CN1362783A - 外部振荡器电阻检测电路 - Google Patents

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Abstract

一种集成电路芯片包括RC振荡器电路。把由振荡器输出信号产生的输出信号频率设定为包括集成在芯片上的内部电阻的阻值的函数。可以把外部电阻连接到该芯片上,以便允许用户控制振荡器输出信号的频率。片上的检测电路检测存在连接的外部电阻。响应所述检测结果,替换电路工作,以便用连接的外部电阻替换RC振荡器电路中的内部电阻。这实现了把振荡器输出信号的频率改变为所连接的外部电阻阻值的函数。

Description

外部振荡器电阻检测电路
本发明涉及在集成电路内实现的RC振荡器电路，更详细地说，涉及能够利用片外电阻组件来切换集成振荡电路的电路。
本专业的技术人员都很了解许多不同配置的电阻/电容(RC)振荡器。这样的振荡器一般利用分立元件组成。但是，往往需要把这些振荡器布置在集成电路芯片上。当完全集成时(亦即所有组件都在芯片上)，如果不是失去通过控制驱动振荡器操作的电阻数值或电容数值来控制振荡器操作的所有能力的话，设计者和用户也不幸地在这方面失去很多。因此，需要一种也支持片外电阻连接的完全集成的振荡器设计。
一种在集成电路芯片上实现的RC振荡器电路产生一种其频率设置为所包括的内部电阻阻值的函数的振荡输出信号。该芯片包括可以连接外部电阻的引脚。检测电路检测所连接的外部电阻的存在。响应该检测结果，电路把外部电阻连接到振荡器上，结果改变振荡器的输出频率，后者现在设置为至少是所连接的外部电阻阻值的函数。在最佳实施例中，电路把所连接的外部电阻替换到所述RC振荡器电路中。
结合附图参阅以下详细的描述，即可对本发明的方法和设备取得更加完全的理解，附图中：
图1是按照本发明的电路的电路图；
图2是用于与图1的电路配合使用的启动电路的电路图；
图3A和3B是举例说明图1电路操作的波形图。
现参考图1，其中示出按照本发明的电路的电路图。该电路最好在集成电路芯片10上实现，它可以包括举例示于图1的组件以外的组件，完成这里结合本发明描述的功能和操作以外的功能和操作。该电路包括由振荡电路14和电流源16形成的RC振荡器12。
振荡电路14包括第一电流发生器I1，后者提供电容C1充电用的第一电流。第一CMOS(互补金属氧化物半导体)反相电路18控制并联在该反相电路所包括的n-沟道FET(场效应晶体管)漏极和源极之间的电容C1的充电。当电路18的串联FET的连接在一起的栅极被驱动为低电平时，电容C1由第一电流发生器I1充电。相反，当连在一起的栅极被驱动为高电平时，电容被放电至地(GND)。第二CMOS反相电路20以类似的方法操作，以便控制利用第二电流发生器I2的输出电流对电容C2进行的充电。第一CMOS反相电路18连在一起的漏极通过串联的反相器22和24连接到第二CMOS反相电路20连接在一起的栅极。第二CMOS反相电路20连接在一起的漏极通过单个的反相器26连接到第一CMOS反相电路18的连接在一起的栅极。输出振荡器时钟信号(CLK)取自反相器24的输出端。
当CLK为低电平时，这意味着电容C2两端的电压高于反相器26的阈值电压。在这样的条件下，反相器26输出为低电平，第一反相电路18的连接在一起的栅极为低电平，并且第一电容C1被第一电流发生器I1充电。当第一电容C1两端的电压达到反相器22的阈值电压时，其输出变低，而反相器24的输出变高。这一状态改变了电路20的状态(因为它的连接在一起的栅极现在是高电平)，并使以前充电的电容C2放电。在反相器26的输入端的电压现在由于电容C2放电而处于低电平的情况下，反相器26的输出、因而时钟CLK现在上升至高电平。结果，电路18的状态改变(因为它的连接在一起的栅极现在是高电平)，而电容C1放电。当电容C1两端的电压由于电容C1放电而低于反相器22的阈值电压时，反相器22的输出变高，而反相器24的输出变低。这个状态改变电路20的状态，结果是电容C2充电，而反相器26的输出(因而时钟CLK)变回低电平。这个事件链连续产生振荡输出时钟CLK，其振荡频率决定于I1，I2，C1和C2的数值。
电流源16提供非常稳定的(但可改变的，正如这里还要讨论的)基准信号PB，第一和第二电流发生器I1和I2分别用该基准信号来产生第一和第二电流。电流源16包括电流镜30，后者按传统方法由一对其栅极和接地的源极连在一起的n-沟道FET形成。一对p-沟道FET的漏极连接到电流镜30的引脚(漏极)并且在内部彼此连接，使得第一FET 32的栅极在节点36处连接到第二FET 34的源极和内部电阻(Rin)的一端，同时第二FET 34的栅极连接到第一FET 32的漏极。第一FET32的源极连接到Vdd，而Rin的另一端通过p沟道FET 38连接到Vdd。
当p沟道FET 38的栅极为高电平时，电流镜30产生基准信号PB，该信号的数值由内部电阻Rin的阻值设定。因此，内部电阻Rin的阻值便设定了第一和第二电流源I1和I2分别提供的电流的数值，因而也设定了振荡电路14输出的时钟CLK的振荡频率。但要知道，电阻Rin和电容C1和C2都是集成电路10内部的，因而组合的电路14和16不能为用户提供控制振荡频率数值的机制。
为了面对这种控制的必要性，本发明的电路还包括外部振荡电阻检测和连接电路50。这个电路的使用给集成电路芯片10增加额外的引脚52(及相应的节点52’)，为了控制振荡频率数值的目的，用户可以把外部电阻(Rext)电连接到该引脚。电路50包括p沟道FET 54，其源极连接到引脚52，其漏极连接到电流源16的节点36。N沟道FET 56也包括在电路50中，并且这样连接，使得其漏极连接到引脚52，而其源极接地(GND)。FET 54和56的栅极彼此连接在一起，并连接成能够接收或者在芯片10内或者在芯片10外产生的上电复位(POR)信号。引脚52还连接到D触发器58的D输入端。触发器58的时钟输入端(C)连接成通过反相器60接收上电复位信号。该触发器的输出端(Q)连接成驱动电流源16内部的FET 38的栅极。
电路50起完成两种重要的功能的作用。第一个功能是检测外部电阻Rext是否连接到引脚52。这第一功能是通过检测子电路来实现的，后者包括组件52，56和58。响应该检测结果而执行第二功能，即，一般说来把外部电阻Rext连接到振荡器，而更详细地说，控制电阻Rin与电流源16的断开，并保证用外部电阻Rext的电阻代替所述电阻。这第二功能是通过替换子电路来实现的，后者是用组件54和电流源16的组件38实现的。当这种替换发生时，仍旧由电流镜30产生基准信号PB，而所述信号的值代之以由外部电阻Rext的阻值设定。现在阻值Rext设定分别由第一和第二电流源I1和I2提供的电流值，因而也就设定了从振荡电路14输出的时钟CLK的振荡频率。当采用这种配置时，与上面讨论的Rin配置不同，集成电路芯片10的外部电阻(Rext)可以用来使用户能够控制振荡频率的数值。尽管最佳实施例要求电阻性替换，但是，显然，只要把外部电阻Rext连接到振荡电路上(在继续连接内部电阻的情况下)，也就可以实现振荡频率的改变。
现再参考图3A和3B。电路50按照如下方式完成所述第一和第二功能：当Vdd沿着斜直线从0伏上升至3伏时，随即出现上电复位信号，直至Vdd高于1.6伏的时刻为止。在该时刻，上电复位信号下降至低电平。期间，当POR(通过Vdd)超过FET 56的阈值电压(但仍旧低于1.6伏)时，FET 56导通，并像大电阻那样起作用(例如，比Rext大得多)。在此时刻，FET 54截止，而输出时钟CLK的频率f1只作为内部电阻Rin的函数(亦即，f1＝F(Rin))来确定。
现具体地转向图3A，假定外部电阻Rext已经连接在Vdd和引脚52之间。在此状态下，引脚52上的电压被认为是高电平。引脚52这种高电平状态，在时钟输入(C)的负沿被锁存在D触发器58中，如上所述，该时钟负沿在上电复位信号下降为低电平时出现。这完成了电路50检测外部电阻是否连接到引脚52的第一功能。在目前POR为低电平的情况下，FET 54导通并把外部电阻Rext连接到节点36(把引脚52驱动至高电平)。触发器58的输出端(Q)目前处于高电平，这使电流源16中的FET 38截止，因而使内部电阻Rin与节点36断开，外部电阻被置换到电流源电路中。这完成了电路50的第二功能，其中输出时钟CLK的频率f2被确定为外部电阻Rext的函数(亦即，f2＝F(Rext))。如总的用标号90表示的，应该指出，输出时钟频率从f1到f2的变化是与POR变低和Q变高的同时发生的。
现参见图3B。假定在Vdd和引脚52之间没有接外部电阻Rext，则引脚52上的电压被认为是低电平。在上述上电复位信号下降至低电平时出现的时钟输入信号(C)的负沿，把引脚52这种低电平状态锁存到D触发器58中。在POR目前处于低电平的情况下，FET 54截止，引脚52与节点36断开。触发器58的输出端(Q)目前为低电平，这使电流源16中的FET 38导通，于是把内部电阻Rin连接到电流源电路中的节点36。采用这样的配置，输出时钟的频率f1只是内部电阻的函数(亦即，f1＝f(Rin))。
现参见图2，其中示出与图1的电路配合使用的启动电路的电路图。电流源16(见图1)可能需要启动电路70来保证正常的操作。启动电路70具有举例示于图2的传统配置，并在节点37和39上连接到电流源16。信号OSC EN是振荡器控制信号，它在逻辑高电平时激励启动电路，并使振荡器处于激活状态，反之，则在逻辑低电平时关闭振荡器。这个电路最好也和振荡器14及电路50一起集成在芯片10上。
尽管本发明的方法和设备的最佳实施例已经举例示于附图中并在以上的详细描述中进行了描述，但是，显然，本发明不限于所公开的实施例，而是在不脱离后附的权利要求书所提出和定义的本发明的精神的情况下，可以作出许多重新排列、修改和替换。

Claims (19)

1.一种集成电路芯片，它包括：
RC振荡器电路，它包括内部电阻并且工作时产生其频率设定为所述内部电阻阻值的函数的振荡器输出信号；
芯片上的一个节点，外部电阻可以电连接到该节点上；
第一电路，它连接到所述节点，并且工作时检测电连接到所述节点的所述外部电阻的存在；和
第二电路，它工作时响应所述第一电路的检测结果，把所述外部电阻连接到所述RC振荡器电路上，从而把所述振荡器的输出频率改变为至少是所连接的外部电阻阻值的函数。
2.权利要求1的集成电路芯片，其特征在于：所述节点电连接到所述芯片的外部引脚上，所述外部电阻则连接到所述引脚上。
3.权利要求1的集成电路芯片，其特征在于：所述RC振荡器包括：
电流源电路，它包括产生其值取决于所述内部电阻的阻值的稳定电流的内部电阻；和
振荡器电路，它包括至少一个电容并连接成接收所述电流源电路所产生的所述稳定电流。
4.权利要求3的集成电路芯片，其特征在于：所述第二电路包括第一开关，后者起控制所述电流源电路中所述内部电阻的连接的作用。
5.权利要求4的集成电路芯片，其特征在于：所述第二电路包括第二开关，后者起控制所述外部电阻代替所述内部电阻连接到所述电流源电路的作用。
6.权利要求5的集成电路芯片，其特征在于：所述第一电路控制所述第一开关、把所述内部电阻从所述电流源电路断开，同时，所述第二开关把所述外部电阻连接到所述电流源电路，用来代替所述断开的内部电阻，以及所述电流源电路产生其值取决于所述外部电阻的阻值的所述稳定电流。
7.权利要求3的集成电路芯片，其特征在于：所述振荡器电路包括：
第一CMOS反相器，它具有输入端和输出端；
第一电容，它连接在所述第一CMOS反相器的输出端和地之间；
第二CMOS反相器，它具有输入端和输出端；
第二电容，它连接在所述第二CMOS反相器的输出端和地之间；
一对串联在所述第一CMOS反相器的输出端和所述第二CMOS反相器的输入端之间的反相器；和
连接在所述第二CMOS反相器的输出端和所述第一CMOS反相器的输入端之间的反相器。
8.权利要求7的集成电路芯片，其特征在于：所述振荡器电路还包括：
第一电容充电电流源，它连接到所述第一CMOS反相器，并由所述电流源电路输出的所述稳定电流控制；以及
第二电容充电电流源，它连接到所述第二CMOS反相器，并由所述电流源电路输出的所述稳定电流控制。
9.权利要求3的集成电路芯片，其特征在于：所述电流源电路包括：
具有一对引脚的电流镜；和
一对晶体管，其漏极连接到电流镜的所述一对引脚并且彼此内部连接，所述晶体管中的一个的源极连接到电压源，而所述晶体管中的另一个的源极在电阻替换节点上通过所述内部电阻连接到所述电压源。
10.权利要求9的集成电路芯片，其特征在于：所述一对互连晶体管这样配置，使得所述晶体管中的第一个的栅极在所述电阻替换节点上连接到所述晶体管中第二个的源极和所述内部电阻的一端，同时，所述晶体管中第二个的栅极在所述电流镜的一个引脚上连接到所述晶体管中所述第一个的漏极。
11.权利要求10的集成电路芯片，其特征在于：响应第二电路对所述外部电阻的检测，所述第二电路在所述电阻替换节点上把所述内部电组与所述电流源电路断开或将其与所述电流源电路连接，并在所述电阻替换节点上把所述外部电阻连接到所述电流源或将其与所述电流源断开。
12.一种集成电路芯片，它包括：
片上振荡器，它包括片上电阻和电容，并在工作时产生其频率设定为所述内部电阻阻值的函数的振荡器输出信号；
第一片上装置，用来检测片外频率控制电阻与所述芯片的连接；和
第二片上装置，它响应第一装置的检测结果，用于把所述片外频率控制电阻连接到所述振荡器，以便把所述振荡器的输出信号的所述频率改变为至少是所述片外频率控制电阻阻值的函数。
13.权利要求12的集成电路芯片，其特征在于：所述振荡器包括：
产生其电流值取决于所述内部电阻的阻值的稳定电流的装置；和
振荡器装置，它连接成接收所述稳定的电流并输出时钟输出信号。
14.权利要求13的集成电路芯片，其特征在于：所述产生装置包括电流镜电路，它工作时产生其值被设定为或者取决于所述片上电阻或者取决于所述片外频率控制电阻的电流的镜像，以及所述第二片上装置根据所述第一片上装置进行的检测，选择性地把所述片上电阻与所述产生装置断开而把所述片外电阻连接到所述产生装置，以便改变所述振荡器输出信号的频率。
15.权利要求13的集成电路芯片，其特征在于：所述振荡器装置包括：
第一CMOS反相器，它具有输入端和输出端；
第一电容，它连接在所述第一CMOS反相器的输出端和地之间；
第二CMOS反相器，它具有输入端和输出端；
第二电容，它连接在所述第二CMOS反相器的输出端和地之间；
一对串联在所述第一CMOS反相器的输出端和所述第二CMOS反相器的输入端之间的反相器；
连接在所述第二CMOS反相器的输出端和所述第一CMOS反相器的输入端之间的反相器；
第一电容充电电流源，它连接到所述第一CMOS反相器，并由所述稳定电流控制；以及
第二电容充电电流源，它连接到所述第二CMOS反相器，并由所述稳定电流控制。
16.一种考虑到振荡器输出信号频率的片外控制的片上RC振荡器电路的集成电路芯片操作方法，它包括以下步骤：
检测片外电阻与所述集成电路芯片的连接；
把片外电阻连接到所述RC振荡电路，以便把振荡器输出信号频率从只设定为片上电阻阻值的函数改变为设定为至少是所检测和所连接的片外电阻阻值的函数。
17.权利要求16的方法，其特征在于：所述检测步骤是连同所述集成电路芯片的上电复位一起进行的。
18.权利要求16的方法，其特征在于：所述连接步骤包括以下步骤：
把所述片上电阻与所述RC振荡器电路断开；以及
把所述片外电阻连接到所述RC振荡器电路。
19.权利要求16的方法，其特征在于还包括以下步骤：
响应稳定但可变的电流产生振荡器输出信号；
利用电阻产生所述稳定但可变的电流；以及
根据所述检测步骤或者把所述片上电阻或者把所述片外电阻选择为所述电阻。
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