CN113938100A - 振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振荡器，其第一PMOS管、第二PMOS管及第三PMOS管的源端接直流工作电源；其第二PMOS管的漏端及栅端同第一PMOS管栅端及第三PMOS管栅端短接；其第一NMOS管的栅端及漏端同第二NMOS管栅端及第一PMOS管漏端短接；其第一NMOS管源端接地；其第二NMOS管漏端接第二PMOS管漏端，源端经第一电阻接地；第一电容及可控开关并联在第三PMOS管漏端同地之间；其比较器的正相输入端接第三PMOS管漏端，反相输入端接第二NMOS管源端，输出端接可控开关的控制端；可控开关在比较器的正相输入端电压大于其反相输入端电压时闭合。该振荡器电路面积小、功耗低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体电路技术，特别是涉及一种振荡器。
背景技术
常见的振荡器如图1所示，其采用RC震荡电路，基本原理是一个电流对第一电容C1进行充放电，第一电容C1上的电压VCAP和两个参考电压比较，比较的结果反馈控制是对第一电容C1进行充电还是放电。如图2所示，第一电容C1上的电压VCAP为三角波，其震荡周期T为：
其中VREFH＝Ib·(R2+R3)，VREFL＝Ib·R2，得到T＝2·R3·C1；VREFH为第一电容C1上的电压VCAP的最高电压，VREFL为第一电容C1上的电压VCAP的最低电压，R2为参考电压产生电路的下分压电阻，R3为参考电压产生电路的上分压电阻，Ib为参考电流。因此，常见的RC振荡器的输出频率只与上分压电阻R3及第一电容C1有关，而上分压电阻R3及电容C1会随着制造工艺的波动而出现偏差，从而引起频率精度变差。并且，对于超低功耗的低频振荡器，电路设计要求图1中的第一电阻R1、下分压电阻R2、上分压电阻R3和第一电容C1非常大，增大了电路面积。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种振荡器，电路面积小，功耗低。
为解决上述技术问题，本发明提供的振荡器，其包括第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第一电阻R1、第一电容C1、比较器CMP及可控开关S1；
第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2及第三PMOS管PM3的源端接直流工作电源VDD；
第二PMOS管PM2的漏端及栅端同第一PMOS管PM1栅端及第三PMOS管PM3栅端短接；
第一NMOS管NM1的栅端及漏端同第二NMOS管NM2栅端及第一PMOS管PM1漏端短接；
第一NMOS管NM1源端接地；
第二NMOS管NM2漏端接第二PMOS管PM2漏端；
第二NMOS管NM2源端经第一电阻R1接地；
第一电容C1及可控开关S1并联在第三PMOS管PM3漏端同地之间；
所述比较器CMP，其正相输入端接第三PMOS管PM3漏端，其反相输入端接第二NMOS管NM2源端，其输出端接所述可控开关S1的控制端；
所述可控开关S1，当所述比较器CMP的正相输入端电压大于其反相输入端电压时闭合。
较佳的，所述比较器CMP，当其正相输入端电压大于其反相输入端电压，输出低电平；
所述可控开关S1，当其控制端电压为低电平闭合。
较佳的，所述比较器CMP，当其正相输入端电压大于其反相输入端电压，输出高电平；
所述可控开关S1，当其控制端电压为高电平闭合。
较佳的，第一电容C1的电容值可调或/和第一电阻R1的电阻值可调；
振荡器还包括频率校准电路；
所述频率校准电路，其第一输入端接所述比较器CMP输出端，其第二输入端接外部参考时钟CLKREF，其输出端用于输出校准信号；
所述频率校准电路，用于对外部参考时钟CLKREF的N个周期内的振荡器输出周期进行计数得到第一类计数值，或者对振荡器输出M个周期内的外部参考时钟CLKREF进行计数得到第二类计数值；N、M均为正整数；
当第一类计数值大于第一类设定范围上限，则所述频率校准电路输出校准信号调大第一电容C1的电容值或/和调大第一电阻R1的阻值；
当第一类计数值小于第一类设定范围下限，则所述频率校准电路输出校准信号调小第一电容C1的电容值或/和调小第一电阻R1的阻值；
当第二类计数值大于第二类设定范围上限，则所述频率校准电路输出校准信号调小第一电容C1的电容值或/和调小第一电阻R1的阻值
当第二类计数值小于第二类设定范围下限，则所述频率校准电路输出校准信号调大第一电容C1的电容值或/和调大第一电阻R1的阻值。
较佳的，振荡器输出的周期为外部参考时钟CLKREF的周期的3～20倍；N大于40。
较佳的，振荡器输出的周期为外部参考时钟CLKREF的周期的1～3倍；M大于3。
本发明的振荡器，在现有常见振荡器的基础上，删除专有的参考电压产生电路，采用参考电流电压产生电路中的第一电阻R1上的电压作为参考电压VREF，减除了专有参考电压产生电路的功耗，不需要额外的分压电阻R2，R3，减少了电阻面积；并且，由于只使用一个比较器，在充放电电路中无需固定电流放电支路，减小了比较器的功耗和面积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是常见的振荡器的电路图；
图2是图1所示的振荡器电路的波形图；
图3是本发明的振荡器的一实施例的电路图；
图4是图3所示的振荡器电路的波形图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图3所示，振荡器包括第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第一电阻R1、第一电容C1、比较器CMP及可控开关S1；
第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2及第三PMOS管PM3的源端接直流工作电源VDD；
第二PMOS管PM2的漏端及栅端同第一PMOS管PM1栅端及第三PMOS管PM3栅端短接；
第一NMOS管NM1的栅端及漏端同第二NMOS管NM2栅端及第一PMOS管PM1漏端短接；
第一NMOS管NM1源端接地；
第二NMOS管NM2漏端接第二PMOS管PM2漏端；
第二NMOS管NM2源端经第一电阻R1接地；
第一电容C1及可控开关S1并联在第三PMOS管PM3漏端同地之间；
所述比较器CMP，其正相输入端接第三PMOS管PM3漏端，其反相输入端接第二NMOS管NM2源端，其输出端接所述可控开关S1的控制端；
所述可控开关S1，当所述比较器CMP的正相输入端电压大于其反相输入端电压时闭合。
较佳的，所述比较器CMP，当其正相输入端电压大于其反相输入端电压，输出低电平；所述可控开关S1，当其控制端电压为低电平闭合。
较佳的，所述比较器CMP，当其正相输入端电压大于其反相输入端电压，输出高电平；所述可控开关S1，当其控制端电压为高电平闭合。
实施例一的振荡器，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2及第一电阻R1构成参考电流电压产生电路，由第三PMOS管PM3、第一电容C1和可控开关S1构成充放电电路，第一电容C1上的电压VCAP和参考电压VREF(第一电阻R1上的电压)分别连接到比较器CMP的两个输入端进行电压比较；如图4所示，第一电容C1上的电压VCAP为一不对称的三角波，其最低电压为0V，第一电容C1由第三PMOS管PM3漏端输出的参考电流Ib充电，充电时间由参考电流Ib及第一电容C1决定；第一电容C1上的电压VCAP初始电压为0V，当第一电容C1上的电压VCAP低于参考电压VREF，比较器CMP的输出第一状态电平使可控开关S1断开，第三PMOS管PM3产生的参考电流Ib给第一电容C1充电使第一电容C1上的电压VCAP电压逐渐变高，当第一电容C1上的电压VCAP大于参考电压VREF时，比较器CMP的输出变为第二状态电平使可控开关S1闭合，将第一电容C1上的电荷放电，使电容C1上的电压VCAP变为0V，因此比较器CMP的输出又变为第一状态电平，使可控开关S1断开，第三PMOS管PM3输出的参考电流Ib重新开始给第一电容C1充电，开始下一个充电周期，比较器CMP的输出即为振荡器的输出时钟CLKOUT。
实施例一的振荡器，当第一电容C1上的电压VCAP充电到最高电压(超过参考电压VREF)时，比较器CMP的输出端电平翻转，控制闭合可控开关S1，由可控开关S1对第一电容C1进行快速放电。第一电容C1的充放电周期T为：
其中VREF＝R1·Ib，Tdelay为比较器CMP和可控开关S1的延迟，得到T＝C1·R1+Tdelay。因此，振荡器的输出时钟CLKOUT频率同第一电阻R1、第一电容C1以及比较器CMP和可控开关S1的延迟有关。
实施例一的振荡器，在现有常见振荡器的基础上，删除专有的参考电压产生电路，采用参考电流电压产生电路中的第一电阻R1上的电压作为参考电压VREF，减除了专有参考电压产生电路的功耗，不需要额外的分压电阻R2，R3，减少了电阻面积；并且，由于只使用一个比较器，在充放电电路中无需固定电流放电支路，减小了比较器的功耗和面积。
实施例二
如基于实施例一，第一电容C1的电容值可调或/和第一电阻R1的电阻值可调；
振荡器还包括频率校准电路；
所述频率校准电路，其第一输入端接所述比较器CMP输出端，其第二输入端接外部参考时钟CLKREF，其输出端用于输出校准信号；
所述频率校准电路，用于对外部参考时钟CLKREF的N个周期内的振荡器输出周期进行计数得到第一类计数值，或者对振荡器输出M个周期内的外部参考时钟CLKREF进行计数得到第二类计数值；N、M均为正整数；
当第一类计数值大于第一类设定范围上限，表示振荡器的输出时钟CLKOUT的频率偏快，则所述频率校准电路输出校准信号调大第一电容C1的电容值或/和调大第一电阻R1的阻值，使振荡器的输出时钟CLKOUT的频率变慢；
当第一类计数值小于第一类设定范围下限，表示振荡器的输出时钟CLKOUT的频率偏慢，则所述频率校准电路输出校准信号调小第一电容C1的电容值或/和调小第一电阻R1的阻值，使振荡器的输出时钟CLKOUT的频率变快；
当第一类计数值在第一类设定范围内时，表示振荡器的输出时钟CLKOUT的频率满足要求；
当第二类计数值大于第二类设定范围上限，表示振荡器的输出时钟CLKOUT的频率偏慢，则所述频率校准电路输出校准信号调小第一电容C1的电容值或/和调小第一电阻R1的阻值，使振荡器的输出时钟CLKOUT的频率变快；
当第二类计数值小于第二类设定范围下限，表示振荡器的输出时钟CLKOUT的频率偏快，则所述频率校准电路输出校准信号调大第一电容C1的电容值或/和调大第一电阻R1的阻值，使振荡器的输出时钟CLKOUT的频率变慢；
当第二类计数值在第二类设定范围内时，表示振荡器的输出时钟CLKOUT的频率满足要求。
较佳的，振荡器输出的周期为外部参考时钟CLKREF的周期的3～20倍；
N大于40。
较佳的，振荡器输出的周期为外部参考时钟CLKREF的周期的1～3倍；
M大于3。
实施例二的振荡器，增加频率校准电路，频率校准电路基于外部参考时钟CLKREF及振荡器输出周期进行计数，根据计数值调整第一电容C1的电容值或/和第一电阻R1的阻值，重复上述过程，直到计数值符合要求，则校准结束，可以消除工艺波动引起的振荡器的输出时钟CLKOUT的频率偏差。
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，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种振荡器，其特征在于，其包括第一PMOS管(PM1)、第二PMOS管(PM2)、第三PMOS管(PM3)、第一NMOS管(NM1)、第二NMOS管(NM2)、第一电阻(R1)、第一电容(C1)、比较器(CMP)及可控开关(S1)；
第一PMOS管(PM1)、第二PMOS管(PM2)及第三PMOS管(PM3)的源端接直流工作电源(VDD)；
第二PMOS管(PM2)的漏端及栅端同第一PMOS管(PM1)栅端及第三PMOS管(PM3)栅端短接；
第一NMOS管(NM1)的栅端及漏端同第二NMOS管(NM2)栅端及第一PMOS管(PM1)漏端短接；
第一NMOS管(NM1)源端接地；
第二NMOS管(NM2)漏端接第二PMOS管(PM2)漏端；
第二NMOS管(NM2)源端经第一电阻(R1)接地；
第一电容(C1)及可控开关(S1)并联在第三PMOS管(PM3)漏端同地之间；
所述比较器(CMP)，其正相输入端接第三PMOS管(PM3)漏端，其反相输入端接第二NMOS管(NM2)源端，其输出端接所述可控开关(S1)的控制端；
所述可控开关(S1)，当所述比较器(CMP)的正相输入端电压大于其反相输入端电压时闭合。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，
所述比较器(CMP)，当其正相输入端电压大于其反相输入端电压，输出低电平；
所述可控开关(S1)，当其控制端电压为低电平闭合。
3.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，
所述比较器(CMP)，当其正相输入端电压大于其反相输入端电压，输出高电平；
所述可控开关(S1)，当其控制端电压为高电平闭合。
4.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，
第一电容(C1)的电容值可调或/和第一电阻(R1)的电阻值可调；
振荡器还包括频率校准电路；
所述频率校准电路，其第一输入端接所述比较器(CMP)输出端，其第二输入端接外部参考时钟(CLKREF)，其输出端用于输出校准信号；
所述频率校准电路，用于对外部参考时钟(CLKREF)的N个周期内的振荡器输出周期进行计数得到第一类计数值，或者对振荡器输出M个周期内的外部参考时钟(CLKREF)进行计数得到第二类计数值；N、M均为正整数；
当第一类计数值大于第一类设定范围上限，则所述频率校准电路输出校准信号调大第一电容(C1)的电容值或/和调大第一电阻(R1)的阻值；
当第一类计数值小于第一类设定范围下限，则所述频率校准电路输出校准信号调小第一电容(C1)的电容值或/和调小第一电阻(R1)的阻值；
当第二类计数值大于第二类设定范围上限，则所述频率校准电路输出校准信号调小第一电容(C1)的电容值或/和调小第一电阻(R1)的阻值
当第二类计数值小于第二类设定范围下限，则所述频率校准电路输出校准信号调大第一电容(C1)的电容值或/和调大第一电阻(R1)的阻值。
5.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，
振荡器输出的周期为外部参考时钟(CLKREF)的周期的3～20倍；
N大于40。
6.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，
振荡器输出的周期为外部参考时钟(CLKREF)的周期的1～3倍；
M大于3。
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