CN112152591A - 张弛振荡器和电子设备 - Google Patents

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CN112152591A
CN112152591A CN202011051715.1A CN202011051715A CN112152591A CN 112152591 A CN112152591 A CN 112152591A CN 202011051715 A CN202011051715 A CN 202011051715A CN 112152591 A CN112152591 A CN 112152591A
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Abstract

本申请提供了一种张弛振荡器和电子设备，该张弛振荡器包括：启动电路，用于产生启动电压；偏置电流产生电路，连接启动电路，用于接收启动电压，产生偏置电流；参考电压产生电路，连接偏置电流产生电路，用于接收偏置电流，产生第一参考电压和第二参考电压；充放电电路，连接偏置电流产生电路，用于接收偏置电流，产生充放电电压；方波产生电路，连接参考电压产生电路与充放电电路，用于接收第一参考电压、第二参考电压以及充放电电压，产生方波脉冲信号。上述方案可以消除温度变化带来的影响，产生稳定的方波脉冲信号。

Description

张弛振荡器和电子设备
技术领域
本申请涉及振荡器技术领域，特别涉及一种张弛振荡器和电子设备。
背景技术
张弛振荡器是通过给电容充放电产生方波的一种振荡器结构。
图1是RC张弛振荡器的电路原理图。现有RC张弛振荡器应用固定电流I给电容C进行固定压差Vdiff的反复充放电来输出稳定频率的脉冲，其输出频率可以表示为：
Figure BDA0002709771720000011
即频率与I，C，Vdiff之间的比例关系有关，然后在温度变化时，I，Vdiff均会产生变化(电容C温度系数一般很小，可以忽略)，如果I，Vdiff的变化不能抵消，则会引起频率跟随温度变化。
发明内容
本申请实施例提供了张弛振荡器，用以消除温度对脉冲频率的影响，提高稳定性。
本申请实施例还提供了一种张弛振荡器，包括：
启动电路，用于产生启动电压；
偏置电流产生电路，连接所述启动电路，用于接收所述启动电压，产生偏置电流；
参考电压产生电路，连接所述偏置电流产生电路，用于接收所述偏置电流，产生第一参考电压和第二参考电压；
充放电电路，连接所述偏置电流产生电路，用于接收所述偏置电流，产生充放电电压；
方波产生电路，连接所述参考电压产生电路与所述充放电电路，用于接收所述第一参考电压、第二参考电压以及所述充放电电压，产生方波脉冲信号。
在一实施例中，所述启动电路包括：
第三P型场效应管，所述第三P型场效应管的源极连接电源，所述第三P型场效应管的栅极接地；
第五N型场效应管，所述第五N型场效应管的源极接地，所述第五N型场效应管的栅极连接所述第三P型场效应管的漏极；所述第五N型场效应管的漏极用于输出启动电压。
在一实施例中，所述启动电路还包括：
第四P型场效应管，所述第四P型场效应管的源极连接电源，所述第四P型场效应管的栅极连接所述第五N型场效应管的漏极；
第三N型场效应管，第三N型场效应管的漏极连接所述第三P型场效应管的漏极，第三N型场效应管的源极接地；
第四N型场效应管，与所述第三N型场效应管，构成电流镜。
在一实施例中，所述参考电压产生电路包括：
第一P型场效应管和第二P型场效应管；
由第一N型场效应管和第二N型场效应管构成的电流镜；
所述第一N型场效应管的漏极分别连接所述第一P型场效应管的漏极与所述第一P型场效应管的栅极；所述第一P型场效应管的栅极用于提供所述第一参考电压；
所述第二N型场效应管的漏极分别连接所述第二P型场效应管的漏极与所述第二P型场效应管的栅极；所述第二P型场效应管的栅极用于提供所述第二参考电压。
在一实施例中，所述第一P型场效应管和第二P型场效应管的尺寸相同且所述第一N型场效应管与第二N型场效应管的宽长比不同；
或者；
所述第一P型场效应管和第二P型场效应管的尺寸不相同且所述第一N型场效应管与第二N型场效应管的宽长比相同。
在一实施例中，所述充放电电路包括：
第八P型场效应管，所述第八P型场效应管的源极连接电源，栅极连接所述偏置电流产生电路；
第九P型场效应管，所述第九P型场效应管的源极连接所述第八P型场效应管的漏极；所述第九P型场效应管的栅极连接所述方波产生电路的反向输出端；
第十N型场效应管，所述第十N型场效应管的漏极连接所述第九P型场效应管的漏极所述第十N型场效应管的栅极连接所述方波产生电路的反向输出端；
第九N型场效应管，所述第九N型场效应管的漏极连接所述第十N型场效应管的源极；所述第九N型场效应管的栅极连接所述偏置电流产生电路；所述第九N型场效应管的源极接地；
电容，所述电容的第一端连接电源，所述电容的第二端分别连接所述第九P型场效应管的漏极和所述第十N型场效应管的漏极，所述第二端用于提供所述充放电电压。
在一实施例中，所述偏置电流产生电路包括：
由第五P型场效应管、第六P型场效应管和第七P型场效应管构成的电流镜；
由第六N型场效应管和第七N型场效应管构成的电流镜，共栅极连接所述参考电压产生电路中电流镜的栅极，用于镜像偏置电流至所述参考电压产生电路；
第八N型场效应管，与所述第九N型场效应管构成电流镜，用于镜像偏置电流到所述第九N型场效应管所在支路；
所述第五P型场效应管的漏极连接所述第六N型场效应管和第七N型场效应管的栅极；所述第七N型场效应管的漏极连接所述第六P型场效应管的漏极；
所述第五P型场效应管的栅极连接所述启动电路的启动电压输出端以及所述第八P型场效应管的栅极，用于镜像偏置电流到所述第八P型场效应管所在支路。
在一实施例中，所述偏置电流产生电路包括：
由第五P型场效应管、第六P型场效应管和第七P型场效应管构成的第一电流镜，所述第一电流镜的共栅极连接所述第八P型场效应管的栅极；用于镜像偏置电流到所述第八P型场效应管所在支路；
运算放大器，输出端连接所述第一电流镜的共栅极；
第一PNP型三极管，基极和集电极接地，发射极连接所述运算放大器的反向输入端和所述第五P型场效应管的漏极；
第二PNP型三极管，基极和集电极接地，发射极连接所述运算放大器的正向输入端和所述第六P型场效应管的漏极；
第八N型场效应管，漏极连接所述第七P型场效应管的漏极，并与所述第九N型场效应管构成第二电流镜，用于镜像偏置电流到所述第九N型场效应管所在支路，所述第二电流镜的共栅极连接所述参考电压产生电路中电流镜的栅极，用于镜像偏置电流至所述参考电压产生电路；
所述第五P型场效应管的栅极连接所述启动电路的启动电压输出端。
在一实施例中，上述方波产生电路包括：
第一比较器，所述第一比较器的正向输入端连接参考电压产生电路，用于输入第二参考电压；所述第一比较器的反向输入端连接充放电电路，用于输入充放电电压；
第二比较器，所述第二比较器的反向输入端连接参考电压产生电路，用于输入第一参考电压；所述第二比较器的正向输入端连接充放电电路，用于输入充放电电压；
触发器，所述第一比较器的输出端连接触发器的复位端；第二比较器的输出端连接触发器的置位端；所述触发器的正向输出端用于输出方波脉冲信号；所述触发器的反向输出端连接充放电电路，用于输出调节信号。
本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：上述张弛振荡器。
上述实施例提供的技术方案，参考电压产生电路的电流与充放电电路的电流均由同一偏置电流产生电路提供，因此，参考电压产生电路提供的第一参考电压与第二参考电压之间的电压差Vdiff与充放电电流I存在比例关系，即电压差Vdiff变化a倍，充放电电流I也变化a倍，根据公式频率
Figure BDA0002709771720000061
Figure BDA0002709771720000062
可知，电流I与电压差Vdiff之间的温度系数可以相互抵消，由此方波产生电路可以输出稳定的方波脉冲信号。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为现有张弛振荡器的电路图；
图2为本申请一实施例提供的一种张弛振荡器的电路图；
图3为本申请另一实施例提供的一种张弛振荡器的电路图；
图4为本申请又一实施例提供的一种张弛振荡器的电路图；
图5是采用本申请实施例提供的张弛振荡器后频率随温度变化的效果示意图。
具体实施方式
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描述。
相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图2为本申请实施例提供的一种张弛振荡器的电路图，如图2所示，该张弛振荡器包括：启动电路10、偏置电流产生电路20、参考电压产生电路30、充放电电路40以及方波产生电路50。
其中，启动电路10用于产生启动电压；偏置电流产生电路20连接所述启动电路10，用于接收所述启动电压，产生偏置电流；参考电压产生电路30连接所述偏置电流产生电路20，用于接收所述偏置电流，产生第一参考电压和第二参考电压；充放电电路40连接所述偏置电流产生电路20，用于接收所述偏置电流，产生充放电电压；方波产生电路50，连接所述参考电压产生电路30与所述充放电电路40，用于接收所述第一参考电压、第二参考电压以及所述充放电电压，产生方波脉冲信号。
需要说明的是，方波产生电路50的电压差为第一参考电压减去第二参考电压。参考电压产生电路30的电流与充放电电路40的电路均由同一偏置电流产生电路20提供，因此，参考电压产生电路30提供的第一参考电压与第二参考电压之间的电压差Vdiff与充放电电流I存在比例关系，即电压差Vdiff变化a倍，充放电电流I也变化a倍，根据公式频率
Figure BDA0002709771720000071
可知，电流I与电压差Vdiff之间的温度系数可以相互抵消。
图3为本申请实施例提供的一种张弛振荡器的电路图，如图3所示，启动电路10包括：第三P型场效应管Mp3(即PMOS)和第五N型场效应管Mn5(即NMOS)。
其中，所述第三P型场效应管Mp3的源极连接电源，所述第三P型场效应管Mp3的栅极接地。在一实施例中，上述启动电路10还包括第一电阻R1，第三P型场效应管Mp3的栅极通过第一电阻R1接地。
其中，所述第五N型场效应管Mn5的源极接地，所述第五N型场效应管Mn5的栅极连接所述第三P型场效应管Mp3的漏极；所述第五N型场效应管Mn5的漏极用于输出启动电压。
在一实施例中，上述启动电路10还包括：第四P型场效应管Mp4、第三N型场效应管Mn3以及第四N型场效应管Mn4。
其中，所述第四P型场效应管Mp4的源极连接电源，所述第四P型场效应管Mp4的栅极连接所述第五N型场效应管Mn5的漏极；第四P型场效应管Mp4的漏极连接第四N型场效应管的漏极Mn4。
其中，第三N型场效应管Mn3的漏极连接所述第三P型场效应管Mp3的漏极，第三N型场效应管Mn3的源极接地；第四N型场效应管Mn4与所述第三N型场效应管Mn3，构成电流镜。第四N型场效应管Mn4的源极接地。
在一实施例中，如图3所示，上述参考电压产生电路30包括：第一P型场效应管Mp1、第二P型场效应管Mp2以及由第一N型场效应管Mn1和第二N型场效应管Mn2构成的电流镜。
其中，第一N型场效应管Mn1的漏极分别连接所述第一P型场效应管Mp1的漏极与所述第一P型场效应管Mp1的栅极；第一N型场效应管Mn1的栅极接电压Vbn。第一N型场效应管Mn1的源极接地。所述第一P型场效应管Mp1的栅极用于提供所述第一参考电压VH。第一P型场效应管Mp1的源极接电源。第一参考电压VH即第一P型场效应管Mp1启动电压Vgs。
其中，所述第二N型场效应管Mn2的漏极分别连接所述第二P型场效应管Mp2的漏极与所述第二P型场效应管Mp2的栅极；第二N型场效应管Mn2的栅极接电压Vbn。第二N型场效应管Mn2的源极接地。所述第二P型场效应管Mp2的栅极用于提供所述第二参考电压VL。第二P型场效应管Mp2的源极接电源。第二参考电压VL即第二P型场效应管Mp2的启动电压Vgs。
在一实施例中，所述第一P型场效应管Mp1和第二P型场效应管Mp2的尺寸相同且所述第一N型场效应管Mn1与第二N型场效应管Mn2的宽长比不同。
需要说明的是，第一N型场效应管Mn1与第二N型场效应管Mn2的宽长比不同，所以第一N型场效应管Mn1所在支路和第二N型场效应管Mn2所在支路的电流不同。由于，第一P型场效应管Mp1和第二P型场效应管Mp2的尺寸相同，故可以第一P型场效应管Mp1可以产生第一参考电压VH，第二P型场效应管Mp2可以产生第二参考电压VL。
在其他实施例中，所述第一P型场效应管Mp1和第二P型场效应管Mp2的尺寸不相同且所述第一N型场效应管Mn1与第二N型场效应管Mn2的宽长比相同。由于第一N型场效应管Mn1与第二N型场效应管Mn2的宽长比相同，所以第一N型场效应管Mn1所在支路和第二N型场效应管Mn2所在支路的电流相同，因为第一P型场效应管Mp1和第二P型场效应管Mp2的尺寸不相同，故第一P型场效应管Mp1可以产生第一参考电压VH，第二P型场效应管Mp2可以产生第二参考电压VL。
在一实施例中，如图3所示，上述充放电电路40包括：第八P型场效应管Mp8、第九P型场效应管Mp9、第十N型场效应管Mn10、第九N型场效应管Mn9以及电容C1。
其中，所述第八P型场效应管Mp8的源极连接电源，栅极连接所述偏置电流产生电路20；第八P型场效应管Mp8的漏极连接第九P型场效应管Mp9的源极。
其中，所述第九P型场效应管Mp9的源极连接所述第八P型场效应管Mp8的漏极；所述第九P型场效应管Mp9的栅极连接所述方波产生电路50的反向输出端；第九P型场效应管Mp9的漏极连接第十N型场效应管Mn10的漏极。
其中，所述第十N型场效应管Mn10的漏极连接所述第九P型场效应管Mp9的漏极；所述第十N型场效应管Mn10的栅极连接所述方波产生电路50的反向输出端；第十N型场效应管Mn10的源极连接第九N型场效应管Mn9的漏极。
其中，所述第九N型场效应管Mn9的漏极连接所述第十N型场效应管Mn10的源极；所述第九N型场效应管Mn9的栅极连接所述偏置电流产生电路20；所述第九N型场效应管Mn9的源极接地；
所述电容C1的第一端连接电源，所述电容C1的第二端分别连接所述第九P型场效应管Mp9的漏极和所述第十N型场效应管Mn10的漏极，所述第二端用于提供所述充放电电压Vcap。
张弛振荡器可以是饱和区工作模式或亚阈值区工作模式。在一实施例中，当张弛振荡器为饱和区工作模式时，如图3所示，偏置电流产生电路20包括：由第五P型场效应管Mp5、第六P型场效应管Mp6和第七P型场效应管Mp7构成的电流镜；由第六N型场效应管Mn6和第七N型场效应管Mn7构成的电流镜；以及第八N型场效应管Mn8。
其中，第六N型场效应管Mn6和第七N型场效应管Mn7的共栅极连接所述参考电压产生电路30中电流镜(由Mn1/Mn2组成)的栅极，用于镜像偏置电流至所述参考电压产生电路30；
其中，第八N型场效应管Mn8与所述第九N型场效应管Mn9构成电流镜，用于镜像偏置电流到所述第九N型场效应管Mn9所在支路；第八N型场效应管Mn8的漏极连接第七P型场效应管Mp7的漏极；第八N型场效应管Mn8的源极接地。
其中，第五P型场效应管Mp5的漏极连接所述第六N型场效应管Mn6和第七N型场效应管Mn7的栅极；所述第七N型场效应管Mn7的漏极连接所述第六P型场效应管Mp6的漏极；第七N型场效应管Mn7的源极接地；
其中，第五P型场效应管Mp5的栅极连接所述启动电路10的启动电压输出端(即第五N型场效应管的漏极)以及所述第八P型场效应管Mp8的栅极，用于镜像偏置电流到所述第八P型场效应管Mp8所在支路。
在一实施例中，如图3所示，上述偏置电流产生电路20还包括第二电阻R2，第二电阻R2的一端连接第七N型场效应管Mn7的源极，另一端接地。
在其他实施例中，当张弛振荡器为亚阈值区工作模式时，如图4所示，偏置电流产生电路20包括：由第五P型场效应管Mp5、第六P型场效应管Mp6和第七P型场效应管Mp7构成的第一电流镜、运算放大器OA、第一PNP型三极管Q1、第二PNP型三极管Q2以及第八N型场效应管Mn8。
其中，第五P型场效应管Mp5的栅极连接所述启动电路10的启动电压输出端；由第五P型场效应管Mp5、第六P型场效应管Mp6和第七P型场效应管Mp7构成的第一电流镜的共栅极连接所述第八P型场效应管Mp8的栅极，用于镜像偏置电流到所述第八P型场效应管Mp8所在支路。
其中，运算放大器OA的输出端连接所述第一电流镜的共栅极；所述运算放大器的反向输入端连接第一PNP型三极管Q1的发射极；运算放大器OA的正向输入端连接第二PNP型三极管Q2的发射极。
其中，第一PNP型三极管Q1的基极和集电极接地，发射极连接所述运算放大器OA的反向输入端和所述第五P型场效应管Mp5的漏极；第二PNP型三极管Q2的基极和集电极接地，发射极连接所述运算放大器OA的正向输入端和所述第六P型场效应管Mp6的漏极。
其中，第八N型场效应管Mn8的漏极连接所述第七P型场效应管Mp7的漏极，并与所述第九N型场效应管Mn9构成第二电流镜，用于镜像偏置电流到所述第九N型场效应管Mn9所在支路。所述第二电流镜的共栅极连接所述参考电压产生电路30中电流镜(由Mn1/Mn2组成)的栅极，用于镜像偏置电流至所述参考电压产生电路30。
在一实施例中，如图4所示，偏置电流产生电路20还包括第二电阻R2，第二电阻R2的一端连接第六P型场效应管Mp6的漏极和运算放大器OA的正向输入端。
如图3和4所示，图2对应实施例中的方波产生电路50可以包括：第一比较器Comp1、第二比较器Comp1和触发器RS。
其中，第一比较器Comp1的正向输入端连接第二P型场效应管Mp2的栅极，输入第二参考电压VL。第一比较器Comp1的反向输入端连接充放电电路40中第九P型场效应管Mp9的漏极和第十N型场效应管Mn10的漏极以及电容C1的第二端，用于输入充放电电压Vcap。第一比较器Comp1的输出端连接触发器RS的复位端S。
其中，第二比较器Comp2的反向输入端连接第一P型场效应管Mp1的栅极，输入第一参考电压VH。第二比较器Comp2的正向输入端连接充放电电路40中第九P型场效应管Mp9的漏极和第十N型场效应管Mn10的漏极以及电容C1的第二端，用于输入充放电电压Vcap。第二比较器Comp2的输出端连接触发器RS的置位端R。
触发器RS的正向输出端用于输出方波脉冲信号。触发器RS的反向输出端连接第九P型场效应管Mp9的栅极和第十N型场效应管Mn10的栅极，触发器RS的反向输出端用于输出调节信号Switch。
其中，张弛振荡器的工作过程如下：当电源上电之后，由于第三P型场效应管Mp3的栅压为低，第三P型场效应管Mp3导通并将第五N型场效应管Mn5的栅压拉高使其导通，随后将第五P型场效应管Mp5与第六P型场效应管Mp6的栅压拉低并使其导通，此时偏置电流产生电路20脱离“简并态”开始工作，随后第四P型场效应管Mp4与第六P型场效应管Mp6组成的电流镜将自偏置电流镜像给第四P型场效应管Mp4所在支路，第三N型场效应管Mn3/第四N型场效应管Mn4组成的电流镜将自偏置电流镜像给第三N型场效应Mn3，将第五N型场效应管Mn5的栅压拉低使其关断，至此，启动过程结束。
电路启动之后，参考电压产生电路30通过电流镜(由Mn1和Mn2组成)将自偏置电流镜像过来并以此电流流过第一P型场效应管Mp1和第二P型场效应管Mp2来产生比较器的第一参考电压VH和第二参考电压VL。
此外，充放电电路40通过第七P型场效应管Mp7和第八P型场效应管Mp8组成的电流镜以及第八N型场效应管Mn8和第九N型场效应管Mn9组成的电流镜将自偏置电流镜像过来作为电容C1的充放电电流，其中第九P型场效应管Mp9和第十N型场效应管Mn10为切换充放电状态的开关。
当图3中Vcap节点电压高于VH时，第二比较器Comp2输出翻转为高，RS触发器复位，Switch信号翻转为高，将第十N型场效应管Mn10导通，进而Vcap节点通过第九N型场效应管Mn9镜像过来的电流放电，随后Vcap小于第一参考电压VH时，第二比较器Comp2的输出翻转为低，但是RS触发器维持复位状态。直到Vcap放电至小于第二参考电压VL时，第一比较器Comp1的输出翻转为高，RS触发器置位，Switch信号翻转为低，将第十N型场效应管Mn10关断，第九N型场效应管Mp9导通，进而Vcap节点通过第八P型场效应管Mp8镜像过来的电流充电，随后Vcap大于第二参考电压VL时，第一比较器Comp1输出翻转为低，但是RS触发器维持置位状态直到Vcap充电至大于第一参考电压VH，随后重复上述操作，RS触发器正向输出端Q输出稳定的方波时钟。
图3和图4所示张弛振荡器输出方波的每个周期均包括电容C1的一次充电和一次放电，因此由公式CV＝IT可知图3和4所示张弛振荡器输出频率为：
Figure BDA0002709771720000141
电压差VH-VL可以表示为：
Figure BDA0002709771720000142
式中，VH为第一参考电压，VL为第二参考电压，VgsMp2为第二P型场效应管Mp2的驱动电压；VgsMp1为第一P型场效应管Mp1的驱动电压；VDD为电源电压。
饱和区工作模式：
(1)采用图3中constant Gm偏置电流源产生偏置电流，利用相同尺寸的晶体管Mp1/Mp2流过大小不同的电流产生Vgs之差。图3中产生的偏置电流可以表示为：
Figure BDA0002709771720000151
式中μ为载流子迁移率，Cox为单位面积栅氧化层电容，W/L为晶体管沟道宽长比，m为Mn7与Mn6的个数之比。忽略电阻R2的温度系数，令
Figure BDA0002709771720000152
K＝μCoxW/L，可以得到
Figure BDA0002709771720000153
由晶体管饱和区电流公式
Figure BDA0002709771720000154
可知：
Figure BDA0002709771720000155
式中，Vth为阈值电压，是决定MOSFET能否导通的临界栅源电压。
此时Mp1/Mp2工作在饱和区，且Vth1＝Vth2，因此电压差表示为：
Figure BDA0002709771720000156
由于Mp1/2流过的电流为上述自偏置电流
Figure BDA0002709771720000157
且Mp1与Mp2电流之比为1/α，所以电压差可以表示为：
Figure BDA0002709771720000161
在同一工艺中宽长比相同的晶体管参数K＝K1＝K2，所以：
Figure BDA0002709771720000162
将电流与电压差公式带入到频率公式中可以得到频率为：
Figure BDA0002709771720000163
(2)采用图3中constant Gm偏置电流源产生偏置电流，利用不同尺寸的晶体管Mp1/Mp2流过相同的电流产生Vgs之差。令Mp1与Mp2的晶体管宽长比之比为γ/1。此时电压差公式为：
Figure BDA0002709771720000164
将电流与电压差公式带入到频率公式中可以得到频率为：
Figure BDA0002709771720000165
低功耗亚阈值工作模式
(3)采用图4中PTAT电流源产生偏置电流，利用相同尺寸的晶体管Mp1/Mp2流过大小不同的电流产生Vgs之差。图3中产生的偏置电流可以表示为：
Figure BDA0002709771720000166
公式中ΔVbe为Q1与Q2的Vbe之差，VT为热电压，忽略电阻的温度系数，此时电流仅受VT温度系数的影响,令
Figure BDA0002709771720000171
则IPTAT＝IPTAT0·TV。晶体管亚阈值电流公式为
Figure BDA0002709771720000172
式中I0与工艺相关，因此Vgs可以表示为：
Figure BDA0002709771720000173
令Mp1和Mp2宽长比相同并且流过的电流之比为1/α，此时Mp1/2工作在亚阈值区且流过的电流为IPTAT，因此电压差可以表示为：
Figure BDA0002709771720000174
将IPTAT电流与电压差公式带入到频率公式中可以得到频率为：
Figure BDA0002709771720000175
(4)采用图4中PTAT电流源产生偏置电流，利用不同尺寸的晶体管Mp1/Mp2流过相同的电流产生Vgs之差。令Mp1与Mp2的晶体管宽长比之比为γ/1，此时电压差可以表示为：
Figure BDA0002709771720000176
将IPTAT电流与电压差公式带入到频率公式中可以得到频率为：
Figure BDA0002709771720000177
从(8)、(10)、(14)、(16)公式可以看出，频率和温度无关。
图5是采用本申请实施例提供的张弛振荡器后频率随温度变化的效果示意图。下表1是具体的实验参数。
Figure BDA0002709771720000181
从表1中可以看出，温度从-40℃变化到120℃，在11种工艺条件(ff-resff、ss-resff、sf-resff…tt-restt)下，调节电容大小将频率调节到32KHz，从表1中可以看出，频率变化小于1.97％。从图5中也可以看出，当温度在-40℃-120℃范围内变化时，频率最大波动到32.7KHz，最小波动到31.8KHz，均在32KHZ附近，随着温度变化，频率波动较小，可以输出稳定的方波信号。
本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括图2、图3或图4所示的张弛振荡器。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的连接可以是直接连接或间接连接,包括通信连接或电连接。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个单元单独存在，也可以两个或两个以上单元集成形成一个独立的部分。
需要说明的是，功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种张弛振荡器，其特征在于，包括：
启动电路，用于产生启动电压；
偏置电流产生电路，连接所述启动电路，用于接收所述启动电压，产生偏置电流；
参考电压产生电路，连接所述偏置电流产生电路，用于接收所述偏置电流，产生第一参考电压和第二参考电压；
充放电电路，连接所述偏置电流产生电路，用于接收所述偏置电流，产生充放电电压；
方波产生电路，连接所述参考电压产生电路与所述充放电电路，用于接收所述第一参考电压、第二参考电压以及所述充放电电压，产生方波脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的张弛振荡器，其特征在于，所述启动电路包括：
第三P型场效应管，所述第三P型场效应管的源极连接电源，所述第三P型场效应管的栅极接地；
第五N型场效应管，所述第五N型场效应管的源极接地，所述第五N型场效应管的栅极连接所述第三P型场效应管的漏极；所述第五N型场效应管的漏极用于输出启动电压。
3.根据权利要求2所述的张弛振荡器，其特征在于，所述启动电路还包括：
第四P型场效应管，所述第四P型场效应管的源极连接电源，所述第四P型场效应管的栅极连接所述第五N型场效应管的漏极；
第三N型场效应管，第三N型场效应管的漏极连接所述第三P型场效应管的漏极，第三N型场效应管的源极接地；
第四N型场效应管，与所述第三N型场效应管，构成电流镜。
4.根据权利要求1所述的张弛振荡器，其特征在于，所述参考电压产生电路包括：
第一P型场效应管和第二P型场效应管；
由第一N型场效应管和第二N型场效应管构成的电流镜；
所述第一N型场效应管的漏极分别连接所述第一P型场效应管的漏极与所述第一P型场效应管的栅极；所述第一P型场效应管的栅极用于提供所述第一参考电压；
所述第二N型场效应管的漏极分别连接所述第二P型场效应管的漏极与所述第二P型场效应管的栅极；所述第二P型场效应管的栅极用于提供所述第二参考电压。
5.根据权利要求4所述的张弛振荡器，其特征在于，所述第一P型场效应管和第二P型场效应管的尺寸相同且所述第一N型场效应管与第二N型场效应管的宽长比不同；
或者；
所述第一P型场效应管和第二P型场效应管的尺寸不相同且所述第一N型场效应管与第二N型场效应管的宽长比相同。
6.根据权利要求1所述的张弛振荡器，其特征在于，所述充放电电路包括：
第八P型场效应管，所述第八P型场效应管的源极连接电源，栅极连接所述偏置电流产生电路；
第九P型场效应管，所述第九P型场效应管的源极连接所述第八P型场效应管的漏极；所述第九P型场效应管的栅极连接所述方波产生电路的反向输出端；
第十N型场效应管，所述第十N型场效应管的漏极连接所述第九P型场效应管的漏极所述第十N型场效应管的栅极连接所述方波产生电路的反向输出端；
第九N型场效应管，所述第九N型场效应管的漏极连接所述第十N型场效应管的源极；所述第九N型场效应管的栅极连接所述偏置电流产生电路；所述第九N型场效应管的源极接地；
电容，所述电容的第一端连接电源，所述电容的第二端分别连接所述第九P型场效应管的漏极和所述第十N型场效应管的漏极，所述第二端用于提供所述充放电电压。
7.根据权利要求6所述的张弛振荡器，其特征在于，所述偏置电流产生电路包括：
由第五P型场效应管、第六P型场效应管和第七P型场效应管构成的电流镜；
由第六N型场效应管和第七N型场效应管构成的电流镜，共栅极连接所述参考电压产生电路中电流镜的栅极，用于镜像偏置电流至所述参考电压产生电路；
第八N型场效应管，与所述第九N型场效应管构成电流镜，用于镜像偏置电流到所述第九N型场效应管所在支路；
所述第五P型场效应管的漏极连接所述第六N型场效应管和第七N型场效应管的栅极；所述第七N型场效应管的漏极连接所述第六P型场效应管的漏极；
所述第五P型场效应管的栅极连接所述启动电路的启动电压输出端以及所述第八P型场效应管的栅极，用于镜像偏置电流到所述第八P型场效应管所在支路。
8.根据权利要求6所述的张弛振荡器，其特征在于，所述偏置电流产生电路包括：
由第五P型场效应管、第六P型场效应管和第七P型场效应管构成的第一电流镜，所述第一电流镜的共栅极连接所述第八P型场效应管的栅极；用于镜像偏置电流到所述第八P型场效应管所在支路；
运算放大器，输出端连接所述第一电流镜的共栅极；
第一PNP型三极管，基极和集电极接地，发射极连接所述运算放大器的反向输入端和所述第五P型场效应管的漏极；
第二PNP型三极管，基极和集电极接地，发射极连接所述运算放大器的正向输入端和所述第六P型场效应管的漏极；
第八N型场效应管，漏极连接所述第七P型场效应管的漏极，并与所述第九N型场效应管构成第二电流镜，用于镜像偏置电流到所述第九N型场效应管所在支路，所述第二电流镜的共栅极连接所述参考电压产生电路中电流镜的栅极，用于镜像偏置电流至所述参考电压产生电路；
所述第五P型场效应管的栅极连接所述启动电路的启动电压输出端。
9.根据权利要求1所述的张弛振荡器，其特征在于，所述方波产生电路包括:
第一比较器，所述第一比较器的正向输入端连接参考电压产生电路，用于输入第二参考电压；所述第一比较器的反向输入端连接充放电电路，用于输入充放电电压；
第二比较器，所述第二比较器的反向输入端连接参考电压产生电路，用于输入第一参考电压；所述第二比较器的正向输入端连接充放电电路，用于输入充放电电压；
触发器，所述第一比较器的输出端连接触发器的复位端；第二比较器的输出端连接触发器的置位端；所述触发器的正向输出端用于输出方波脉冲信号；所述触发器的反向输出端连接充放电电路，用于输出调节信号。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：权利要求1-9任意一项所述的张弛振荡器。
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