CN116169953A - 振荡器电路、芯片和电子设备 - Google Patents

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杨楠
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Hefei Smart Chip Semiconductor Co ltd
Shanghai Sasha Mai Semiconductor Co ltd
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Suzhou Sasama Semiconductor Co ltd
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Hefei Smart Chip Semiconductor Co ltd
Shanghai Sasha Mai Semiconductor Co ltd
Tianjin Smart Core Semiconductor Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种振荡器电路、芯片和电子设备，振荡器电路，包括：第一充放电单元、第二充放电单元、开关切换单元和比较控制单元，开关切换单元用于对第一充电电压和第二充电电压进行切换，以将第一充电电压和第二充电电压中的一个以及参考电压提供给比较控制单元，比较控制单元用于将参考电压与第一充电电压和第二充电电压中的一个进行比较，以控制第一充放电单元和第二充放电单元中的一个进行充电工作、第一充放电单元和第二充放电单元中的另一个进行放电工作，其中，开关切换单元将进行充电工作的充放电单元所输出的充电电压提供给比较控制单元。该电路能够产生高频的振荡信号，且占用面积较小，功耗较低，信号的精度高。

Description

振荡器电路、芯片和电子设备
技术领域
本发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种振荡器电路、一种芯片和一种电子设备。
背景技术
近年来，随着高性能芯片产品需求大幅增加，低功耗、低成本对于芯片设计者来说具有极大的挑战，这要求芯片的版图面积不断缩小，降功耗的同时性能指标仍然需要达到需求。
相关技术中，芯片中的振荡器电路通常都采用张弛振荡器来设计。现有的张弛振荡器电路通常使用一个比较器或两个比较器。但是，采用一个比较器的张弛振荡器电路产生振荡信号的频率比较低，不能满足芯片的需要；采用两个比较器的张弛振荡器电路所占用的面积较大，功耗较高，且两个比较器无法完全匹配（偏移电压的影响），精度稍差。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种振荡器电路，能够产生高频的振荡信号，且占用面积较小，功耗较低，信号的精度高。
本发明的第二个目的在于提出一种芯片。
本发明的第三个目的在于提出一种电子设备。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种振荡器电路，包括：第一充放电单元，第一充放电单元用于在充电时输出第一充电电压；第二充放电单元，第二充放电单元用于在充电时输出第二充电电压；开关切换单元和比较控制单元，开关切换单元的第一输入端与第一充放电单元的输出端相连，开关切换单元的第二输入端与第二充放电单元的输出端相连，开关切换单元的第一输出端与比较控制单元的正输入端相连，开关切换单元的第二输出端与比较控制单元的负输入端相连，开关切换单元用于对第一充电电压和第二充电电压进行切换，以将第一充电电压和第二充电电压中的一个以及参考电压提供给比较控制单元，比较控制单元用于将参考电压与第一充电电压和第二充电电压中的一个进行比较，以控制第一充放电单元和第二充放电单元中的一个进行充电工作、第一充放电单元和第二充放电单元中的另一个进行放电工作，其中，开关切换单元将进行充电工作的充放电单元所输出的充电电压提供给比较控制单元。
根据本发明实施例的振荡器电路，开关切换单元对第一充电电压和第二充电电压进行切换，开关切换单元将进行充电工作的充放电单元所输出的充电电压提供给比较控制单元，以将第一充电电压和第二充电电压中的一个以及参考电压提供给比较控制单元，比较控制单元将参考电压与第一充电电压和第二充电电压中的一个进行比较，以控制第一充放电单元和第二充放电单元中的一个进行充电工作、第一充放电单元和第二充放电单元中的另一个进行放电工作，使振荡器电路输出振荡信号。由此，该电路能够产生高频的振荡信号，且占用面积较小，功耗较低，信号的精度高。
另外，根据本发明上述实施例的振荡器电路，还可以具有如下的附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，开关切换单元包括第一开关模组和第二开关模组，其中，在第一开关模组将第一充电电压提供比较控制单元时，第二开关模组将参考电压提供比较控制单元；在第一开关模组将参考电压提供比较控制单元时，第二开关模组将第二充电电压提供比较控制单元。
根据本发明的一个实施例，第一开关模组包括：第一开关，第一开关的一端与第一充放电单元的输出端相连，第一开关的另一端与比较控制单元的负输入端相连；第二开关，第二开关的一端与参考电压提供端相连，第二开关的另一端与比较控制单元的负输入端相连。
根据本发明的一个实施例，第二开关模组包括：第三开关，第三开关的一端与参考电压提供端相连，第三开关的另一端与比较控制单元的正输入端相连，其中，第三开关与第一开关联动；第四开关，第四开关的一端与第二充放电单元的输出端相连，第四开关的另一端与比较控制单元的正输入端相连，其中，第四开关与第二开关联动。
根据本发明的一个实施例，第一充放电单元包括第一电流源、第一电容和第五开关，第二充放电单元包括第二电流源、第二电容和第六开关，第一电流源与第一电容串联后接地，第五开关与第一电容并联，第二电流源与第二电容串联后接地，第六开关与第二电容并联，其中，第五开关与第二开关联动，第六开关与第一开关联动。
根据本发明的一个实施例，第一电容的容值与第二电容的容值相等，第一电流源的电流与第二电流源的电流相等。
根据本发明的一个实施例，振荡器电路的振荡频率根据以下公式计算：
Freq=1/2*I/(C*Vref)
其中，Freq为振荡频率，I为第一电流源/第二电流源的电流，C为第一电容/第二电容的容值，Vref为参考电压。
根据本发明的一个实施例，比较控制单元包括：第一比较器，第一比较器的正输入端与开关切换单元的第一输出端相连，第一比较器的负输入端与开关切换单元的第二输出端相连，第一比较器用于将参考电压与第一充电电压和第二充电电压中的一个进行比较，以输出比较信号，其中，比较信号用于产生振荡信号；复位逻辑器，复位逻辑器的输入端与第一比较器的输出端相连，复位逻辑器的第一输出端与第一充放电单元的控制端相连，复位逻辑器的第二输出端与第二充放电单元的控制端相连，复位逻辑器用于根据比较信号控制第一充放电单元和第二充放电单元中的一个进行充电工作、第一充放电单元和第二充放电单元中的另一个进行放电工作。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种芯片，包括上述的振荡器电路。
根据本发明实施例的芯片，通过上述的振荡器电路，能够提高芯片的精度，降低芯片的功耗，减小芯片的面积。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电子设备，包括上述的芯片。
根据本发明实施例的电子设备，通过上述的芯片，能够降低电子设备的功耗，提高电子设备的精度。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为根据本发明实施例的振荡器电路的方框示意图；
图2为根据本发明一个实施例的振荡器电路的方框示意图；
图3为根据本发明一个实施例的振荡器电路的方框示意图；
图4为根据本发明一个实施例的振荡器电路的方框示意图；
图5为根据本发明实施例的芯片的方框示意图；
图6为根据本发明实施例的电子设备的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例提出的振荡器电路、芯片和电子设备。
图1为根据本发明实施例的振荡器电路的方框示意图。
如图1所示，本发明实施例的振荡器电路100，可包括：第一充放电单元110、第二充放电单元120、开关切换单元130和比较控制单元140。
其中，第一充放电单元110用于在充电时输出第一充电电压。第二充放电单元120用于在充电时输出第二充电电压。开关切换单元130的第一输入端与第一充放电单元110的输出端相连，开关切换单元130的第二输入端与第二充放电单元120的输出端相连，开关切换单元130的第一输出端与比较控制单元140的正输入端相连，开关切换单元130的第二输出端与比较控制单元140的负输入端相连，开关切换单元130用于对第一充电电压和第二充电电压进行切换，以将第一充电电压和第二充电电压中的一个以及参考电压提供给比较控制单元140，比较控制单元140用于将参考电压与第一充电电压和第二充电电压中的一个进行比较，以控制第一充放电单元110和第二充放电单元120中的一个进行充电工作、第一充放电单元110和第二充放电单元120中的另一个进行放电工作，其中，开关切换单元130将进行充电工作的充放电单元所输出的充电电压提供给比较控制单元140。
具体而言，如图1所示，当第一充放电单元110从0V开始充电时，第二充放电单元120开始放电，第一充电电压逐渐增大，开关切换单元130的第一输出端输出参考电压至比较控制单元140的正输入端，开关切换单元130的第二输出端输出第一充电电压至比较控制单元140的负输入端，比较控制单元140将参考电压与第一充电电压进行比较。具体地，在第一充放电单元110开始充电时，第一充电电压小于参考电压，比较控制单元140输出高电平，随着第一充放电单元110不断充电，第一充电电压逐渐增大，当第一充电电压等于参考电压时，比较控制单元140翻转输出低电平，振荡器电路100输出低电平信号。同时，比较控制单元140控制第一充放电单元110开始放电，第二充放电单元120从0V开始充电。
进一步地，当第二充放电单元120从0V开始充电时，第一充放电单元110开始放电，第二充电电压逐渐增大，开关切换单元130的第一输出端输出第二充电电压至比较控制单元140的正输入端，开关切换单元130的第二输出端输出参考电压至比较控制单元140的负输入端，比较控制单元140将参考电压与第二充电电压进行比较。具体地，在第二充放电单元120开始充电时，第二充电电压小于参考电压，比较控制单元140输出低电平，随着第二充放电单元120不断充电，第二充电电压逐渐增大，当第二充电电压等于参考电压时，比较控制单元140翻转输出高电平，振荡器电路100输出高电平信号。同时，比较控制单元140控制第一充放电单元110开始放电，第二充放电单元120从0V开始充电。由此，振荡器电路100周期性的输出振荡信号。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，开关切换单元130包括第一开关模组131和第二开关模组132，其中，在第一开关模组131将第一充电电压提供比较控制单元140时，第二开关模组132将参考电压提供比较控制单元140；在第一开关模组131将参考电压提供比较控制单元140时，第二开关模组132将第二充电电压提供比较控制单元140。
也就是说，当第一充放电单元110充电时，第一开关模组131将第一充电电压提供比较控制单元140的负输入端，第二开关模组132将参考电压提供比较控制单元140的正输入端。当第二充放电单元120充电时，第一开关模组131将参考电压提供比较控制单元140的负输入端，第二开关模组132将第二充电电压提供比较控制单元140的正输入端。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，第一开关模组131包括：第一开关K1，第一开关K1的一端与第一充放电单元110的输出端相连，第一开关K1的另一端与比较控制单元140的负输入端相连；第二开关K2，第二开关K2的一端与参考电压提供端相连，第二开关K2的另一端与比较控制单元140的负输入端相连。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，第二开关模组132包括：第三开关K3，第三开关K3的一端与参考电压提供端相连，第三开关K3的另一端与比较控制单元140的正输入端相连，其中，第三开关K3与第一开关K1联动；第四开关K4，第四开关K4的一端与第二充放电单元120的输出端相连，第四开关K4的另一端与比较控制单元140的正输入端相连，其中，第四开关K4与第二开关K2联动。
具体而言，如图2所示，当第一充放电单元110从0V开始充电时，第二充放电单元120开始放电，第一开关K1闭合、第二开关K2打开，同时由于第三开关K3与第一开关K1联动，第四开关K4与第二开关K2联动，第三开关K3闭合、第四开关K4打开。第一充电电压经第一开关K1输送至比较控制单元140的负输入端，参考电压经第三开关K3输送至比较控制单元140的正输入端。当第一充电电压等于参考电压时，比较控制单元140翻转输出低电平，振荡器电路100输出低电平信号。同时，比较控制单元140控制第一充放电单元110开始放电，第二充放电单元120从0V开始充电，此时第二开关K2闭合、第一开关K1打开，同时第四开关K4闭合、第三开关K3打开。第二充电电压经第四开关K4输送至比较控制单元140的正输入端，参考电压经第二开关K2输送至比较控制单元140的正输入端。当第二充电电压等于参考电压时，比较控制单元140翻转输出高电平，振荡器电路100输出高电平信号。同时，比较控制单元140控制第一充放电单元110开始放电，第二充放电单元120从0V开始充电。由此，振荡器电路100周期性的输出振荡信号。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，第一充放电单元110包括第一电流源111、第一电容C1和第五开关K5，第二充放电单元120包括第二电流源121、第二电容C2和第六开关K6，第一电流源111与第一电容C1串联后接地，第五开关K5与第一电容C1并联，第二电流源121与第二电容C2串联后接地，第六开关K6与第二电容C2并联，其中，第五开关K5与第二开关K2联动，第六开关K6与第一开关K1联动。
具体而言，如图2所示，当第一充放电单元110从0V开始充电，第二充放电单元120开始放电时，第五开关K5打开、第六开关K6闭合，第一电流源111为第一电容C1进行充电，第二电容C2开始放电，由于第五开关K5与第二开关K2联动，第六开关K6与第一开关K1联动，而第三开关K3与第一开关K1联动，第四开关K4与第二开关K2联动，因此第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2和第四开关K4打开，第一充电电压经第一开关K1输送至比较控制单元140的负输入端，参考电压经第三开关K3输送至比较控制单元140的正输入端。当第一充电电压等于参考电压时，比较控制单元140翻转输出低电平，振荡器电路100输出低电平信号。同时，比较控制单元140控制第一充放电单元110开始放电，第二充放电单元120从0V开始充电，此时第五开关K5闭合、第六开关K6打开，同时第二开关K2和第四开关K4闭合、第一开关K1和第三开关K3打开。第二充电电压经第四开关K4输送至比较控制单元140的正输入端，参考电压经第二开关K2输送至比较控制单元140的正输入端。当第二充电电压等于参考电压时，比较控制单元140翻转输出高电平，振荡器电路100输出高电平信号。同时，比较控制单元140控制第一充放电单元110开始放电，第二充放电单元120从0V开始充电。由此，振荡器电路100周期性的输出振荡信号。
此时，振荡器电路100的振荡频率为：
Freq=1/(T1+T2)=1/(C1*Vref/I1+C2*Vref/I2)
其中，C1为第一电容C1的容值，C2为第二电容C2的容值，I1为第一电流源111的电流，I2为第二电流源121的电流，Vref为参考电压。
根据本发明的一个实施例，第一电容C1的容值与第二电容C2的容值相等，第一电流源111的电流与第二电流源121的电流相等。
根据本发明的一个实施例，振荡器电路100的振荡频率根据以下公式计算：
Freq=1/2*I/(C*Vref)
其中，Freq为振荡频率，I为第一电流源111/第二电流源121的电流，C为第一电容C1/第二电容C2的容值，Vref为参考电压。由此，根据上述公式可以求得振荡器电路100的振荡频率。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，比较控制单元140包括：第一比较器141，第一比较器141的正输入端与开关切换单元130的第一输出端相连，第一比较器141的负输入端与开关切换单元130的第二输出端相连，第一比较器141用于将参考电压与第一充电电压和第二充电电压中的一个进行比较，以输出比较信号，其中，比较信号用于产生振荡信号；复位逻辑器142，复位逻辑器142的输入端与第一比较器141的输出端相连，复位逻辑器142的第一输出端与第一充放电单元110的控制端相连，复位逻辑器142的第二输出端与第二充放电单元120的控制端相连，复位逻辑器142用于根据比较信号控制第一充放电单元110和第二充放电单元120中的一个进行充电工作、第一充放电单元110和第二充放电单元120中的另一个进行放电工作。在本发明的一些实施例中，如图4所示，复位逻辑器142的第一输出端与第五开关K5相连，复位逻辑器142的第二输出端与第六开关K6相连，复位逻辑器142可以根据比较信号控制第五开关K5与第六开关K6的打开或闭合。
具体而言，如图4所示，当第一充放电单元110从0V开始充电，第二充放电单元120开始放电时，第五开关K5打开、第六开关K6闭合，第一电流源111为第一电容C1进行充电，第二电容C2开始放电，由于第五开关K5与第二开关K2联动，第六开关K6与第一开关K1联动，而第三开关K3与第一开关K1联动，第四开关K4与第二开关K2联动，因此第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2和第四开关K4打开，第一充电电压经第一开关K1输送至第一比较器141的负输入端，参考电压经第三开关K3输送至第一比较器141的正输入端。当第一充电电压等于参考电压时，第一比较器141翻转输出低电平的比较信号，振荡器电路100输出低电平信号。同时，复位逻辑器142根据低电平的比较信号控制第五开关K5闭合，第六开关K6打开，使第一充放电单元110开始放电，第二充放电单元120从0V开始充电，此时第二开关K2和第四开关K4闭合、第一开关K1和第三开关K3打开。第二充电电压经第四开关K4输送至第一比较器141的正输入端，参考电压经第二开关K2输送至第一比较器141的正输入端。当第二充电电压等于参考电压时，第一比较器141翻转输出高电平的比较信号，振荡器电路100输出高电平信号。同时，复位逻辑器142根据高电平的比较信号控制第五开关K5打开，第六开关K6闭合，使第一充放电单元110开始放电，第二充放电单元120从0V开始充电。由此，振荡器电路100周期性的输出振荡信号。
如果考虑比较器固有的偏移电压，重新计算振荡频率上述公式，具体如下：
Freq=1/(T1+T2)=1/[(C1*(Vref+Vos))/I+C2*(Vref-Vos)/I]=1/[(C*(Vref+Vos))/I+(C*Vref-Vos)/I]=1/2*I/(C*Vref)
其中，Vos为比较器的偏移电压。通过上述公式可知，振荡频率与比较器的偏移电压无关，仅与电流源的电流、电容的容值以及参考电压有关。由此，本发明的振荡器电路仅使用一个比较器，可以避免比较器的偏移电压对振荡频率的影响，并节省面积，降低了功耗。
综上所述，根据本发明实施例的振荡器电路，开关切换单元对第一充电电压和第二充电电压进行切换，开关切换单元将进行充电工作的充放电单元所输出的充电电压提供给比较控制单元，以将第一充电电压和第二充电电压中的一个以及参考电压提供给比较控制单元，比较控制单元将参考电压与第一充电电压和第二充电电压中的一个进行比较，以控制第一充放电单元和第二充放电单元中的一个进行充电工作、第一充放电单元和第二充放电单元中的另一个进行放电工作，使振荡器电路输出振荡信号。由此，该电路能够产生高频的振荡信号，且占用面积较小，功耗较低，信号的精度高。
对应上述实施例，本发明还提出了一种芯片。
图5为根据本发明实施例的芯片的方框示意图。
如图5所示，本发明实施例的芯片200，包括上述的振荡器电路100。
根据本发明实施例的芯片，通过上述的振荡器电路，能够提高芯片的精度，降低芯片的功耗，减小芯片的面积。
对应上述实施例，本发明还提出了一种电子设备。
图6为根据本发明实施例的电子设备的方框示意图。
如图6所示，本发明实施例的电子设备300，包括上述的芯片200。
根据本发明实施例的电子设备，通过上述的芯片，能够降低电子设备的功耗，提高电子设备的精度。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种振荡器电路，其特征在于，包括：
第一充放电单元，所述第一充放电单元用于在充电时输出第一充电电压；
第二充放电单元，所述第二充放电单元用于在充电时输出第二充电电压；
开关切换单元和比较控制单元，所述开关切换单元的第一输入端与所述第一充放电单元的输出端相连，所述开关切换单元的第二输入端与所述第二充放电单元的输出端相连，所述开关切换单元的第一输出端与所述比较控制单元的正输入端相连，所述开关切换单元的第二输出端与所述比较控制单元的负输入端相连，所述开关切换单元用于对所述第一充电电压和所述第二充电电压进行切换，以将所述第一充电电压和所述第二充电电压中的一个以及参考电压提供给所述比较控制单元，所述比较控制单元用于将所述参考电压与所述第一充电电压和所述第二充电电压中的一个进行比较，以控制所述第一充放电单元和所述第二充放电单元中的一个进行充电工作、所述第一充放电单元和所述第二充放电单元中的另一个进行放电工作，其中，所述开关切换单元将进行充电工作的充放电单元所输出的充电电压提供给所述比较控制单元。
2.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，所述开关切换单元包括第一开关模组和第二开关模组，其中，
在所述第一开关模组将所述第一充电电压提供所述比较控制单元时，所述第二开关模组将所述参考电压提供所述比较控制单元；
在所述第一开关模组将所述参考电压提供所述比较控制单元时，所述第二开关模组将所述第二充电电压提供所述比较控制单元。
3.根据权利要求2所述的振荡器电路，其特征在于，所述第一开关模组包括：
第一开关，所述第一开关的一端与所述第一充放电单元的输出端相连，所述第一开关的另一端与所述比较控制单元的负输入端相连；
第二开关，所述第二开关的一端与参考电压提供端相连，所述第二开关的另一端与所述比较控制单元的负输入端相连。
4.根据权利要求3所述的振荡器电路，其特征在于，所述第二开关模组包括：
第三开关，所述第三开关的一端与所述参考电压提供端相连，所述第三开关的另一端与所述比较控制单元的正输入端相连，其中，所述第三开关与所述第一开关联动；
第四开关，所述第四开关的一端与所述第二充放电单元的输出端相连，所述第四开关的另一端与所述比较控制单元的正输入端相连，其中，所述第四开关与所述第二开关联动。
5.根据权利要求4所述的振荡器电路，其特征在于，所述第一充放电单元包括第一电流源、第一电容和第五开关，所述第二充放电单元包括第二电流源、第二电容和第六开关，所述第一电流源与所述第一电容串联后接地，所述第五开关与所述第一电容并联，所述第二电流源与所述第二电容串联后接地，所述第六开关与所述第二电容并联，其中，所述第五开关与所述第二开关联动，所述第六开关与所述第一开关联动。
6.根据权利要求5所述的振荡器电路，其特征在于，所述第一电容的容值与所述第二电容的容值相等，所述第一电流源的电流与所述第二电流源的电流相等。
7.根据权利要求6所述的振荡器电路，其特征在于，所述振荡器电路的振荡频率根据以下公式计算：
Freq=1/2*I/(C*Vref)
其中，Freq为所述振荡频率，I为所述第一电流源/第二电流源的电流，C为所述第一电容/第二电容的容值，Vref为所述参考电压。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的振荡器电路，其特征在于，所述比较控制单元包括：
第一比较器，所述第一比较器的正输入端与所述开关切换单元的第一输出端相连，所述第一比较器的负输入端与所述开关切换单元的第二输出端相连，所述第一比较器用于将所述参考电压与所述第一充电电压和所述第二充电电压中的一个进行比较，以输出比较信号，其中，所述比较信号用于产生振荡信号；
复位逻辑器，所述复位逻辑器的输入端与所述第一比较器的输出端相连，所述复位逻辑器的第一输出端与所述第一充放电单元的控制端相连，所述复位逻辑器的第二输出端与所述第二充放电单元的控制端相连，所述复位逻辑器用于根据所述比较信号控制所述第一充放电单元和所述第二充放电单元中的一个进行充电工作、所述第一充放电单元和所述第二充放电单元中的另一个进行放电工作。
9.一种芯片，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的振荡器电路。
10.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求9所述的芯片。
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