CN103312267A - 一种高精度振荡器及频率产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度振荡器，用于电子电路技术领域，包括：带隙基准电压源BANDGAP，跨导放大器，与所述BANDGAP相连；低通滤波器，与所述跨导放大器相连；压控振荡器，与所述低通滤波器和跨导放大器分别相连，当当前频率Fclk偏离目标频率值，对当前频率进行调整，直到达到目标频率值；偏置电流源，与所述压控振荡器相连，转化Fclk为电流I1。低温漂电阻R1，与所述偏置电流源相连。本发明实施例提供了一种高精度振荡器及频率产生方法，通过一新振荡器电路，根据目标频率值设定所述低温漂电阻R1的值，当当前频率偏离目标频率值，压控振荡器对当前频率进行调整，直到达到目标频率值，可最大程度的提高了振荡器的精度，同时简化电路结构，降低振荡器电路的成本。

Description

一种高精度振荡器及频率产生方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体地说更涉及一种高精度振荡器及频率产生方法。

背景技术

振荡器，简单地说就是一个频率源，一般用在锁相环中。详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置，一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能，能够完成从直流电到交流电的转化。其种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。

为使振荡器提供高精度的频率，现有技术通常采用ROSC（RelaxationOscillator，弛张振荡器），如图1所示，利用多级(通常为奇数级)振荡器叠加产生频率源已达到更高的精度，但该种实现方式中，ROSC因为内部晶体管的参数受到温度和电源的影响很大，所以误差很难修正。

如图2所示，若采用恒流充放电类型的振荡器，即有两个充电和放电的电流源，两个开关（PMOS和NMOS），一个电容，两个比较器：比较器1和比较器2，一个RS触发器。对电容充到过了2/3的电源电压的时候，比较器1的输出变高，触发器输出高，NMOS开关导通，放电；放电放到过了1/3的电源电压的时候，比较器2的输出变高，触发器输出低，PMOS开关导通，充电；两段时间加上比较器等一些延时的总和就是振荡器的时钟周期。该振荡器电路，因为比较器的延时波动很大，受温度和电源影响大，频率误差很难做小，从而导致振荡器的精度不稳定或精度不高。

发明内容

本发明实施例的目的在于针对上述现有振荡器精度不高的问题，提供一种高精度振荡器及频率产生方法，以提高振荡器的精度，减少电路的温漂效应，同时简化电路结构，降低振荡器电路的成本。

为了达到上述发明目的，本发明实施例提出的一种高精度振荡器是通过以下技术方案实现的:

一种高精度振荡器，所述振荡器包括：

带隙基准电压源BANDGAP，用来提供稳定的基准电压；

跨导放大器，与所述BANDGAP相连；

低通滤波器，与所述跨导放大器相连；

压控振荡器，与所述低通滤波器和跨导放大器分别相连，当当前频率Fclk偏离目标频率值，对当前频率进行调整，直到达到目标频率值；

偏置电流源，与所述压控振荡器相连，接收所述压控振荡器输出的频率Fclk，并转化Fclk为电流I1；

低温漂电阻R1，与所述偏置电流源相连。

为了实现前述发明目的,本发明实施例还提供了一种振荡器频率产生方法,所述方法包括以下步骤:

所述振荡器由带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、压控振荡器、低温漂电阻R1组成，其中，所述偏置电流源电路为调整内环；所述带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、偏置电流源和低温漂电阻R1组成调整外环；

根据目标频率值Fclk得到目标电流值；

根据所述目标电流值，设定所述低温漂电阻R1的值；

当当前频率偏离目标频率值，所述压控振荡器对当前频率进行调整，直到达到目标频率值。

为了实现前述发明目的,本发明实施例还提供了另一种振荡器频率产生方法,所述方法包括以下步骤:

所述振荡器由带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、压控振荡器、低温漂电阻R1组成，其中，所述偏置电流源电路为调整内环，所述低温漂电阻内置于所述调整内环，并与所述偏置电流源串联；所述带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器和偏置电流源组成调整外环；

根据目标频率值得到目标电流值；

根据所述目标电流值，设定所述低温漂电阻R1的值；

当当前频率Fclk偏离目标频率值，所述压控振荡器对当前频率Fclk进行调整，直到达到目标频率值。

本发明实施例提供了一种高精度振荡器及频率产生方法，通过一新设计的振荡器电路，根据目标频率值得到目标电流值，根据所述目标电流值，设定所述低温漂电阻R1的值，当当前频率Fclk偏离目标频率值，压控振荡器对当前频率进行调整，输出频率Fclk，直到达到目标频率值，可最大程度的提高了振荡器的精度，由于采用的电阻元件为低温漂的，减少了电阻的温漂效应，同时简化电路结构，降低振荡器电路的成本。同时由于所述振荡器可进行灵活的频率设置，能实现的目标频率值可以很高也可以很低，频率范围很宽。因此，与普通的振荡器相比，具有精度高的优点，与普通的晶振相比，具有频率范围宽和成本低的优点。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为现有技术1振荡器的组成示意图；

图2为现有技术2振荡器的电路示意图；

图3为本发明实施例高精度振荡器的组成示意图；

图4为本发明实施例偏置电流源的电路组成示意图；

图5为本发明实施例偏置电流源的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图3所示，为本发明实施例一种高精度振荡器，所述振荡器包括：

带隙基准电压源BANDGAP，用来提供稳定的基准电压；

跨导放大器，与所述BANDGAP相连；

低通滤波器，与所述跨导放大器相连；

压控振荡器，与所述低通滤波器和跨导放大器分别相连，当当前频率Fclk偏离目标频率值，对当前频率进行调整；

偏置电流源，与所述压控振荡器相连，接收所述压控振荡器输出的频率Fclk，并转化Fclk为电流I1；

低温漂电阻R1，与所述偏置电流源相连。

图3中偏置电流源组成内环，带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、偏置电流源和低温漂电阻R1组成外环，所述低温漂电阻外串接于所述偏置电流源。

另外的一优选实施例，所述偏置电流源电路为电流调整内环，所述低温漂电阻还可以内置于所述调整内环，并与所述偏置电流源串联；所述带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器和偏置电流源组成电流调整外环。

原则上，所述调整内环带宽大于调整外环带宽。当当前电流I1小于目标电流值，通过压控振荡器调整频率Fclk使频率增大，从而增大电流I1，使频率接近目标频率值；当当前电流I1大于目标电流值，通过压控振荡器调整频率Fclk使频率减小，从而减小电流I1，使频率接近目标频率值。

如图4所示，所述偏置电流源为一交换电容电流源，用来产生与RC电路等同的电流，其工作原理如下：

有两个非重叠的周期T1和T2，在T2时间内，电容C1被完全放电，与此同时，C2的电压被虚拟接地提高至Vref。在T1时间内，工作放大器提供以稳定的电压给M4，反过来，M4通过镜像门M1和M3提供一稳定的电流给C1和C2。相应地，通过C1和C2的电压以线性升高，在T1的最后，达到：

V（C2）=（C2*Vref+I*Tf）/（C1+C2）   公式1

其中，Tf等于T1。在T2时间内，C2被放电至C3，同时C1被放电至接地。若电容C2电压比Vref高，则工作放大器的输出将降低而C2将放电之虚拟接地。这样将会引起下一周期的电流减小。同理，若V（C2）比Vref低，则电流将在下一周期变大。因而，如果该循环是稳定的，则V（C2）将等于Vref，电流的稳定值则为：

I=Vref*C1/Tf=2Vref*C1*Fclk            公式二

如图5所示，该电路功能可以用图5的电路进行进一步说明。晶体管M2、M5-M8的功能为整体工作放大器，用来驱动M4，余下元件的命名及功能如图3。该电路产生自参考因为M5和M6是偏置的，因而它们有相同的电流，但由于M5比M6具有更宽的阈值（N倍），因此，将产生一定的电压差值。

根据公式二，在Vref和C1确定的情况下，根据目标频率值得到目标电流值，根据所述目标电流值，设定所述低温漂电阻R1的值，当当前频率偏离目标频率值，压控振荡器对当前频率进行调整，输出频率Fclk，直到达到目标频率值。

原则上，所述调整内环带宽大于调整外环带宽。当当前电流I1小于目标电流值，通过压控振荡器调整频率Fclk使频率增大，从而增大电流I1，使频率接近目标频率值；当当前电流I1大于目标电流值，通过压控振荡器调整频率Fclk使频率减小，从而减小电流I1，使频率接近目标频率值。

为了实现前述发明目的,本发明实施例还提供了一种振荡器频率调整方法,所述方法包括以下步骤:

所述振荡器由带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、压控振荡器、低温漂电阻R1组成，其中，所述偏置电流源电路为调整内环；所述带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、偏置电流源和低温漂电阻R1组成调整外环；

根据目标频率值得到目标电流值；

根据所述目标电流值，设定所述低温漂电阻R1的值；

当当前频率Fclk偏离目标频率值，所述压控振荡器对当前频率进行调整，直到达到目标频率值。

为了实现前述发明目的,本发明实施例还提供了另一种振荡器频率调整方法,所述方法包括以下步骤:

所述振荡器由带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、压控振荡器、低温漂电阻R1组成，其中，所述偏置电流源电路为调整内环，所述低温漂电阻内置于所述调整内环，并与所述偏置电流源串联；所述带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器和偏置电流源组成调整外环；

根据目标频率值得到目标电流值；

根据所述目标电流值，设定所述低温漂电阻R1的值；

当当前频率Fclk偏离目标频率值，所述压控振荡器对当前频率进行调整，直到达到目标频率值。

原则上，所述调整内环带宽大于调整外环带宽。当当前电流I1小于目标电流值，通过压控振荡器调整频率Fclk使频率增大，从而增大电流I1，使频率接近目标频率值；当当前电流I1大于目标电流值，通过压控振荡器调整频率Fclk使频率减小，从而减小电流I1，使频率接近目标频率值。

本发明实施例提供了一种高精度振荡器及频率产生方法，通过一新设计的振荡器电路，根据目标频率值得到目标电流值，根据所述目标电流值，设定所述低温漂电阻R1的值，当当前频率Fclk偏离目标频率值，压控振荡器对当前频率进行调整，输出频率Fclk，直到达到目标频率值，可最大程度的提高了振荡器的精度，由于采用的电阻元件为低温漂的，减少了电阻的温漂效应，同时简化电路结构，降低振荡器电路的成本。同时由于所述振荡器可进行灵活的频率设置，能实现的目标频率值可以很高也可以很低，频率范围很宽。因此，与普通的振荡器相比，具有精度高的优点，与普通的晶振相比，具有频率范围宽和成本低的优点。

本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高精度振荡器，其特征在于，所述振荡器包括：

带隙基准电压源BANDGAP，用来提供稳定的基准电压；

跨导放大器，与所述BANDGAP相连；

低通滤波器，与所述跨导放大器相连；

压控振荡器，与所述低通滤波器和跨导放大器分别相连，当当前频率Fclk偏离目标频率值，对当前频率进行调整，直到达到目标频率值；

偏置电流源，与所述压控振荡器相连，接收所述压控振荡器输出的频率Fclk，并转化Fclk为电流I1；

低温漂电阻R1，与所述偏置电流源相连。

2.如权利要求1所述的高精度振荡器，其特征在于，所述低温漂电阻外串接于所述偏置电流源。

3.如权利要求2所述的高精度振荡器，其特征在于，所述偏置电流源电路为调整内环；所述带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、偏置电流源和低温漂电阻R1组成调整外环。

4.如权利要求1所述的高精度振荡器，其特征在于，所述偏置电流源电路为调整内环，所述低温漂电阻内置于所述调整内环，并与所述偏置电流源串联；所述带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、偏置电流源组成调整外环。

5.如权利要求3或4任意一项所述的高精度振荡器，其特征在于，所述调整内环带宽大于调整外环带宽。

6.一种振荡器频率产生方法，其特征在于，所述方法包括：

所述振荡器由带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、压控振荡器、低温漂电阻R1组成，其中，所述偏置电流源电路为调整内环；所述带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、偏置电流源和低温漂电阻R1组成调整外环；

根据目标频率值Fclk得到目标电流值；

根据所述目标电流值，设定所述低温漂电阻R1的值；

当当前频率偏离目标频率值，所述压控振荡器对当前频率进行调整，直到达到目标频率值。

7.一种振荡器频率产生方法，其特征在于，所述方法包括：

所述振荡器由带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、压控振荡器、低温漂电阻R1组成，其中，所述偏置电流源电路为调整内环；所述带隙基准电压源BANDGAP、跨导放大器、低通滤波器、偏置电流源和低温漂电阻R1组成调整外环；

根据目标频率值Fclk得到目标电流值；

根据所述目标电流值，设定所述低温漂电阻R1的值；

当当前频率偏离目标频率值，所述压控振荡器对当前频率进行调整，直到达到目标频率值。

Images