CN110581688B - 震荡器电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种震荡器电路，包括一信号产生电路以及一参考电压产生电路。信号产生电路接收一参考电压，并且根据参考电压与一反馈电压的一比较结果产生一输出信号，其中反馈电压预先被充电至一系统高电平。参考电压产生电路耦接至信号产生电路，用以产生参考电压。本发明所提出的震荡器电路，输出信号的频率/周期可因应工艺、电压或温度的变异被适应性地调整，用以补偿工艺、电压或温度变异对于震荡频率造成的影响，有效地解决现有技术的缺陷。

Description

震荡器电路

技术领域

本发明是关于一种震荡器电路，特别是包含一种可有效补偿工艺、电压或温度变异的震荡器电路。

背景技术

工艺、电压及温度(process,voltage,and temperature，缩写为PVT)变异是影响集成电路性能的关键因素之一。例如，工艺、电压或温度变异可相应地导致时脉信号的振荡频率的改变。然而，时脉信号的生成对于任何电子系统都是重要的组成部分。特别是，对于由系统时脉所驱动的电路，其性能将进一步受到时脉信号的频率变化所影响。例如，根据时脉信号运作的电荷泵(Charge Pump)电路，当时脉信号的震荡频率较高时，电荷泵电路的驱动能力较强，而当震荡频率较低时，电荷泵电路的驱动能力较弱。

当电荷泵电路的驱动能力不足时，一种解决方法是增加电荷泵电路的数量。然而，电路面积也会相应地增加。另一种解决方法是提高时脉信号的震荡频率。然而，对于工艺快速角落(fast corner)的情况，由于驱动能力被过度地增强，会导致电压过高的问题。

为了克服工艺、电压或温度变异对于震荡频率造成不乐见的影响，本发明提出一种新的震荡器电路架构，其可有效补偿工艺、电压或温度变异对于震荡频率造成的影响。

发明内容

本发明揭露一种震荡器电路，包括一信号产生电路以及一参考电压产生电路。信号产生电路接收一参考电压，并且根据参考电压与一反馈电压的一比较结果产生一输出信号，其中反馈电压预先被充电至一系统高电平。参考电压产生电路，耦接至信号产生电路，用以产生参考电压。

本发明揭露一种震荡器电路，包括一信号产生电路以及一参考电压产生电路。信号产生电路接收一参考电压，并且根据参考电压与一反馈电压的一比较结果产生一输出信号，其中信号产生电路包括一电容，电容因应输出信号的一电平反复地被放电或充电，用以于一端点产生反馈电压。参考电压产生电路耦接至信号产生电路，用以产生参考电压。

本发明所提出的震荡器电路，输出信号的频率/周期可因应工艺、电压或温度的变异被适应性地调整，用以补偿工艺、电压或温度变异对于震荡频率造成的影响，有效地解决现有技术的缺陷。

附图说明

图1是显示根据本发明的一实施例所述的震荡器电路的方块图。

图2是显示根据本发明的一实施例所述的震荡器电路的详细电路图。

图3是显示根据本发明的一实施例所述的输出信号VOUT以及反馈电压VFB的一范例波形图。

图4是显示根据本发明的另一实施例所述的震荡器电路的详细电路图。

图5是显示根据本发明的又另一实施例所述的震荡器电路的详细电路图。

图6是显示根据本发明的又另一实施例所述的震荡器电路的详细电路图。

图7是显示根据本发明的又另一实施例所述的震荡器电路的详细电路图。

附图标号

100、200、400、500、600、700～震荡器电路；

110、210～信号产生电路；

111、211～充/放电电路；

112、212～比较电路；

120、220～参考电压产生电路；

C～电容；

D1～二极管；

I1、I2～电流源；

N1～端点；

SW～开关；

T1、T2、T3、T4～晶体管；

VDD～系统高电压；

VFB～反馈电压；

VREF～参考电压；

VOUT～输出信号。

具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，应理解下列实施例可经由软件、硬件、固件、或上述任意组合来实现。

图1是显示根据本发明的一实施例所述的震荡器电路的方块图。震荡器电路100可包括一信号产生电路110以及一参考电压产生电路120。参考电压产生电路120耦接至信号产生电路110，用以产生一参考电压VREF。信号产生电路110接收参考电压VREF，并且根据参考电压VREF与一反馈电压VFB的一比较结果产生一输出信号VOUT。输出信号VOUT可为包含多个脉冲的一时脉信号或一震荡信号，其中该等脉冲根据所述比较结果反复地或周期性地被产生，并且其中输出信号VOUT的一周期可由相邻的两个脉冲的上升缘/下降缘被生成的时间差而决定。

根据本发明的一实施例，信号产生电路110可包括一充/放电电路111与一比较电路112。充/放电电路111与比较电路112耦接于一端点N1，并且包括耦接至端点N1的一电容(未示于图1)。充/放电电路111根据输出信号VOUT的电平控制上述的电容进行放电或充电，用以于端点N1产生反馈电压VFB。比较电路112接收参考电压VREF与反馈电压VFB，比较参考电压VREF与反馈电压VFB的电平以产生所述比较结果，并且根据所述比较结果产生输出信号VOUT。

根据本发明的一实施例，震荡器电路100可接收一系统高电压VDD，并且反馈电压VFB可预先被充电至系统高电压VDD的一系统高电平，用以于震荡器电路100开始运作后，自系统高电平开始放电。比较电路112持续比较参考电压VREF与反馈电压VFB的电平，当比较结果改变时，输出信号VOUT的电平也会随之改变，进而产生输出信号VOUT的脉冲。因应输出信号VOUT的脉冲产生，信号产生电路110可再将反馈电压VFB充电至系统高电平，使其可再度自系统高电平放电。藉此往复的操作，反馈电压VFB可因应输出信号VOUT的电平变化反复地增减，进而使输出信号VOUT依序产生多个脉冲。由于输出信号VOUT包含多个反复地或周期性地被产生的脉冲，因此，输出信号VOUT可作为一基础的时脉信号或震荡信号，并提供给其他电路(例如，电荷泵电路)使用。

图2是显示根据本发明的一实施例所述的震荡器电路的详细电路图。震荡器电路200可包括一信号产生电路210以及一参考电压产生电路220。参考电压产生电路220耦接至信号产生电路210，用以产生一参考电压VREF。信号产生电路210接收参考电压VREF，并且根据参考电压VREF与反馈电压VFB的一比较结果产生一输出信号VOUT。

根据本发明的一实施例，信号产生电路210可包括一充/放电电路211与一比较电路212。充/放电电路211可包括一电容C、一第一电流源I1以及一开关SW。电容C与第一电流源I1平行耦接于端点N1与一接地点之间。开关SW耦接于提供系统高电压VDD的电压供应端与端点N1之间，并且其切换受控于输出信号VOUT的电平。比较电路212包括一比较器，比较器接收参考电压VREF与反馈电压VFB，比较参考电压VREF与反馈电压VFB的电平以产生所述比较结果，并且根据所述比较结果产生输出信号VOUT。

根据本发明的一实施例，开关SW可预先被关闭，用以充电电容C，使得反馈电压VFB可预先被拉高至系统高电平，此时，反馈电压VFB的电压高于参考电压VREF的一电平。于震荡器电路200开始运作时，开关SW被打开，使得存储于电容C的电荷通过第一电流源I1开始放电。当反馈电压VFB的电压持续下降至低于参考电压VREF的电平时，比较器的比较结果也会跟着改变，进而改变输出信号VOUT的电平。

因应输出信号VOUT的电平变化，开关SW被关闭，用以于VDD电压供应端与端点N1之间形成短路，使得端点N1的反馈电压VFB可再被系统高电压VDD充电至系统高电平。当反馈电压VFB上升至高于参考电压VREF的电平时，所述比较结果会再度被改变，进而改变输出信号VOUT的电平，使得开关SW被打开，并且存储于电容C的电荷再度通过第一电流源I1开始放电。藉此往复的操作，电容C可因应输出信号VOUT的电平反复地被放电或充电，使得反馈电压VFB的电平可对应反复地增减，并且变化于系统高电平VDD与参考电压VREF的电平之间，进而使比较器依序产生输出信号VOUT的多个脉冲。

根据本发明的一实施例，开关SW可由一个或多个晶体管实施，其中该(等)晶体管可包含一控制极或控制端点用以接收输出信号VOUT。

图3是显示根据本发明的一实施例所述的输出信号VOUT以及反馈电压VFB的一范例波形图。如图所示，反馈电压VFB的一电平反复地变化于系统高电平VDD与参考电压VREF的电平之间。此外，当反馈电压VFB大于或等于参考电压VREF时，输出信号VOUT具有低电平。当反馈电压VFB小于参考电压VREF时，输出信号VOUT具有高电平(被拉高)，直到检测到反馈电压VFB不小于参考电压VREF时，输出信号VOUT会再被拉低至低电平，进而产生所述的脉冲。

当输出信号VOUT具有低电平时，开关SW会被打开以形成开路，使得存储于电容C的电荷可通过第一电流源I1放电。当输出信号VOUT具有高电平时，开关SW会被关闭以形成短路，使得端点N1的反馈电压VFB可被充电至系统高电平。

根据本发明的一实施例，输出信号VOUT的周期随着系统高电平变化而改变。举例而言，当系统高电平提高时，由于反馈电压VFB被充电至系统高电平及被放电至参考电压VREF的电平所需的时间会变长，因此，输出信号VOUT的周期也会对应地加长。同理，当系统高电平下降时，输出信号VOUT的周期会对应地缩短。

如此一来，电压变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响可有效地被补偿。例如，在工艺的快速角落(fast corner)的情况下(系统高电压VDD高，晶体管临界电压Vth低)，震荡频率会变快，周期变短。然而，通过上述电路设计，当系统高电平提高时，输出信号VOUT的周期也会对应地加长，因此可有效补偿系统高电压VDD的变化对于震荡频率/周期的影响。同样地，在工艺的慢速角落(slow corner)的情况下(系统高电压VDD低，晶体管临界电压Vth高)，通过上述电路设计，输出信号VOUT的周期也会对应地缩短，使震荡频率提高。

此外，根据本发明的一实施例，输出信号VOUT的周期亦会随着参考电压VREF的一电平变化而改变。举例而言，当参考电压VREF的电平提高时，由于反馈电压VFB被放电至参考电压VREF的电平所需的时间会变短，因此，输出信号VOUT的周期也会对应地缩短。同理，当参考电压VREF的电平下降时，输出信号VOUT的周期会对应地加长。因此，通过适当地控制参考电压VREF，例如，使其与晶体管的临界电压Vth正相关，可有效地补偿工艺或温度变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响。

根据本发明的一实施例，参考电压产生电路120/220可包括一晶体管，并且其中参考电压VREF的一电平可被设计为与该晶体管的一临界电压Vth正相关。即，参考电压VREF的电平会随着临界电压Vth上升/下降而对应地上升/下降。

参考回图2，根据本发明的一实施例，参考电压产生电路220可包括一第二电流源I2以及一接成二极管形式的晶体管(diode-connected transistor)T1，例如，一金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其中，晶体管T1的漏极端与栅极端相接。第二电流源I2与晶体管T1串联耦接于VDD电压供应端与接地点之间，并且晶体管T1的漏极端耦接至比较电路212，用以提供参考电压VREF。由于晶体管T1为一接成二极管形式的晶体管，其漏极端的电压变化可反映出晶体管T1临界电压Vth的变化，因此，参考电压VREF的一电平与晶体管T1的一临界电压Vth正相关，并且会随着临界电压Vth变化而改变。

于此实施例中，参考电压VREF大体与晶体管T1的一临界电压Vth相等。如此一来，临界电压Vth(因工艺或温度变异而造成)的变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响可有效地被补偿。例如，在工艺的快速角落(fast corner)的情况下(系统高电压VDD高，晶体管临界电压Vth低)，震荡频率会变快，周期变短。然而，通过上述电路设计，当临界电压Vth下降时，输出信号VOUT的周期也会对应地加长，因此可有效补偿系统高电压VDD的变化对于震荡频率/周期的影响。同样地，在工艺的慢速角落(slow corner)的情况下(系统高电压VDD低，晶体管临界电压Vth高)，通过上述电路设计，输出信号VOUT的周期也会对应地缩短，震荡频率提高。

值得注意的是，于图2所示的实施例中，晶体管T1为一NMOS晶体管，但本发明并不限于此实施方式。

图4是显示根据本发明的另一实施例所述的震荡器电路的详细电路图。震荡器电路400的大部分元件与震荡器电路200相同，其操作亦相似，故相同/相似的部分可参考以上的说明，于此不再赘述。震荡器电路400可包括一接成二极管形式的晶体管T2，其中晶体管T2为一PMOS晶体管，并且晶体管T2的漏极端与栅极端相接。同样地，于此实施例中，参考电压VREF与晶体管T2的一临界电压Vth正相关，或大体相等。如此一来，临界电压Vth(因工艺或温度变异而造成)的变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响可有效地被补偿。此外，系统高电压VDD的变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响亦可有效地被补偿。

图5是显示根据本发明的又另一实施例所述的震荡器电路的详细电路图。震荡器电路500的大部分元件与震荡器电路200相同，其操作亦相似，故相同/相似的部分可参考以上的说明，于此不再赘述。震荡器电路500可包括一二极管D1。同样地，于此实施例中，参考电压VREF与二极管D1的切入电压(cut-in voltage)正相关，或大体相等。如此一来，切入电压(cut-in voltage)(因工艺或温度变异而造成)的变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响可有效地被补偿。此外，系统高电压VDD的变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响亦可有效地被补偿。

图6是显示根据本发明的又另一实施例所述的震荡器电路的详细电路图。震荡器电路600的大部分元件与震荡器电路200相同，其操作亦相似，故相同/相似的部分可参考以上的说明，于此不再赘述。震荡器电路600可包括一接成二极管形式的晶体管T3，其中晶体管T3为一npn型双极性接面型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)，并且晶体管T3的集极端与基极端相接。同样地，于此实施例中，参考电压VREF与晶体管T3的基极-射极电压VBE正相关，或大体相等。如此一来，基极-射极电压VBE(因工艺或温度变异而造成)的变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响可有效地被补偿。此外，系统高电压VDD的变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响亦可有效地被补偿。

图7是显示根据本发明的又另一实施例所述的震荡器电路的详细电路图。震荡器电路700的大部分元件与震荡器电路200相同，其操作亦相似，故相同/相似的部分可参考以上的说明，于此不再赘述。震荡器电路700可包括一接成二极管形式的晶体管T4，其中晶体管T4为一pnp型双极性接面型晶体管(BJT)，并且晶体管T4的集极端与基极端相接。同样地，于此实施例中，参考电压VREF与晶体管T4的射极-基极电压VEB正相关，或大体相等。如此一来，射极-基极电压VEB(因工艺或温度变异而造成)的变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响可有效地被补偿。此外，系统高电压VDD的变异对于输出信号VOUT的震荡频率/周期的影响亦可有效地被补偿。

相较于现有的震荡器电路技术，其无法有效补偿输出信号的频率/周期因工艺、电压或温度变异所受的影响，于本发明所提出的震荡器电路，输出信号的频率/周期可因应工艺、电压或温度的变异被适应性地调整，用以补偿工艺、电压或温度变异对于震荡频率造成的影响，有效地解决现有技术的缺陷。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种震荡器电路，其特征在于，包括：

一信号产生电路，接收一参考电压，并且根据该参考电压与一反馈电压的一比较结果产生一输出信号，其中该输出信号为包含多个脉冲的一时脉信号，其中该反馈电压预先被充电至一系统高电平，使得该输出信号的一周期随着该系统高电平提高而加长，以补偿该系统高电平的变异对于该周期的影响；

一参考电压产生电路，耦接至该信号产生电路，用以产生该参考电压；以及

一晶体管，其中该参考电压的一电平与该晶体管的一临界电压正相关，其中该周期随着该参考电压提高而缩短，以补偿工艺或温度变异对于该周期的影响。

2.如权利要求1所述的震荡器电路，其特征在于，该反馈电压的一电平反复地变化于该系统高电平与该参考电压的一电平之间。

3. 如权利要求1所述的震荡器电路，其特征在于，该信号产生电路包括：

一比较电路，接收该参考电压与该反馈电压，比较该参考电压与该反馈电压的电平以产生该比较结果，并且根据该比较结果产生该输出信号；以及

一充/放电电路，与该比较电路耦接于一端点，并且接收该输出信号，该充/放电电路包括：

一电容，耦接至该端点，

其中该充/放电电路根据该输出信号的一电平控制该电容的放电或充电，用以于该端点产生该反馈电压。

4.如权利要求3所述的震荡器电路，其特征在于，该充/放电电路更包括：

一电流源，与该电容平行耦接于该端点与一接地点之间。

5.一种震荡器电路，其特征在于，包括：

一信号产生电路，接收一参考电压，并且根据该参考电压与一反馈电压的一比较结果产生一输出信号，其中该信号产生电路包括一电容，该电容因应该输出信号的一电平反复地被放电或充电，用以于一端点产生该反馈电压，其中该输出信号为包含多个脉冲的一时脉信号，其中该反馈电压预先被充电至一系统高电平，使得该输出信号的一周期随着该系统高电平提高而加长，以补偿该系统高电平的变异对于该周期的影响；

一参考电压产生电路，耦接至该信号产生电路，用以产生该参考电压；以及

一晶体管，其中该参考电压的一电平与该晶体管的一临界电压正相关，其中该周期随着该参考电压提高而缩短，以补偿工艺或温度变异对于该周期的影响。

6.如权利要求5所述的震荡器电路，其特征在于，该反馈电压预先被充电至一系统高电平，并且该反馈电压的一电平变化于该系统高电平与该参考电压的一电平之间。

7.如权利要求5所述的震荡器电路，其特征在于，当该系统高电平提高时，该输出信号的该周期对应地加长。

8.如权利要求6所述的震荡器电路，其特征在于，当该参考电压的该电平下降时，该输出信号的该周期对应地加长。

9.如权利要求5所述的震荡器电路，其特征在于，当该临界电压的一电平下降时，该输出信号的一周期对应地加长。