CN106664079B - 具有电流及电压偏移消除的松弛振荡器 - Google Patents

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Abstract

在所描述的实例中，松弛振荡器(100)通过以下方式而降低温度敏感性及处于低偏移频率的相位噪声：周期性地对第一电流(I1)与第二电流(I2)进行交换，使得在所述第一电流(I1)已被输入到第一对电路(120、140)且所述第二电流(I2)已被输入到第二对电路(130、140)之后，将所述第二电流(I2)输入到所述第一对电路(120、140)且将所述第一电流(I1)输入到所述第二对电路(130、140)。

Description

具有电流及电压偏移消除的松弛振荡器
技术领域
本发明大体来说涉及电子电路，且更特定来说，涉及一种用于具有电流及电压偏移消除的松弛振荡器的方法及电路。
背景技术
松弛振荡器是一种众所周知的电路，其产生周期性非正弦输出信号，例如方波及三角波。松弛振荡器用于许多应用中，例如其中使用方波提供时钟信号的计算机应用。
松弛振荡器通常结合阈值敏感装置而被实施为电阻器-电容器(RC)电路。流动穿过电阻器的电流将电容器充电。阈值敏感装置直到电容器上的电压超过装置的阈值才对电容器上的电压做出响应，此时装置接通电容器并将电容器放电。随后，只要电路被通电，此过程便会不断地重复。
松弛振荡器的一个问题是，松弛振荡器的振荡频率具有强温度相关性。松弛振荡器通常包含两个电流源，即：第一电流源，其输出第一电流；及第二电流源，其输出第二电流。在理想的松弛振荡器中，第一电流与第二电流在存在恒定温度时完全相等，且随着温度变化而改变相同量。
然而，在实际的实践中，第一电流与第二电流在温度恒定时常常会略有不同，且随着温度变化而改变不同的量。甚至在温度不改变时，第一电流与第二电流也相差一电流偏移。所述电流偏移是统计值，其部分地起因于晶体管失配。晶体管失配是晶体管(其预期为等同的)之间的差异，例如起因于制造工艺中的随机变化。
电流偏移具有强温度相关性，因为小的温度改变可会使第一电流与第二电流之间的差有显著改变。继而，谐振振荡器的振荡频率响应于第一电流与第二电流之间的差而变化，而所述差会强烈地随着温度而变化。
松弛振荡器的另一问题是，松弛振荡器会频繁地遭受处于低偏移频率的相位噪声。松弛振荡器通常包含比较器，所述比较器具有正输入端子及负输入端子。在理想的松弛振荡器中，比较器能检测到一个输入端子上的电压超过另一输入端子上的电压的时刻。
然而，在实际实践中，以下两个时间之间会存在轻微差异：(a)比较器检测到输入端子中的一者上的电压超过另一输入端子上的电压的时间；及(b)一个输入端子上的电压实际上超过另一输入端子上的电压的时间。时序差异是由于偏移电压所致，偏移电压会致使比较器在略微不同于事件实际上发生的时间被触发。偏移电压是比较器的不理想之处，此部分地起因于晶体管失配。偏移电压的确切量是不可预测的，因为其是统计值。由于偏移电压会更改比较器的时序，因而偏移电压会引入处于低偏移频率的相位噪声。
发明内容
在所描述的实例中，松弛振荡器电路消除电流及电压偏移，以降低温度敏感性及处于低偏移频率的相位噪声。松弛振荡器电路包含电流交换电路，所述电流交换电路具有第一输出及第二输出。所述电流交换电路用于响应于第一切换信号的第一逻辑状态及第二切换信号的第二逻辑状态而从所述第一输出供应第一电流且从所述第二输出供应第二电流。所述电流交换电路还用于响应于所述第一切换信号的第二逻辑状态及所述第二切换信号的第一逻辑状态而从所述第二输出供应所述第一电流并所述第一输出供应所述第二电流。所述松弛振荡器电路还包含第一电流分支，所述第一电流分支耦合到所述电流交换电路的所述第一输出。所述第一电流分支用于响应于第三切换信号的第一逻辑状态及第四切换信号的第二逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第一电流并所述第一电流产生第一分支电压。所述第一电流分支还用于响应于所述第三切换信号的所述第一逻辑状态及所述第四切换信号的所述第二逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第二电流并从所述第二电流产生第二分支电压。
一种操作松弛振荡器的方法包含响应于第一切换信号的第一逻辑状态及第二切换信号的第二逻辑状态而从第一输出供应第一电流并从第二输出供应第二电流。所述方法还包含响应于所述第一切换信号的第二逻辑状态及所述第二切换信号的第一逻辑状态而从所述第二输出供应所述第一电流并从所述第一输出供应所述第二电流。所述方法进一步包含响应于第三切换信号的第一逻辑状态及第四切换信号的第二逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第一电流并从所述第一电流产生第一分支电压。所述方法还包含响应于所述第三切换信号的所述第一逻辑状态及所述第四切换信号的所述第二逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第二电流并从所述第二电流产生第二分支电压。
附图说明
图1是用于说明性实施例的松弛振荡器电路100的示意图。
图2A-2F是图1的切换控制电路150的操作的时序图。图2A是由切换控制电路150的第一输入所接收的电压的时序图。图2B是由切换控制电路150的第二输入所接收的电压的时序图。图2C是第一切换信号SS1的时序图。图2D是第二切换信号SS2的时序图。图2E是第三切换信号SS3的时序图。图2F是第四切换信号SS4的时序图。
图3A-3D是松弛振荡器100的操作的示意图。
具体实施方式
图1是松弛振荡器电路(总体上以100指示)的示意图。如下文更详细地描述，松弛振荡器100通过周期性地对一对电流进行交换使得第一对电路与第二对电路交替地接收所述对电流而降低温度敏感性及处于低偏移频率的相位噪声。
如图1中所展示，松弛振荡器100包含电流交换电路110，电流交换电路110具有第一输出112及第二输出114。电流交换电路110响应于第一切换信号SS1的第一逻辑状态及第二切换信号SS2的第二逻辑状态而从第一输出112供应第一电流I1且从第二输出114供应第二电流I2。电流交换电路110还响应于第一切换信号SS1的第二逻辑状态及第二切换信号SS2的第一逻辑状态而从第二输出114供应第一电流I1且从第一输出112供应第二电流I2。
在此实例中，电流交换电路110实施有产生第一电流I1的电流源116及产生第二电流I2的电流源118。电流交换电路110还实施有开关SW1及开关SW2。
开关SW1具有经耦合(例如，经连接)以接收第一切换信号SS1的控制端子、耦合到电流源116的第一端子及耦合到第一输出112的第二端子。开关SW2具有经耦合以接收第一切换信号SS1的控制端子、耦合到电流源118的第一端子及耦合到第二输出114的第二端子。
电流交换电路110进一步实施有开关SW3及开关SW4。开关SW3具有经耦合以接收第二切换信号SS2的控制端子、耦合到电流源118的第一端子及耦合到第一输出112的第二端子。开关SW4具有经耦合以接收第二切换信号SS2的控制端子、耦合到电流源116的第一端子及耦合到第二输出114的第二端子。
如图1中进一步展示，松弛振荡器100还包含第一电流分支120，第一电流分支120耦合到电流交换电路110的第一输出112。此外，第一电流分支120还经耦合以接收第三切换信号SS3及第四切换信号SS4。
响应于第三切换信号SS3的第一逻辑状态及第四切换信号SS4的第二逻辑状态，第一电流分支120接收从第一输出112供应的第一电流I1并从第一电流I1产生第一分支电压。第一电流分支120产生第一分支电压，使得第一分支电压的量值随时间增加。
当第三切换信号SS3的逻辑状态从第一逻辑状态改变为第二逻辑状态且第四切换信号SS4的逻辑状态从第二逻辑状态改变为第一逻辑状态时，第一电流分支120阻挡第一电流I1且将第一分支电压放电。
此外，响应于第三切换信号SS3的第一逻辑状态及第四切换信号SS4的第二逻辑状态，第一电流分支120接收从第一输出112供应的第二电流I2并从第二电流I2产生第二分支电压。第一电流分支120产生第二分支电压，使得第二分支电压的量值随时间增加。
当第三切换信号SS3的逻辑状态从第一逻辑状态改变为第二逻辑状态且第四切换信号的逻辑状态从第二逻辑状态改变为第一逻辑状态时，第一电流分支120阻挡第二电流I2并将第二分支电压放电。
在此实例中，第一电流分支120实施有开关SW5、开关W6及电容器C1。开关SW5具有经耦合以接收第三切换信号SS3的控制端子、耦合到第一输出112的第一端子，及第二端子。开关SW6具有经耦合以接收第四切换信号SS4的控制端子、耦合到开关SW5的第二端子的第一端子及耦合到接地的第二端子。电容器C1具有耦合到开关SW5的第二端子的顶板及耦合到接地的底板。
如图1中所展示，松弛振荡器100进一步包含第二电流分支130，第二电流分支130耦合到电流交换电路110的第二输出114。第二电流分支130还经耦合以接收第三切换信号SS3及第四切换信号SS4。
响应于第三切换信号SS3的第二逻辑状态及第四切换信号SS4的第一逻辑状态，第二电流分支130接收从第二输出114供应的第二电流I2并从第二电流I2产生第三分支电压。第二电流分支130产生第三分支电压，使得第三分支电压的量值随时间增加。
当第三切换信号SS3的逻辑状态从第二逻辑状态改变为第一逻辑状态且第四切换信号的逻辑状态从第一逻辑状态改变为第二逻辑状态时，第二电流分支130阻挡第二电流I2并将第三分支电压放电。
此外，响应于第三切换信号SS3的第二逻辑状态及第四切换信号SS4的第一逻辑状态，第二电流分支130接收从第二输出114供应的第一电流I1并从第一电流I1产生第四分支电压。第二电流分支130产生第四分支电压，使得第四分支电压的量值随时间增加。
当第三切换信号SS3的逻辑状态从第二逻辑状态改变为第一逻辑状态且第四切换信号的逻辑状态从第一逻辑状态改变为第二逻辑状态时，第二电流分支130阻挡第一电流I1并将第四分支电压放电。
在此实例中，第二电流分支130实施有开关SW7、开关SW8及电容器C2。开关SW7具有经耦合以接收第四切换信号SS4的控制端子、耦合到第二输出114的第一端子，及第二端子。开关SW8具有经耦合以接收第三切换信号SS3的控制端子、耦合到开关SW7的第二端子的第一端子及耦合到接地的第二端子。电容器C2具有耦合到开关SW7的第二端子的顶板及耦合到接地的底板。
如图1中进一步展示，松弛振荡器100还包含共享电流分支140，共享电流分支140耦合到电流交换电路110的第一输出112及第二输出114。共享电流分支140还经耦合以接收第三切换信号SS3及第四切换信号SS4。
响应于第三切换信号SS3的第一逻辑状态及第四切换信号SS4的第二逻辑状态，共享电流分支140接收从第二输出114供应的第二电流I2并从第二电流I2产生第一共享电压。共享电流分支140产生第一共享电压，使得第一共享电压的量值随时间是基本上恒定的。
响应于第三切换信号SS3的第一逻辑状态及第四切换信号SS4的第二逻辑状态，共享电流分支140还接收从第二输出114供应的第一电流I1并从第一电流I1产生第二共享电压。共享电流分支140产生第二共享电压，使得第二共享电压的量值随时间是基本上恒定的。
此外，响应于第三切换信号SS3的第二逻辑状态及第四切换信号SS4的第一逻辑状态，共享电流分支140接收从第一输出112供应的第一电流I1并从第一电流I1产生第三共享电压。共享电流分支140产生第三共享电压，使得第三共享电压随时间是基本上恒定的。
此外，响应于第三切换信号SS3的第二逻辑状态及第四切换信号SS4的第一逻辑状态，共享电流分支140接收从第一输出112供应的第二电流I2并从第二电流I2产生第四共享电压。共享电流分支140产生第四共享电压，使得第四共享电压的量值随时间是基本上恒定的。
在此实例中，共享电流分支140实施有开关SW9、开关SW10及电阻器R。开关SW9具有经耦合以接收第四切换信号SS4的控制端子、耦合到第一输出112的第一端子，及第二端子。开关SW10具有经耦合以接收第三切换信号SS3的控制端子、耦合到第二输出114的第一端子，及第二端子。电阻器R具有耦合到开关SW9的第二端子及开关SW10的第二端子的第一端以及耦合到接地的第二端。
开关SW1-SW10可以若干种方式来实施。举例来说，开关SW1-SW10可被实施为晶体管，例如NMOS晶体管。当利用NMOS晶体管时，控制端子可为栅极，第一端子可为漏极，且第二端子可为源极。
如图1中所展示，松弛振荡器100包含切换控制电路150，切换控制电路150耦合到电流交换电路110、第一电流分支120、第二电流分支130及共享电流分支140。切换控制电路150接收若干个电压，并响应于所述电压而产生第一切换信号SS1、第二切换信号SS2、第三切换信号SS3及第四切换信号SS4。所述电压包含第一分支电压、第二分支电压、第三分支电压及第四分支电压以及第一共享电压、第二共享电压、第三共享电压及第四共享电压。
切换控制电路150具有第一输入及第二输入。第一输入循序地接收第一分支电压、第三共享电压、第二分支电压及第四共享电压。第二输入循序地接收第一共享电压、第三分支电压、第二共享电压及第四分支电压。
切换控制电路150将第一分支电压与第一共享电压进行比较，且在随时间增加的第一分支电压超过基本上恒定的第一共享电压时改变第三切换信号SS3及第四切换信号SS4的逻辑状态。
切换控制电路150接下来将第三分支电压与第三共享电压进行比较，且在随时间增加的第三分支电压超过基本上恒定的第三共享电压时改变第一切换信号SS1、第二切换信号SS2、第三切换信号SS3及第四切换信号SS4的逻辑状态。
接下来，切换控制电路150将第二共享电压与第二分支电压进行比较，且在随时间增加的第二分支电压超过基本上恒定的第二共享电压时改变第三切换信号SS3及第四切换信号SS4的逻辑状态。
切换控制电路150接着将第四共享电压与第四分支电压进行比较，且在随时间增加的第四分支电压超过基本上恒定的第四共享电压时改变第一切换信号SS1、第二切换信号SS2、第三切换信号SS3及第四切换信号SS4的逻辑状态。
图2A-2F是松弛振荡器100的切换控制电路150的操作的时序图。图2A是由切换控制电路150的第一输入所接收的电压的时序图，而图2B是由切换控制电路150的第二输入所接收的电压的时序图。图2C是第一切换信号SS1的时序图，而图2D是第二切换信号SS2的时序图。图2E是第三切换信号SS3的时序图，而图2F是第四切换信号SS4的时序图。
如图2A-2B中所展示，第一分支电压VL1与第一共享电压VS1在相同时间期间出现，而第二分支电压VL2与第二共享电压VS2在相同时间出现。此外，第三分支电压VL3与第三共享电压VS3在相同时间出现，而第四分支电压VL4与第四共享电压VS4在相同时间出现。
如图2C-2F中所展示，第二切换信号SS2是第一切换信号SS1的逆信号，而第四切换信号SS4是第三切换信号SS3的逆信号。此外，第一切换信号SS1具有为第三切换信号SS3的周期的两倍的周期。此外，第一切换信号SS1具有与第三切换信号SS3的第一上升边缘基本上同步的上升边缘及与第三切换信号SS3的第二上升边缘基本上同步的下降边缘。
如图2A-2F中进一步展示，在时间t0施加电力。在此实例中，当电力被施加时，切换控制电路150输出具有逻辑高的第一切换信号SS1、具有逻辑低的第二切换信号SS2、具有逻辑高的第三切换信号SS3及具有逻辑低的第四切换信号SS4。
图3A-3D是松弛振荡器100的操作的示意图。如图3A中所展示，当第一切换信号SS1及第三切换信号SS3具有逻辑高状态且第二切换信号SS2及第四切换信号SS4具有逻辑低状态时，开关SW1、SW2、SW5、SW8及SW10闭合，而开关SW3、SW4、SW6、SW7及SW9断开。
在此状态中，电容器C2通过开关SW8放电，同时来自电流源116的第一电流I1穿过开关SW1、第一输出112及开关SW5流动到电容器C1，其中第一电流I1将电容器C1充电以产生第一分支电压VL1。如图2A中所展示，切换控制电路150的第一输入接收第一分支电压VL1，第一分支电压VL1在时间t0-t1内增加。
同时，来自电流源118的第二电流I2流动穿过开关SW2、第二输出114、开关SW10及电阻器R。穿过电阻器R的第二电流I2会产生第一共享电压VS1。如图2B中所展示，切换控制电路150的第二输入接收第一共享电压VS1，第一共享电压VS1在时间t0-t1内是基本上恒定的。
再次参考图2A-2B，在时间t1处，切换控制电路150的第一输入上的第一分支电压VL1超过切换控制电路150的第二输入上的第一共享电压VS1。如图2C-2F中所展示，当第一分支电压VL1超过第一共享电压VS1时，切换控制电路150将第三切换信号SS3的逻辑状态从逻辑高改变为逻辑低，且将第四切换信号SS4的逻辑状态从逻辑低改变为逻辑高。
如图3B中所展示，当第三切换信号SS3改变为逻辑低状态且第四切换信号SS4改变为逻辑高状态时，开关SW5、SW8及SW10断开，而开关SW6、SW7及SW9闭合。开关SW1及SW2保持闭合，而开关SW3及SW4保持断开。
在此状态中，电容器C1通过开关SW6放电，同时来自电流源118的第二电流I2穿过开关SW2、第二输出114及开关SW7流动到电容器C2，其中第二电流I2将电容器C2充电以产生第三分支电压VL3。如图2B中所展示，切换控制电路150的第二输入接收第三分支电压VL3，第三分支电压VL3在时间t1-t2内增加。
同时，来自电流源116的第一电流I1流动穿过开关SW1、第一输出112、开关SW9及电阻器R。穿过电阻器R的第一电流I1会产生第三共享电压VS3。如图2A中所展示，切换控制电路150的第一输入接收第三共享电压VL3，第三共享电压VL3在时间t1-t2内是基本上恒定的。
再次参考图2A-2B，在时间t2处，切换控制电路150的第二输入上的第三分支电压VL3超过切换控制电路150的第一输入上的第三共享电压VS3。如图2C-2F中所展示，当第三分支电压VL3超过第三共享电压VS3时，切换控制电路150将第一切换信号SS1的逻辑状态从逻辑高改变为逻辑低且将第二切换信号SS2的逻辑状态从逻辑低改变为逻辑高。此外，切换控制电路150将第三切换信号SS3的逻辑状态从逻辑低改变为逻辑高且将第四切换信号SS4的逻辑状态从逻辑高改变为逻辑低。
如图3C中所展示，当第一切换信号SS1及第四切换信号SS4改变为逻辑低状态且第二切换信号SS2及第三切换信号SS3改变为逻辑高状态时，开关SW3、SW4、SW5、SW8及SW10闭合，而开关SW1、SW2、SW6、SW7及SW9断开。
在此状态中，电容器C2通过开关SW8放电，同时来自电流源118的第二电流I2穿过开关SW3、第一输出112及开关SW5流动到电容器C1，其中第二电流I2将电容器C1充电以产生第二分支电压VL2。如图2A中所展示，切换控制电路150的第一输入接收第二分支电压VL2，第二分支电压VL2在时间t2-t3内增加。
同时，来自电流源116的第一电流I1流动穿过开关SW4、第二输出114、开关SW10及电阻器R。穿过电阻器R的第一电流I1会产生第二共享电压VS2。如图2B中所展示，切换控制电路150的第二输入接收第二共享电压VS2，第二共享电压VS2在时间t2-t3内是基本上恒定的。
再次参考图2A-2B，在时间t3处，切换控制电路150的第一输入上的第二分支电压VL2超过切换控制电路150的第二输入上的第二共享电压VS2。如图2C-2F中所展示，当第二分支电压VL2超过第二共享电压VS2时，切换控制电路150将第三切换信号SS3的逻辑状态从逻辑高改变为逻辑低且将第四切换信号SS4的逻辑状态从逻辑低改变为逻辑高。
如图3D中所展示，当第三切换信号SS3改变为逻辑低状态且第四切换信号SS4改变为逻辑高状态时，开关SW5、SW8及SW10断开，而开关SW6、SW7及SW9闭合。开关SW3及SW4保持闭合，而开关SW1及SW2保持断开。
在此状态中，电容器C1通过开关SW6放电，同时来自电流源116的第一电流I1穿过开关SW4、第二输出114及开关SW7流动至电容器C2，其中第一电流I1将电容器C2充电以产生第四分支电压VL4。如图2B中所展示，切换控制电路150的第二输入接收第四分支电压VL4，第四分支电压VL4在时间t3-t4内增加。
同时，来自电流源118的第二电流I2流动穿过开关SW3、第一输出112、开关SW9及电阻器R。穿过电阻器R的第二电流I2会产生第四共享电压VS4。如图2A中所展示，切换控制电路150的第一输入接收第四共享电压VS4，第四共享电压VS4在时间t3-t4内是基本上恒定的。
再次参考图2A-2B，在时间t4处，切换控制电路150的第二输入上的第四分支电压VL4超过切换控制电路150的第一输入上的第四共享电压VS4。如图2C-2F中所展示，当第四分支电压VL4超过第四共享电压VS4时，切换控制电路150将第一切换信号SS1的逻辑状态从逻辑低改变为逻辑高且将第二切换信号SS2的逻辑状态从逻辑高改变为逻辑低。此外，切换控制电路150将第三切换信号SS3的逻辑状态从逻辑低改变为逻辑高且将第四切换信号SS4的逻辑状态从逻辑高改变为逻辑低。操作接着以相同方式继续进行。
再次参考图1，切换控制电路150可以若干种不同方式来实施，以响应于图2A-2B中所展示的电压而产生图2A-2D中所图解说明的切换信号SS1-SS4。在此实例中，切换控制电路150实施有非反相比较器152、反相器154、RS触发器156及分频器158。比较器152具有耦合到第一输出112的正输入160、耦合到第二输出114的负输入162及输出切换控制信号CS的比较输出164。
反相器154具有输入及输出，其中所述输入耦合到比较器152的切换控制输出164。RS触发器156具有耦合到反相器154的输出的R输入及耦合到比较器152的切换控制输出164的S输入。RS触发器156还具有产生第四切换信号SS4的Q输出及产生第三切换信号SS3的反相Q输出(Q_b)。分频器158具有经耦合以接收第四切换信号SS4的输入、产生第一切换信号SS1的第一分频器输出及产生第二切换信号SS2的第二分频器输出。
在操作中，当比较器152输出具有逻辑低的切换控制信号CS时，例如在图2A-2F中的时间t0处，逻辑高被置于RS触发器156的R输入上，且逻辑低被置于RS触发器156的S输入上。R输入上的逻辑高及S输入上的逻辑低致使RS触发器156的Q输出会输出具有逻辑低的第四切换信号SS4，同时反相Q输出产生具有逻辑高的第三切换信号SS3。由RS触发器156的Q输出所输出的逻辑低致使分频器158输出具有逻辑高的第一切换信号SS1及具有逻辑低的第二切换信号SS2。
当比较器152改变并输出具有逻辑高的切换控制信号CS时，例如在图2A-2F中的时间t1处，逻辑低被置于RS触发器156的R输入上且逻辑高被置于RS触发器156的S输入上。R输入上的逻辑低及S输入上的逻辑高致使RS触发器156的Q输出会输出具有逻辑高的第四切换信号SS4，同时反相Q输出产生具有逻辑低的第三切换信号SS3。逻辑状态的改变对分频器158不具有影响，分频器158继续输出具有逻辑高的第一切换信号SS1及具有逻辑低的第二切换信号SS2。
当比较器152再次改变并输出具有逻辑低的切换控制信号CS时，例如在图2A-2F中的时间t2处，逻辑高被置于RS触发器156的R输入上且逻辑低被置于RS触发器156的S输入上。R输入上的逻辑高及S输入上的逻辑低致使RS触发器156的Q输出会输出具有逻辑低的第四切换信号SS4，同时反相Q输出产生具有逻辑高的第三切换信号SS3。由RS触发器156的Q输出所输出的逻辑低致使分频器158将第一切换信号SS1的逻辑状态从逻辑高改变为逻辑低，且将第二切换信号SS2的逻辑状态从逻辑低改变为逻辑高。
当比较器152接下来改变并输出具有逻辑高的切换控制信号CS时，例如在图2A-2F中的时间t3处，逻辑低被置于RS触发器156的R输入上且逻辑高被置于RS触发器156的S输入上。R输入上的逻辑低及S输入上的逻辑高致使RS触发器156的Q输出会输出具有逻辑高的第四切换信号SS4，同时反相Q输出产生具有逻辑低的第三切换信号SS3。逻辑状态的改变对分频器158不具有影响，分频器158继续输出具有逻辑低的第一切换信号SS1及具有逻辑高的第二切换信号SS2。
松弛振荡器100的优点之一是，松弛振荡器100通过在第一切换信号SS1及第二切换信号SS2的每一周期之后切换第一电流I1及第二电流I2使得第一电流I1及第二电流I2在第一输出112与第二输出114之间交替而消除电流及电压偏移。消除电流及电压偏移会降低温度相依性及处于低偏移频率的相位噪声。
电流及电压偏移存在于界定第一切换信号SS1及第二切换信号SS2的一个周期的方程式中。使第一分支电压VL1在时间t0-t1期间上升所花费的时间等于(I2R+VOS)(C)/(I1)，其中VOS是偏移电压。使第二分支电压VL2在时间t1-t2期间上升所花费的时间等于(I1R-VOS)(C)/(I2)。使第三分支电压VL3在时间t2-t3期间上升所花费的时间等于(I1R+VOS)(C)/(I2)。使第四分支电压VL4在时间t3-t4期间上升所花费的时间等于(I2R-VOS)(C)/(I1)。
将四个方程式一起求和会得到2RC(I2/I1+I1/I2)。可将第一电流I1与第二电流I2之间的差以代数方式写为I1/I2＝1+α及I2/I1＝1-α，其中α是电流偏移。代入I1/I2及I2/I1的值会得到4RC，此说明电流偏移项α及偏移电压项VOS两者相抵消。因此，松弛振荡器100利用电流及电压偏移消除来降低温度敏感性及处于低偏移频率的相位噪声。
在权利要求书的范围内，可对所描述的实施例做出修改，且可能有其它实施例。

Claims (16)

1.一种松弛振荡器电路，其包括：
电流交换电路，其具有第一输出及第二输出，所述电流交换电路用于响应于第一切换信号的第一逻辑状态及第二切换信号的第二逻辑状态而从所述第一输出供应第一电流并从所述第二输出供应第二电流，且响应于所述第一切换信号的第二逻辑状态及所述第二切换信号的第一逻辑状态而从所述第二输出供应所述第一电流并从所述第一输出供应所述第二电流；
第一电流分支，其耦合到所述电流交换电路的所述第一输出，所述第一电流分支用于响应于第三切换信号的第一逻辑状态及第四切换信号的第二逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第一电流并从所述第一电流产生第一分支电压，且响应于所述第三切换信号的所述第一逻辑状态及所述第四切换信号的所述第二逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第二电流并从所述第二电流产生第二分支电压；
第二电流分支，所述第二电流分支耦合到所述电流交换电路的所述第二输出，所述第二电流分支用于响应于所述第三切换信号的第二逻辑状态及所述第四切换信号的第一逻辑状态而接收从所述第二输出供应的所述第二电流并从所述第二电流产生第三分支电压，且响应于所述第三切换信号的所述第二逻辑状态及所述第四切换信号的所述第一逻辑状态而接收从所述第二输出供应的所述第一电流并从所述第一电流产生第四分支电压；及
共享电流分支，所述共享电流分支耦合到所述电流交换电路的所述第一输出及所述第二输出，所述共享电流分支用于：
响应于所述第三切换信号的所述第一逻辑状态及所述第四切换信号的所述第二逻辑状态而接收从所述第二输出供应的所述第二电流并从所述第二电流产生第一共享电压；
响应于所述第三切换信号的所述第一逻辑状态及所述第四切换信号的所述第二逻辑状态而接收从所述第二输出供应的所述第一电流并从所述第一电流产生第二共享电压；
响应于所述第三切换信号的所述第二逻辑状态及所述第四切换信号的所述第一逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第一电流并从所述第一电流产生第三共享电压；及
响应于所述第三切换信号的所述第二逻辑状态及所述第四切换信号的所述第一逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第二电流并从所述第二电流产生第四共享电压。
2.根据权利要求1所述的松弛振荡器电路，且其进一步包括切换控制电路，所述切换控制电路耦合到所述电流交换电路、所述第一电流分支、所述第二电流分支及所述共享电流分支，所述切换控制电路用于：
将所述第一分支电压与所述第一共享电压进行比较，且在所述第一分支电压超过所述第一共享电压时改变所述第三切换信号的逻辑状态及所述第四切换信号的逻辑状态；
将所述第三分支电压与所述第三共享电压进行比较，且在所述第三分支电压超过所述第三共享电压时改变所述第一切换信号的逻辑状态、所述第二切换信号的逻辑状态、所述第三切换信号的逻辑状态及所述第四切换信号的逻辑状态；
将所述第二分支电压与所述第二共享电压进行比较，且在所述第二分支电压超过所述第二共享电压时改变所述第三切换信号的逻辑状态及所述第四切换信号的逻辑状态；及
将所述第四分支电压与所述第四共享电压进行比较，且在所述第四分支电压超过所述第四共享电压时改变所述第一切换信号的逻辑状态、所述第二切换信号的逻辑状态、所述第三切换信号的逻辑状态及所述第四切换信号的逻辑状态。
3.根据权利要求2所述的松弛振荡器电路，其中所述电流交换电路包含：
第一电流源，其用于产生所述第一电流；
第二电流源，其用于产生所述第二电流；
第一开关，其具有经耦合以接收所述第一切换信号的控制端子、耦合到所述第一电流源的第一端子及耦合到所述第一输出的第二端子；
第二开关，其具有经耦合以接收所述第一切换信号的控制端子、耦合到所述第二电流源的第一端子及耦合到所述第二输出的第二端子；
第三开关，其具有经耦合以接收所述第二切换信号的控制端子、耦合到所述第二电流源的第一端子及耦合到所述第一输出的第二端子；及
第四开关，其具有经耦合以接收所述第二切换信号的控制端子、耦合到所述第一电流源的第一端子及耦合到所述第二输出的第二端子。
4.根据权利要求3所述的松弛振荡器电路，其中所述第一电流分支包含：
第五开关，其具有控制端子、第一端子及第二端子，其中所述第五开关的所述控制端子经耦合以接收所述第三切换信号，并且所述第五开关的所述第一端子耦合到所述第一输出；
第六开关，其具控制端子、第一端子及第二端子，其中所述第六开关的所述控制端子经耦合以接收所述第四切换信号，所述第六开关的所述第一端子耦合到所述第五开关的所述第二端子，并且所述第六开关的所述第二端子耦合到接地；及
电容器，其具有耦合到所述第五开关的所述第二端子的顶板及耦合到接地的底板。
5.根据权利要求4所述的松弛振荡器电路，其中所述第二电流分支包含：
第七开关，其具有控制端子、第一端子及第二端子，其中所述第七开关的所述控制端子经耦合以接收所述第四切换信号，并且所述第七开关的所述第一端子耦合到所述第二输出；
第八开关，其具有控制端子、第一端子及第二端子，其中所述第八开关的所述控制端子经耦合以接收所述第三切换信号，所述第八开关的所述第一端子耦合到所述第七开关的所述第二端子，并且所述第八开关的所述第二端子耦合到接地；及
电容器，其具有耦合到所述第七开关的所述第二端子的顶板及耦合到接地的底板。
6.根据权利要求5所述的松弛振荡器电路，其中所述共享电流分支包含：
第九开关，其具有控制端子、第一端子及第二端子，其中所述第九开关的所述控制端子经耦合以接收所述第四切换信号，并且所述第九开关的所述第一端子耦合到所述第一输出；
第十开关，其具有控制端子、第一端子，及第二端子，其中所述第十开关的所述控制端子经耦合以接收所述第三切换信号，并且所述第十开关的所述第一端子耦合到所述第二输出；及
电阻器，其具有耦合到所述第九开关的所述第二端子及第十开关的所述第二端子的第一端以及耦合到接地的第二端。
7.根据权利要求6所述的松弛振荡器电路，其中所述切换控制电路包含比较器，所述比较器具有耦合到所述第一输出的正输入、耦合到所述第二输出的负输入，及比较输出。
8.根据权利要求7所述的松弛振荡器电路，其中所述切换控制电路进一步包含：
反相器，其耦合到所述比较输出，
触发器，其耦合到所述比较输出及所述反相器；及
分频器，其耦合到所述触发器。
9.根据权利要求8所述的松弛振荡器电路，其中所述触发器是RS触发器，所述RS触发器具有耦合到反相器的R输入、耦合到所述比较输出的S输入、耦合到所述分频器的Q输出，及反相Q输出。
10.根据权利要求9所述的松弛振荡器电路，其中Q输出产生所述第三切换信号，且所述反相Q输出产生所述第四切换信号。
11.根据权利要求10所述的松弛振荡器电路，其中所述第四切换信号是所述第三切换信号的逆信号。
12.一种操作松弛振荡器的方法，所述方法包括：
响应于第一切换信号的第一逻辑状态及第二切换信号的第二逻辑状态而从第一输出供应第一电流并从第二输出供应第二电流；
响应于所述第一切换信号的第二逻辑状态及所述第二切换信号的第一逻辑状态而从所述第二输出供应所述第一电流并从所述第一输出供应所述第二电流；
响应于第三切换信号的第一逻辑状态及第四切换信号的第二逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第一电流并从所述第一电流产生第一分支电压；
响应于所述第三切换信号的所述第一逻辑状态及所述第四切换信号的所述第二逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第二电流并从所述第二电流产生第二分支电压；
响应于所述第三切换信号的第二逻辑状态及所述第四切换信号的第一逻辑状态而接收从所述第二输出供应的所述第二电流并从所述第二电流产生第三分支电压；
响应于所述第三切换信号的所述第二逻辑状态及所述第四切换信号的所述第一逻辑状态而接收从所述第二输出供应的所述第一电流并从所述第一电流产生第四分支电压；
响应于所述第三切换信号的所述第一逻辑状态及所述第四切换信号的所述第二逻辑状态而接收从所述第二输出供应的所述第二电流并从所述第二电流产生第一共享电压；
响应于所述第三切换信号的所述第一逻辑状态及所述第四切换信号的所述第二逻辑状态而接收从所述第二输出供应的所述第一电流并从所述第一电流产生第二共享电压；
响应于所述第三切换信号的所述第二逻辑状态及所述第四切换信号的所述第一逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第一电流并从所述第一电流产生第三共享电压；及
响应于所述第三切换信号的所述第二逻辑状态及所述第四切换信号的所述第一逻辑状态而接收从所述第一输出供应的所述第二电流并从所述第二电流产生第四共享电压。
13.根据权利要求12所述的方法，且其进一步包括：
将所述第一分支电压与所述第一共享电压进行比较，且在所述第一分支电压超过所述第一共享电压时改变所述第三切换信号的逻辑状态及所述第四切换信号的逻辑状态；
将所述第三分支电压与所述第三共享电压进行比较，且在所述第三分支电压超过所述第三共享电压时改变所述第一切换信号的逻辑状态、所述第二切换信号的逻辑状态、所述第三切换信号的逻辑状态及所述第四切换信号的逻辑状态；
将所述第二分支电压与所述第二共享电压进行比较，且在所述第二分支电压超过所述第二共享电压时改变所述第三切换信号的逻辑状态及所述第四切换信号的逻辑状态；及
将所述第四分支电压与所述第四共享电压进行比较，且在所述第四分支电压超过所述第四共享电压时改变所述第一切换信号的逻辑状态、所述第二切换信号的逻辑状态、所述第三切换信号的逻辑状态及所述第四切换信号的逻辑状态。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述第一分支电压超过所述第一共享电压之后将所述第三分支电压与所述第三共享电压进行比较，且在所述第三分支电压超过所述第三共享电压之后将所述第二分支电压与所述第二共享电压进行比较。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一分支电压在一时间周期内上升。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一共享电压在所述时间周期内是基本上恒定的。
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