CN108494385B - 低频振荡电路及偏置电压和电流产生电路 - Google Patents

低频振荡电路及偏置电压和电流产生电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低频振荡电路，由偏置电压和电流产生电路、振荡电路组成；所述偏置电压和电流产生电路由第一PMOS晶体管～第三PMOS晶体管、第一NMOS晶体管～第四NMOS晶体管、第一电阻组成；所述振荡电路由第四PMOS晶体管、第五NMOS晶体管、第一反相器、第一比较器、第二比较器、第一RS触发器、第一电容组成。本发明还公开了一种用于所述低频振荡电路的偏置电压和电流产生电路。本发明能够在不增加额外电路的情况下，使参考电流和参考电压同源。

Description

低频振荡电路及偏置电压和电流产生电路
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种低频振荡电路。本发明还涉及一种用于所述低频振荡电路的偏置电压和电流产生电路。
背景技术
片上低功耗低频振荡器在智能卡,微控制器(MCU)等产品中用于待机时钟，上电计数等。典型低功耗低频振荡器频率为32KHz～500KHz。
图1是一种现有的低频振荡电路，其由两个比较器CMP1、CMP2，一个RS触发器、两个电容CAPP、CAPN，四个电子开关S1～S4，以及一个电流源ID组成。
所述电流源ID的一端与电源电压VDD相连接，该电流源ID的另一端与电子开关S1、S2的一端相连接。电子开关S1的另一端与电子开关S4的一端、电容CAPN的一端以及比较器CMP2的正向输入端相连接。电子开关S2的另一端与电子开关S3的一端、电容CAPP的一端以及比较器CMP1的正向输入端相连接。比较器CMP1、CMP2的反向输入端均输入参考电压VREF。
电子开关S4、S3的另一端、电容CAPP、CAPN的另一端均接地。
比较器CMP1的输出端与RS触发器的S端相连接，比较器CMP2的输出端与RS触发器的R端相连接，RS触发器的输出端Q与电子开关S2、S4的控制端相连接，S触发器的输出端Q非与电子开关S1、S3的控制端相连接。
上述低频振荡电路的工作原理是：
当电容CAPP的充电电压小于参考电压VREF时，比较起CMP1输出低电平，RS触发器S端有效，电子开关S2和电子开关S4闭合，电子开关S1和电子开关S3打开，电容CAPN放电，电容CAPP充电，反之亦然，形成弛豫振荡。这种传统的低频振荡电路存在的缺点是，参考电流和参考电压不同源。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低频振荡电路，能够在不增加额外电路的情况下，使参考电流和参考电压同源；为此，本发明还要提供一种偏置电压和电流产生电路。
为解决上述技术问题，本发明的低频振荡电路，包括：
第一PMOS晶体管～第四PMOS晶体管，该第一PMOS晶体管～第四PMOS晶体管的源极与电源电压端VDD相连接，第一PMOS晶体管的栅极和漏极与第二PMOS晶体管的栅极、第一NMOS晶体管的漏极相连接，其连接的节点记为PB；第二PMOS晶体管的漏极与第三PMOS晶体管的栅极、第四PMOS晶体管的栅极、第二NMOS晶体管的漏极相连接，其连接的节点记为PG；
第一NMOS晶体管的源极与第二NMOS晶体管的源极和第四NMOS晶体管的漏极相连接；第三PMOS晶体管的漏极与第一电阻的一端、第一NMOS晶体管的栅极相连接，其连接的节点记为NBR；第一电阻的另一端与第二NMOS晶体管的栅极、第三NMOS晶体管的漏极和栅极、第四NMOS晶体管的栅极相连接，其连接的节点记为NB；
第四PMOS晶体管的漏极与第一反相器的正电源端相连接，第五NMOS晶体管的漏极与第一反相器的负电源端相连接，第一反相器的输出端与第一比较器的反向输入端、第二比较器的正向输入端、第一电容的一端相连接，其连接的节点记为VC；第一比较器的正向输入端与所述节点NBR相连接，第二比较器的反向输入端和第五NMOS晶体管的栅极与所述节点NB相连接；
第一比较器的输出端与第一RS触发器的置位端S相连接，第二比较器的输出端与第一RS触发器的复位端R相连接，第一RS触发器的输出端Q与第一反相器的输入端相连接；
第三NMOS晶体管～第五NMOS晶体管的源极与第一电容的另一端接地。
采用本发明的低频振荡电路其有益效果是：没有额外电路，与传统的低频振荡电路相比参考电流和参考电压同源。
没有额外电路，所以也没有引入额外的误差，不会对振荡器频率带来额外的影响。参考电流和参考电压同源后，不会因为不同的工艺，温度，电压等变化，给参考电压和电流带来不同的变化。从而提高输出频率在各种条件下的一致性。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有的低频振荡电路原理图；
图2是改进后的低频振荡电路一实施例原理图；
图3是图2中偏置电压和电流产生电路原理图。
具体实施方式
结合图2所示，在下面的实施例中，改进后的低频振荡电路由两部分组成，即偏置电压和电流产生电路、振荡电路。
参见图3所示，所述偏置电压和电流产生电路由PMOS晶体管MP1～MP3、NMOS晶体管MN1～MN4、电阻R1组成。
PMOS晶体管MP1～MP3的源极与电源电压端VDD相连接，PMOS晶体管MP1的栅极和漏极与PMOS晶体管MP2的栅极、NMOS晶体管MN1的漏极相连接，其连接的节点记为PB；PMOS晶体管MP2的漏极与PMOS晶体管MP3的栅极、NMOS晶体管MN2的漏极相连接，其连接的节点记为PG。
PMOS晶体管MP3的漏极与电阻R1的一端、NMOS晶体管MN1的栅极相连接，其连接的节点记为NBR。
NMOS晶体管MN1的源极与NMOS晶体管MN2的源极、NMOS晶体管MN4的漏极相连接；电阻R1的另一端与NMOS晶体管MN2的栅极、NMOS晶体管MN3漏极和栅极、NMOS晶体管MN4的栅极相连接，其连接的节点记为NB。
NMOS晶体管MN3的源极和NMOS晶体管MN4的源极接地GND。
NMOS晶体管MN2＝N*NMOS晶体管MN1，电阻R1上的电压差为(kT/q)*lnN，电阻R1上流过的电流为IB，IB＝(kT/q)*lnN/R1。其中，“*”表示乘号，k是波尔兹曼常数，T是绝对温度，q是电荷常量，N是NMOS晶体管MN2和NMOS晶体管MN1的宽长比的比值，ln是以e为底数的对数。
所述振荡电路由PMOS晶体管MP4、NMOS晶体管MN5、反相器INV、比较器CMP1、CMP2、RS触发器、电容C1组成。
PMOS晶体管MP4的源极与电源电压端VDD相连接，其栅极与所述节点PG端相连接，其漏极与所述反相器INV的正电源端相连接。
NMOS晶体管MN5的漏极与所述反相器INV的负电源端相连接，其栅极与所述节点NB端相连接，其源极接地GND。
所述反相器INV的输出端与比较器CMP1的反向输入端、比较器CMP2的正向输入端以及电容C1的一端相连接，其连接的节点记为VC。电容C1的另一端接地GND。
比较器CMP1的正向输入端与所述节点NBR相连接，比较器CMP2的反向输入端与所述节点NB相连接。
比较器CMP1的输出端与RS触发器的置位端S相连接，比较器CMP2的输出端与RS触发器的复位端R相连接，RS触发器的输出端Q与反相器INV的输入端相连接，其连接的节点记为Q。
当节点VC的电压大于节点NBR的电压时，比较器CMP1输出为低电平，RS触发器S端有效，输出端Q为高电平，反相器INV输出低电平，对电容C1放电，节点VC的电压下降；反之亦然，形成弛豫振荡。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种低频振荡电路，其特征在于，其包括偏置电压和电流产生电路、振荡电路；
所述偏置电压和电流产生电路包括第一PMOS晶体管～第三PMOS晶体管、第一NMOS晶体管～第四NMOS晶体管、第一电阻；
第一PMOS晶体管～第三PMOS晶体管的源极与电源电压端VDD相连接，第一PMOS晶体管的栅极和漏极与第二PMOS晶体管的栅极、第一NMOS晶体管的漏极相连接，其连接的节点记为PB；第二PMOS晶体管的漏极与第三PMOS晶体管的栅极、第二NMOS晶体管的漏极相连接，其连接的节点记为PG；第三PMOS晶体管的漏极与第一电阻的一端、第一NMOS晶体管的栅极相连接，其连接的节点记为NBR；第一NMOS晶体管的源极与第二NMOS晶体管的源极、第四NMOS晶体管的漏极相连接；电阻R1的另一端与第二NMOS晶体管的栅极、第三NMOS晶体管漏极和栅极、第四NMOS晶体管的栅极相连接，其连接的节点记为NB；第三NMOS晶体管的源极和第四NMOS晶体管的源极接地GND；
所述振荡电路包括第四PMOS晶体管、第五NMOS晶体管、第一反相器、第一比较器、第二比较器、第一RS触发器、第一电容；
第四PMOS晶体管的源极与电源电压端VDD相连接，其栅极与所述节点PG端相连接，其漏极与所述第一反相器的正电源端相连接；第五NMOS晶体管的漏极与所述第一反相器的负电源端相连接，其栅极与所述节点NB端相连接，其源极接地GND；所述第一反相器的输出端与第一比较器的反向输入端、第二比较器的正向输入端以及第一电容的一端相连接，其连接的节点记为VC，第一电容的另一端接地GND；第一比较器的正向输入端与所述节点NBR相连接，第二比较器的反向输入端与所述节点NB相连接；第一比较器的输出端与第一RS触发器的置位端S相连接，第二比较器的输出端与第一RS触发器的复位端R相连接，第一RS触发器的输出端Q与第一反相器的输入端相连接，其连接的节点记为Q。
2.如权利要求1所述的低频振荡电路，其特征在于：当节点VC的电压大于节点NBR的电压时，第一比较器输出为低电平，第一RS触发器S端有效，输出端Q为高电平，第一反相器输出低电平，对第一电容放电，节点VC的电压下降；反之亦然，形成弛豫振荡。
3.如权利要求1或2所述的低频振荡电路，其特征在于：MN2＝N*MN1，R1上的电压差为(kT/q)*lnN，R1上流过的电流为IB，IB＝(kT/q)*lnN/R1；其中，“*”表示乘号，k是波尔兹曼常数，T是绝对温度，q是电荷常量，R1表示第一电阻，MN2表示第二NMOS晶体管，MN1表示第一NMOS晶体管，N是MN2和MN1的宽长比的比值。
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