CN110620567B - 一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路 - Google Patents

一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路，属于电子电路技术领域。所述基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路包括内置偏置电路和比较器；其中，所述内置偏置电路用于直接产生所需参考电平，无需额外增加带隙基准电路；所述比较器根据其输入端状态调节所述参考电平，以产生迟滞效果提高电路抗干扰能力。本发明提供的基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路整体为单比较器结构，可降低芯片面积，同时实现低功耗要求。

Description

一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路。
背景技术
随着半导体集成电路工艺水平的飞速发展，振荡器作为集成电路设计中一个重要的基础模块被大量应用于ADC、电荷泵和LDO等芯片。振荡器为芯片提供时钟参考频率，可用于电荷泵升压时的开关操作以及为数字控制逻辑部分设定驱动周期。
传统振荡器电路如图1所示，包括充放电电容C1和开关MP1，MP1的状态受比较器COMP1输出控制，MP1开启时电源流I1对C1开始充电，振荡波形输出端OUT上升；MN1为开关，其状态受比较器COMP2输出控制， MN1开启时电流源I2对C1开始放电，OUT下降；VREF1和VREF2分别为比较器 COMP1和COMP2的参考电平，且VREF2>VREF1；比较器COMP1和比较器COMP2用于检测振荡波形输出端OUT电平；反相器INV1和INV2以及或非门NOR1和 NOR2构成锁存器结构。
图1中所示传统振荡器电路其工作波形如图2所示。具体工作过程分析如下：
①、当输出端OUT输出电压VOUT升至参考电平VREF2时，比较器COMP2输出翻转，或非门NOR2以及INV2都被锁定为输出高电平，开关MP1关断且 MN1开启，电流源I2对C1放电，输出电压VOUT开始下降；
②、当输出电压VOUT降至参考电平VREF1时，比较器COMP1输出翻转，NOR2 以及INV2都被锁定为输出低电平，MP1开启且MN1关断，电流源I1对C1 充电，输出电压VOUT开始上升；
重复上述步骤①和②即可在振荡波形输出端OUT处得到所需电压振荡波形。同时双参考电平VREF1和VREF2的设定可使振荡波形存在迟滞，提高电路抗干扰能力。但传统振荡器电路存在如下问题：
1、需增加额外带隙基准电路以产生所需参考电平VREF1和VREF2；
2、为实现迟滞功能以提高振荡器抗干扰能力，需使用两个比较器判断 OUT状态，将增大芯片面积和功耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路，以解决传统振荡器电路存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路，包括：
内置偏置电路，直接产生所需参考电平；
比较器，根据其输入端状态调节所述参考电平，以产生迟滞效果提高电路抗干扰能力。
可选的，所述内置偏置电路包括电阻R3、三极管Q4～Q5和电流源I1；其中，
所述电阻R3第一端同时接所述三极管Q5发射极和所述三极管Q4集电极，第二端接地；
所述三极管Q5基极与其集电极互连，集电极与所述电流源I1输出端连接；
所述电流源I1输入端接电源VDD。
可选的，所述比较器包括电阻R4～R6、R9、R10、电容C1、三极管Q6～Q12 和Q15；
电阻R4～R6的第一端均接地，其中，所述电阻R4第二端接三极管Q6 发射极，所述电阻R5第二端同时接三极管Q8和Q9的发射极，所述电阻 R6第二端接三极管Q15发射极；
所述三极管Q6集电极同时接三极管Q7集电极和三极管Q9基极，所述三极管Q15集电极接三极管Q12集电极，所述三极管Q15基极和所述三极管Q6基极互连；所述三极管Q15集电极与其基极互连；
所述三极管Q8基极接所述三极管Q5基极，集电极同时接电阻R9第一端和三极管Q7基极；所述三极管Q9集电极同时接电阻R10第一端和三极管Q12基极；
所述电阻R9和R10第二端均接三极管Q10发射极，所述三极管Q10和三极管Q11两者基极互连，集电极互连；所述三极管Q10基极与其集电极互连；所述三极管Q11发射极接电源VDD；
所述电容C1两端分别接所述三极管Q6集电极和地。
可选的，所述基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路还包括输出级，所述输出级包括电阻R1、R2、R7和R8、三极管Q1～Q3、Q14、Q16和Q17；
电阻R1、R2、R7和R8第一端均接地，所述电阻R1第二端接三极管 Q2基极和三极管Q1发射极，所述电阻R2第二端接三极管Q2发射极，所述电阻R7第二端接三极管Q16发射极，所述电阻R8第二端接三极管Q16 基极和三极管Q17发射极；
所述三极管Q1集电极接电源VDD，基极接所述三极管Q2集电极，所述三极管Q2集电极与三极管Q3集电极互连，所述三极管Q3基极接三极管 Q4基极和三极管Q7基极；
所述三极管Q16集电极接三极管Q17基极和三极管Q14集电极，所述三极管Q14基极接所述三极管Q12基极，所述三极管Q17集电极接电源VDD。
可选的，所述基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路还包括电流源I2和三极管Q13，所述三极管Q13基极接三极管Q12基极和三极管Q14基极，集电极接三极管Q15集电极；所述电流源I2输入端接电源VDD。
可选的，所述三极管Q3、Q4、Q7、Q12 、Q13和Q14的发射极互连，并接至第二电流源I2输出端。
可选的，所述三极管Q1发射极接第一输出端OUTA，所述三极管Q17发射极接第二输出端OUTB。
可选的，所述基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路为单比较器结构。
在本发明中提供了一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路，包括内置偏置电路和比较器；其中，所述内置偏置电路用于直接产生所需参考电平；所述比较器根据其输入端状态调节所述参考电平，以产生迟滞效果提高电路抗干扰能力。
本发明具有以下有益效果：
(1)参考电平由内置偏置电路直接产生，无需额外增加带隙基准电路；
(2)参考电平可依据比较器输入端状态自动调节，以产生迟滞效果提高电路抗干扰能；
(3)本发明整体为单比较器结构，可降低芯片面积，同时实现低功耗要求。
附图说明
图1为传统振荡器电路结构图；
图2为传统振荡器电路的工作波形；
图3为本发明提供的基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路结构图；
图4为本发明所提供的迟滞振荡器电路的工作波形图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路，包括内置偏置电路和比较器；其中，所述内置偏置电路用于直接产生所需参考电平，无需额外增加带隙基准电路；所述比较器根据其输入端状态调节所述参考电平，以产生迟滞效果提高电路抗干扰能力。本发明提供的基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路整体为单比较器结构，可降低芯片面积，同时实现低功耗要求。
具体的，所述内置偏置电路包括电阻R3、三极管Q4～Q5和电流源I1；如图3所示，所述电阻R3第一端同时接所述三极管Q5发射极和所述三极管Q4集电极，第二端接地；所述三极管Q5基极与其集电极互连，集电极与所述电流源I1输出端连接；所述电流源I1输入端接电源VDD。
请继续参阅图3，所述比较器包括电阻R4～R6、R9、R10、电容C1、三极管Q6～Q12和Q15；电阻R4～R6的第一端均接地，其中，所述电阻R4第二端接三极管Q6发射极，所述电阻R5第二端同时接三极管Q8和Q9的发射极，所述电阻R6第二端接三极管Q15发射极；所述三极管Q6集电极同时接三极管Q7集电极和三极管Q9基极，所述三极管Q15集电极接三极管 Q12集电极，所述三极管Q15基极和所述三极管Q6基极互连；所述三极管 Q15集电极与其基极互连；所述三极管Q8基极接所述三极管Q5基极，集电极同时接电阻R9第一端和三极管Q7基极；所述三极管Q9集电极同时接电阻R10第一端和三极管Q12基极；所述电阻R9和R10第二端均接三极管 Q10发射极，所述三极管Q10和三极管Q11两者基极互连，集电极互连；所述三极管Q10基极与其集电极互连；所述三极管Q11发射极接电源VDD；所述电容C1两端分别接所述三极管Q6集电极和地。
所述基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路还包括输出级，所述输出级包括电阻R1、R2、R7和R8、三极管Q1～Q3、Q14、Q16和Q17；电阻R1、R2、R7和R8第一端均接地，所述电阻R1第二端接三极管Q2基极和三极管Q1发射极，所述电阻R2第二端接三极管Q2发射极，所述电阻R7第二端接三极管Q16发射极，所述电阻R8第二端接三极管Q16基极和三极管 Q17发射极；所述三极管Q1集电极接电源VDD，基极接所述三极管Q2集电极，所述三极管Q2集电极与三极管Q3集电极互连，所述三极管Q3基极接三极管Q4基极和三极管Q7基极；所述三极管Q16集电极接三极管Q17基极和三极管Q14集电极，所述三极管Q14基极接所述三极管Q12基极，所述三极管Q17集电极接电源VDD。
进一步的，所述基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路还包括电流源I2 和三极管Q13，所述三极管Q13基极接三极管Q12基极和三极管Q14基极，集电极接三极管Q15集电极；所述电流源I2输入端接电源VDD；所述三极管Q3、Q4、Q7、Q12 、Q13和Q14的发射极互连，并接至第二电流源I2输出端。更进一步的，所述三极管Q1发射极接第一输出端OUTA，所述三极管Q17发射极接第二输出端PUTB。
①各子模块说明：
1、比较器：包括电阻R4～R6、R9、R10、电容C1、三极管Q6～Q12和 Q15；在图3中，VB(Q8)和VB(Q9)为比较器的两个输入端。三极管Q10和三极管 Q11构成比较器输入端尾电流源，其电流大小可依据VB(Q8)和VB(Q9)大小自适应调节，防止两者压差过大时输入端进入饱和状态。
2、内置偏置支路：包括电阻R3、三极管Q4～Q5和电流源I1，比较器参考电位VB(Q8)表达式如式(1)所示：
VB(Q8)＝(IQ4+IQ5)·R3+VBE(Q5) (1)
其中，IQ4为流经三极管Q4的电流，IQ5为流经三极管Q5的电流，R3为电阻R3的阻值，VBE(Q5)为Q5基极与发射极压差。
3、输出级：包括电阻R1、R2、R7和R8、三极管Q1～Q3、Q14、Q16和 Q17，从第一输出端OUTA和第二输出端OUTB分别产生两个相位互补的方波信号。
②C1充电过程分析：
当三极管Q9基极电压VB(Q9)小于参考电压(Q8基极电压VB(Q8))时，电容C1即进入充电状态。
为简化分析，设整个充电过程中三极管Q8集电极电压远小于三极管 Q9集电极电压，则有：
IQ3＝IQ4＝IQ7 (2)
IQ3、IQ4、IQ7分别为流经三极管Q3、Q4、Q7的电流，因此在充电过程中对参考电平VB(Q8)有：
Figure BDA0002206214430000061
其中，I1和I2分别为参考和迟滞电压设定电流源。充电过程将持续到 VB(Q9)升至VB(Q8)结束。
③C1充电过程分析：
当三极管Q9基极电压VB(Q9)大于参考电压(Q8基极电压VB(Q8))时，电容C1即进入放电状态。
为简化分析，设整个放电过程中三极管Q8集电极电压远大于三极管 Q9集电极电压，则有：
IQ3＝IQ4＝IQ7＝0 (4)
因此在放电过程中对参考电平VB(Q8)有：
VB(Q8)＝I1·R3+VBE(Q5) (5)
充电过程将持续到VB(Q9)降至VB(Q8)结束，其工作波形如图4所示。
经对电容C1整个充放电过程的分析可知，三极管Q4在电容C1充电和放电过程中具有不同的偏置电流大小。因此比较器在电容C1充电和放电过程中具有两个不同的参考电平，可产生迟滞效果，提高输入端的抗干扰能力。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路，其特征在于，包括：
内置偏置电路，直接产生所需参考电平；
比较器，根据其输入端状态调节所述参考电平，以产生迟滞效果提高电路抗干扰能力；
所述内置偏置电路包括电阻R3、三极管Q4~Q5和电流源I1；其中，所述电阻R3第一端同时接所述三极管Q5发射极和所述三极管Q4集电极，第二端接地；
所述三极管Q5基极与其集电极互连，集电极与所述电流源I1输出端连接；
所述电流源I1输入端接电源VDD；
所述比较器包括电阻R4~R6、R9、R10、电容C1、三极管Q6~Q12和Q15；电阻R4~R6的第一端均接地，其中，所述电阻R4第二端接三极管Q6发射极，所述电阻R5第二端同时接三极管Q8和Q9的发射极，所述电阻R6第二端接三极管Q15发射极；
所述三极管Q6集电极同时接三极管Q7集电极和三极管Q9基极，所述三极管Q15集电极接三极管Q12集电极，所述三极管Q15基极和所述三极管Q6基极互连；所述三极管Q15集电极与其基极互连；
所述三极管Q8基极接所述三极管Q5基极，集电极同时接电阻R9第一端和三极管Q7基极；所述三极管Q9集电极同时接电阻R10第一端和三极管Q12基极；
所述电阻R9和R10第二端均接三极管Q10发射极，所述三极管Q10和三极管Q11两者基极互连，集电极互连；所述三极管Q10基极与其集电极互连；所述三极管Q11发射极接电源VDD；
所述电容C1两端分别接所述三极管Q6集电极和地；
所述基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路还包括输出级，所述输出级包括电阻R1、R2、R7和R8、三极管Q1~Q3、Q14、Q16和Q17；电阻R1、R2、R7和R8第一端均接地，所述电阻R1第二端接三极管Q2基极和三极管Q1发射极，所述电阻R2第二端接三极管Q2发射极，所述电阻R7第二端接三极管Q16发射极，所述电阻R8第二端接三极管Q16基极和三极管Q17发射极；
所述三极管Q1集电极接电源VDD，基极接所述三极管Q2集电极，所述三极管Q2集电极与三极管Q3集电极互连，所述三极管Q3基极接三极管Q4基极和三极管Q7基极；
所述三极管Q16集电极接三极管Q17基极和三极管Q14集电极，所述三极管Q14基极接所述三极管Q12基极，所述三极管Q17集电极接电源VDD；
所述基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路还包括电流源I2和三极管Q13，所述三极管Q13基极接三极管Q12基极和三极管Q14基极，集电极接三极管Q15集电极；所述电流源I2输入端接电源VDD；
所述三极管Q3、Q4、Q7、Q12 、Q13和Q14的发射极互连，并接至第二电流源I2输出端；
所述三极管Q1发射极接第一输出端OUTA，所述三极管Q17发射极接第二输出端OUTB；所述基于偏置电流失调的迟滞振荡器电路为单比较器结构。
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