CN111786635A - 动态响应电路、振荡器电路、芯片、电子设备及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种动态响应电路、振荡器电路、芯片、电子设备及方法，涉及集成电路技术领域。该动态响应电路应用于振荡器电路，振荡器电路包括至少一对输入对管，每对输入对管包括对称设置的两个输入管；动态响应电路包括开关电容电路以及电压转换电路；开关电容电路，包括多个电容，用于响应时钟信号控制电容进行电荷转移，以获得与时钟信号的频率对应的第一电压；电压转换电路，与开关电容电路连接，用于将第一电压转换为与时钟信号的频率对应的第二电压，并将第二电压输出至输入对管中的一个输入管，以根据第二电压调整输入管的阈值电压。本申请实施例通过获取与频率相关的电压，改变输入对管的尾电流分布，改善振荡器电路的频率特性。

Description

动态响应电路、振荡器电路、芯片、电子设备及方法

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，更具体地，涉及一种动态响应电路、振荡器电路、芯片、电子设备及方法。

背景技术

随着物联网时代的到来，智慧家居和智能健康产业势必催生出对于微控制单元(Micro Control Unit，MCU)芯片更大的需求。随着单片机技术(MCU芯片)的发展，半导体技术和工艺的快速发展使得MCU产品性能得到大幅度提高，低成本、高精度、高集成、高稳定性MCU占据越来越多的市场份额，成为MCU厂商关注的重点。

其中，时钟产生电路在MCU领域是一个不可或缺的模块，其性能对MCU芯片起着至关重要的作用。为了节约成本，MCU芯片普遍集成RC振荡器。而随着MCU性能的提升，对振荡器的速度、精度、功耗也提出越来越高的要求。

发明内容

本申请提出了一种动态响应电路、振荡器电路、芯片、电子设备及方法，以提高振荡器的动态响应能力。

第一方面，本申请实施例提供了一种动态响应电路，应用于振荡器电路，所述振荡器电路包括至少一对输入对管，每对所述输入对管包括对称设置的两个输入管；所述动态响应电路包括开关电容电路以及电压转换电路；所述开关电容电路，包括多个电容，用于响应时钟信号控制所述电容进行电荷转移，以获得与所述时钟信号的频率对应的第一电压；所述电压转换电路，与所述开关电容电路连接，用于将所述第一电压转换为与所述时钟信号的频率对应的第二电压，并将所述第二电压输出至所述输入对管中的一个输入管，以根据所述第二电压调整所述输入管的阈值电压。

第二方面，本申请实施例还提供了一种振荡器电路，所述振荡器电路包括比较器电路、时钟电路以及如上述第一方面所述的动态响应电路；所述比较器电路包括至少一对输入对管，每对所述输入对管包括对称设置的第一输入管与第二输入管，至少一对输入对管中的所述第一输入管与所述电压转换电路连接，以根据所述电压转换电路输出的所述第二电压，调整所述第一输入管的阈值电压；其中，在所述第一输入管的阈值电压大于所述第二输入管的阈值电压时，流经所述第一输入管的电流大于流经所述第二输入管的电流；所述比较器电路用于对所述第一输入管与所述第二输入管分别接收的输入信号进行比较以获得输出信号，并将所述输出信号传输至所述时钟电路；所述时钟电路，一端与所述比较器电路的输出端连接，另一端与所述开关电容电路连接，用于根据所述比较器电路的输出信号生成时钟信号，并将所述时钟信号输出至所述开关电容电路。

第三方面，本申请实施例还提供了一种芯片，包括如上述第一方面所述的动态响应电路或上述第二方面所述的振荡器电路。

第四方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括设备主体以及如上述第三方面所述的振荡器电路。

第五方面，本申请实施例还提供了一种动态响应方法，应用于振荡器电路，所述振荡器电路包括至少一对输入对管，每对所述输入对管包括对称设置的两个输入管；所述方法包括：响应时钟信号，获得与所述时钟信号的频率对应的第一电压；将所述第一电压转换为与所述时钟信号的频率对应的第二电压，并将所述第二电压输出至所述输入对管中的一个输入管，以根据所述第二电压调整所述输入管的阈值电压。

本申请实施例提供的动态响应电路、振荡器电路、芯片、电子设备及方法，通过电压转换电路与开关电容电路连接，获取与时钟信号的频率对应的第一电压，经过转换后得到与时钟信号的频率对应的第二电压，并将第二电压输出至振荡器电路中输入对管中的其中一个输入管，以根据第二电压调整该输入管的阈值电压，使得两个输入管的阈值电压不同，从而可改变流经输入对管中两个输入管的尾电流分布比例，使得阈值电压相对较高的输入管的通路电流小于阈值电压相对较低的输入管，从而在不改变比较器输入对管整体的输入电流大小时，仍可加快比较器高低电平的翻转，减小翻转延时，提高比较器的动态响应能力，改善振荡器电路的频率特性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了一种适用于本申请实施例的振荡器电路的示意图。

图2示出了本申请一实施例提供的动态响应电路的示意图；

图3示出了本申请另一实施例提供的动态响应电路的示意图；

图4示出了本申请一实施例提供的振荡器电路的示意图；

图5示出了本申请一示例性实施例提供的电流镜负载的示意图；

图6示出了本申请另一示例性实施例提供的电流镜负载的示意图；

图7示出了本申请另一实施例提供的振荡器电路的示意图；

图8示出了本申请又一实施例提供的温度补偿电路的示意图；

图9示出了本申请实施例提供的动态响应方法的流程示意图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

目前通常采用双比较器RC振荡电路来产生高速时钟，原理如图1所示。如图1所示的RC振荡器电路包括两个比较器(分别为比较器CMP1和CMP2)、RS锁存器和两个反相器(分别为第一反相器INV1和第二反相器INV2)，其中，以低电平触发的RS锁存器为例进行说明。

假设第一反相器INV1的第一输出信号G1＝0、反相器INV2的第二输出信号G2＝1，开关S1、S4闭合，S2、S3断开，对电容C1充电，电容C2放电，比较器CMP1和CMP2的正输入端连接的参考电压为VREF。则随着电容C1的电压升高，比较器CMP1输出结果发生翻转，由高电平变为低电平，则经过低电平触发的RS锁存器后，第一输出信号G1变为1，第二输出信号G2变为0。此时，开关S1、S4断开，S2、S3闭合，对电容C2充电，电容C1放电，随着电容C2的电压升高，比较器CMP2输出结果发生翻转，由高电平变为低电平，则经过RS锁存器后，第一输出信号G1变为0，第二输出信号G2变为1，从而完成一个完整的充放电周期，如此循环往复，便可形成周期的时钟信号。

其中，根据图1，可得到参考电压VREF的公式如公式(1)，并可得到等式如公式(2)如下：

VREF＝R1·I1 公式(1)

t·I2＝C1·VREF 公式(2)

其中，I1为电流源I1的输出电流，t为一个充电周期的时长，C1为电容C1的电容值，I2为电流源I2的输出电流，则联立公式(1)和(2)可得：

由于对称结构，且I1：I2＝1：N，C1＝C2，由公式(3)可得：

其中，f为RC振荡电路的振荡频率，由公式(4)可看出，振荡频率f跟R1、I1、I2、C1/C2有关，如果设置合理的电流I1、电流I2二者之间的比例且固定为I1：I2＝1:N，则振荡频率f仅与电容C1或C2中的一个与电阻R1有关。

但是发明人发现，比较器翻转可能存在延时，从而给振荡频率f带来波动。例如，假设比较器存在翻转延时t1，一个周期内电容C1、C2的充电时间为t2，则整个周期所需的时间为2(t1+t2)。其中，

此时，振荡频率f可由下述公式得到：

由公式(6)可看出，如果延时t1过长，会导致输出时钟的周期变长，影响振荡频率，因此为了加快比较器的翻转，就要减小比较器的延时t1，提高电容C1、C2的有效充电时间t2在整个周期的占比。

从图1以及上述分析可看出，只有当比较器在RS锁存器的有效翻转即高电平翻转到低电平时，才会触发RS锁存器，发生状态改变；而当比较器由低电平翻转到高电平时，不会触发RS锁存器，对整个电路的工作状态也不会产生影响。

在传统的振荡器电路中，通常采用对称的比较器结构，比较器由低电平翻转到高电平或由高电平翻转到低电平时，比较器内部输入对管的电流驱动是一样的。若需输出高频率则需要较大的电流驱动，因此传统比较器结构的输出频率受到比较器的限制。

因此，基于上述问题，本申请实施例提供了一种动态响应电路、振荡器电路、芯片、电子设备及方法，以提高比较器的动态响应能力，改善振荡器的频率特性。为便于更好的理解本申请实施例，下面将通过具体实施例对本申请实施例提供的动态响应电路、振荡器电路、芯片、电子设备及方法进行详细说明。

如图2所示，图2示意性地示出了本申请一实施例提供的动态响应电路。其中，动态响应电路100可应用于振荡器电路10，振荡器电路10包括至少一对输入对管210，每对输入对管210包括对称设置的两个输入管M1、M2。

其中，输入对管210可以是比较器200中的输入对管，也可以是其他器件中的输入对管，本申请实施例对此不作限定。下面以输入对管210为比较器200内部输入对管为例进行说明，但本领域技术人员应当明了的是，输入对管210为比较器200内部输入对管仅为示例性说明，在实际应用中，本领域技术人员可以参照本申请实施例的方案选择其他具有输入对管的器件实施本方案。

本实施例中，动态响应电路100包括开关电容电路110以及与开关电容电路110连接的电压转换电路120。

其中，开关电容电路110可包括多个电容，用于响应时钟信号控制电容进行电荷转移，以获得与时钟信号的频率对应的第一电压。

在一些实施方式中，开关电容电路110还包括积分电路，积分电路包括积分电容和反馈运放，则在时钟信号的控制下，开关电容电路110可控制电容进行电荷转移，并通过积分电路输出与时钟信号的频率对应的第一电压。

其中，电压转换电路120，与开关电容电路110连接，用于将第一电压转换为与时钟信号的频率对应的第二电压，并将第二电压输出至输入对管210中的一个输入管，以根据第二电压调整该输入管的阈值电压，从而改变流经输入对管210中两个输入管的尾电流Itail分配，使得输入对管210的驱动电流即图中的尾电流Itail分配给输入管M1、M2的电流不同。由于输入管的阈值电压越大，电流越难通过，则尾电流Itail会更多地流经另一输入管，使得流经另一输入管的电流更大，大于Itail/2，更多的电流驱动另一输入管所在的支路，加快比较器200高低电平翻转。例如，若输入管M1的阈值电压大于输入管M2的阈值电压，则尾电流Itail分配给输入管M1的电流小于分配给输入管M2的电流，即流经输入管M1的电流小于流经输入管M2的电流。

在一些实施方式中，尾电流Itail由电流源产生，用于为输入对管210提供电流，输入对管210作为比较器200的两个输入端，用于接收输入信号，随着输入信号的变化，比较器200的输出信号在高电平和低电平之间翻转。其中，尾电流Itail的产生方式很多，包括但不限于单个晶体管如MOS管、威尔逊电流源、稳压管电流源等，本申请实施例对尾电流Itail的产生方式不作限定。在一个示例中，以单个晶体管为例，晶体管的栅极可以接控制电压，以产生相应的尾电流Itail。

由于比较器一般只有一侧翻转可触发RS锁存器状态的变化，若记这类翻转为有效翻转，则只需加快有效翻转即可提高比较器的动态响应能力，改善振荡器电路10的频率特性。因此，在一些实施方式中，通过将电压转换电路120与输入对管210中的一个输入管连接，改变流经输入管210中两个输入管的尾电流分布比例，使得尾电流Itail可更多地通过阈值电压相对较低的输入管，增大流经该输入管的通路电流，加快一侧翻转，可降低一侧的翻转延时，以提高比较器200的动态响应能力，改善振荡器电路10的频率特性。

由此，本实施例提供的动态响应电路100通过开关电容电路110响应时钟信号控制电容进行电荷转移，获得与时钟信号的频率对应的第一电压，并输出至电压转换电路120，通过电压转换电路120输出与时钟信号的频率相关的第二电压至其中一个输入管，改变该输入管的阈值电压，使得两个输入管的阈值电压不同，从而可改变流经输入对管210中两个输入管M1、M2的尾电流分布比例，使得阈值电压相对较高的输入管的通路电流小于阈值电压相对较低的输入管，从而在不改变比较器输入对管整体的输入电流大小时，仍可加快比较器高低电平的翻转，减小翻转延时，提高比较器的动态响应能力，改善振荡器电路10的频率特性。

如图3所示，图3示意性地示出了本申请另一实施例提供的动态响应电路，于本实施例中，电压转换电路120还可包括电压-电流转换电路121、电流镜像电路122以及电流-电压转换电路123。

其中，电压-电流转换电路121，与开关电容电路110的输出端连接，用于将第一电压转换为输入电流。在一些实施方式中，电压-电流转换电路121可包括晶体管Mc1和电阻Rc1。其中，晶体管Mc1可为三极管、MOS管或其他晶体管。例如，晶体管Mc1可为MOS管，具体可以是PMOS管，也可以是NMOS管等，以NMOS管为例，则NMOS管的栅极可与开关电容电路110的输出端连接，源极可通过电阻Rc1接地，漏极可与电流镜像电路122连接，从而将输入电流传输至电流镜像电路122。

需要说明的是，本申请实施例中，晶体管可以是三极管、MOS管或其他晶体管，电阻也可为具有电阻特性的各种器件，比如具有电阻特性的磁珠等，本申请实施例对此不作限定。

其中，电流镜像电路122，与电压-电流转换电路121的输出端连接，用于根据输入电流输出镜像电流。

其中，电流-电压转换电路123，与电流镜像电路122和输入对管210中的一个输入管的衬底端连接，用于将镜像电流转换为第二电压，并将第二电压输出至所连接的输入管的衬底端，从而根据第二电压调整输入管衬底端的电压，即体电压。如图3所示，电流-电压转换电路123可以与输入管M1的衬底端连接，则此时电流-电压转换电路123输出的第二电压可用于调整输入管M1的体电压VB1，体电压VB1越大，则输入管M1的阈值电压越大。

在一些实施例中，电流-电压转换电路123包括可调电阻网络，用于将镜相电流转换为可调的第二电压。则图3中电阻Rc2可以是可调电阻，使得对所连接的输入管M1的阈值电压的调节程度可调可控。

在一些实施方式中，开关电容电路110可包括多个电容、多个开关和积分电路，多个开关受控于时钟信号，其中，至少一个开关在时钟信号处于第一电平时导通，至少一个开关在时钟信号处于第二电平时导通，从而可根据时钟信号控制电荷在多个电容之间进行转移，再通过积分电路输出与时钟信号的频率对应的第一电压。

在一些实施方式中，电流镜像电路122根据输入电流输出的镜像电流可以包括交替的第一镜像电流Ic5和第二镜像电流Ic3，电流镜像电路122包括选通电路1223、第一电流镜1221以及第二电流镜1222。

其中，第一电流镜1221与电压-电流转换电路121和电流-电压转换电路123连接，第二电流镜1222与电压-电流转换电路121和电流-电压转换电路123连接。并且，选通电路1223与第一电流镜1221和第二电流镜1222连接，用于在时钟信号处于第一电平时，导通第一电流镜1221，以使第一电流镜1221根据电压-电流转换电路121输出的输入电流，生成第一镜像电流Ic5，并在时钟信号处于第二电平时，导通第二电流镜1222，以使第二电流镜1222根据电压-电流转换电路121输出的输入电流，生成第二镜像电流Ic3。

作为一种实施方式，选通电路1223包括第一开关Sc4和第二开关Sc3，其中，第一开关Sc4，连接于电压-电流转换电路121和第一电流镜1221的输入支路之间，用于在时钟信号处于第一电平时导通，以使输入电流流经第一电流镜1221的输入支路，并通过第一电流镜1221的输出支路输出第一镜像电流Ic5至电流-电压转换电路123；第二开关Sc3，连接于电压-电流转换电路121和第二电流镜1222的输入支路之间，用于在时钟信号处于第二电平时导通，以使输入电流流经第二电流镜1222的输入支路，并通过第二电流镜1222的输出支路输出第二镜像电流Ic3至电流-电压转换电路123，从而电流镜像电路122可根据时钟信号，生成交替的第一镜像电流Ic5和第二镜像电流Ic3，并传输至电流-电压转换电路123。

在一些实施方式中，第二电流镜1222还与开关电容电路110的输入端连接，则第二电流镜1222还用于在导通时根据输入电流生成第三镜像电流Ic0，并将第三镜像电流Ic0输入至开关电容电路110，以向开关电容电路110的电容充电。

在一个具体示例中，如图3所示，开关电容110可包括电容Cc1、电容Cc2与开关Sc0、开关Sc1、开关Sc2，电荷可通过电容Cc1转移到电容Cc2，电容Cc2、开关Sc1、开关Sc2构成开关电容，相当于一个等效电阻Req，等效电阻Req与积分电路中的电容Cc3、运算放大器A1构成积分电路，在时钟信号CK的控制下，积分电路输出的第一电压VN2不断变化。

具体地，在时钟信号CK处于第一电平如CK为高时，开关Sc0、开关Sc2、开关Sc4导通，开关Sc1、开关Sc3截止，电容Cc2通过开关Sc2连接至运算放大器A1的负端，在运算放大器A1的输出端(即节点N2)产生第一电压VN2。

在时钟信号处于第二电平如CK为低时，开关Sc0、开关Sc2、开关Sc4截止，开关Sc1、开关Sc3导通，积分电路输出端的第一电压VN2不变，通过电压-电流转换电路121可产生电流Ic1流过开关Sc3，电流Ic1与前一时刻(CK为高时)的电流Ic2相等，电流Ic1通过第二电流镜1222映射产生第三镜像电流Ic0给电容Cc1和电容Cc2充电。其中，时钟信号CK处于第二电平的这段时间，约为半个环型振荡器周期，即1/(2×f)，电容Cc1、电容Cc2充电，并电容Cc1的电压VCc1和电容Cc2的电压VCc2会被充到如公式(7)对应的电压。

VCc1＝VCc2＝t*Ic0/(Cc1+Cc2)＝Ic0/[2*f*(Cc1+Cc2)]公式(7)

需要说明的是，在公式(7)中Cc1、Cc2分别为电容Cc1、电容Cc2的电容值。

当时钟信号CK再次为高时，电容Cc2切换到与运算放大器A1的负端连接，运算放大器A1将前一时刻(CK为低时)存储在电容Cc2的电荷产生的电压Ic0/[2*f*(Cc1+Cc2)]与偏置电压Vmid比较，从而产生新的第一电压VN2和电流Ic2作为当前时刻电流镜像电路122的输入电流。最终通过电流镜像电路122映射产生与时钟信号的频率f对应的镜像电流I_fc。当I_fc正比于频率f时，输入频率f越高，则镜像电流I_fc越大。在一些示例中，当时钟信号处于第一电平时，第一开关Sc4导通，镜像电流I_fc可以是第一电流镜1221根据输入电流Ic2映射产生的第一镜像电流Ic5；当时钟信号处于第二电平时，第一开关Sc4导通，镜像电流I_fc可以是第二电流镜1222根据输入电流Ic1映射产生的第二镜像电流Ic3。

进一步地，电流-电压转换电路123，与电流镜像电路122和输入对管210中的一个输入管的衬底端连接，用于将电流镜像电路122根据输入电流映射产生的镜像电流I_fc转换为第二电压VN0，并将第二电压VN0输出至所连接的输入管M1的衬底端，改变输入管M1的阈值电压VB1。将镜像电流I_fc输入至电流-电压转换电路123可产生与时钟信号的频率相关的第二电压VN0，即节点N0的电压。而由于电流-电压转换电路123与输入管M1的衬底端连接，则输入管M1的阈值电压VB1与第二电压VN0相等，则VB1∝I_fc*Rc2∝f。

由于当输入管M1、M2的体电压相等即VB1＝VB2时，输入管M2的阈值电压＝输入管M1的阈值电压。通过改变输入管M1的体电压VB1，进而改变比较器输入对管的电流分布比例。当体电压VB1>VB2，输入管M1的阈值电压>输入管M2的阈值电压时，输入管M2对应的电流通路电流>Itail/2，输入管M1对应的电流通路电流<Itail/2，则有更多的电流驱动输入管M2的支路，加快比较器高低电平的翻转。当振荡器频率f越高，检测到的输入管M1的体电压VB1越高，比较器200的输入对管210之间尾电流Itail的分布比例差异越大，输入管M2支路电流驱动越大，从而有效提高比较器的动态响应能力，改善振荡器的频率特性。

如图4所示，图4示意性地示出了本申请一实施例提供的振荡器电路，该振荡器电路10包括动态响应电路100、比较器电路200以及时钟电路300。

其中，比较器电路200可包括第一比较器200和第二比较器200’，用以翻转生成时钟信号，需要说明的是，通常第一比较器200和第二比较器200’的结构一样，但也可以不一样，本实施例对此不作限定。

其中，比较器电路200包括至少一对输入对管210，每对输入对管210包括对称设置的第一输入管与第二输入管，至少一对输入对管210中的第一输入管M1与电压转换电路120连接，以根据电压转换电路120输出的第二电压VN0，调整第一输入管M1的体电压VB1，则VB1＝VN0。其中，在第一输入管M1的体电压VB2大于第二输入管M2的体电压VB2时，第一输入管M1的阈值电压大于第二输入管M2的阈值电压，流经第二输入管M2的电流，大于流经第一输入管M1的电流。

比较器电路200用于对第一输入管M1与第二输入管M2分别接收的输入信号进行比较以获得输出信号，即比较INN1、INP1端接收的输入信号以获得比较结果作为输出信号，并将输出信号传输至时钟电路300。

在一种实施方式中，第一输入管M1和第二输入管M2均为场效应管，第一输入管M1和第二输入管M2的输入端分别连接尾电流源，第一输入管M1和第二输入管M2的输出端分别通过负载电路接地。

在一种实施方式中，负载电路可以是电流镜负载，本实施例对电流镜负载的连接方式不作限定，可以理解的是，电流镜负载的连接方式不同，相位不同，则两个输入管所对应的比较器正端信号INP1、负端信号INN1不同。例如，电流镜负载可以采用如图5所示的连接方式，则第一输入管M1对应比较器负端信号INN1，第二输入管M2对应比较器正端信号INP1；再如，电流镜负载也可以是如图6所示的连接方式，则此时连接方式相反，与图4中所示的对应关系一致。在其他一些实施方式中，负载电路也可以不是如图5、6所示的连接方式，还可以不是电流镜负载，本实施例对此不作限定。

其中，时钟电路300，一端与比较器电路200的输出端连接，另一端与开关电容电路110连接，用于根据比较器电路200的输出信号生成时钟信号，并将时钟信号输出至开关电容电路110，控制开关电容电路110、电压转换电路120中开关的导通和截止，从而使得电压转换电路120可产生与频率相关的电压VN0改变第一输入管M1的阈值电压，进而改变两个输入管M1、M2的尾电流分布比例，加快比较器高低电平的翻转，提高比较器的动态响应能力，从而改善振荡器电路10的频率特性。

在一些实施方式中，比较器电路200还可包括第二级电路，可用于提高比较器的增益，本实施例对此不作限定。

另外，在一些实施例中，由于不同温度下比较器200不同的动态响应所带来的时钟延迟差别，也会影响振荡器10的温漂特性。因此本申请另一实施例还提供了一种振荡器电路，可以改善振荡器的温漂特性。具体地，如图7所示，图7示意性地示出了本申请另一实施例提供的振荡器电路，于本实施例中，振荡器电路10还可包括温度补偿电路400。

具体地，第一电流镜1221和第二电流镜1222分别连接于温度补偿电路400的电流输入端，以向温度补偿电路400输出镜像电流。并且，温度补偿电路400与第二输入管M2的衬底端连接，用于根据镜像电流调整第二输入管M2的体电压VB2，进而调整第二输入管M2的阈值电压。由上述可知，第一电流镜1221和第二电流镜1222根据输入电流映射产生的镜像电流Ic与频率相关，则可以根据镜像电流Ic来进行温度补偿。

在一些实施方式中，如图8所示，图8示意性地示出了本申请又一实施例提供的温度补偿电路，于本实施例中，温度补偿电路400可以包括补偿电压产生电路410以及电压叠加电路420。

其中，补偿电压产生电路410，与温度补偿电路400的电流输入端连接，用于获取镜像电流Ic，并将镜像电流Ic与预设的参考电流Iref比较，并根据比较结果输出具有温度特性的第一补偿电压VT1。

其中，电压叠加电路420，与补偿电压产生电路410连接，用于获取第一补偿电压VT1，并对第一补偿电压VT1和预设的参考电压进行叠加处理，以获得第二补偿电压VT2，并将第二补偿电压VT2输出至第二输入管M2的衬底端，以根据第二补偿电压VT2调整第二输入管M2的体电压VB2。

在一种实施方式中，补偿电压产生电路410可以包括正温度系数电压产生单元411、电流比较单元412以及加权单元413；

其中，正温度系数电压产生单元411，用于生成具有正温度系数的电压K1*kT/q，在一些示例中，正温度系数电压产生单元411可以是PTAT(Proportional To AbsoluteTemperature，与绝对温度成正比)电流源。

其中，电流比较单元412的一端与温度补偿电路400的电流输入端连接，电流比较单元412用于将预设的参考电流Iref与镜像电流Ic进行比较，并根据比较结果确定温度补偿系数K0。

其中，加权单元413分别与正温度系数电压产生单元411和电流比较单元412连接，用于根据温度补偿系数K0对具有正温度系数的电压K1*kT/q进行加权处理以得到第一补偿电压VT1＝K0*K1*kT/q，并将第一补偿电压K0*K1*kT/q输出至电压叠加电路420。

在一种实施方式中，电流比较单元412还可具体包括参考电流源、电流量化单元(Current Quantizer)，预设的参考电流Iref由参考电流源产生，并与从温度补偿电路400的电流输入端输入的镜像电流Ic与预设的参考电流Iref，经电流量化单元做量化比较并产生量化参数Dtrim，进而可将量化参数Dtrim作为温度补偿系数K0，加权单元412将温度补偿系数K0与正温度系数电压产生单元411输出的具有正温度系数的电压K1*kT/q进行加权处理以获得第一补偿电压K0*K1*kT/q，并将第一补偿电压K0*K1*kT/q输出至电压叠加电路420。

在另一种实施方式中，为了提高补偿精度，电流比较单元412还可包修调网络(Trimming Network)，则电流量化单元产生的量化参数Dtrim，量化参数Dtrim可用于控制修调网络生成温度补偿系数K0，该温度补偿系数K0与正温度系数电压产生单元411输出的具有正温度系数的电压K1*kT/q经加权单元412的加权处理输出第一补偿电压K0*K1*kT/q，并将第一补偿电压K0*K1*kT/q输出至电压叠加电路420。

在一些实施方式中，电压叠加电路420可包括零温漂的带隙基准电压源(BandgapVoltage Reference)，用于产生零温漂的偏置电压Vbulk，在零温漂时偏置电压Vulk即为零温漂下输入至第二输入管M2的电压，即零温漂时，第二输入管M2的体电压VB2与偏置电压Vbulk相等。而当存在温漂时，需要叠加于温度系数相关的第二补偿电压来调节第二输入管M2的体电压VB2，使得温度补偿电路400电流输入端输入的镜像电流Ic电流与参考电流Iref相等。作为一种实施方式，电压叠加电路420还可包括另一加权单元，该加权单元与带隙基准电压源连接，用于将带隙基准电压源产生的带隙基准电压Vbg乘以系数K2得到偏置电压Vbulk＝K2*Vbg。该加权单元还与加法器连接，加法器将偏置电压Vbulk与第一补偿电压K0*K1*kT/q叠加产生第二补偿电压VT2＝Vbulk+K0*K1*kT/q。

下面对基于上述温度补偿电路400降低振荡器电路10的温漂的原理进行说明。当镜像电流Ic＞预设的参考电流Iref时，量化参数Dtrim控制Trimming网络产温度补偿系数K0，并通过加权单元412根据温度补偿系数K0对正温度系数电压产生单元411输出的电压K1*kT/q的加权处理以获得第一补偿电压K0*K1*kT/q，其中第一补偿电压可以为正温度系数电压，也可以为负温度系数电压。当K0为正时，第一补偿电压为正温度系数电压，当K0为负时，第一补偿电压为负温度系数电压。

随之，电压叠加电路420将第一补偿电压K0*K1*kT/q与零温漂的偏置电压Vbulk叠加产生正温度系数的第二补偿电压Vbulk+K0*K1*kT/q，进而改变第二输入管M2的体电压VB2＝Vbulk+K0*K1*kT/q，从而使比较器电路200正端信号INP1对应的第二输入管M2的阈值电压随温度变化，因此，流经第二输入管M2的电流随体电压VB2的变大而减小，驱动比较器高低电平翻转的驱动电流减弱，动态延时边长，振荡器电路10的频率随之降低，动态响应电路100输出的与频率相关的镜像电流Ic也随着减小，最终镜像电流Ic≈预设的参考电流Iref，实现振荡器电路10温度特性的动态校正。

由此，通过上述实施例提供的温度补偿电路400，可基于动态响应电路输出的与频率相关的镜像电流Ic，与预设的参考电流Iref量化对比，产生第二补偿电压Vbulk+K0*K1*kT/q，进而控制比较器电路200输入管的阈值电压，由于输入管阈值电压的温度特性变化会改变振荡器电路10频率的温度特性，则通过温度补偿电路400，振荡器电路10的频率会调节到预设的参考电流Iref对应的基准频率，从而有效改善振荡器电路10的温漂特性。

另外，在一些实施例中，温度补偿电路400还包括温度补偿开关单元，温度补偿开关单元可连接在第一电流镜1221和第二电流镜1222的电流输入端之间，其中第一电流镜1221和第二电流镜1222的电流输入端分别连接于温度补偿电路400。具体地，温度补偿开关单元在导通时，对比较器电路200输出第二补偿电压，以进行温度补偿，从而改善振荡器电路10的温漂特性。由此可在需要降低温漂时，导通温度补偿开关单元以进行动态补偿，改善振荡器电路10的温漂特性。

如图9所示，图9还示意性地示出了本申请一实施例提供的动态响应方法，应用于振荡器电路，振荡器电路包括至少一对输入对管，每对输入对管包括对称设置的两个输入管，具体地，该方法可以包括：

步骤S110：响应时钟信号，获得与时钟信号的频率对应的第一电压。

通过开关电容电路响应时钟信号控制电容进行电荷转移，获得与时钟信号的频率对应的第一电压。

步骤S120：将第一电压转换为与时钟信号的频率对应的第二电压，并将第二电压输出至输入对管中的一个输入管，以根据第二电压调整输入管的阈值电压。

将得到的第一电压输出至电压转换电路，通过电压转换电路输出与时钟信号的频率相关的第二电压至其中一个输入管，以根据第二电压调整该输入管的阈值电压，使得输入对管中两个输入管的阈值电压不同，从而可改变流经输入对管中两个输入管的尾电流分布比例，使得阈值电压相对较高的输入管的通路电流小于阈值电压相对较低的输入管，从而在不改变比较器输入对管整体的输入电流大小时，仍可加快比较器高低电平的翻转，减小翻转延时，提高比较器的动态响应能力，改善振荡器电路的频率特性。

本实施例提供的动态响应方法，通过开关电容电路响应时钟信号控制电容进行电荷转移，获得与时钟信号的频率对应的第一电压，并输出至电压转换电路，通过电压转换电路输出与时钟信号的频率相关的第二电压至其中一个输入管，改变该输入管的阈值电压，使得两个输入管的阈值电压不同，从而可改变流经输入对管中两个输入管的尾电流分布比例，使得阈值电压相对较高的输入管的通路电流小于阈值电压相对较低的输入管，从而在不改变比较器输入对管整体的输入电流大小时，仍可加快比较器高低电平的翻转，减小翻转延时，提高比较器的动态响应能力，改善振荡器电路的频率特性，并且还可以降低比较器的功耗，在相同的频率下，比较器功耗可降低50％。尤其在振荡频率较高时，通过频率检测，调整输入对管中其中一个输入管的阈值电压，进而加快比较器动态响应，减小高频。

本申请实施例还提供一种芯片，该芯片设有上述任一实施例所述的动态响应电路或振荡器电路，并具有相应的实施例所述的有益效果，在此不再赘述。在一些示例中，芯片可以是MCU芯片，可用于各种电子设备。

本申请实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括设备主体以及上述芯片，并芯片可包括上述任一实施例所述的动态响应电路或振荡器电路，，并具有相应的实施例所述的有益效果，在此不再赘述。

其中，该电子设备可以是体重秤、体脂称等电子秤，或者是手环、手表、智能内衣等智能穿戴产品，或者是冰箱、扫地机器人、空调、电视、智能马桶等家用电器，或者是手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、上位机等终端设备，或者是物联网设备，或者是耳机、电子烟、移动电源等，本实施例对电子设备的类型不作限定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种动态响应电路，其特征在于，应用于振荡器电路，所述振荡器电路包括至少一对输入对管，每对所述输入对管包括对称设置的两个输入管；所述动态响应电路包括开关电容电路以及电压转换电路；

所述开关电容电路，包括多个电容，用于响应时钟信号控制所述电容进行电荷转移，以获得与所述时钟信号的频率对应的第一电压；

所述电压转换电路，与所述开关电容电路连接，用于将所述第一电压转换为与所述时钟信号的频率对应的第二电压，并将所述第二电压输出至所述输入对管中的一个输入管，以根据所述第二电压调整所述输入管的阈值电压。

2.根据权利要求1所述的动态响应电路，其特征在于，所述电压转换电路包括电压-电流转换电路、电流镜像电路以及电流-电压转换电路；

所述电压-电流转换电路，与所述开关电容电路的输出端连接，用于将所述第一电压转换为输入电流；

所述电流镜像电路，与所述电压-电流转换电路的输出端连接，用于根据所述输入电流输出镜像电流；

所述电流-电压转换电路，与所述电流镜像电路和所述输入对管中的一个输入管的衬底端连接，用于将所述镜像电流转换为所述第二电压，并将所述第二电压输出至所连接的输入管的衬底端。

3.根据权利要求2所述的动态响应电路，其特征在于，所述电流-电压转换电路包括可调电阻网络，用于将所述镜像电流转换为可调的第二电压。

4.根据权利要求2所述的动态响应电路，其特征在于，所述镜像电流包括交替的第一镜像电流和第二镜像电流；所述电流镜像电路包括选通电路、第一电流镜以及第二电流镜；

所述选通电路，与所述第一电流镜和所述第二电流镜连接，用于在所述时钟信号处于第一电平时，导通所述第一电流镜，并在所述时钟信号处于第二电平时，导通所述第二电流镜；

所述第一电流镜与所述电压-电流转换电路和所述电流-电压转换电路连接，用于在导通时根据所述输入电流生成所述第一镜像电流；

所述第二电流镜与所述电压-电流转换电路和所述电流-电压转换电路连接，用于在导通时根据所述输入电流生成所述第二镜像电流。

5.根据权利要求4所述的动态响应电路，其特征在于，所述选通电路包括第一开关和第二开关；

所述第一开关，连接于所述电压-电流转换电路和所述第一电流镜的输入支路之间，用于在所述时钟信号处于第一电平时导通；

所述第二开关，连接于所述电压-电流转换电路和所述第二电流镜的输入支路之间，用于在所述时钟信号处于第二电平时导通。

6.根据权利要求4或5所述的动态响应电路，其特征在于，所述第二电流镜还与所述开关电容电路的输入端连接，所述第二电流镜还用于在导通时根据所述输入电流生成第三镜像电流，并将所述第三镜像电流输入至所述开关电容电路，以向所述开关电容电路的电容充电。

7.一种振荡器电路，其特征在于，所述振荡器电路包括比较器电路、时钟电路以及如权利要求1-6任一项所述的动态响应电路；

所述比较器电路包括至少一对输入对管，每对所述输入对管包括对称设置的第一输入管与第二输入管，至少一对输入对管中的所述第一输入管与所述电压转换电路连接，以根据所述电压转换电路输出的所述第二电压，调整所述第一输入管的阈值电压；其中，在所述第一输入管的阈值电压大于所述第二输入管的阈值电压时，流经所述第一输入管的电流大于流经所述第二输入管的电流；

所述比较器电路用于对所述第一输入管与所述第二输入管分别接收的输入信号进行比较以获得输出信号，并将所述输出信号传输至所述时钟电路；

所述时钟电路，一端与所述比较器电路的输出端连接，另一端与所述开关电容电路连接，用于根据所述比较器电路的输出信号生成时钟信号，并将所述时钟信号输出至所述开关电容电路。

8.根据权利要求7所述的振荡器电路，其特征在于，所述振荡器电路还包括温度补偿电路，所述第一电流镜和所述第二电流镜分别连接于所述温度补偿电路的电流输入端，以向所述温度补偿电路输出所述镜像电流；

所述温度补偿电路，与所述第二输入管的衬底端连接，用于根据所述镜像电流调整所述第二输入管的阈值电压。

9.根据权利要求8所述的振荡器电路，其特征在于，所述温度补偿电路包括补偿电压产生电路以及电压叠加电路；

所述补偿电压产生电路，与所述电流输入端连接，用于获取所述镜像电流，并将所述镜像电流与预设的参考电流比较，并根据比较结果输出具有温度特性的第一补偿电压；

所述电压叠加电路，与所述补偿电压产生电路连接，用于获取所述第一补偿电压，并对所述第一补偿电压和预设的参考电压进行叠加处理，以获得第二补偿电压，并将所述第二补偿电压输出至所述第二输入管的衬底端，以根据所述第二补偿电压调整所述第二输入管的阈值电压。

10.根据权利要求9所述的振荡器电路，其特征在于，所述补偿电压产生电路包括正温度系数电压产生单元、电流比较单元以及加权单元；

所述正温度系数电压产生单元，用于生成具有正温度系数的电压；

所述电流比较单元的一端与所述电流输入端连接，所述电流比较单元用于将所述预设的参考电流与所述镜像电流进行比较，并根据比较结果确定温度补偿系数；

所述加权单元分别与所述正温度系数电压产生单元和所述电流比较单元连接，用于根据所述温度补偿系数对所述具有正温度系数的电压进行加权处理以得到所述第一补偿电压，并将所述第一补偿电压输出至所述电压叠加电路。

11.一种芯片，其特征在于，包括如上述权利要求1-6所述的动态响应电路或上述权利要求7-10所述的振荡器电路。

12.一种电子设备，其特征在于，包括设备主体以及如上述权利要求11所述的芯片。

13.一种动态响应方法，其特征在于，应用于振荡器电路，所述振荡器电路包括至少一对输入对管，每对所述输入对管包括对称设置的两个输入管；所述方法包括：

响应时钟信号，获得与所述时钟信号的频率对应的第一电压；

将所述第一电压转换为与所述时钟信号的频率对应的第二电压，并将所述第二电压输出至所述输入对管中的一个输入管，以根据所述第二电压调整所述输入管的阈值电压。

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