CN109347459B - 基于温度传感的松弛振荡器 - Google Patents

基于温度传感的松弛振荡器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了振荡器技术领域的基于温度传感的松弛振荡器，包括温度传感器、逻辑电路、温度控制开关、振荡电路和高精度时钟，温度传感器产生温度参考电压Vc1，逻辑电路将温度参考电压Vc1与不同温度下的温度判定阈值电压做比较，温度控制开关接收逻辑电路对比后的结果信号；本发明通过在一个时钟周期内交替对电容C1和电容C2充电，消除了比较器失调电压的影响，将整个工作温度范围划分为多个小温度区间，并针对各个小温度区间将正温度系数电阻与负温度系数电阻以适当的比例配比形成多路可选通的电阻支路，同时采用温度传感电路感知当前温度并开启对应该温度区间的电阻支路，得到受温度影响很小的电阻，以进一步提高松弛振荡器的频率精度。

Description

基于温度传感的松弛振荡器
技术领域
本发明涉及振荡器技术领域，具体涉及基于温度传感的松弛振荡器。
背景技术
松弛振荡器具有低成本、低功耗、中等频率精度的特点，常被用于为射频识别标签芯片、无线传感器芯片等低功耗SoC（System-on-Chip 片上系统）提供时钟信号。振荡频率精度是松弛振荡器的一个关键性能指标。但是，随着工作电压、功耗的不断降低，电路性能受工艺偏差、温度、工作电压波动的影响也不断增大。晶体振荡器以其高精度、低功耗、对温度不敏感的特点通常被用于提供高精度的时钟信号。晶体作为片外元件提高了元件成本和体积。因此，片上全集成的极低功耗高精度松弛振荡器技术是实现低功耗、小型化、低成本SoC的一项关键技术，研究和设计具有高精度、低功耗、低成本特点的松弛振荡器具有较高的科学和工程价值。
在“A 255nW 138kHz RC Oscillator for Ultra-low Power Applications ”（2016 IEEE MTT-S International Wireless Symposium (IWS)”中，由负反馈稳压电路、主振荡器、副振荡器、比较器及其他逻辑电路组成。主振荡器和副振荡器的所有电流支路的偏置电流均为I。负反馈稳压电路可降低工作电压的波动对振荡电路的影响。消除比较器输入失调对时钟周期的影响。主振荡器在一个时钟周期内交替对C1和C2充电。对C1充电时，V2=I*R作为比较器负输入端的参考电压；对C2充电时，V1=I*R作为比较器正输入端的参考电压。从而使比较器的输入失调电压在延长一个电容充电过程的同时缩短了另一个电容充电过程，消除了比较器输入失调对时钟周期的影响。消除电路延迟对时钟周期的影响。利用S1、S2分别控制开关M4、M5，在主振荡器的每个电容充电过程的初始阶段开启持续时间为td的2倍充电电流，从而使其充电时间消除掉电路延迟td的影响。但是温度对时钟周期的影响较大。
在“A 120nW 18.5kHz RC oscillator with comparator offset cancellationfor ±0.25% temperature stability”（IEEE International Solid-State CircuitsConference Digest of Technical Papers (ISSCC), 2013）中，在前半个时钟周期内，开关S1、S4导通，开关S2、S3关断，对C1充电且V1逐渐上升，同时V2=I*R保持不变，V2成为比较器的参考电压。当V1上升至超过V2-Vos时比较器输出翻转（如图4所示），开关S1、S4关断，开关S2、S3导通，振荡器进入后半个时钟周期，此时V2随着电容充电而升高，V1则成为固定的参考电压I*R，当V2上升至超过V1+Vos时比较器输出翻转。通过以上方法，使得前半个时钟周期等于RC-CVos/I+td，后半个时钟周期等于RC+CVos/I+td，总的时钟周期等于2RC +2td，从而消除了Vos的影响。但是未能消除比较器延时td对时钟周期的影响，而且温度对其影响较大。
在极低功耗下，传统松弛振荡器中的电路延迟、比较器失调等非理想因素恶化，并导致时钟频率对工艺、工作电压、温度（Process Voltage Temperature, PVT）变化更加敏感。基于此，本发明设计了基于温度传感的松弛振荡器，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供基于温度传感的松弛振荡器，以解决上述背景技术中提出的现有装置频率受温度波动影响大的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于温度传感的松弛振荡器，包括温度传感器、逻辑电路、温度控制开关、振荡电路和高精度时钟，所述温度传感器产生温度参考电压Vc1，所述逻辑电路将所述温度参考电压Vc1与不同温度下的温度判定阈值电压做比较，所述温度控制开关接收所述逻辑电路对比后的结果信号，所述温度控制开关控制开合MOS管开关电路，所述振荡电路中接入在所述逻辑电路中对比后的温度下对应的电阻，所述振荡电路得到不同温度下的高精度时钟。
优选的，所述振荡电路包括电阻选择电路和电容充放电电路，所述振荡电路的左侧电性连接有偏置电路，所述偏置电路包括电流源I和MOS管VT1，所述电流源I的正极分别与MOS管VT1的漏极和栅极电性连接，所述电阻选择电路上并联有电容C3，所述电阻选择电路和电容C3之间分别电性连接MOS管VT2和MOS管VT3的源极，所述MOS管VT2的漏极分别电性连接MOS管VT4和MOS管VT5的漏极，所述MOS管VT5的源极电性连接电容C1，所述电容C1的正负极分别电性连接MOS管VT6的漏极和源极，所述MOS管VT3的漏极电性连接MOS管VT7和MOS管VT8，所述MOS管VT1的源极分别与MOS管VT4和MOS管VT7的源极电性连接，所述MOS管VT8的源极电性连接有电容C2，所述电容C2的正负极分别电性连接MOS管VT9的漏极和源极，所述电流源I、MOS管VT6的源极、电阻选择电路的另一端、电容C3的负极、MOS管VT9的源极均接地，所述MOS管VT2和MOS管VT5的漏极之间电性连接有第一比较器，且MOS管VT2和MOS管VT5的漏极与第一比较器的同相输入端电性连接，所述第一比较器的反相输入端与MOS管VT3和VT8的漏极之间电性连接，所述第一比较器的输出端电性连接有第一反相器，所述第一反相器的输出端电性连接有第二反相器，所述第二反相器的输出端电性连接有SR触发器，且第二反相器的输出端与SR触发器的S端电性连接，所述SR触发器的R端与第一反相器的输出端电性连接，所述SR触发器的输出Q端分别与MOS管VT2、MOS管VT6和MOS管VT8的栅极电性连接，所述SR触发器的输出Q非端分别与MOS管VT3、MOS管VT5和MOS管VT9的栅极电性连接。
优选的，所述电阻选择电路包括温度传感器、温度控制开关和温度补偿电阻，所述温度传感器的输出端电性连接有五组逻辑电路，五组所述逻辑电路分别为第二比较器和第三反相器、第三比较器和第四反相器、第四比较器和第五反相器、第五比较器和第六反相器、第六比较器和第七反相器，所述温度传感器的输出端分别电性连接第二比较器、第三比较器、第四比较器、第五比较器和第六比较器同相输入端，所述第二比较器的输出端T1与第三反相器的输入端电性连接，所述第三比较器的输出端T2与第四反相器的输入端电性连接，所述第四比较器的输出端T3与第五反相器的输入端电性连接，所述第五比较器的输出端T4与第六反相器的输入端电性连接，所述第六比较器的输出端T5与第七反相器的输入端电性连接，所述温度控制开关包括三组MOS管开关电路，所述MOS管开关电路分别为MOS管VT10、MOS管VT11、MOS管VT12、MOS管VT13、MOS管VT14、MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17，所述MOS管VT10和MOS管VT11源极电性连接，所述MOS管VT10和MOS管VT11的漏极分别与MOS管VT12和MOS管VT13的源极电性连接，第一组所述MOS管VT10和MOS管VT12的栅极均与第三比较器的输出端T2电性连接，第一组所述MOS管VT11和MOS管VT13的栅极均与第四反相器的输出端T2B电性连接，所述MOS管VT12和MOS管VT13的漏极分别与MOS管VT14、MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17的源极电性连接，所述MOS管VT14和MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间相互电性连接，第一组所述MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第二比较器的输出端T1电性连接，第一组所述MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第三反相器的输出端T1B电性连接，第二组所述MOS管VT10的栅极与第五比较器的输出端T4电性连接，第二组所述MOS管VT11的栅极与第六反相器的输出端T4B电性连接，第二组所述MOS管VT12的栅极与第四反相器的输出端T2B电性连接，第二组所述MOS管VT13的栅极与第三比较器的输出端T2电性连接，第二组所述MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第四比较器的输出端T3电性连接，第二组所述MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第五反相器的输出端T3B电性连接，第三组所述MOS管VT10和MOS管VT12的栅极均与第六反相器的输出端T4B电性连接，第三组所述MOS管VT11和MOS管VT13的栅极与第五比较器的输出端T4电性连接，第三组所述MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第六比较器的输出端T5电性连接，第三组所述MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第七反相器的输出端T5B电性连接，所述温度补偿电阻包括电阻RPTAT1、电阻RCTAT1、电阻RPTAT2、电阻RCTAT2、电阻RPTAT3、电阻RCTAT3、电阻RPTAT4、电阻RCTAT4、电阻RPTAT5、电阻RCTAT5、电阻RPTAT6和电阻RCTAT6，第一组所述MOS管VT14和MOS管VT15的漏极之间电性连接有电阻RPTAT1，所述电阻RPTAT1的另一端电性连接有电阻RCTAT1，第一组所述MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间电性连接有电阻RPTAT2，所述电阻RPTAT2的另一端电性连接有电阻RCTAT2，第二组所述MOS管VT14和MOS管VT15的漏极之间电性连接有电阻RPTAT3，所述电阻RPTAT3的另一端电性连接有电阻RCTAT3，第二组所述MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间电性连接有电阻RPTAT4，所述电阻RPTAT4的另一端电性连接有电阻RCTAT4，第三组所述MOS管VT14和MOS管VT15的漏极之间电性连接有电阻RPTAT5，所述电阻RPTAT5的另一端电性连接有电阻RCTAT5，第三组所述MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间电性连接有电阻RPTAT6，所述电阻RPTAT6的另一端电性连接有电阻RCTAT6，所述电阻RCTAT1、电阻RCTAT2、电阻RCTAT2、电阻RCTAT4、电阻RCTAT5和电阻RCTAT6的另一端之间互联。
优选的，所述温度传感器包括CTAT电流产生电路、参考电压产生电路、电流相减电路和PTAT电流产生电路，所述CTAT电流产生电路包括放大器M1、放大器M2、MOS管VT18、MOS管VT19和电阻PCTAT，所述放大器M1和放大器M2的输出端分别与MOS管VT18和MOS管VT19的栅极电性连接，所述放大器M1和放大器M2的同相输入端分别与MOS管VT18和MOS管VT19的漏极并联，所述MOS管VT18和MOS管VT19的漏极之间电性连接有电阻PCTAT，所述参考电压产生电路包括MOS管VT20、MOS管VT21和电阻R1，所述MOS管VT18和MOS管VT20的源极之间相互连接，所述MOS管VT20的漏极与电阻R1电性连接，所述电阻R1的另一端与MOS管VT19的源极电性连接，所述MOS管VT20的栅极分别与MOS管VT21的栅极和漏极电性连接，所述电流相减电路包括MOS管VT22、MOS管VT23、MOS管VT24、MOS管VT25和MOS管VT26，所述MOS管VT22的漏极分别与MOS管VT20的栅极和MOS管VT21的漏极电性连接，所述MOS管VT22的栅极与MOS管VT23的栅极电性连接，所述MOS管VT23的漏极分别与MOS管VT24和MOS管VT25的漏极电性连接，所述MOS管VT24的栅极与放大器M1的输出端电性连接，所述MOS管VT25的栅极分别与MOS管VT26的栅极和漏极电性连接，所述MOS管VT26的漏极与MOS管VT27的漏极电性连接，所述PTAT电流产生电路包括MOS管VT28、MOS管VT29、放大器M3和放大器M4，所述放大器M3的输出端分别与MOS管VT28和MOS管VT27的栅极电性连接，所述放大器M3的同相输入端与MOS管VT28的漏极电性连接，所述放大器M4的输出端与MOS管VT29的栅极电性连接，所述放大器M4的同相输入端与MOS管VT29的漏极电性连接，所述MOS管VT28和MOS管VT29的漏极之间电性连接有电阻RPTAT，所述MOS管VT18、MOS管VT20、MOS管VT21、MOS管VT24、MOS管VT27、MOS管VT28的源极均接高电平，所述MOS管VT19、电阻R1、MOS管VT22、MOS管VT23、MOS管VT25、MOS管VT26和MOS管VT29的源极均接地。
优选的，所述电容C1和电容C2的数值相等C1=C2=24pF，所述电容C3为滤波电容。
优选的，所述第二比较器、第三比较器、第四比较器、第五比较器和第六比较器的反相输入端分别连接-25摄氏度、0摄氏度、25摄氏度、50摄氏度和75摄氏度。
优选的，所述电阻RPTAT1和电阻RCTAT1、所述电阻RPTAT2和电阻RCTAT2、所述电阻RPTAT3和电阻RCTAT3、所述电阻RPTAT4和电阻RCTAT4、所述电阻RPTAT5和电阻RCTAT5、所述电阻RPTAT6和电阻RCTAT6各自两种阻值总和为1.25MΩ，所述电阻RPTAT1和电阻RCTAT1、所述电阻RPTAT2和电阻RCTAT2、所述电阻RPTAT3和电阻RCTAT3、所述电阻RPTAT4和电阻RCTAT4、所述电阻RPTAT5和电阻RCTAT5、所述电阻RPTAT6和电阻RCTAT6中每组电阻比例不同，所述比例设置为其对应的小温度区间下电阻温度系数接近为零的电阻值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在一个时钟周期内交替对电容C1和电容C2充电，左右两边的充电电流都为I，对电容C1充电时，V2=IR作为第一比较器负输入端的参考电压；对电容C2充电时，V1=IR作为第一比较器正输入端的参考电压，消除了比较器失调电压的影响。将整个工作温度范围划分为6个小温度区间，并针对各个小温度区间将正温度系数电阻与负温度系数电阻以适当的比例配比形成6路可选通的电阻支路，采用温度传感电路感知当前温度并开启对应该温度区间的电阻支路，得到受温度影响很小的电阻，以进一步提高松弛振荡器的频率精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的振荡器工作流程图。
图2为本发明的振荡器结构示意图。
图3为本发明的温度控制开关结构示意图。
图4为本发明的温度传感器结构结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-温度传感器，2-逻辑电路，3-温度控制开关，4-振荡电路，5-高精度时钟，6-电阻选择电路，7-电容充放电电路，8-偏置电路，9-第一比较器，10-第一反相器，11-第二反相器，12-SR触发器，13-MOS管开关电路，14-温度补偿电阻，15-CTAT电流产生电路，16-参考电压产生电路，17-电流相减电路，18-PTAT电流产生电路，20-第二比较器，21-第三反相器，22-第三比较器，23-第四反相器，24-第四比较器，25-第五反相器，26-第五比较器，27-第六反相器，28-第六比较器，29-第七反相器。
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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：基于温度传感的松弛振荡器，包括温度传感器1、逻辑电路2、温度控制开关3、振荡电路4和高精度时钟5，温度传感器1产生温度参考电压Vc1，逻辑电路2将温度参考电压Vc1与不同温度下的温度判定阈值电压做比较，温度控制开关3接收逻辑电路2对比后的结果信号，温度控制开关3控制开合MOS管开关电路13，振荡电路4中接入在逻辑电路2中对比后的温度下对应的电阻，振荡电路4得到不同温度下的高精度时钟5。
其中，振荡电路4包括电阻选择电路6和电容充放电电路7，振荡电路4的左侧电性连接有偏置电路8，偏置电路8包括电流源I和MOS管VT1，电流源I的正极分别与MOS管VT1的漏极和栅极电性连接，电阻选择电路6上并联有电容C3，电阻选择电路6和电容C3之间分别电性连接MOS管VT2和MOS管VT3的源极，MOS管VT2的漏极分别电性连接MOS管VT4和MOS管VT5的漏极，MOS管VT5的源极电性连接电容C1，电容C1的正负极分别电性连接MOS管VT6的漏极和源极，MOS管VT3的漏极电性连接MOS管VT7和MOS管VT8，MOS管VT1的源极分别与MOS管VT4和MOS管VT7的源极电性连接，MOS管VT8的源极电性连接有电容C2，电容C2的正负极分别电性连接MOS管VT9的漏极和源极，电流源I、MOS管VT6的源极、电阻选择电路6的另一端、电容C3的负极、MOS管VT9的源极均接地，MOS管VT2和MOS管VT5的漏极之间电性连接有第一比较器9，且MOS管VT2和MOS管VT5的漏极与第一比较器9的同相输入端电性连接，第一比较器9的反相输入端与MOS管VT3和VT8的漏极之间电性连接，第一比较器9的输出端电性连接有第一反相器10，第一反相器10的输出端电性连接有第二反相器11，第二反相器11的输出端电性连接有SR触发器12，且第二反相器11的输出端与SR触发器12的S端电性连接，SR触发器12的R端与第一反相器10的输出端电性连接，SR触发器12的输出Q端分别与MOS管VT2、MOS管VT6和MOS管VT8的栅极电性连接，SR触发器12的输出Q非端分别与MOS管VT3、MOS管VT5和MOS管VT9的栅极电性连接。
电阻选择电路6包括温度传感器1、温度控制开关3和温度补偿电阻14，温度传感器1的输出端电性连接有五组逻辑电路2，五组逻辑电路2分别为第二比较器20和第三反相器21、第三比较器22和第四反相器23、第四比较器24和第五反相器25、第五比较器26和第六反相器24、第六比较器28和第七反相器29，温度传感器1的输出端分别电性连接第二比较器20、第三比较器22、第四比较器24、第五比较器26和第六比较器28同相输入端，第二比较器20的输出端T1与第三反相器21的输入端电性连接，第三比较器22的输出端T2与第四反相器23的输入端电性连接，第四比较器24的输出端T3与第五反相器25的输入端电性连接，第五比较器26的输出端T4与第六反相器27的输入端电性连接，第六比较器28的输出端T5与第七反相器29的输入端电性连接，温度控制开关3包括三组MOS管开关电路13，MOS管开关电路13分别为MOS管VT10、MOS管VT11、MOS管VT12、MOS管VT13、MOS管VT14、MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17，MOS管VT10和MOS管VT11源极电性连接，MOS管VT10和MOS管VT11的漏极分别与MOS管VT12和MOS管VT13的源极电性连接，第一组MOS管VT10和MOS管VT12的栅极均与第三比较器22的输出端T2电性连接，第一组MOS管VT11和MOS管VT13的栅极均与第四反相器23的输出端T2B电性连接，MOS管VT12和MOS管VT13的漏极分别与MOS管VT14、MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17的源极电性连接，MOS管VT14和MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间相互电性连接，第一组MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第二比较器20的输出端T1电性连接，第一组MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第三反相器21的输出端T1B电性连接，第二组MOS管VT10的栅极与第五比较器26的输出端T4电性连接，第二组MOS管VT11的栅极与第六反相器27的输出端T4B电性连接，第二组MOS管VT12的栅极与第四反相器23的输出端T2B电性连接，第二组MOS管VT13的栅极与第三比较器22的输出端T2电性连接，第二组MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第四比较器24的输出端T3电性连接，第二组MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第五反相器25的输出端T3B电性连接，第三组MOS管VT10和MOS管VT12的栅极均与第六反相器27的输出端T4B电性连接，第三组MOS管VT11和MOS管VT13的栅极与第五比较器26的输出端T4电性连接，第三组MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第六比较器28的输出端T5电性连接，第三组MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第七反相器29的输出端T5B电性连接，温度补偿电阻14包括电阻RPTAT1、电阻RCTAT1、电阻RPTAT2、电阻RCTAT2、电阻RPTAT3、电阻RCTAT3、电阻RPTAT4、电阻RCTAT4、电阻RPTAT5、电阻RCTAT5、电阻RPTAT6和电阻RCTAT6，第一组MOS管VT14和MOS管VT15的漏极之间电性连接有电阻RPTAT1，电阻RPTAT1的另一端电性连接有电阻RCTAT1，第一组MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间电性连接有电阻RPTAT2，电阻RPTAT2的另一端电性连接有电阻RCTAT2，第二组MOS管VT14和MOS管VT15的漏极之间电性连接有电阻RPTAT3，电阻RPTAT3的另一端电性连接有电阻RCTAT3，第二组MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间电性连接有电阻RPTAT4，电阻RPTAT4的另一端电性连接有电阻RCTAT4，第三组MOS管VT14和MOS管VT15的漏极之间电性连接有电阻RPTAT5，电阻RPTAT5的另一端电性连接有电阻RCTAT5，第三组MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间电性连接有电阻RPTAT6，电阻RPTAT6的另一端电性连接有电阻RCTAT6，电阻RCTAT1、电阻RCTAT2、电阻RCTAT2、电阻RCTAT4、电阻RCTAT5和电阻RCTAT6的另一端之间互联。
温度传感器1包括CTAT电流产生电路15、参考电压产生电路16、电流相减电路17和PTAT电流产生电路18，CTAT电流产生电路15包括放大器M1、放大器M2、MOS管VT18、MOS管VT19和电阻PCTAT，放大器M1和放大器M2的输出端分别与MOS管VT18和MOS管VT19的栅极电性连接，放大器M1和放大器M2的同相输入端分别与MOS管VT18和MOS管VT19的漏极并联，MOS管VT18和MOS管VT19的漏极之间电性连接有电阻PCTAT，参考电压产生电路16包括MOS管VT20、MOS管VT21和电阻R1，MOS管VT18和MOS管VT20的源极之间相互连接，MOS管VT20的漏极与电阻R1电性连接，电阻R1的另一端与MOS管VT19的源极电性连接，MOS管VT20的栅极分别与MOS管VT21的栅极和漏极电性连接，电流相减电路17包括MOS管VT22、MOS管VT23、MOS管VT24、MOS管VT25和MOS管VT26，MOS管VT22的漏极分别与MOS管VT20的栅极和MOS管VT21的漏极电性连接，MOS管VT22的栅极与MOS管VT23的栅极电性连接，MOS管VT23的漏极分别与MOS管VT24和MOS管VT25的漏极电性连接，MOS管VT24的栅极与放大器M1的输出端电性连接，MOS管VT25的栅极分别与MOS管VT26的栅极和漏极电性连接，MOS管VT26的漏极与MOS管VT27的漏极电性连接，PTAT电流产生电路18包括MOS管VT28、MOS管VT29、放大器M3和放大器M4，放大器M3的输出端分别与MOS管VT28和MOS管VT27的栅极电性连接，放大器M3的同相输入端与MOS管VT28的漏极电性连接，放大器M4的输出端与MOS管VT29的栅极电性连接，放大器M4的同相输入端与MOS管VT29的漏极电性连接，MOS管VT28和MOS管VT29的漏极之间电性连接有电阻RPTAT，MOS管VT18、MOS管VT20、MOS管VT21、MOS管VT24、MOS管VT27、MOS管VT28的源极均接高电平，MOS管VT19、电阻R1、MOS管VT22、MOS管VT23、MOS管VT25、MOS管VT26和MOS管VT29的源极均接地。
电容C1和电容C2的数值相等C1=C2=24pF，电容C3为滤波电容。
第二比较器20、第三比较器22、第四比较器24、第五比较器26和第六比较器28的反相输入端分别连接-25摄氏度、0摄氏度、25摄氏度、50摄氏度和75摄氏度。
电阻RPTAT1和电阻RCTAT1、电阻RPTAT2和电阻RCTAT2、电阻RPTAT3和电阻RCTAT3、电阻RPTAT4和电阻RCTAT4、电阻RPTAT5和电阻RCTAT5、电阻RPTAT6和电阻RCTAT6各自两种阻值总和为1.25MΩ，电阻RPTAT1和电阻RCTAT1、电阻RPTAT2和电阻RCTAT2、电阻RPTAT3和电阻RCTAT3、电阻RPTAT4和电阻RCTAT4、电阻RPTAT5和电阻RCTAT5、电阻RPTAT6和电阻RCTAT6中每组电阻比例不同，比例设置为其对应的小温度区间下电阻温度系数接近为零的电阻值。
本实施例的一个具体应用为：振荡器在一个时钟周期内交替对电容C1和电容C2充电。左右两边的充电电流都为I。对电容C1充电时，V2=IR作为第一比较器9负输入端的参考电压；对电容C2充电时，V1=IR作为第一比较器9正输入端的参考电压。将整个工作温度范围划分为6个小温度区间，并针对各个小温度区间将正温度系数电阻与负温度系数电阻以适当的比例配比形成6路可选通的电阻支路，采用温度传感电路感知当前温度并开启对应该温度区间的电阻支路，得到受温度影响很小的电阻，以进一步提高松弛振荡器的频率精度。
温度补偿电阻14由两种不同类型的片上电阻组成，一种为正温度系数的电阻RPTAT，一种是负温度系数的电阻RCTAT，即电阻RPTAT1和电阻RCTAT1、电阻RPTAT2和电阻RCTAT2、电阻RPTAT3和电阻RCTAT3、电阻RPTAT4和电阻RCTAT4、电阻RPTAT5和电阻RCTAT5、电阻RPTAT6和电阻RCTAT6。六路电阻串中，两种不同温度系数的电阻阻值总和为1.25MΩ，但六路中每一路的两种不同温度系数的电阻比例不同，其比例设置为其对应的小温度区间下电阻温度系数接近为零的电阻值，即设置的电阻不受当前温度的影响。随着温度的变化，两种电阻的最佳配比也在变化。因此，将温度划分为多个温度区间，预先设置好在不同温度区间内最佳比例的电阻。采用温度传感器1判别出温度所在的区间，发出控制信号Vcl。逻辑电路2判断此信号属于哪个温度区间，发出相应信号（例：若在-25℃~0℃之间，则发出信号1）。温度控制开关3根据不同信号开启不同开关。开启的开关对应的电阻，即是此温度下配比比例最佳的电阻组合。通过设置不同温度下的参考电压，将其与温度传感器1的输出电压Vcl相比较，判断此时振荡器所处的温度区间，从而产生控制信号，该控制信号通过温度控制开关3，选择该温度下最佳电阻配比的电阻串接入到振荡电路4中，产生在各种温度下都精确的高精度时钟5。
通过将CTAT电流产生电路15中的CTAT电流与PTAT电流产生电路18中的PTAT电流相减，提高该电流随温度变化的斜率，通过一个电阻转换为与温度成正比的参考电压信号vcl。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.基于温度传感的松弛振荡器，包括温度传感器(1)、逻辑电路(2)、温度控制开关(3)、振荡电路(4)和高精度时钟(5)，其特征在于：所述温度传感器(1)产生温度参考电压Vc1，所述逻辑电路(2)将所述温度参考电压Vc1与不同温度下的温度判定阈值电压做比较，所述温度控制开关(3)接收所述逻辑电路(2)对比后的结果信号，所述温度控制开关(3)控制开合MOS管开关电路(13)，所述振荡电路(4)中接入在所述逻辑电路(2)中对比后的温度下对应的电阻，所述振荡电路(4)得到不同温度下的高精度时钟(5)；
电阻选择电路(6)包括温度传感器(1)、温度控制开关(3)和温度补偿电阻(14)，所述温度传感器(1)的输出端电性连接有五组逻辑电路(2)，五组所述逻辑电路(2)分别为第二比较器(20)和第三反相器(21)、第三比较器(22)和第四反相器(23)、第四比较器(24)和第五反相器(25)、第五比较器(26)和第六反相器(24)、第六比较器(28)和第七反相器(29)，所述温度传感器(1)的输出端分别电性连接第二比较器(20)、第三比较器(22)、第四比较器(24)、第五比较器(26)和第六比较器(28)的同相输入端，所述第二比较器(20)的输出端T1与第三反相器(21)的输入端电性连接，所述第三比较器(22)的输出端T2与第四反相器(23)的输入端电性连接，所述第四比较器(24)的输出端T3与第五反相器(25)的输入端电性连接，所述第五比较器(26)的输出端T4与第六反相器(27)的输入端电性连接，所述第六比较器(28)的输出端T5与第七反相器(29)的输入端电性连接，所述温度控制开关(3)包括三组MOS管开关电路(13)，所述MOS管开关电路(13)分别为MOS管VT10、MOS管VT11、MOS管VT12、MOS管VT13、MOS管VT14、MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17，所述MOS管VT10和MOS管VT11源极电性连接，所述MOS管VT10和MOS管VT11的漏极分别与MOS管VT12和MOS管VT13的源极电性连接，第一组所述MOS 管VT10和MOS管VT12的栅极均与第三比较器(22)的输出端T2电性连接，第一组所述MOS管VT11和MOS管VT13的栅极均与第四反相器(23)的输出端T2B电性连接，所述MOS管VT12和MOS管VT13的漏极分别与MOS管VT14、MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17的源极电性连接，所述MOS管VT14和MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间相互电性连接，第一组所述MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第二比较器(20)的输出端T1电性连接，第一组所述MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第三反相器(21)的输出端T1B电性连接，第二组所述MOS管VT10的栅极与第五比较器(26)的输出端T4电性连接，第二组所述MOS管VT11的栅极与第六反相器(27)的输出端T4B电性连接，第二组所述MOS管VT12的栅极与第四反相器(23)的输出端T2B电性连接，第二组所述MOS管VT13的栅极与第三比较器(22)的输出端T2电性连接，第二组所述MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第四比较器(24)的输出端T3电性连接，第二组所述MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第五反相器(25)的输出端T3B电性连接，第三组所述MOS管VT10和MOS管VT12的栅极均与第六反相器(27)的输出端T4B电性连接，第三组所述MOS管VT11和MOS管VT13的栅极与第五比较器(26)的输出端T4电性连接，第三组所述MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第六比较器(28)的输出端T5电性连接，第三组所述MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第七反相器(29)的输出端T5B电性连接，所述温度补偿电阻(14)包括电阻RPTAT1、电阻RCTAT1、电阻RPTAT2、电阻RCTAT2、电阻RPTAT3、电阻RCTAT3、电阻RPTAT4、电阻RCTAT4、电阻RPTAT5、电阻RCTAT5、电阻RPTAT6和电阻RCTAT6，第一组所述MOS管VT14和MOS管VT15的漏极之间电性连接有电阻RPTAT1，所述电阻RPTAT1的另一端电性连接有电阻RCTAT1，第一组所述MOS管VT16 和MOS管VT17的漏极之间电性连接有电阻RPTAT2，所述电阻RPTAT2的另一端电性连接有电阻RCTAT2，第二组所述MOS管VT14和MOS管VT15的漏极之间电性连接有电阻RPTAT3，所述电阻RPTAT3的另一端电性连接有电阻RCTAT3，第二组所述MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间电性连接有电阻RPTAT4，所述电阻RPTAT4的另一端电性连接有电阻RCTAT4，第三组所述MOS管VT14和MOS管VT15的漏极之间电性连接有电阻RPTAT5，所述电阻RPTAT5的另一端电性连接有电阻RCTAT5，第三组所述MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间电性连接有电阻RPTAT6，所述电阻RPTAT6的另一端电性连接有电阻RCTAT6，所述电阻RCTAT1、电阻RCTAT2、电阻RCTAT3 、电阻RCTAT4、电阻RCTAT5和电阻RCTAT6的另一端之间互联；
所述电阻RPTAT1和电阻RCTAT1、所述电阻RPTAT2和电阻RCTAT2、所述电阻RPTAT3和电阻RCTAT3、所述电阻RPTAT4和电阻RCTAT4、所述电阻RPTAT5和电阻RCTAT5、所述电阻RPTAT6和电阻RCTAT6各自两种阻值总和为1.25MΩ，所述电阻RPTAT1和电阻RCTAT1、所述电阻RPTAT2和电阻RCTAT2、所述电阻RPTAT3和电阻RCTAT3、所述电阻RPTAT4和电阻RCTAT4、所述电阻RPTAT5和电阻RCTAT5、所述电阻RPTAT6和电阻RCTAT6中每组电阻比例不同，所述比例设置为其对应的小温度区间下电阻温度系数接近为零的电阻值。
2.根据权利要求1所述的基于温度传感的松弛振荡器，其特征在于：所述振荡电路(4)包括电阻选择电路(6)和电容充放电电路(7)，所述振荡电路(4)的左侧电性连接有偏置电路(8)，所述偏置电路(8)包括电流源I和MOS管VT1，所述电流源I的正极分别与MOS管VT1的漏极和栅极电性连接，所述电阻选择电路(6)上并联有电容C3，所述电阻选择电路(6)和电容C3之间分别电性连接MOS管VT2 和MOS管VT3的源极，所述MOS管VT2的漏极分别电性连接MOS管VT4和MOS管VT5的漏极，所述MOS管VT5的源极电性连接电容C1，所述电容C1的正负极分别电性连接MOS管VT6的漏极和源极，所述MOS管VT3的漏极电性连接MOS管VT7和MOS管VT8，所述MOS管VT1的源极分别与MOS管VT4和MOS管VT7的源极电性连接，所述MOS管VT8的源极电性连接有电容C2，所述电容C2的正负极分别电性连接MOS管VT9的漏极和源极，所述电流源I、MOS管VT6的源极、电阻选择电路(6)的另一端、电容C3的负极、MOS管VT9的源极均接地，所述MOS管VT2和MOS管VT5的漏极之间电性连接有第一比较器(9)，且MOS管VT2和MOS管VT5的漏极与第一比较器(9)的正极电性连接，所述第一比较器(9)的负极与MOS管VT3和VT8的漏极之间电性连接，所述第一比较器(9)的输出端电性连接有第一反相器(10)，所述第一反相器(10)的输出端电性连接有第二反相器(11)，所述第二反相器(11)的输出端电性连接有SR触发器(12)，且第二反相器(11)的输出端与SR触发器(12)的S端电性连接，所述SR触发器(12)的R端与第一反相器(10)的输出端电性连接，所述SR触发器(12)的输出Q端分别与MOS管VT2、MOS管VT6和MOS管VT8的栅极电性连接，所述SR触发器(12)的输出Q非端分别与MOS管VT3、MOS管VT5和MOS管VT9的栅极电性连接，所述电容C1和电容C2的数值相等C1＝C2＝24pF，电容C3为滤波电容。
3.根据权利要求1所述的基于温度传感的松弛振荡器，其特征在于：所述温度传感器(1)包括CTAT电流产生电路(15)、参考电压产生电路(16)、电流相减电路(17)和PTAT电流产生电路(18)，所述CTAT电流产生电路(15)包括放大器M1、放大器M2、MOS管VT18、MOS管VT19和电阻PCTAT，所述放大器M1和放大器M2的输出端分别与MOS管VT18和MOS管VT19的栅极电性连接，所述放大器M1和放大器M2的正极分别与MOS管VT18和MOS管VT19的漏极并联，所述MOS管VT18和MOS管VT19的漏极之间电性连接有电阻PCTAT，所述参考电压产生电路(16)包括MOS管VT20、MOS管VT21和电阻R1，所述MOS管VT18和MOS管VT20的源极之间相互连接，所述MOS管VT20的漏极与电阻R1电性连接，所述电阻R1的另一端与MOS管VT19的源极电性连接，所述MOS管VT20的栅极分别与MOS管VT21的栅极和漏极电性连接，所述电流相减电路(17)包括MOS管VT22、MOS管VT23、MOS管VT24、MOS管VT25和MOS管VT26，所述MOS管VT22的漏极分别与MOS管VT20的栅极和MOS管VT21的漏极电性连接，所述MOS管VT22的栅极与MOS管VT23的栅极电性连接，所述MOS管VT23的漏极分别与MOS管VT24和MOS管VT25的漏极电性连接，所述MOS管VT24的栅极与放大器M1的输出端电性连接，所述MOS管VT25的栅极分别与MOS管VT26的栅极和漏极电性连接，所述MOS管VT26的漏极与MOS管VT27的漏极电性连接，所述PTAT电流产生电路(18)包括MOS管VT28、MOS管VT29、放大器M3和放大器M4，所述放大器M3的输出端分别与MOS管VT28和MOS管VT27的栅极电性连接，所述放大器M3的正极与MOS管VT28的漏极电性连接，所述放大器M4的输出端与MOS管VT29的栅极电性连接，所述放大器M4的正极与MOS管VT29的漏极电性连接，所述MOS管VT28和MOS管VT29的漏极之间电性连接有电阻RPTAT，所述MOS管VT18、MOS管VT20、MOS管VT21、MOS管VT24、MOS管VT27、MOS管VT28的源极均接高电平，所述MOS管VT19、电阻R1、MOS管VT22、MOS管VT23、MOS管VT25、MOS管VT26和MOS管VT29的源极均接地。
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