CN103095253B - 低功耗晶振电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低功耗晶振电路，包括晶振电路模块，在晶振电路模块中组成反相器的PMOS管Mp1和NMOS管Mn1的栅端串联电容C1，晶振电路模块通过一大电阻R2连接一电流镜模块，电流镜模块提供一个比高电源低一个PMOS管阈值的电压给PMOS管Mp1的栅端。在本发明低功耗晶振电路结构中，在组成反相器的两个晶体管的栅端加上串联电容，通过电流镜模块产生偏置电压，使PMOS管被一个PMOS管的阈值偏置，NMOS管被一个NMOS管的阈值偏置，因此反相器的启动电压低于PMOS管和NMOS管阈值之和、整体电路消耗的电流较小。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域中的晶体振荡电路，特别是一种低功耗晶振电路。
背景技术
在现代电子系统中,PierceCMOS晶振电路，作为时钟发生器，得到越来越广泛的运用，但是该晶振电路的功耗较大。参考图1，该图示出了传统的PierceCMOS晶振电路结构，反相器并联大电阻组成放大器，晶体和微调电容组成反馈网络。反相器在电源电压为PMOS管和NMOS管的总阈值之和、且PMOS管和NMOS管同时偏置在饱和区时的工作状态最佳，只消耗较低的电流。一旦电压超过这个值，电路工作状态将变差，整体电路将消耗更多的电流；一旦电源电压低于这个值，晶振电路将停止振荡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种低功耗晶振电路。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低功耗晶振电路，包括晶振电路模块，在晶振电路模块中组成反相器的PMOS管Mp1和NMOS管Mn1的栅端串联电容C1，晶振电路模块通过一大电阻R2连接一电流镜模块，电流镜模块提供一个比高电源低一个PMOS管阈值的电压给PMOS管Mp1的栅端。
上述的低功耗晶振电路中电流镜模块包括两个PMOS管Mp2、Mp3和两个NMOS管Mn2、Mn3以及电阻R3，PMOS管Mp3的漏端和栅端相接，自偏置产生的电流通过漏端与NMOS管Mn3的漏端相接，NMOS管Mn2与NMOS管Mn3的栅端相接镜像NMOS管Mn3的漏电流，NMOS管Mn3的漏端连接电阻R3确定唯一的电流值。
进一步的，在PMOS管Mp1和NMOS管Mn1的源端分别接入电阻R4和R5，减小PMOS管Mp1和NMOS管Mn1的漏电流。
进一步的，在大电阻R2和电流镜模块之间接入缓冲模块，所述缓冲模块由PMOS管Mp4和NMOS管Mn4组成，NMOS管Mn4的栅端连接电流镜模块，由电流镜提供的偏置电压开启，PMOS管Mp4的漏端、栅端和Mn4的漏端相接，产生偏置电压提供给晶振电路模块。此电流镜的电流和电压不随VDD的变化而变化，因此加入缓冲模块使晶振栅端电压的变化不影响电流镜产生的偏置电压。在PMOS管Mp4和NMOS管Mn4的漏端接入滤波电容C2，防止晶振起振后PMOS管Mp1栅端电压的快速变化对PMOS管Mp4的影响，对PMOS管Mp4的漏电流进行整形。
在本发明低功耗晶振电路结构中，在组成反相器的两个晶体管的栅端加上串联电容，通过电流镜模块产生偏置电压，使PMOS管被一个PMOS管的阈值偏置，NMOS管被一个NMOS管的阈值偏置，因此反相器的启动电压低于PMOS管和NMOS管阈值之和、整体电路消耗的电流较小。
附图说明
图1是传统的PierceCMOS晶振电路结构示意图；
图2为加串联电阻的低功耗晶振电路结构示意图；
图3为改进的加串联电阻的低功耗晶振电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细说明。
实施例一如图2所示，本发明的低功耗晶振电路，包括晶振电路模块1、电流镜模块2，在晶振电路模块1中组成反相器的PMOS管Mp1和NMOS管Mn1的栅端串联电容C1，电流镜模块2通过大电阻R2提供一个比高电源低一个PMOS管阈值的电压给PMOS管Mp1的栅端。电流镜模块包括两个PMOS管Mp2、Mp3和两个NMOS管Mn2、Mn3以及电阻R3，PMOS管Mp3的漏端和栅端相接，自偏置产生的电流通过漏端与NMOS管Mn3的漏端相接，NMOS管Mn2与NMOS管Mn3的栅端相接镜像NMOS管Mn3的漏电流，NMOS管Mn3的漏端连接电阻R3确定唯一的电流值。所以PMOS管Mp1被一个比电源电压低一个PMOS管阈值的电压偏置,电阻R1用一个比低电源高一个NMOS管阈值的电压偏置NMOS管Mn1。晶体管Mp1、Mn1都被偏置之后，晶振电路在正常工作时的电源电压小于阈值电压之和。一旦晶振电路的电源电压高于阈值之和，开启电流也会被偏置电路控制，比传统晶振电路消耗的电流要小。
实施例二如图3所示，本实施例与实施例一不同处在于，在PMOS管Mp1和NMOS管Mn1的源端分别接入电阻R4和R5，在大电阻R2和电流镜模块之间接入缓冲模块3。电阻R4和R5可以减小PMOS管Mp1和NMOS管Mn1的漏电流，降低整体晶振的功耗。所述缓冲模块由PMOS管Mp4和NMOS管Mn4组成，NMOS管Mn4的栅端连接电流镜模块，由电流镜提供的偏置电压开启，PMOS管Mp4的漏端、栅端和Mn4的漏端相接，产生偏置电压提供给晶振电路模块。PMOS管Mp4和NMOS管Mn4组成反相缓冲器，由镜像电流开启，NMOS管Mn4被一个NMOS管阈值偏置。PMOS管Mp4为二极管连接，它的源端通过大电阻R2连接PMOS管Mp1的栅端，所以PMOS管Mp1的偏置电压值也为一个PMOS管的阈值电压，同时电阻R1偏置NMOS管Mn1，NMOS管Mn1的偏置电压值等于一个NMOS管的阈值电压。PMOS管Mp1和NMOS管Mn1都被偏置在饱和区。另外，在PMOS管Mp4和NMOS管Mn4的漏端接入滤波电容C2，防止晶振起振后PMOS管Mp1栅端电压的快速变化对PMOS管Mp4的影响，对PMOS管Mp4的漏电流进行整形。缓冲模块3保证晶振电路工作在乙类状态，一旦晶振电路开始启动，偏置点开始改变减小晶振电路晶体管的漏电流，即使电源电压高于阈值之和，由于偏置的作用，消耗的电流也会很小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。根据前面的描述，可以将此发明用于任意低功耗芯片中。
Claims (2)
1.一种低功耗晶振电路，包括晶振电路模块，其特征在于：在晶振电路模块中组成反相器的PMOS管Mp1和NMOS管Mn1的栅端串联电容C1，晶振电路模块通过一大电阻R2连接一电流镜模块，电流镜模块提供一个比高电源低一个PMOS管阈值的电压给PMOS管Mp1的栅端，所述电流镜模块包括两个PMOS管Mp2、Mp3和两个NMOS管Mn2、Mn3以及电阻R3，NMOS管Mp2的漏端和栅端相接，NMOS管Mn2自偏置产生的电流通过漏端传输到PMOS管Mp2的漏端，PMOS管Mp3的漏端和栅端相接，PMOS管Mp3自偏置产生的电流通过漏端传输到NMOS管Mn3的漏端，NMOS管Mn2与NMOS管Mn3的栅端相接镜像NMOS管Mn3的漏电流，NMOS管Mn3的漏端连接电阻R3确定唯一的电流值，在PMOS管Mp1和NMOS管Mn1的源端分别接入电阻R4和R5，在大电阻R2和电流镜模块之间接入缓冲模块，所述缓冲模块由PMOS管Mp4和NMOS管Mn4组成，NMOS管Mn4的栅端连接电流镜模块，由电流镜提供的偏置电压开启，PMOS管Mp4的漏端、栅端和Mn4的漏端相接，产生偏置电压提供给晶振电路模块。
2.如权利要求1所述的低功耗晶振电路，其特征在于：PMOS管Mp4和NMOS管Mn4的漏端接入滤波电容C2。
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