CN108649901A - 一种对于pvt不敏感的高精度振荡器 - Google Patents

一种对于pvt不敏感的高精度振荡器 Download PDF

Info

Publication number
CN108649901A
CN108649901A CN201810442660.3A CN201810442660A CN108649901A CN 108649901 A CN108649901 A CN 108649901A CN 201810442660 A CN201810442660 A CN 201810442660A CN 108649901 A CN108649901 A CN 108649901A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor field
metal
oxide semiconductor
effect tube
high precision
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
CN201810442660.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108649901B (zh
Inventor
李雷
刘寅
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.)
Beijing Empyrean Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing CEC Huada Electronic Design Co Ltd
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 Beijing CEC Huada Electronic Design Co Ltd filed Critical Beijing CEC Huada Electronic Design Co Ltd
Priority to CN201810442660.3A priority Critical patent/CN108649901B/zh
Publication of CN108649901A publication Critical patent/CN108649901A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108649901B publication Critical patent/CN108649901B/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
    • 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
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1228—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more field effect transistors

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明提供了一种对于PVT不敏感的高精度振荡器，包括，第一金属‑氧化物半导体场效应管M1、第二金属‑氧化物半导体场效应管M2、第三金属‑氧化物半导体场效应管M3、第一双极型晶体管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第四金属‑氧化物半导体场效应管M4和第一比较器。本发明的对于PVT不敏感的高精度振荡器在电路架构中引入正反温度系数，并且可以近似相互抵消，并且消除输出时钟与电源电压之间的关系，从而在各工艺角，各电源电压下，保证整个温度范围内，都可以输出精度较为精准的时钟。

Description

一种对于PVT不敏感的高精度振荡器
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，尤其涉及一种对于PVT不敏感的高精度振荡器。
背景技术
振荡器作为一个基础模块，一直用在SoC和MCU等系统当中。有的系统要求振荡器的时钟精度较低，有的系统要求振荡器的时钟精度较高，在有较高精度需求的场合，常需要加入寄存器进行调整了。若一上电就需要较高精度时钟，则需要加入OTP或者EFUSE模块在芯片出厂之前就要校准好。这无疑会增加芯片成本。所以一个高精度的振荡器，直接影响系统的成本和时钟精度等指标。
相较于其他振荡器，一个可以提供高精度时钟振荡器，不需要OTP或者EFUSE等模块来做出厂前调整，节省了系统成本。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明提出了一种对于PVT不敏感的高精度振荡器，在电路架构中引入正反温度系数，并且可以近似相互抵消，并且消除输出时钟与电源电压之间的关系，从而各工艺角，各电源电压下，保证整个温度范围内，都可以输出精度较为精准的时钟。
本发明提供了一种对于PVT不敏感的高精度振荡器，包括，第一金属-氧化物半导体场效应管、第二金属-氧化物半导体场效应管、第三金属-氧化物半导体场效应管、第一双极型晶体管、第一电阻、第二电阻、第四金属-氧化物半导体场效应管和第一比较器，其中，
第一金属-氧化物半导体场效应管的漏极与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端与第一双极型晶体管的集电极相连接，第一双极型晶体管的发射极与第二电阻相连接，第二电阻的另一端接地，
第二金属-氧化物半导体场效应管的漏极和第四金属-氧化物半导体场效应管的栅极与第一比较器的输入脚相连接，第二金属-氧化物半导体场效应管的漏极与第三金属-氧化物半导体场效应管的漏极相连接，第一比较器的输出脚与第三金属-氧化物半导体场效应管的栅极相连接，第三金属-氧化物半导体场效应管的源极接地。
进一步地，该第一金属-氧化物半导体场效应管沟道的宽长比大于10。
进一步地，该第二金属-氧化物半导体场效应管沟道的宽长比小于1。
进一步地，该第三金属-氧化物半导体场效应管实现开关功能。
进一步地，该第四金属-氧化物半导体场效应管提供充放电电容的作用，并提供与第二金属-氧化物半导体场效应管相同的沟道的宽长比。
进一步地，该第一比较器是具有迟滞功能的比较器。
进一步地，该第一金属-氧化物半导体场效应管M1的电流I1＝(VREF0-Vbe,1)/R2，其中，VREF0为第一双极型晶体管Q1的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管Q1的基极与发射极结电压。
更进一步地，该第一金属-氧化物半导体场效应管的电流I1＝(VREF0-Vbe,1)/R2，其中，VREF0为第一双极型晶体管的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管的基极与发射极结电压。
进一步地，该第二金属-氧化物半导体场效应管的过驱动电压Vdsat,2＝I1*R1＝(R1/R2)*(VREF0-Vbe,1)，其中，VREF0为第一双极型晶体管的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管的基极与射极结电压。
进一步地，该第二金属-氧化物半导体场效应管的电流I2的计算公式为I2＝(W2/L2/2)*up*Cox,p*V2 dsat,2，其中，W2为第二金属-氧化物半导体场效应管的沟道的宽度，L2为第二金属-氧化物半导体场效应管的沟道的长度，up为场效应管电子迁移率，Cox,p为单位面积的栅极电容量，Vdsat,2为第二金属-氧化物半导体场效应管的过驱动电压。
进一步地，该对于PVT不敏感的高精度的周期T＝VREF1*C/I2，其中，C是由第四金属-氧化物半导体场效应管提供的电容量，VREF1为第一比较器的参考电压，I2为第二金属-氧化物半导体场效应管的电流。
第一金属-氧化物半导体场效应管、第二金属-氧化物半导体场效应管、第一双极型晶体管、第一电阻、第二电阻，共同提供一个与温度、工艺以及供电电压偏离相对无关的充放电流；第四金属-氧化物半导体场效应管提供充放电电容，亦可抵消一部分工艺偏离。
利用场效应管电子迁移率up正比于温度的负2.2次方以及双极型晶体管结电压Vbe,1正比于温度的2次方特性，可以抵消温度变化特性。从而实现对于PVT不敏感的振荡器，可以在无校准下提供高精度时钟。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的对于PVT不敏感的高精度振荡器的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为根据本发明的对于PVT不敏感的高精度振荡器的电路示意图，如图1所示，本发明的对于PVT不敏感的高精度振荡器，包括，第一金属-氧化物半导体场效应管M1、第二金属-氧化物半导体场效应管M2、第三金属-氧化物半导体场效应管M3、第一双极型晶体管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第四金属-氧化物半导体场效应管M4和第一比较器。
其中，第一金属-氧化物半导体场效应管M1的漏极与第一电阻R1的一端相连接，第一电阻R1的另一端与第一双极型晶体管Q1的集电极相连接，第一双极型晶体管Q1的发射极与第二电阻R2相连接，第二电阻R2的另一端接地。
其中，第二金属-氧化物半导体场效应管M2的漏极和第四金属-氧化物半导体场效应管M4的栅极与第一比较器的输入脚相连接，第二金属-氧化物半导体场效应管M2的漏极与第三金属-氧化物半导体场效应管M3的漏极相连接，第一比较器的输出脚与第三金属-氧化物半导体场效应管M3的栅极相连接，第三金属-氧化物半导体场效应管M3的源极接地。
第一金属-氧化物半导体场效应管M1沟道的宽长比大于10，因此该第一金属-氧化物半导体场效应管M1的过驱动电压很小，可近似忽略。
第一双极型晶体管Q1的基极与发射极结电压为Vbe,1，基极电压VREF0减去结电压Vbe,1得到与第一双极型晶体管Q1相连接的第二电阻R2一端的电压，第二电阻R2的另一端接地，所以流过第一电阻R1、第二电阻R2以及第一金属-氧化物半导体场效应管M1的电流I1＝(VREF0-Vbe,1)/R2，其中，VREF0为第一双极型晶体管Q1的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管Q1的基极与发射极结电压。
第二金属-氧化物半导体场效应管M2沟道的宽长比小于1，因此该第二金属-氧化物半导体场效应管M2的过驱动电压较大。
由于该第二金属-氧化物半导体场效应管M2的过驱动电压等于第一金属-氧化物半导体场效应管M1的过驱动电压加上流过第一金属-氧化物半导体场效应管M1的电流乘以第一电阻R1的值，又由于第一金属-氧化物半导体场效应管M1的过驱动电压可近似忽略，所以第二金属-氧化物半导体场效应管M2的过驱动电压就近似等于流过第一金属-氧化物半导体场效应管M1的电流乘以第一电阻R1的值。
因此，第二金属-氧化物半导体场效应管M2的过驱动电压Vdsat,2＝I1*R1＝(R1/R2)*(VREF0-Vbe,1)，其中，VREF0为第一双极型晶体管Q1的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管Q1的基极与射极结电压。
流过第二金属-氧化物半导体场效应管M2的电流I2的计算公式为I2＝(W2/L2/2)*up*Cox,p*V2 dsat,2，其中，W2为第二金属-氧化物半导体场效应管M2的沟道的宽度，L2为第二金属-氧化物半导体场效应管M2的沟道的长度，up为场效应管电子迁移率，Cox,p为单位面积的栅极电容量。
故I2＝(W2/L2/2)*up*Cox,p*[(R1/R2)*(VREF0-Vbe,1)]2。
根据振荡器的周期公式T＝VREF1*C/I2，本发明的电容C是由第四金属-氧化物半导体场效应管M4提供，VREF1为第一比较器的参考电压，第四金属-氧化物半导体场效应管M4与第二金属-氧化物半导体场效应管M2取相同的沟道宽度和长度。从而得到T＝W2*L2*Cox,p*VREF1/{(W2/L2/2)*up*Cox,p*[(R1/R2)*(VREF0-Vbe,1)]2}＝2*L2 2*VREF1/[up*(R1/R2)2*(VREF0-Vbe,1)2]，在此公式中周期不依赖于供电电压。
第三金属-氧化物半导体场效应管M3实现一个开关功能。
第四金属-氧化物半导体场效应管M4提供一个充放电电容的作用，并提供与第二金属-氧化物半导体场效应管M2一样的沟道的宽长比，从而可以彼此相互抵消金属氧化物效应。
第一比较器是一个具有迟滞功能的比较器，输出时钟信号CLK，避免电路以及环境扰动形成的不稳定因素造成次高频时钟。
场效应管电子迁移率up正比于温度的负2.2次方，双极型晶体管结电压Vbe,1正比于温度的2次方，所以这两个因子随温度的变化可近似抵消，因此时钟频率随着工艺变化而变化的因素也被弱化到近乎没有。这样整个时钟产生电路实现了一个对于PVT不敏感的振荡器。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对于PVT不敏感的高精度振荡器，包括，第一金属-氧化物半导体场效应管、第二金属-氧化物半导体场效应管、第三金属-氧化物半导体场效应管、第一双极型晶体管、第一电阻、第二电阻、第四金属-氧化物半导体场效应管和第一比较器，其特征在于，
第一金属-氧化物半导体场效应管的漏极与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端与第一双极型晶体管的集电极相连接，第一双极型晶体管的发射极与第二电阻相连接，第二电阻的另一端接地，
第二金属-氧化物半导体场效应管的漏极和第四金属-氧化物半导体场效应管的栅极与第一比较器的输入脚相连接，第二金属-氧化物半导体场效应管的漏极与第三金属-氧化物半导体场效应管的漏极相连接，第一比较器的输出脚与第三金属-氧化物半导体场效应管的栅极相连接，第三金属-氧化物半导体场效应管的源极接地。
2.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第一金属-氧化物半导体场效应管沟道的宽长比大于10。
3.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第二金属-氧化物半导体场效应管沟道的宽长比小于1。
4.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第三金属-氧化物半导体场效应管实现开关功能。
5.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第四金属-氧化物半导体场效应管，提供充放电电容的作用，并与第二金属-氧化物半导体场效应管相同的沟道的宽长比。
6.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第一比较器是具有迟滞功能的比较器。
7.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第一金属-氧化物半导体场效应管的电流I1＝(VREF0-Vbe,1)/R2，其中，VREF0为第一双极型晶体管的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管的基极与发射极结电压。
8.根据权利要求7所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第二金属-氧化物半导体场效应管的过驱动电压Vdsat,2＝I1*R1＝(R1/R2)*(VREF0-Vbe,1)，其中，VREF0为第一双极型晶体管的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管的基极与射极结电压。
9.根据权利要求8所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第二金属-氧化物半导体场效应管的电流的计算公式为I2＝(W2/L2/2)*up*Cox,p*V2 dsat,2，其中，W2为第二金属-氧化物半导体场效应管的沟道的宽度，L2为第二金属-氧化物半导体场效应管的沟道的长度，up为场效应管电子迁移率，Cox,p为单位面积的栅极电容量，Vdsat,2为第二金属-氧化物半导体场效应管的过驱动电压。
10.根据权利要求9所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述对于PVT不敏感的高精度的周期T＝VREF1*C/I2，其中，C是由第四金属-氧化物半导体场效应管提供的电容量，VREF1为第一比较器的参考电压，I2为第二金属-氧化物半导体场效应管的电流。
CN201810442660.3A 2018-05-10 2018-05-10 一种对于pvt不敏感的高精度振荡器 Active CN108649901B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810442660.3A CN108649901B (zh) 2018-05-10 2018-05-10 一种对于pvt不敏感的高精度振荡器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810442660.3A CN108649901B (zh) 2018-05-10 2018-05-10 一种对于pvt不敏感的高精度振荡器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108649901A true CN108649901A (zh) 2018-10-12
CN108649901B CN108649901B (zh) 2020-02-04

Family

ID=63754227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810442660.3A Active CN108649901B (zh) 2018-05-10 2018-05-10 一种对于pvt不敏感的高精度振荡器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108649901B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060197623A1 (en) * 2005-03-03 2006-09-07 Loke Alvin L S Method and apparatus for biasing a metal-oxide-semiconductor capacitor for capacitive tuning
CN103051286A (zh) * 2013-01-15 2013-04-17 成都三零嘉微电子有限公司 一种可修调的高精度弛张振荡器
CN103093508A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 中国科学院电子学研究所 适用于电子收费系统的两级唤醒电路
US20130162358A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Ming Xiao Reference current generator circuit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060197623A1 (en) * 2005-03-03 2006-09-07 Loke Alvin L S Method and apparatus for biasing a metal-oxide-semiconductor capacitor for capacitive tuning
CN103093508A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 中国科学院电子学研究所 适用于电子收费系统的两级唤醒电路
US20130162358A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Ming Xiao Reference current generator circuit
CN103051286A (zh) * 2013-01-15 2013-04-17 成都三零嘉微电子有限公司 一种可修调的高精度弛张振荡器

Also Published As

Publication number Publication date
CN108649901B (zh) 2020-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105099445B (zh) 一种环形振荡器的频率控制方法及电路
CN100559688C (zh) 带温度补偿的欠压锁定电路
CN201191822Y (zh) 适用于模数转换器的差分参考电压源电路
CN111174810B (zh) 一种应用于惯性导航系统的高精度if转换模块
CN205983278U (zh) 一种高精度低温漂带隙基准电压源
CN104156025A (zh) 一种高阶温度补偿基准源
CN109164867A (zh) 全mos基准电流产生电路
CN109194328A (zh) 高精度片上振荡器
CN201178377Y (zh) 带温度补偿的欠压锁定电路
CN104135277A (zh) 一种片上基准时钟产生电路及方法
CN108874019A (zh) 电流镜装置及相关放大电路
CN110083193A (zh) 带隙基准电压产生电路
CN109474263A (zh) 一种上电复位电路
CN205566248U (zh) 一种自带温度和工艺角校准的环形振荡器电路
CN108649901A (zh) 一种对于pvt不敏感的高精度振荡器
CN109150188B (zh) 一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路
CN207601665U (zh) 一种新型带隙基准源电路
CN205320045U (zh) 一种具有高稳定度的超低功耗时钟电路
CN107959476A (zh) 低功耗电流饥饿型振荡器电路
CN208369560U (zh) 高精度片上振荡器
CN210983126U (zh) 一种基于开关电容的电压基准源电路
CN103970170B (zh) 一种恒流环路
CN105515550B (zh) 一种具有高稳定度的超低功耗时钟电路
CN105468077A (zh) 一种低功耗带隙基准源
CN102447466B (zh) 可下拉精准电流的io电路

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
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 100102 floor 2, block a, No.2, lizezhong 2nd Road, Chaoyang District, Beijing

Patentee after: Beijing Huada Jiutian Technology Co.,Ltd.

Address before: 100102 floor 2, block a, No.2, lizezhong 2nd Road, Chaoyang District, Beijing

Patentee before: HUADA EMPYREAN SOFTWARE Co.,Ltd.