CN112994659A - 弛豫振荡器和控制弛豫振荡器的方法 - Google Patents

弛豫振荡器和控制弛豫振荡器的方法 Download PDF

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CN112994659A CN202010419204.4A CN202010419204A CN112994659A CN 112994659 A CN112994659 A CN 112994659A CN 202010419204 A CN202010419204 A CN 202010419204A CN 112994659 A CN112994659 A CN 112994659A
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Abstract

公开了一种弛豫振荡器和控制弛豫振荡器的方法。所述弛豫振荡器包括参考电压生成电路，被配置为根据基于晶体管的电阻器生成参考电压；可变电压生成电路，被配置为基于参考电压和控制开关生成可变电压；阈值电压生成电路，被配置为使用开关电容器电阻器电路生成阈值电压；和开关控制电路，被配置为基于可变电压和阈值电压输出用于控制控制开关的控制信号。

Description

弛豫振荡器和控制弛豫振荡器的方法
本申请要求于2019年12月2日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0158493号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的全部公开出于所有目的通过引用合并于此。
技术领域
下面的描述涉及弛豫振荡器和控制弛豫振荡器的方法。
背景技术
典型振荡器是被配置为以恒定频率生成时钟信号的电路，并且被用于各种电子装置中。例如，振荡器可生成随时间稳定并且周期性改变的信号，以生成用于控制系统的时序的系统时钟信号或生成转换信号的幅度或频率的载波信号。振荡器可分为线性或谐波振荡器和非线性或弛豫振荡器，非线性或弛豫振荡器根据其如何实现也称为充电/放电振荡器。
弛豫振荡器可通过在电路中内部定义的阈值电压内对作为储能器之一的电容器进行充电和/或放电，来生成振荡信号。当电容器的两端的电压在电容器充电之后达到阈值电压时，弛豫振荡器可重复对电容器进行突然放电的操作，从而可输出其周期基于充电时间和/或放电时间被确定的振荡频率。作为非限制性示例，弛豫振荡器可用作可提供用于保持无线移动通信中的系统之间的同步的同步时钟信号的低功率振荡器。
发明内容
提供本发明内容以简化的形式介绍以下在具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明内容不意在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种振荡器包括：参考电压生成电路，被配置为根据基于晶体管的电阻器生成参考电压；可变电压生成电路，被配置为基于参考电压和控制开关生成可变电压；阈值电压生成电路，被配置为使用开关电容器电阻器电路生成阈值电压；和开关控制电路，被配置为基于可变电压和阈值电压输出用于控制控制开关的控制信号。
基于晶体管的电阻器可以是设置在实现有所述振荡器的芯片中的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)电阻器。
可变电压生成电路可包括：电容器件，被配置为提供可变电压。电容器件可与基于晶体管的电阻器一起形成电阻器电容器(RC)延时电路。
开关控制电路可包括：比较器，被配置为比较可变电压和阈值电压，并且基于比较的结果确定控制信号的信号值。
响应于可变电压大于阈值电压，开关控制电路可输出用于控制控制开关接通(即，闭合)的控制信号。
当通过控制信号接通控制开关时，可变电压生成电路可将可变电压的电压值设置为默认电压值。
响应于可变电压不大于阈值电压，开关控制电路可输出用于控制控制开关断开(即，开路)的控制信号。
参考电压生成电路可生成与将被施加到参考电压生成电路的源电压的大小无关的参考电压。
开关控制电路还可包括设置在比较器的输出端处的缓冲器电路。
阈值电压生成电路可包括：分频器电路，被配置为基于比较器的输出信号生成第一时钟信号；和时钟信号生成电路，被配置为基于第一时钟信号生成用于控制包括在开关电容器电阻器电路中的开关的第二时钟信号。
时钟信号生成电路可生成多个不重叠的第二时钟信号。每个第二时钟信号可控制开关电容器电阻器电路的相应的开关。
阈值电压生成电路可包括：第一开关电容器电阻器电路，包括第一电容器件；和第二开关电容器电阻器电路，包括第二电容器件。
阈值电压的电压值可基于第一电容器件的电容和第二电容器件的电容来确定。
所述振荡器可以是弛豫振荡器。
在另一总体方面，一种控制振荡器的方法包括：使用包括基于晶体管的电阻器的参考电压生成电路生成参考电压；基于参考电压和控制开关生成可变电压；使用开关电容器电阻器电路生成阈值电压；比较可变电压和阈值电压，并且基于比较的结果生成控制信号；和基于控制信号控制控制开关。
响应于可变电压大于阈值电压，生成控制信号的步骤可包括生成用于控制控制开关接通(即，闭合)的控制信号。
响应于可变电压不大于阈值电压，生成控制信号的步骤可包括生成用于控制控制开关断开(即，开路)的控制信号。
生成阈值电压的步骤可包括：使用调频电路生成第一时钟信号；和基于第一时钟信号生成用于控制包括在开关电容器电阻器电路中的开关的第二时钟信号。
在另一总体方面，一种振荡器包括：基于晶体管的电阻器、控制开关、开关电容器电阻器电路和开关控制电路。基于晶体管的电阻器被配置为生成参考电压。控制开关被配置为基于参考电压生成可变电压。开关电容器电阻器电路被配置为生成阈值电压。开关控制电路被配置为基于可变电压和阈值电压输出用于控制控制开关的控制信号。开关控制电路连接在控制开关与开关电容器电阻器电路之间。
参考电压生成电路还可包括多个二极管。
基于晶体管的电阻器可以是设置在实现有所述振荡器的芯片中的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)电阻器，并且所述振荡器可以是弛豫振荡器。
MOSFET的源极端和栅极端可连接到源电压的端子，并且MOSFET的漏极端可连接到所述多个二极管中的一个。
电容器件可与控制开关并联连接以生成可变电压，并且电容器件可被配置为与基于晶体管的电阻器组合来形成电阻器电容器(RC)延时电路。
开关控制电路可包括：比较器，被配置为比较可变电压与阈值电压，并且基于比较的结果确定控制信号的信号值。
从下面的具体实施方式、附图以及权利要求，其他特征和方面将是清楚的。
附图说明
图1是示出示例弛豫振荡器的示图。
图2是示出实现弛豫振荡器的示例电路的示图。
图3是示出实现参考电压生成电路的示例电路的示图。
图4是示出实现参考电压生成电路的示例电路的示图。
图5是示出基于源电压的大小的参考电压和基于晶体管的电阻的变化的示例的示图。
图6是示出控制弛豫振荡器的示例方法的流程图。
图7是示出弛豫振荡器的示例方法的流程图。
贯穿附图和具体实施方式，相同的参考标号表示相同的元件。附图可不按比例，并且为了清楚、说明和方便，附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘可被夸大。
具体实施方式
提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的次序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简洁，可省略已知的特征的描述。
在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，在此描述的示例已被提供，以仅示出实现在理解本申请的公开之后将是清楚的在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式。
在此使用的术语仅是为了描述特定示例的目的，而不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则如在此所用，单数形式也意在包括复数形式。如在此所用，术语“和/或”包括相关联所列项的任何一个和任何两个或更多个的任何组合。如在此所用，术语“包括”、“包含”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、元件、组件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、元件、组件和/或它们的组合。
此外，在此可使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等的术语来描述组件。这些术语中的每个不用于定义相应组件的本质、次序或顺序，而仅用于将相应组件与一个或多个其他组件进行区分。
贯穿说明书，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件“之上”、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可以直接“在”所述另一元件“之上”、“连接到”或“结合到”所述另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或多个其他元件。相反，当一个元件被描述为“直接在”另一元件“之上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。同样地，例如“在……之间”与“紧接在……之间”以及“邻近”与“紧邻”的表达也可如前所述的那样被解释。
除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义以及在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)将被解释为具有与它们在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于形式化的含义进行解释。
此外，在示例实施例的描述中，当认为在理解本申请的公开之后由此得知的结构或功能的详细描述将导致对示例实施例的模糊解释时，将省略这样的描述。
在下文中，将参照附图详细描述示例，并且附图中的同样的参考标号始终表示同样的元件。
图1是示出示例弛豫振荡器的示图。
弛豫振荡器100是被配置为生成具有预定周期的信号(诸如，以时钟信号为例)的装置。弛豫振荡器100可通过在电路中内部设置的阈值电压范围内对储能装置(诸如，电容器件)进行充电或放电，来生成振荡信号。在一个示例中，当在对储能装置进行充电时，当储能装置的电压达到或超过阈值电压时，弛豫振荡器100可对储能装置重复地放电，从而提供具有预定时间周期的振荡频率。
弛豫振荡器100可用于例如使用低功率时钟信号发生器以精确的频率运行的系统(诸如，以唤醒定时器或可附接的或可植入的微型医疗装置为例)。然而，弛豫振荡器100的使用不限于前述的示例应用领域，并且弛豫振荡器100可用于低功率弛豫振荡器可适合或期望的所有地方。
通常，低功率时钟信号发生器(诸如，唤醒定时器)可使用电阻式分压器以减少基于供应的电压的变化而出现的频率变化。在这样的情况下，由于使用普通电阻器，因此在功耗与使用的面积之间可出现权衡。例如，当使用具有高电阻值的普通电阻器(例如，固定电阻器)以减少弛豫振荡器的功耗时，对于这种普通电阻器，可期望相对大的面积。相反，当使用具有低电阻值的普通电阻器以减少将要使用的面积时，弛豫振荡器的功耗可相对更高。
尽管将在下文中更详细地描述，但是弛豫振荡器100可使用开关电容器电阻器(switched-capacitor resistor)和基于晶体管的电阻器(transistor-based resistor)，并且因此可消除功耗与需要的面积大小之间的这种权衡关系，这可减少弛豫振荡器100的功耗和面积二者。此外，弛豫振荡器100可使用开关电容器和基于晶体管的电阻器，并且因此可提供对弛豫振荡器100的制造工艺的变化、源电压的变化和温度的变化具有鲁棒性的稳定性能。
在图1中，弛豫振荡器100包括参考电压生成电路110、可变电压生成电路120、阈值电压生成电路130和开关控制电路140。
参考电压生成电路110可从源电压生成参考电压。参考电压可具有恒定的电压值。参考电压生成电路可根据基于晶体管的电阻器生成参考电压。基于晶体管的电阻器可以是例如设置在实现弛豫振荡器100的芯片中的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)电阻器。MOSFET电阻器可具有关于源电压连续保持的相对优异的电阻值。例如，MOSFET电阻器可具有特欧姆(tera-ohms)的电阻值。当具有如此高电阻值的MOSFET电阻器布置在芯片中时，MOSFET电阻器可形成弛豫振荡器100的电阻器电容器(RC)延时电路。在此，注意的是，关于示例或实施例使用术语“可”(例如，关于示例或实施例可包括或实现什么)表示存在包括或实现这种特征的至少一个示例或实施例，而所有的示例和实施例不限于此。
使用可以以芯片实现的这种基于晶体管的电阻器，参考电压生成电路110可减少将要使用的面积并且生成与将要施加到参考电压生成电路110的源电压的大小或变化无关的参考电压。因此，源电压可不影响弛豫振荡器100的输出频率。此外，使用基于晶体管的电阻器作为RC延时电路的电阻器，可仅利用小的使用的面积获得相当大的电阻值，从而减少弛豫振荡器100的功耗。
可将在参考电压生成电路110中生成的参考电压提供给可变电压生成电路120。可变电压生成电路120可生成随时间变化的可变电压。可变电压生成电路120可基于在参考电压生成电路110中生成的参考电压和控制开关生成可变电压，并且包括提供可变电压的储能装置。例如，储能装置可以是电容器件。随着电容器件中累积的能量随时间改变，可变电压的电压值可随时间改变。电容器件可通过控制开关被重复充电和放电，并且控制开关的操作可通过从开关控制电路140发送的控制信号控制。电容器件可包括一个或多个电容器或其他电容元件。
在一个示例中，当对电容器件放电时，电容器件供应的可变电压可变成接地(GND)电压。当对电容器件充电时，可变电压可开始从GND电压向参考电压的电压值增大。在这个示例中，在可变电压正在增大的同时当控制开关被控制信号接通时，可变电压可再次降低到GND电压。这里，术语“接通”可指示开关闭合，术语“断开”可指示开关开路。
可变电压生成电路120可连接到参考电压生成电路110。包括在可变电压生成电路120中的电容器件可以与包括在参考电压生成电路110中的基于晶体管的电阻器一起形成RC延时电路。可变电压生成电路120还可连接到开关控制电路140，并将生成的可变电压提供给开关控制电路140。此外，可变电压生成电路120可从开关控制电路140接收用于控制控制开关的控制信号。
阈值电压生成电路130可生成阈值电压，以用作与可变电压进行比较的参考。阈值电压生成电路130可使用开关电容器电阻器电路生成阈值电压。在一个示例中，阈值电压生成电路130可包括多个开关电容器电阻器电路、分频器电路和时钟信号生成电路。例如，开关电容器电阻器电路可包括包含第一电容器件的第一开关电容器电阻器电路和包含第二电容器件的第二开关电容器电阻器电路。在这个示例中，可基于第一电容器件的电容和第二电容器件的电容，来确定通过阈值电压生成电路130生成的阈值电压的电压值。使用开关电容器电阻器电路而不是普通电阻，可减少生成阈值电压所需要的面积和功耗。
分频器电路可基于开关控制电路140的比较器的输出信号生成第一时钟信号。例如，分频器电路可将比较器的输出信号转换为具有50％占空比的第一时钟信号，并且输出第一时钟信号。时钟信号生成电路可基于分频器电路生成的第一时钟信号生成用于控制包括在开关电容器电阻器电路中的开关的第二时钟信号。这里，时钟信号生成电路可生成不重叠的第二时钟信号，并且每个第二时钟信号可控制开关电容器电阻器电路的相应的开关。
开关控制电路140可基于可变电压和阈值电压生成用于控制可变电压生成电路120的控制开关的控制信号，并且输出生成的控制信号。控制信号可周期性地控制控制开关接通或断开，以便周期性地对可变电压生成电路120的电容器件充电或放电。
在一个示例中，开关控制电路140可包括比较器，比较器被配置为比较可变电压和阈值电压并且基于比较的结果来确定控制信号的信号值。响应于可变电压高于阈值电压，比较器可输出用于控制控制开关接通(即，闭合)的控制信号。当可变电压生成电路120的控制开关被控制信号接通时，可变电压生成电路120可将可变电压的电压值设置为默认电压值(例如，GND电压值)。响应于可变电压不高于阈值电压，比较器可输出用于控制控制开关断开(即，开路)的控制信号。当可变电压生成电路120的控制开关被控制信号断开时，可变电压生成电路120的电容器件可继续充电，并且可变电压的电压值可逐渐增大。
根据一个示例，开关控制电路140还可包括设置在比较器的输出端处的缓冲器电路。缓冲器电路可连接比较器和其他组件，使得不存在在比较器与被提供比较器的输出的其他组件之间发生的电气问题或故障。缓冲器电路可以包括串联的两个反相器，并且使得比较器的输出信号的波形更尖锐。
弛豫振荡器100可使用基于晶体管的电阻器生成无关于或独立于源电压的恒定频率，并且可在芯片中实现具有相对大的电阻值和相对小的面积的电阻器。此外，使用基于晶体管的电阻器作为RC延时电路的电阻器，可在有限的面积大小中将弛豫振荡器100实现为低功率弛豫振荡器。此外，通过上述的这种组件，可以针对环境温度的变化鲁棒地生成弛豫振荡器100的频率。
图2是示出弛豫振荡器的示例电路实现的示图。
在图2中，作为非限制性示例，弛豫振荡器包括参考电压生成电路210、可变电压生成电路220、开关控制电路230和阈值电压生成电路。
参考电压生成电路210接收源电压VDD，并且提供具有与源电压VDD无关的恒定的电压值的参考电压VREF。参考电压生成电路210根据基于晶体管的电阻器生成参考电压VREF。例如，基于晶体管的电阻器可以是在芯片中实现的MOSFET电阻器。为了实现弛豫振荡器的低功率，可使用具有相对大的电阻值的电阻器。因此，使用在芯片中可实现的MOSFET电阻器，可以以各种减少的设计面积和生产的单位成本，减少或消除源电压VDD对弛豫振荡器的频率的影响。
在下文中将参照图3描述可实现有参考电压生成电路210的示例电路。在图3中，参考电压生成电路210可连接到从其供应源电压VDD的端子，并且源电压VDD可被供应到作为晶体管器件的MOSFET M1 310。MOSFET M1 310可执行电阻器的功能，并且可设置在实现有弛豫振荡器的电路的芯片中。参考电压生成电路210可包括串联连接的多个二极管320，电流IDC在二极管320中流动。MOSFET M1 310的源极端和栅极端连接到从其供应源电压VDD的端子，并且MOSFET M1 310的漏极端连接到二极管320中的一个和输出端子330。具有恒定电压值的参考电压VREF可基于MOSFET M1 310和电流IDC被生成并且通过输出端子330被输出。参考电压VREF可被发送到可变电压生成电路220。MOSFET M1 310可用作形成弛豫振荡器的RC延时电路的电阻器。
图4是示出实现参考电压生成电路210的示例电路的示图。在图4中，类似于图3中示出的示例，参考电压生成电路210可连接到从其供应源电压VDD的端子，并且源电压VDD被供应给作为晶体管器件的MOSFET M1 410。例如，图4的参考电压生成电路210可包括电流IDC在其中流动的多个晶体管器件420，而非如图3中所示的多个二极管。参考电压生成电路210基于MOSFET M1 410和电流IDC生成具有恒定电压值的参考电压VREF。参考电压VREF可通过输出端子430发送到可变电压生成电路220。MOSFET M1 410的源极端和栅极极端连接到从其供应源电压VDD的端子。MOSFET M1 410的漏极端连接到晶体管器件420中的一个和输出端子430。
返回参照图2，可变电压生成电路220接收参考电压生成电路210生成的参考电压VREF。可变电压生成电路220包括电容器C0222和控制开关224。电容器C0 222累积从参考电压VREF供应的电荷。电容器C0222的两端的电压与可变电压生成电路220生成的可变电压V2对应。可通过开关控制电路230生成的控制信号来控制控制开关224接通或断开。当控制开关224接通(即，闭合)时，电容器C0 222的两端都连接到GND电压，并且电容器C0 222被放电。当在电容器C0 222被放电之后控制开关224断开(即，开路)时，电容器C0 222基于参考电压VREF再次累积电荷，并且可变电压V2开始增大。可变电压V2的增大可对应于电容器C0 222被充电。通过控制开关224，电容器C0 222可被重复地充电或放电，从而周期可被形成。电容器C0222与包括在参考电压生成装置210中的基于晶体管的电阻器一起形成弛豫振荡器的RC延时电路。
阈值电压生成电路生成阈值电压V1。阈值电压生成电路包括多个开关电容器电阻器电路242和246、分频器电路252和时钟信号生成电路254。
第一开关电容器电阻器电路242包括第一电容器C1 244，第二开关电容器电阻器电路246包括第二电容器C2 248。包括在开关电容器电阻器电路242和246中的每个的每个开关可通过时钟信号生成电路254生成的控制信号被控制。第一开关电容器电阻器电路242的电阻值可通过包括在第一电容器电阻器电路242中的开关的开关操作的操作周期和第一电容器C1 244的电容来确定。第二开关电容器电阻器电路246的电阻值可通过包括在第二电容器电阻器电路246中的开关的开关操作的操作周期和第二电容器C2 248的电容来确定。第一开关电容器电阻器电路242的一端连接到源电压VDD，并且第一开关电容器电阻器电路242和第二开关电容器电阻器电路246串联连接。通过这样的电路结构，开关电容器电阻器电路242和246可执行分压器的功能。使用开关电容器电阻器电路242和246作为分压器，当与典型的振荡器相比时，可减小弛豫振荡器的功耗和用于弛豫振荡器的面积。
阈值电压生成电路生成的阈值电压V1可具有恒定的电压值，并且可通过包括在第一开关电容器电阻器电路242中的第一电容器C1 244的电容C1和包括在第二开关电容器电阻器电路246中的第二电容器C2 248的电容C2被确定。例如，可如等式1所示确定阈值电压V1。
等式1：
Figure BDA0002496210680000101
分频器电路252基于开关控制电路230的输出信号生成第一时钟信号。在一个示例中，开关控制电路230的输出信号的波形(或者更具体地，比较器232的输出信号的波形)可具有尖峰(spike)的形式，并且分频器电路252可将开关控制电路230的输出信号转换为具有50％占空比的第一时钟信号，并且输出第一时钟信号。作为分频器电路252的输出信号的第一时钟信号被发送到时钟信号生成电路254。
时钟信号生成电路254基于第一时钟信号生成第二时钟信号以控制包括在开关电容器电阻器电路242和246中的开关。时钟信号生成电路254生成的第二时钟信号可以在导通时间(on-time)方面不重叠，并且每个第二时钟信号可控制开关电容器电阻器电路242和246的对应的开关。
开关控制电路230生成用于控制可变电压生成电路220的控制开关224的控制信号。阈值电压V1和可变电压V2被输入到开关控制电路230。开关控制电路230包括比较器232，比较器232被配置为比较输入的阈值电压V1和输入的可变电压V2，并且基于比较的结果输出不同值的输出信号。
响应于可变电压V2大于阈值电压V1，比较器232输出用于控制控制开关224接通(即，闭合)的控制信号(例如，高逻辑值)。当控制信号被控制开关224接通时，电容器C0 222被放电。相反，响应于可变电压V2不大于阈值电压V1，比较器232输出用于控制控制开关224断开(即，开路)的控制信号(例如，低逻辑值)。当控制开关224被控制信号断开时，电容器C0222基于参考电压VREF被连续地充电，并且可变电压V2逐渐增大。
当连续地增大的可变电压V2变得高于阈值电压V1时，比较器232输出用于控制控制开关224接通的控制信号，并且相应地，电容器C0 222被再次放电。当电容器C0 222被放电时，可变电压V2被初始化为GND电压值或0V。因此，输入到比较器232的可变电压V2变得小于阈值电压V1，随后比较器232输出用于控制控制开关224断开的控制信号。因此，电容器C0222开始被再次充电。
根据一个示例，开关控制电路230还可包括设置在比较器232的输出端的缓冲器电路234。例如，缓冲器电路234可包括串联连接的两个反相器，并且用于使比较器232的输出信号的波形更尖锐。
此外，每当开关控制电路230的输出信号中出现短脉冲时，分频器电路252的输出被切换(toggle)。例如，每当开关控制电路230的输出信号中出现短脉冲时，分频器电路252的输出可从高逻辑值改变为低逻辑值，或者从低逻辑值改变为高逻辑值。
图5是示出基于源电压的大小的参考电压和基于晶体管的电阻的变化的示例的示图。
图5示出指示在图3或图4示出的参考电压生成电路的结构中当源电压VDD增大时出现的参考电压VREF的变化和MOSFET M1的电阻RM1的变化的曲线图。参照曲线图，当源电压VDD变得大于或等于阈值电压VTH时，参考电压VREF和MOSFET M1的电阻RM1饱和为恒定值。阈值电压VTH可对应于在MOSFET M1的源极端与漏极端之间生成传导路径所需的最小栅极-源极电压。如上所述，作为晶体管器件的MOSFET M1可用作弛豫振荡器的RC延时电路的电阻器，因此可实现生成与源电压VDD的变化无关的恒定频率的弛豫振荡器。
图6是示出控制弛豫振荡器的示例方法的流程图。
在图6中，在操作610中，弛豫振荡器使用包括基于晶体管的电阻器的参考电压生成电路来生成参考电压。参考电压可具有与施加到参考电压生成电路的源电压的大小无关的恒定值。基于晶体管的电阻器可以是设置在实现有弛豫振荡器的芯片中的MOSFET电阻器。基于晶体管的电阻器可与被配置为提供可变电压的电容器件一起形成RC延时电路。
在操作620中，弛豫振荡器可使用可变电压生成电路生成可变电压。可变电压生成电路可包括电容器件和控制开关，电容器件被配置为基于参考电压累积电荷，控制开关被配置为控制反映电容器件的电荷量的变化的可变电压。可变电压生成电路可在控制开关的控制下生成可变电压。电容器件可通过控制开关被重复充电和放电，并且控制开关的操作可通过开关控制电路生成的控制信号来控制。
在操作630中，弛豫振荡器使用包括开关电容器电阻器电路的阈值电压生成电路生成阈值电压。阈值电压可用作将与可变电压比较的参考。在一个示例中，弛豫振荡器可使用调频电路生成第一时钟信号，并且基于生成的第一时钟信号生成用于控制包括在开关电容器电阻器电路中的开关的第二时钟信号。第二时钟信号可周期性地控制包括在开关电容器电阻器电路中的开关的操作，因此每个开关电容器电阻器电路可执行电阻器的功能。阈值电压的电压值可基于开关电容器电阻器电路的电阻值和源电压来确定。
在操作640中，弛豫振荡器使用比较器生成用于控制可变电压生成电路的控制开关的控制信号。比较器可比较在操作620中生成的可变电压和在操作630中生成的阈值电压。比较器可基于比较的结果生成用于控制控制开关的控制信号。响应于可变电压大于阈值电压，比较器可生成用于控制控制开关接通(即，闭合)的控制信号。相反，响应于可变电压不大于阈值电压，比较器可生成用于控制控制开关断开(即，开路)的控制信号。
在操作650中，弛豫振荡器可基于在操作640中生成的控制信号来控制可变电压生成电路的控制开关。当控制开关被控制信号接通时，可变电压生成电路的电容器件可被放电，并且可变电压可被设置为默认电压值。随后，随着可变电压改变，用于控制控制开关断开的控制信号可被生成，并且随后控制开关可被断开，并且电容器件可被充电。当电容器件充电时，可变电压可逐渐增大。当逐渐增大的可变电压变得大于阈值电压时，用于控制控制开关接通的控制信号可被再次生成，并且电容器件可被再次放电。
如上所述，可变电压可通过基于时间被重复充电和放电的电容器件随时间而改变，弛豫振荡器可基于可变电压和固定值的阈值电压生成周期性的信号。
图7是示出弛豫振荡器的示例方法的流程图。
在图7中，在操作710中，生成阈值电压生成电路的初始阈值电压值。在弛豫振荡器的初始阶段中，开始供应源电压VDD，并且还不会将时钟信号供应给阈值电压生成电路的开关电容器电阻器电路。因此，例如，初始阈值电压值可被设置为VDD/2的值。此外，参考电压生成电路基于源电压VDD开始操作，并且恒定值的参考电压可从参考电压生成电路被生成。
在操作720中，可变电压生成电路可基于从参考电压生成电路生成的参考电压开始操作，并且作为可变电压生成电路的输出信号的可变电压可开始增大。
在操作730中，通过包括在控制信号生成电路中的比较器比较可变电压和阈值电压。在操作740中，响应于可变电压不大于阈值电压，可从比较器输出低逻辑值的输出信号。在操作750中，响应于可变电压大于阈值电压，可从比较器输出高逻辑值的输出信号。
当从比较器输出低逻辑值的输出信号时，可变电压生成电路的控制开关保持断开，并且执行操作720，并且可变电压继续增大。相反，当从比较器输出高逻辑值的输出信号时，可变电压生成电路的控制开关接通，并且在操作760中将可变电压初始化。随后，可将初始化的可变电压输入到比较器，并且通过操作730从比较器输出低逻辑值的输出信号。因此，可变电压生成电路的控制开关被断开，并且操作720被执行，并且可变电压开始增大。当比较器在短时间后输出高逻辑值的输出信号时，低逻辑值的输出信号被再次输出。低逻辑值的输出信号被保持到恰在可变电压变得大于阈值电压之前，因此比较器的输出信号可表现为周期性重复短脉冲信号的形式。
比较器的输出被发送到分频器电路。当从比较器输出高逻辑值的输出信号时，在操作770中切换通过分频器电路和时钟信号生成电路输出的时钟信号。在操作780中，将在操作770中切换的时钟信号供应给包括在阈值电压生成电路中的开关电容器电阻器的开关，并且恒定值的阈值电压通过时钟信号被生成并且被发送到比较器。
尽管本公开包括特定的示例，但是在理解本申请的公开之后将清楚的是，在不脱离权利要求及它们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中进行形式和细节上的各种改变。在此描述的示例将被认为仅是描述性的，而不是出于限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述应被认为可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果描述的技术以不同的顺序被执行，和/或如果描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同的方式被组合，和/或由其他组件或它们的等同物替换或补充，则可实现合适的结果。
因此，公开的范围不是由具体实施方式限定，而是由权利要求及它们的等同物限定，并且在权利要求及它们的等同物的范围内的所有变化应被解释为包括在公开中。

Claims (27)

1.一种振荡器，包括：
参考电压生成电路，被配置为使用基于晶体管的电阻器生成参考电压；
可变电压生成电路，被配置为基于参考电压和控制开关生成可变电压；
阈值电压生成电路，被配置为使用开关电容器电阻器电路生成阈值电压；和
开关控制电路，被配置为基于可变电压和阈值电压输出用于控制控制开关的控制信号。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其中，基于晶体管的电阻器是设置在实现有所述振荡器的芯片中的金属氧化物半导体场效应晶体管电阻器。
3.根据权利要求1所述的振荡器，其中，可变电压生成电路包括：
电容器件，被配置为提供可变电压，
其中，电容器件被配置为与基于晶体管的电阻器一起形成电阻器电容器延时电路。
4.根据权利要求1所述的振荡器，其中，开关控制电路包括：
比较器，被配置为比较可变电压和阈值电压，并且基于比较的结果设置控制信号的信号值。
5.根据权利要求4所述的振荡器，其中，开关控制电路还包括：
缓冲器电路，设置在比较器的输出处。
6.根据权利要求4所述的振荡器，其中，阈值电压生成电路包括：
分频器电路，被配置为基于比较器的输出信号生成第一时钟信号；和
时钟信号生成电路，被配置为基于第一时钟信号生成用于控制包括在开关电容器电阻器电路中的开关的第二时钟信号。
7.根据权利要求6所述的振荡器，其中，时钟信号生成电路被配置为：生成多个不重叠的第二时钟信号，
其中，每个第二时钟信号被配置为控制开关电容器电阻器电路的相应的开关。
8.根据权利要求1所述的振荡器，其中，响应于可变电压大于阈值电压，开关控制电路被配置为：输出用于控制控制开关接通的控制信号。
9.根据权利要求8所述的振荡器，其中，可变电压生成电路被配置为：基于控制开关接通，将可变电压的电压值设置为默认电压值。
10.根据权利要求1所述的振荡器，其中，开关控制电路被配置为：基于可变电压不大于阈值电压，输出用于控制控制开关断开的控制信号。
11.根据权利要求1所述的振荡器，其中，参考电压生成电路被配置为：生成与施加到参考电压生成电路的源电压的大小无关的参考电压。
12.根据权利要求1所述的振荡器，其中，阈值电压生成电路包括：
第一开关电容器电阻器电路，包括第一电容器件；和
第二开关电容器电阻器电路，包括第二电容器件。
13.根据权利要求12的振荡器，其中，阈值电压的电压值基于第一电容器件的电容和第二电容器件的电容来确定。
14.根据权利要求1所述的振荡器，其中，所述振荡器是弛豫振荡器。
15.一种控制振荡器的方法，所述方法包括：
使用参考电压生成电路的基于晶体管的电阻器生成参考电压；
基于参考电压和控制开关生成可变电压；
使用开关电容器电阻器电路生成阈值电压；
比较可变电压和阈值电压，并且基于比较的结果生成控制信号；和
基于控制信号控制控制开关。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，基于晶体管的电阻器是设置在实现有振荡器的芯片中的金属氧化物半导体场效应晶体管电阻器。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，基于晶体管的电阻器与被配置为提供可变电压的电容器件一起形成电阻器电容器延时电路。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，参考电压生成电路生成与施加到参考电压生成电路的源电压的大小无关的参考电压。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，生成控制信号的步骤包括：
响应于可变电压大于阈值电压，生成用于控制控制开关接通的控制信号。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，生成控制信号的步骤包括：
响应于可变电压不大于阈值电压，生成用于控制控制开关断开的控制信号。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，生成阈值电压的步骤包括：
使用调频电路生成第一时钟信号；和
基于第一时钟信号生成用于控制开关电容器电阻器电路的开关的第二时钟信号。
22.一种振荡器，包括：
参考电压生成电路，包括被配置为生成参考电压的基于晶体管的电阻器；
控制开关，被配置为基于参考电压生成可变电压；
开关电容器电阻器电路，被配置为生成阈值电压；和
开关控制电路，被配置为基于可变电压和阈值电压输出用于控制控制开关的控制信号，
其中，开关控制电路选择性连接控制开关和开关电容器电阻器电路。
23.根据权利要求22所述的振荡器，其中，参考电压生成电路还包括串联连接的多个二极管以生成电流。
24.根据权利要求23所述的振荡器，其中，基于晶体管的电阻器是设置在实现有所述振荡器的芯片中的金属氧化物半导体场效应晶体管电阻器，并且所述振荡器是弛豫振荡器。
25.根据权利要求24所述振荡器，其中，金属氧化物半导体场效应晶体管的源极端和栅极端连接到源电压的端子，并且金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端连接到所述多个二极管中的一个。
26.根据权利要求22所述的振荡器，其中，电容器件与控制开关并联连接以生成可变电压，并且电容器件被配置为与基于晶体管的电阻器一起形成电阻器电容器延时电路。
27.根据权利要求22所述的振荡器，其中，开关控制电路包括：
比较器，被配置为比较可变电压与阈值电压，并且基于比较的结果确定控制信号的信号值。
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