CN108390646A - 兼容高温操作的用于低功率rc振荡器的稳健修整方案 - Google Patents

兼容高温操作的用于低功率rc振荡器的稳健修整方案 Download PDF

Info

Publication number
CN108390646A
CN108390646A CN201710550822.0A CN201710550822A CN108390646A CN 108390646 A CN108390646 A CN 108390646A CN 201710550822 A CN201710550822 A CN 201710550822A CN 108390646 A CN108390646 A CN 108390646A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
capacitor
network
resistor
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710550822.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108390646B (zh
Inventor
C·S·P·林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of CN108390646A publication Critical patent/CN108390646A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108390646B publication Critical patent/CN108390646B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02—Details
    • H03B5/04—Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. power supply, load, temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K4/00—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions
    • H03K4/06—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape
    • H03K4/08—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape
    • H03K4/48—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices
    • H03K4/50—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices in which a sawtooth voltage is produced across a capacitor
    • H03K4/501—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices in which a sawtooth voltage is produced across a capacitor the starting point of the flyback period being determined by the amplitude of the voltage across the capacitor, e.g. by a comparator
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/20—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator
    • H03B5/24—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator active element in amplifier being semiconductor device
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/20—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator
    • H03B5/26—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator frequency-determining element being part of bridge circuit in closed ring around which signal is transmitted; frequency-determining element being connected via a bridge circuit to such a closed ring, e.g. Wien-Bridge oscillator, parallel-T oscillator
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2200/00—Indexing scheme relating to details of oscillators covered by H03B
    • H03B2200/003—Circuit elements of oscillators
    • H03B2200/005—Circuit elements of oscillators including measures to switch a capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2201/00—Aspects of oscillators relating to varying the frequency of the oscillations
    • H03B2201/02—Varying the frequency of the oscillations by electronic means
    • H03B2201/0208—Varying the frequency of the oscillations by electronic means the means being an element with a variable capacitance, e.g. capacitance diode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

本公开涉及兼容高温操作的用于低功率RC振荡器的稳健修整方案。在一些实施例中，本公开涉及具有电阻器网络和电容器网络的频率发生器。电容器网络具有彼此并联连接的多个电容器。比较器被配置成输出振荡电压信号。比较器的输入连接到电阻器网络的输出和电容器网络的输出。频率测试电路被配置成计算振荡电压信号的频率并且确定频率是否在期望的频率的范围内。频率测试电路还可以被配置成选择性地将多个电容器的第一极板连接到不变的电压或者连接到电容器网络的输入以调整振荡电压信号的频率。

Description

兼容高温操作的用于低功率RC振荡器的稳健修整方案
技术领域
本公开涉及用于通过改变电容器比来调制频率以修整RC张弛振荡器的系统和方法。
背景技术
振荡器被设计成产生随时间周期性改变的信号。一种类型的振荡器是张弛振荡器。张弛振荡器是通过电阻器对电容器进行充电和放电来实现重复输出信号的重复电路。充电和放电电容所需的时间限定了张弛振荡器的输出信号的周期。
附图说明
当与附图一起阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开的方面。要注意的是，根据行业的标准做法，各种特征没有成比例绘制。事实上，为了清楚地讨论，可以任意地增加或减小各种特征的尺寸。
图1图示了可以由频率测试电路选择性地调谐的电子振荡器的一些实施例的框图。
图2图示了图1的电子振荡器(在电子振荡器已经被选择性调谐之前)的选择节点的波形图(电压对时间)的一些实施例。
图3图示了图1的电子振荡器(在电子振荡器已被选择性调谐之后)的选择节点的波形图(电压对时间)的一些实施例。
图4图示了可以由频率测试电路选择性地调谐的电子振荡器的一些更详细的实施例的框图。
图5图示了将应用于第一位串以改变电子振荡器的第一组电容器和第二组电容器之间的电容比的温度计码解码的一些实施例的表格。
图6图示了应用于第二位串以改变电子振荡器的有效电阻的温度计码解码的一些实施例的表格。
图7图示了电子振荡器的输出频率如何受应用于电子振荡器的图5的第一位串和图6的第二串位串影响的一些实施例的表格。
图8图示了用于选择性地调谐电子振荡器的输出频率的方法的一些实施例的流程图。
具体实施方式
以下详细描述参考构成本公开的一部分的附图，并且出于说明的目的，示出了特殊的示例实施例，由此可以实际上实现本公开。应当理解，在不超出本公开的保护范围的情况下，可以采用其他示例实施例，并且可以实施结构性的和其他的改变。因此，以下详细描述不应被视为限制性的。相反，本公开的保护范围仅由所附专利权利要求限定。
取决于振荡器的应用，用户可以操作振荡器以在宽的温度范围内生成特定频率的振荡信号。因此，制造商试图设计在这个宽温度范围内持续生成特定频率的振荡器。然而，振荡器的制造中的工艺变化可以造成在期望的频率上高达+/-30％的变化。因此，制造商可以采用修整技术来克服这些工艺变化并实现接近期望频率的频率。
在诸如RC张弛振荡器的某些振荡器中，该修整技术涉及制造商合并附加电路的来变化包括电阻器和电容器的RC基准网络电路中的有效电阻/电容。修整开关通常用于连接(或断开)电阻器和/或电容器以操控振荡器的RC延迟常数。由于RC延迟常数决定了振荡信号的频率，所以制造商能够对制造振荡器中可能存在的处理变化负责。
然而，对于某些低功率应用，诸如在实时时钟应用中使用的32.768kHz振荡器，该修整技术具有导致振荡器跨温度的频率变化的许多缺点。例如，这些在高温和/或快速工艺拐角普遍存在的来自修整开关的高漏极/源极漏电以及栅极氧化物漏电可能会导致跨温度的频率偏差。此外，这些开关通常具有工艺相关的漏电，损害了振荡器的修整过程的稳定性。
本公开涉及用于通过变化电容器比来调制振荡器的频率以修整RC张弛振荡器的方法和装置。通过改变电容器的比来调节振荡器的频率，与用于连接附加电容器的修整开关相关联的漏电的影响可以大大降低。
图1是可以由频率测试电路选择性地调谐的电子振荡器的一些实施例的框图100。如图所示，比较器102(例如，反相比较器)被配置成输出具有振荡电压的信号。在一些实施例中，比较器可以是逻辑反相器。比较器102包括输入、输出和由基准电压Vref定义的跳变阈值。比较器将根据与基准电压Vref相比的输入信号电压电平而输出一个信号。在一些实施例中，比较器102的输出信号是振荡方波。
比较器102的输出耦合到RC网络电路116的输入。RC网络电路116可以包括电阻器网络104和电容器网络108。从比较器102输出的振荡信号的频率是基于RC网络电路116的RC延迟常数，其分别由电阻器网络104和电容器网络108的有效电阻和有效电容确定。例如，大的RC延迟常数将对应于频率比小的RC延迟常数低的振荡信号。在比较器102的输出连接到RC网络电路116的输入的情况下，比较器102将连续地生成振荡信号，因为比较器102将试图将RC网络116输出的电压与参考电压Vref匹配，RC网络116输出的电压随电容器网络108充电和放电而改变。
电阻器网络104可以包括多个电阻器。在一些实施例中，电阻器网络可以包括可变电阻器。电阻器网络104的输入耦合到比较器102的输出。在一些实施例中，多个电阻器串联连接以产生固定电阻。在一些实施例中，电阻器网络104中的每个单独的电阻器可以与相应的电阻器开关并联连接。相应的电阻器开关被配置成在多个状态之间切换以改变电阻器网络104的有效电阻。在一些实施例中，电阻器开关未被配置成在多个状态之间切换，而是被配置成固定在一状态下。
比较器102的输出也耦合到反相器106的输入。在一些实施例中，反相器106可以是逻辑反相器，例如非门。
反相器106的输出耦合到电容器网络108的输入。电容器网络108包括多个电容器。在一些实施例中，多个电容器并联连接。电容器网络108中的每个单独的电容器可以串联连接到相应的开关元件124，例如逻辑门。开关元件124被配置成在多个状态之间切换以改变连接到反相器106的输出的电容器网络108中的第一组电容器120与连接到地的电容器网络108中的第二组电容器122之间的电容比。通过改变第一组电容器120和第二组电容器122之间的电容比，可以改变电容器网络108的有效电容。
例如，相应的开关元件124中的每一个被连接到每个单独电容器的第一极板。在一些实施例中，相应的开关元件124中的每一个可以切换在地与反相器106的输出信号之间的连接。因此，电容器网络108可以包括第一组电容器120(其第一极板连接到反相器106的输出)以及第二组电容器122(其第一极板连接到地)。在一些实施例中，第一组电容器可以替代地使其第一极板连接到任意不变的电压(例如，稳定的电源电压或基准电压)。基于每个单独的开关元件124的状态，第一组电容器120将具有第一电容并且第二组电容器122将具有第二电容。因此，通过在多个状态之间切换开关元件124，开关元件可以选择性地改变第一极板连接到地的电容器和第一极板连接到反相器106的输出的电容器之间的电容比。
频率测试设备118连接到电子振荡器，并且被配置成确定第一频率并确定第一频率是否在期望的频率的范围内。在一些实施例中，频率测试设备118可以包括频率分析电路110和频率控制电路112。频率分析电路118被配置成分析由电子振荡器生成的信号、确定第一频率并且确定第一频率在期望频率的范围内，例如32.768kHz+/-5％。当频率分析电路110确定第一频率不在期望的频率的范围内时，可以连接到电阻器网络104和/或电容器网络108的频率控制电路112选择性地切换布置在电容器网络108中的开关元件以选择性地改变第一组电容器120和第二组电容器122之间的电容比。通过选择性地改变第一组电容器120和第二组电容器122之间的电容比，频率测试设备118能够操控电子振荡器的RC延迟常数。在一些实施例中，频率控制电路112还可以选择性地切换设置在电阻器网络104中的电阻器开关(未示出)，以改变电阻器网络104的有效电阻，其允许进一步控制电子振荡器的RC延迟常数。
在频率控制电路112改变电阻器网络104的有效电阻以及第一组电容器120与第二组电容器122之间的电容比之后，频率分析电路118可以确定第二频率并确定第二频率是否在期望的频率的范围内。如果第二频率不在期望的频率的范围内，则频率控制电路112将再次选择性地改变电子振荡器的有效电阻或电容比。如果第二频率在期望的频率的范围内，则频率控制电路112将采取适当的步骤来固定相应的电阻器开关和/或相应的开关元件的状态。
图2图示了图1的电子振荡器(在电子振荡器已经被选择性调谐之前)的选择节点的波形图200(电压对时间)的一些实施例。图2包括3个单独的波形曲线2141、2142、2143，其示出了在图1中的电子振荡器的3个单独的节点1141、1142、1143处的信号。第一波形图2141对应于图1的第一节点1141。如第一波形图2141所示，在一些实施例中，比较器102在某段时间206上向第一节点1141提供振荡方波信号。方波在高电压202和低电压204之间振荡。高电压202可以对应于比较器102的电源电压，例如700mV。在一些实施例中，低电压204可对应于地。在其他实施例中，低电压204可以对应于负的电源电压。
第二波形图2142对应于图1的第二节点1142。如图所示，第二波形图2142是第一波形图2141中所示的振荡方波信号的反相信号。
第三波形图2143对应于图1的第三节点1143。第三节点1143将电阻器网络104的输出和电容器网络108的输出连接到比较器102的输入。第三波形曲线2143图示了描绘了布置在电容器网络108中的电容器的充电和放电以及由电阻器网络104输出的信号的波形，其基于第一波形图2141和第二波形图2142中所描绘的波形。例如，当第一波形图2141处于低电压204(即，比较器102的输出为负)时，电流从RC网络电路116流向比较器102的输出，将电容器网络108放电并降低第三节点1143处的电压。电压降低直到小于基准电压Vref，此时第一波形图2141中描绘的波形变成高电压202(即，比较器102的输出变为正)并且电流从比较器102流向RC网络电路116，对电容器网络108充电。
第三波形图2143中的波形包括第一电压台阶208和第一周期从变量(perioddependent)210。第一电压台阶208和第一周期从变量210都取决于第一组电容器120和第二组电容器122之间的电容比。第一电压台阶208取决于电容器中的电荷守恒，并且可以通过以下等式计算：
电压台阶208＝α*高电压202-低电压204(等式1.1)
CA表示第一组电容器120的电容，其第一极板连接到反相器106的输出。CB指示第二组电容器122的电容，其第一极板连接到地。
第一周期从变量210的持续时间取决于RC网络电路116的RC延迟常数。因此，除了第一组电容器120和第二组电容器122之间的电容比之外，第一周期从变量210还取决于电阻器网络104的有效电阻。第一周期从变量210可以通过以下等式计算：
周期从变量210＝R*C*ln(1+2α) (等式1.3)
R表示电阻器网络104的有效电阻。C表示电容器网络108的有效电容，电容器网络108是由第一组电容器120和第二组电容器122给出的电容之和。上文定义(等式1.2)的阿尔法(α)表示第一组电容器120和第二组电容器122之间的电容比。
所有3个波形图2141、2142、2143以相同的频率振荡。振荡信号的频率取决于第一组电容器120和第二组电容器122之间的电容比。振荡信号的频率还取决于电阻器网络104和电容器网络108的有效电阻和有效电容。振荡信号的频率可以通过以下等式计算：
由于振荡信号的频率取决于RC延迟常数以及第一组电容器120和第二组电容器122之间的电容比，因此选择性地操控RC延迟常数和/或电子振荡器的有效电阻允许修整电子振荡器的频率，例如增加或减小电子振荡器的频率。
图3图示了图1的电子振荡器(在电子振荡器已被选择性调谐之后)的选择节点的波形图300(电压对时间)的一些实施例。在选择性地调谐电子振荡器之后，高电压302和低电压304保持恒定。然而，可以根据选择性调谐是增加还是减小由电子振荡器生成的频率来改变第二电压台阶308和第二周期从变量310。例如，第二电压台阶308可以大于或小于波形图200的第一电压台阶208和/或第二周期从变量310可以大于或小于波形图200的第一电压台阶210。
在一些实施例中，诸如图3所图示的，期望减小由电子振荡器生成的频率(即，相对于图200的第一波形图2141降低第一波形图3141的频率)。这可以通过增加电容器网络108中第一极板连接到反相器106的输出的电容器的数目来实现，这增加了第一组电容器120中的电容器的数目。通过增加第一组电容器120中的电容器的数目，α(等式1.2)将增加。增加α增加了第二电压台阶308。增加第二电压台阶308增加了第二周期从变量310，这减小了由电子振荡器生成的频率。在一些实施例中，还增加电阻器网络104的有效电阻以减小由电子振荡器生成的频率。
图4是可以由频率测试电路选择性地调谐的电子振荡器的一些更详细的实施例的框图400。如图所示，比较器402(例如，实施为反相器)包括输出、输入和2个电源电压输入VDDL和地。在一些实施例中，反相器402与更大的系统中的其他部件匹配，例如预调节器。例如，预调节器可以向电子振荡器提供VDDL。为了将比较器402与预调节器的部件相匹配，2个电路的工艺参数可以彼此跟踪，例如，调整电路的尺寸使得保持2个电路之间的工艺参数的比例或将匹配的部件紧密放置在一起以最小化局部的工艺梯度。在一些实施例中，比较器402产生方波振荡信号。在另外的实施例中，比较器402将方波振荡信号提供给逻辑缓冲器416。
逻辑缓冲器416的输出可以连接到电阻器网络404的输入、电平移位器430和反相器406。反相器406被配置成接收由比较器402生成的信号、将该信号反相并且将反相的信号提供给电容器网络408。电平移位器430被配置成接收由比较器402生成的信号、移位电压并输出电压移位信号。例如，电子振荡器可以产生与系统的另一部分的电压域不兼容的电压域中的信号。因此，电平移位器430被配置成将信号的电压移位到适当的电压域，而不改变信号的波形。
电阻器网络404可以包括可变电阻器，其被配置为基于输入信号来改变电阻器网络的有效电阻。在一些实施例中，电阻器网络404可以包括彼此串联连接的多个电阻器R1、R2、R3、RN。多个电阻器R1、R2、R3、RN中的一些电阻器可以具有与相应的电阻器R1、R2、R3、RN并联连接的相应的电阻器开关4261、4262、426N。电阻器开关4261、4262、426N被配置为在多个状态之间切换以增加/减小电阻器网络404的有效电阻。例如，在一些实施例中，第一电阻器R1与N个电阻器串联连接。相应的电阻器开关4261与第一电阻器R1并联连接。电阻器开关4261可以被设置为旁路第一电阻器R1的第一状态(例如，闭合)以减小电阻器网络404的有效电阻，或者电阻器开关4261可以被设置为允许电流流过第一电阻器R1的第二状态(例如，断开)以增加电阻器网络404的有效电阻。电阻器网络404的输出连接到比较器402的输入和电容器网络408的输出。
电容器网络408可以包括彼此并联连接的多个电容器C1、C2、C3、CN。在一些实施例中，相应的逻辑门4241、4242、424N可以连接到N-1个电容器(例如，C2、C3、CN)。在一些其他实施例中，每个单独的电容器C1、C2、C3、CN连接到相应的逻辑门。每个单独逻辑门4241、4242、424N包括连接到反相器406的输出的第一输入和连接到存储器单元428的第二输入。
相应的逻辑门被配置成在第一状态(其将电容器限定为在第一电容器组420中)和第二状态之间切换(其将电容器限定为在第二电容器组422中)。第一状态将一些电容器(例如，C1和C2)的第一极板连接到反相器406的输出。第二状态将一些电容器(例如，C3和CN)的第一极板连接到地。例如，如果存储器单元424将具有第一值的信号提供给逻辑门，则它将驱动逻辑门的输出以使其具有等于反相器406的输出的值。备选地，如果存储器单元424将具有第二值的信号提供给逻辑门，那么它将驱动逻辑门的输出以使其具有零的值。基于每个逻辑门4241、4242、424N的状态，第一电容器组420将具有第一电容，并且第二电容器组422将具有第二电容。因此，通过选择性地将逻辑门4241、4242、424N在多个状态之间切换，逻辑门4241、4242、424N可以改变第一极板连接到地的电容器和第一极板连接到反相器的输出的电容器之间的电容比。电容器网络408的输出连接到电阻器网络404的输出和比较器402的输入。存储器单元428可选择性地向一些逻辑门4241、4242和/或424N提供信号，以改变第一组电容器420或第二组电容器422中的电容器的数目。
存储器单元428(例如，只读存储器)连接到每个逻辑门4241、4242、424N的第二输入。存储器单元428被配置为向每个单独逻辑门4241、4242、424N选择性地提供单独的信号Scoarse,1、Scoarse,2、Scoarse,N。存储器单元还被配置为向每个单独的电阻器开关4261、4262、426N提供单独的信号Sfine,1、Sfine,2、Sfine,N。在一些实施例中，存储器单元428可以向第二组电容器422中的每一个提供第一信号。在其他实施例中，存储器单元428可以向第一组电容器420提供信号。在另外的实施例中，存储器单元428可以在第一时间段向电阻器网络404和/或电容器网络408提供第一组信号，然后在第二时间段将与第一组信号不同的第二组信号提供给电阻器网络404和/或电容器网络408。
例如，频率测试设备418连接到电子振荡器，并且被配置为计算第一频率并确定第一频率是否在期望的频率的范围内。频率测试设备418可以包括频率分析电路410，其被配置为分析由电子振荡器生成的信号、确定第一频率并且确定第一频率是否在期望的频率的范围内，例如32.768kHz+/-5％。当频率分析电路410确定第一频率不在期望的频率的范围内时，频率控制电路412可以向存储器单元428提供第一系列指令。基于第一系列指令，存储器单元428选择性地提供单独的信号Scoarse,1、Scoarse,2、Scoarse,N以选择性地切换每个逻辑门4241、4242、424N的状态。通过选择性地改变第一组电容器420和第二组电容器422之间的电容比，频率测试设备418能够操控电子振荡器的RC延迟常数。在一些实施例中，频率控制电路412还可以向存储器单元428提供第二系列指令。基于第二系列指令，存储器单元428提供单独的信号Sfine,1、Sfine,2、Sfine,N以选择性地切换每个电阻器开关4261、4262、426N的状态。通过选择性地切换电阻器开关，可以改变电阻器网络404的有效电阻。
在频率控制电路412向存储器单元428提供一系列指令之后，频率分析电路418将确定第二频率并确定第二频率是否在期望的频率的范围内。如果第二频率不在期望的频率的范围内，则频率控制电路412将再次选择性地向存储器单元428提供一系列指令以改变电子振荡器的电阻/电容比。在一些实施例中，温度计码解码可以应用于该一系列的指令。如果第二频率在期望的频率的范围内，则频率控制电路412将采取适当的动作来固定相应的电阻器开关4261、4262、426N和/或逻辑门4241、4242、424N的状态。
图5图示了将应用于第一位串以改变电子振荡器的第一组电容器和第二组电容器之间的电容比的温度计码解码的一些实施例的表格500。表格500描绘了可以提供给存储器单元428的具有4个单独的粗码(coarse code)502、504、506、508的2位温度计编码示例。在一些实施例中，用于粗码的位数可以根据所需的频率调整粒度(例如2位、4位、8位、16位、32位等)而变化。粗码由温度计码解码器(未绘制)解码以输出相应的信号Scoarse,1、Scoarse,2、Scoarse,N，其定义每个单独逻辑门4241、4242、424N的状态。粗码可以基于以下等式由温度计码解码器解码以获得多个输出：
输出的数目＝2M-1 (等式1.5)
M表示向温度计码解码器提供的位数。例如，向温度计码解码器提供2位温度计码通常将输出3个信号(例如，Scoarse,1、Scoarse,2、Scoarse,N)。在一些实施例中，与改变电子振荡器的有效电阻相比，改变第一组电容器420和第二组电容器422之间的电容比允许对电子振荡器输出的频率进行更粗糙的修改。
第一粗码502可以由频率控制电路412提供给存储器单元428。在一些实施例中，存储器单元可以接收第一粗码502，并且可以在逻辑门4241、4242、424N接收相应的信号Scoarse,1、Scoarse,2、Scoarse,N之前应用温度计码解码。在其他实施例中，在存储器单元428接收第一粗码502之前，可以将温度计码解码应用于第一粗码502。基于提供给存储器单元的对应的粗码(例如，502)，可以改变第一电容器组420和第二组电容器422之间的比。因此，可以例如通过增加或减小由电子振荡器生成的频率来修整由电子振荡器生成的频率。第二粗码504、第三粗码506和第四粗码508描绘了改变通过频率控制电路412提供给存储器单元428的位串来改变第一组电容器420和第二组电容器422之间的电容比的示例。
图6是应用于第二位串以改变电子振荡器的有效电阻的温度计码解码的一些实施例的表格600。表格600描绘了可以提供给存储器单元428的4个单独的精码(fine code)602、604、606、608。在一些实施例中，用于精码的位数可以根据所需的频率调整粒度(例如，2位、4位、8位、16位、21位等)而变化。精码由温度计码解码器(未绘制)解码，以输出相应的信号Sfine,1、Sfine,2、Sfine,N，其限定了每个单独的电阻器开关4261、4262、426N的状态。精码可以由温度计码解码器解码以具有基于(等式1.5)的多个输出。在一些实施例中，与改变第一电容器组420和第二电容器组422之间的电容比相比，改变电阻器网络404的有效电阻(R)允许对电子振荡器输出的频率进行更精细的修改。
第一精码602可以由频率控制电路412提供给存储器单元428。在一些实施例中，温度计码解码可以在存储器单元428接收第一精码602之前应用于第一精码602。在其他实施例中，在电阻器开关4261、4262、426N接收相应的信号Sfine,1、Sfine,2、Sfine,N之前，存储器单元可以接收第一精码602并且可以应用温度计码解码。基于提供给存储器单元的对应的精码(例如602)，可以改变电阻器网络404的有效电阻(R)。因此，可以例如通过增加或减小由电子振荡器生成的频率来修整由电子振荡器生成的频率。第二精码604、第三精码606和第四精码608描绘了改变通过频率控制电路412提供给存储器单元428的位串来改变电阻器网络404的有效电阻(R)的示例。
图7是电子振荡器的输出频率如何受应用于电子振荡器的图5的第一位串和图6的第二串位串影响的一些实施例的表格700。如表格所示，表格700描述了如何通过改变有效电阻(R)和第一组电容器420和第二组电容器422之间的电容比来影响由电子振荡器生成的系统信号频率。当第一组电容器420和第二组电容器422之间的电容比为1.0000(等式1.2)并且电阻器网络的有效电阻为1000kΩ时，电子振荡器生成第一系统信号频率702。第二系统信号频率704、第三系统信号频率706和第四系统信号频率708描绘了当第一组电容器420和第二组电容器422之间的电容比保持恒定，而电阻器网络404的有效电阻变化时的频率的改变。第五系统信号频率710图示了如何通过保持有效电阻(R)恒定(例如1000kΩ)但将第一组电容器420和第二组电容器422之间的电容比从1.0000减小到0.8445来改变第四系统信号频率708。
表格700中的值是出于说明的目的。系统可以包括任何数目的电容器或电阻器，它们可以具有电阻/电容值的任何差异以改变由电子振荡器生成的系统信号频率。
图8是用于选择性地调谐电子振荡器的输出频率的方法800的一些实施例的流程图。
应当理解，虽然方法800在下文中被示出和描述为一系列动作或事件，但是这些动作或事件的所示的顺序不应当以限制性解释。例如，除了本文所示出和/或描述的那些之外，一些动作可以以不同的顺序和/或与其他动作或事件同时发生。此外，可能并不需要所有示出的动作或事件来实施本文中的一个或多个方面或实施例公开。此外，本文描述的一个或多个动作可以在一个或多个单独动作和/或阶段中执行。
在802，在一些实施例中，频率测试电路监控由电子振荡器(例如，RC张弛振荡器)生成的信号并确定振荡器的频率。可以在电子振荡器中的任何节点(例如，将电阻器网络和电容器网络连接到比较器的节点)处监控该信号。
在804，在一些实施例中，频率测试电路可以决定所确定的频率是否在期望的输出频率的目标范围内。例如，电子振荡器可能正在生成39kHz的频率。然而，电子振荡器的期望的输出频率为32.768kHz+/-5％。因此，期望的输出频率的目标范围将是从大约31.1kHz到34.4kHz。如果电子振荡器生成了目标范围内的频率，则该方法将通过采取适当步骤来固定由电子振荡器输出的当前频率而结束(例如，832)。如果所确定的频率不在期望输出的目标范围内，在以上示例中是这种情况，则频率发生器将作另一决定。
在806，频率测试电路可以决定所确定的频率是大于还是小于期望的输出频率。例如，电子振荡器可能生成39kHz的频率。然而，电子振荡器的期望的输出频率为32.768kHz。因此，频率测试电路将尝试以降低由电子振荡器生成的振荡信号的频率的方式来调谐电子振荡器。另一方面，在一些实施例中，如果电子振荡器产生大于期望的输出频率的频率，则频率测试电路将尝试以增加由电子振荡器生成的振荡信号的频率的方式来调谐电子振荡器。
在808，在一些实施例中，频率测试电路已经确定所确定的频率小于期望的输出频率。基于先前确定的频率，电子振荡器将选择性地调谐电子振荡器的频率以尝试增加电子振荡器的频率。
在一些实施例中，调谐振荡器的频率包括将确定的振荡器频率与振荡器的期望的频率进行比较以确定频率偏移，并且随后以基于频率偏移的量来调谐振荡器。
在810，在一些实施例中，向存储器单元提供将减小第一组电容器和第二组电容器之间的电容比的对应粗码，其中第一组电容器和第二组电容器对应于上文讨论的第一组电容器和第二组电容器。在一些实施例中，通过频率测试电路将粗码提供给存储器单元。在另外的实施例中，可以在将粗码提供给存储器单元之前或之后应用温度计码解码。
在812，在一些实例中，可以向存储器单元提供将减小电子振荡器的有效电阻的对应的精码。在一些实施例中，通过频率测试电路将相应的精码提供给存储器单元。在另外的实施例中，可在精码被提供给存储器单元之前或之后将温度计码解码应用于精码。
在814，在一些实例中，基于向存储器单元提供的对应的粗码和精码，将对应的信号提供给电容器网络以降低第一组电容器与第二组电容器之间的电容比并且将对应的信号提供给电阻器网络以减小电阻器网络的有效电阻。
在816，在一些实例中，存储器单元可以提供单独的对应的粗略信号，以将在电容器网络中布置的逻辑门在第一状态(其将一些电容器的第一极板连接到电子振荡器的反相器)和第二状态(其将一些电容器的第一极板连接到地)之间切换。通过增加第一极板连接到电子振荡器的反相器的电容器网络的电容器的数目，可以选择性地降低由电子振荡器生成的频率。
在818，在一些实施例中，存储器单元可以向布置在电阻器网络中的电阻器开关提供单独的对应的精细信号，以增加或减小电阻器网络的有效电阻。在一些实施例中，电阻器网络中的每个电阻器具有并联连接的相应电阻器开关。因此，通过切换一些电阻器开关以有效地减小电阻器网络的电阻(例如，通过切换开关来旁路电阻器网络中的电阻器)，可以选择性地增加由电子振荡器生成的频率。
在820，在一些实施例中，频率测试电路已经确定所确定的频率大于期望的输出频率。基于先前确定的频率，电子振荡器将选择性地调谐电子振荡器的频率，以尝试通过先前计算的偏移频率来降低电子振荡器的频率。在一些实施例中，频率测试电路尝试以基于先前计算的频率偏移的量来调谐振荡器的频率。
在822，在一些实施例中，向存储器单元提供将可能增加第一组电容器和第二组电容器之间的电容比的对应粗码，其中第一组电容器和第二组电容器对应于上文讨论的第一组电容器和第二组电容器。在一些实施例中，通过频率测试电路将粗码提供给存储器单元。在另外的实施例中，可以在将粗码提供给存储器单元之前或之后应用温度计码解码。
在824，在一些实例中，可以向存储器单元提供将增加电子振荡器的有效电阻的对应的精码。在一些实施例中，通过频率测试电路将对应的精码提供给存储器单元。在另外的实施例中，可在精码被提供给存储器单元之前或之后将温度计码解码应用于精码。
在826，在一些实例中，基于向存储器单元提供的对应的粗码和精码，将对应的信号提供给电容器网络以增加第一组电容器与第二组电容器之间的电容比并且将对应的信号提供给电阻器网络以增加电阻器网络的有效电阻。
在828，在一些实例中，存储器单元可以提供单独的对应的粗略信号，以将在电容器网络中布置的逻辑门在第一状态(其将一些电容器的第一极板连接到电子振荡器的反相器)和第二状态(其将一些电容器的第一极板连接到地)之间切换。通过增加第一极板连接到地的电容器网络的电容器的数目，可以选择性地降低由电子振荡器生成的频率。
在830，在一些实施例中，存储器单元可以向电阻器开关提供对应的精细信号，以增加或减小电阻器网络的有效电阻。在一些实施例中，电阻器网络中的每个电阻器具有并联连接的相应电阻器开关。因此，通过切换一些电阻器开关以有效地减小电阻器网络的电阻(例如，通过切换开关来使电流流经电阻器)，可以选择性地降低由电子振荡器生成的频率。
在一些实施例中，可以迭代地执行动作804-830中的一个或多个，直到所确定的频率在期望的输出频率的目标范围内(由从动作814和/或826到动作804延伸的箭头所示)。
在832，在一些实施例中，一旦电子振荡器正在生成目标范围内的频率，该方法将通过采取适当步骤将对应的粗码和精码固定到电子振荡器而结束，例如，通过将粗码和精码编程到只读存储器。如果所确定的频率不在期望输出的目标范围内，在以上示例中是这种情况，频率生成器将作另一决定并遵循上文描述的步骤直到电子振荡器正在生成目标范围内的频率。
上文概述了若干实施例的特征以便本领域技术人员可以更好地理解本公开的方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地将本公开内容用作设计或修改用于执行本文介绍的实施例的相同目的和/或实现相同优点的其他过程和结构的基础。本领域技术人员还应当意识到，这种等价构造没有脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，它们可以在这里进行各种改变、替换和改变。

Claims (20)

1.一种频率生成器，包括：
比较器，被配置成输出具有第一频率的振荡电压信号；
RC网络电路，在所述比较器的输入和输出之间耦合，其中所述RC网络电路包括：
电阻器网络；
电容器网络，包括并联连接的多个电容器，其中所述多个电容器中的每个电容器包括第一极板和第二极板；以及
其中频率测试电路被配置成确定所述第一频率是否在期望的频率的范围内，其中当第一频率在所述期望的频率的所述范围之外时，所述频率测试电路被配置成将布置在所述电容器网络中的一些所述电容器的所述第一极板选择性地连接到不变的电压，并且将布置在所述电容器网络中的其他电容器连接到所述电容器网络的输入。
2.根据权利要求1所述的频率生成器，还包括：
反相器，具有连接到所述比较器的输出的输入以及连接到所述电容器网络的输入的输出。
3.根据权利要求2所述的频率生成器，其中所述电阻器网络包括串联连接的多个电阻器。
4.根据权利要求3所述的频率生成器，其中所述电阻器网络还包括与所述多个电阻器中的相应电阻器并联连接的多个电阻器开关。
5.根据权利要求4所述的频率生成器，其中当所述第一频率在所述期望的频率的所述范围之外时，所述频率测试电路被配置成切换所述电阻器开关以选择性地变化所述电阻器网络的所述电阻。
6.一种电子振荡器，包括：
比较器，连接到第一节点和第三节点；
电阻器网络，布置在所述第一节点和所述第三节点之间；
反相器，连接到所述第一节点和第二节点；
多个电容器，分别包括第一极板和连接到所述第三节点的第二极板；
多个逻辑门，分别包括连接到所述第二节点的第一输入、第二输入和连接到所述多个电容器中的一个电容器的所述第一极板的输出；以及
存储器单元，连接到所述多个逻辑门的所述第二输入，其中所述存储器单元被配置成向所述多个逻辑门的所述第二输入输出单独的信号，其中所述单独的信号确定所述多个电容器中的一个电容器的所述第一极板是连接到所述第二节点还是不变的电压。
7.根据权利要求6所述的电子振荡器，其中所述多个电容器包括：
第一组电容器，其中所述第一组电容器中的每个电容器的所述第一极板连接到所述第二节点；以及
第二组电容器，其包括所述多个电容器中的至少一个电容器，其中所述第二组电容器的每个电容器的所述第一极板连接到所述不变的电压。
8.根据权利要求7所述的电子振荡器，其中所述电阻器网络包括串联连接的多个电阻器。
9.根据权利要求8所述的电子振荡器，还包括：
多个电阻器开关，其中所述电阻器开关与所述多个电阻器中的相应电阻器并联连接，其中所述电阻器开关中的一些电阻器开关连接到所述第一节点。
10.根据权利要求7所述的电子振荡器，其中所述存储器单元向耦合到所述第二组电容器的所述多个逻辑门中的每一个提供第一信号。
11.根据权利要求7所述的电子振荡器，其中所述存储器单元被配置成在第一时间段输出第一组信号，并且在第二时间段输出第二组信号，其中所述第一组信号不同于所述第二组信号。
12.根据权利要求11所述的电子振荡器，还包括：
连接到所述第一节点的电平移位器，其中所述电平移位器被配置成从所述比较器接收输入信号、移位所述输入信号的电压以及将所述电压偏移的输入信号输出到所述电子振荡器的输出节点。
13.根据权利要求12所述的电子振荡器，其中所述存储器单元是只读存储器(ROM)。
14.根据权利要求6所述的电子振荡器，其中所述存储器单元被配置成在所述不变的电压和在所述第二节点处的电压电势之间选择性地改变在所述多个电容器的所述第一极板处的电压电势。
15.一种用于调谐电子振荡器的输出频率的方法，包括：
确定电子振荡器的第一频率是否在期望的输出频率的范围内，其中所述电子振荡器包括连接到RC网络电路的比较器，其中所述RC网络电路包括电容器网络和电阻器网络；
在确定所述第一频率不在所述期望的输出频率的所述范围内之后，通过选择性地调谐所述电容器网络内的多个电容器中的第一数目的电容器和所述多个电容器中的第二数目的电容器的电容比来调整所述电子振荡器的所述第一频率，其中所述多个电容器中的所述第一数目的电容器分别具有连接到耦合到所述比较器的反相器的输出的第一极板，并且其中所述多个电容器中的所述第二数目的电容器分别具有连接到不变的电压的第一极板；
在选择性地调谐所述电容比之后，确定第二频率是否在所述期望的输出频率的所述范围内；以及
在确定所述第二频率在所述期望的输出频率的所述范围内之后，固定所述多个电容器中的所述第一数目的电容器与所述多个电容器中的所述第二数目的电容器之间的所述电容比。
16.根据权利要求15所述的方法，其中选择性地调谐所述多个电容器中的所述第一数目的电容器与所述多个电容器中的所述第二数目的电容器之间的所述电容比包括：
向多个逻辑门中的单独的逻辑门提供单独的信号，其中所述多个逻辑门的所述输出分别连接到多个电容器的所述第一极板，并且所述多个逻辑门的输入分别连接到所述反相器的输出。
17.根据权利要求15所述的方法，其中选择性地调谐所述多个电容器中的所述第一数目的电容器与所述多个电容器中的所述第二数目的电容器之间的电容比包括：
切换连接到所述多个电容器的所述第一极板的开关，其中在所述不变的电压和所述反相器的所述输出之间切换所述开关。
18.根据权利要求16所述的方法，
基于所述第一频率和所述电子振荡器的所述期望的输出频率之间的差来计算第一偏移频率；以及
其中频率测试电路确定所述第一频率和所述第一偏移频率，其中所述频率测试电路基于所述第一频率和所述第一偏移频率向存储器单元选择性地提供位串，其中所述存储器单元基于从所述频率测试电路接收的所述位串向所述电子振荡器提供一组信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其中固定所述多个电容器中的所述第一数目的电容器与所述多个电容器中的所述第二数目的电容器之间的电容比包括所述频率测试电路将所述位串写入所述存储器单元。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
在确定所述第一频率不在所述期望的输出频率的所述范围内之后，基于所述第一偏移频率，选择性地调谐所述电子振荡器的电阻；以及
在确定所述第二频率在所述期望的输出频率的所述范围内之后，固定所述电子振荡器的所述电阻。
CN201710550822.0A 2017-02-02 2017-07-07 兼容高温操作的用于低功率rc振荡器的稳健修整方案 Active CN108390646B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/422,805 2017-02-02
US15/422,805 US10454460B2 (en) 2017-02-02 2017-02-02 Robust trimming scheme for low power RC oscillator compatible with high temperature operation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108390646A true CN108390646A (zh) 2018-08-10
CN108390646B CN108390646B (zh) 2021-10-15

Family

ID=62843421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710550822.0A Active CN108390646B (zh) 2017-02-02 2017-07-07 兼容高温操作的用于低功率rc振荡器的稳健修整方案

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10454460B2 (zh)
CN (1) CN108390646B (zh)
DE (1) DE102018102218A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110995161B (zh) * 2019-12-09 2022-10-21 安徽大学 一种频率可调的基于rc的环形振荡器电路

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070241833A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Silicon Laboratories Inc. Precision oscillator having improved temperature coefficient control
CN101453209A (zh) * 2007-12-05 2009-06-10 摩比俄斯微系统公司 时钟、频率参考和其它参考信号产生器
US20090261914A1 (en) * 2008-04-17 2009-10-22 Mediatek Inc. Crystal oscillator circuits
CN103595244A (zh) * 2013-12-01 2014-02-19 西安电子科技大学 具有频率抖动功能的驰张振荡器
CN104682871A (zh) * 2013-11-27 2015-06-03 精工爱普生株式会社 时钟信号生成电路、检测装置、电子设备及移动体

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007125366A2 (en) 2006-04-28 2007-11-08 Artimi Inc Digital-to-analogue converters
JP5776884B2 (ja) * 2011-04-18 2015-09-09 セイコーエプソン株式会社 温度補償型発振回路、電子機器
US10128794B2 (en) * 2016-09-29 2018-11-13 Macronix International Co., Ltd. Feedback compensated oscillator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070241833A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Silicon Laboratories Inc. Precision oscillator having improved temperature coefficient control
CN101453209A (zh) * 2007-12-05 2009-06-10 摩比俄斯微系统公司 时钟、频率参考和其它参考信号产生器
US20090261914A1 (en) * 2008-04-17 2009-10-22 Mediatek Inc. Crystal oscillator circuits
CN104682871A (zh) * 2013-11-27 2015-06-03 精工爱普生株式会社 时钟信号生成电路、检测装置、电子设备及移动体
CN103595244A (zh) * 2013-12-01 2014-02-19 西安电子科技大学 具有频率抖动功能的驰张振荡器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KUO-KEN HUANG 等: "A 1.2-MHz 5.8- μW Temperature-Compensated Relaxation Oscillator in 130-nm CMOS", 《IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS II: EXPRESS BRIEFS》 *
董春雷 等: "一种带温度补偿的高精度片上RC振荡器", 《微电子学》 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018102218A1 (de) 2018-08-02
US20180219535A1 (en) 2018-08-02
CN108390646B (zh) 2021-10-15
US10454460B2 (en) 2019-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100581056C (zh) 不受温度变化及供应电压变化影响的稳定振荡器
KR960005193B1 (ko) 발진 회로
US8212599B2 (en) Temperature-stable oscillator circuit having frequency-to-current feedback
KR100446305B1 (ko) 제어 가능한 슈미트 트리거를 이용한 전원 전압 및 온도에무관한 ｒｃ 오실레이터
CN112234957B (zh) 一种具有负反馈调节功能的模拟振荡器电路
EP1196993A1 (en) Oscillator circuit
CN105071786B (zh) 一种采用半周期预充电补偿技术的电阻电容型弛豫振荡器
JP2006510309A (ja) 温度補償型ｒ−ｃ発振器
CN106788338A (zh) Rc振荡电路
CN108494385B (zh) 低频振荡电路及偏置电压和电流产生电路
JP3138669U (ja) 発振器回路
CN102891663B (zh) 具有比较器的振荡电路
CN109088538B (zh) 一种频率调制装置、开关电源及其频率调制方法
CN108390646A (zh) 兼容高温操作的用于低功率rc振荡器的稳健修整方案
CN206432966U (zh) Rc振荡电路
CN112953526B (zh) 一种环形振荡电路、方法以及集成芯片
CN111092609B (zh) 一种无参考电压的rc张弛振荡器
CN105811925B (zh) 环形振荡器
CN102386846B (zh) 可编程振荡器
JP2007124394A (ja) 発振器
CN103825555B (zh) 一种振荡电路
CN103633939A (zh) 一种振荡器
CN114285394A (zh) 一种带比较器延时补偿的张弛振荡器
EP3282583B1 (en) Oscillator circuit
JP5941244B2 (ja) クロック発生回路、電源供給システム及びクロック信号の周波数変更方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant