出电流镜21。一般来说，由于P1、P2、P3晶体管的工作点不相同和N2、N3晶体管不匹配(mismatch)所造成电流镜的失真，因而使常规振荡电路的频率在制程的SS角落(-40℃)有-10％的误差，而在制程的FF角落(90℃)有+7％的误差。此外，常规振荡电路经常将电阻R1和电容C1内嵌在芯片内，因此更易使操作频率受温度和制程的影响。

就目前的背光控制IC来说，经常要求频率受温度变化的影响必需控制在正负2％以内，因此常规电路显然已不符合目前设计上的需求。

图3(a)和图3(b)显示另一种常规电路设计，其将N2和N3晶体管复制相同尺寸的一份N2a和N3a晶体管，用以反向抵消N2和N3晶体管因温度变化而造成的电流变化以及其进而造成的频率变化。然而，图3(a)和图3(b)的电路设计必需耗费许多芯片面积，在实际应用上并不符合制造成本。

发明内容

本发明的高精度振荡器仅使用较少芯片面积即可达到使温度对频率的影响低于正负2％的范围内，进而改善了常规技术的缺点。此外，本发明的高精度振荡电路可选择性地将电阻R_EXT和电容C_EXT改为外接式，因此较不受制程变化的影响。

本发明高精度振荡电路的实施例包含输出电流镜、P-N互补型电流镜、P型电流镜和N型电流镜。所述P-N互补型电流镜具有与所述输出电流镜相同的结构，但其电流仅为所述输出电流镜的1/k倍，其中k大于1。所述P型电流镜连接到所述P-N互补型电流镜，其电流为所述P-N互补型电流镜的m倍，其中m大于1。所述N型电流镜的一端连接到所述P型电流镜，另一端连接到所述输出电流镜。所述N型电流镜的电流为所述P型电流镜的n倍，其中 $\frac{m\×n}{k}\≥1,$ 且n大于1。

本发明高精度振荡电路的使用方法包含依据与所述输出电流镜相同的结构而产生基准电流的步骤，其中所述基准电流仅为所述输出电流镜的1/k倍，其中k大于1。接着，将所述基准电流放大m倍，其中m大于1。之后，将所述基准电流再放大n倍，然后连接到所述输出电流镜，其中 $\frac{m\×n}{k}\≥1,$ 且n大于1。

附图说明

图1为压电元件频率变化对电压增益的对应图；

图2显示常规振荡电路；

图3(a)和3(b)显示另一种常规振荡电路；

图4为本发明高精度振荡电路的实施例；和

图5(a)和5(b)为本发明的高精度振荡电路的使用方法。

具体实施方式

图4为本发明高精度振荡电路的实施例。所述高精度振荡电路包含补偿电流镜40和输出电流镜44，而所述补偿电流镜40位于振荡电流产生级45与所述输出电流镜44之间。所述补偿电流镜40包含P-N互补型电流镜41、P型电流镜42和N型电流镜43，其为了补偿所述输出电流镜44因为温度变化而造成的电流变化。所述P-N互补型电流镜41具有与所述输出电流镜44相同的结构，但相对的晶体管尺寸只有所述输出电流镜44的1/k倍，因此其电流仅为所述输出电流镜44的1/k倍，其中k大于1。所述P型电流镜42连接到所述P-N互补型电流镜41，且因为P14晶体管和P12、P13晶体管具有相同的尺寸，但P15晶体管的尺寸为P14晶体管的m倍，因此所述P型电流镜42的电流为所述P-N互补型电流镜41的m倍，其中m大于1。所述N型电流镜43的一端连接到所述P型电流镜42，另一端连接到所述输出电流镜44。所述N型电流镜43的N15晶体管的尺寸为N14晶体管的n倍，因此所述N型电流镜43的电流为所述P型电流镜42的n倍，其中n大于1。所述P型电流镜42的P14、P15晶体管和所述N型电流镜43的N14、N15晶体管可制作成长通道元件，以避免短通道调制效应(short channel modulation effect)。综合所述P-N互补型电流镜41、所述P型电流镜42和所述N型电流镜43的调整效应，所述补偿电流镜40的电流为所述输出电流镜44的倍。通过所述补偿电流镜40连接到所述输出电流镜44，可将所述输出电流镜44因温度变化而改变的电流抵消为 $(1-\frac{m\×n}{k})\×\mathrm{\ΔI}.$

图5(a)为本发明高精度振荡电路的使用方法实施例。就半导体制程的变异性来说，如果以TT的角落(corner)为中心，在SS的角落为温度变化所造成-10％的频率变化，而在FF的角落为温度变化所造成+7％的频率变化。如果设定 $\frac{m\×n}{k}=1,$ 那么可抵消FF角落所造成的+7％频率变化，而仅留下SS角落所造成-3％的频率变化。此时，整体误差为正负1.5％。

图5(b)为本发明的高精度振荡电路的另一使用方法实施例。如果设定 $\frac{m\×n}{k}>1,$ 那么可进一步调整到最佳化的程度。例如如果设定m＝2、n＝10、k＝5，那么可进一步调整SS和FF角落到-1.5％的频率变化。此时，整体误差为正负0.75％，即可使温度变化对频率的影响降到制程变异的SS角落与FF角落的差距的四分之一。

本发明的高精度振荡电路可将所述输出电流镜44、所述补偿电流镜40和不含电阻R_EXT的所述振荡电流产生级45制作在同一芯片中。由于电阻R_EXT和电容C_EXT为外接式，因此本发明的高精度振荡电路较不受制程变化的影响。此外，本发明的高精度振荡电路仅使用较少芯片面积即可达到使温度对频率的影响低于正负2％的范围内。

本发明的技术内容和技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本发明的教示和揭示内容而作出种种不脱离本发明精神的替换和修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不脱离本发明的替换和修饰，并由所附权利要求书涵盖。

Claims (9)

1. 一种高精度振荡电路，其特征在于包含：

输出电流镜；

P-N互补型电流镜，其具有与所述输出电流镜相同的结构，但其电流仅为所述输出电流镜的1/k倍，其中k大于1；

P型电流镜，其连接到所述P-N互补型电流镜，其电流为所述P-N互补型电流镜的m倍，其中m大于1；和

N型电流镜，其一端连接到所述P型电流镜，另一端连接到所述输出电流镜，所述N型电流镜的电流为所述P型电流镜的n倍，其中 $\frac{m\×n}{k}\≥1,$ 且n大于1。

2. 根据权利要求1所述的高精度振荡电路，其特征在于所述P型电流镜和所述N型电流镜被制作成长通道元件。

3. 根据权利要求1所述的高精度振荡电路，其特征在于另外包含不含外接电阻的振荡电流产生级，所述振荡电流产生级连接到所述P-N互补型电流镜。

4. 根据权利要求3所述的高精度振荡电路，其特征在于被制作在同一芯片内，且所述芯片不含外接电容。

5. 根据权利要求1所述的高精度振荡电路，其特征在于经 $\frac{m\×n}{k}\≥1$ 的调整后，可使温度变化对频率的影响降到正负2％内。

6. 一种高精度振荡电路的使用方法，其特征在于包含下列步骤：

依据与输出电流镜相同的结构而产生基准电流，其中所述基准电流仅为所述输出电流镜的1/k倍，其中k大于1；

将所述基准电流放大m倍，其中m大于1；和

将所述基准电流再放大n倍，然后连接到所述输出电流镜，其中 $\frac{m\×n}{k}\≥1,$ 且n大于1。

7. 根据权利要求6所述的高精度振荡电路的使用方法，其特征在于经 $\frac{m\×n}{k}\≥1$ 的调整后，可使温度变化对频率的影响降到正负2％内。

8. 根据权利要求6所述的高精度振荡电路的使用方法，其特征在于所述高精度振荡电路被制作在芯片内，且所述芯片不含外接电容和外接电阻。

9. 根据权利要求7所述的高精度振荡电路的使用方法，其特征在于经 $\frac{m\×n}{k}\≥1$ 的调整后，可使温度变化对频率的影响降到所述振荡电路的制程变异的SS角落与FF角落的差距的四分之一。

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