CN103532521B - 改进型低压振荡器 - Google Patents
改进型低压振荡器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103532521B CN103532521B CN201310481226.3A CN201310481226A CN103532521B CN 103532521 B CN103532521 B CN 103532521B CN 201310481226 A CN201310481226 A CN 201310481226A CN 103532521 B CN103532521 B CN 103532521B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transistor
- transistor seconds
- voltage
- current source
- electric capacity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Abstract
本发明提供一种改进型低压振荡器，其包括：依次串联的第一电流源、电阻、第一晶体管和电容，所述第一晶体管的栅极与所述第一电流源和所述电阻一端的连接节点相连，其漏极与所述电阻的另一端相连，其源极与所述电容的一端相连；所述控制信号产生电路，其包括反相器和依次串联的第二电流源和第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述电阻和第一晶体管之间的连接节点相连，所述第二晶体管和第二电流源之间的节点与所述反相器的输入端相连，所述反相器的输出端输出控制信号；放电控制电路基于所述控制信号对电容进行放电控制。与现有技术相比，本发明中的改进型低压振荡器的最低工作电压较低，且电路结构简单。
Description
【技术领域】
本发明涉及振荡器领域，特别涉及一种改进型低压振荡器。
【背景技术】
请参考图1所示，其为现有技术中的一种振荡器的电路示意图。随着输入电源电压VDD的降低，该振荡器由于输入电压限制而停止工作。该振荡器需要的最低工作电压为Max{VGSN1+VGSN2+VDSP1，VGSN1+VDSN2+VGSP2}。其中，VGSN1为NMOS（N-ChannelMetalOxideSemiconductor）晶体管MN1的栅源电压，在一般5V的CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）工艺中，一般大于0.7V；VGSN2为NMOS晶体管MN2的栅源电压，考虑到衬偏效应(BodyEffect)，一般大于0.8V；VDSP1为PMOS（P-ChannelMetalOxideSemiconductor）晶体管MP1的漏源电压，一般大于0.1V；VDSN2为NMOS晶体管MN2的漏源电压，一般大于0.1V；VGSP2为PMOS晶体管MP2的栅源电压，一般大于0.8V。所以，该振荡器的最低工作电压将大于1.6V。如果能进一步降低振荡器的最低工作电压，显然是非常有利的。
因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种改进型低压振荡器，其最低工作电压较低，且电路结构简单。
为了解决上述问题，本发明提供一种改进型低压振荡器，其包括：依次串联的第一电流源、电阻、第一晶体管和电容，所述第一晶体管的栅极与所述第一电流源和所述电阻一端的连接节点相连，其漏极与所述电阻的另一端相连，其源极与所述电容的一端相连；所述控制信号产生电路，其包括反相器和依次串联的第二电流源和第二晶体管，所述第二电流源提供第二电流使得在所述第二晶体管导通时，所述第二电流流经所述第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述电阻和第一晶体管之间的连接节点相连，所述第二晶体管和第二电流源之间的节点与所述反相器的输入端相连，所述反相器的输出端输出控制信号；放电控制电路基于所述控制信号对电容进行放电控制。
进一步的，当所述第二晶体管的栅极电压与源极电压之间的差值小于所述第二晶体管的阈值电压时，所述第二晶体管截止，所述反相器的输出端输出无效的控制信号；当所述第二晶体管的栅极电压与源极电压之间的差值大于所述第二晶体管的阈值电压时，所述第二晶体管导通，所述反相器的输出端输出有效的控制信号；所述放电控制控制电路在所述控制信号有效时对所述电容进行放电，在所述控制信号无效时禁止对所述电容进行放电。
进一步的，所述第一晶体管和所述第二晶体管为NMOS晶体管，所述电容的另一端接地，所述第二晶体管的漏极与所述第二电流源相连，其源极接地，
所述第一电流源提供第一电流经所述电阻和第一晶体管给所述电容充电。
进一步的，所述第一晶体管和所述第二晶体管为PMOS晶体管，所述电容的另一端接电源，所述第二晶体管的漏极与所述第二电流源相连，其源极电源。
进一步的，所述放电控制电路包括第三晶体管或者第三三极管，所述第三晶体管的栅极为所述放电控制电路的控制信号接收端，所述第三晶体管的源极和漏极分别于所述电容的两端相连。
进一步的，所述第一晶体管的衬底与其源极相连。
进一步的，所述第一晶体管的阈值电压和第二晶体管的阈值电压相同，且两个晶体管的沟道的宽度和长度也相同。
进一步的，所述第一晶体管和电容之间的节点与所述振荡器的输出端相连。
与现有技术相比，本发明提供一种改进型低压振荡器，其最低工作电压较低，且电路结构简单。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为现有技术中的一种振荡器的电路示意图；
图2为本发明在一个实施例中的改进型低压振荡器的电路示意图；
图3为图2中的振荡器输出的锯齿波Ramp以及对应的CLK信号的示意图；
图4为本发明在另一个实施例中的改进型低压振荡器的电路示意图；
图5为本发明中采用PMOS晶体管的改进型低压振荡器的电路示意图；
图6为图5中的振荡器输出的锯齿波Ramp以及对应的CLK信号的示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
请参考图2所示，其为本发明在一个实施例中的改进型低压振荡器的电路示意图。所述振荡器包括依次串联的第一电流源I1、电阻R1、第一NMOS晶体管MN1和电容C1，控制信号产生电路210和放电控制电路220。
所述依次串联的第一电流源I1、电阻R1、第一NMOS晶体管MN1和电容C1连接于电源VDD和地节点之间，其中，所述第一NMOS晶体管MN1的栅极与所述第一电流源I1和电阻R1一端的连接节点D相连，其漏极与电阻R1的另一端相连，其衬底接地，其源极与电容C1的一端相连，电容C1的另一端接地；所述第一NMOS晶体管MN1的源极和电容C1的一端的连接节点VC与所述振荡器的输出端Ramp相连。所述第一电流源I1提供第一电流经所述电阻R1和第一NMOS晶体管MN1给所述电容C1充电以得到充电电压VC（即节点VC的电压）。
所述控制信号产生电路210包括反相器INV1，依次串联于电源VDD和地节点之间的第二电流源I2和第二NMOS晶体管MN2。其中，所述第二NMOS晶体管MN2的漏极与所述第二电流源I2相连，其源极接地，所述第二电流源I2提供第二电流使得在所述第二NMOS晶体管MN2导通时，所述第二电流流经所述第二NMOS晶体管MN2。所述第二NMOS晶体管MN2的栅极与所述电阻R1和第一NMOS晶体管MN1之间的连接节点B相连，所述第二NMOS晶体管MN2和第二电流源I2之间的节点A与所述反相器INV1的输入端相连，所述反相器INV1的输出端输出控制信号CLK。
所述控制信号产生电路210基于所述连接节点B的电压产生并输出所述控制信号CLK。具体为：当所述第二NMOS晶体管MN2的栅极电压（即节点B的电压）与其源极电压（在本实施例中，所述电源电压等于接地电压即零电压）之间的差值小于所述第二NMOS晶体管MN2的阈值电压时，所述第二NMOS晶体管MN2截止，节点A输出高电平信号给所述反相器INV1的输入端，所述反相器INV1的输出端输出的控制信号CLK为低电平（即无效的控制信号）；当所述第二MNOS晶体管MN2的栅极电压与其源极电压之间的差值大于所述第二NMOS晶体管MN2的阈值电压时，所述第二NMOS晶体管MN2导通，节点A输出低电平信号给所述反相器INV1的输入端，所述反相器INV2的输出端输出的控制信号CLK为高电平（即有效的控制信号）。
所述放电控制电路220基于所述控制信号CLK对电容C1进行放电控制。所述放电控制电路220在所述控制信号CLK有效时对所述电容C1进行放电，在所述控制信号CLK无效时禁止对电容C1进行放电。在图2所示的实施例中，所述放电控制电路220包括第三NMOS晶体管MN3，所述第三NMOS晶体管MN3的栅极为所述放电控制电路220的控制信号接收端，所述第三NMOS晶体管MN3的源极和漏极分别连接于所述电容C1的两端，所述第三NMOS晶体管MN3的衬底接地。所述第三NMOS晶体管MN3也可以替换为其他等效电子开关器件，比如，NPN（Negative-Positive-Negative）三极管。
以下详细阐述图2所示的改进型低压振荡器的工作过程。
在图2所示的实施例中，设置所述第一NMOS晶体管MN1的阈值电压和第二NMOS晶体管MN2阈值电压相同，且两者的沟道的宽度和长度也完全相同。
初始状态时，电容C1两端的电压差为零，由于所述电容C1的一端接地，且电容C1的电压（其等于节点VC的电压）等于输出端RAMP的电压，因此，初始状态时输出端RAMP的电压等于零。又由于此时所述第二NMOS晶体管MN2的栅极电压和其源极电压的差值（其等于节点B的电压）VGSN1–I1.R1，其小于第二NMOS晶体管MN2的阈值电压，因此，所述第二NMOS晶体管MN2截止，所述第一电流源I1对电容C1进行充电，并且节点A输出高电平信号给所述反相器INV1的输入端，所述反相器INV1的输出端输出的控制信号CLK为低电平，所述CLK信号传输给所述第三NMOS晶体管MN3的栅极，使第三NMOS晶体管MN3截止。也就是说，初始状态，所述第一电容C1的电压等于零,输出端RAMP的电压等于零，第三晶体管MN3截止，第一电流源I1开始对电容C1充电。
根据公式Q=CV可知，在电容一定的情况下，充电量与电压成正比，其中Q为充电电量，C为电容的电容值，V为电容两端的电压。也就是说，从初始状态起，随着第一电流I1对电容C1逐渐充电，电容C1上的电压VC不断升高，输出端Ramp电位逐渐升高，直到输出端Ramp的电压大于I1.R1时，节点D的电压大于VGSN1+I1.R1，节点B的电压大于VGSN1，即所述第二MNOS晶体管MN2的栅极电压与其源极电压之间的差值大于所述第二NMOS晶体管MN2的阈值电压，所述第二NMOS晶体管MN2导通，节点A由高电平翻转为低电平，所述反相器INV1的输出端输出的控制信号CLK为高电平，所述CLK信号传输给所述第三NMOS晶体管MN3的栅极，使第三NMOS晶体管MN3导通，由所述第三晶体管MN3对所述电容C1迅速放电。
由于MOS管对电容放电速度非常快，因此，电容C1的放电时间远远小于充电时间，放电结束时，所述电容C1两端的电压差为零,即电容C1的电压放电至零，输出端RAMP的电压等于零。当所述第一电容C1的电压放电至零时，如上所述，第三晶体管MN3截止，第一电流源I1再次对电容C1充电......,周而复始，电容C1反复被充电和放电，致使该振荡器的输出端RAMP的电压逐渐升高再迅速降低，进而在RAMP端形成锯齿波的振荡波形。
请参考图3所示，其为图2中的振荡器输出的锯齿波RAMP以及对应的CLK信号的示意图。该图横坐标表示时间，纵坐标表示电压，其中，锯齿波RAMP的上升阶段为第一电容C1的充电时间，下降阶段为第一电容C1的放电时间。根据上述工作原理，充电时间等于I2.R1.C1/I1，其中I1为电流源I1的电流值，I2为电流源I2的电流值，R1为电阻R1的电阻值，C1为电容C1的电容值，并且由上述分析容易得知所述锯齿波RAMP的峰值为I1.R1，峰谷为零。
综上所述，图2所示的振荡器也可以实现输出锯齿波RAMP信号。但是，其需要的最低工作电压为VGSN1+I1.R1+VDS_I1，其中VDS_I1为第一电流源I1的电压降，一般为一个处于饱和区PMOS管的源漏电压，可以设计VDS_I1为0.1V，VGSN1为第一NMOS晶体管MN1的栅源电压，对于一般5V的CMOS工艺中，VGSN1为0.7V，，如果设计I1.R1=0.1V，则图2所示的振荡器的最低工作电源电压为0.7V+0.1V+0.1V=0.9V。比图1中现有技术的振荡器的最低工作电源电压1.6V要低很多。此外，本图2所示的振荡器比图1所示的现有技术中的振荡器的电路结构更简单，其占用的芯片面积更小，从而降低芯片成本。
需要说明的是，第一电流源I1的电流值和第二电流源I2的电流值成预定比例，即可以设计第一电流源的电流值I1等于第二电流源的电流值I2，也可以设计第一电流源的电流值I1等于N.I2，N为自然数。为了减小电容C1的充电时间对第一电流源I1和第二电流源I2的影响，可以对第一电流源I1和第二电流源I2采取集成电路中常用的匹配技术，这样，所述第一电流源I1的电流值和第二电流源I2的电流值的比例可以被设计为一个不受温度，电源电压和工艺变化影响的常数，从而提高振荡器的振荡周期精度。
为了提高图2所示的振荡器的振荡周期精度，还可以进行如下改进。请参考图4所示，其为本发明在另一个实施例中的改进型低压振荡器的电路示意图。其与图2所示的振荡器的区别在于，将所述第一NMOS晶体管MN1的衬体改为与其源极相连。这样能消除衬偏效应对阈值电压的影响，使得第二NMOS晶体管MN2的栅源电压VGSN2与第一NMOS晶体管MN1的栅源电压VGSN1更匹配，从而使非理想因素对振荡器的振荡周期精度的影响更小。
请参考图5所示，其为本发明中采用PMOS晶体管的改进型低压振荡器的电路示意图；请参考图6所示，其为图5中的振荡器输出的锯齿波RAMP以及对应的CLK信号的示意图。由于其实质内容与上述采用NMOS晶体管的振荡器相同，因此，不再累述介绍。
在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (8)
1.一种改进型低压振荡器，其特征在于，其包括：
依次串联的第一电流源、电阻、第一晶体管和电容，所述第一晶体管的栅极与所述第一电流源和所述电阻一端的连接节点相连，其漏极与所述电阻的另一端相连，其源极与所述电容的一端相连；
控制信号产生电路，其包括反相器和依次串联的第二电流源和第二晶体管，所述第二电流源提供第二电流使得在所述第二晶体管导通时，所述第二电流流经所述第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述电阻和第一晶体管之间的连接节点相连，所述第二晶体管和第二电流源之间的节点与所述反相器的输入端相连，所述反相器的输出端输出控制信号；
放电控制电路基于所述控制信号对电容进行放电控制。
2.根据权利要求1所述的改进型低压振荡器，其特征在于，
当所述第二晶体管的栅极电压与源极电压之间的差值小于所述第二晶体管的阈值电压时，所述第二晶体管截止，所述反相器的输出端输出无效的控制信号；当所述第二晶体管的栅极电压与源极电压之间的差值大于所述第二晶体管的阈值电压时，所述第二晶体管导通，所述反相器的输出端输出有效的控制信号；
所述放电控制电路在所述控制信号有效时对所述电容进行放电，在所述控制信号无效时禁止对所述电容进行放电。
3.根据权利要求2所述的改进型低压振荡器，其特征在于，
所述第一晶体管和所述第二晶体管为NMOS晶体管，
所述电容的另一端接地，所述第二晶体管的漏极与所述第二电流源相连，其源极接地，
所述第一电流源提供第一电流经所述电阻和第一晶体管给所述电容充电。
4.根据权利要求2所述的改进型低压振荡器，其特征在于，
所述第一晶体管和所述第二晶体管为PMOS晶体管，
所述电容的另一端接电源，所述第二晶体管的漏极与所述第二电流源相连，其源极电源。
5.根据权利要求3或者4所述的改进型低压振荡器，其特征在于，
所述放电控制电路包括第三晶体管，
所述第三晶体管的栅极为所述放电控制电路的控制信号接收端，所述第三晶体管的源极和漏极分别于所述电容的两端相连。
6.根据权利要求5所述的改进型低压振荡器，其特征在于，所述第一晶体管的衬底与其源极相连。
7.根据权利要求6所述的改进型低压振荡器，其特征在于，所述第一晶体管的阈值电压和第二晶体管的阈值电压相同，且两个晶体管的沟道的宽度和长度也相同。
8.根据权利要求1所述的改进型低压振荡器，其特征在于，所述第一晶体管和电容之间的节点与所述振荡器的输出端相连。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310481226.3A CN103532521B (zh) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | 改进型低压振荡器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310481226.3A CN103532521B (zh) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | 改进型低压振荡器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103532521A CN103532521A (zh) | 2014-01-22 |
| CN103532521B true CN103532521B (zh) | 2016-05-25 |
Family
ID=49934265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310481226.3A Active CN103532521B (zh) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | 改进型低压振荡器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103532521B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104779782B (zh) | 2015-04-17 | 2017-06-20 | 华为技术有限公司 | 一种电压转换电路 |
| CN113767572B (zh) * | 2019-05-22 | 2024-04-12 | 华为技术有限公司 | 电平转换电路和电子设备 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102088278A (zh) * | 2010-11-17 | 2011-06-08 | 无锡中星微电子有限公司 | 一种振荡器 |
| CN102790601A (zh) * | 2012-08-08 | 2012-11-21 | 电子科技大学 | Rc振荡器 |
| CN203522645U (zh) * | 2013-10-15 | 2014-04-02 | 无锡中星微电子有限公司 | 改进型低压振荡器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6229405B1 (en) * | 1997-11-14 | 2001-05-08 | Seiko Epson Corporation | Low-voltage oscillation amplifying circuit |
-
2013
- 2013-10-15 CN CN201310481226.3A patent/CN103532521B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102088278A (zh) * | 2010-11-17 | 2011-06-08 | 无锡中星微电子有限公司 | 一种振荡器 |
| CN102790601A (zh) * | 2012-08-08 | 2012-11-21 | 电子科技大学 | Rc振荡器 |
| CN203522645U (zh) * | 2013-10-15 | 2014-04-02 | 无锡中星微电子有限公司 | 改进型低压振荡器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103532521A (zh) | 2014-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108390556B (zh) | 一种电荷泵电路 | |
| CN102130666B (zh) | 占空比调节电路及方法 | |
| CN101882926B (zh) | 一种恒流驱动芯片上电复位电路 | |
| CN103236789B (zh) | 电荷泵输出电压的调节电路及存储器 | |
| CN106655757B (zh) | 电容式电荷泵 | |
| CN104714589A (zh) | 一种cmos片上直流负电压产生电路 | |
| CN103066962B (zh) | 延时电路 | |
| CN103475338B (zh) | 一种高精度低压振荡器 | |
| CN204886695U (zh) | 一种电荷泵电路 | |
| CN202750055U (zh) | 一种片内rc 振荡器 | |
| CN103490726A (zh) | 一种低压振荡器 | |
| CN103532521B (zh) | 改进型低压振荡器 | |
| CN104935162B (zh) | 驱动电路、集成电路装置以及电荷泵电路的控制方法 | |
| CN104143907A (zh) | 非连续性电流控制的双环电荷泵控制电路 | |
| CN203522645U (zh) | 改进型低压振荡器 | |
| CN203491975U (zh) | 一种低压振荡器 | |
| CN104113331A (zh) | 一种应用于电子标签中的新型环形振荡器 | |
| CN103580651A (zh) | 低相位抖动的振荡器 | |
| CN203491992U (zh) | 一种高精度低压振荡器 | |
| CN205544931U (zh) | 衬底偏置电路、倍压器以及包含所述倍压器的系统 | |
| CN103413567B (zh) | 参考电压提供电路 | |
| CN104702216A (zh) | 一种振荡电路 | |
| CN111490664B (zh) | 一种驱动电路 | |
| CN203573622U (zh) | 电压比较电路及包括该电压比较电路的液晶显示器 | |
| CN103323763B (zh) | 一种测量阈值电压和饱和漏电流退化电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 214028 Jiangsu Province, Wuxi City District Qingyuan Road No. 18 Taihu International Science Park sensor network university science and Technology Park 530 building A1001 Applicant after: WUXI ZHONGGAN MICROELECTRONIC CO., LTD. Address before: A 530 Taihu international science and Technology Park building 214028 Qingyuan Road in Jiangsu province Wuxi City District 10 layer Applicant before: Wuxi Vimicro Co., Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |