CN102063150B

CN102063150B - 时钟产生器

Info

Publication number: CN102063150B
Application number: CN 200910221767
Authority: CN
Inventors: 林盈熙; 张巧伶
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-11-16
Also published as: CN102063150A

Abstract

一种时钟产生器，包含一电流产生器，用于依据一偏压信号以产生一第一电流与一第二电流；一振荡器，耦接至电流产生器，用于依据第一电流以产生一时钟信号；频率检测器，耦接至振荡器，依据时钟信号与一参考时钟信号以输出一控制信号；偏压调整器，耦接至电流产生器与频率检测器，用于依据控制信号以输出偏压信号。其中，当时钟信号的信号频率变动时，偏压调整器根据频率变动相对应地调整偏压信号，以改变第一电流与第二电流。

Description

时钟产生器

技术领域

本发明为一种时钟产生器，尤其涉及一种实质上不受制程、工作电压与温度等环境影响的时钟产生器。

背景技术

制程、电压、温度补偿校正电路最主要是用于稳定变数控制振荡器，使其在不同的环境下，皆可输出准确的频率，不受环境及制程因素影响。

一般补偿的做法是，使用另一组振荡器检测环境的变化，再将检测的结果送到补偿电路(compensation circuits)，此种方法总共须用两个振荡器，使得消耗面积及功率增加，但若这两个振荡器不匹配(mismatch)，易使检测出的结果产生误差，使得输出频率与设计的不同。除此以外，其补偿电路是利用控制电流源的方式达成，但在先进制程中，晶体管本身会有漏电的问题，如果要控制的电流极微小，需要较高的解析度时，较不易达成。

另一补偿做法是利用不同的温度系数作补偿，为了产生适当的温度系数，在制作过程中，电子和电动混杂的浓度需做调整，在实际制作上需多一道手续，会提高制作成本，且若在制作过程中，如果有制程上的飘移则无法产生正确的温度系数，对制程变异较无抑制能力。故用电阻和电容的充放电作为振荡器，其中每组电阻需一个正温度系数的电阻和一个负温度系数的电阻串接，来抵消温度对振荡频率的影响，但若制作过程中有制程飘移，则此电阻仍会受温度影响，使得输出的频率精准度降低，如果串联愈多组此种电阻，其对制程飘移的抑制力会愈差，在低频时，因所需电阻较大，输出频率精准度愈易受温度影响。

除此之外，尚有使用了稳压器(bandgap reference voltage regulator)产生稳定的电压，抑制电压变异的影响，在内部使用了温度制程补偿电路(temperature/process circuit)来降低温度和制程变异的影响，但当需要高精准度的输出频率时，这两个电路所需的功耗上达数毫安培，如果用于低功率的应用，则无法达到高精准度的输出。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种时钟产生器，可节省引脚且产生的时钟信号实质上不受制程、电压飘移、与温度...等影响。

本发明的目的之一在于提供一种时钟产生器，可节省成本。

本发明的目的之一在于提供一种时钟产生器，可提高输出频率的精准度。

本发明的目的之一在于提供一种时钟产生器，可降低消耗的功率。

本发明的一实施例提供一种时钟产生器，包含一电流产生器、一振荡器、一频率检测器、以及一偏压调整器。一电流产生器，用于依据一偏压信号以产生一第一电流与一第二电流；振荡器，耦接至电流产生器，用于依据该第一电流以产生一时钟信号；频率检测器，耦接至振荡器，依据时钟信号与一参考时钟信号以输出一控制信号；偏压调整器，耦接至电流产生器与频率检测器，用于依据控制信号以输出偏压信号。其中，当时钟信号的信号频率变动时，偏压调整器根据频率变动相对应地调整偏压信号，以改变第一电流与第二电流。

本发明调整被动元件，控制振荡器的输入，使其在不同的温度、制程和电压的变异下，皆可得到高精准度的输出频率。此方法在电路制作时，不需额外的电子电动浓度调整，可降低成本，且以调整被动元件的方式来控制输出，其可控制的解析度高，可达到高精准度的输出频率，且所消耗的功率极低，适合低功率产品的应用。

附图说明

图1显示本发明时钟产生器的一实施例示意图。

图2显示本发明时钟产生器的一实施例示意图。

图3显示本发明时钟产生器的一实施例示意图。

【主要元件符号说明】

100、200、300时钟产生器

101、301电流产生器

101a、Mr、M1、M2、Mn晶体管

101b、301a电流镜电路

102、302振荡器

103、303频率检测器

104、304偏压调整器

105频率对电压转换器

106比较器

SW开关

具体实施方式

首先，请参阅图1，图1显示本发明时钟产生器的一实施例示意图。时钟产生器100包含有一电流产生器101、一振荡器102、一频率检测器103、一偏压调整器104、频率对电压转换器105以及一比较器106。

电流产生器101耦接至振荡器102、偏压调整器104、以及比较器106，且依据偏压调整器104所输出的一偏压信号BS，而产生电流I1与I2。其中，振荡器102接收第一电流I1后，依据电流I1以产生一时钟信号S。频率对电压转换器105，耦接至电流产生器101，接收电流I2与时钟信号S，并经频率对电压转换器105将电流I2与时钟信号S转换后，输出一转换电压CV至比较器106。比较器106耦接至频率对电压转换器105与电流产生器101，用于将节点N的偏压信号BS与转换电压CV进行比较，以产生反馈信号FS至电流产生器101。

以下，将对本实施例的运作原理做较详尽的说明。在时钟产生器100于初始状态时，电流产生器101依据偏压调整器104所输出的偏压信号BS来产生电流I1、I2。接着，振荡器102依据电流I1来产生时钟信号S，且频率对电压转换器105依据电流I2以将时钟信号S的频率转换为一转换电压CV。最后，比较器106将比较转换电压CV与偏压信号BS来调整电流产生器101。更进一步而言，当比较器发现转换电压CV与偏压信号BS不同时，反馈信号FS系调整电流产生器101，使得电流I1、I2进行调整，以改变转换电压CV，直到转换电压CV与偏压信号BS相同为止。换句话说，当转换电压CV与偏压信号BS相同时，表示振荡器102所输出的时钟信号S能稳定在所设计的频率范围中。

另外，在一实施例中，可增加一频率检测器103来增加时钟信号S的频率精确度。如图1所示，频率检测器103耦接至振荡器102的输出端，且频率检测器103依据一致能信号ES决定是否进行频率检测。频率检测器103进行频率检测时，检测时钟信号S与一参考时钟信号RS的频率差异以输出一控制信号CS至偏压调整器104。当振荡器102所产生的时钟信号S与参考时钟信号RS的频率相异时，频率检测器103输出控制信号CS至偏压调整器104，以调整偏压调整器104输出的偏压信号BS，以改变该电流I1与I2的值，直到振荡器102输出时钟信号S的频率与和参考时钟信号RS的频率相同。如此一来，时钟产生器100更以增加频率的精准度。换句话说，频率检测器103可用来做为校准时钟信号S的频率的用途。另外，为了达到更省电的目的，当频率检测器103校准准时钟信号S的频率后，亦即，脉信号S的频率振荡于目标频率时，可通过致能信号ES将频率检测器103禁能，以节省不必要的耗电。

由上述说明可知，时钟产生器100中的电流产生器101、振荡器102、频率对电压转换器105与比较器106所形成的第一回路可使得振荡器102输出的时钟信号S，其频率振荡于一所设计的频率范围中。另外，电流产生器101、频率检测器103与偏压调整器104所形成的第二回路可使得振荡器102输出的时钟信号S，其频率振荡于目标的频率上。

请参阅图2，图2显示本发明时钟产生器的一实施例示意图。时钟产生器200的电流产生器101包含一晶体管101a与一电流镜电路101b。

晶体管101a耦接至比较器106与偏压调整器104，用于依据反馈信号FS以输出一控制电流Ic。电流镜电路101b耦接至晶体管101a，用于依据控制电流Ic以产生电流I1与I2。其中，电流镜电路101b包含晶体管Mr、M1与M2。

控制电流Ic流至电流镜电路101b，其中，晶体管M1产生电流I1，晶体管M2产生电流I2。当晶体管M1的宽长比(aspect ratio)设计为晶体管Mr的b倍时，则第一电流I1实质上等同于b倍的控制电流Ic。同理，当晶体管M2的宽长比(aspect ratio)设计为晶体管Mr的a倍时，则电流I2实质上等同于a倍的控制电流Ic。

如图2所示，晶体管M1的漏极端耦接至振荡器102，振荡器102可依据晶体管M1所输出的电流I1以产生时钟信号S，频率对电压转换器105，接收电流I2与时钟信号S，并经频率对电压转换器105将电流I2与时钟信号S转换后，输出一转换电压CV至比较器106。比较器比较器106再将转换电压CV与偏压信号BS进行比较，输出反馈信号FS至晶体管101a，以形成一回路系统。另外，依据一实施例，偏压调整器104可由一可变电阻所实现，但本发明不以此为限。

请参阅图3，图3显示本发明时钟产生器的一实施例示意图。如图所示，时钟产生器300包含有一电流产生器301、一振荡器302、一频率检测器303、以及一偏压调整器304。

电流产生器301耦接至振荡器302、频率检测器303、以及一偏压调整器304。电流产生器301依据一偏压信号BS以产生电流I至振荡器302。

振荡器302耦接频率检测器303，并依据电流产生器301所输出的电流I以产生一时钟信号S。频率检测器303接收时钟信号S与一参考时钟信号RS，且频率检测器303还依据一致能信号ES决定是否进行频率检测，当频率检测器303被致能并进行频率检测时，由时钟信号S与参考时钟信号RS的关系，以分别输出控制信号CS1与CS2至偏压调整器304与电流产生器301。

偏压调整器304耦接至频率检测器303，并依据控制信号CS1，进而调整偏压信号BS，使电流产生器301产生电流I改变，以达到振荡器302的频率校正效果。换句话说，当时钟信号S的信号频率变动时或所输出的振荡频率有误差时，偏压调整器304根据频率变动相对应地调整偏压信号BS，以改变电流I。

在本发明一实施例中，电流产生器301还包含一电流镜电路301a与至少一开关SW。电流镜电路301a具有一参考晶体管Mr与至少一输出晶体管Mn，在本实施例中，具有n个输出晶体管M1～Mn，且n为大于1的正整数。其中，参考晶体管Mr用于依据控制电流Ic以控制输出晶体管M1～Mn输出电流。

开关SW耦接至输出晶体管M1～Mn的栅极端与参考晶体管Mr的栅极端之间，开关SW依据控制信号CS2，以控制开关SW是否关闭或导通，并由导通开关SW的数量，进而调整电流I值。

需注意者，电流I值的大小，依据控制开关SW在导通状态下，输出晶体管M1～Mn的漏极端输出的电流总和。换句话说，如果控制开关SW依据控制信号CS2，其导通数目为3个，则电流I值的大小为输出晶体管M1～M4的漏极端输出的电流总和，由改变电流I值的大小以调整振荡器302产生时钟信号S的频率。

在本发明一实施例中，偏压调整器304由一可变电阻所满足，在另一实施例中，也可由温度补偿电阻(thermal compensation resistor)所满足，以降低振荡器302对温度的影响。

故电流产生器301产生的电流I传输至振荡器302，并由振荡器302产生时钟信号S至频率检测器303，频率检测器303由时钟信号S与参考时钟信号RS，分别输出控制信号CS1与CS2至偏压调整器304与电流产生器301，进而调整偏压调整器304的电阻值与控制开关SW数目，改变电流产生器301输出电流I值的大小，以调整振荡器302产生的时钟信号S，进而达到振荡器302频率校正的效果。

综上所述，本发明的时钟产生器通过电流产生器、振荡器、以及偏压调整器三者反馈控制的机制，调整电流产生器所产生的电流值的大小，改变振荡器产生的时钟信号的频率。换句话说，可使得振荡器产生的时钟信号不受制程、工作电压与温度影响，使振荡器产生的频率稳定在所设计的频率上。

Claims

1.一种时钟产生器，包含：

一电流产生器，用于依据一偏压信号以产生一第一电流；

一振荡器，耦接至该电流产生器，用于依据该第一电流以产生一时钟信号；

一频率检测器，耦接至该振荡器，用于检测该时钟信号与一参考时钟信号以输出一控制信号；

一偏压调整器，耦接至该电流产生器与该频率检测器，用于依据该控制信号以输出该偏压信号；

一频率对电压转换器，耦接至该电流产生器，用于依据该电流产生器产生的一第二电流与该时钟信号输出一转换电压；以及

一比较器，耦接至该频率对电压转换器与该电流产生器，依据该转换电压与该偏压信号，输出一反馈信号至该电流产生器，

其中，当该时钟信号的频率变动时，该偏压调整器相对应地调整该偏压信号，使该电流产生器改变该第一电流。

2.如权利要求1所述的时钟产生器，其中该电流产生器还包含：

一晶体管，耦接至该比较器与该偏压调整器，用于依据该反馈信号以输出一控制电流；以及

一电流镜电路，耦接至该晶体管，用于依据该控制电流以产生该第一电流与该第二电流。

3.如权利要求2所述的时钟产生器，其中该晶体管为NMOS晶体管。

4.如权利要求1所述的时钟产生器，其中当该时钟信号的频率振荡于一目标频率后，该频率检测器被禁能。

5.如权利要求1所述的时钟产生器，其中该频率检测器还产生一第二控制信号至该电流产生器，以改变该第一电流。

6.信号如权利要求5所述的时钟产生器，其中该电流产生器包含一电流镜电路，该第二控制信号用以控制该电流镜电路中的至少一开关，以改变该第一电流。

7.如权利要求1所述的时钟产生器，其中该频率检测器还依据一致能信号决定是否进行频率检测。

8.如权利要求1所述的时钟产生器，其中该偏压调整器为一可变电阻器。

9.一种时钟产生器，包含：

一电流产生器，用于依据一偏压信号以产生一第一电流；

一频率检测器，耦接至该振荡器，依据该时钟信号与一参考时钟信号以输出一第一控制信号与一第二控制信号；以及

一偏压调整器，耦接至该电流产生器与该频率检测器，用于依据该第一控制信号以输出该偏压信号；

其中，当该时钟信号的信号频率变动时，该频率检测器相对应地输出该第二控制信号至该电流产生器，以改变该第一电流。

10.如权利要求9所述的时钟产生器，其中该时钟产生器还包含：

一电流镜电路，具有一参考晶体管与至少一输出晶体管，该参考晶体管用于依据一控制电流以控制这些输出晶体管输出电流；以及

至少一开关，耦接至这些输出晶体管的栅极端与该参考晶体管的栅极端之间，该开关依据该第二控制信号，控制该开关是否关闭，以控制该第一电流值；

其中，该第一电流值为这些输出晶体管的漏极端输出的电流总和。

11.如权利要求9所述的时钟产生器，其中该偏压调整器为一可变电阻器。

12.如权利要求10所述的时钟产生器，其中该开关依据该第二控制信号，以控制开关是否关闭或导通，由导通该开关的数量，进而调整该第一电流值。

13.如权利要求9所述的时钟产生器，其中该频率检测器还依据一致能信号决定是否进行频率检测。