CN108092646A - 具有超调误差积分的弛张振荡器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有超调误差积分的弛张振荡器。弛张振荡器可以在各种应用中为晶体振荡器电路提供更小和更便宜的替代方案。锯齿弛张振荡器可以包括超调误差积分。使用用于第一和第二振荡电容器的单独比较器，可以提供单独和独特的振荡器电容器充电、超调误差积分和复位阶段。潜在的优点可包括高精度高频时钟、初始校准期间方便的调整、相对于温度和时间的时钟频率稳定性、低超调快速启动、高电源抑制、低功耗或低噪声/抖动。振荡器可以将振荡电容器充电至目标电压，然后在开始误差积分阶段之前中断充电，通过积分振荡电容器上的电压的超调误差来调整目标电压。在完成超调误差积分后，振荡电容器上的电压可以重置。所描述的技术被认为能够改善时钟频率精度和其他特性。

Description

具有超调误差积分的弛张振荡器
技术领域
本发明通常而非限制性地涉及集成电路，并且更具体地涉及具有超调误差积分的弛张振荡器。
背景技术
振荡器电路可用于片上时钟产生以产生频率稳定的时钟信号，然后可将其分频并提供给可提供嵌入式功能的其他同步电路。晶体振振荡器电路可用于提供高精度时钟信号，但可能需要外部引脚，且体积庞大且昂贵。更小、更便宜的RC弛张振荡器可以使用电阻和电容来获得时间常数以建立时钟频率，但是通常比晶体振荡器的精度要低。
发明内容
除了别的之外，本发明人已经认识到需要使用弛张振荡器来提供准确和稳定的高频时钟信号，诸如可以在广泛的应用中为晶体振荡器电路提供更小且更便宜的替代方案。本文件描述了(例如)可能提供一个或多个优点，例如高精度高频时钟、初始校准期间方便的调整(例如具有超调误差积分的弛张振荡器)的锯齿(或其他)、在工厂或通电时)、相对于温度和时间的时钟频率稳定性、低超快速启动、高电源抑制、低功耗或低噪声/抖动。振荡器可以将振荡电容器充电至目标电压，然后在开始误差积分阶段之前中断充电，通过积分振荡电容器上的电压的超调误差来调整目标电压。完成超调误差积分后，振荡电容器上的电压可以重置。相信所描述的装置和技术能够相对于这样的装置或技术将时钟频率精度提高一个数量级，而不需要这样的超调误差积分，同时允许在单个温度下的初始修整，并且提供快速的启动时间。
本概述旨在提供本专利申请的主题的概述。这并不是为了提供对本发明的排他或详尽的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步信息。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似数字可表示相似组件的不同实例。作为示例，附图通常以非限制的方式说明本文中讨论的各种实施例。
图1示出超调误差集成锯齿弛张振荡器电路的例子。
图2示出其中电源可以交替地用于对振荡电容器充电、然后用于偏置用于产生参考电压的电阻器以减小电流失配误差分量的超调误差集成锯齿弛张振荡器电路的示例。
图3示出使用如图1-2所示的振荡器电路的方法的一部分的例子。
图4-5比较了与弛张振荡器有关的波形的例子，而不包括超调误积分(图4)和包括超调积分(图5)。
图6示出超调误差集成锯齿弛张振荡器电路的例子，类似于图1，但是包括比较器和逻辑电路来为至少一个积分和复位阶段产生控制信号，这也可以提供倍频能力。
图7示出超调误差集成锯齿弛张振荡器电路的例子，类似于图2，但包括比较器和逻辑以产生用于积分和复位相位中的至少一个的控制信号，并且还可以提供倍频能力，如上面关于图6所解释的。
图8示出超调误差集成锯齿弛张振荡器电路的例子，类似于图6，但包括额外的第二参考电压，额外的比较器和异或(XOR)或逻辑电路或二者，以产生振荡频率的一个或多个较高倍数。
图9示出超调误差集成锯齿弛张振荡器电路的例子，类似于图6，但能够产生一个或多个额外的更高阶的振荡频率，而不需要额外的比较器。
图10是计算机模拟瞬态分析的时序图。
具体实施方式
本文件描述了具有超调误差积分的锯齿弛张振荡器，例如可以潜在地提供一个或多个优点，例如高精度高频时钟，初始校准期间方便的调整，相对于温度和时间的时钟频率稳定性，低超调快速启动，高电源抑制，低功耗或低噪声/抖动。振荡器可以将振荡电容器充电至目标电压，然后在开始误差积分阶段之前中断充电，通过积分振荡电容器上的电压的超调误差来调整目标电压。完成超调误差积分后，振荡电容器上的电压可以重置。相信所描述的装置和技术能够相对于这样的装置或技术将时钟频率精度提高一个数量级，而不需要这样的超调误差积分，同时允许在单个温度下的初始修整，并且提供快速的启动时间。
在电阻器-电容器(RC)振荡器电路中，振荡器(Fosc)的振荡器输出时钟频率由振荡电阻器(Rosc)的电阻值和振荡电容器(Cosc)的电容值决定。然而，振荡器输出时钟频率也可能受比较器电路的偏移的影响，该比较器电路可用于设定振荡电容器被充电到的目标值。振荡器输出时钟频率还可以受比较器的传播延迟(“Tprop”)和在比较器电路的控制下操作振荡电容器充电或放电开关的逻辑电路的影响。
图1示出了超调误差集成锯齿弛张振荡器电路100的一个例子。在这个例子中，第一振荡电容器Cosc 102A和第二振荡电容器Cosc 102B可以包括类似的标称电容值，其与振荡电阻器Rosc 104的电阻值一起可以被指定或修剪以建立振荡器输出时钟频率Fosc。振荡电容器102A-B可以由一个或多个电源Iosc1 106A充电，例如在第一充电阶段(clkb)期间经由对应的电容器充电开关108A-B(例如用于对第一振荡电容器102A充电)以及第二充电阶段(clk)以用于给第二振荡电容器102B充电。第一和第二充电阶段可以交替地交错和不重叠，例如分别为电源106A-B提供振荡电容器102A-B的交替充电。电源Iosc2 106B可以向振荡电阻器104提供电流，例如在节点110处建立参考电压(Vref)。用于在节点110处生成参考电压Vref的电流可以是用于对一个或多个振荡电容器102进行充电的电流或用于对振荡电容器102中的一个或多个进行充电的电流的相似或缩放拷贝可以在节点110处被做成参考电压Vref的函数。例如，电源106A-B可以彼此匹配或相对于彼此被缩放，并且可以被实现为p型或其他场效应晶体管(FET)的一个或多个电流镜像复制，具有相应的可选共源共栅器件或其他变型，并且可以被配置为适当地针对特定的振荡器配置来提供诸如图1所示的电流或者接收器电流(未示出)。电源106A-B可以被配置为提供温度稳定性，诸如通过从用温度稳定的带隙电压基准(Vbg)和参考电阻器(Rref)建立的电源镜像，诸如可以被修整到期望的参考电阻器值在制造期间。电源106A-B可以配置为正比于绝对温度(PTAT)电源，或者可以包括温度稳定和温度敏感元件的组合，以实现期望的温度依赖性，例如抵消或补偿另一个温度依赖性振荡器电路100。使用通常具有高输出阻抗的电源向振荡电阻器104提供电流以建立参考电压可以有利地提供良好的电源噪声抑制，该方法优于使用电阻分压器通过降低电源电压来建立参考电压。类似地，使用电源向振荡电容器102A-B提供充电可以提供比使用电阻器来对振荡电容器102A-B充电的方法更好的电源噪声抑制。
振荡器电路100可以包括设置重置(S-R)比较器电路装置112，比如可以包括分开的第一和第二比较器电路114A-B。第一和第二比较器电路可以将它们的非反相输入连接到共同的目标电压(Vtarget)节点116，例如可以由误差积分电路的输出提供，如本文所述。比较器电路114A的反相输入可以在节点118A处连接到振荡电容器102A的充电端子VcapA。比较器电路114B的反相输入可以在节点118B处连接到振荡电容器102B的充电端子VcapB。当振荡电容器102A已经在节点116处被充电到目标电压时，比较器114A被触发，并且逻辑电路120通过经由信号clkb断开开关108A来中断充电。类似地，当振荡电容器102B已经在节点116处对目标电压充电时，比较器114B被触发，并且逻辑电路120通过经由信号clk断开开关108B来中断充电。
在振荡电容器102A的充电已经通过clkb断开开关108A而中断之后，节点108A处的电压VcapA可以耦合到超调误差积分电路122，超调误差积分电路122可以包括集成运算放大器电路124和积分电容器Cint 126。这可以包括闭合开关128A以建立节点108A处的VcapA与集成运算放大器电路124的反相输入之间的连接。这可以包括逻辑电路120提供相对于控制信号clkb不重叠的控制信号TxA，使得误差积分器124直到振荡电容器102A的充电完成之后才开始积分超调误差中断。
类似地，在振荡电容器102B的充电已通过经由clk断开开关108B而中断之后，节点108B处的电压VcapB可耦合到超调误差积分电路122，超调误差积分电路122可包括误差集成运算放大器电路124和积分电容器Cint 126。这可以包括闭合开关128B以建立节点108B处的VcapB与集成运算放大器电路124的反相输入之间的连接。这可以包括提供相对于控制信号clk不重叠的控制信号TxB的逻辑电路120，使得直到振荡电容器102B的充电完成之后误差积分器124才开始积分超调误差中断。
信号TxA和TxB可以是不重叠的，使得在开关128A-B交替闭合的任何特定时间，只有一个节点108A-B连接到集成运算放大器电路124的反相输入。误差积分阶段也可以称为电荷传输阶段，误差积分电路122可以将各个交替充电的振荡电容器上的超调误差在其充电已经中断之后积分到积分电容器126上。误差积分电路122的结果输出信号在节点116处可以将比较器114A-B的目标电压建立为Vtarget＝(Vref_超调)，其中Vref是节点110处的电压，其可以馈送到误差集成运算放大器电路124的非反相输入。
在振荡电容器102A的节点118A处的超调误差的TxA期间的误差积分阶段完成之后，通过使用复位控制信号RstA闭合开关130A，在复位振荡器电容器102A上的电压之前断开开关108A，它可以与控制信号TxA不重叠，从而在振荡器电容器电压复位之前完成这个误差积分阶段。
类似地，在振荡电容器102B的节点118B处的超调误差的TxB期间的误差积分阶段完成之后，那么通过使用复位控制信号RstB关闭开关130B，在复位振荡器电容器102B上的电压之前断开开关108B，其可以与控制信号TxB不重叠，从而在振荡器电容器电压复位之前完成这个误差积分阶段。
综上所述，误差积分电路122通过在完成各自的充电阶段之后并且在开始它们各自的重置阶段之前对振荡电容器102A-B上的电荷进行积分，来改变比较器114A-B比较和触发的节点116处的目标电压Vtarget。当振荡电容器102A-B在它们各自的充电阶段期间在节点110处被充电到期望的参考电压Vref时，节点116处的目标电压Vtarget稳定(例如，在多个充电周期上)。误差积分电路122输出并调整节点116处的目标电压Vtarget以移动比较器114A-B的触发点，以在误差积分电路112的节点110处使振荡电容器102A-B所充电的节点118A-B处的相应电压等于参考电压。
包括误差积分器122的潜在益处是补偿和减小比较器114A-B中的偏移的影响以及比较器114A-B或逻辑电路120中的延迟或二者的影响，使得振荡器电路100的振荡器输出时钟频率几乎完全由振荡电阻器104和振荡电容器102A-B确定。比较器114A-B的偏移贡献可以被平均，使得它仅导致振荡器输出时钟频率的占空比误差而不是频率误差。包括误差积分器122还允许使用较慢的比较器114A-B来实现类似的结果，这又可以被交换以获得一个或多个其他益处，例如降低的功耗。
尽管误差积分电路122的集成运算放大器电路124的偏移可以将误差引入到系统中，但误差积分环路可以在较低的带宽上操作，例如经过振荡器电路100的多个时钟周期，使得集成运算放大器电路124的这种偏移比比较器电路114A-B中的偏移更容易适应。例如，集成运算放大器电路124的偏移的影响可以通过使用运算放大器电路124中的一个或多个较大的FET、偏移调整(例如，通过运算放大器电路124中的可编程选择的FET)或者自动调零或切断运算放大器电路124，因为它是比较器114A-B的低速电路。
而且，在图1所示的例子中，由于振荡电源106A在振荡电容器102A和振荡电容器102B的充电之间共用并交替，所以与使用单独的电源来为振荡电容器102A-B充电的实施方式相比，消耗较少的功率并且匹配电源的影响较小，尽管这也是可以使用的选项。另外，因为振荡电流从一个振荡电容器102A转移到另一个振荡电容器102B，所以在振荡电容器102A的复位阶段期间，不是通过复位开关130A引导，复位开关130A的“导通”电阻两端的电压降的影响可以有利地减小或最小化。当开关108A断开时，这也可以有利地允许电源106A的电容和开关108A的另一侧上的伴随路由线路的寄生电容与振荡电容器102A的电容隔离，由此减小或最小化这种电容对希望使用振荡电容器102A的电容和振荡电阻器104的电阻值来确定的振荡频率的影响。当然，在复位振荡电容器102B期间可以获得类似的优点。
在例子中，积分阶段和复位阶段中的至少一个可以使用可由单稳或单触电路中的至少一个产生的相应控制信号(例如，TxA、TxB、RstA、RstB)或者锁定延迟电路。但是，这可能是过程敏感的，并且可能涉及在制造时或初始化时的修整或校准。在另一种方法中，使用分压Vref作为参考电压的比较器电路用于与节点118A处的充电电压VcapA和节点118B处的VcapB进行比较，以用于生成至少一些相应的控制信号(例如，TxA、TxB、RstA、RstB)，如本文档中其他地方所述。
图2示出了超调误差集成锯齿弛张振荡器电路200的例子，其类似于锯齿弛张振荡器电路100。然而，在锯齿弛张振荡器电路200中，电源Iosc1106A可以在为第一振荡电容器102A充电之间切换(在控制信号clkb被断言的充电阶段期间)，并且当控制信号clkb未被声明时向振荡电阻器Rosc104提供偏置电流以在节点110处生成参考电压Vref，并且其互补控制信号clk被断言。类似地，在RC锯齿弛张振荡器电路200中，电源Iosc2106B可以在充电第二振荡电容器102B之间切换(在控制信号clk被断言的充电阶段期间)，并且当控制信号clk未被声明时向振荡电阻器Rosc 104提供偏置电流以在节点110处产生参考电压Vref，并且其互补控制信号clkb被断言。
在图2所示的方法中，节点110处的参考电压Vref可以基于由振荡电源Iosc1 106A提供的电流的平均值和由振荡电源Iosc2 106B提供的电流的平均值，从而减少或消除例如由于这些振荡电源Iosc1、Iosc2 106A-B提供的电流的失配而导致的一阶误差分量。
图3示出了使用诸如图1-2中所示的振荡器电路的方法300的部分的示例。在302处，第一振荡电容器102A可在第一充电阶段充电，诸如当控制信号clkb被声明时，直到第一振荡电容器102A上的电压达到目标电压，例如在节点116触发比较器104A。然后，在304，当满足目标电压时，在开始第一误差积分阶段之前，第一充电阶段被中断，从而中断第一振荡电容器102A的充电。在306处，可以通过断言控制信号TxA来闭合开关128A来开始第一误差积分阶段，例如以允许将第一振荡电容器102A上的超调误差积累到积分电容器126上，以便调整提供给比较器114A-B的节点116处的目标电压。然后，在308，可以中断第一误差积分阶段，例如通过解除控制信号TxA并断开开关128A。然后，在310处，可以开始第一复位阶段，诸如通过断言控制信号RstA来闭合开关130A以使第一振荡电容器102A放电。然后，在完成第一复位阶段之后，可以打开开关130A，并且处理流程可以返回到302，通过断言控制信号clkb并关闭开关108A来重复第一充电阶段。
类似地，在312处(其可至少部分地与306并发)，第二振荡电容器102B可在第二充电阶段(例如，当控制信号clk被断言时)被充电，直到第二振荡电容器102B符合目标电压，例如在触发比较器104B的节点116处。然后，在314，当目标电压已经满足时，在开始第二误差积分阶段之前，第一充电阶段被中断，从而中断第二振荡电容器102B的充电。在316处，可以通过断言控制信号TxB闭合开关128B来开始第二误差积分阶段，例如以允许第二振荡电容器102B上的超调误累积到积分电容器126上，诸如调整提供给比较器114A-B的节点116处的目标电压。。然后，在318处，可以中断第二误差积分阶段，诸如通过解除断言控制信号tx并打开开关128B。然后，在310处，可以开始第二复位阶段，诸如通过断言控制信号RstB关闭开关130B以使第二振荡电容器102B放电。然后，在完成第二复位阶段之后，可以打开开关130B，并且处理流程可以返回到312，通过断言控制信号clk并关闭开关108B来重复第二充电阶段。
如图1的例子所示，通过使用和切换相同的第一电源或接收器106A交替执行第一充电阶段和第二充电阶段，以对第一和第二振荡电容器102A-B。
如图2的例子所示，第一充电阶段和第二充电阶段可以通过使用不同的第一和第二电源/接收器106A-B交替执行，所述第一和第二电源/接收器106A-B也可以被用于生成参考电压Vref，例如当不给第一和第二振荡电容器充电时通过振荡电阻器提供偏置电流。
此外，时钟信号的振荡频率可以通过例如以下至少一个(或任何组合)来调整：(1)调节第一和第二振荡电容器102A-B的充电电流，例如通过使用一个或多个可编程电源或接收器；(2)调整用于产生参考电压的电阻，例如在制造过程中通过激光修整或通过使用非易失性存储器编程来选择电阻值；或(3)例如通过使用可选择地编程以提供期望电容值的电容器阵列来调整第一和第二振荡电容器的电容。
在例子中，第一和第二振荡电容器102A-B每个都可以包括复合电容器，其可以包括或者由具有不同温度系数的电容器或子电容器组成，例如例如温度系数可相互抵消以提供具有更稳定的电容值的复合电容器，或更温度稳定的电阻·电容产品(例如，Rosc·Cosc、时间常数)。例如，具有正温度系数的金属-氧化物-金属(MOM)子电容器可以与具有负温度系数的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结合使用，以提供可用作第一和第二振荡电容器102A-B之一或两者的温度稳定的复合电容器。在另一个例子中，可以使用不同的电容器温度系数来抵消振荡电阻器Rosc 104的温度系数，以便提供更加温度稳定的电阻(电容量积)。在这种情况下，振荡频率可能不随温度变化，但振荡占空比可能受到振荡器电路的环境温度或工作温度的影响。
在例子中，第一和第二振荡电容器102A-B可以被充电，或者振荡电阻器Rosc 104可以被偏置，或者两者都使用电源(或者使用电流接收器放电)，该电源包括温度稳定电流和与绝对温度成比例的电流的选定组合。如果需要，这可以用于实现振荡频率随温度的变化。在例子中，电源106A-B中的每一个可以包括并联电源元件的组合，其中一些元件是温度稳定的(例如，从温度稳定的带隙参考电压产生)以及其他与温度有关的(例如由正比于绝对温度(PTAT)电流发生器电路产生的)。
超调误差积分电路122可以可选地使其偏移误差分量减少至少以下之一：(1)修整积分电路，例如通过编程选定数量的输入FET或其他器件来补偿放大器124的差分对输入级中的偏移误差；(2)自动调零积分电路，例如通过包括自动调零开关并且在第一和第二误差积分阶段中的一个或两个之前包括自动调零阶段；或(3)切断积分电路124的信号。可以使用多种不同的自动调零技术中的一种或多种，例如，在放大器124内提供偏移存储电容器，将放大器124的偏移量存储在放大器124的反相端子上的电容器上，例如通过打开积分电容器Cint 124的开关并闭合自动调零开关，或对于不同的相位TxA和TxB使用多个单独的放大器124的时间交织的“乒乓”，使得一个放大器可以被自动调零，而另一个放大器被用于将信号整合到积分电容器Cint上。
在例子中，积分阶段和重置阶段中的至少一个可以使用可以由单稳态或单稳态电路或锁定延迟电路中的至少一个产生的各个控制信号(例如，TxA、TxB、RstA、RstB)，例如被锁定到振荡周期的延迟电路。例如，在第二振荡电容器102B正在充电的同时，超调积分信号TxA可被置位，直到这种充电达到期望的跳变点(例如，第二振荡电容器朝向参考电压Vref充电的半完成，Vref例如可以通过比较器电路使用分压Vref作为参考电压来检测，以与节点118B处的充电电压进行比较)。响应于已经实现的规定的跳变点，超调积分信号TxA可以被解除断言，由此实现期望的锁定延迟，其可以通过误差积分电路122提供并确保足够的时间用于超调误差积分。
为了减少超调误差积分电路122使超调达到符合所需的充电周期数，积分超调误差包括使用包括积分器输入和积分器输出的积分电路，其中积分电路被预充电到积分器输出上的不同电压，而不是积分器输入上的电压。这可以有助于减少振荡器在超调期间的启动时间。例如，数模转换器(DAC)电路可以提供模拟输出，其可以跨积分电容器126可切换地耦合，以基于在DAC电路的输入处指定的编程的代码来建立其初始电压。
图4-5比较了与弛张振荡器相关的波形的例子，不包括超调误差积分(图4)，如图1-2所示的误差积分器122；并且包括超调误差积分(图5)，如图1-2所示的误差积分器122。
在图4中，在不包括超调误差积分的情况下，波形VcapB示出在节点110处的clkb朝向和超调节参考电压Vref期间由Iosc1106A充电的节点118A处的电压，并且波形VcapA示出了在clk期间节点118b处的电压被Iosc2 106B充电，并且在节点110处超调参考电压Vref。如图4所示，比较器114存在时间Tcomp，用于通过逻辑电路120对比较器114的输出进行检测和反应，并对延迟作出反应，从而导致超调。
在包括超调误差积分(例如具有三个不同相位(例如，充电阶段、积分阶段TX和复位阶段Rst)的图5中，节点116处的积分器输出电压将调整并且不同于节点110处的参考电压Vref，使得超调可以被消除、减小或最小化，使得比较器时间Tcomp的影响可以忽略。结果波形如图5所示。
在一个可选的变型中，可以提供倍频(或更高阶的倍频)。例如，倍频器电路可以耦合到比较器电路114A-B的输出。倍频器电路可以包括异或逻辑电路，该异或逻辑电路具有分别耦合到比较器电路的输出的输入，并且具有提供倍频时钟信号的输出。
图6显示了一个超调误差集成锯齿弛张振荡器电路的例子，类似于图1，但是包括比较器和逻辑电路，用于为积分和复位阶段中的至少一个阶段产生控制信号，其还可以任选地提供倍频能力，例如倍频。在例子中，节点110处的参考电压Vref可以被分解，例如通过使用电阻分压器、可编程电阻器等来实现振荡电阻器Rosc 104以产生至少一个第二参考电压Vref_rx，这可以小于Vref的函数(例如，分数成比例)。可以将第二参考电压Vref_rx提供给一对附加比较器114C-D的非反相输入，用于与节点118A处的电压VcapA和节点118B处的电压VcapB进行比较，以分别生成比较器输出信号outC和outD，其可以被用来提供复位信号RstA和RstB，逻辑电路120可以向其施加逻辑电路功能(例如，异或函数)以在双倍主振荡器频率Fosc产生振荡频率2·Fosc。这允许通过增加少量额外的电路复杂度(例如，比较器和逻辑电路(例如XOR电路))来实现附加的较高频率振荡时钟输出的倍频生成。
图7示出超调误差集成锯齿弛张振荡器电路的例子，类似于图2,但包括比较器和逻辑以产生用于积分和复位相位中的至少一个的控制信号，并且还可以提供倍频能力，如上面关于图6所解释的。
图8示出超调误差集成锯齿弛张振荡器电路的例子，类似于图6，但是包括额外的第二参考电压(例如，Vref_rx1、Vref_rx2、Vref_rx3)、附加比较器114E-H和包括附加逻辑电路(例如，异-OR(XOR)电路)的逻辑电路120，如图所示，一个或多个振荡频率的倍数较高，如4·Fosc。附加的第二参考电压可以使用电阻分压器网络、可编程电阻器等来生成，诸如以上关于图6所解释的。第二参考电压(例如，Vref_rx1、Vref_rx2、Vref_rx3)可以小于Vref的函数(例如，分数成比例)。
可以将第二参考电压Vref_rx提供给一对附加比较器114C-D的非反相输入端，用于与节点118A处的电压VcapA和节点118B处的电压VcapB进行比较，以生成比较器输出信号OUTA和OUTB，逻辑电路120可以向其施加异或函数，以在主振荡器频率Fosc的两倍处产生振荡频率2·Fosc。
可以将第二参考电压Vref_rx2提供给一对附加比较器114E-F的非反相输入，用于与节点118A处的电压VcapA和节点118B处的电压VcapB进行比较，以生成比较器输出信号OUTC和OUTD。可以将第二参考电压Vref_rx3提供给一对附加比较器114G-H的非反相输入端，用于与节点118A处的电压VcapA和节点118B处的电压VcapB进行比较，以生成比较器输出信号OUTE和OUTF。可以将比如器件输出信号OUTC、OUTD、OUTE和OUTF施加Anlogic电路功能，例如异-OR功能，以产生主振荡器频率Fosc四倍的振荡频率4·Fosc。
图9示出超调误差集成锯齿弛张振荡器电路的例子，类似于图6，但是能够产生一个或多个额外的更高阶的振荡频率，而不需要比较器114A-B以外的附加比较器。在这个例子中，诸如经由Vref选择器电路902或另一合适的模拟多路复用器、可编程的、可变的或者其它多值的第二参考电压可以被复用到比较器114A-B的非反相输入端路复用器电路。可以例如使用电阻分压器、可编程电阻器等来生成多值第二参考电压，如上面关于图8所解释的。多值第二参考电压(例如，Vref_rx1、Vref_rx2、Vref_rx3)的多个值可以小于Vref的函数(例如，分数成比例)。通过选择第二参考电压的适当值以与锯齿振荡电容器波形VcapA和VcapB进行比较，可以在可以在比较器114A-B的适当的Vref的分数值处指定的额外时间处产生额外的时钟边沿产生更高阶的振荡频率，例如2·Fosc、4·Fosc等，而参考电压Vref可提供给比较器114A-B以产生基本振荡频率Fosc。
图10是计算机模拟瞬态分析的时序图。在图10中，顶部迹线(1)示出了时钟信号CLK，用于运行用于生成锯齿振荡电容器波形VcapAat节点118A和VcapBat节点118B的开关108A、108B。当CLK被断言时，开关108A可以闭合，当CLK被解除断言时(例如，由时钟信号CLKB示出，其可以是CLK的非重叠倒数)，开关108B可以闭合。第二和第三迹线(2,3)示出了各自的齿形振荡电容器波形VcapAat节点118A和VcapBat节点118B，其可以由一个或多个相应的电源106为相应的振荡电容器102A-B充电，如上所述。第四条迹线(4)示出了比较器114A的输出端的电压信号CompA。第五轨迹(5)示出了信号CompB，其是比较器114B的输出端处的电压。第六条迹线(6)示出了信号CompC，其是比较器114C的输出端处的电压。第七条迹线(7)示出了信号CompD，其是比较器114D的输出处的电压。第八和第九迹线(8、9)示出了复位时钟信号RstA和积分时钟信号TxA，例如用于为电流源充电的振荡电容器102A提供复位和积分阶段。第十和第十一迹线(10、11)示出了复位时钟信号RstB和积分时钟信号TxB，例如用于为电流源充电的振荡电容器102B提供复位和积分阶段。
如图10所示，时钟信号CLK的下降沿触发积分时钟信号TxB的上升沿，以及图5所示的相应积分阶段。然后，比较器114C(CompC)的输出的下降沿触发TxB下降沿的产生，这又触发产生Rst上升沿。然后，比较器114A(CompA)的输出的下降沿触发产生RstB下降沿，这又触发产生CLK上升沿。以这种方式，可以提供不同的、不重叠的积分TxB和复位RstB周期。
类似地，时钟信号CLK的上升沿触发积分时钟信号TxA的上升沿，以及图5所示的相应积分阶段。然后，比较器114D(CompD)的输出的下降沿触发产生TxA下降沿，这又触发RstA上升沿的产生。然后，比较器114B(CompB)的输出的下降沿触发产生RstA下降沿，这又触发产生CLK下降沿。以这种方式，可以提供不同的非重叠积分TxA和重置RstA时段。
为了简要说明，图10示出了具有不同交替充电、积分(TxA、TxB)和复位(RstA、RstB)相位的锯齿弛张振荡器实例的波形，诸如上面关于图5所描述的。TxA、TxB和RstA、RstB脉冲的时序可以通过级联的SR锁存器实现。一个边缘可以触发下一代的产生。由于相对的边缘，可以避免重叠，没有任何固有的竞争条件。这种方法比采用单稳态电路产生频率高于振荡频率的方法产生时钟的方法要稳定得多，并且需要修整，例如调整温度系数。
各种注释
虽然上面的描述集中于振荡电容器参考负电源电压节点或接地节点并且通过电源从正电源电压充电的一些示例，但是所示的架构可以被颠倒以包括参考正电源的振荡电容器以及将振荡电容器放电到负电源或接地节点的电流接收器。
以上描述包括对形成详细描述的一部分的附图的引用。附图通过说明的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。这些实施例在本文中也被称为“示例”。这样的示例可以包括除示出或描述的那些之外的元件。然而，本发明人还考虑了仅提供所示或所述的那些元件的例子。此外，本发明人还考虑了使用所示出或描述的那些元件的任何组合或排列的示例(或其一个或多个方面)，无论是在此显示或描述关于一个特定的例子(或其一个或多个方面)或者关于其他例子(或其一个或多个方面)。
如果本文档与通过引用并入的任何文档之间的用法不一致，则以本文档中的用法为准。
在本文件中，如在专利文献中常见的那样，使用术语“一”或“一个”来包括一个或多于一个、独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文中，术语“或”用于指非排他性的，例如“A或B”包括“A但不是B”、“B而不是A”以及“A和B”，除非另有说明。在该文件中，术语“包括”和“其中”被用作相应术语“包括”和“其中”的等同词。而且，在下面的权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，包括除权利要求中的这样的术语之后列出的要素之外的要素的系统、设备、物品、组合物、配方或过程仍然被认为落在该权利要求的范围内。此外，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求。
除非上下文另外指出，否则诸如“平行”、“垂直”、“圆形”或“方形”之类的几何术语不旨在要求绝对的数学精度。相反，这样的几何术语允许由于制造或等同功能而导致的变化。例如，如果元素被描述为“圆形”或“大致圆形”，则该描述仍然包括不是精确圆形的元素(例如，稍微长圆形或者是多边形的元素)。
这里描述的方法示例可以是至少部分机器或计算机实现的。一些示例可以包括用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作用于配置电子设备以执行如以上示例中所述的方法。这样的方法的实现可以包括代码，诸如微码、汇编语言代码、更高级别的语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令该代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在例子中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性的有形计算机可读介质上，例如在执行期间或其他时间。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，压缩盘和数字视频盘)、磁带盒、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。本领域普通技术人员在查看以上描述时可以使用其他实施例。摘要提供符合37C.F.R.§1.72(b)，让读者快速确定技术公开的性质。提交时的理解是，它不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在上面的具体实施方式中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应该被解释为意图是一个无人认领的披露功能是任何要求必不可少的。相反，发明主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求由此作为示例或实施例被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求独立作为单独的实施例，并且可以预期的是，这样的实施例可以以各种组合或置换相互组合。本发明的范围应该参照所附权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来确定。

Claims (23)

1.一种使用弛张振荡器来产生时钟信号的方法，所述方法包括：
在第一充电阶段期间使用电流对第一振荡电容器充电，直到第一比较器确定第一振荡电容器电压满足目标电压；
当所述第一振荡电容器电压达到所述目标电压时，在第一误差积分阶段开始之前中断所述第一振荡电容器的充电；
在所述第一误差积分阶段期间，在所述第一振荡电容器的充电已经中断之后，通过将在所述第一振荡电容器上的电压的超调误积分超过在来自电源电路的电流通过电阻而产生的参考电压来调整所述目标电压；
在所述第一误差积分阶段之后，在第一复位阶段开始之前中断所述第一振荡电容器上的电压的超调误差的积分；和
在所述第一复位阶段期间，放电所述第一振荡电容器。
2.权利要求1所述的方法，还包括:
在第二充电阶段期间使用电流对第二振荡电容器充电，直到单独第二比较器确定第二振荡电容器电压满足所述目标电压；
当所述第二振荡电容器电压达到所述目标电压时，在第二误差积分阶段开始之前中断所述第二振荡电容器的充电；
在所述第二误差积分阶段期间，在所述第二振荡电容器的充电已经中断之后，通过将在所述第二振荡电容器上的电压的超调误积分超过参考电压来调整所述目标电压；
在所述第二误差积分阶段之后，在第一第二阶段开始之前中断所述第二振荡电容器上的电压的超调误差的积分；
在所述第二复位阶段期间，放电所述第二振荡电容器。
3.权利要求2所述的方法，其中所述第一充电阶段和所述第二充电阶段通过使用和切换相同的第一电源或接收器交替地执行以对所述第一和第二振荡电容器充电。
4.权利要求2所述的方法，其中所述第一充电阶段和所述第二充电阶段通过使用不同的第一和第二电源/接收器交替进行，所述第一和第二电源/接收器也用于在不对所述第一和第二振荡电容器充电时通过振荡电阻器产生参考电压。
5.权利要求2所述的方法，包括通过以下至少之一修整所述时钟信号的振荡频率：
(1)调整所述第一和第二振荡电容器中任一个或两个的充电电流；
(2)调整用于产生参考电压的电阻；或
(3)调整所述第一和第二振荡电容器中的至少一个的电容。
6.权利要求2所述的方法，包括使用包括具有不同电容器类型或温度系数的电容器或子电容器的第一和第二振荡电容器。
7.权利要求2所述的方法，包括使用电源或接收器对所述第一和第二振荡电容器充电或产生所述参考电压信号，该电源或接收器包括温度稳定电流和与绝对温度成比例的电流的选定组合。
8.权利要求2所述的方法，其中积分超调误差包括使用积分电路，所述积分电路具体通过以下至少之一减少的偏移：(1)修整所述积分电路；(2)自动调零所述积分电路；或(3)切断所述积分电路的信号。
9.权利要求2所述的方法，其中积分阶段和复位阶段中的至少一个使用各自的比较器产生的各自的控制信号来控制，所述比较器将所述第一和第二振荡电容器上的相应电压与第二参考电压进行比较，所述第二参考电压是用于产生目标电压的主要参考电压的一部分或更小。
10.权利要求2所述的方法，其中积分超调误差包括使用包括积分器输入和积分器输出的积分电路，其中所述积分电路被预充电到积分器输出上的不同于积分器输入上的电压的电压，以减少振荡器在超调正在被纳入规范期间的启动时间。
11.产生时钟信号的弛张振荡器电路，所述弛张振荡器电路包括：
第一振荡电容器；
第一电源或接收器，在第一充电阶段期间对第一振荡电容器充电，直到第一比较器确定第一振荡电容器电压满足目标电压；
第一开关，当所述第一振荡电容器电压达到所述目标电压时，在第一误差积分阶段开始之前中断所述第一振荡电容器的充电；
超调误差积分电路，在所述第一振荡电容器的充电已经中断之后，通过将在所述第一振荡电容器电压的超调误积分超过在来自电源电路的电流通过电阻而产生的参考电压来调整所述目标电压；
第二开关，在第一复位阶段开始之前中断所述第一振荡电容器电压的超调误差的积分以结束所述第一误差积分阶段；和
第三开关，在所述第一误差积分阶段完成之后并在重复第一充电阶段之前，在所述第一复位阶段期间放电所述第一振荡电容器。
12.权利要求11所述的振荡器电路，还包括：
第二振荡电容器；
所述第一电源或接收器或单独第二电源或接收器，在第二充电阶段期间对第二振荡电容器充电，直到单独第二比较器确定第二振荡电容器电压满足所述目标电压；
第三开关，当所述第二振荡电容器电压达到所述目标电压时，在第二误差积分阶段开始之前中断所述第二振荡电容器的充电；
所述超调误差积分电路，布置为在所述第二振荡电容器的充电已经中断之后，通过将在所述第二振荡电容器电压的超调误积分超过参考电压来调整所述目标电压；
第四开关，在第二复位阶段开始之前中断所述第二振荡电容器电压的超调误差的积分以完成所述第二误差积分阶段；和
第五开关，在所述第二误差积分阶段完成之后并在重复第二充电阶段之前，在所述第二复位阶段期间放电所述第二振荡电容器。
13.权利要求12所述的振荡器电路，其中所述第一充电阶段和所述第二充电阶段通过使用和切换相同的第一电源或接收器交替地执行以对所述第一和第二振荡电容器充电。
14.权利要求12所述的振荡器电路，包括振荡电阻器以及不同第一和第二电源/接收器和开关，交替地对所述第一和第二振荡电容器中的一种充电，然后当不对第一和第二振荡电容器中的一种充电时，通过所述振荡电阻器提供偏置电流以产生参考电压。
15.权利要求12所述的振荡器电路，包括通过以下至少之一修整所述时钟信号的振荡频率：
(1)调整所述第一和第二振荡电容器中任一个或两个的充电电流；
(2)调整用于产生参考电压的电阻；或
(3)调整所述第一和第二振荡电容器中的至少一个的电容。
16.权利要求12所述的振荡器电路，包括使用包括具有不同温度系数的子电容器的第一和第二振荡电容器。
17.权利要求12所述的振荡器电路，其中用于产生所述参考电压的第一和第二电源/接收器或电源/接收器中的至少一种包括温度稳定电源或接收器和与绝对温度成比例的电源或接收器的选定组合。
18.权利要求12所述的振荡器电路，包括锁定延迟电路，所述锁定延迟电路包括比较器以在将振荡电容器充电到期望的跳变点时终止所述第一和第二误差积分阶段中的至少一个。
19.权利要求12所述的振荡器电路，包括比较器以通过将所述第一和第二振荡电容器上的相应电压与第二参考电压进行比较来控制积分阶段和复位阶段中的至少一个，所述第二参考电压是用于产生目标电压的主要参考电压的一部分或更小。
20.权利要求12所述的振荡器电路，其中所述超调误差积分电路包括积分器输入和积分器输出，并且被预充电到积分器输出上的不同于积分器输入上的电压的电压，以减少振荡器在超调正在被纳入规范期间的启动时间。
21.权利要求12所述的振荡器电路，包括倍频电路，所述倍频电路包括逻辑电路，所述逻辑电路具有耦合啊啊第一和第二比较器的各个输出的输入，并且具有提供倍频的时钟信号的输出。
22.权利要求11所述的振荡器电路，包括由第一电源或接收器偏置的振荡电阻器或其复制品以产生所述参考电压。
23.权利要求11所述的振荡器电路，包括模拟多路复用器电路，被配置为将多个参考电压中选定的一个连接到超调误差积分电路或比较器输入中的至少一个。
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