CN111224620A - 一种基于cmos的温度补偿fbar晶体振荡器的电路及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路及工作方法。所述电路中述Pierce振荡电路的正弦信号输出端与输出缓冲电路的输入端连接，输出缓冲电路的输出端与分频器的输入端连接，分频器的输出端与温度传感器的输入端连接，温度传感器的输出端与存储器模块的输入端连接，存储器模块的输出端分别与第一开关电容阵列、第二开关电容阵列的开关控制信号端连接，第一开关电容阵列的一端、第二开关电容阵列的一端分别与Pierce振荡电路的第一负载电容输入端、第二负载电容输入端连接，第一开关电容阵列、第二开关电容阵列的另一端均连接至GND。本发明通过存储器模块在不同温度下调节相应的负载电容容值来减小FBAR振荡电路随温度变化产生的频率漂移，提高了频率稳定度。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路及工作方法。
背景技术
在现代电子系统中，几乎每个系统都需要用到时钟源，它为系统提供稳定、精确的时钟频率。
传统的时钟源采用的是石英晶体振荡器。它由于具有出色的频率精度、随温度变化的低频率漂移、低噪声等优点，成为便携式时钟应用的行业标准。然而，集成电路的元件密度虽然如摩尔定律推测的呈指数级增长，但石英晶体的物理尺寸却没有得到相应的减小。在一些独立的小型无线模块中，石英晶体的面积甚至可以与集成后的电路相媲美。对于小型无线系统，大面积的石英晶体振荡器已经不符合它的系统要求，它需要具有面积较小的石英替代品，还希望这种石英替代品能够具有与商业CMOS工艺集成的可能性。
由MEMS工艺制作FBAR（Film Bulk Acoustic Resonator）谐振器，它与石英谐振器相比，具有体积小、工作频率高等优点，而且由于制造FBAR谐振器的MEMS工艺与CMOS工艺相兼容，使得制造系统集成芯片成为可能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路及工作方法，通过存储器模块在不同温度下调节相应的负载电容容值来减小FBAR振荡电路随温度变化产生的频率漂移，提高频率稳定度。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路，包括Pierce振荡电路、第一开关电容阵列、第二开关电容阵列、用于为Pierce振荡电路提供偏置电压信号的偏置电路、输出缓冲电路、分频器、温度传感器、非易失性存储器模块；所述Pierce振荡电路的正弦信号输出端与输出缓冲电路的输入端连接，输出缓冲电路的输出端与分频器的输入端连接，分频器的输出端与温度传感器的输入端连接，温度传感器的输出端与非易失性存储器模块的输入端连接，非易失性存储器模块的输出端分别与第一开关电容阵列的开关控制信号端、第二开关电容阵列的开关控制信号端连接，第一开关电容阵列的其中一端、第二开关电容阵列的其中一端分别与Pierce振荡电路的第一负载电容输入端、Pierce振荡电路的第二负载电容输入端连接，第一开关电容阵列的另一端、第二开关电容阵列的另一端均连接至GND。
在本发明一实施例中，所述Pierce振荡电路包括FBAR谐振器、第一开关管、第二开关管、电阻、第一固定电容、第二固定电容，第一开关管的源极连接至电源端，第一开关管的漏极与FBAR谐振器的一端、电阻的一端、第二开关管的漏极、第一固定电容的一端连接，并作为Pierce振荡电路的正弦信号输出端及第一负载电容输入端，第一开关管的栅极与FBAR谐振器的另一端、电阻的另一端、第二固定电容的一端相连接，并作为Pierce振荡电路的第二负载电容输入端，第一固定电容的另一端与第二固定电容的另一端、第二开关管的源极相连接至GND，第二开关管的栅极与偏置电路的偏置电压信号输出端连接。
在本发明一实施例中，所述第一开关管、第二开关管均为NMOS管。
在本发明一实施例中，所述第一开关电容阵列包括N个开关管、N个电容，N个电容的一端相互连接作为第一开关电容阵列的其中一端，N个电容的另一端分别与N个开关管的漏极连接，N个开关管的源极均连接至GND，N个开关管的栅极相连接作为第一开关电容阵列的开关控制信号端，并分别与非易失性存储器模块的输出端连接；所述第二开关电容阵列与第一开关电容阵列的电路结构相同。
在本发明一实施例中，所述N个开关管均为NMOS管。
本发明还提供了一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路的工作方法，采用上述所述电路，具体工作方法如下：
所述Pierce振荡电路的正弦信号输出端输出的正弦信号VOSC，输出至输出缓冲电路输出频率不变的方波信号，而后经分频器后输出降低频率的方波信号至温度传感器，使得温度传感器开始工作，并输出代表温度信息的数字信号至存储器，非易失性存储器模块根据温度传感器输出的数字信号，控制第一开关电容阵列、第二开关电容阵列工作，调节Pierce振荡电路的输入负载电容容值，进而减小Pierce振荡电路的FBAR谐振器随温度变化产生的频率漂移，提高频率稳定度。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过存储器模块在不同温度下调节相应的负载电容容值来减小FBAR振荡电路随温度变化产生的频率漂移，提高频率稳定度。
附图说明
图1为本发明一种基于CMOS的温度补偿的FBAR振荡器电路的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提供了一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路，包括Pierce振荡电路、第一开关电容阵列、第二开关电容阵列、用于为Pierce振荡电路提供偏置电压信号的偏置电路、输出缓冲电路、分频器、温度传感器、非易失性存储器模块；所述Pierce振荡电路的正弦信号输出端与输出缓冲电路的输入端连接，输出缓冲电路的输出端与分频器的输入端连接，分频器的输出端与温度传感器的输入端连接，温度传感器的输出端与非易失性存储器模块的输入端连接，非易失性存储器模块的输出端分别与第一开关电容阵列的开关控制信号端、第二开关电容阵列的开关控制信号端连接，第一开关电容阵列的其中一端、第二开关电容阵列的其中一端分别与Pierce振荡电路的第一负载电容输入端、Pierce振荡电路的第二负载电容输入端连接，第一开关电容阵列的另一端、第二开关电容阵列的另一端均连接至GND。
本发明还提供了一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路的工作方法，采用权利上述电路，具体工作方法如下：
所述Pierce振荡电路的正弦信号输出端输出的正弦信号VOSC，输出至输出缓冲电路输出频率不变的方波信号，而后经分频器后输出降低频率的方波信号至温度传感器，使得温度传感器开始工作，并输出代表温度信息的数字信号至存储器，非易失性存储器模块根据温度传感器输出的数字信号，控制第一开关电容阵列、第二开关电容阵列工作，调节Pierce振荡电路的输入负载电容容值，进而减小Pierce振荡电路的FBAR谐振器随温度变化产生的频率漂移，提高频率稳定度。
以下为本发明的一具体实例。
如图1所示，一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路，包括：Pierce振荡电路、开关电容阵列、偏置电路、输出缓冲电路、分频器、温度传感器、非易失性存储器。
所述Pierce振荡电路在FBAR谐振器两端的负载电容除了有一端接FBAR谐振器，一端接地的固定电容外，还接有开关电容阵列，开关电容阵列的开关控制信号由存储器产生。
偏置电路输出端与Pierce振荡电路中NMOS管的栅极连接，为振荡电路提供不受温度影响的偏置电流，减小其他因素造成的温度漂移。
所述输出缓冲电路输入接Pierce振荡器的输出正弦信号VOSC，输出缓冲电路输出接分频器输入，输出频率不变的方波信号。
所述温度传感器输入接分频器输出，为降低频率后的方波信号，方波信号接入后，温度传感器工作，输出代表温度信息的数字信号，输出数字信号接存储器输入。
由于FBAR谐振器会随温度产生频率偏移，从而导致Pierce振荡电路输出信号发生频率偏移，而Pierce振荡电路中FBAR谐振器两端接入的负载电容对Pierce振荡电路输出频率具有调节作用。温度传感器数字信号输出接存储器输入，存储器输出控制负载电容中开关电容阵列开关，开关闭合，负载电容容值增大；开关断开，负载电容容值减小。存储器中含有在不同温度下调节相应的负载电容容值来减小FBAR振荡电路随温度变化产生的频率漂移，提高了频率稳定度。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路，其特征在于，包括Pierce振荡电路、第一开关电容阵列、第二开关电容阵列、用于为Pierce振荡电路提供偏置电压信号的偏置电路、输出缓冲电路、分频器、温度传感器、非易失性存储器模块；所述Pierce振荡电路的正弦信号输出端与输出缓冲电路的输入端连接，输出缓冲电路的输出端与分频器的输入端连接，分频器的输出端与温度传感器的输入端连接，温度传感器的输出端与非易失性存储器模块的输入端连接，非易失性存储器模块的输出端分别与第一开关电容阵列的开关控制信号端、第二开关电容阵列的开关控制信号端连接，第一开关电容阵列的其中一端、第二开关电容阵列的其中一端分别与Pierce振荡电路的第一负载电容输入端、Pierce振荡电路的第二负载电容输入端连接，第一开关电容阵列的另一端、第二开关电容阵列的另一端均连接至GND。
2.根据权利要求1所述的一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路，其特征在于，所述Pierce振荡电路包括FBAR谐振器、第一开关管、第二开关管、电阻、第一固定电容、第二固定电容，第一开关管的源极连接至电源端，第一开关管的漏极与FBAR谐振器的一端、电阻的一端、第二开关管的漏极、第一固定电容的一端连接，并作为Pierce振荡电路的正弦信号输出端及第一负载电容输入端，第一开关管的栅极与FBAR谐振器的另一端、电阻的另一端、第二固定电容的一端相连接，并作为Pierce振荡电路的第二负载电容输入端，第一固定电容的另一端与第二固定电容的另一端、第二开关管的源极相连接至GND，第二开关管的栅极与偏置电路的偏置电压信号输出端连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管均为NMOS管。
4.根据权利要求1所述的一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路，其特征在于，所述第一开关电容阵列包括N个开关管、N个电容，N个电容的一端相互连接作为第一开关电容阵列的其中一端，N个电容的另一端分别与N个开关管的漏极连接，N个开关管的源极均连接至GND，N个开关管的栅极相连接作为第一开关电容阵列的开关控制信号端，并分别与非易失性存储器模块的输出端连接；所述第二开关电容阵列与第一开关电容阵列的电路结构相同。
5.根据权利要求4所述的一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路，其特征在于，所述N个开关管均为NMOS管。
6.一种基于CMOS的温度补偿FBAR晶体振荡器的电路的工作方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述电路，具体工作方法如下：
所述Pierce振荡电路的正弦信号输出端输出的正弦信号VOSC，输出至输出缓冲电路输出频率不变的方波信号，而后经分频器后输出降低频率的方波信号至温度传感器，使得温度传感器开始工作，并输出代表温度信息的数字信号至存储器，非易失性存储器模块根据温度传感器输出的数字信号，控制第一开关电容阵列、第二开关电容阵列工作，调节Pierce振荡电路的输入负载电容容值，进而减小Pierce振荡电路的FBAR谐振器随温度变化产生的频率漂移，提高频率稳定度。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114900150A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-08-12 | 福州大学 | Cmos电路与mems谐振器相结合的高阶温度频率补偿电路 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000349552A (ja) * | 1999-06-07 | 2000-12-15 | Citizen Watch Co Ltd | 温度補償型発振器 |
| US20030067361A1 (en) * | 2001-10-09 | 2003-04-10 | Masayuki Takahashi | Temperature compensated oscillator, adjusting method thereof, and integrated circuit for temperature compensated oscillator |
| CN1829076A (zh) * | 2006-03-28 | 2006-09-06 | 青岛硅盛微电子有限公司 | 高精度温度补偿晶体振荡器 |
| JP2007208584A (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-16 | Ricoh Co Ltd | 周波数調整回路 |
| CN102931916A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-02-13 | 清华大学 | 一种模数混合温度补偿的晶体振荡电路 |
| CN102983812A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-20 | 清华大学 | 一种温度补偿晶体振荡器 |
| CN109586673A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-04-05 | 芯海科技（深圳）股份有限公司 | 一种动态温度校正的振荡电路 |
| CN110460307A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-15 | 华南理工大学 | 一种温度自适应fbar振荡电路 |
| CN211405972U (zh) * | 2020-03-31 | 2020-09-01 | 福州大学 | 一种基于cmos的温度补偿fbar晶体振荡器的电路 |
-
2020
- 2020-03-31 CN CN202010240161.3A patent/CN111224620A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000349552A (ja) * | 1999-06-07 | 2000-12-15 | Citizen Watch Co Ltd | 温度補償型発振器 |
| US20030067361A1 (en) * | 2001-10-09 | 2003-04-10 | Masayuki Takahashi | Temperature compensated oscillator, adjusting method thereof, and integrated circuit for temperature compensated oscillator |
| JP2007208584A (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-16 | Ricoh Co Ltd | 周波数調整回路 |
| CN1829076A (zh) * | 2006-03-28 | 2006-09-06 | 青岛硅盛微电子有限公司 | 高精度温度补偿晶体振荡器 |
| CN102931916A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-02-13 | 清华大学 | 一种模数混合温度补偿的晶体振荡电路 |
| CN102983812A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-20 | 清华大学 | 一种温度补偿晶体振荡器 |
| CN109586673A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-04-05 | 芯海科技（深圳）股份有限公司 | 一种动态温度校正的振荡电路 |
| CN110460307A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-15 | 华南理工大学 | 一种温度自适应fbar振荡电路 |
| CN211405972U (zh) * | 2020-03-31 | 2020-09-01 | 福州大学 | 一种基于cmos的温度补偿fbar晶体振荡器的电路 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 冯晓星;唐飞;李琰;俞航;葛彬杰;: "一种集成高精度温度传感器的RFID标签芯片", 微电子学与计算机, no. 05, 5 May 2019 (2019-05-05) * |
| 杨生元;: "直接数字频率合成技术在超声波振荡电路中的应用", 工矿自动化, no. 05, 10 May 2011 (2011-05-10) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114900150A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-08-12 | 福州大学 | Cmos电路与mems谐振器相结合的高阶温度频率补偿电路 |
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