CN111277249A - 一种低功耗张驰振荡器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低功耗张驰振荡器电路，包括比较器、开关电容，该开关电容的一端连接比较器的待测电压输入端，该电路还包括MOS管，所述MOS管包括栅极、第二极和第三极，MOS管的栅极连接所述比较器的待测电压输入端，所述MOS管的第二极和第三极串接在比较器的供电回路中，其中第二极连接供电回路的高电压端，第三极连接供电回路的低电压端。本发明利用电容充放电时，电压不断上升的过程中，在相对较长时间的内先采用一个几乎零功耗的简单而相对比较粗糙的比较电路，来开启或关断另一个精确的比较电路，从而达到降低平均电流的效果，进而大幅降低整个低频振荡器的功耗。

Description

一种低功耗张驰振荡器电路
技术领域
本发明涉及张驰振荡器，尤其是涉及一种低功耗张驰振荡器电路。
背景技术
在智能系统中，时钟是必不可少的电路。在物联网中，很多设备通常需要处于低功耗状态或休眠状态，这时常用的做法是降低时钟频率或者关掉高频时钟而用低频时钟取代之。
为了降低成本、简化外围电路，低频的时钟越来越多地采用芯片内集成振荡器的方式来实现。张驰振荡器，在频率的精度上，可以比较好地做到对工艺、温度、工作电压不敏感。除了降低工作频率来降低功耗，关掉不需要工作的模块后，张驰振荡器本身的功耗也就变得越来越重要了。
而当前的张驰振荡器设计中，除了充放电电路持续工作外，用来做比较的比较器电路也是处于持续工作的状态。当前的张驰振荡器设计如图1、图2所示，其中除了持续对电容C0进行充电的电流外，比较器的电流也如图3所示的IB一样，为一个恒流，此处忽略了在状态翻转时的一些反相器、触发器的翻转电流。如图4所示为现在有技术中一种晶体管级的张驰振荡电路，通常由于比较的速度(延时)和精度要求，比较器的电流在整个张驰振荡器中是比重最大的，因此会导致整个低频振荡器中功耗高。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种低功耗张驰振荡器电路，利用电容充放电时，电压不断上升的过程中，在相对较长的一个时间内，先采用一个几乎无功耗的简单而相对比较粗糙的比较电路，来开启或关断比较电路，从而达到降低平均电流的效果。
本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：
一种低功耗张驰振荡器电路，包括比较器、开关电容，该开关电容的一端连接比较器的待测电压输入端，该电路还包括MOS管，所述MOS管包括栅极、第二极和第三极，MOS管的栅极连接所述比较器的待测电压输入端，所述MOS管的第二极和第三极串接在比较器的供电回路中，其中第二极连接供电回路的高电压端，第三极连接供电回路的低电压端。
进一步的，若比较器的参考电压是以电流流经电阻产生的电压来决定，则该电路还包括第二MOS管、电阻R0，所述第二MOS管包括栅极、第二极和第三极，第二 MOS管的栅极连接所述比较器的待测电压输入端，第二MOS管的第二极连接比较器的参考电压输入端，第二MOS管的第三极串联电阻R0后接地。
进一步的，所述张驰振荡器为直接反相器的张驰振荡器，所述MOS管的栅极连接该张驰振荡器的比较器的待测电压输入端，所述MOS管的第二极连接比较器的电源负极端，所述MOS管的第三极接地。
进一步的，所述张驰振荡器为带RS触发器的张驰振荡器，所述MOS管的栅极连接该张驰振荡器的比较器的待测电压输入端，所述MOS管的第二极连接比较器的电源负极端，所述MOS管的第三极接地。
进一步的，所述张驰振荡器为晶体管级的张驰振荡器，所述MOS管的栅极连接该张驰振荡器的比较器的待测电压输入端；MOS管作为一个开关，控制着整个后面比较器的偏置电流。
进一步的，该电路还包括第二MOS管、电阻R0，所述第二MOS管的栅极连接比较器的待测电压输入端，第二MOS管的第二极连接比较器的参考电压输入端，第二MOS管的第三极串联电阻R0后接地。
与现有技术相比，本发明的整个振荡器的不再是一个持续耗电的大电流，而是根据一个前期更低电流的(或无电流的)比较器来决定开启一个工作电流，使之大电流的比较器进入工作区域。从而使整个振荡器的电流在无电流或低电流再到大电流之间不断变换的过种，无电流或低电流比较器工作的时间越来长，那么平均电流将越低。传统的振荡器，其中的比较器是常开的，而本发明的比较器在计时(开关电容充电) 的大部分时间之内是关闭的，处于完全不工作的状态。
附图说明
图1为现有技术中直接反向的张驰振荡器；
图2为现有技术中带RS触发器的张驰振荡电路图；
图3为现有技术中张驰振荡电路的电压及电流波形图；
图4为现在有技术中一种晶体管级的张驰振荡电路；
图5为本发明中直接反相器的张驰振荡器；
图6为本发明中的带RS触发器的张驰振荡器；
图7为本发明中张驰振荡器对应的电流及电压波形图；
图8为本发明中的晶体管级的实例一；
图9为本发明中晶体管级的另一种实施例；
图10为本发明中晶体管级的另一种实施例对应的电压与电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供一种低功耗张驰振荡器电路，其根据在充放电过程中，比较器大部分时间是不需要处于工作状态的特性，提出的在接近比较点的时候，再开启比较器的方法，以达到在整个工作期间，保证翻转速度和精度的情况下，降低平均电流的效果。本发明利用电容充放电过程中，电压不断上升的过程中，先采用一个简单而相对比较粗糙的比较电路，来开启或关断比较电路，从而达到降低平均电流的效果。
本发明低功耗张驰振荡器电路包括比较器、开关电容，该开关电容的一端连接比较器的待测电压输入端；该电路还包括MOS管，MOS管的栅极连接比较器的待测电压输入端；MOS管的第二极和第三极串接在比较器的供电回路中，其中第二极连接供电回路的高电压端，第三极连接供电回路的低电压端。
实施例2
参见图9，若比较器的参考电压是以电流流经电阻产生的电压来决定，则该电路还包括第二MOS管、电阻R0。第二MOS管的栅极连接所述比较器的待测电压输入端，第二MOS管的漏极连接比较器的参考电压输入端，第二MOS管的源极串联电阻 R0后接地。
实施例3
如图5所示，张驰振荡器为直接反相器的张驰振荡器。MOS管M1的栅极连接该张驰振荡器的比较器CMP的待测电压输入端，MOS管M1的漏极连接比较器的电源负极端，MOS管M1的源极接地。
如图6所示，张驰振荡器为带RS触发器的张驰振荡器。MOS管M1的栅极连接该张驰振荡器的比较器CMP的待测电压输入端，MOS管M1的漏极连接比较器的电源负极端，MOS管M1的源极接地。
在本发明的图5、图6中，在电容电压VA在充电过程中，是逐渐上升的。在到达比较点REF电压之前很长时间，比较电路都是不需要工作的。在实施例中，采用最一种简单的单MOS比较电路。其它的可以低功耗的初级(前级)比较电路，也属于本发明的发明精神范围之内。
当VA电压低于MOS管的阈值电压之前，MOS管关断，比较器是处于关机状态的。而当VA超过阈值之后，MOS有一个饱和区过程中，使得比较器逐渐时进入预设定的工作区域，它的功耗电流也逐渐增加。在VA达到REF之前，完全在合适的工作区域了，电流也达到了最大值。如图7中的IB波形所示，IB有相当大的一部分时间是处于0电流的状态的。
实施例4
如图8所示，张驰振荡器为晶体管级的张驰振荡器，MOS管M2的栅极连接该张驰振荡器的比较器的待测电压输入端；MOS管M2作为一个开关，控制着整个后面比较器的偏置电流。
在图8中，C0作为主要时间控制元件，决定了整个振荡电路的频率。而C1是非常小的一个延时电容，以使CLK产生一个脉冲，同时给C0以放电的时间。M2管作为一个开关，控制着整个后面比较器的偏置电流。在电容C0的充电过程中，当VA电压低于两个MOS管的阈值电压时，M2以及后面的整个比较器都是处于零电流的状态的。而当VA电压接近VREF电压之后，也将超过两个MOS的阈值电压，此时M2 后面的比较器处于正常的偏置状态，可以精确而快速的比较出VA与REF之间的电压值，而在整个控制过程中VA的计时(充电)过程并不受到M2及后比较器状态变化的影响。因此，并不会影响频率本身精度等要求。从而，大大地降低了整个电路的平均电流。
示例中，只是示出了反相器构成的振荡器，RS触发器构成的振荡器，工作原理和效果都是一样的，就不再重复叙述了。
实施例5
如图9所示的另一实施例中，其比较器的参考电压也可以是以电流流经电阻产生的电压来决定的。那么，这部分电流也一样可以通过简单的，如图中第二MOS管M3 的比较电路来进行控制。第二MOS管M3的比较电路包括第二MOS管M3、电阻R0，第二MOS管M3的栅极连接比较器的待测电压输入端，第二MOS管M3的漏极连接比较器的参考电压输入端，第二MOS管M3的源极串联电阻R0后接地。
在第二MOS管M3关断的时候，VR的电压将是一个高值，随着VA电压的升高， M3也将导通，此时电流再流经电阻，从而产生一个电压。波形如图10所示。因此， 能够更进一步节省工作电流，从而达到低功耗的目的。
本实施例比较器的待测电压输入端的降低功耗的电路参见实施例4。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低功耗张驰振荡器电路，包括比较器、开关电容，该开关电容的一端连接比较器的待测电压输入端，其特征在于，该电路还包括MOS管，所述MOS管包括栅极、第二极和第三极，MOS管的栅极连接所述比较器的待测电压输入端，所述MOS管的第二极和第三极串接在比较器的供电回路中，其中第二极连接供电回路的高电压端，第三极连接供电回路的低电压端。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗张驰振荡器电路，其特征在于，若比较器的参考电压是以电流流经电阻产生的电压来决定，则该电路还包括第二MOS管、电阻R0，所述第二MOS管包括栅极、第二极和第三极，第二MOS管的栅极连接所述比较器的待测电压输入端，第二MOS管的第二极连接比较器的参考电压输入端，第二MOS管的第三极串联电阻R0后接地。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗张驰振荡器电路，其特征在于，所述张驰振荡器为直接反相器的张驰振荡器，所述MOS管的栅极连接该张驰振荡器的比较器的待测电压输入端，所述MOS管的第二极连接比较器的电源负极端，所述MOS管的第三极接地。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗张驰振荡器电路，其特征在于，所述张驰振荡器为带RS触发器的张驰振荡器，所述MOS管的栅极连接该张驰振荡器的比较器的待测电压输入端，所述MOS管的第二极连接比较器的电源负极端，所述MOS管的第三极接地。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗张驰振荡器电路，其特征在于，所述张驰振荡器为晶体管级的张驰振荡器，所述MOS管的栅极连接该张驰振荡器的比较器的待测电压输入端；MOS管作为一个开关，控制着整个后面比较器的偏置电流。
6.根据权利要求5所述的一种低功耗张驰振荡器电路，其特征在于，该电路还包括第二MOS管、电阻R0，所述第二MOS管的栅极连接比较器的待测电压输入端，第二MOS管的第二极连接比较器的参考电压输入端，第二MOS管的第三极串联电阻R0后接地。
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