CN107112947A - 电阻电容rc振荡器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种RC振荡器，包括：参考电压产生单元，用于生成参考电压；电压控制张弛振荡单元包括第一恒流源和第一充放电回路和第二充放电回路，该第一恒流源用于交替对该第一充放电回路和该第二充放电进行充电分别生成第一振荡信号或第二振荡信号，该第一振荡信号和该第二振荡信号叠加得到第三振荡信号，其中，该第一充放电回路的结构与该第二充放电回路的结构对称；有源滤波器单元，用于对该参考电压和该第三振荡信号进行积分得到第四信号；电压控制单元，用于对该第四信号和该第一振荡信号进行比较生成第五信号，或对该第四信号和该第二振荡信号进行比较生成第六信号。

Description

电阻电容RC振荡器

技术领域

本申请涉及电子技术领域，并且更具体地，涉及一种电阻电容(RC)振荡器。

背景技术

在生物信息检测芯片、低功耗标准无线传输芯片等系统通常需要一个高精度的时钟来实现系统所需的高精度的计时功能。

传统RC振荡器的电路结构包括电压转电流单元、带隙基准单元、有源滤波器单元和对称的电压控制张弛振荡单元。其中，电压转电流单元用于为对称的电压控制张弛振荡单元输入电流；对称的电压控制张弛振荡单元通常是包括电压源的结构对称的两个充放电回路，并输出两路电压分别为V1和V2；带隙基准单元用于产生参考电压；有源滤波器单元通过V1与V2的叠加信号和参考电压作为正负输入和该有源滤波器单元的输出形成负反馈回路，从而输出频率精度较高的信号，但是该传统RC振荡器的电路结构的结构比较复杂。

发明内容

本申请实施例提供一种电阻电容RC振荡器，能够在保证输出信号的频率精度的基础上，降低RC振荡器的结构复杂度。

第一方面，提供了一种RC振荡器。该RC振荡器包括：参考电压产生单元210，电压控制张弛振荡单元220，有源滤波器单元230，电压控制单元240，该参考电压产生单元210，用于生成参考电压；该电压控制张弛振荡单元220包括第一恒流源和第一充放电回路和第二充放电回路，该第一恒流源用于交替对该第一充放电回路和该第二充放电进行充电分别生成第一振荡信号或第二振荡信号，该第一振荡信号和该第二振荡信号叠加得到第三振荡信号，其中，该第一充放电回路的结构与该第二充放电回路的结构对称；该有源滤波器单元230，用于对该参考电压和该第三振荡信号进行积分得到第四信号；该电压控制单元240，用于对该第四信号和该第一振荡信号进行比较生成第五信号，或对该第四信号和该第二振荡信号进行比较生成第六信号。

该对称的电压控制张弛振荡单元220包括第一恒流源和结构对称的充放电回路，该第一恒流源可以交替地对结构对称的充放电回路中的充电回路进行充电，并生成第一振荡信号V1和第二振荡信号V2。本申请实施例通过恒流源生成V1和V2，相比传统方案中通过电压源和电压转电流单元生成进行充电生成V1和V2，降低了RC振荡器结构的复杂度。

在一些可能的实现方式中，该参考电压产生单元210包括：第二恒流源和第一电阻。

RC振荡器采用参考电压单元210生成参考电压能够避免采用带隙基准单元造成的温度误差，进而能够提高RC振荡器输出信号的频率精度，此外本申请实施例的参考电压产生单元相比带隙基准单元减小了RC振荡器的功耗和芯片面积。

在一些可能的实现方式中，该第一恒流源与该第二恒流源通过同一个电流源系统提供。

RC振荡器通过采用同一个电流源系统能够节省RC振荡器的面积，且输出电流是正温度系数，能够减少高温下运算放大器的性能退化。

在一些可能的实现方式中，该第一电阻为温度系数小于预设系数阈值的电阻。

第一电阻的温度系数可以由负温度系数的多晶电阻和正温度系数的扩散电阻构成，并通过合理的设计它们之间的比率可以使得温度系数小于预设系数阈值，该预设系数阈值可以尽可能的接近于零，这样通过对第一电阻的改进进一步提高了输出信号的频率精度。

例如，该第一电阻可以是片外高精度电阻。

在一些可能的实现方式中，该比较器由两级放大器、施密特反相器和反相缓冲器构成。

通过第一级差分放大器和第二级共源放大器，以及施密特反相器INV1和起缓冲作用的INV2反相器，进一步提高了RC振荡器的信号输出频率。

在一些可能的实现方式中，该电压控制单元240包括比较器，该比较器包括第一正输入端、第一负输入端和第一输出端，且该第一正输入端用于交替输入该第四信号和该第二振荡信号，该第一负输入端用于交替输入该第四信号和该第一振荡信号，且在同一时刻存在该第一正输入端和该第一负输入端中的任一个用于输入该第四信号，该第一输出端用于输出该第五信号或该第六信号。

本申请实施例的电压控制单元通过将对称的电压控制张弛振荡单元的输出信号交替地输入到比较器，可以仅需要一个比较器，节省了RC振荡器的功耗以及芯片的面积。

在一些可能的实现方式中，该RC振荡器还包括：逻辑控制单元250，用于对该第五信号或该第六信号进行逻辑处理生成第一控制信号和第二控制信号，该第一控制信号和该第二控制信号为相位相反的信号，且该第一控制信号和该第二控制信号用于控制该第一恒流源交替对该结构对称的充放电回路进行充电。

通过逻辑控制单元自动控制第一恒流源交替对架构对称的充放电回路进行充电，避免设置专门的交替控制设备，节省RC振荡器的功耗。

在一些可能的实现方式中，该电压控制张弛振荡单元还包括第二输出端和第三输出端，该第一充放电回路包括第一充电回路和第一放电回路，该第二充放电回路包括第二充电回路和第二放电回路，该第一充电回路由第一开关管和第一电容组成，该第一放电回路由该第一电容和第三开关管组成，该第二充电回路由第二开关管和第二电容组成，该第二放电回路由该第二电容和第四开关管组成，该第三开关管和该第二开关管的开关状态通过该第一控制信号控制，该第一开关管和该第四开关管的开关状态通过该第二控制信号控制，该第二输出端用于输出该第一振荡信号，该第三输出端用于输出该第二振荡信号。

通过设置多个开关管，并通过相位相反的控制信号控制多个开关管的开关状态，避免设置专门的开关管控制设备，节省RC振荡器的功耗。

在一些可能的实现方式中，该第二输出端和该第三输出端之间依次设置有第一开关和第二开关，该第一开关的开关状态通过该第一控制信号控制，该第二开关的开关状态通过该第二控制信号控制；该对称的电压控制张弛振荡单元220还包括第四输出端，该第四输出端设置于该第一开关和该第二开关之间，且该第四输出端用于输出该第三振荡信号。

通过设置开关，并通过相位相反的控制信号控制开关的开关状态，避免设置专门的开关控制设备，节省RC振荡器的功耗。

在一些可能的实现方式中，该有源滤波器单元230包括运算放大器、第二电阻和第三电容，该运算放大器包括第二正输入端、第二负输入端和第五输出端，该第二负输入端分别与该第二电阻的一端以及该第三电容的一端连接，该第二电阻的另一端与该第三振荡信号的输出端连接，该第三电容的另一端与该第五输出端连接，该第二正输入端用于输入该参考电压，该第五输出端用于输出该第四信号。

通过电压平均反馈环路的控制机制，维持第四信号在一个固定直流电压值，提高了输出信号的频率的稳定性，此外，该电压平均反馈环路还可以消除比较器的迟滞时间，进一步提高输出信号的频率精度。

在一些可能的实现方式中，该电压控制单元240还包括第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，该第三开关设置于该第五输出端和该第一正输入端之间，该第四开关设置于该第三输出端和该第一正输入端之间，该第五开关设置于该第二输出端和该第一负输入端之间，该第六开关设置于该第五输出端与该第一负输入端之间，且该第三开关和该第五开关的开关状态通过该第一控制信号控制，该第四开关和该第六开关的开关状态通过该第二控制信号控制。

通过设置多个开关，并通过相位相反的控制信号控制该多个开关的开关状态，避免了设置两个比较器，减少了比较器的设置个数，从而节省了RC振荡器的功耗和芯片面积。

在一些可能的实现方式中，该运算放大器为采用密勒补偿的两级运算放大器。

该运算放大器中的晶体管面积可以设计的比较大以提高运算放大器的噪声性能，从而提高了输出信号的频率精度。

在一些可能的实现方式中，该逻辑控制单元包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第一与非门和第二与非门，该第一反相器包括第三输入端和第六输出端，该第一与非门包括该第三输入端、第四输入端和第七输出端，该第二与非门包括第五输入端、第六输入端和第八输出端，该第二反相器包括第七输入端和第九输出端，该第三反相器包括第八输入端和第十输出端，该第四输入端与该第八输出端连接，该第五输入端与该第七输出端连接，该第六输出端与该第六输入端连接，该第七输出端与该第七输入端连接，该第八输出端与该第八输入端连接，该第三输入端用于输入该第五信号或该第六信号，该第九输出端用于输出该第一控制信号，该第十输出端用于输出该第二控制信号。

通过逻辑控制单元自动控制第一恒流源交替对架构对称的充放电回路进行充电，避免设置专门的交替控制设备，节省RC振荡器的功耗。

在一些可能的实现方式中，该第五信号和该第六信号的相位相反。

在一些可能的实现方式中，该电压控制单元将该第五信号和该第六信号输出为时钟信号。

第二方面，本申请提供了一种信号处理的方法，该方法由上述第一方面或上述第一方面任一种可能的实现方式所述的RC振荡器的单元执行。

第三方面，提供了一种计时芯片，该计时芯片包括第一方面或第一方面任一种可能的实现方式所述RC振荡器和存储器，所述存储器存储程序，所述RC振荡器用作执行存储器中程序的系统时钟。

基于上述技术方案，该参考电压产生单元生成参考电压，该对称的电压控制张弛振荡单元通过该第一恒流源用于交替对该结构对称的充放电回路进行充电生成第一振荡信号或第二振荡信号，有源滤波器单元对参考电压和叠加该第一振荡信号和该第二振荡信号得到的第三振荡信号进行积分得到第四信号，电压控制单元对该第四信号和该第一振荡信号进行比较生成第五信号或对该第四信号和该第二振荡信号进行比较生成第六信号，这样通过第一恒流源生成V1和V2，相比传统方案中通过电压源和电压转电流单元生成进行充电生成V1和V2，降低了RC振荡器结构的复杂度。

附图说明

图1是传统的RC振荡器的电路结构的示意图；

图2是本申请的RC振荡器中信号传输的示意图；

图3是本申请RC振荡器的结构示意图；

图4是本申请实施例的RC振荡器中的信号在不同单元间传输的波形示意图；

图5是本申请实施例的运算放大器的结构示意图；

图6是本申请实施例的比较器的结构示意图；

图7是本申请实施例的电流源的结构示意图。

具体实施方式

图1示出了传统RC振荡器的电路结构的示意图，如图1所示，该传统RC振荡器的电路结构由电压转电流单元110、带隙基准单元120、有源滤波器单元130和对称的电压控制张弛振荡单元140组成。电压转电流单元110通过放大器控制的反馈环路使得输入的电压被线性的转化为电流，将该电流输入到对称的电压控制张弛振荡单元140中，由该对称的电压控制张弛振荡单元140输出第一信号V1和第二信号V2，以及输出叠加V1和V2得到的连续的振荡信号Vosc；带隙基准单元120产生零温度参考电压VREF1；有源滤波器单元130通过形成反馈回路的轨到轨输入运算放大器(Rail to Rai Input Amplifier amplifier，RtR InputAMP)将Vosc和VREF1进行积分生成Vc；Vc和V1输入到第一比较器(Rail to Rai Inputcomparator，RtR Input CMP1)得到第一CLK信号，Vc和V2输入到第二比较器RtR InputCMP2得到第二时钟(clock，CLK)信号，该第一CLK信号和该第二CLK信号为相位相反的信号。其中，所述运算放大器RtR Input AMP、第一比较器RtR Input CMP1和第二比较器RtRInput CMP2为轨到轨输入型。

轨到轨输入，是指运算放大器或比较器的共模输入范围是电源轨(如，VSS orGND)到电源轨(如，VDD)之间的范围。

该传统RC振荡器的电路结构通过有源滤波器单元130的电压平均反馈技术特有的负反馈调节特性使得振荡器的输出信号的频率精度提高。但是该传统电路结构中对称的电压控制张弛振荡单元140需要通过电压源以及由电压转电流单元110输出的电流生成第一信号V1和第二信号V2，由此可见该传统RC振荡器的电路结构比较复杂。

需要说明的是，通常情况下RC振荡器输出信号的频率精度的影响因素主要包括温度、电流源的闪烁噪声以及延时等。

图2示出了本申请实施例的一种RC振荡器的结构示意图。如图2所示，该RC振荡器包括参考电压产生单元210、电压控制张弛振荡单元220、有源滤波器单元230和电压控制单元240。该参考电压产生单元210用于生成参考电压；

该电压控制张弛振荡单元220包括第一恒流源和结构对称的充放电回路，即，该电压控制张弛振荡单元220具有对称的电路结构或者说它是对称的电压控制张弛振荡单元，该对称的电路结构分别可以是第一充放电回路和第二充放电回路，该第一恒流源用于交替对第一充放电回路和第二充放电回路进行充电分别生成第一振荡信号或第二振荡信号，该第一振荡信号和该第二振荡信号进行叠加可以得到的第三振荡信号；

该有源滤波器单元230，用于对该参考电压和第三振荡信号进行积分得到第四信号；

该电压控制单元240，用于对该第四信号和该第一振荡信号进行比较生成第五信号，或对该第四信号和该第二振荡信号进行比较生成第六信号。

具体而言，该对称的电压控制张弛振荡单元220包括第一恒流源和结构对称的充放电回路，该第一恒流源可以交替地对结构对称的充放电回路中的充电回路进行充电，并生成第一振荡信号V1和第二振荡信号V2。本申请实施例通过恒流源生成第一振荡信号V1和第二振荡信号V2，相比传统方案中通过电压源和电压转电流单元生成进行充电生成第一振荡信号V1和第二振荡信号V2，降低了RC振荡器结构的复杂度。

其中，第五信号和第六信号具有高精度的计时功能，可以应用于生物信息检测芯片、低功耗标准无线传输芯片等系统。

例如，如图2所示，该对称的电压控制张弛振荡单元220可以是通过第一恒流源I1和电容C1构成第一充电回路，通过第一恒流源和电容C2构成与第一充电回路对称的第二充电回路；开关SW1闭合构成电容C1的放电回路，开关SW2闭合构成电容C2的放电回路。

应理解，开关SW1或SW2可以是晶体管或开关管等，本申请对此不进行限定。

还应理解，本申请实施例的参考电压产生单元可以是图1中的带隙基准单元130，也可以是其他能够产生参考电压的单元；该电压控制单元240可以通过两个比较器分别对第四信号和第一振荡信号V1、第四信号和第二振荡信号V2进行比较得到第五信号和第六信号，第五信号和第六信号为相位相反的信号，本申请对此不进行限定。

可选地，所述RC振荡器还包括一个反相器，如图3所示，该反相器用于缓冲第五信号或第六信号，使得缓冲后的信号的驱动能力更高。

应理解，第五信号或第六信号也可以通过二分频的方式输出，用于缓冲所述第五信号或第六信号，或者也可以通过其他缓冲器缓冲第五信号或第六信号，本申请对此不进行限定。

可选地，本申请实施例中的参考电压产生单元210可以包括第二恒流源I2和第一电阻R1。如图3所示，参考电压产生单元210可以通过I2偏置在R1得到，由于带隙基准单元提供的零温度参考电压在实际中是非理想的温度系数，因此带隙基准单元提供的参考电压会造成温度误差，本申请实施例能够避免该温度误差，进而能够提高RC振荡器输出信号的频率精度，此外本申请实施例的参考电压产生单元(如图3中的参考电压产生单元210)相比带隙基准单元减小了RC振荡器的功耗和芯片面积。

可选地，本申请实施例中的电压控制单元240可以包括一个比较器CMP，该比较器CMP包括正输入端、负输入端和输出端，为了与振荡器中其他单元的比较器相区分，电压控制单元240所包括的比较器CMP可以被描述为包括第一正输入端、第一负输入端和第一输出端，该第一正输入端用于交替输入该第四信号和该第二振荡信号，该第一负输入端用于交替输入该第四信号和该第一振荡信号，且在同一时刻存在该第一正输入端和该第一负输入端中的一个用于输入该第四信号，该第一输出端用于输出该第五信号或该第六信号。

具体而言，在同一时刻存在该第一正输入端和该第一负输入端中的一个用于输入该第四信号，即为该比较器可以对第四信号和第一振荡信号进行比较得到第五信号，也可以对第四信号和第二振荡信号进行比较得到第六信号，并通过第一输出端输出该第五信号或第六信号。这样本申请实施例的电压控制单元可以仅需要一个比较器，节省了RC振荡器的功耗以及芯片的面积。

需要说明的是，这里的在同一时刻存在该第一正输入端和该第一负输入端中的一个用于输入该第四信号是指在RC振荡器处理工作状态时，在RC振荡器处于关闭状态时，第一正输入端和第一负输入端可以都没有信号输入。

应理解，该电压控制单元可以简称为“交叉输入结构的电压控制单元”。

可选地，有源滤波器单元230可以是图1中的有源滤波器单元130，有源滤波器单元230包括运算放大器AMP、第二电阻R2和第三电容C3，AMP、R2和C3形成一个积分器。具体地，AMP的第二负输入端分别与R2和C3的一端连接，R2的另一端与输出第三信号的输出端连接，C3的另一端与AMP的第五输出端连接，AMP的第二正输入端用于输入参考电压，第五输出端用于输出第四信号，这样通过运算放大器AMP的负反馈结构提高了输出信号的噪声特性，即提高了输出信号的频率精度。

可选地，参考电压产生单元210生成的参考电压小于电压阈值，该电压阈值为该第二恒流源能够生成的最大电压值。这样，有源滤波器单元230中的运算放大器AMP和电压控制单元240中的比较器就不需要设置轨到轨输入的结构，从而减少了RC振荡器的功耗和芯片面积。

可选地，RC振荡器还可以包括逻辑控制单元250，该逻辑控制单元250可以对第五信号或第六信号进行逻辑处理生成第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号和第二控制信号为相位相反的信号，即第一控制信号为高电平1时，第二控制信号为低电平0。第一控制信号和第二控制信号可以用于控制RC振荡器的启动或关闭，或者RC振荡器中的某个单元的启动或关闭等，本申请实施例对此不进行限定。

可选地，如图3所示，结构对称的充放电回路具体可以是包括第一充电回路、第一放电回路、第二充电回路、第二放电回路、第二输出端和第三输出端。第一充电回路由第一开关管M1和第一电容C1组成，第一放电回路由C1和第三开关管M3组成，M3的漏极与C1的一端连接。第二充电回路由第二开关管M2和第二电容C2组成，第二放电回路由C2和第四开关管M4组成，M4的漏极与C2的一端连接。第二开关管和第三开关管的开关状态可以通过第一控制信号控制，第一开关管和第四开关管的开关状态可以通过第二控制信号。

需要说明的是，M1和M3的开关状态可以是通过相同的控制信号控制，例如，第一控制信号，这时可以将M1和M3设置分别为P型或N型，这样当第一控制信号为高电平1时，M1关断，M3导通。同样地，M2和M4也可以设置为与M1和M3类似，为避免重复，在此不再赘述。

应理解，由于所述对称的电压控制张弛振荡单元220包括结构对称的充放电回路，因此，M1和M2、M3和M4以及C1和C2应分别为相同的器件。

可选地，如图3所示，第二输出端和第三输出端之间可以依次设置有第一开关和第二开关，该第一开关的开关状态通过第一控制信号控制，第二开关的开关状态通过第二控制信号控制。对称的电压控制张弛振荡单元220还可以设置第四输出端，第四输出端可以设置于第一开关和第二开关之间，第四输出端用于输出叠加V1和V2得到的振荡信号Vosc。

可选地，电压控制单元240还可以包括第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，具体地，第三开关设置于第四信号输出端和所述第一正输入端之间，所述第四开关设置于第二振荡信号输出端和所述第一正输入端之间，所述第五开关设置于第一振荡信号输出端和所述第一负输入端之间，所述第六开关设置于第四信号输出端与所述第一负输入端之间。其中，第三开关和第五开关的开关状态通过第一控制信号控制，第四开关和第六开关的开关状态通过第二控制信号控制，从而能够实现对第四信号和第一振荡信号进行比较生成第五信号，对第四信号和第二振荡信号进行比较生成第六信号。也就是说，电压控制单元240通过不同开关的开关状态实现交替输入比较器不同的信号，这样可以通过逻辑控制单元统一控制电压控制单元240的连通状态，节省时延。

可选地，逻辑控制单元250具体结构可以如图3所示，该逻辑控制单元包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第一与非门和第二与非门，该第一反相器包括第三输入端和第六输出端，该第一与非门包括该第三输入端、第四输入端和第七输出端，该第二与非门包括第五输入端、第六输入端和第八输出端，该第二反相器包括第七输入端和第九输出端，该第三反相器包括第八输入端和第十输出端，该第四输入端与该第八输出端连接，该第五输入端与该第七输出端连接，该第六输出端与该第六输入端连接，该第七输出端与该第七输入端连接，该第八输出端与该第八输入端连接，该第三输入端用于输入该第五信号或该第六信号，该第九输出端用于输出该第一控制信号，该第十输出端用于输出该第二控制信号。

下面以图3为例说明本申请实施例的RC振荡器的工作原理。

(1)假设初始时刻(下同)且Vc有一定的初始电压值，M1导通、M2关断，M3关断、M4导通，SW1闭合、SW2断开，恒流源I2给C3充电，V1电压呈线性上升，V2被导通的M2拉至地电位，即左边的张弛振荡电路工作而右边的张弛振荡电路处于复位状态；

(2)与此同时，SW3、SW5闭合，SW4、SW6断开，比较器正相输入端VP等于振荡电压控制信号Vc，负相输入端VN等于振荡信号V1。当V1小于Vc时，比较器的输出Vo＝1，则I2继续给C3充电；

(3)I2继续给C3充电，当V1大于Vc时，比较器的输出Vo＝0，则 M1关断、M2导通，M3导通、M4导通，SW1断开、SW2闭合，恒流源I2给C4充电，V2电压呈线性上升，V1被导通的M3拉至地电位，即右边的张弛振荡电路工作而左边的张弛振荡电路处于复位状态；

(4)此时，SW3、SW5断开，SW4、SW6闭合，比较器正相输入端VP等于振荡信号V2而负相输入端VN等于振荡电压控制信号Vc。当V2小于Vc时，比较器的输出Vo＝0，则I2继续给C4充电；

(5)I2继续给C4充电，当V2大于Vc时，比较器的输出Vo＝1，则 则回到上述的步骤1，即左边的张弛振荡电路工作而右边的张弛振荡电路处于复位状态，重复上述步骤(1)～(5)即可在比较器的输出端得到一定周期的振荡信号。

图4示出了本申请实施例的RC振荡器中的信号在不同单元间传输的波形示意图。如图4所示，第一恒流源交替对结构对称的充放电回路进行充电生成振荡信号V1和V2，并通过开关SW1和SW2将V1和V2叠加在一起得到连续的锯齿振荡信号Vosc，然后Vosc送至有源滤波器与参考电压VREF做积分得到对称的电压控制张弛振荡电路的振荡电压控制信号Vc，从而形成一个负反馈控制环路。基于电压平均反馈的控制机制，有源滤波器总是想维持振荡电压控制信号Vc在一个固定直流电压值从而维持输出频率的稳定性，即输出频率有很好的电压、温度及噪声特性。

因此，忽略开关、运算放大器及比较器的非理想特性，并假设C3＝C4＝C，则振荡信号V1及V2可以表示为：

如前文所述，电压平均反馈环路总是维持锯齿振荡信号Vosc的等效直流值等于参考电压VREF，即：

式中T为输出振荡信号的振荡周期，且根据已知条件：

VREF＝I2×R (3)

I2＝I1×a,a>0 (4)

将式(1)、(3)、(4)代入式(2)可得：

T＝4a×R×C (5)

由式(5)可知，本申请的电压平均反馈RC振荡器的输出频率仅由RC及电流比率系数a决定，即输出频率是RC的线性函数。

具体而言，本发明的振荡器噪声可以按电压平均反馈环路分为两部分：第一部分是参考电压产生单元及有源滤波器在振荡电压控制信号Vc上等效的噪声，称之为电压平均反馈噪声；第二部分是对称的电压控制张弛振荡单元及其电压控制单元(包括逻辑处理单元)对振荡信号Vosc的相位噪声，称之为电压控制振荡电路的相位噪声。

根据上述的电压平均反馈控制环路的特性，比较器及恒流源I2的闪烁噪声及热燥声被电压平均反馈环路的高通特性给衰减，同时参考电压产生单元和有源滤波器的热燥声会被电压平均反馈环路的低通特性给衰减，因此本发明的振荡器的噪声主要由运算放大器的闪烁噪声贡献。而运算放大器的闪烁噪声可以通过设计足够大的晶体管面积来减小，且增大面积带来的寄生电容在电压平均反馈环路上是不影响输出频率的，因此本申请实施例可以使得RC振荡器保持比较低的功耗。

可选地，有源滤波器单元330中的运算放大器可以为采用密勒补偿的两级运算放大器。如图5所示，其中，开关管M6、M8～M11组成第一级差分放大器，M7与M12是第二级共源放大器，Cc是密勒补偿电容，用于保证运算放大器具有足够的相位裕度。M5是运算放大器的偏置电流接入管，偏置电流I3从M5的漏极输入。P型金属氧化物半导体场效应管(P ChannelMetal Oxide Semiconductor，PMOS)PMOS输入保证运算放大器可以在很低的共模电压下工作。

应理解，本申请实施例的运算放大器还可以是其他可以在低共模电压下工作的运算放大器，本申请对此不进行限定。

可选地，本申请实施例的该第一电阻为温度系数小于预设系数阈值的电阻。

具体而言，对于工艺的偏差，根据式(5)，我们可以通过校正R或者C来消除工艺偏差对输出频率的影响，由本发明的振荡器电路结构可知，输出频率与电源电压的变化是没有关系的，而且一般振荡器是在线性稳压器提供电压下工作的，线性稳压器由良好的输出电压精度，因此电源电压的变化对输出频率的影响比较小。由式(5)可知输出频率仅由电阻R与电容C决定，因此输出频率的温度系数也是由RC的温度系数共同决定的，在互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺中金属绝缘体金属(Metal Insulator Metal，MIM)电容的温度系数很小几乎可以忽略不计，而第一电阻的温度系数可以由负温度系数的多晶电阻和正温度系数的扩散电阻构成，并通过合理的设计它们之间的比率可以使得温度系数小于预设系数阈值，该预设系数阈值可以尽可能的接近于零，这样通过对第一电阻的改进进一步提高了输出信号的频率精度。

可选地，电压控制单元240中的一个比较器具体可以是由两级放大器、施密特反相器和反相缓冲器构成。

具体而言，如图6所示，M13～M20构成了两级放大器，M14～M18是第一级差分放大器，M19与M20是第二级共源放大器，M13是比较器的偏置电流接入管，偏置电流I4从M13的漏极输入。PMOS输入保证比较器可以在很低的共模电压下工作，INV1是施密特反相器，可以防止噪声带来信号抖动引起比较状态误翻转，INV2是起缓冲作用的反相器。这样的比较器进一步提高了RC振荡器的输出信号的频率精度。

应理解，本申请实施例的比较器还可以是其他可以在低共模电压下工作的比较器，本申请对此不进行限定。

可选地，该第一恒流源与该第二恒流源通过同一个电流源系统提供。

具体而言，该RC振荡器可以通过图7所示的电流源系统统一提供电流。如图7所示，N、J、K分别是M22-M21、M27-M26、M22-M23电流镜的镜像比率，M24-M25是自共源共栅晶体管。由于M27-M26电流镜工作在亚阈值区且镜像比率大于1(J>1)，因此M27、M26的栅-源电压VGS将不同，即VGS27>VGS26。M26源极产生一个电压，该电压等于VGS27-VGS26。M24-M25自共源共栅晶体管中，M25工作在线性区，电气特性上等效成一个电阻，而M25的漏极由上述M26的源极电压偏置，因此产生的输出电流等于该电压除以M25等效电阻。通过采用此结构产生电流源能够节省面积，且输出电流是正温度系数，能够减少高温下运算放大器的性能退化。

需要说明的是，图7中的I1、I2管子可以代替图3中的电流源I1、I2的符号，而图7中的I3、I4则可以分别接在图5的M5漏极和图6的M13漏极。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，该单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以该权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种电阻电容RC振荡器，其特征在于，包括：参考电压产生单元，电压控制张弛振荡单元，有源滤波器单元和电压控制单元，其中：

所述参考电压产生单元用于生成参考电压；

所述电压控制张弛振荡单元包括第一恒流源和第一充放电回路和第二充放电回路，所述第一恒流源用于交替对所述第一充放电回路和所述第二充放电进行充电分别生成第一振荡信号和第二振荡信号，所述第一振荡信号和所述第二振荡信号叠加得到第三振荡信号，其中，所述第一充放电回路的结构与所述第二充放电回路的结构对称；

所述有源滤波器单元，用于对所述参考电压和所述第三振荡信号进行积分得到第四信号；

所述电压控制单元，用于对所述第四信号和所述第一振荡信号进行比较生成第五信号，或对所述第四信号和所述第二振荡信号进行比较生成第六信号。

2.根据权利要求1所述的RC振荡器，其特征在于，所述参考电压产生单元包括：第二恒流源和第一电阻，所述第二恒流源与所述第一电阻连接用于生成所述参考电压。

3.根据权利要求2所述的RC振荡器，其特征在于，所述第一恒流源与所述第二恒流源通过电流源系统提供。

4.根据权利要求2所述的RC振荡器，其特征在于，所述第一电阻为温度系数小于预设系数阈值的电阻。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的RC振荡器，其特征在于，所述电压控制单元包括比较器，所述比较器包括第一正输入端、第一负输入端和第一输出端，且所述第一正输入端用于交替输入所述第四信号和所述第二振荡信号，所述第一负输入端用于交替输入所述第四信号和所述第一振荡信号，且在同一时刻存在所述第一正输入端和所述第一负输入端中的任一个用于输入所述第四信号，所述第一输出端用于输出所述第五信号或所述第六信号。

6.根据权利要求5所述的RC振荡器，其特征在于，所述比较器包括两级放大器、施密特反相器和反相缓冲器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的RC振荡器，其特征在于，所述RC振荡器还包括：

逻辑控制单元，用于对所述第五信号或所述第六信号进行逻辑处理生成第一控制信号和第二控制信号，所述第一控制信号和所述第二控制信号为相位相反的信号，且所述第一控制信号和所述第二控制信号用于控制所述第一恒流源交替对所述结构对称的充放电回路进行充电。

8.根据权利要求7所述的RC振荡器，其特征在于，所述电压控制张弛振荡单元还包括第二输出端和第三输出端，所述第一充放电回路包括第一充电回路和第一放电回路，所述第二充放电回路包括第二充电回路和第二放电回路，所述第一充电回路由第一开关管和第一电容组成，所述第一放电回路由所述第一电容和第三开关管组成，所述第二充电回路由第二开关管和第二电容组成，所述第二放电回路由所述第二电容和第四开关管组成，所述第三开关管和所述第二开关管的开关状态通过所述第一控制信号控制，所述第一开关管和所述第四开关管的开关状态通过所述第二控制信号控制，所述第二输出端用于输出所述第一振荡信号，所述第三输出端用于输出所述第二振荡信号。

9.根据权利要求8所述的RC振荡器，其特征在于，所述第二输出端和所述第三输出端之间依次设置有第一开关和第二开关，所述第一开关的开关状态通过所述第一控制信号控制，所述第二开关的开关状态通过所述第二控制信号控制；

所述对称的电压控制张弛振荡单元还包括第四输出端，所述第四输出端设置于所述第一开关和所述第二开关之间，且所述第四输出端用于输出所述第三振荡信号。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的RC振荡器，其特征在于，所述有源滤波器单元包括运算放大器、第二电阻和第三电容，所述运算放大器包括第二正输入端、第二负输入端和第五输出端，所述第二负输入端分别与所述第二电阻的一端以及所述第三电容的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第三振荡信号的输出端连接，所述第三电容的另一端与所述第五输出端连接，所述第二正输入端用于输入所述参考电压，所述第五输出端用于输出所述第四信号。

11.根据权利要求10所述的RC振荡器，其特征在于，所述电压控制单元还包括第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，所述第三开关设置于所述第五输出端和所述第一正输入端之间，所述第四开关设置于所述第三输出端和所述第一正输入端之间，所述第五开关设置于所述第二输出端和所述第一负输入端之间，所述第六开关设置于所述第五输出端与所述第一负输入端之间，且所述第三开关和所述第五开关的开关状态通过所述第一控制信号控制，所述第四开关和所述第六开关的开关状态通过所述第二控制信号控制。

12.根据权利要求10或11所述的RC振荡器，其特征在于，所述运算放大器为采用密勒补偿的两级运算放大器。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的RC振荡器，其特征在于，所述逻辑控制单元包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第一与非门和第二与非门，所述第一反相器包括第三输入端和第六输出端，所述第一与非门包括所述第三输入端、第四输入端和第七输出端，所述第二与非门包括第五输入端、第六输入端和第八输出端，所述第二反相器包括第七输入端和第九输出端，所述第三反相器包括第八输入端和第十输出端，所述第四输入端与所述第八输出端连接，所述第五输入端与所述第七输出端连接，所述第六输出端与所述第六输入端连接，所述第七输出端与所述第七输入端连接，所述第八输出端与所述第八输入端连接，所述第三输入端用于输入所述第五信号或所述第六信号，所述第九输出端用于输出所述第一控制信号，所述第十输出端用于输出所述第二控制信号。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的RC振荡器，其特征在于，所述第五信号和所述第六信号的相位相反。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的RC振荡器，其特征在于，所述电压控制单元将所述第五信号和所述第六信号输出为时钟信号。