CN1180528C - 低噪声张弛式振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种低噪声张弛式振荡器，通过一外挂电阻产生参考电流及参考电压，利用一滤波电路过滤参考电压的噪声以得到较稳定的栅极电压，并且利用该栅极电压作为电流镜电路的控制电压，通过镜射参考电流而得到稳定的二振荡电流，将该二振荡电流及栅极电压输入振荡电路中，该二振荡电流分别流经二振荡电容，利用该二振荡电容与栅极电压分别经二比较器比较其电压，而产生交互振荡信号输出。如此，利用滤波电路过滤参考电压噪声的方式，可以有效地改善时钟脉冲颤抖及工作周期的效能，不会由于外挂电阻而容易受到耦合而使得时钟脉冲颤抖变大及工作周期变差。

Description

低噪声张弛式振荡器

技术领域

本发明是关于一种张弛式振荡器(relaxation type oscillator)，特别是关于利用滤波电路的低噪声张弛式振荡器。

技术背景

图1是显示已知的张弛式振荡器的电路图，由一电阻R1 102、电流镜MR1、MR2及MR3 104、302及304、二个比较器COMP1及COMP2 410及412，以及二个电容器C1及C2406及408所组成。藉由电流流经电阻R1 102产生压降而获得一直流输出OSCI电压，并且利用此电压控制电流镜MR2及MR3302及304的电流，进而决定电容C1及C2 406及408的充放电电流。此外，OSCI电压为比较器COMP1及COMP2 410及412的一输入参考电压，而该二比较器的另一输入端则分别与电容C1及C2 406及408连接。当电容C1 406经由晶体管MP1 402充电至电压VDD时，电容C2 408则藉由电流镜MR3 304放电；电容C2 408的电压会因为放电而逐渐下降，当VC2电压低于比较器输入参考电压即OSCI电压时，比较器则开始改变输出结果，而使得电容C1406开始放电电容C2 408则开始充电，以完成一振荡输出结果。

由此可知，OSCI电压与整个振荡器运作是密不可分，而随着集成电路制造技术的进步，电路愈来愈复杂而且功能越来越强，使得振荡电压易受噪声耦合影响及振荡频率易受电压漂移影响，使得以已知的方式达到振荡并不稳定，当OSCI电压一旦受到干扰，振荡器即无法正常运作进而影响系统的稳定性。

鉴于上述已知技术的缺陷，有必要研制一种能够克服已知技术的缺陷的低噪声张弛式振荡器。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种低噪声张弛式振荡器，利用滤波方式，以提高振荡器的噪声容忍能力，使其不受到外界噪声干扰进而影响振荡器的效能。

根据本发明，一种低噪声张弛式振荡器包括参考电流产生电路、外挂电阻、滤波电路、电流镜电路及振荡电路。其中，参考电流产生电路利用外挂电阻产生参考电压及参考电流，参考电压则藉由滤波电路过滤噪声而得到稳定的电压，并以此作为控制电流镜电路镜射参考电流而产生稳定的二振荡电流，此稳定的电压及振荡电流供应给振荡电路使用而产生交互振荡讯号输出。由于利用滤波电路过滤噪声，进而降低噪声干扰效应，获得稳定的输出频率。

因此，本发明提出了一种低噪声张弛式振荡器，包括：参考电流产生电路，配合一外接电阻器产生参考电压及参考电流；电流镜电路，镜射所述参考电流以产生二振荡电流；滤波电路，介于所述参考电流产生电路与电流镜电路之间，以过滤所述参考电压的噪声而得到一稳定的控制电压提供给所述电流镜电路以稳定所述二振荡电路；及振荡电路，输入所述控制电压及二振荡电流，利用二振荡电容与所述控制电压经二比较器比较其电压而产生交互振荡信号输出，且所述二振荡电流分别提供所述二振荡电容使用，其中所述滤波电路是电阻-电容电路，一电阻连接于所述参考电流产生电路的输出晶体管的栅极与所述电流镜电路的晶体管的栅极之间，和一电容连接于接地端及所述电流镜电路的晶体管的栅极之间。

附图说明

对于熟习本技术的人员而言，从以下结合附图所作的详细叙述，将使本发明能够更清楚地被了解，上述及其他目的及优点将会变得明显，其中：

图1是已知张弛式振荡器的电路图；

图2是本发明的一实施例的电路图；以及

图3及图4是本发明的实施例与已知的张弛式振荡器受到干扰的模拟结果。

具体实施方式

图2是本发明的一实施例的电路图。一参考电流产生电路10藉外挂电阻R1 102产生参考电压OSCI及参考电流Ir，其连接一滤波电路20以过滤参考电压OSCI的高频噪声而得到稳定的栅极电压VG1，利用电流镜电路30镜射参考电流Ir以得到二振荡电流Io1及Io2，将振荡电流Io1及Io2及栅极电压VG1输入振荡电路40，利用二振荡电容C1及C2与栅极电压VG1经二比较器COMP1及COMP2比较其电压，而产生交互振荡信号输出。

首先，晶体管MR1利用外挂电阻R1 102产生参考电流Ir及参考电压OSCI，晶体管MR1 104的栅极与电阻R2 202的一端连接，电容C3204的一端与电阻R2 202的另一端及晶体管MR2 302的栅极连接，另一端则接地，利用电阻R2 202对电容C3204充放电，以滤除参考电压OSCI的高频噪声而得到稳定的栅极电压VG1。晶体管MR2及MR3 302及304的栅极相连接以构成电流镜电路30，以镜射参考电流Ir而得到二振荡电流Io1及Io2，并且以栅极电压VG1当作晶体管MR2及MR3 302及304的控制电压而产生稳定的二振荡电流Io1及Io2。晶体管MR2及MR3 302及304与振荡电容C1及C2 406及408以及比较器COMP1及COMP2 410及412的一输入端In1的节点为A及B，因此振荡电流Io1及Io2流经振荡电容C1及C2 406及408所产生的电压VC1及VC2分别为比较器COMP1及COMP2 410及412的一输入电压，而比较器COMP1及COMP2 410及412的另一输入电压则为栅极电压VG1。

振荡电容C1及C2 406及408的电压VC1及VC2分别利用比较器COMP1及COMP2 410及412与栅极电压VG1作比较，当C1 406的电压VC1比栅极电压VG1低，比较器COMP1 410的输出D为低电位(LOW)，V0为低电位，晶体管MP2 404被锁存为高电位(HIGH)，晶体管MP1 402为低电位，振荡电容C1 406的电压VC1便拉升至VDD，振荡电容C2 408被放电，直到振荡电容C2 408的电压VC2较栅极电压VG1低；比较器COMP2 412的输出E为低电位，V0为低电位，晶体管MP2 402被锁存为低电位，晶体管MP1 402为高电位，振荡电容C2的电压VC2被拉升至VDD，振荡电容C1被放电，如此周而复始，产生周期性的振荡讯号CLK。

图3提供在150us时，一振幅为0至5伏特的噪声经由1pF的耦合电容耦合在电压OSCI上的模拟结果，其中(A)图是本发明实施例的模拟结果，(B)图是已知的模拟结果。由(A)图与(B)图作比较可得知，当受到噪声干扰时，已知振荡器的频率会有35％的变化，而本发明实施例的频率变化只有15％，因此可获得20％的频率漂移改善。

图4中的(A)是已知振荡器电路的OSCI电压与本发明实施例的栅极电压VG1的模拟比较结果，(B)图是已知振荡器电路与本发明实施例的电流镜(MR2)电流的模拟比较结果，由图中可知，本发明实施例所得到的栅极电压及电流镜(MR2)电流较已知稳定。

本发明的振荡电路与已知的振荡电路大致相同，不同处为已知技术是利用外挂电阻产生的参考电压OSCI作为比较器的输入电压，而本发明是将已知的参考电压OSCI经一滤波电路过滤参考电压OSCI的高频噪声，而得到稳定的栅极电压VG1，并将此电压作为比较器的输入电压及电流镜电路的控制电压，通过镜射参考电流而得到稳定的二振荡电流。因此，当振荡器受到噪声干扰时，比较器的输入参考电压会先经过一滤波电器，将外界所感应引发的高频噪声过滤后而得到一低噪声的电压信号，再以此当作比较器的输入端，如此即可有效地降低噪声干扰，得到稳定输出的振荡频率。

以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明的目的而说明的，并非用于限定本发明，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作出修改或变化是可能的，实施例是为说明本发明的原理以及为使熟习该项技术的人员以各种实施例将本发明利用在实际应用上而选择及叙述的，本发明的技术思想是由以下的权利要求及其等效来决定。

Claims (1)

1.一种低噪声张弛式振荡器，包括：

参考电流产生电路，配合一外接电阻器产生参考电压及参考电流；

电流镜电路，镜射所述参考电流以产生二振荡电流；

滤波电路，介于所述参考电流产生电路与电流镜电路之间，以过滤所述参考电压的噪声而得到一稳定的控制电压提供给所述电流镜电路以稳定所述二振荡电路；及

振荡电路，输入所述控制电压及二振荡电流，利用二振荡电容与所述控制电压经二比较器比较其电压而产生交互振荡信号输出，且所述二振荡电流分别提供所述二振荡电容使用，

其中所述滤波电路是电阻-电容电路，一电阻连接于所述参考电流产生电路的输出晶体管的栅极与所述电流镜电路的晶体管的栅极之间，和一电容连接于接地端及所述电流镜电路的晶体管的栅极之间。

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