CN114244277A - 一种精确控制占空比的集成振荡器 - Google Patents

一种精确控制占空比的集成振荡器 Download PDF

Info

Publication number
CN114244277A
CN114244277A CN202111425967.0A CN202111425967A CN114244277A CN 114244277 A CN114244277 A CN 114244277A CN 202111425967 A CN202111425967 A CN 202111425967A CN 114244277 A CN114244277 A CN 114244277A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current mirror
bias current
input terminal
nmos transistors
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111425967.0A
Other languages
English (en)
Inventor
黄少卿
常红
李燕妃
罗永波
宣志斌
肖培磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 58 Research Institute
Original Assignee
CETC 58 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 58 Research Institute filed Critical CETC 58 Research Institute
Priority to CN202111425967.0A priority Critical patent/CN114244277A/zh
Publication of CN114244277A publication Critical patent/CN114244277A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1228—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more field effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/1262—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising switched elements

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

本发明涉及一种精确控制占空比的集成振荡器，包括偏置电流镜I1、I2，NMOS晶体管N1～N6，电容C1～C3，电阻R1，比较器CMP，反相器INV，还包含缓冲器BUF，其中偏置电流镜I1的第一输入端接电源VDD，偏置电流镜I1的第二输入端与NMOS晶体管N1和N2的漏极相连；偏置电流镜I2的第一输入端接电源VDD，偏置电流镜I2的第二输入端与NMOS晶体管N4和N5的漏极相连。本发明的集成振荡器通过电流镜串联电阻及电阻并联电容的连接方式，稳态时给比较器提供自偏置比较电压，无需外部提供参考电压，降低了设计复杂度。此外，通过电容比例确定振荡器输出占空比，提高了精度；通过改变电阻不同的阻值，实现宽范围的振荡器频率，能够适用于不同的应用环境。

Description

一种精确控制占空比的集成振荡器
技术领域
本发明涉及模拟电路技术领域，尤其是指一种精确控制占空比的集成振荡器。
背景技术
一个典型的片上集成振荡器为电容充放电结构，通过将电容两端电压与固定偏置电压做比较，计算充放电时间，从而确定振荡频率。常用技术中要想得到一个精确控制占空比的振荡器输出，需要提供一个精确的参考电压Vref、一个精度较高的迟滞比较器和精准的偏置电流镜比例。在CMOS集成电路工艺下，该传统结构集成振荡器增加了设计难度，需要引入额外的偏置电压Vref，且较难控制偏置电流镜A1和A2的比例。
因此，有必要发明一种新型的能精确控制占空比的集成振荡器，并克服传统集成振荡器的一些缺陷和局限性。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中集成振荡器结构复杂、精度差和应用场景局限性的问题，从而提供一种精确控制占空比的集成振荡器。
为解决上述技术问题，本发明的一种精确控制占空比的集成振荡器，包括偏置电流镜I1、偏置电流镜I2，NMOS晶体管N1～N6，电容C1～C3，电阻R1，比较器CMP，反相器INV，还包含缓冲器BUF，其中，
偏置电流镜I1的第一输入端接电源VDD，偏置电流镜I1的第二输入端与NMOS晶体管N1和N2的漏极相连；
偏置电流镜I2的第一输入端接电源VDD，偏置电流镜I2的第二输入端与NMOS晶体管N4和N5的漏极相连。
在本发明的一个实施例中，所述NMOS晶体管N1的栅极与NMOS晶体管N4和N6的栅极相连，且同为比较器CMP的输出连接；NMOS晶体管N1的源极与电容C1的第一输入端相连；
NMOS晶体管N2的栅极与NMOS晶体管N3和N5的栅极相连，且同为反相器INV的输出连接；NMOS晶体管N2的源极与电阻R1的第一输入端相连；
NMOS晶体管N3的漏极与电容C1的第一输入端相连，其源极与电容C1的第二输入端相连，并同时接地。
在本发明的一个实施例中，所述电阻R1的第二输入端接地。
在本发明的一个实施例中，所述NMOS晶体管N4的源极与电容C3的第一输入端和电阻R1的第一输入端相连；
NMOS晶体管N5的源极与电容C2的第一输入端相连；
NMOS晶体管N6的漏极与电容C2的第一输入端相连，其源极与电容C2的第二输入端相连，并同时接地；
比较器CMP的正输入端连接NMOS晶体管N4和N5的漏极，比较器CMP的负输入端连接NMOS晶体管N1和N2的漏极，比较器CMP的输出连接反相器INV的输入；
反相器INV的输出端分别与NMOS晶体管N2、N3和N5的栅极互连；
所述缓冲器BUF的输入端连接反相器INV的输出端，缓冲器BUF的输出端为振荡器电路的输出端。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明所述的一种精确控制占空比的集成振荡器通过电流镜串联电阻及电阻并联电容的连接方式，稳态时给比较器提供自偏置比较电压，无需外部提供参考电压，降低了设计复杂度。此外，通过电容比例确定振荡器输出占空比，提高了精度；通过改变电阻不同的阻值，实现宽范围(几十KHz～几十MHz)的振荡器频率，能够适用于不同的应用环境。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明提供的精确控制占空比的集成振荡器结构示意图；
图2是本发明提供的精确控制占空比的集成振荡器工作波形示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供一种精确控制占空比的集成振荡器，包括偏置电流镜I1、偏置电流镜I2，NMOS晶体管N1～N6，电容C1～C3，电阻R1，比较器CMP，反相器INV，还包含缓冲器BUF，其中，
偏置电流镜I1的第一输入端接电源VDD，偏置电流镜I1的第二输入端与NMOS晶体管N1和N2的漏极相连；
偏置电流镜I2的第一输入端接电源VDD，偏置电流镜I2的第二输入端与NMOS晶体管N4和N5的漏极相连。
具体地，如图2所示，设置电流镜I1和I2的电流相等，为I。假设初始状态时，比较器CMP输出为低电平，即VIN1为低电平，VIN2为高电平，此时NMOS晶体管N1、N4和N6关断，N2、N3和N5导通，电容C1上的电压VC1为0V，电容C3和电阻R1上的电压VC3开始上升，电容C2上的电压VC2也开始上升。
所述NMOS晶体管N1的栅极与NMOS晶体管N4和N6的栅极相连，且同为比较器CMP的输出连接；NMOS晶体管N1的源极与电容C1的第一输入端相连；
NMOS晶体管N2的栅极与NMOS晶体管N3和N5的栅极相连，且同为反相器INV的输出连接；NMOS晶体管N2的源极与电阻R1的第一输入端相连；
NMOS晶体管N3的漏极与电容C1的第一输入端相连，其源极与电容C1的第二输入端相连，并同时接地。
由于N2和N5导通，VP＝VC2，VM＝VC3，当VC2大于VC3时，比较器输出翻转，VIN1为高电平，VIN2为低电平，此时NMOS晶体管N1、N4和N6导通，N2、N3和N5关断，电容C2通过N6快速放电，电压VC2变为0V，电容C1上的电压VC1开始上升，此时电容C3和电阻R1上的电压VC3继续上升，由于N1和N4导通，VP＝VC3，VM＝VC1，当VC1大于VC3时，比较器输出翻转，VIN1为高电平，VIN2为低电平，到此一个周期结束。
所述电阻R1的第二输入端接地。
所述NMOS晶体管N4的源极与电容C3的第一输入端和电阻R1的第一输入端相连；
NMOS晶体管N5的源极与电容C2的第一输入端相连；
NMOS晶体管N6的漏极与电容C2的第一输入端相连，其源极与电容C2的第二输入端相连，并同时接地；
比较器CMP的正输入端连接NMOS晶体管N4和N5的漏极，比较器CMP的负输入端连接NMOS晶体管N1和N2的漏极，比较器CMP的输出连接反相器INV的输入；
反相器INV的输出端分别与NMOS晶体管N2、N3和N5的栅极互连；
所述缓冲器BUF的输入端连接反相器INV的输出端，缓冲器BUF的输出端为振荡器电路的输出端。
进一步地，当振荡器处于稳态时，电容C3和电阻R1上的电压VC3会稳定在I*R1，该值即为稳态时比较电压，容易得出，振荡器输出高电平时间Ton＝I*R1*C1/I＝R1*C1，振荡器输出低电平时间Toff＝I*R1*C2/I＝R1*C2，振荡器输出周期T＝R1*(C1+C2)，频率F＝1/R1/(C1+C2)，占空比D＝C1/(C1+C2)。
可以看出，振荡器频率只和电阻R1、电容C1和C2有关，与电流镜大小无关，在CMOS工艺下，通过调整电阻和电容的值，可轻易实现振荡器输出频率范围在几十KHz～几十MHz内，能够适用于不同的应用环境。占空比为电容的比值，精度更高。
本发明通过电流镜串联电阻及电阻并联电容的连接方式，稳态时给比较器提供自偏置比较电压，无需外部提供参考电压，降低了设计复杂度。此外，通过电容比例确定振荡器输出占空比，提高了精度；通过改变电阻不同的阻值，实现宽范围的振荡器频率，能够适用于不同的应用环境。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种精确控制占空比的集成振荡器，其特征在于，包括偏置电流镜I1、偏置电流镜I2，NMOS晶体管N1～N6，电容C1～C3，电阻R1，比较器CMP，反相器INV，还包含缓冲器BUF，其中，
偏置电流镜I1的第一输入端接电源VDD，偏置电流镜I1的第二输入端与NMOS晶体管N1和N2的漏极相连；
偏置电流镜I2的第一输入端接电源VDD，偏置电流镜I2的第二输入端与NMOS晶体管N4和N5的漏极相连。
2.根据权利要求1所述一种精确控制占空比的集成振荡器，其特征在于，所述NMOS晶体管N1的栅极与NMOS晶体管N4和N6的栅极相连，且同为比较器CMP的输出连接；NMOS晶体管N1的源极与电容C1的第一输入端相连；
NMOS晶体管N2的栅极与NMOS晶体管N3和N5的栅极相连，且同为反相器INV的输出连接；NMOS晶体管N2的源极与电阻R1的第一输入端相连；
NMOS晶体管N3的漏极与电容C1的第一输入端相连，其源极与电容C1的第二输入端相连，并同时接地。
3.根据权利要求1所述一种精确控制占空比的集成振荡器，其特征在于，所述电阻R1的第二输入端接地。
4.根据权利要求1所述一种精确控制占空比的集成振荡器，其特征在于，所述NMOS晶体管N4的源极与电容C3的第一输入端和电阻R1的第一输入端相连；
NMOS晶体管N5的源极与电容C2的第一输入端相连；
NMOS晶体管N6的漏极与电容C2的第一输入端相连，其源极与电容C2的第二输入端相连，并同时接地；
比较器CMP的正输入端连接NMOS晶体管N4和N5的漏极，比较器CMP的负输入端连接NMOS晶体管N1和N2的漏极，比较器CMP的输出连接反相器INV的输入；
反相器INV的输出端分别与NMOS晶体管N2、N3和N5的栅极互连；
所述缓冲器BUF的输入端连接反相器INV的输出端，缓冲器BUF的输出端为振荡器电路的输出端。
CN202111425967.0A 2021-11-26 2021-11-26 一种精确控制占空比的集成振荡器 Pending CN114244277A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111425967.0A CN114244277A (zh) 2021-11-26 2021-11-26 一种精确控制占空比的集成振荡器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111425967.0A CN114244277A (zh) 2021-11-26 2021-11-26 一种精确控制占空比的集成振荡器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114244277A true CN114244277A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80751553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111425967.0A Pending CN114244277A (zh) 2021-11-26 2021-11-26 一种精确控制占空比的集成振荡器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114244277A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100283552A1 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Qualcomm Incorporated Flicker noise cancellation in oscillators
CN103546121A (zh) * 2013-10-28 2014-01-29 无锡中星微电子有限公司 Rc振荡器
CN107317568A (zh) * 2017-05-27 2017-11-03 上海华虹宏力半导体制造有限公司 消除比较器失调电压的振荡器
CN109787559A (zh) * 2017-11-10 2019-05-21 北京展讯高科通信技术有限公司 电阻电容rc振荡电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100283552A1 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Qualcomm Incorporated Flicker noise cancellation in oscillators
CN103546121A (zh) * 2013-10-28 2014-01-29 无锡中星微电子有限公司 Rc振荡器
CN107317568A (zh) * 2017-05-27 2017-11-03 上海华虹宏力半导体制造有限公司 消除比较器失调电压的振荡器
CN109787559A (zh) * 2017-11-10 2019-05-21 北京展讯高科通信技术有限公司 电阻电容rc振荡电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3594631B2 (ja) 電源に対して補償されたｍｏｓ発振回路
CN107681994B (zh) 一种振荡器电路
US11245360B2 (en) Oscillator circuit, chip and electronic device
US7843279B2 (en) Low temperature coefficient oscillator
CN109690948B (zh) 用于低功率张弛振荡器的方法和装置
CN107317568B (zh) 消除比较器失调电压的振荡器
CN111404484A (zh) Rc振荡器及电设备
CN114124040A (zh) 一种自适应阈值的低功耗张弛振荡电路
CN111835288A (zh) 振荡器电路
US6211744B1 (en) Ring oscillator having an externally adjustable variable frequency
CN108667439B (zh) 一种新型低功耗高精度低温漂rc振荡器
CN112953526A (zh) 一种环形振荡电路、方法以及集成芯片
JP3963421B2 (ja) 制御発振システムとその方法
CN114244277A (zh) 一种精确控制占空比的集成振荡器
KR20030072527A (ko) 직류-직류 컨버터의 발진기
US20080309398A1 (en) Multiplier circuit
TWI756964B (zh) D型正反器
US20030184395A1 (en) CR oscillation circuit
KR101986799B1 (ko) 저전력과 작은 면적으로 구현한 단일 비교기 구조의 릴렉세이션 발진기
CN111682865A (zh) 张弛振荡器及片上芯片
WO2002015382A2 (en) Oscillator having reduced sensitivity to supply voltage changes
CN110739942A (zh) 一种上电复位电路
CN216216815U (zh) 一种延时电路
CN217307657U (zh) 一种延时电路
CN115051692B (zh) 一种宽电源范围的频率信号发生器及调频方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination