CN105790715A - 振荡电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种振荡电路，用于输出时钟信号，包括：振荡器，其连接在输入节点与输出节点之间；振荡放大电路，其设置于所述输入节点与所述输出节点之间，与所述振荡器并联连接；偏置电阻，其设置于所述输入节点与所述输出节点之间，与所述振荡器并联连接；输出放大电路，其输入端连接到所述输入节点，其输出端输出所述时钟信号。本发明的振荡电路，能够得到低功耗的晶体振荡环路及时钟信号输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种振荡电路，特别涉及一种低功耗的晶体振荡电路。
背景技术
晶体振荡器由于其具有较好的频率特性，在很多芯片中被使用。如图1所示，为现有技术中振荡电路的结构示意图，该振荡电路的结构为常规的皮尔斯振荡电路。
该振荡电路采用反相器U0作为带180°相移的放大器，偏置电阻RF为反相器U0的输入端提供直流偏置，两个负载电容C1和C2提供180°相移，从而使电路形成稳定的晶体振荡环路。在输入节点XIN到输出节点XOUT之间有180°相移，并且可以放大信号。
此电路虽然结构简单易用，但功耗难以控制；并且，由于反相器工作于反转中间的线性区，使得电路功耗较大。
本发明旨在提供一种低功耗的振荡电路，能够控制并降低振荡电路的功耗。
发明内容
为此，本发明提供了一种振荡电路，用于输出时钟信号，包括：振荡器，其连接在输入节点与输出节点之间；振荡放大电路，其设置于所述输入节点与所述输出节点之间，与所述振荡器并联连接；偏置电阻，其设置于所述输入节点与所述输出节点之间，与所述振荡器并联连接；输出放大电路，其输入端连接到所述输入节点，其输出端输出所述时钟信号。
进一步地，所述输出放大电路包括级联的第一和第二反相器，所述第一和第二反相器均为CMOS反相器。
进一步地，所述第一和第二反相器分别通过第一和第二PMOS管连接到电源。
进一步地，所述振荡电路还包括整形电路，用于对所述时钟信号进行整形。所述整形电路包括第三PMOS管，其漏极连接到所述第一反相器的输出端，其栅极连接到所述第二反相器的输出端，其源极连接到电源。
本发明的振荡电路，能够得到低功耗的晶体振荡环路及时钟信号输出。
附图说明
图1为现有技术中振荡电路的结构示意图；
图2为本发明的振荡电路的结构示意图；
图3为图2中的反相器的一个实施方式的示意图；
图4为图2中的反相器的另一个实施方式的示意图；
图5为本发明的振荡电路的一个实施方式的结构示意图；
图6为本发明的振荡电路的另一个实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的振荡电路作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。
参照图2，为本发明的振荡电路的结构示意图，该电路用于输出时钟信号。该电路包括相互并联连接并设置在输入节点XIN与输出节点XOUT之间的振荡器X、偏置电阻RF、以及振荡放大电路。其中，振荡放大电路为反相器U0。偏置电阻RF为反相器U0的输入端提供直流偏置，以使得反相器U0工作在线性区。特别地，该振荡电路还包括输出放大电路100，其输入端连接到输入节点XIN，其输出端输出时钟信号。参照图2，该输出放大电路100为级联的第一反相器U1和第二反相器U2。其中，第一反相器U1的输入端连接到输入节点XIN，第一反相器U1的输出端连接到第二反相器U2的输入端，第二反相器U2的输出端输出最终的时钟信号。
可见，本发明的振荡电路采用多级尾电流控制功耗，其第一级放大为皮尔斯振荡电路的反相放大(即图2中的反相器U0)，其第二级和第三级为输出信号的放大(即图2中的第一反相器U1和第二反相器U2)。现有技术中，由于输出节点XOUT的信号幅度较大，从而使用了XOUT的信号进行输出放大。而本发明中，输出放大电路100的输入信号来自输入节点XIN，该方案能够使得反相器U0的放大与第一反相器U1的放大成比例对称，且无需过的地考虑第一反相器U1的直流工作点。第二反相器U2仍需提供部分放大增益，以使得最终输出的时钟信号沿较陡，从而降低功耗。
由于采用了低功耗设计，输出放大电路100的输入信号即输入节点XIN的信号幅度较小，在该信号经过第一反相器U1放大之后，信号幅度已经可以接近电源的幅度，再通过第二反相器U2进行放大，以进一步控制输出信号的波形。
具体地，第一和第二反相器U1、U2均为CMOS反相器。参考图3和图4，为CMOS反相器的常见的两种实现方式。
图3中的反相器采用共栅极的PMOS管和NMOS管来实现，其共栅极为反相器的输入端，PMOS管和NMOS管的漏极相连接为反相器的输出端，PMOS管的源极连接至电源VDD，NMOS管的源极接地。参照图5，在该实施方式中，CMOS反相器采用图3中的结构实现。
同理，CMOS反相器还可以采用单个NMOS管来实现，如图4所示，其栅极作为反相器的输入端，其漏极为反相器的输出端并连接至电源VDD，其源极接地。参照图6，在该实施方式中，CMOS反相器采用图4中的结构实现。
需要注意的是，输出放大电路100中的第二反相器U2不可以由单个NMOS管来实现，以便于能够将前一级反相器输出的较大的模拟波形，转换成接近高低电平的时钟波形。
为了进一步控制功耗，参考图5和图6，反相器U0、U1、U2均不是直接连接到电源VDD，而是通过PMOS管连接到电源VDD。如图中的MP0、MP1和MP2，不仅分别为反相器U0、U1、U2提供工作电流，还使得所在支路的功耗得以控制。PMOS管MP0、MP1和MP2的栅极均连接至偏置电压Vbias。
为了使得输出的时钟信号的上升沿和下降沿更陡，该振荡电路还包括整形电路，用于对第二反相器U2输出的时钟信号进行整形。参照图5和图6，该整形电路为第三PMOS管MP3，其漏极连接到第一反相器U1的输出端，其栅极连接到第二反相器U2的输出端，其源极连接到电源VDD。在A点电压上升、B点电压下降时，第三PMOS管MP3在临界值后快速导通，将A点电压拉高，使得B点的电压快速降低至0；同样地，在A点电压下降、B点电压上升时，第三PMOS管MP3关闭，使得A点电压继续下降，B点电压升高。如此能够实现对第二反相器U2输出的时钟信号的整形，使得其上升沿和下降沿更陡，从而使得在后级经历线性区的时间更短，以进一步降低功耗。
以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种振荡电路，用于输出时钟信号，其特征在于，包括：
振荡器，其连接在输入节点与输出节点之间；
振荡放大电路，其设置于所述输入节点与所述输出节点之间，与所述振荡器并联连接；
偏置电阻，其设置于所述输入节点与所述输出节点之间，与所述振荡器并联连接；
输出放大电路，其输入端连接到所述输入节点，其输出端输出所述时钟信号。
2.根据权利要求1所述的振荡电路，其特征在于，所述输出放大电路包括级联的第一和第二反相器。
3.根据权利要求2所述的振荡电路，其特征在于，所述第一和第二反相器均为CMOS反相器。
4.根据权利要求3所述的振荡电路，其特征在于，所述第一和第二反相器分别通过第一和第二PMOS管连接到电源。
5.根据权利要求2所述的振荡电路，其特征在于，所述振荡电路还包括整形电路，用于对所述时钟信号进行整形。
6.根据权利要求5所述的振荡电路，其特征在于，所述整形电路包括第三PMOS管，其漏极连接到所述第一反相器的输出端，其栅极连接到所述第二反相器的输出端，其源极连接到电源。
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| US7183868B1 (en) * | 2004-09-09 | 2007-02-27 | Sandia Corporation | Triple inverter pierce oscillator circuit suitable for CMOS |
| CN103117705A (zh) * | 2012-11-13 | 2013-05-22 | 长沙景嘉微电子股份有限公司 | 一种稳定快速的晶振起振电路 |
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2014
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