CN116599467A - 基于选择器的振荡装置、振荡控制方法及芯片 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于选择器的振荡装置、振荡控制方法及芯片，所述装置包括：选择器模块，被配置为根据不同的阈值电压进行阻态切换；电压转换模块，与所述选择器模块连接，被配置为将动态变化的电压施加于所述选择器模块，令所述选择器模块达到第一阈值电压时由第一阻态变为第二阻态，达到第二阈值电压时由所述第二阻态变为所述第一阻态；所述第一阻态和所述第二阻态之间的切换反作用于所述电压转换模块，令所述电压转换模块输出动态变化的电压，将所述动态变化的电压作为振荡电压输出。本申请提供了一种基于选择器的振荡方案，设计结构简单，具有宽操作电压、低功耗及面积小的优点。
Description
技术领域
本申请属于集成电路的技术领域，涉及一种振荡装置，特别是涉及一种基于选择器的振荡装置、振荡控制方法及芯片。
背景技术
近年来，随着日渐膨胀的芯片功能，不断增高的运行频率和随之而来的高功耗与高发热等方面的因素渐渐对设备整体性能造成越来越严重的影响，产品在设计时需要通过低功耗及面积小来增加待机时间以及降低成本，而且设计必须符合先进制程。
其中，在集成电路设计时，振荡器作为频率产生装置在芯片中是不可或缺的，它提供了芯片内部的运作频率，频率发生装置广泛地应用在各个领域，如无线电通信、雷达、导航、航天器跟踪测量以及物埋学实验等。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于选择器的振荡装置、振荡控制方法及芯片，用于解决振荡装置在先进制程中如何兼顾面积小与低功耗的问题。
本申请实施例第一方面提供一种基于选择器的振荡装置，所述装置包括：选择器模块，被配置为根据不同的阈值电压进行阻态切换；电压转换模块，与所述选择器模块连接，被配置为将动态变化的电压施加于所述选择器模块，令所述选择器模块达到第一阈值电压时由第一阻态变为第二阻态，达到第二阈值电压时由所述第二阻态变为所述第一阻态；所述第一阻态和所述第二阻态之间的切换反作用于所述电压转换模块，令所述电压转换模块输出动态变化的电压，将所述动态变化的电压作为振荡电压输出。
在第一方面的一种实现方式中，所述选择器模块包括MOS管和阻变式存储器；所述MOS管和所述阻变式存储器串联组成一选择器；所述选择器的一端接收所述电压转换模块传送的动态变化的电压进行阻态切换，另一端与地连接。
在第一方面的一种实现方式中，所述电压转换模块包括电容充电单元；所述电容充电单元包括充电电容和电流源，所述电流源对所述充电电容进行充电；所述选择器的一端与所述充电电容的一端连接，接收所述充电电容的一端产生的动态变化的充电电压，另一端与所述充电电容的另一端连接。
在第一方面的一种实现方式中，所述电流源包括可编程电流源；所述可编程电流源通过调节电流输出的大小改变所述充电电容上的充电电压的变化频率，以改变所述振荡电压的振荡频率。
在第一方面的一种实现方式中，所述装置还包括：电压源；所述电压源输出的电压施加于所述电流源的一端；所述电流源的另一端分别与所述选择器的一端、所述充电电容的一端连接，所述电流源的另一端作为振荡电压输出端。
在第一方面的一种实现方式中，所述装置还包括：振荡输出模块；所述振荡输出模块与所述电压转换模块的输出端连接，输出所述振荡电压。
在第一方面的一种实现方式中，所述振荡输出模块包括至少一级缓冲单元；所述缓冲单元的输入端接收所述振荡电压，对所述振荡电压进行缓冲驱动后输出。
本申请实施例第二方面提供一种基于选择器的振荡控制方法，应用于一种基于选择器的振荡装置，所述装置包括：选择器模块和电压转换模块，所述电压转换模块与所述选择器模块连接；所述选择器模块被配置为根据不同的阈值电压进行阻态切换；所述电压转换模块被配置为将动态变化的电压施加于所述选择器模块，令所述选择器模块达到第一阈值电压时由第一阻态变为第二阻态，达到第二阈值电压时由所述第二阻态变为所述第一阻态；所述方法包括：令所述选择器模块根据不同的阈值电压进行阻态切换；将动态变化的电压施加于所述选择器模块；利用所述第一阻态和所述第二阻态之间的切换反作用于所述电压转换模块，令所述电压转换模块输出动态变化的电压，将所述动态变化的电压作为振荡电压输出。
在第二方面的一种实现方式中，所述将动态变化的电压施加于所述选择器模块的步骤，包括：利用一电流源向充电电容充电，将所述充电电容的充电电压作为动态变化的电压；调节所述电流源输出的电流大小，以通过调整所述充电电容上的充电电压的变化频率，改变所述振荡电压的振荡频率。
本申请实施例第四方面提供一种芯片，包括：所述的基于选择器的振荡装置。
如上所述，本申请所述的基于选择器的振荡装置、振荡控制方法及芯片，具有以下有益效果：
本申请通过选择器构造振荡装置，提供了一种基于选择器的振荡方案，设计结构简单，具有宽操作电压、低功耗及面积小的优点。进一步地，本申请利用RRAM(ResistiveRandom Access Memory，阻变式存储器)选择器，面积小，组件制作于二层金属层之间。本申请的振荡装置电压操作范围宽，操作电流低。因设计结构简单，使用组件及种类少，故面积可大大减少。而且该振荡装置对先进制程容忍度高，故可以随制程的缩小而缩小。
附图说明
图1显示为本申请实施例所述的基于选择器的振荡装置的结构原理图。
图2显示为本申请实施例所述的基于选择器的振荡装置的电路示意图。
图3显示为本申请实施例所述的基于选择器的振荡装置的操作波形图。
图4显示为本申请实施例所述的基于选择器的振荡控制方法的原理流程图。
图5显示为本申请实施例所述的芯片的结构示意图。
元件标号说明
1 基于选择器的振荡装置
11 选择器模块
12 电压转换模块
S41～S43 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行详细描述。
请参阅图1，显示为本申请实施例所述的基于选择器的振荡装置的结构原理图。如图1所示，本实施例提供一种基于选择器的振荡装置1，具体包括：选择器模块11和电压转换模块12。
所述选择器模块11被配置为根据不同的阈值电压进行阻态切换。
所述电压转换模块12与所述选择器模块11连接，被配置为将动态变化的电压施加于所述选择器模块11，令所述选择器模块11达到第一阈值电压时由第一阻态变为第二阻态，达到第二阈值电压时由所述第二阻态变为所述第一阻态；所述第一阻态和所述第二阻态之间的切换反作用于所述电压转换模块12，令所述电压转换模块12输出动态变化的电压，将所述动态变化的电压作为振荡电压输出。
由此，本申请的基于选择器的振荡装置的设计构造简单，容易与先进制程结合并进行制作。其中先进制程是指集成电路产业晶圆制造中最为顶尖的若干个工艺节点，随着时间不断演变升级。先进制程是技术含量比较高，在本领域中比较进步的制程。
于一实施例中，所述选择器模块11包括MOS管和阻变式存储器。
所述MOS管和所述阻变式存储器串联组成一选择器。具体地，所述MOS管为CMOS。
所述选择器的一端接收所述电压转换模块传送的动态变化的电压进行阻态切换，另一端与地连接。
由此，本申请提供的基于选择器的振荡装置面积小，选择器可以垂直设置在CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)上方，如3D制作，故成本降低许多。
请参阅图2显示为本申请实施例所述的基于选择器的振荡装置的电路示意图。如图2所示，所述选择器模块11包括MOS管和阻变式存储器。
所述MOS管和所述阻变式存储器串联组成一选择器，如图2所示的选择器。
所述选择器的一端接收所述电压转换模块传送的动态变化的电压VOSC进行阻态切换，另一端与地AGND连接。
具体地，所述阻变式存储器为RRAM，RRAM构成的选择器是一种特殊组件。该组件必需使用特殊材料制成，但正因为它的特殊，因而具有极小面积及功耗。它不需要基底，只需要在二层金属之中制作。而且因为RRAM构成的选择器的特性是近似理想开关，导通时有极低的导通电阻，仅有数个欧姆；关闭时有极高的关闭电阻，可大于数亿欧姆。
于一实施例中，所述电压转换模块12包括电容充电单元。
所述电容充电单元包括充电电容和电流源，所述电流源对所述充电电容进行充电；
所述选择器的一端与所述充电电容的一端连接，接收所述充电电容的一端产生的动态变化的充电电压，另一端与所述充电电容的另一端连接。
请继续参阅图2，所述电压转换模块12包括电容充电单元。
所述电容充电单元包括充电电容C0和电流源I，所述电流源I对所述充电电容C0进行充电。
所述选择器的一端与所述充电电容C0的一端连接，接收所述充电电容C0的一端产生的动态变化的充电电压VOSC，另一端与所述充电电容C0的另一端连接。
于一实施例中，所述电流源包括可编程电流源I。
所述可编程电流源I通过调节电流输出的大小改变所述充电电容C0上的充电电压的变化频率，以改变所述振荡电压的振荡频率fOSC。
请继续参阅图2，所述装置还包括：电压源V0。
所述电压源V0输出的电压施加于所述电流源I的一端。
所述电流源I的另一端分别与所述选择器的一端、所述充电电容C0的一端连接，所述电流源I的另一端作为振荡电压输出端，输出动态变化的充电电压VOSC。
由此，本申请实现了低电操作及低操作功耗，使产品待机或操作时间加长。
于一实施例中，所述装置还包括：振荡输出模块。
所述振荡输出模块与所述电压转换模块的输出端连接，输出所述振荡电压。
请继续参阅图2，所述振荡输出模块包括至少一级缓冲单元。如图2中的第一缓冲单元Buffer1和第二缓冲单元Buffer2。
所述缓冲单元的输入端接收所述振荡电压，对所述振荡电压进行缓冲驱动后输出。具体地，第一缓冲单元Buffer1的输入端接收所述振荡电压VOSC，对所述振荡电压VOSC进行缓冲驱动后输出至第二缓冲单元Buffer2，经第二缓冲单元Buffer2的缓冲驱动后输出最终的具备振荡频率fOSC的振荡电压。
于另一实施例中，所述振荡输出模块包括比较器、参考电压和数字逻辑栅。由此，通过比较器、参考电压和数字逻辑栅构成的输出电路取代缓冲单元，以便输出更准确的振荡频率fOSC。
请参阅图3，显示为本申请实施例所述的基于选择器的振荡装置的操作波形图。如图3所示，横坐标为时间time，单位是us，纵坐标是振荡电压，单位是V，图3示出了在同一时间坐标横轴下，不同的两段波形。
结合图2电路示意图，在图3中下面一段波形为VOSC，上面一段波形为fOSC。本申请振荡装置的电路运作原理为：利用一个可编程电流源I对充电电容C0进行充电，此时选择器为高阻态，如图3中fOSC波形的高电平部分；当VOSC电压达到选择器的高阈值，选择器从原本的高阻态转变成低阻态，如图3中fOSC波形中高电平转为低电平的下降沿。在下降沿处，充电电容C0上的电压VOSC将被放电至选择器的低阈值，选择器从原本的低阻态转变成高阻态。通过如此的一个充/放电过程，完成了一个周期。进而连续的充/放电周期形成fOSC，即振荡频率。此外，振荡频率fOSC可以通过控制可编程电流源的电流大小来改变振荡频率fOSC的快慢。
需要说明的是，第一阈值电压即高阈值电压、第二阈值电压即低阈值电压是根据不同类型的选择器进行第一阻态和第二阻态变化所确定的两个阈值电压。
于实际应用中，本申请所述的基于选择器的振荡装置可以应用于频率发生器的电路制作中，利用所述基于选择器的振荡装置输出的振荡频率为基础，使得频率发生器输出满足实际应用需求的不同频率。
请参阅图4，显示为本申请实施例所述的基于选择器的振荡控制方法的原理流程图。如图4所示，本实施例提供一种基于选择器的振荡控制方法，应用于一种基于选择器的振荡装置，所述装置包括：选择器模块和电压转换模块，所述电压转换模块与所述选择器模块连接；所述选择器模块被配置为根据不同的阈值电压进行阻态切换；所述电压转换模块被配置为将动态变化的电压施加于所述选择器模块，令所述选择器模块达到第一阈值电压时由第一阻态变为第二阻态，达到第二阈值电压时由所述第二阻态变为所述第一阻态；所述方法具体包括以下步骤：
S41，令选择器模块根据不同的阈值电压进行阻态切换。
S42，将动态变化的电压施加于所述选择器模块。
于一实施例中，所述将动态变化的电压施加于所述选择器模块的步骤，包括：
(1)利用一电流源向充电电容充电，将所述充电电容的充电电压作为动态变化的电压。
(2)调节所述电流源输出的电流大小，以通过调整所述充电电容上的充电电压的变化频率，改变所述振荡电压的振荡频率。
S43，利用所述第一阻态和所述第二阻态之间的切换反作用于所述电压转换模块，令所述电压转换模块输出动态变化的电压，将所述动态变化的电压作为振荡电压输出。
本申请实施例所述的基于选择器的振荡控制方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本申请的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本申请的保护范围内。
本申请实施例提供的所述基于选择器的振荡装置可以实现本申请所述的基于选择器的振荡控制方法，但本申请所述的基于选择器的振荡控制方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的基于选择器的振荡装置的结构，凡是根据本申请的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本申请的保护范围内。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如，模块/单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或单元可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的模块/单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块/单元显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块/单元来实现本申请实施例的目的。例如，在本申请各个实施例中的各功能模块/单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块/单元单独物理存在，也可以两个或两个以上模块/单元集成在一个模块/单元中。
本领域普通技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
请参阅图5，显示为本申请实施例所述的芯片的结构示意图。如图5所示，本实施例提供的芯片，包括：上述的基于选择器的振荡装置。
所述基于选择器的振荡装置包括：选择器模块，被配置为根据不同的阈值电压进行阻态切换；电压转换模块，与所述选择器模块连接，被配置为将动态变化的电压施加于所述选择器模块，令所述选择器模块达到第一阈值电压时由第一阻态变为第二阻态，达到第二阈值电压时由所述第二阻态变为所述第一阻态；所述第一阻态和所述第二阻态之间的切换反作用于所述电压转换模块，令所述电压转换模块输出动态变化的电压，将所述动态变化的电压作为振荡电压输出。
上述各个附图对应的流程或结构的描述各有侧重，某个流程或结构中没有详述的部分，可以参见其他流程或结构的相关描述。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种基于选择器的振荡装置，其特征在于，所述装置包括：
选择器模块，被配置为根据不同的阈值电压进行阻态切换；
电压转换模块，与所述选择器模块连接，被配置为将动态变化的电压施加于所述选择器模块，令所述选择器模块达到第一阈值电压时由第一阻态变为第二阻态，达到第二阈值电压时由所述第二阻态变为所述第一阻态；所述第一阻态和所述第二阻态之间的切换反作用于所述电压转换模块，令所述电压转换模块输出动态变化的电压，将所述动态变化的电压作为振荡电压输出。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述选择器模块包括MOS管和阻变式存储器；
所述MOS管和所述阻变式存储器串联组成一选择器；
所述选择器的一端接收所述电压转换模块传送的动态变化的电压进行阻态切换，另一端与地连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电压转换模块包括电容充电单元；
所述电容充电单元包括充电电容和电流源，所述电流源对所述充电电容进行充电；
所述选择器的一端与所述充电电容的一端连接，接收所述充电电容的一端产生的动态变化的充电电压，另一端与所述充电电容的另一端连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电流源包括可编程电流源；
所述可编程电流源通过调节电流输出的大小改变所述充电电容上的充电电压的变化频率，以改变所述振荡电压的振荡频率。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：电压源；
所述电压源输出的电压施加于所述电流源的一端；
所述电流源的另一端分别与所述选择器的一端、所述充电电容的一端连接，所述电流源的另一端作为振荡电压输出端。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：振荡输出模块；
所述振荡输出模块与所述电压转换模块的输出端连接，输出所述振荡电压。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述振荡输出模块包括至少一级缓冲单元；
所述缓冲单元的输入端接收所述振荡电压，对所述振荡电压进行缓冲驱动后输出。
8.一种基于选择器的振荡控制方法，其特征在于，应用于一种基于选择器的振荡装置，所述装置包括：选择器模块和电压转换模块，所述电压转换模块与所述选择器模块连接；所述选择器模块被配置为根据不同的阈值电压进行阻态切换；所述电压转换模块被配置为将动态变化的电压施加于所述选择器模块，令所述选择器模块达到第一阈值电压时由第一阻态变为第二阻态，达到第二阈值电压时由所述第二阻态变为所述第一阻态；所述方法包括：
令所述选择器模块根据不同的阈值电压进行阻态切换；
将动态变化的电压施加于所述选择器模块令；
利用所述第一阻态和所述第二阻态之间的切换反作用于所述电压转换模块，令令所述电压转换模块输出动态变化的电压，将所述动态变化的电压作为振荡电压输出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将动态变化的电压施加于所述选择器模块的步骤，包括：
利用一电流源向充电电容充电，将所述充电电容的充电电压作为动态变化的电压；
调节所述电流源输出的电流大小，以通过调整所述充电电容上的充电电压的变化频率，改变所述振荡电压的振荡频率。
10.一种芯片，其特征在于，包括：如权利要求1-7任一项所述的基于选择器的振荡装置。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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