CN102891663B - 具有比较器的振荡电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有比较器（12）的振荡电路（10），其中，所述比较器具有供电输入端（16）。在所述振荡电路（10）的振荡周期的第一时段内，供电电路（18）给比较器（12）供给第一电流，在该振荡周期的第二时段内供给第二电流，该第二电流大于第一电流。

Description

具有比较器的振荡电路

技术领域

以下的申请文件涉及一种包括比较器的振荡电路，以及一种用于运行这种振荡电路的方法。

背景技术

使用比较器的振荡电路例如是所谓的张弛振荡器。在这种张弛振荡器中，典型地通过电容器在RC组成部分中的充电/放电过程来确定振荡电路的频率。在例如将这种电容器充电或者放电到预定程度的时候，比较器将施加在电容器上的电压与基准电压作比较，该比较器的输出端子改变其输出电平，这又引起振荡器的输出信号的电平发生变化。例如能够使用这种振荡器以便在超过100MHz的范围内产生振动效果，其中，特别是在几MHz以下、例如32kHz的范围内使用这种振荡器，因为它们在这个范围内具有较小的耗电量，该耗电量随频率的下降而减小。

这种振荡电路的频率精准度还依赖于比较器的精准度。在此，比较器被供给电流，其中，与电源电流较小时相比，比较器的精准度通常在电源电流较高时更高。另一方面，在许多应用情况下都希望有较低的电流，从而能够省电，并且因此例如在移动应用时，特别是需要待机运行类型的振荡电路时，能够节约能量，从而延长蓄电池使用寿命。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种振荡电路和一种运行这种振荡电路的方法，利用这种振荡电流和方法可以在精准度相对较高的情况下使耗电量相对较少。

在此提供了根据权利要求1所述的振荡电路以及根据权利要求13所述的方法。从属权利要求定义的是其他的实施例。

在一些实施例中，例如能够在振荡周期的一个非关键时段内为振荡电路的比较器输送小于电源电流的第一电流，而在振荡周期的关键的第二时段内，例如在比较器进行转换的前后时段内，输送大于电源电流的第二电流。由此能够在一些实施例中实现的是，在关键范围内精准度高，然而总耗电量相对较低。

附图说明

下面参照附图详尽阐述本发明的实施例。

图1示出了根据一个实施例的振荡电路的框图。

图2示出了根据一个实施例的振荡电路的电路图。

图3示出了在图2所示的振荡电路中的可能的信号变化过程的例子。

图4示出了根据另一个实施例的振荡电路的电路图。

图5示出了根据一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

下面详尽地阐述本发明的各种实施例。这些实施例并不被列举出来作为本发明的限制性范围，因为不同于所示实施例的其他实现方式也是可以的。只要未特别指出，不同实施例的特征可以相互组合。此外，对具有多个特征的实施例的描述并不如下地设计用于使本发明的实施例需要所有这些特征，这是因为其他的实施例也可能具有较少的特征和/或作为代替的特征。

接下来特别阐述了振荡电路的和用于运行振荡电路的相应方法的实施例。其中，振荡电路总体上要理解成用于发出周期性信号而设置的电路，其中该周期性信号的频率能被预设或者调节。

图1中示出了根据一个实施例的振荡电路10的示意框图。其中，图1中的实施例特别用于说明能够用在各种实施例中的几个原理。因此，在图1中未示出振荡电路10的为此不必要的元件。

图1的振荡电路10包括比较器12，它将第一比较器输入端13上的第一信号与第二比较器输入端14上的第二信号作比较，并且在比较器输出端15上给出比较结果。第一信号和/或第二信号例如能够包含一个参考信号和/或一个与电容器的充电状态相关的电平。

在图1的实施例中，比较器输出端15与振荡电路10的输出端11连接，其中，正如图1中用虚线表示的那样，这个连接也可以是与一个或者多个连接在其中的元件的间接连接，这些元件例如是缓冲器、寄存器、触发器或者类似物。

此外，比较器12具有第一供电输入端16和第二供电输入端17，比较器12通过它们被供应电源电流Iv。第二供电输入端17在此与地线或者负电源电压（VSS）连接，而第一供电输入端16与用于产生电流Iv的供电电路18连接。供电电路18在此能够与正电源电压、例如VDD连接。

在一个实施例中，比较器12的精准度、也就是第一信号与第二信号进行比较的精准度，与电流Iv大小相关，其中，（在允许的范围内）较高的电流相应于较高的精准度。

在图1所述的实施例中，供电电路18被设置用于改变电流Iv并且特别是在振荡电路10的振荡周期的第一时段内、也就是说在振荡电路10的输出信号的周期的第一时段内输送第一电流，并且在振荡周期的第二时段内输送第二种电流，其中，第二电流比第一种电流大。第一电流在此也可以等于0。不言而喻地，也可以预设振荡周期的其他时段，在这些时段内，电流还可以有其他的值。

于是，比较器12的精准度在振荡器周期内发生变化。特别是在第二时段内有一个关键范围，其中例如在比较器输出端15上的输出信号在两个值之间转换，使得在这个关键范围内达到更高的精准度，而否则就通过减小电流Iv来减少振荡电路10的耗电量。

正如已经提及的那样，第一电流在此也可以是0，也就是说，在一些实施例中，在每个振荡周期的部分时段内，不向比较器12输送电流。在其他的实施例中，在整个振荡周期期间都输送电流，从而让比较器12的输出信号达到定义的电平，例如保持现有的电平稳定。

比较器、如比较器12例如可以用在所谓的张弛振荡器中。在图2中示出了根据一个实施例的张弛振荡器。

图2所示的振荡电路包括第一比较器组块21和第二比较器组块26，其中，正如下面详尽阐述的那样，在给定的时间点中总是只有其中一个比较器组块是运行的。

正如后面会详尽阐述的那样，在第一比较器组块21中，将在第一电容器219处下降的电压VC1与基准电压VREF进行比较，并且在第二比较器组块26中，将在第二电容器221处下降的电压VC2与基准电压VREF进行比较。第一电容器219在此通过产生参考电流IREF的电源216充电，并且第二电容器221通过同样产生参考电流IREF的电源215充电。第一电容器219是通过第一NMOS晶体管220实现放电的，并且第二电容器221通过第二NMOS晶体管222实现放电的。

第一比较器组块21的输出端与触发器212的置位输入端相连，并且第二比较器组块26的输出端与触发器212的复位输入端相连。触发器212的输出端通过缓冲器213与振荡电路20的输出端相连，从而给出一个输出信号FOUT，并且此外还与第一NMOS晶体管220的栅极输入端相连。在其他的实施例中，也可以省去缓冲器213。触发器212的反相输出端与第二NMOS晶体管222的栅极输入端相连，使得第一NMOS晶体管220和第二NMOS晶体管222交替导电地接通。

在图2所示的实施例中，借助产生电流IREF的电源214和作为分压器起作用的电阻R在节点217上产生基准电压VREF。在图2所示的实施例中，作为分压器起作用的电阻R在此具有多个电阻组件，从而能够额外地获取小于基准电压VREF的另一个基准电压VREF_PRE。

要注意的是，电源214-216也能够产生不同的电流，并且也部分地无须设计成明确的元件。例如能够通过电阻218简单地在地线和正供电电压VDD之间实现分压，而不必将明确的电源设计为独立的元件。

接下来详尽阐述比较器组块21，26的工作方式。

第一比较器组块21具有比较器23，其中，将基准电压VREF与在第一电容器219处下降的电压VC1进行比较。在一次循环的开始，例如在一次振荡周期的开始，第一电容器219放电。然后由于通过电源216充电，第一电容器219处的电压VC1上升，直至达到基准电压VREF，并且因此使比较器73转换。这又通过触发器212改变输出信号FOUT，并且此外还将第一NMOS晶体管220转换到导通状态，并且将第二个NMOS晶体管222转换到非导通状态，然后使第一电容器219放电，并且通过电源215为第一电容器221充电。然后，第二比较器组块26的比较器28将第二电容器221上持续上升的电压VC2与基准电压VREF进行比较，并且在达到基准电压VREF时进行转换，这通过触发器212又导致振荡器的输出端发生变化，以及导致NMOS晶体管220，222进行“转换”，也就是说，NMOS晶体管222然后导电，而NMOS晶体管220不导电，紧接着循环重新开始。输出信号的频率在这里根据

f=1/(2·R·C+ΔT)（其中，f是输出信号的频率，ΔT是由于比较器23、28的不精准性造成的频率偏差），

取决于电阻218的电阻值R以及第一电容器219的电容值C1和第二电容器221的电容值C2，其中，在这里认为，电容值C1，C2相同，并且等于C，并且由电源215和216产生的电流相同。通过改变电源215，216的电流和/或电容值C1，C2，特别是可以改变输出信号的占空比（dutycycle）。当C1/I1=C2/I2时，其中，I1是由电源216提供的电流，I2是由电源215提供的电流，在所示实施例中，占空比是50%。例如当C1=C2并且I1=I2时，情况就是如此。当C1/I1≠C2/I2时，占空比不为50%。

为了保持尽可能小的频率偏差，最好能向比较器23，28输送较大的电源电流，因为这能提高比较器的精准度。另一方面，输送更高的电流会导致耗电量更高。

为了使耗电量最小化，却达到尽可能高的精准度，第一比较器组块21和第二比较器组块26分别具有一个供电电路。在第一比较器组块21中，供电电路包括预比较器22、第一PMOS晶体管24和电源25。第二比较器组块26的供电电路包括预比较器27、第二PMOS晶体管210和电源211。供电电路的工作方式对于第一比较器组块和第二比较器组块来说都是一样的，并且因此只对于第一比较器组块21进行一次详细阐述。

当比较器组块21工作时，预比较器22将接在第一电容器219上的电压VC1与小于基准电压VREF的另一个基准电压VREF_PRE进行比较。只要电压VC1小于VREF_PRE，预比较器22就将第一PMOS晶体管24转换到非导通状态，使比较器23不被供给来自电源25的电流，其中，该电流在图2中被称为IBOOST。预比较器22在此可以被供给相对较小的电流，因为预比较器22的运行需要的精准度不高。在第一PMOS晶体管24被转换到非导通状态期间，比较器23可以被供给较少量电流（未示出），从而获得比较器23的限定的输出电平。

当电压VC1达到另一个基准电压VREF_PRE，预比较器22进行转换，并且因此将第一PMOS晶体管24转换到导通状态，由此使得比较器23被供给来自电源25的电流。来自电源25的电流可以是相对较高的电流，从而使比较器23达到高精准度。于是，比较器23对于在VREF_PRE和VREF之间的电压VC1具有相对较高的精准度，使得能够以相对较高的精准度获知具体的转换时间点，也就是在VC1=VREF时。然而因为只为振荡周期的每个相对较短的时间段、也就是说输出信号FOUT的每个周期输送这种较高的电流，并且否则只输送较小的电流，所以在图2所示的实施例中的总耗电量较低。

正如已经提及的那样，供电电路包括预比较器27、第二PMOS晶体管和电源211，它的工作方式对于第二比较器组块26是相应的。要注意的是，在一些实施例中，也只有比较器组块21，26其中的一个具有相应的供电电路。

为了进一步说明图2所示的实施例的工作方式，图3示出了对例如应用图2所示实施例的模拟。

曲线30示出了预比较器22在这段时间的输出电压。正如能够看到的那样，电平落入大约5.5和6.2μs之间，这能导电地接通第一PMOS晶体管24，并且因此为比较器23供电。比较器23的耗电情况是通过图3中的曲线图31示出的。最后，曲线图32示出图2所示振荡电路20的输出信号的电平。能够看出的是，向为比较器23供给相对较高的电流的时间段内转换输出信号，由此提高转换时间点（Umschaltzeitpunkts）的精准度。

在图4中示出了振荡电路418形式的张弛振荡器的另一个实施例。图4所示的振荡电路418具有第一比较器组块40和第二比较器组块45。第一比较器组块40具有预比较器41、比较器42、第一PMOS晶体管43和电源44。第二比较器组块45具有预比较器46、比较器47、第二PMOS晶体管48和电源49。第一比较器组块40和第二个比较器组块45的基本工作方式类似于参照图2所述的比较器组块21的工作方式，于是不再次详细重复阐述，并且接下来特别是要进一步探讨图2所示实施例和图4所示实施例之间的区别。

第一比较器组块40的比较器42的输出端与触发器410的置位输入端连接，并且第二比较器组块45的比较器47的输出端与触发器410的复位输入端相连。触发器410的输出端通过缓冲器411给出振荡电路418的输出信号FOUT。此外，触发器410的输出端通过电阻413与电容器416的第一接口连接，其中，电容器416的第二接口与地线连接。

在电容器416和电阻413之间的节点415上获取电压VCAP，其等于电容器的充电量，并且其被输送给第一比较器组块40和第二比较器组块45。

此外，通过分压器（包括电阻412、电阻414和电阻417）产生第一基准电压VREF1，其接近VDD，并且产生第二基准电压VREF2，其接近地线。电阻414可以包括多个子电阻，此外，在电阻414上能够采集小于第一基准电压VREF的另一个第一基准电压VREF_PRE1，和大于第二基准电压VREF2、却小于另一个第一基准电压VREF_PRE1的另一个第二基准电压VREF_PRE3。

在图4所示的实施例中，不是像在图2所示实施例中的那样依次为第一电容器和第二电容器充电，且分别利用一个比较器组块评测充电情况，而是使用一个唯一的电容器，其中，通过第一比较器组块40评估电容器416的充电情况，通过第二比较器组块45评测电容器416的放电情况。

当触发器410的输出端处于高电平状态，例如等于VDD，那么为电容器416充电，使得电压VCAP缓慢上升。在达到电压VREF_PRE1时，第一电容器将41将第一PMOS晶体管43转换至导通状态，使得比较器42由电源44供给相对较高的电流。如果然后电压VCAP超过第一基准电压VREF1，比较器42从逻辑1转换至逻辑0（例如从VDD转换到地线或者VSS），然后使得在触发器410的置位输入端上接通逻辑0。与此同时，因为VCAP在这种情况下也大于第二基准电压VREF2，所以比较器47的输出端在精准度较低时也是逻辑1，从而在触发器410的复位输入端上接通逻辑1，并且因此触发器410的输出端被转换至0，例如转换至地线或者VSS。于是，电容器416开始放电，并且VCAP下降。如果此时VCAP降到VREF1以下，比较器42再次转换至逻辑1。如果然后VCAP降到VREF_PRE2以下，预比较器46就导电地接通第二PMOS晶体管48，由此为比较器47供给高电流。然后如果VCAP低于第二基准电压VREF2，那么比较器47的输出端被转换至逻辑1，使得触发器410再次转换到逻辑1，并且因此重新开始这个循环。

要注意的是，所示的实施例只能被视作例子，各种各样的变体都是有可能的。例如能够通过两个或者多个单个的电阻元件或者电容元件实现电阻、电容器和类似物。PMOS晶体管可以用NMOS晶体管代替，并只要使电路逻辑同时逆转，也可以反向地进行替代。此外，例如代替PMOS晶体管24，210，43和48，也可以设计其他类型的开关，例如以双极晶体管为基础的电路。不仅能够利用分压器产生所使用的不同的基准电压，也可以为此设计单独的电压源。

在图5中示出了流程图，用于说明根据本发明的方法的一个实施例。图5所示的方法例如可以通过图1、2和4所示的振荡电路执行，但是也可以被独立使用。

在50中提供了具有比较器的振荡电路，例如具有图1中所示的比较器12的振荡电路10、具有图2中所示的比较器23，28的振荡电路20或者具有图4中所示比较器42，47的振荡电路418。

在51中，在振荡电路的一个振荡周期的第一时段内，比较器被供给第一电流，在52中，在一个振荡周期的第二时段内，比较器被供给第二电流，其特别是大于第一电流。然后就能够在振荡电路的任何振荡周期内重复方框51和52中的内容。

其中，第一时段特别可以比第二时段长，使得只有在一个振荡周期的较小部分时段内输送较高的第二电流，从而能够相对较低地保持整体耗电量。

Claims (23)

1.一种振荡电路(10；20；418)，包括：

比较器(12；23；42)，其中，所述比较器具有第一比较器输入端(13)、第二比较器输入端(14)、输出端(15)和供电输入端(16，17)，和

与所述比较器(12；23；42)的所述供电输入端(16，17)连接的供电电路(18；22，24，25；41，43，44)，所述供电电路设置用来在所述振荡电路(10；20；418)的振荡周期的第一时段内给所述比较器(12；23；42)供给第一电流，并且在所述振荡周期的第二时段内，在所述比较器进行转换的前后时段内供给第二电流，其中，所述第二电流大于第一电流，

这样选择所述振荡周期的所述第二时段，使得所述比较器的转换落入所述第二时段内。

2.根据权利要求1所述的振荡电路(10；20；418)，其中，所述第一电流等于0。

3.根据权利要求1或2所述的振荡电路(10；20；418)，其中，所述比较器(12；23；42)的输出端(15)与所述振荡电路(10；20；418)的输出端(11)连接。

4.根据权利要求1或2所述的振荡电路(10；20；418)，其中，所述振荡电路(10；20；418)设计为张弛振荡器。

5.根据权利要求3所述的振荡电路(10；20；418)，其中，所述振荡电路(10；20；418)设计为张弛振荡器。

6.根据权利要求1或2所述的振荡电路(10；20；418)，还包括电容器(219；416)，其中，所述第一比较器输入端(13)与所述电容器(219；416)连接，并且所述第二比较器输入端(14)与基准电压连接。

7.根据权利要求5所述的振荡电路(10；20；418)，还包括电容器(219；416)，其中，所述第一比较器输入端(13)与所述电容器(219；416)连接，并且所述第二比较器输入端(14)与基准电压连接。

8.根据权利要求6所述的振荡电路，还包括充电电路(216，220，212；410，413)，所述充电电路设置用来取决于所述比较器(23；42)的输出信号为所述电容器(219；416)充电。

9.根据权利要求7所述的振荡电路，还包括充电电路(216，220，212；410，413)，所述充电电路设置用来取决于所述比较器(23；42)的输出信号为所述电容器(219；416)充电。

10.根据权利要求6所述的振荡电路(20；418)，其中，所述供电电路包括：

用于产生所述第二电流的电源(25；44)，

开关(24；43)，其中，所述电源(25；44)通过所述开关(24；43)与所述比较器(23；42)的所述供电输入端连接，以及

另一个比较器(22；41)，其中，所述另一个比较器(22；41)的输出端与所述开关(24；43)的控制输入端连接，其中，所述另一个比较器(22；41)的第一比较器输入端与所述电容器(219；416)连接，并且其中所述另一个比较器(22；41)的第二比较器输入端与另一个基准电压连接，其中所述另一个基准电压不同于所述基准电压。

11.根据权利要求9所述的振荡电路(20；418)，其中，所述供电电路包括：

用于产生所述第二电流的电源(25；44)，

开关(24；43)，其中，所述电源(25；44)通过所述开关(24；43)与所述比较器(23；42)的所述供电输入端连接，以及

另一个比较器(22；41)，其中，所述另一个比较器(22；41)的输出端与所述开关(24；43)的控制输入端连接，其中，所述另一个比较器(22；41)的第一比较器输入端与所述电容器(219；416)连接，并且其中所述另一个比较器(22；41)的第二比较器输入端与另一个基准电压连接，其中所述另一个基准电压不同于所述基准电压。

12.根据权利要求1或2所述的振荡电路(20；418)，此外还包括：

附加的比较器(28；42)，其中所述附加的比较器(28；42)具有第一比较器输入端、第二比较器输入端、输出端和供电输入端，和

与所述附加的比较器(28；47)的供电输入端连接的附加的供电电路(27，210，211；46，48，49)，所述附加的供电电路设置用于在所述振荡电路的振荡周期的第三时段内为所述附加的比较器(28；47)供给第三电流，并且在所述振荡周期的第四时段内供给第四电流，其中所述第四电流大于所述第三电流。

13.根据权利要求11所述的振荡电路(20；418)，此外还包括：

附加的比较器(28；42)，其中所述附加的比较器(28；42)具有第一比较器输入端、第二比较器输入端、输出端和供电输入端，和

与所述附加的比较器(28；47)的供电输入端连接的附加的供电电路(27，210，211；46，48，49)，所述附加的供电电路设置用于在所述振荡电路的振荡周期的第三时段内为所述附加的比较器(28；47)供给第三电流，并且在所述振荡周期的第四时段内供给第四电流，其中所述第四电流大于所述第三电流。

14.根据权利要求12所述的振荡电路(20；418)，其中，相应于所述供电电路设计所述附加的供电电路。

15.根据权利要求13所述的振荡电路(20；418)，其中，相应于所述供电电路设计所述附加的供电电路。

16.根据权利要求12所述的振荡电路(20)，此外还包括另一个电容器(221)，其中，所述附加的比较器(28)的第一比较器输入端与所述另一个电容器连接，并且所述附加的比较器(28)的第二比较器输入端与基准电压连接。

17.根据权利要求15所述的振荡电路(20)，此外还包括另一个电容器(221)，其中，所述附加的比较器(28)的第一比较器输入端与所述另一个电容器连接，并且所述附加的比较器(28)的第二比较器输入端与基准电压连接。

18.根据权利要求12所述的振荡电路(418)，其中，所述附加的比较器(47)的第一比较器输入端与所述电容器(416)连接，并且所述附加的比较器(47)的第二比较器输入端与第二基准电压连接。

19.根据权利要求15所述的振荡电路(418)，其中，所述附加的比较器(47)的第一比较器输入端与所述电容器(416)连接，并且所述附加的比较器(47)的第二比较器输入端与第二基准电压连接。

20.一种用于运行具有比较器(12；23；42)的振荡电路(10；20；418)的方法，包括：

在所述振荡电路(10；20；418)的振荡周期的第一时段内给所述比较器(12；23；42)供给第一电流，并且

在所述振荡周期的第二时段内，在所述比较器进行转换的前后时段内给所述比较器(12；23；42)供给第二电流，其中，所述第二电流大于所述第一电流，

这样选择所述振荡周期的所述第二时段，使得所述比较器的转换落入所述第二时段内。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括在所述振荡周期的所述第二时段内对所述比较器(12；23；42)的输出值进行转换。

22.根据权利要求20或21所述的方法，还包括：借助所述比较器(12；23；42)将基准电压与施加在电容器上的电压进行比较。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括：取决于将施加在所述电容器上的所述电压与另一个基准电压比较的结果，在所述第一电流和第二电流之间进行转换，其中，所述另一个基准电压不同于所述基准电压。