CN107919855B - 一种pvt自补偿振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种PVT自补偿振荡器，其中，包括：供电电路；RS锁存器；两支补偿电路，分别为第一补偿电路第二补偿电路，第一补偿电路和第二补偿电路的输入端分别设置有一控制端；两支补偿电路的输出端分别连接RS锁存器；每支补偿电路包括：充放电电路，可切换的与供电电路的输出端连接，供电电路用以输出工作电流至充放电电路，以对充放电电路进行充电；补偿放大器，与充电放电的输出端连接；反相器，一端与补偿放大器的输出端连接，另一端与RS锁存器的输入端连接；RS锁存器的两个输出端分别对应连接一个控制端。其技术方案的有益效果在于，振荡器不仅电路结构简单，且功耗较低，可实现PVT自补偿。

Description

一种PVT自补偿振荡器
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种PVT自补偿振荡器。
背景技术
现有的半导体芯片中都会集成振荡器(oscillator)，而半导体芯片中的振荡器都会遇到随PVT(工艺process、电压voltage、温度temperature)变化，其振荡频率出现改变，为了解决上述问题现有的常用结构中使用基准电流和基准电压来减弱PVT对振荡器频率的影响，结构如图1所示，但是这种结构存在以下缺陷，第一采用电流基准源和电压基准源结构复杂，而且基准源会消耗功耗，第二，该结构中的两个比较器(A、B)会带来失调电压(offset)，失调电压不一致会影响振荡波形占空比，同时会消耗功耗。
发明内容
针对现有技术中随着PVT的变化振荡器的频率出现改变存在的上述问题，现提供一种旨在提供一种电路结构简单可复用，并且对电压以及温度要求低的PVT自补偿振荡器。
具体技术方案如下：
一种PVT自补偿振荡器，其中，包括：
供电电路；
RS锁存器；
两支补偿电路，分别为第一补偿电路和第二补偿电路，所述第一补偿电路和所述第二补偿电路的输入端分别设置有一控制端；
两支所述补偿电路的输出端分别连接所述RS锁存器；
每支所述补偿电路包括：
充放电电路，可切换的与所述供电电路的输出端连接，所述供电电路用以输出工作电流至所述充放电电路，以对所述充放电电路进行充电；
补偿放大器，与所述充电放电的输出端连接；
反相器，一端与所述补偿放大器的输出端连接，另一端与所述RS锁存器的输入端连接；
所述RS锁存器的两个输出端分别对应连接一个所述控制端。
优选的，所述充放电电路包括：
接地支路；
电容，所述电容一端接地，另一端与所述补偿放大器的输入端连接；
所述控制端用以可切换的与所述供电电路的输出端连接或者与所述接地支路连接。
优选的，所述补偿放大器为N型MOS管。
优选的，所述N型MOS管包括栅极、漏极以及源极，所述栅极与所述充放电电路的输出端连接；
所述源极连接一外部的电流源；
所述MOS管的输出端设置在所述源极与所述MOS管之间；
所述源极接地。
优选的，所述控制端由两个MOS管组成。
优选的，所述电流源输出的电流大于所述供电电路输出的电流。
优选的，所述RS锁存器由两个与非门组成，所述RS锁存器包括R输入端、S输入端以及Q输出端，Q非输出端；
所述第一补偿电路的输出端连接所述S输入端，Q输出端连接到所述第一补偿电路的所述控制端；
所述第二补偿电路的输出端连接所述R输入端，Q非输入端连接到所述第二补偿电路的所述控制端。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：该振荡器不仅电路结构简单，且功耗较低，可实现PVT自补偿，克服了现有技术中通过采用电流基准源和电压基准源来减弱PVT对振荡器频率的影响，存在的结构复杂且基准源会消耗功耗，以及出现的失调电压不一致会影响振荡波形占空比，同时会消耗功耗的缺陷。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为背景技术部分的示意图；
图2为本发明一种PVT自补偿振荡器的实施例的结构示意图；
图3为本发明一种PVT自补偿振荡器的实施例中，关于供电电路的结构示意图；
图4为本发明一种PVT自补偿振荡器的实施例中，关于补偿放大器的结构示意图；
图5为本发明一种PVT自补偿振荡器的实施例中，关于控制端的电路的结构示意图。
附图标记表示：
1、供电电路；2、第一补偿电路；3、第二补偿电路；4、RS锁存器；5、控制端；21、第一充放电状态；22、第一放大器；23、第一反相器；31、第二充放电状态；32、第二放大器；33、第二反相器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的技术方案中包括一种PVT自补偿振荡器。
如图2所示，一种PVT自补偿振荡器的实施例，其中，包括：
一种PVT自补偿振荡器，其中，包括：
供电电路1；
RS锁存器4；
两支补偿电路，分别为第一补偿电路2和第二补偿电路3，第一补偿电路2和第二补偿电路3的输入端分别设置有一控制端5；
两支补偿电路的输出端分别连接RS锁存器4；
每支补偿电路包括：
充放电电路，可切换的与供电电路1的输出端连接，供电电路1用以输出工作电流至充放电电路，以对充放电电路进行充电；
补偿放大器，与充电放电的输出端连接；
反相器，一端与补偿放大器的输出端连接，另一端与RS锁存器4的输入端连接；
RS锁存器4的两个输出端分别对应连接一个控制端5。
以下以一种具体的实施方式进行说明，为了描述方便将第一补偿电路2中的充放电电路，补偿放大器，反相器分别定义为第一充放电电路21、第一补偿放大器22和第一反相器23表示；
将第二补偿电路3中的充放电电路，补偿放大器，反相器分别定义为第二充放电电路31、第二补偿放大器32和第二反相器33表示；
第一补偿电路2和第二补偿电路3设置的控制端5可分别与供电电路1连接，其中需要说明的是，第一充放电电路21在充电或放电时，第二充放电电路31则与第一充放电电路21的充电或放电是相反的状态；
假设第一补偿电路2的控制端5控制第一充放电电路21与供电电路1的输出端连接，第一充放电电路21在供电电路1的充电状态下输出一第一电压至第一补偿放大器22；
当第一电压大于第一补偿放大器22的第一阈值电压时，第一补偿放大器22将第一电压与第一阈值电压的差值进行增益以输出一第二电压至第一反相器23，最终输出一低电平至RS锁存器4缓存；当第一电压小于第一补偿放大器22的第一阈值电压时，第一补偿放大器22最终输出一高电平至RS锁存器4缓存；
当第一充放电电路21由充电状态转为放电状态时，第二充放电由放电状态转为充电状态，第二补偿电路3输出高低电平至RS锁存器4的方法与第一补偿电路2的原理一致因此不再赘述。
上述技术方案中，供电电路1输出的工作电流如下：
其中，Ibias表示工作电流，R1表示供电电路1中的电阻，Vth为供电电路1中的NMOS管的第一阈值电压，VDD为供电电路1中的电源电压，α为沟道调制二阶效应导致，为远小于1的正系数。
如图3所示，供电电路1中的MOS管的阈值电压与补偿放大器的阈值电压相等。
在一种较优的实施方式中，补偿放大器为N型MOS管。
在一种较优的实施，如图4所示，N型MOS管包括栅极、漏极以及源极，栅极与充放电电路的输出端连接；
源极连接一外部的电流源；
MOS管的输出端设置在源极与MOS管之间；
源极接地。
在一种较优的实施方式中，第一充放电电路21或者第二充放电电路31充电时，第一电压与供电电路1的充电时间的关系如下：
其中，Ibias表示工作电流，Va1表示第一电压，Ca表示充放电电路中的电容，t表示充电时间。
在一种较优的实施方式中，第一补偿电路2或者第二补偿电路3输出的第二电压使反相器反向时，所需的时间如下所示：
由于α<<1,A>>1由此可获得；
tcharge≈R1 Ca
其中，tcharge表示所需时间，A表示增益系数为远大于1的正系数，Ibias表示工作电流，R1表示供电电路1中的电阻，Vth为供电电路1中的NMOS管的第一阈值电压，VDD为供电电路1中的电源电压，α为沟道调制二阶效应导致，为远小于1的正系数，β表示电源电压的系数
在一种较优的实施方式中，β取值为0.5。
在一种较优的实施方式中，振荡器的频率如下所示：
其中，f表示频率，R1表示供电电路1中的电阻，Ca表示充放电电路中的电容。
在一种较优的实施方式中，如图5所示，控制端5由两个MOS管组成。
上述方案中，两个MOS管分别为N型MOS管用M2表示，以及P型NOS管用M1表示，控制端5的输入端分别连接M1和M2的栅极，控制端5的输出端分别连接M2的漏极和M1的源极。
其中，RS锁存器的输出端与M2的源极连接，M1的漏极接地。
在一种较优的实施方式中，电流源输出的电流大于供电电路1输出的电流。
在一种较优的实施方式中，RS锁存器4由两个与非门组成，RS锁存器包括R输入端、S输入端以及Q输出端，Q非输出端；
第一补偿电路2的输出端连接S输入端，Q输出端连接到第一补偿电路3的控制端；
第二补偿电路3的输出端连接R输入端，Q非输入端连接到第二补偿电路3的控制端。
上述技术方案中，第一补偿电路通过S输出端输出高电平以及低电平至RS锁存器中，RS锁存器通过输出端Q反相输出低电平以及高电平至第一补偿电路的控制端；
第二补偿电路通过输出端R输出高电平以及低电平至RS锁存器中，RS锁存器通过输出端Q非反相输出低电平以及高电平至第ER补偿电路的控制端。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种PVT自补偿振荡器，其特征在于，包括：
供电电路；
RS锁存器；
两支补偿电路，分别为第一补偿电路和第二补偿电路，所述第一补偿电路和所述第二补偿电路的输入端分别设置有一控制端；
两支所述补偿电路的输出端分别连接所述RS锁存器；
每支所述补偿电路包括：
充放电电路，可切换的与所述供电电路的输出端连接，所述供电电路用以输出工作电流至所述充放电电路，以对所述充放电电路进行充电；
补偿放大器，与所述充放电电路的输出端连接；
反相器，一端与所述补偿放大器的输出端连接，另一端与所述RS锁存器的输入端连接；
所述RS锁存器的两个输出端分别对应连接一个所述控制端。
2.根据权利要求1所述的PVT自补偿振荡器，其特征在于，所述充放电电路包括：
接地支路；
电容，所述电容一端接地，另一端与所述补偿放大器的输入端连接；
所述控制端用以可切换的与所述供电电路的输出端连接或者与所述接地支路连接。
3.根据权利要求1所述的PVT自补偿振荡器，其特征在于，所述补偿放大器为N型MOS管。
4.根据权利要求3所述的PVT自补偿振荡器，其特征在于，所述N型MOS管包括栅极、漏极以及源极，所述栅极与所述充放电电路的输出端连接；
所述源极连接一外部的电流源；
所述MOS管的输出端设置在所述源极与所述MOS管之间；
所述源极接地。
5.根据权利要求1所述的PVT自补偿振荡器，其特征在于，所述控制端由两个MOS管组成。
6.根据权利要求4所述的PVT自补偿振荡器，其特征在于，所述电流源输出的电流大于所述供电电路输出的电流。
7.根据权利要求1所述的PVT自补偿振荡器，其特征在于，所述RS锁存器由两个与非门组成，所述RS锁存器包括R输入端、S输入端以及Q输出端，Q非输出端；
所述第一补偿电路的输出端连接所述S输入端，Q输出端连接到所述第一补偿电路的所述控制端；
所述第二补偿电路的输出端连接所述R输入端，Q非输入端连接到所述第二补偿电路的所述控制端。
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