CN110943713A - 一种脉宽频率可调节cmos环形振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明属于时钟振荡器技术领域，具体公开了一种脉宽频率可调节CMOS环形振荡器，包含反相输出型施密特触发器以及与之连接的输出级电路。本发明的结构简单易于实现，且采用N型MOS管作为延迟电容，面积更小，集成度更高。通过调节电阻电容产生的延迟可实现频率和脉宽的调节,且可调节范围宽，增加了电路设计的灵活性，具有很强的实用性。

Description

一种脉宽频率可调节CMOS环形振荡器

技术领域

本发明属于时钟振荡器技术领域，尤其涉及一种脉宽频率可调节CMOS环形振荡器。

背景技术

振荡器电路是一种通过自激能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电路，随着集成电路工艺的发展，振荡器在芯片中的地位也愈发重要，为了应对不同场合对不同类型振荡器的要求，出现了各种结构的新型振荡器；环形振荡器因其易于实现，功耗低，以及集成度高占用芯片面积小等特点被广泛应用在集成电路芯片中，比如锁相环电路，施密特触发器是环形振荡器中最重要的组成部分。

目前，环形振荡器频率高且频率及脉宽不可调，受工艺制造影响造成实际测试的频率及脉宽与仿真值有偏差，使得电路精确度降低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种脉宽频率可调节CMOS环形振荡器，包括反相输出型施密特触发器以及与之连接的输出级电路，其利用施密特触发器的回差特性对电感电容充放电回路的波形进行调整，提高了电路的抗干扰能力，即使输入信号中含有大量的噪声，通过施密特触发器后产生良好的脉冲信号。

作为上述方案的进一步说明，所述反相输出型施密特触发器包括第一P型MOS管、第二P型MOS管、第三P型MOS管、第四P型MOS管、第一N型MOS管、第二N型MOS管、第三N型MOS管、第四N型MOS管、输入端、输出端；

所述第一P型MOS管的源极、第三P型MOS管的源极、第四P型MOS管的源极与电源相连；

所述第一P型MOS管的栅极、第二P型MOS管的栅极、第一N型MOS管的栅极、第二N型MOS管的栅极与输入端连接；

所述第一P型MOS管的漏极、第二P型MOS管的源极与第三P型MOS管MP3的漏极连接；

所述第二P型MOS管的漏极、第四P型MOS管的栅极、第二N型MOS管MN2的漏极与第四N型MOS管的栅极连接；

所述第三P型MOS管的栅极、第四P型MOS管的漏极、第三N型MOS管的栅极、第四N型MOS管的漏极与输出端连接；

所述第一N型MOS管的漏极、第二N型MOS管的源极与第三N型MOS管的漏极连接；

所述第一N型MOS管的源极、第三N型MOS管的源极、第四N型MOS管的源极与地连接。

作为上述方案的进一步说明，所述输出级电路包含第五N型MOS管、第六N型MOS管、第一电阻、第二电阻、第一反相器、第一反相器、第一反相器、三输入与门、两输入与门；

所述第一反相器的输入端、第三反相器的输入端、三输入与门的输入端与施密特触发器的输出端连接；

所述第一反相器的输出端与第一电阻的一端连接；

所述第一电阻的另一端、第五N型MOS管的栅极均与第二反相器的输入端连接；

所述第二反相器的输出端与三输入与门的输入端连接；

所述第三反相器的输出端与两输入与门的输入端连接；

所述两输入与门的输出端与第二电阻的一端连接；

所述第二电阻的另一端、第六N型MOS管的栅极与施密特触发器的输入端连接；

所述第五N型MOS管的漏极、第五N型MOS管的源极、第六N型MOS管的漏极、第六N型MOS管的源极均与地连接。

本发明的有益效果：本发明的结构简单易于实现，且采用N型MOS管作为延迟电容，面积更小，集成度更高。通过调节电阻电容产生的延迟可实现频率和脉宽的调节,且可调节范围宽，增加了电路设计的灵活性，具有很强的实用性。

附图说明

图1：本发明的一种脉宽频率可调节CMOS环形振荡器的电路结构图；

具体实施方式

下面将结合附图1和实施方式对本发明作进一步说明。

本实施例提供了一种脉宽频率可调节CMOS环形振荡器，其包括反相输出型施密特触发器以及与之连接的输出级电路、电源VDD；

参考图1，反相输出型施密特触发器包括第一P型MOS管MP1、第二P型MOS管MP2、第三P型MOS管MP3、第四P型MOS管MP4、第一N型MOS管MN1、第二N型MOS管MN2、第三N型MOS管MN3、第四N型MOS管MN4、输入端X、输出端Y；

其各器件连接关系为：第一P型MOS管MP1的源极、第三P型MOS管MP3的源极、第四P型MOS管MP4的源极和电源VDD相连，第一P型MOS管MP1的栅极、第二P型MOS管MP2的栅极、第一N型MOS管MN1的栅极、第二N型MOS管MN2的栅极与输入端信号X连接，第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的漏极连接，第二P型MOS管MP2的漏极、第四P型MOS管MP4的栅极、第二N型MOS管MN2的漏极与第四N型MOS管MN4的栅极连接，第三P型MOS管MP3的栅极、第四P型MOS管MP4的漏极、第三N型MOS管MN3的栅极、第四N型MOS管MN4的漏极与输出端信号Y连接，第一N型MOS管MN1的漏极、第二N型MOS管MN2的源极与第三N型MOS管MN3的漏极连接，第一N型MOS管的源极、第三N型MOS管MN3的源极、第四N型MOS管MN4的源极与地GND连接。

施密特触发器的工作过程如下，如果只有第一P型MOS管MP1和第一N型MOS管MN1构成的反相器，其正向和反向转换电平都在VDD/2左右，加上第二、第三P型MOS管MP2和MP3和第二第三N型MOS管MN2和MN3后，当X点电压为0时，第一N型MOS管MN1和第二N型MOS管MN2都截止，此时图1中M处为高电平，同时第一P型MOS管MP1和第二P型MOS管MP2都导通；当X点电压升高到VTH时，第一N型MOS管MN1开启，但此时由于第二N型MOS管MN2的源端电位较高，仍然保持截止；X点电压升高至VDD/2，也依然保持截止，只有当X点电压升高使得第一P型MOS管MP1和第二P型MOS管MP2都截止时，使M点电压降低，由第四P型MOS管MP4和第四N型MOS管MN4构成的反相器输出Y电压发生翻转变为高电平，第三N型MOS管MN3导通将第二N型MOS管MN2的源端电压拉低至低电平，M点的电压拉得更低，直至0V，这样构成正反馈；同理：当X点电压为VDD时，第一P型MOS管MP1和第二P型MOS管MP2都截止，此时M点电压为低电平，同时第一N型MOS管MN1和第二N型MOS管MN2都导通。X点电压需降低至使第一N型MOS管MN1截止，M点电压便升高，Y点电压发生翻转变为低电平，第三P型MOS管MP3导通将第二P型MOS管MP3的源端电压拉低至高电平，M点的电压拉至更高；所以施密特触发器的正向导通电压大于VDD/2，反向导通电压小于VDD/2，表现出滞回特性。

参考图1，输出级电路包含第五N型MOS管MN5、第六N型MOS管MN5、第一电阻R1、第二电阻R2、第一反相器INV1、第二反相器INV2、第三反相器INV3、三输入与门AND3、两输入与门AND2；

其各器件的连接关系为：第一反相器INV1的输入端、第三反相器INV3的输入端、三输入与门的输入端C与施密特触发器的输出端Y连接，第一反相器INV1的输出端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端、第五N型MOS管MN5的栅极与第二反相器INV2的输入端连接，第二反相器INV2的输出端与三输入与门AND3的输入端B连接，三输入与门AND3的输入端A、两输入与门AND2的输入端A与使能信号EN连接，三输入与门AND3的输出端Z与输出信号CLK连接，第三反相器INV3的输出端与两输入与门AND2的输入端B连接，两输入与门AND2的输出端Z与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端、第六N型MOS管MN6的栅极与施密特触发器的输入端X连接，第五N型MOS管MN5的漏极、第五N型MOS管MN5的源极、第六N型MOS管MN6的漏极、第六N型MOS管MN6的源极与地GND连接。

输出级电路的工作过程如下，输出级电路分为上下两部分，上半部分与反相输出型施密特触发器构成振荡回路，利用施密特触发器的回差特性，对环路的波形进行整流；第二电阻R2及第六N型MOS管MN6构成延迟单元从而控制振荡器的振荡频率，通过调节第二电阻R2或第六N型MOS管MN6的电容值可以实现不同振荡频率；下半部分为时钟输出电路；第二电阻R2和第六N型MOS管MN6构成的MOS电容通过改变延迟大小实现频率调节功能；EN信号作为使能信号控制端，高电平时振荡器正常工作，低电平时振荡器不工作；输出级的下半部分实现脉宽可调功能，由第一电阻R1和第五N型MOS管MN5构成的MOS电容可产生延迟，通过改变其电容值可实现不同延迟，从而产生不同的脉宽。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种脉宽频率可调节CMOS环形振荡器，其特征在于，包含反相输出型施密特触发器以及与之连接的输出级电路。

2.如权利要求1所述的一种脉宽频率可调节CMOS环形振荡器，其特征在于，所述反相输出型施密特触发器包括第一P型MOS管、第二P型MOS管、第三P型MOS管、第四P型MOS管、第一N型MOS管、第二N型MOS管、第三N型MOS管、第四N型MOS管、输入端、输出端；

所述第一P型MOS管的源极、第三P型MOS管的源极、第四P型MOS管的源极与电源相连；

所述第一P型MOS管的栅极、第二P型MOS管的栅极、第一N型MOS管的栅极、第二N型MOS管的栅极与输入端连接；

所述第一P型MOS管的漏极、第二P型MOS管的源极与第三P型MOS管MP3的漏极连接；

所述第二P型MOS管的漏极、第四P型MOS管的栅极、第二N型MOS管MN2的漏极与第四N型MOS管的栅极连接；

所述第三P型MOS管的栅极、第四P型MOS管的漏极、第三N型MOS管的栅极、第四N型MOS管的漏极与输出端连接；

所述第一N型MOS管的漏极、第二N型MOS管的源极与第三N型MOS管的漏极连接；

所述第一N型MOS管的源极、第三N型MOS管的源极、第四N型MOS管的源极与地连接。

3.如权利要求2所述的一种脉宽频率可调节CMOS环形振荡器，其特征在于，所述输出级电路包含第五N型MOS管、第六N型MOS管、第一电阻、第二电阻、第一反相器、第一反相器、第一反相器、三输入与门、两输入与门；

所述第一反相器的输入端、第三反相器的输入端、三输入与门的输入端与施密特触发器的输出端连接；

所述第一反相器的输出端与第一电阻的一端连接；

所述第一电阻的另一端、第五N型MOS管的栅极均与第二反相器的输入端连接；

所述第二反相器的输出端与三输入与门的输入端连接；

所述第三反相器的输出端与两输入与门的输入端连接；

所述两输入与门的输出端与第二电阻的一端连接；

所述第二电阻的另一端、第六N型MOS管的栅极与施密特触发器的输入端连接；

所述第五N型MOS管的漏极、第五N型MOS管的源极、第六N型MOS管的漏极、第六N型MOS管的源极均与地连接。

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