CN113783565A - 一种频率稳定的硅基环形振荡器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种频率稳定的硅基环形振荡器电路，包括反相器，所述反相器的数量至少为一个且数量为奇数，所述反相器串联在一条电路中，所述反相器之间串联设置有电阻，反相器与电阻之间并联电容，电阻和电容随工艺变化相对晶体管小，且在工艺和温度变化下向着相反方向变化，使的RC时间常数变化小，进而振荡器输出频率稳定。硅基集成电路中，反相器的后面串联电阻，并联电容，组成环形振荡器，可以实现输出频率的稳定。面积小，随着工艺和温度变化小。利用电阻和MOS电容随工艺变化相对晶体管较小，且在工艺和温度变化下向着相反方向变化，使的RC时间常数变化小，进而振荡器输出频率稳定。
Description
技术领域
本发明涉及环形振荡器技术领域，尤其涉及一种频率稳定的硅基环形振荡器电路。
背景技术
振荡器是一种将直流电能转化为一定频率的交流电能的一种电路，应用范围从微处理器的时钟产生到蜂窝电话中载波合成，到开关电源的实现，要求的结构和性能参数差别很大。对利用硅基工艺设计稳定、高性能振荡器不断提出挑战。
在集成电路设计中，振荡器的结构主要有压控振荡器（VCO），LC振荡器，环形振荡器等。现有的奇数个反相器组成的环形振荡器虽具有结构简单，功能可靠，实现成本低等优点，但输出频率随集成电路制造过程中的工艺偏差和温度影响较大，输出频率变化可达三倍以上，已经不适合要求越来越高的电子系统的发展，如5G等。因此，解决普通振荡器受工艺偏差和温度影响较大的问题就显得尤为重要了。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种频率稳定的硅基环形振荡器电路，基于已有的奇数反相器组成的振荡器的基础上进行改进，保留了结构简单，功能可靠，版图面积小，成本低等优点，同时克服了加工制造和温度变化导致的频率不稳现象，输出频率更加稳定。
本发明提供一种频率稳定的硅基环形振荡器电路，包括反相器，所述反相器的数量至少为一个且数量为奇数，所述反相器串联在一条电路中，所述反相器之间串联设置有电阻，反相器与电阻之间并联电容，电阻和电容随工艺变化相对晶体管小，且在工艺和温度变化下向着相反方向变化，使的RC时间常数变化小，进而振荡器输出频率稳定。
进一步改进在于：所述电容使用MOS电容，当电阻阻值变大时，电容变小；电阻阻值变小时，电容C变大。
进一步改进在于：所述环形振荡器电路开始工作时每个节点的初始电压为反相器的逻辑阈值，当各级反相器相同且器件没有噪声，电路保持恒定状态，不震荡。
进一步改进在于：所述电阻为温敏电阻，通过温度的不同对电阻值进行调节。
假设电路开始工作时每个节点的初始电压为反相器的逻辑阈值，如果各级反相器相同且器件没有噪声，那么电路将保持恒定状态，不震荡。但现实世界里，噪声不可避免会扰动每个节点电压，结果产生不断放大的波形，最终信号达到电路的电源电压摆幅。
在集成电路制造过程中，晶体管器件参数随着制造工艺和环境温度而变化，进而影响到振荡器的输出频率。为了使输出的振荡器频率稳定，本发明巧妙的在增益级电路后面加入了电阻，电容。利用的是电阻和MOS电容随工艺变化相对晶体管较小，且在工艺和温度变化下向着相反方向变化，（如：电阻变大时，电容变小；电阻变小时，电容变大），使的RC时间常数变化小，进而振荡器输出频率稳定。
本发明的有益效果是：硅基集成电路中，反相器的后面串联电阻，并联电容，组成环形振荡器，可以实现输出频率的稳定。面积小，随着工艺和温度变化小。利用电阻和MOS电容随工艺变化相对晶体管较小，且在工艺和温度变化下向着相反方向变化，使的RC时间常数变化小，进而振荡器输出频率稳定。振荡器的输出频率随制造工艺和环境温度变化较小。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：1-反相器，R-电阻，C-电容。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步的详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1所示，本实施例提供了一种频率稳定的硅基环形振荡器电路，包括反相器1，所述反相器1的数量至少为一个且数量为奇数，所述反相器1串联在一条电路中，所述反相器1之间串联设置有电阻R，反相器1与电阻R之间并联电容C，电阻R和电容C随工艺变化相对晶体管小，且在工艺和温度变化下向着相反方向变化，使的RC时间常数变化小，进而振荡器输出频率稳定。所述电容C使用MOS电容，当电阻R阻值变大时，电容C变小；电阻R阻值变小时，电容C变大。所述环形振荡器电路开始工作时每个节点的初始电压为反相器的逻辑阈值，当各级反相器相同且器件没有噪声，电路保持恒定状态，不震荡。所述电阻R为温敏电阻，通过温度的不同对电阻值进行调节。硅基集成电路中，反相器的后面串联电阻，并联电容，组成环形振荡器，可以实现输出频率的稳定。面积小，随着工艺和温度变化小。利用电阻和MOS电容随工艺变化相对晶体管较小，且在工艺和温度变化下向着相反方向变化，使的RC时间常数变化小，进而振荡器输出频率稳定。振荡器的输出频率随制造工艺和环境温度变化较小。
Claims (4)
1.一种频率稳定的硅基环形振荡器电路，包括反相器（1），其特征在于：所述反相器（1）的数量至少为一个且数量为奇数，所述反相器（1）串联在一条电路中，所述反相器（1）之间串联设置有电阻（R），反相器（1）与电阻（R）之间并联电容（C），电阻电阻（R）和电容电容（C）随工艺变化相对晶体管小，且在工艺和温度变化下向着相反方向变化，使的RC时间常数变化小，进而振荡器输出频率稳定。
2.如权利要求1所述的一种频率稳定的硅基环形振荡器电路，其特征在于：所述电容（C）使用MOS电容，当电阻（R）阻值变大时，电容（C）变小；电阻（R）阻值变小时，电容（C）变大。
3.如权利要求1所述的一种频率稳定的硅基环形振荡器电路，其特征在于：所述环形振荡器电路开始工作时每个节点的初始电压为反相器的逻辑阈值，当各级反相器相同且器件没有噪声，电路保持恒定状态，不震荡。
4.如权利要求1所述的一种频率稳定的硅基环形振荡器电路，其特征在于：所述电阻（R）为温敏电阻，通过温度的不同对电阻值进行调节。
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| CN101425803A (zh) * | 2007-10-31 | 2009-05-06 | 三星电子株式会社 | 环路压控振荡器 |
| CN103856191A (zh) * | 2012-12-06 | 2014-06-11 | 艾尔瓦特集成电路科技（天津）有限公司 | Cmos延迟电路以及抑制cmos延迟电路温漂的方法 |
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