CN101741352A - 频率随温度变化的振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种频率随温度变化的振荡器，其包括：一可变频率振荡器，用以接收频率控制信号，并输出与之相对应的时钟信号；还包括：一应用环境模拟单元，用以检测应用环境温度变化并输出一相应的温度特征电信号；一频率调整控制单元，读取所述的温度特征电信号并与一基准信号进行比较输出所述的频率控制信号。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种振荡器，特别是根据应用环境温度的变化，从而能够自动完成频率调整的振荡器。
背景技术
振荡器是电子系统的基本电路，它产生系统所需要的各种时钟信号。在好多情况下应用环境的温度变化，为了维护相应的具体功能，需要振荡器能够随之输出与温度变化相关联频率的时钟信号，如在DRAM存储器中，存储单元的漏电速度和温度成正比，温度升高，漏电加速，这就需要一种振荡器，可以跟随温度变化，当温度升高，就加快刷新频率，能够将写入的数据保持住。
同时本申请人在先的专利申请中公开了一种可变频率振荡器其包括：一振荡器本体，用以根据向其输入的控制电流的大小，产生一确定频率的时钟信号输出；一电流控制电路，其接收一频率控制信号，并向所述的振荡器本体输出与所述频率控制信号所表征的频率相对应的所述控制电流。为实现根据温度和精确的获取需求的频率创造了条件。
鉴于上述需求，本发明创作者经过长时间的研究和创作获取了本发明。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种频率随温度变化的振荡器，用以满足现有对依据温度变化获取精确频率调整的振荡器的需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种频率随温度变化的振荡器，其包括：一可变频率振荡器，用以接收频率控制信号，并输出与之相对应的时钟信号；其特征在于，还包括：一应用环境模拟单元，用以检测应用环境温度变化并输出一相应的温度特征电信号；一频率调整控制单元，读取所述的温度特征电信号并与一基准信号进行比较输出所述的频率控制信号。
较佳的，还包括：一前置频率处理单元，其与所述的可变频率振荡器的输出端相连接，向所述的应用环境模拟单元以及频率调整控制单元提供检测温度变化的控制信号。
其中，所述的应用环境模拟单元从某种意义上作为一个温度检测器件，其可以为一独立存储单元设置于应用环境中，所述的频率调整控制单元依据所述的控制信号从所述的独立存储单元中读取所述的温度特征电信号。
所述的频率调整控制单元的组成可以包括：一比较电路以及一频率控制信号产生电路，其中，所述的比较电路获取所述的温度特征电信号，与预先设置的所述的基准信号进行比较，将比较所得的电信号送至所述的频率控制信号产生电路。
所述的频率控制信号产生电路为一移位寄存器或是串行寄存器，其输出端与所述的可变频率振荡器的控制端相连接，向其输出所述的频率控制信号。
由于从所述的独立存储单元获取的信号很小，因此所述的比较电路包括一灵敏放大器，其与所述的前置频率处理单元相连接，获取相应的控制信号。
其中，所述的前置频率处理单元包括：一控制信号产生电路，其产生写信号和读信号至所述的独立存储单元，产生预充电信号和启动信号至所述的灵敏放大器。
为了使从所述的可变频率振荡器输出的频率适合温度检测的控制，所述的前置频率处理单元还包括：一分频器，其设置于所述的可变频率振荡器输出端与所述的控制信号产生电路之间，产生一分频信号至所述的控制信号产生电路，
对于本发明而言，所述的可变频率振荡器其包括：一振荡器本体，用以根据向其输入的控制电流的大小，产生一确定频率的时钟信号输出；
一电流控制电路，其接收所述的频率控制信号，并向所述的振荡器本体输出与所述频率控制信号所表征的频率相对应的所述控制电流。
与现有技术比较本发明的有益效果在于，通过利用独立存储单元漏电特性，来获取应用环境中的温度变化情况，进而控制振荡器的频率，达到控制精度高；功耗小，提高芯片性能；受工艺变化影响小的优点。
附图说明
图1为本发明频率随温度变化的振荡器的功能结构框图；
图2为本发明频率随温度变化的振荡器较佳实施例一的功能结构框图；
图3为本发明频率随温度变化的振荡器较佳实施例二的功能结构框图；
图4为本发明频率随温度变化的振荡器较佳实施例二的结构示意图；
图5为本发明频率随温度变化的振荡器中频率调整控制单元的信号比较示意图一；
图6为本发明频率随温度变化的振荡器中频率调整控制单元的信号比较示意图二；
图7为本发明频率随温度变化的振荡器中频率调整控制单元中读取控制信号的时序图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图1所示，其为本发明频率随温度变化的振荡器的功能结构框图，所述的频率随温度变化的振荡器，其包括一可变频率振荡器1，其应用在某一具体环境下，其能够接收频率控制信号，并输出与之相对应的时钟信号osc_clk，这里所述的频率控制信号应理解为一数字信号；其还包括：一应用环境模拟单元2，用以检测应用环境温度变化，并输出一相应的温度特征电信号，其对应用环境的温度在单位时间内检测次数，是可以与所述的可变频率振荡器1输出频率相关的；一频率调整控制单元3，其读取所述的温度特征电信号并与一预设的基准信号进行比较，最后输出所述的频率控制信号，用以提供给所述的可变频率振荡器1进行频率调整，从而使所述的可变频率振荡器的输出时钟信号的频率升高或是降低。
请参阅图2所示，其为本发明频率随温度变化的振荡器较佳实施例一的功能结构框图；所述的应用环境模拟单元2从某种意义是上作为一个温度检测器件，针对所述的应用环境模拟单元2可以采用体积小，便于微电子加工工艺集成的独立存储单元21，由于所述的独立存储单元21的漏电速度和温度成正比，温度升高，漏电加速，从而可以通过其漏电速度反映对应的应用环境的温度变化，即这一现象就是用来作为温度检测的依据。针对所述的频率调整控制单元3，其是需要接收上述独立存储单元21输出的温度特征电信号，从而确定是否需要向所述的可变频率振荡器1输出频率控制信号，其组成包括：一比较电路31以及一频率控制信号产生电路32，其中，所述的比较电路31获取所述的温度特征电信号，并与预先设置的所述基准信号进行比较，从而将比较所得的电信号送信号至所述的频率控制信号产生电路32。所述的比较电路31的工作启动信号是与所述的可变频率振荡器1相关联。
请参阅图3所示，其为本发明频率随温度变化的振荡器较佳实施例二的功能结构框图；本实施例与上述较佳实施例一相比较差别在于，还设置有一前置频率处理单元4，其与所述的可变频率振荡器1的输出端相连接，将其输出的时钟信号频率转换为可向所述的独立存储单元21以及比较电路31提供检测温度变化的控制信号，这里采用所述前置频率处理单元4的原因在于起到适配的作用，由于从所述的可变频率振荡器1通常输出的时钟信号的频率都很大，而作为所述的独立存储单元21读、写操作信号，以及所述比较电路31的操作频率相对要小一些，因此通过所述的前置频率处理单元4实现相对应的适配。
请参阅图4所示，其为本发明频率随温度变化的振荡器较佳实施例二的结构示意图；所述的可变频率振荡器1是由一振荡器本体11以及一电流控制电路12组成，所述的振荡器本体11(一般意义上的振荡器)用以根据向其输入的控制电流的大小，产生一确定频率的时钟信号输出；所述的电流控制电路12接收所述的频率控制信号产生电路31输出的频率控制信号Q<n:0>，并向所述的振荡器本体11输出与所述频率控制信号Q<n:0>所表征的频率相对应的控制电流。
所述的比较电路31包括一灵敏放大器311，这是由于从独立存储单元21中读取信号的电压值通常都很小，需要升压；所述的频率调整控制信号产生电路32为一移位寄存器321，当所述的灵敏放大器311将从独立存储单元21读取的信号的电压值和所述预设的基准信号电压值进行比较，并向所述的移位寄存器321输出高/低电平的比较结果信号detect，用以决定是要提高频率还是降低频率，从而使所述的移位寄存器321输出的频率控制信号Q<n:0>发生改变，需要说明的是，上述的移位寄存器321可以由串联的寄存器组来代替。
与所述的振荡器本体11输出端相连接为所述的前置频率处理单元4，所述的前置频率处理单元4包括：一分频器41以及一控制信号产生电路42，所述的分频器41输出分频信号clk_r的周期为N个osc_clk周期，以该信号对应的频率为检测温度变化的频率，其中，N是根据所述存储单元常温时的漏电速度来确定取值；所述的控制信号产生电路42接收所述的分频信号clk_r，经过处理后产生写信号vest和读信号wl至所述的独立存储单元，以及预充电信号neq和启动信号saon至所述的灵敏放大器311；其中上述的四个信号的时序关系，请参阅图5中的描述。
上面描述的为本发明频率随温度变化的振荡器的结构，以下结合图5-图7对其工作原理进行描述。
以下以存储器作为具体应用环境，通过所述的模拟应用环境温度变化的独立存储单元21的漏电速度来检测应用环境的温度变化情况，根据存储单元对某逻辑值漏电的敏感性，写入一个初始值a到存储单元21，举例存储单元对逻辑“0”的漏电情况敏感。经过一段时间T0(T0＝N*Tosc_clk0)的漏电后，成为另外一个值a0，其中Tosc_clk0为所述的可变频率振荡器1初始时钟周期。所述的灵敏放大器311读出这个温度特征电信号的电压值a0，并和基准信号电压b比较；如果a0大于b，则认为漏电过快，温度升高，产生比较结果信号detect＝1输出给频率调整控制电路32，如果所述频率调整控制电路32为移位寄存器321，则detect＝1时所述的移位寄存器321左移，产生的频率控制信号Q<n:0>将大于上一周期的频率控制信号Q<n:0>输出给所述的可变频率振荡器1，所述的可变频率振荡器1加快输出频率，从而产生一个新的时钟信号Tosc_clk1。其中，所述的基准信号电压b是从外部获取的固定电压Vref的大小。
可变频率振荡器1产生时钟信号osc_clk，初始时钟周期Tosc_clk0，经过所述的分频器产生的clk_r的周期T0大小为N倍的osc_clk周期，clk_r触发读、写操作必须的控制信号，如neq/saon/wl/vset，读取独立存储单元21的信息。其中，vset为写信号，其读操作时处于高电平，neq为预充电信号，其是在高电平时进行预充电precharge，wl为读信号，其是低电平有效打开所述的独立存储单元，saon为启动信号，其是在高电平时启动所述的灵敏放大器311，其时序关系如图5所示。
过一段时间T1(T1＝N*Tosc_clk1)，其中，T1＜T0，由于所述独立存储单元21存储的值漏电而读取为另外一个值a1，再读出这个温度特征电信号电压值a1和基准信号电压b比较，如果这个值a1还比所述的基准信号电压b高，则认为漏电还在加快，温度还是升高，再次产生频率控制信号Q<n:0>给可变频率振荡器1加快输出频率，从而再次产生一个新的时钟信号，如此循环下去直到在某一个输出频率osc_clkn下；
经过一段时间Tn(Tn＝N*Tosc_clkn)，由于所述独立存储单元21存储的值漏电为另外一个值an。再读出这个温度特征电信号电压值an和基准信号电压b比较，如果这个值an比基准信号电压b低，则认为漏电速度降低，即现有的温度比预期的低，产生比较结果信号detect＝0，所述的移位寄存器右移，产生新的频率控制信号Q<n:0>给所述的可变频率振荡器1用以降低输出频率，从而再次产生一个新的时钟信号，这样输出频率osc_clk就跟踪了温度的变化，最终在两个与稳定频率误差最小的频率之间来回切换。detect的输出值在稳定的时候，即ai＝b时连续输出......0101010。
需要强调的是，一方面，所述的频率控制信号Q<n:0>的取值位数n可以灵活设置，n越大，控制频率精度越大；另一方面，上述根据比较结果输出的频率控制信号Q<n:0>，最终使可变频率振荡器1提高频率还是降低频率是按照实际的应用环境中，温度升高对振荡器输出频率的需求而定，可以是升频也可以是降频。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种频率随温度变化的振荡器，其包括：一可变频率振荡器，用以接收频率控制信号，并输出与之相对应的时钟信号；其特征在于，还包括：一应用环境模拟单元，用以检测应用环境温度变化并输出一相应的温度特征电信号；一频率调整控制单元，读取所述的温度特征电信号并与一基准信号进行比较输出所述的频率控制信号。
2.根据权利要求1所述的频率随温度变化的振荡器，其特征在于，还包括：一前置频率处理单元，其与所述的可变频率振荡器的输出端相连接，向所述的应用环境模拟单元以及频率调整控制单元提供检测温度变化的控制信号。
3.根据权利要求2所述的频率随温度变化的振荡器，其特征在于，所述的应用环境模拟单元为一独立存储单元设置于应用环境中，所述的频率调整控制单元依据所述的控制信号从所述的独立存储单元中读取所述的温度特征电信号。
4.根据权利要求3所述的频率随温度变化的振荡器，其特征在于，所述的频率调整控制单元包括：一比较电路以及一频率控制信号产生电路，其中，所述的比较电路获取所述的温度特征电信号，与预先设置的所述的基准信号进行比较，将比较所得的电信号送至所述的频率控制信号产生电路。
5.根据权利要求4所述的频率随温度变化的振荡器，其特征在于，所述的频率控制信号产生电路为一移位寄存器，其输出端与所述的可变频率振荡器的控制端相连接，向其输出所述的频率控制信号。
6.根据权利要求4所述的频率随温度变化的振荡器，其特征在于，所述的比较电路包括一灵敏放大器，其与所述的前置频率处理单元相连接，获取相应的控制信号。
7.根据权利要求6所述的频率随温度变化的振荡器，其特征在于，所述的前置频率处理单元包括：一控制信号产生电路，其产生写信号和读信号至所述的独立存储单元，产生预充电信号和启动信号至所述的灵敏放大器。
8.根据权利要求7所述的频率随温度变化的振荡器，其特征在于，所述的前置频率处理单元还包括：一分频器，其设置于所述的可变频率振荡器输出端与所述的控制信号产生电路之间，产生一分频信号至所述的控制信号产生电路。
9.根据权利要求8所述的频率随温度变化的振荡器，其特征在于，所述的可变频率振荡器其包括：一振荡器本体，用以根据向其输入的控制电流的大小，产生一确定频率的时钟信号输出；
一电流控制电路，其接收所述的频率控制信号，并向所述的振荡器本体输出与所述频率控制信号所表征的频率相对应的所述控制电流。
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