CN101567677A - 参考时钟频率发生器 - Google Patents

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clock frequency
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季科夫
刘涛
宋振宇
李耿民
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Alpha Imaging Technology Corp
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Alpha Imaging Technology Corp
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Abstract

本发明提供了一种参考时钟频率发生器。该参考时钟频率发生器包括：PTAT电压发生器，用于提供补偿电压；以及电压控制振荡器，用于根据所述补偿电压产生稳定的频率输出。本发明无需外部晶体振荡器提供参考频率，具有很小的功耗，电路简单，且产生的频率相对于温度比较稳定，随温度变化的幅度控制在千分之三范围内。

Description

参考时钟频率发生器
技术领域
本发明涉及半导体集成电路，尤其涉及一种参考时钟频率发生器。
背景技术
随着通信、数字电视、卫星定位、航空航天和遥控遥测技术的不断发展，对频率源的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出频率个数的要求越来越高。为了提高频率稳定度，经常采用晶体振荡器等方法来解决，但它不能满足频率个数多的要求，因此，目前大量采用频率合成技术。通过对频率进行加、减、乘、除运算，可从一个高稳定度和高准确度的标准频率源，产生大量的具有同一稳定度和准确度的不同频率的时钟信号。频率合成器是从一个或多个参考频率中产生多种频率时钟信号的器件。它是现代通讯系统必不可少的关键电路，广泛应用于数字通信、卫星通信、雷达、导航、航空航天、遥控遥测以及高速仪器仪表等领域。随着各应用行业的发展，频率合成器也得到了较快发展，形成了完善的系列品种，市场需求非常大。
锁相环PLL(Phase-Locked Loops)是常用的频率合成技术之一，经过了直接合成模拟式频率综合器、锁相式频率综合器、直接数字式频率综合器(DDS)三个发展阶段，其优点是频率准确度高，可以得到任何想要的频率。但同时他需要晶体振荡器作为频率参考源，功耗大，增加了外围器件，使用不方便。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种参考时钟频率发生器，能够克服现有技术中电路结构复杂，功耗大的缺点。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种参考时钟频率发生器，其特征在于，该参考时钟频率发生器包括：PTAT电压发生器，用于提供补偿电压；以及电压控制振荡器，用于根据所述补偿电压产生稳定的频率输出。
通过本发明实施例，电压型参考时钟频率发生(Voltage Mode ReferenceFrequency Generator)可以在频率固定的场合代替PLL，内置于芯片内部，作为频率参考源，无需外部晶体振荡器提供参考频率，具有很小的功耗，电路简单，面积只有PLL的1/6，且产生的频率相对于温度比较稳定，随温度变化的幅度控制在千分之三范围内。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为根据本发明实施例的参考时钟频率发生器的结构示意图。
图2为根据本发明的PTAT电压发生器的电路示意图。
图3为根据本发明的电压控制振荡器的电路示意图。
图4为根据本发明的PTAT电压发生器的电压温度关系图。
图5为根据本发明的电压控制振荡器的频率温度关系图。
图6为根据本发明的电路控制振荡器的频率电压关系图。
图7为根据本发明的参考时钟频率发生器的温度频率关系图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本实施例提供一种参考时钟频率发生器。下面详细描述参照图1到图7详细描述根据本发明的参考时钟频率发生器，该参考时钟频率发生器包括：PTAT电压发生器，用于提供补偿电压；以及电压控制振荡器(VCO)，用于根据所述补偿电压产生稳定的频率输出。
如图3所示，随绝对温度成比例变化PTAT(Proportional-To-Absolute-Temperature)电压发生器包括带隙(Bandgap)电路。其中，
可以调整的温度系数的电流：I＝I1+I2
正温度系数电流：I1＝ΔVbe/R40
负温度系数电流：I2＝Vbe/R41
Vbe为PNP管的基射极电压
ΔVbe为两个Vbe间的电压差
R40、R41为两电阻
由于ΔVbe随温度成正比例变化，而Vbe随温度成反比例变化，电流I1是正温度系数，电流I2是负温度系数。调整R40和R41的比例可以得到需要的比例关系的电压，可以得到稳定的输出电压，具有良好的温度特性，比如温度＝25度时，Vout＝1.23v，温度＝125度时，Vout＝1.23v。而本发明中电压V是随温度成正比例变化的，如图5所示。具体例如，在温度＝25度，Vctrl＝1.1伏特，温度＝100度时，Vctrl＝1.2伏特。
如图4所示，VCO电路包括V2I电路、环形振荡器(ring OSC)和缓冲电路(buffer)。其中，V2I电路，用于把电压转换成振荡需要的电流，比如说电压＝1.0V，电流＝100uA，频率＝100MHz；而电压＝1.1V，电路＝90uA，频率＝90MHz。Ring OSC是由奇数个相位相差180度的，增益＞1的延迟单元(delaycell)组成，其振荡频率由电流控制。比如说电路＝100uA，频率＝100MHz；而电路＝90uA，频率＝90MHz。VCO buffer电路是对VCO输出的正弦型号小摆幅信号进行放大，成为方波信号作为时钟。图6反映的是VCO振荡频率和温度的关系，是正比例关系。
如图6所示，电压＝1.1V，当温度＝25度时，频率＝156MHz；而温度＝120度时，频率＝161MHz，因此VCO电路产生的频率与温度成正比。而如图7所示，VCO电路产生的频率与电压成反比。
而图7反映出，用PTAT电压发生器产生的电压来补偿VCO电路，产生一个较为稳定的输出频率，随温度变化很小。
本实施例无需外部晶体振荡器提供参考频率，具有很小的功耗，电路简单，且产生的频率相对于温度比较稳定，随温度变化的幅度控制在千分之三范围内。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种参考时钟频率发生器，其特征在于，该参考时钟频率发生器包括：
PTAT电压发生器，用于提供补偿电压；以及
电压控制振荡器，用于根据所述补偿电压产生稳定的频率输出。
2、根据权利要求1所述的参考时钟频率发生器，其特征在于：所述补偿电压与温度成正比例变化。
3、根据权利要求1所述的参考时钟频率发生器，其特征在于：所述电压控制振荡器产生的频率与温度成正比，与电压成反比。
4、根据权利要求1所述的参考时钟频率发生器，其特征在于：所述PTAT电压发生器包括带隙电路。
5、根据权利要求1所述的参考时钟频率发生器，其特征在于，所述电压控制振荡器包括：
V2I电路，用于把电压转换成振荡需要的电流；
环形振荡器，用于根据所述电流产生振荡正弦信号；以及
缓冲电路，用于将正弦信号转变成时钟信号。
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PB01 Publication
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

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