CN102427342A - 开关电容时钟发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关电容时钟发生器，其包括可调电压产生电路、开关电容电路、积分器、采样保持电路、压控振荡器、分频器、偏置产生电路；可调电压产生电路和开关电容电路分别与积分器的输入端相连接，可调电压产生电路产生控制压控振荡器的中心频率的电压，开关电容电路产生不连续的电流，积分器产生锯齿波输出电压；积分器的输出端与采样保持电路相连接，采样保持电路的输出端与压控振荡器相连接，采样保持电路为压控振荡器提供控制信号；压控振荡器产生频率信号，压控振荡器的输出端与分频器相连接。本发明结构简单，并可产生精度较高的时钟信号，其温度特性、工艺稳定性及电源抑制能力也优于现有的时钟发生器。

Description

开关电容时钟发生器

技术领域

本发明涉及一种时钟发生器，具体地说，涉及一种基于CMOS工艺的开关电容时钟发生器。

背景技术

在各种电子系统中，时钟信号为一不可或缺的参考信号，从微处理器中的时钟产生到蜂窝电话中的载波合成，以及测量、遥控和自动控制等领域都有着广泛的应用。通常，电子系统中的时钟信号通过设置于电子系统外部的石英晶体振荡器产生一参考时钟信号，再由系统中的锁相回路依据该参考时钟信号，输出一个较高频的时钟信号供内部电路使用。然而，通过石英晶体振荡器产生时钟信号的方法，虽然可以产生一较精准的时钟信号，但该方法需要引脚来接收参考时钟信号，这将花费较高的引脚成本。

随着技术的发展，出现了一种利用CMOS工艺可片内实现的时钟电路，其在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生周期性输出信号。上述能够产生自激振荡的一般是RC振荡器或者是环形振荡器。RC振荡器的结构简单，易于实现，但精度较差，其随温度和电源电压的变化很大，一般应用在对时钟精度要求不高的场合中。为了获得较好的精度，振荡器采用环形结构，其通常由若干个具有一定增益的延迟电路以闭环形式组成，但该类振荡器的缺点是电路较为复杂，而且温度特性、工艺稳定性和电源抑制能力也较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度、结构简单、性能较好的开关电容时钟发生器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种开关电容时钟发生器，其包括可调电压产生电路、开关电容电路、积分器、采样保持电路、压控振荡器、分频器、偏置产生电路；

所述的可调电压产生电路和所述的开关电容电路分别与所述的积分器的两个输入端相连接，所述的可调电压产生电路产生控制所述的压控振荡器的中心频率的电压，所述的开关电容电路产生不连续的电流，所述的积分器产生锯齿波输出电压；

所述的积分器的输出端与所述的采样保持电路相连接，所述的采样保持电路的输出端与所述的压控振荡器相连接，所述的采样保持电路为所述的压控振荡器提供控制信号；

所述的压控振荡器产生受电压控制的频率信号，所述的压控振荡器的输出端与所述的分频器相连接，所述的分频器产生分频信号；

所述的偏置产生电路与所述的开关电容时钟发生器的其余各部分相连接并产生所述的其余各部分所需的偏置电压和偏置电流。

优选的，所述的可调电压产生电路包括第一P型MOS管、与所述的第一P型MOS管的漏极相连接的电阻、与所述的第一P型MOS管的源极相连接的第一恒流源；所述的第一P型MOS管的栅极与所述的偏置产生电路所产生的第七偏置电压相连接，所述的可调电压产生电路的输出由所述的第一P型MOS管的漏极引出。

优选的，所述的开关电容电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第二恒流源、第二电容；

所述的第一开关的一端与所述的第二恒流源相连接，所述的第一开关的另一端与所述的第二开关的一端相串联，所述的第二开关的另一端为所述的开关电容电路的输出；

所述的第三开关的一端与所述的第二恒流源相连接，所述的第三开关的另一端与所述的第四开关的一端相串联，所述的第四开关的另一端与所述的偏置产生电路所产生的第六偏置电压相连接；

所述的第二电容的一端与所述的第一开关和所述的第二开关的连接端相连接，所述的第二电容的另一端与所述的第三开关和所述的第四开关的连接端相连接。

优选的，所述的采样保持电路包括第五开关、连接于所述的第五开关与地之间的第三电容；所述的第五开关的一端为所述的采样保持电路的输入端，所述的第五开关的另一端为所述的采样保持电路的输出端。

优选的，所述的压控振荡器包括第二P型MOS管、第三P型MOS管、第一N型MOS管、第二N型MOS管、第一倒相器、第二倒相器；

所述的第二P型MOS管的源极与所述的第一N型MOS管的源极相连接，所述的第三P型MOS管的源极与所述的第二N型MOS管的源极相连接；所述的第二P型MOS管的栅极与所述的偏置产生电路所产生的第四偏置电压相连接，所述的第三P型MOS管的栅极与所述的偏置产生电路所产生的第五偏置电压相连接；所述的第一N型MOS管的栅极与所述的第三P型MOS管的源极相连接，所述的第二N型MOS管的栅极与所述的第二P型MOS管的源极相连接；

所述的第一倒相器的输入与所述的第三P型MOS管的源极相连接，所述的第一倒向器的输出为所述的压控振荡器的第一输出端；所述的第二倒相器的输入与所述的第二P型MOS管的源极相连接，所述的第二倒相器的输出为所述的压控振荡器的第二输出端。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明结构简单，并可产生精度较高的时钟信号，其温度特性、工艺稳定性及电源抑制能力也优于现有的时钟发生器。

附图说明

附图1为本发明的开关电容时钟发生器的电路总图。

附图2为本发明的开关电容时钟发生器的可调电压产生电路的电路图。

附图3为本发明的开关电容时钟发生器的开关电容电路的电路图。

附图4为本发明的开关电容时钟发生器的采样保持电路的电路图。

附图5为本发明的开关电容时钟发生器的压控振荡器的电路图。

以上附图中：11、可调电压产生电路；12、开关电容电路；13、积分器；14、采样保持电路；15、压控振荡器；16、分频器；17、偏置产生电路。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：参见附图1所示。

一种开关电容时钟发生器，其包括可调电压产生电路11、开关电容电路12、积分器13、采样保持电路14、压控振荡器15、分频器16、偏置产生电路17。

可调电压产生电路11和开关电容电路12分别与积分器13的两个输入端相连接。可调电压产生电路11用于产生控制压控振荡器15的中心频率的电压，并同时为开关电容电路12提供合适的同向端电压。开关电容电路12用于产生不连续的电流。

积分器13产生锯齿波输出电压，其输出端与采样保持电路14相连接。采样保持电路14的输出端与压控振荡器15相连接，采样保持电路14为压控振荡器15提供控制信号。

压控振荡器15产生受电压控制的频率信号，压控振荡器15的输出端与分频器16相连接，分频器16产生分频信号输出。

偏置产生电路17与该开关电容时钟发生器的其余各部分相连接并产生其余各部分所需的偏置电压和偏置电流。

参见附图2所示，可调电压产生电路11包括第一P型MOS管MP1、与第一P型MOS管MP1的漏极相连接的电阻R1、与第一P型MOS管MP1的源极相连接的第一恒流源I1。第一P型MOS管MP1的栅极与偏置产生电路17所产生的第七偏置电压V7相连接，可调电压产生电路11的输出由第一P型MOS管MP1的漏极引出。

参见附图3所示，开关电容电路12包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第二恒流源I2、第二电容C2。

第一开关K1的一端与第二恒流源I2相连接，第一开关K1的另一端与第二开关K2的一端相串联，第二开关K2的另一端为开关电容电路12的输出。第三开关K3的一端与第二恒流源I2相连接，第三开关K3的另一端与第四开关K4的一端相串联，第四开关K4的另一端与偏置产生电路17所产生的第六偏置电压V6相连接。第二电容C2的一端与第一开关K1和第二开关K2的连接端相连接，第二电容C2的另一端与第三开关K3和第四开关K4的连接端相连接。

参见附图4所示，采样保持电路14包括第五开关K5、连接于第五开关K5与地之间的第三电容C3。第五开关K5的一端为采样保持电路14的输入端，第五开关K5的另一端为采样保持电路14的输出端。偏置产生电路17为采样保持电路14提供第三偏置电压V3。

参见附图5所示，压控振荡器15包括第二P型MOS管MP2、第三P型MOS管MP3、第一N型MOS管MN1、第二N型MOS管MN2、第一倒相器、第二倒相器。

第二P型MOS管MP2的源极与第一N型MOS管MN1的源极相连接，第三P型MOS管MP3的源极与第二N型MOS管MN2的源极相连接；第二P型MOS管MP2的栅极与偏置产生电路17所产生的第四偏置电压V4相连接，第三P型MOS管MP3的栅极与偏置产生电路17所产生的第五偏置电压V5相连接；第一N型MOS管MN1的栅极与第三P型MOS管MP3的源极相连接，第二N型MOS管MN2的栅极与第二P型MOS管MP2的源极相连接。

第一倒相器的输入与第三P型MOS管MP3的源极相连接，第一倒向器的输出为压控振荡器15的第一输出端Fout1；第二倒相器的输入与第二P型MOS管MP2的源极相连接，第二倒相器的输出为压控振荡器15的第二输出端Fout2。

本发明结构简单，并可产生精度较高的时钟信号，其温度特性、工艺稳定性及电源抑制能力也优于现有的时钟发生器。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种开关电容时钟发生器，其特征在于：其包括可调电压产生电路、开关电容电路、积分器、采样保持电路、压控振荡器、分频器、偏置产生电路；

所述的可调电压产生电路和所述的开关电容电路分别与所述的积分器的两个输入端相连接，所述的可调电压产生电路产生控制所述的压控振荡器的中心频率的电压，所述的开关电容电路产生不连续的电流，所述的积分器产生锯齿波输出电压；

所述的积分器的输出端与所述的采样保持电路相连接，所述的采样保持电路的输出端与所述的压控振荡器相连接，所述的采样保持电路为所述的压控振荡器提供控制信号；

所述的压控振荡器产生受电压控制的频率信号，所述的压控振荡器的输出端与所述的分频器相连接，所述的分频器产生分频信号；

所述的偏置产生电路与所述的开关电容时钟发生器的其余各部分相连接并产生所述的其余各部分所需的偏置电压和偏置电流。

2.根据权利要求1所述的开关电容时钟发生器，其特征在于：所述的可调电压产生电路包括第一P型MOS管、与所述的第一P型MOS管的漏极相连接的电阻、与所述的第一P型MOS管的源极相连接的第一恒流源；所述的第一P型MOS管的栅极与所述的偏置产生电路所产生的第七偏置电压相连接，所述的可调电压产生电路的输出由所述的第一P型MOS管的漏极引出。

3.根据权利要求1所述的开关电容时钟发生器，其特征在于：所述的开关电容电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第二恒流源、第二电容；

所述的第一开关的一端与所述的第二恒流源相连接，所述的第一开关的另一端与所述的第二开关的一端相串联，所述的第二开关的另一端为所述的开关电容电路的输出；

所述的第三开关的一端与所述的第二恒流源相连接，所述的第三开关的另一端与所述的第四开关的一端相串联，所述的第四开关的另一端与所述的偏置产生电路所产生的第六偏置电压相连接；

所述的第二电容的一端与所述的第一开关和所述的第二开关的连接端相连接，所述的第二电容的另一端与所述的第三开关和所述的第四开关的连接端相连接。

4.根据权利要求1所述的开关电容时钟发生器，其特征在于：所述的采样保持电路包括第五开关、连接于所述的第五开关与地之间的第三电容；所述的第五开关的一端为所述的采样保持电路的输入端，所述的第五开关的另一端为所述的采样保持电路的输出端。

5.根据权利要求1所述的开关电容时钟发生器，其特征在于：所述的压控振荡器包括第二P型MOS管、第三P型MOS管、第一N型MOS管、第二N型MOS管、第一倒相器、第二倒相器；

所述的第二P型MOS管的源极与所述的第一N型MOS管的源极相连接，所述的第三P型MOS管的源极与所述的第二N型MOS管的源极相连接；所述的第二P型MOS管的栅极与所述的偏置产生电路所产生的第四偏置电压相连接，所述的第三P型MOS管的栅极与所述的偏置产生电路所产生的第五偏置电压相连接；所述的第一N型MOS管的栅极与所述的第三P型MOS管的源极相连接，所述的第二N型MOS管的栅极与所述的第二P型MOS管的源极相连接；

所述的第一倒相器的输入与所述的第三P型MOS管的源极相连接，所述的第一倒向器的输出为所述的压控振荡器的第一输出端；所述的第二倒相器的输入与所述的第二P型MOS管的源极相连接，所述的第二倒相器的输出为所述的压控振荡器的第二输出端。

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