CN109962692A - 使用不精密部件的精密振荡器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及使用不精密部件的精密振荡器，并公开了一种振荡器内的修整部件，该振荡器包括：能够修整的电流源(图5，能够修整的电流源部件500)，其中能够修整的电流源包括可修整电阻器(图5，RDAC部件510)和可修整电流部件(图5，可修整电流部件520)；比较器(图1，比较器108)，该比较器包括耦接到能够修整的电流源(图1，电流源部件102)的第一输入端子和耦接到参考电压源的第二输入端子；开关，该开关耦接到第一输入端子和能够修整的电流源(图1，开关112或开关114)；以及能够修整的电容器(图1，电容器部件104或电容器部件106)，该能够修整的电容器耦接到开关，其中开关耦接在能够修整的电容器和能够修整的电流源之间。

Description

使用不精密部件的精密振荡器
背景技术
振荡器是产生周期性输出信号(诸如正弦波、方波或三角波)的电子设备。为了生成振荡输出信号，振荡器经常将从电源接收的直流(DC)转换成交流(AC)信号。通过利用振荡器的输出信号，电路设计师能够利用振荡器用于多种电子系统，范围为控制逻辑部件(例如，微处理器)的时钟生成、传输用于发射器设备的信号、产生音频声音，以及在蜂窝技术中实行载波合成。根据应用，振荡器可以展现不同的拓扑和性能参数。作为示例，电路设计师可以在音频合成应用中采用低频振荡器(例如，约20赫兹(Hz))，而射频(RF)振荡器产生在约100千赫兹(kHz)到100吉赫兹(GHz)的频率范围的输出信号。
在需要相对高精密和稳定的输出信号的某些应用中，电路设计师可能更喜欢外部振荡器而不是内部振荡器。由于设备对噪声和/或温度变化的敏感性，所以也称为零引脚振荡器的内部振荡器一般不太精密。内部振荡器的不精密缺点可能源于制备技术和工艺变化。例如，制造商可以使用多晶硅材料以制备内部振荡器内的部件诸如多晶硅电阻器部件。不幸的是，由于多晶硅材料的特性，基于多晶硅的部件可以具有随着操作温度改变影响部件的属性的相对高的温度系数(例如，对于多晶硅电阻器部件，约每摄氏度(℃)百万分之2500(ppm))。虽然制造商可以使用具有较低温度系统的其它类型的部件(诸如硅化物多晶硅电阻器部件(例如，约100ppm/℃-200ppm/℃))或零电阻温度系数(ZTCR)部件(例如，小于50ppm/℃)，但是制备具有更精密部件的内部振荡器的成本一般趋于更昂贵。因此，能够提高内部振荡器的准确性而不增加制备成本在制备精密振荡器中仍然很有价值。
发明内容
以下呈现了所公开的主题的简化概述，以便提供对本文公开的主题的一些方面的基本理解。该概述不是本文公开的技术的详尽介绍。该概述不旨在识别本发明的关键或重要元素，或勾画本发明的范围。该概述的唯一目的是以简化形式呈现一些概念作为稍后讨论的更详细描述的前奏。
在一个实施方式中，一种振荡器包括：能够修整的电流源，其中能够修整的电流源包括可修整电阻器和可修整电流部件；比较器，比较器包括耦接到能够修整的电流源的第一输入端子和耦接到参考电压源的第二输入端子；开关，开关耦接到第一输入端子和能够修整的电流源；以及能够修整的电容器，能够修整的电容器耦接到开关，其中开关耦接在能够修整的电容器和能够修整的电流源之间。
在另一实施方式中，一种振荡器包括：能够修整的电流源，能够修整的电流源被配置为：修整影响从能够修整的电流源生成的电容器充电电流的第一部分电流的一个或多个电阻值；并且修整第一部分电流以调整从能够修整的电流源生成的电容器充电电流中的第一部分电流的比例；比较器，比较器包括耦接到能够修整的电流源的第一输入端子和耦接到参考电压源的第二输入端子；以及能够修整的电容器，能够修整的电容器耦接到第一输入端子，其中能够修整的电容器被配置为实行控制能够修整的电容器的充电时间的电容器切换。
在又一实施方式中，一种方法包括：针对弛缓振荡器修整影响从位于弛缓振荡器内的能够修整的电流源生成的电容器充电电流的第一部分电流的一个或多个电阻值；针对弛缓振荡器修整第一部分电流以调整从能够修整的电流源生成的电容器充电电流中的第一部分电流的比例，其中电容器充电电流是第一部分电流和第二部分电流的组合；以及针对弛缓振荡器修整能够修整的电容器以实行控制能够修整的电容器的充电时间的电容器切换。
附图说明
为了各种示例的详细描述，现在将参考附图，在附图中：
图1是根据各种实施方式的振荡器的框图。
图2示出提供对应于图1中所示的振荡器的操作的波形曲线图的波形图。
图3是根据各种实施方式的另一振荡器的示意图。
图4示出包括对应于图3中所示的振荡器的操作的波形曲线图的波形图。
图5是被配置为实行电阻值修整和温度斜率修整的能够修整的电流源部件的实施方式的示意图。
图6是被配置为实行温度斜率修整以另外调谐电容器充电电流Ic的能够修整的电流源的实施方式的示意图。
图7是被配置为实行温度斜率修整以另外调谐电容器充电电流Ic的能够修整的电流源的另一实施方式的示意图。
图8是可修整电容器部件的实施例的示意图。
图9是用于修整精密振荡器内的多个部件以稳定且达到目标频率的方法的实施方式的流程图。
虽然将结合本文示出的说明性实施方式描述某些实施方式，但是本发明不限于那些实施方式。相反，所有替代方案、修改和等同物被包括在如由权利要求书限定的本发明的实质和范围内。在未按比例绘制的附图中，在整个描述中且在附图中对具有相同结构的部件和元件使用相同附图标记，并且带撇的附图标记用于其功能和构造与具有相同的不带撇的附图标记的那些部件和元件类似的部件和元件。
具体实施方式
在整个该描述和权利要求书中已经使用某些术语以指特定系统部件。如本领域技术人员将了解的，不同的主体可以用不同的名称来指部件。该文档不旨在将名称不同但功能相同的部件区分开。在本公开和权利要求书中，术语“包括”和“包含”以开放的方式使用，并且因此应被释义为意味着“包括但不限于……”。并且，术语“耦接”或“耦合”旨在意味着间接或直接有线或无线连接。因此，如果第一设备耦接到第二设备，则该连接可以通过直接连接或通过经由其它设备和连接的间接连接。详述“基于”旨在意味着“至少部分地基于”。因此，如果X基于Y，则X可以是Y和任何数量的其它因素的函数。除非明确定义，术语“一”、“一个”和“该”不旨在指单数实体，而是包括可以用于例示的具体示例的一般类别。术语“一”、“一个”的使用因此可以意味着至少一个的任何数量，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”。术语“或”意味着替代方案中的任一个和包括所有替代方案的替代方案的任何组合，除非替代方案被明确指示为相互排斥。短语“……中的至少一个”在与项目的列表组合时意味着来自列表的单个项目或列表中项目的任何组合。短语不需要所有列出的项目，除非明确定义。
上面的讨论不意味着示出本发明的原理和各种实施方式。一旦完全了解上面的公开内容，多个变化和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。旨在随附权利要求书被释义为涵盖所有此类变化和修改。
如本文使用的，术语“不精密部件”是指具有以下性质的部件：围绕标称工艺拐点大于±50％的变化、大于500ppm/℃的温度系数变化、大于1000ppm/℃标称温度系数或其任何组合。振荡器内的不精密部件可以允许振荡器的准确性在工艺、电压和温度(PVT)上超过±1％。不精密部件的示例是多晶硅电阻器部件，多晶硅电阻器部件可以具有约2500ppm/℃的标称温度系数，该标称温度系数可以在制备工艺中从1500ppm/℃变化到3300ppm/℃。也在本文中使用的，术语“精密部件”是指具有以下性质的部件：围绕标称工艺拐点小于±20％的变化、小于200ppm/℃温度系数或具备两者。振荡器内的精密部件可以允许振荡器的准确性在PVT上等于或小于±1％。精密部件的示例是硅化物多晶硅电阻器部件或零电阻温度系数(ZTCR)部件，硅化物多晶硅电阻器部件可以具有约100ppm/℃-200ppm/℃的温度系数，零电阻温度系数(ZTCR)部件可以具有小于约50ppm/℃的温度系数。
本文公开了各种示例实施方式以减少不包含精密部件的内部振荡器的操作变化。在一个或多个实施方式中，内部振荡器是弛缓振荡器，弛缓振荡器包括一个或多个比较器和对多个电容器充电的至少一个电流源。比较器被置于将电容器电压与一个或多个参考电压进行比较，以便生成一个或多个周期性输出信号。为了管理包括不精密部件(诸如多晶硅电阻器部件)的可变性效应，内部振荡器能够针对不精密部件中的至少一些实行修整操作。作为示例，内部振荡器可以用数字到模拟电路(DAC)(诸如电阻器DAC(RDAC)、电流DAC(IDAC)和电容器DAC(CDAC))实施修整操作。内部振荡器包括RDAC以修整和校正多晶硅电阻器部件的电阻值。为了进一步提高准确性，IDAC实行温度斜率修整以调整供应到电容器的充电电流的第一部分电流。具体地，温度斜率修整可以基于校正多晶硅电阻器部件的电阻器比率。在完成温度斜率修整之后，一个或多个CDAC可以修整充电电容器以校正由工艺和/或温度变化引起的任何剩余可变性或误差。
图1是根据各种实施方式的振荡器100的框图。在图1中，振荡器100是基于非晶体的振荡器，其包括电流源部件102、电容器部件104和电容器部件106、比较器108和数据(D)触发器110。电容器部件104和电容器部件106能够依赖于开关112和开关114处于闭合位置还是断开位置而耦接到比较器108的非反相端子。为了在比较器108的非反相端子处生成输入电压信号Vc，电流源部件102也耦接到比较器108的非反相输入端子，并且依赖于开关112和开关114的位置，对电容器部件104或电容器部件106充电。电容器部件104和电容器部件106也连接到开关116和开关118以允许电容器部件104和电容器部件106通过使其连接到接地参考而放电。比较器108包含耦接到供应参考电压VREF的参考功率电路(图1中未示出)的反相输入端子。比较器108的输出耦接到D触发器110的时钟(CK)输入以生成D触发器110的输出端子处标记为φ和振荡输出信号。输出信号φ表示振荡器100的输出信号的正电压半周期，并且输出信号表示振荡器100的输出信号的负电压半周期。输出信号连接到D触发器100的数据输入端子以形成反馈回路。
如图1所示，振荡器100为弛缓振荡器，弛缓振荡器实行电流电容器充电以生成电容器电压Vc，并且将电容器电压Vc与参考电压VREF进行比较。开关112、开关114、开关116和开关118依赖于振荡器110是生成正电压半周期(例如，高输出信号φ)还是负半周期(例如，高输出信号)作为振荡器100的输出信号而处于断开或闭合状态。当振荡器100产生正电压半周期时，开关112和开关118处于闭合位置，而开关114和开关116处于断开位置。在正电压半周期期间，电流源部件102经由开关112将电流供应到电容器部件104以生成电容器电压Vc。电容器电压Vc继续增加到电容器电压Vc满足和/或超过电压VREF的点。闭合开关118通过将开关连接到接地参考而对由电容器部件106存储的任何电荷进行放电。
在负电压半周期处，开关114和开关116处于闭合位置，而开关112和开关118处于断开位置。电流源部件102将电流提供到电容器部件106以生成电容器电压Vc。由于在正电压半周期期间电容器部件106进行放电，所以电容器部件106初始提供相对低的电容器电压Vc(例如，0伏特)。当电流源部件102经由开关114对电容器部件106进行充电时，电容器电压Vc增加。同时，电容器部件104通过闭合开关116且将电容器部件104连接到接地参考对任何存储的电荷放电。
图2示出提供对应于图1中所示的振荡器100的操作的波形曲线图202、波形曲线图204和波形曲线图206的波形图200。参考图1，波形曲线图202标绘在一段时间内电容器108的非反相端子处的电容器电压Vc；波形曲线图204标绘了与在相同时间段内在D触发器110处生成的正电压半周期相关联的输出信号φ；并且波形曲线图206标绘与在相同时间段内在D触发器110处生成的负电压半周期相关联的输出信号每当电容器电压Vc达到满足和/或超过参考电压VREF的电压时，比较器施加脉冲引起D触发器110改变状态。
如波形曲线图202中所示，电容器电压Vc具有类似于锯齿波形或不对称三角波形的重复模式。在锯齿波208处，开关112和开关118处于闭合位置以生成正电压半周期波216。在锯齿波208处Vc的电压增加表示电容器部件104由电流源部件102充电。表示电容器部件104的充电速率的锯齿波208的斜率依赖于电容器充电电流Ic和电容器部件104的电容。如上面参考图1讨论的，当电流源部件102对电容器部件104充电时，电容器部件106通过闭合开关118且断开开关114进行放电。
对于锯齿波210，开关114和开关116处于闭合位置以生成负电压半周期波220。锯齿波210中所示的电压Vc的下降对应于将开关114和开关116转变到闭合位置以及将开关112和开关118转变到断开位置。先前地，电容器部件106被放电到相对低的电压(例如，约0伏特)，引起电压Vc在锯齿波210的开始处下降。一旦开关112、开关114、开关116和开关118处于其更新的位置，电流源部件102然后就对电容器部件106充电；从而，增加供应到比较器108的电压Vc。对电容器部件106充电以增加电压Vc产生负电压半周期波220。表示电容器部件106的充电速率的锯齿波210的斜率依赖于电容器充电电流Ic和电容器部件106的电容。如波形曲线图202、波形曲线图204和波形曲线图206中所示，锯齿波208和锯齿波210继续在剩余的时间段内以相同的方式重复以继续生成输出信号φ和输出信号
精密振荡器一般产生相对高的精密和稳定的输出信号，诸如使输出信号被设置为精密并稳定的频率。返回参考图1，振荡器100的输出信号φ和输出信号的频率可以依赖于与电流源部件102相关联的电阻值的温度系数而变化。特别地，振荡器100的输出频率基于电流源部件102供应的电容器充电电流Ic、电容器部件104和电容部件器106的电容值，以及在比较器108的反相端子处供应的参考电压VREF。下面呈现的等式1具体地将振荡器100的频率值定义为：
在等式1中，Fout表示振荡器100的输出频率，该输出频率与输出信号φ和输出信号相关联；Ic表示由电流源部件102供应的电容器充电电流；C表示对应于充电电容器部件104和充电电容器部件106中的一个的充电电容值；并且VREF表示在比较器108的反相端子处供应的参考电压。电流源部件102供应电容器充电电流Ic，由参考电压VREF和电流源部件102的电阻值确定电容器充电电流Ic。下面呈现的等式2将电容器充电电流Ic定义为：
在等式2中，Ic表示由电流源部件102供应的电容器充电电流；VREF表示在比较器108的反相端子处供应的参考电压；并且R表示电流源部件102的电阻值。根据等式2，可如等式3中所示的重写等式1。
如等式3所示，振荡器100的输出频率基于电流源部件102的电阻值和对应的充电电容器部件104或充电电容器部件106的电容值。由于该依赖性，电流源部件102的电阻的温度系数可以影响振荡器100的输出频率的温度系数。
在一个或多个实施方式中，电流源部件102可以包括引起振荡器100的频率或时间周期具有相对大的变化的一个或多个不精密电阻器部件。例如，电流源部件102的电阻值可以基于多晶硅电阻器部件，多晶硅电阻器部件可以依赖于设备处于的工艺拐点处的操作温度和温度系数，潜在地引起约±30％的电阻值变化，并且引起围绕标称工艺拐点约-60％到约+90％变化。振荡器100还可以遭受来自其它部件(诸如电容器部件104和电容器部件106和比较器108)的变化的影响。作为示例，电容器104和/或电容器106可以具有约±20％的电容变化，并且比较器108可以具有由比较器延迟和其它裕度引起的约±5％的变化。由于来自一个或多个不精密部件的工艺变化，振荡器100的时间周期和频率可以总体从约-80％变化到约+200％。换句话说，振荡器100可以在输出频率上具有约13倍的最小到最大变化。
为了减少与制备电流源部件102相关联的工艺和温度变化的影响，电流源部件102和电容器部件104和电容器部件106可以被配置为可修整部件。在一个或多个实施方式中，电流源部件102能够实行补偿一个或多个不精密电阻器部件(例如，多晶硅电阻器部件)的工艺变化的电阻器修整。作为示例，电流源部件102可以通过利用可修整电阻器部件(诸如RDAC)，校正定义为VREF/R的电容器充电电流Ic的第一电流部分。图5提供关于电阻器修整的更多细节。此外，电流源部件102能够实行温度斜率修整以进一步调谐电容器充电电流Ic。电流源部件102可以利用可修整电流部件(诸如IDAC)来实施定义为VPTAT/R的电容器充电电流的第二电流部分，根据PTAT(与绝对温度成比例)电压生成该第二电流部分以生成目标电容器充电电流Ic。图6提供了关于温度斜率修整的更多细节。为了进一步提高振荡器100的精密度(例如，精密和稳定的频率)，电容器部件104和电容器部件106可以利用实行电容器修整以调谐电容值的电容器可修整部件。例如，每个电容器部件104和电容器部件106可以包括CDAC以调整电容值来获得振荡器100的目标频率。图7提供了用于电容器修整的更多细节。
图3是根据各种实施方式的另一振荡器300的示意图。类似于图1所示的振荡器100，振荡器300是包括电流源部件102的基于非晶体的弛缓振荡器，电流源部件102将充电电流提供到电容器部件104和电容器部件106。换句话说，振荡器300包括对温度和工艺变化敏感的不精密部件。振荡器300与振荡器100的不同之处在于：振荡器300包含两个比较器302和304以及设置-重置(SR)锁存器306。如图3所示，比较器302和比较器304的反相端子接收输入电压VREF。比较器302和比较器304的非反相端子各自连接到电容器104和电容器106中的一个，并且依赖于开关112和开关114断开还是闭合而连接到电流源部件102。作为示例，当开关112处于闭合位置且开关114处于断开位置时，比较器302的非反相端子连接到电流源部件102和电容器部件104。在另一示例中，当开关114处于闭合位置且开关112处于断开位置时，比较器304的非反相端子连接到电流源部件102和电容器部件106。比较器302的输出连接到SR锁存器306的重置输入端子，并且比较器304的输出连接到SR锁存器306的设置输入端子。基于所接收的输入，SR锁存器306生成输出信号φ和输出信号
图4示出包括对应于振荡器300的操作的波形曲线图402、波形曲线图404和波形曲线图406的波形图400。波形曲线图402标绘与一段时间内在SR锁存器306的Q输出端子处生成的正电压半周期相关联的输出信号φ；波形曲线图404标绘与SR锁存器306的输出端子处生成的负电压半周期相关联的输出信号波形曲线图406标绘了在比较器302的非反相端子处的电容器电压X(图3中所示的)；并且波形408与比较器304的非反相端子处的电容器电压Y(图3中所示的)有关。
如波形曲线图402和波形曲线图404中所示的，电容器电压X从相对低的电压(例如，0伏特)开始，并且电容器电压Y产生锯齿波416。当电容器电压Y满足和/或超过参考电压VREF时，比较器304对SR锁存器306施以脉冲且引起SR锁存器306改变状态。随后，电容器电压X转变到锯齿波414，并且电容器电压Y转变到相对低的电压。类似于电容器电压Y，当电容器电压X满足和/或超过参考电压VREF时，比较器302对SR锁存器306施以脉冲并且引起SR锁存器306改变状态。在锯齿波414处，开关112和开关118处于闭合位置，并且开关114和开关116处于断开位置以生成正电压半周期波。在锯齿波416处，开关112和开关118处于断开位置，并且开关114和开关116处于闭合位置以生成负电压半周期波。
返回参考图3，为了减少与制备电流源部件102相关联的工艺和温度变化的影响，振荡器300能够在电流源部件102和电容器部件104和电容器部件106处实行修整操作。振荡器300可以实施修整振荡器300内的多个部件的修整电路，而不是利用单个幅度修整电路以在±1％的准确性内修整振荡器300的频率。电流源部件102包括可修整电阻器部件，可修整电阻器部件可以被修整以补偿一个或多个不精密电阻器部件(例如，多晶硅电阻器部件)的工艺变化。此外，电流源部件102包括可修整电流部件，可修整电流部件实行温度斜率修整以通过补偿温度系数变化而进一步调谐电容器充电电流Ic。为了提高振荡器300的精密度和稳定性，电容器部件104和电容器部件106还可以包括调谐电容值的可修整电容器部件。参考图5-图7，其中更详细讨论了不同的修整操作。
虽然图1和图3示出振荡器100和振荡器300的具体实施方式，但是所公开的修整操作不限于图1和图3中示出的具体实施方式。例如，可以使用多种不同类型的电气开关(诸如场效应晶体管(FET))实施图1和图3内的开关112、开关114、开关116和开关18。FET的示例包括但不限于增强的n沟道金属氧化物半导体场效应(NMOS)晶体管、其它类型的NMOS晶体管、n型结栅极场效应晶体管(NJFET)和双极结型晶体管(BJT)(例如，NPN晶体管)。此外，弛缓振荡器可以采用另一触发器类型部件、锁存器类型部件或被配置为存储状态信息且生成多个稳定状态的一些其它类型的电气电路，而不是利用D触发器或SR锁存器。图1和图3的使用和讨论仅是用以方便描述和解释的示例。
图5是被配置为实行电阻值修整和温度斜率修整的能够修整的电流源部件500的实施方式的示意图。如先前讨论的，可以用创建具有相对大的温度系数的不精密部件(继而基于温度使电容器充电电流Ic变化)的制备和/或工艺技术来制备能够修整的电流源部件500。为了补偿相对大的工艺变化和温度系数，能够修整的电流源部件500能够使用RDAC部件504和RDAC部件510实行电阻值修整，并且使用作为偏置电路519的一部分的可修整电流部件520实行温度斜率修整。将在图6中更详细地讨论用可修整电流部件520(诸如补偿温度系数变化的IDAC部件)的温度斜率修整。RDAC部件504和RDAC部件510可以一起修整以获得目标电阻值以解决工艺变化。
在图5中，RDAC部件504具有连接到放大器502的反相端子的一个端部和连接到放大器506的非反相端子的相对端部。连接到放大器502的反相端子的RDAC部件504的端部也连接到晶体管522的源极节点。RDAC部件510具有连接到放大器508的反相端子和晶体管525的源极节点的一个端部。RDAC部件510的相对端部连接到接地参考。恒定电压VCON表示供应到放大器508的反相端子的电压，并且也表示RDAC部件510两端的电压降。
在一个或多个实施方式中，RDAC部件504和RDAC部件510是具有相对大的工艺变化的不精密部件(例如，多晶硅电阻器部件)。RDAC部件504和RDAC部件510被配置为调整其电阻值，以便抵消与每个部件相关联的相对大的工艺变化。在一个或多个实施方式中，RDAC部件504和RDAC部件510可以为具有范围从-60％到+90％的工艺变化的多晶硅电阻器部件。如图5所示，由于充电电流Ic的第一电流部分ICON等于VCON/RRDAC，所以RDAC部件510中的任何电阻变化影响所生成的第一电流部分ICON。为了补偿由工艺变化引起的变化的电阻值，RDAC部件510通过修整到电阻值RRDAC，校正第一电流部分ICON。能够修整的电流源部件500可以在指定温度(例如，室温)下将RDAC部件504和RDAC部件510修整到在目标电阻值的期望的准确性范围内(例如，在5％-6％准确性内)的电阻值RRDAC。作为示例，由于工艺变化，当目标电阻值被设置为1.00千欧时，RDAC部件510可以在室温下具有1.20千欧的电阻值。RDAC部件510实行电阻器修整以将实际电阻值RRDAC降低到小于或等于1.05千欧。图5也示出了RDAC部件504实行类似的电阻器修整以具有与电阻值RRDAC匹配的电阻值。
为了确定RDAC部件504和RDAC部件510的电阻值是否已经漂移远离目标电阻值RRDAC，能够修整的电流源部件500包括修整系统514和电阻器修整控件512。修整系统514包括在指定温度(例如，室温)下测量第一电流部分ICON的电流测量部件516(例如，电流计)。为了测量第一电流部分ICON，电阻器修整控件512将开关518设置为闭合状态以允许电流流到电流测量部件516。当开关518处于闭合状态时，晶体管532将第一部分电流ICON镜像到修整系统514的测试引脚534用于测量。基于镜像第一部分电流ICON的所测量的电流，修整系统514确定RDAC部件510的所测量的电阻值与目标电阻值之间的偏移。修整系统514然后将电阻偏移转化为电阻器修整位以供应到电阻器修整控件512。电阻器修整控件512利用电阻器修整位将RDAC部件510的电阻值调整为更靠近目标电阻值。电阻器修整控件512还基于所测量的电流将RDAC部件504的电阻值调整到目标电阻值。
在一个或多个实施方式中，为了调整电阻值，RDAC部件504和RDAC部件510中的每个可以包括多个开关528，多个开关528设置哪些电阻器526串联连接到固定电阻器530。在图5中，每个电阻器526被设置为具有相同的电阻值ΔR以从固定电阻值RFIX增加电阻。在其它实施方式中，每个电阻器526可以被设置为不同的电阻值(诸如ΔR、Δ2R和/或Δ4R)以增加RDAC部件504和RDAC部件510的电阻。基于电阻器修整位，电阻器修整控件512将开关528设置到断开位置或闭合位置。例如，电阻器修整控件512可以接收指示仅具有电阻值RFIX的固定电阻器530应该连接到放大器508的反相端子的电阻器修整位。在另一实例中，电阻器修整控件512可以接收指示电阻器526中的两个应该串联连接到固定电阻器530以更靠近目标电阻值的电阻器修整位。
图6是被配置为实行温度斜率修整以补偿与生成电容器充电电流Ic相关的温度变化的能够修整的电流源600的实施方式的示意图。如先前在等式1中提及的，振荡器的频率依赖于电容器充电电流Ic。增加电容器充电电流Ic会增加振荡器的频率。特别地，参考图2，增加电容器充电电流Ic会增加锯齿波208和锯齿波210的斜率，这允许电容器电压Vc在更短的时间帧内等于和/或超过参考电压VREF。相反，减小电容器充电电流Ic将减小振荡器的频率，其减小锯齿波208和锯齿波210的斜率。一旦能够修整的电流源600修整RDAC部件504和RDAC部件510以补偿部件的工艺变化，能够修整的电流源600就获得VCON和VPTAT的正确比率以减少温度变化，并且产生目标电容器充电电流Ic。
电容器充电电流Ic从成比例的电流ICON和电流IPTAT的组合导出。下面呈现的等式4定义电容器充电电流Ic。
在等式4中，β表示斜率修整系数；Ic表示由电流源部件102供应的电容器充电电流；VCON表示在放大器508处接收的电压和RDAC部件510两端的电压降；VPTAT表示RDAC部件504两端的电压降；并且RRDAC表示RDAC部件504和RDAC部件510的修整的电阻值。关于等式4内的β，当斜率修整码改变时，β也将改变，以便操纵频率的总体斜率。基于等式4，电容器充电电流Ic是电流IPTAT和成比例的电流ICON的总和。
根据等式4，可以如等式5和等式6中所示的重写等式1以确定振荡器的频率。
在等式5和等式6中，Fout表示振荡器的输出频率；Ic表示由电流源部件102供应的电容器充电电流；VCON表示在放大器508处接收的恒定电压和RDAC部件510两端的电压降；VPTAT表示RDAC部件504两端的电压降；RRDAC表示RDAC部件504和RDAC部件510的修整的电阻值；VREF表示供应到比较器的参考电压；并且C表示对应的充电电容器部件(例如，图1和图3中的电容器部件104和电容器部件106中的一个)的电容值。基于等式6，VCON和VPTAT的比率影响振荡器的输出频率。
PTAT电流可以容易地从带隙得到，并且/或者可以根据从带隙获得的PTAT电压导出。在图6中，单个带隙电路用于生成恒定电压VCON和两个电压VBG和电压VBE。回想(recall)恒定电压VCON被供应到放大器508的非反相端子。电压VBG被供应到放大器502的非反相端子，并且电压VBE被供应到放大器506的反相端子。电压VCON和电压VBG具有恒定电压，而电压VBE随温度具有负斜率。电压VPTAT等于电压VBG和电压VBE之间的差值。带隙电压的准确性依赖于电阻器比率而不是绝对电阻值，并且由此，带隙设计中使用的电阻器可以为不精密部件(例如，用于RRDAC部件504和RRDAC部件510中的相同类型的电阻器)，而不需要具有精密电阻器的精密电路。如图6所示，与温度成比例地减少的与绝对温度互补(CTAT)电路不用于生成目标电容器充电电流Ic。
能够修整的电流源600利用可修整电流部件520以实行减少振荡器的频率的温度系数的温度斜率修整。作为示例，可修整电流部件520可以为IDAC，IDAC校正电压VCON和电压VPTAT的比率以获得有助于实现精密和稳定的振荡器频率的目标电容器充电电流Ic。在图6中，可修整电流部件520被配置为通过数字控制修改电流ICON。在可修整电流码用于IDAC的实施方式中，能够修整的电流源600可以调整可修整电流码(例如，IDAC码)以调谐IDAC，以便增加或减小比例电流ICON。增加电流ICON的比例减少了振荡器的频率的总体温度斜率。相反，减小电流ICON的比例将增加振荡器的频率的总体温度斜率。如图6所示，为了增加或减小电流ICON的比例，可修整电流部件520充当电流镜，该电流镜启用晶体管604中的一个或多个以获得期望的第一部分电流ICON。开关606用于通过基于可修整电流码将开关设置为断开状态或闭合状态而启用可修整电流部件520内的晶体管604。
图7示出利用可修整电流部件720以实行减少振荡器的频率的温度系数的温度斜率修整的能够修整的电流源700。类似于图6，可修整电流部件720可以为IDAC，IDAC校正电压VCON和电压VPTAT的比率以获得有助于实现精密和稳定的振荡器频率的目标电容器充电电流Ic。相比于图6，可修整电流部件720被配置为通过数字控制修改电流IPTAT。在可修整电流码是IDAC的实施方式中，能够修整的电流源700可以调整可修整电流码(例如，IDAC码)以调谐IDAC，以便增加或减小比例电流IPTAT。增加电流IPTAT的比例增加了振荡器的频率的总体温度斜率。相反，减小电流IPTAT的比例将减小振荡器的频率的总体温度斜率。如图7所示，为了增加或减小电流IPTAT的比例，可修整电流部件720充当电流镜，该电流镜启用晶体管704中的一个或多个以获得期望的第二部分电流IPTAT。开关606用于通过基于可修整电流码将开关设置为断开状态或闭合状态而启用可修整电流部件720内的晶体管704。
图8是可修整电容器部件804和可修整电容器部件806的实施例的示意图。使用图1作为示例，可修整电容器部件804和可修整电容器部件806分别对应于电容器部件104和电容器部件106或为电容器部件104和电容器部件106的一部分。在实行温度斜率修整之后，可以用可修整电容器部件804和可修整电容器部件806校正用于实现振荡器的目标输出频率的剩余幅度误差。回想图6中，能够修整的电流源600实行温度斜率修整。当实施温度斜率修整以校正振荡器的频率的温度斜率时，第一比例电流ICON的增加趋于增加振荡器的频率幅度，并且减小第一比例电流ICON趋于减小频率幅度。频率幅度的增加和减小可以引起频率的残余幅度误差，可以使用可修整电容器部件804和可修整电容器部件806校正频率的残余幅度误差。
在一个或多个实施方式中，每个可修整电容器部件804和可修整电容器部件806为修整充电电容器的CDAC。使用图8作为示例，可修整电容器部件804和可修整电容器部件806包括两个10位分割CDAC阵列，其中两个10位分割CDAC阵列彼此相同，并且利用相同的10位修整码以调节电容充电时间。可修整电容器部件804和可修整电容器部件806均被配置为包括具有固定电容Cfix的电容器808，电容器808与具有电容C的电容器830并联连接。电容器832串联连接到电容器808和电容器830，并且具有电容32C/31。两个10位分割CDAC阵列包括分别具有电容16C、8C、4C、2C、C、16C、8C、4C、2C和C的电容器810、电容器812、电容器814、电容器816、电容器818、电容器820、电容器822、电容器824、电容器826和电容器828。10位分割CDAC阵列的其它实施例可以被配置为为电容器810、电容器812、电容器814、电容器816、电容器818、电容器820、电容器822、电容器824、电容器826和电容器828分配不同电容值。
图8示出可修整电容器部件804和可修整电容器部件806利用具有位b9:0的10位修整码实行电容器810、电容器812、电容器814、电容器816、电容器818、电容器820、电容器822、电容器824、电容器826、电容器828的电容器切换。如图8所示，电容器810、电容器812、电容器814和电容器816是CDAC阵列的对应于10位修整码的最高有效位的部分，并且电容器818、电容器820、电容器822、电容器824和电容器826是CDAC阵列的对应于10位修整码的最低有效位的部分。具体地，电容器810、电容器812、电容器814和电容器816表示修整位b9:5，并且电容器818、电容器820、电容器822、电容器824和电容器826表示10位修整码的修整位b4:0。电容器810、电容器812、电容器814、电容器816、电容器818、电容器820、电容器822、电容器824、电容器826和电容器828的底板可以依赖于其对应的修整位b9:0是否被设置为指定的逻辑值(例如，逻辑值1)而从接地切换到参考电压VREF。作为示例，如果10位修整码的位b9被设置为逻辑值1，则电容器810的底板连接到参考电压VREF。替代地，如果10位修整码的位b9被设置为逻辑值0，则电容器810的底板连接到接地参考。
在一个半周期(例如，正电压半周期)中，CDAC阵列中的一个的电容器810、电容器812、电容器814、电容器816、电容器818、电容器820、电容器822、电容器824、电容器826和电容器828将接地且放电，而在另一CDAC阵列中，电容器810、电容器812、电容器814、电容器816、电容器818、电容器820、电容器822、电容器824、电容器826和电容器828的底板从接地(例如，0伏特)切换到参考电压VREF。在下一个半周期(例如，负电压半周期)中，CDAC阵列的角色将被反转。通过使电容器810、电容器812、电容器814、电容器816、电容器818、电容器820、电容器822、电容器824、电容器826和电容器828的底板从接地(例如，0伏特)切换到参考电压VREF，图8中的节点A和节点B被预先充电到VREF的一小部分。预先充电到VREF的一小部分继而控制可修整电容器部件804和可修整电容器部件806的充电时间、振荡器的时间周期和振荡器的频率。下面呈现的等式7定义基于10位修整码的电容器充电电流Ic。
在等式7中，T表示振荡器的时间周期；Ic表示由电流源部件供应的电容器充电电流；VREF表示供应到比较器的参考电压；Cfix表示CDAC内的电容器808的电容值；C表示电容器818和电容器828的电容值；并且bm表示10位修整码的修整位。等式7可以相应地基于修整位的数量进行修改。
虽然图8示出利用10位修整码的CDAC阵列，但是其它实施例可以依赖于修整范围使用其它修整码长度。作为示例，振荡器可以包括提供较低修整分辨率的一个或多个8位CDAC阵列，而不是使用一个或多个10位分割CDAC阵列。在8位CDAC阵列内，位b7:0可以与变化的电容值相关联。在一个实施方式中，位b0到位b7可以分别具有C、2C、4C、8C、16C、32C、64C和128C的电容值。振荡器可以使用8位CDAC而不是10位分割CDAC阵列，这依赖于可修整电容器部件804和可修整电容器部件806的工艺技术和/或比较器延迟量。
图9是用于修整精密振荡器内的多个部件以稳定且达到目标频率的方法900的实施方式的流程图。使用图1和图3作为示例，方法900可以被实施用于振荡器100和振荡器300。方法900也可以应用于利用电流源以对电容器充电且将电容器电压与参考电压进行比较的其它类型的弛缓振荡器。方法900开始于框902以修整电流源部件内的一个或多个可修整电阻器部件以补偿可修整电阻器部件的工艺变化。参考图5，方法900实行修整以使用RDAC部件504和RDAC部件510补偿源于工艺变化的变化的电阻值。方法900可以确定RDAC部件504和RDAC部件510的电阻值是否在目标范围之外(例如，在目标电阻值的5％-6％内)。如果是，则方法900将电阻偏移转化为电阻器修整位以将RDAC部件504和RDAC部件510的电阻值调整为更靠近目标电阻值。
方法900然后可以移动到框904，并且在电流源部件内实行温度斜率修整以补偿振荡器的频率温度系数。回想图6中，电容器充电电流Ic影响振荡器的频率。方法900实行温度斜率修整以获得第一电流部分ICON和第二电流部分IPTAT之间的正确比率。换句话说，方法900可以增加或减小恒定电流ICON的比例，以达到振荡器的目标频率输出。方法900然后可以继续到框906，并且修整一个或多个电容器部件内的残余幅度误差。如上面参考图9讨论的，方法900可以使用修整充电电容器的CDAC实施框906。在一个或多个实施方式中，方法900可以根据10位修整码修整电容，10位修整码将CDAC阵列内的电容器的底板从接地(例如，0伏特)切换到参考电压VREF。其它实施例可以利用其它修整码分辨率，诸如9位修整码。
公开了至少一个实施例，并且由本领域的普通技术人员作出的(多个)实施例和/或(多个)实施例的特征的变化、组合和/或修改在本公开的范围内。由组合、集成和/或省略(多个)实施例的特征产生的替代实施例也在本公开的范围内。在清楚陈述数值范围或限制的情况下，此类清楚范围或限制可以被理解为包括落入清楚陈述的范围或限制内的相似幅度的迭代范围或限制(例如，从约1到约10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等)。除非另外陈述，否则术语“约”的使用意味着后续数字的±10％。
虽然已经在本公开中提供若干个实施例，但是应当理解，所公开的系统和方法可以以许多其它具体形式体现，而不脱离本公开的实质或范围。本示例将被认为是说明性的且不是限定性的，并且本发明不限于本文给出的细节。例如，各种元件或部件可以组合或集成在另一系统中，或者可以省略或不实施某些特征。
此外，各种实施例中描述和示出为分立的或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法组合或集成，而不脱离本公开的范围。示出为或讨论为彼此耦接或彼此直接耦接或彼此通信的其它项目可以通过一些接口、设备或中间部件以电气、机械或其它方式间接耦接或通信。

Claims (20)

1.一种振荡器，其包括：
能够修整的电流源，其中所述能够修整的电流源包括可修整电阻器和可修整电流部件；
比较器，所述比较器包括耦接到所述能够修整的电流源的第一输入端子和耦接到参考电压源的第二输入端子；
开关，所述开关耦接到所述第一输入端子和所述能够修整的电流源；以及
能够修整的电容器，所述能够修整的电容器耦接到所述开关，其中所述开关耦接在所述能够修整的电容器和所述能够修整的电流源之间。
2.根据权利要求1所述的振荡器，还包括：
第二开关，所述第二开关耦接到所述第一输入端子和所述能够修整的电流源；以及
第二能够修整的电容器，所述第二能够修整的电容器耦接到所述第一输入端子，其中所述第二开关被定位在所述能够修整的电容器和所述能够修整的电流源之间。
3.根据权利要求1所述的振荡器，还包括触发器部件，其中所述比较器的输出端子耦接到所述触发器部件的输入。
4.根据权利要求1所述的振荡器，还包括：
第二比较器，所述第二比较器包括第三输入端子和第四输出端子，其中所述第四输入端子耦接到所述参考电压源；以及
第二开关，所述第二开关耦接在所述能够修整的电流源和所述第二比较器的所述第三输入端子之间。
5.根据权利要求4所述的振荡器，还包括第二能够修整的电容器，所述第二能够修整的电容器耦接到所述第三输入端子。
6.根据权利要求4所述的振荡器，还包括触发器，其中所述比较器的输出端子耦接到所述触发器的输入，并且所述第二比较器的输出端子耦接到所述触发器的第二输入。
7.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述可修整电阻器包括电阻器数字到模拟电路即RDAC，并且所述可修整电流部件包括电流数字到模拟电路即IDAC。
8.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述能够修整的电流源包括第二可修整电阻器。
9.根据权利要求8所述的振荡器，其中所述可修整电阻器和所述第二可修整电阻器是不精密电阻器。
10.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述能够修整的电容器是电容器数字到模拟电路即CDAC。
11.一种振荡器，其包括：
能够修整的电流源，所述能够修整的电流源被配置为：
修整影响从所述能够修整的电流源生成的电容器充电电流的第一部分电流的一个或多个电阻值；以及
修整所述第一部分电流以调整从所述能够修整的电流源生成的所述电容器充电电流中的所述第一部分电流的比例；
比较器，所述比较器包括耦接到所述能够修整的电流源的第一输入端子和耦接到参考电压源的第二输入端子；以及
能够修整的电容器，所述能够修整的电容器耦接到所述第一输入端子，其中所述能够修整的电容器被配置为实行控制所述能够修整的电容器的充电时间的电容器切换。
12.根据权利要求11所述的振荡器，其中所述能够修整的电流源包括电阻器数字到模拟电路即RDAC和电流数字到模拟电路即IDAC。
13.根据权利要求12所述的振荡器，其中所述RDAC包括多个多晶硅电阻器。
14.根据权利要求11所述的振荡器，其中所述能够修整的电流源被配置为生成所述电容器充电电流的第二部分电流的比例项，所述第二部分电流与所述第一部分电流组合以形成所述电容器充电电流。
15.根据权利要求11所述的振荡器，其中所述能够修整的电容器为电容器数字到模拟电路即CDAC。
16.根据权利要求15所述的振荡器，其中所述CDAC包括10位分割CDAC阵列。
17.一种方法，其包括：
针对弛缓振荡器修整影响从位于所述弛缓振荡器内的能够修整的电流源生成的电容器充电电流的第一部分电流的一个或多个电阻值；
针对所述弛缓振荡器修整所述第一部分电流以调整从所述能够修整的电流源生成的所述电容器充电电流中的所述第一部分电流的比例，其中所述电容器充电电流是所述第一部分电流和第二部分电流的组合；以及
针对所述弛缓振荡器修整能够修整的电容器以实行控制所述能够修整的电容器的充电时间的电容器切换。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述能够修整的电流源包括用于修整所述一个或多个电阻值的电阻器数字到模拟电路即RDAC，以及用于修整所述第一部分电流以调整所述电容器充电电流中的所述第一部分电流的所述比例的电流数字到模拟电路即IDAC。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述能够修整的电容器为电容器数字到模拟电路即CDAC。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述CDAC包括10位分割CDAC阵列。
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