CN1848667A

CN1848667A - 补偿电压源偏移的环形振荡器

Info

Publication number: CN1848667A
Application number: CN 200510059992
Authority: CN
Inventors: 丁明強
Original assignee: Sunplus Technology Co Ltd
Current assignee: Sunplus Technology Co Ltd
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2006-10-18

Abstract

本发明提供一种补偿电压源偏移的环形振荡器。该补偿电压源偏移的环形振荡器包含一与电源相关的电流源控制单元，其接收一电源电压V_DD，并输出至少一电流源控制信号；以及多组环状串接的延迟单元，每个延迟单元接收前一级的输出信号并延迟一预设时间后输出一延迟信号；且第一级延迟单元接收电流源控制信号与电源电压V_DD，并由该电流源控制信号来控制该延迟单元的电流，使该电流与该电源电压V_DD成线性正比例，以使该环形振荡器的输出频率不受该电源电压V_DD偏移的影响。

Description

补偿电压源偏移的环形振荡器

技术领域

本发明是关于环形振荡器，特别是关于可以补偿电压源偏移的环形振荡器。

背景技术

一般的电流控制型(Current-starved)环形振荡器需要一个恒流偏压技术(Constant current basing scheme)或反馈回路来对电流控制的延迟级进行充电或放电，并在反馈环型回路形成延迟单元以产生振荡。图1为此种电流控制型环形振荡器的电路图。如该图所示，该环形振荡器10由多个(N个)延迟单元11环型串接后形成反馈环型回路。每个延迟单元11由电流源111、以及晶体管112、113所构成。若电流源111所提供的电流为I_B、环形振荡器10各节点的总电容值为C_TOT(假设各节点的总电容值均相同)、共有N个延迟单元11、以及电源电压为V_DD，则该环形振荡器10的输出频率f_out为：

f_{out} = \frac{I_{B}}{N * C_{TOT} * V_{DD}} - - - (1)

因此，从式(1)可以清楚了解到输出频率f_out的值除了由I_B、C_TOT以及延迟单元11个数N的控制外，与会受到电源电压V_DD偏移的影响。换言之，当电源电压V_DD产生偏移时，输出频率f_out也会产生偏移。

图2为美国第5,180,995专利的具有温度补偿的环形振荡器(Temperature-compensated ring oscillator circuit formed on asemiconductor substrate)。该环形振荡器20利用恒压发生器21提供恒定电压V_CONST，并利用两个具有相反温度系数的电阻R₂₃、R₂₄来产生具有温度补偿的偏压电流。电阻R₂₃为具有正温度的掺杂扩散电阻(Diffused resistor)，而电阻R₂₄为具有负温度系数的多硅电阻(Polysilicon resistor)。该偏压电流经由电流镜(current mirror)23提供给每个延迟单元27。若延迟单元27的电流为I_B、环形振荡器20各节点的总电容值为C_TOT、共有N个延迟单元27、以及电源电压为V_DD，则环形振荡器20的输出频率f_out为：

f_{out} = \frac{I_{B}}{N * C_{TOT} * V_{DD}} = \frac{V_{CONST} / (R_{33} + R_{34})}{N * C_{TOT} * V_{DD}} - - - (2)

但是，即使利用定电压V_CONST与不同温度系数的电阻来精确产生延迟单元27的电流，环形振荡器20的输出频率f_out仍然受到电源电压V_DD偏移的影响。换言之，当电源电压V_DD产生偏移时，输出频率f_out也会产生偏移。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种补偿电压源偏移的环形振荡器，使得即使电压源的电压偏移，该环形振荡器的输出频率也不受影响。

为达到上述目的，本发明补偿电压源偏移的环形振荡器包含一与电源相关的电流源控制单元，接收电源电压V_DD，并输出至少一电流源控制信号；以及多组环状串接的延迟单元，每个延迟单元接收前一级的输出信号并延迟一预设时间后输出一延迟信号；且第一级延迟单元接收电流源控制信号与电源电压V_DD，并由该电流源控制信号来控制该延迟单元的电流，使该电流与该电源电压V_DD成线性正比例，以使该环形振荡器的输出频率不受该电源电压V_DD偏移的影响。

本发明采用包括与电源相关的电压源、反馈控制回路和偏流单元的与电源相关的电流源控制单元，产生两个电流源控制信号，以利用该电流源控制信号与延迟单元的其它晶体管形成电流镜，来控制延迟单元的电流，进而使所产生环形振荡器的输出频率不受该电源电压V_DD偏移的影响。因此，与电源相关的电流源控制单元补偿了振荡频率的电压源偏移，消除了电压源偏移所带来的误差，因而使环形振荡器产生的振荡频率更加准确。

附图说明

图1为已知电流控制型环形振荡器的电路图；

图2为另一种已知电流控制型环形振荡器的电路图；

图3为本发明补偿电压源偏移的环形振荡器的电路图；

图4显示图3的与电源相关的电流源的电路实施例；

图5为本发明补偿电压源偏移的环形振荡器的详细电路图。

具体实施方式

以下参考附图详细说明本发明补偿电压源偏移的环形振荡器。

图3为本发明补偿电压源偏移的环形振荡器。如该图所示，该补偿电压源偏移的环形振荡器30利用一与电源相关的电流源控制单元31来提供每个延迟单元32的电流I_B，并使电流I_B与电源电压V_DD成线性正比例。若每个延迟单元32的电流为I_B(V_DD)、环形振荡器30各节点的总电容值为C_TOT、共有N个延迟单元32、以及电源电压为V_DD，则本发明的环形振荡器30的输出频率f_out为：

f_{out} = \frac{I_{B} (V_{DD})}{N * C_{TOT} * V_{DD}} &Proportional; \frac{1}{N * C_{TOT}} - - - (3)

因此，根据式(3)可以发现，本发明的环形振荡器30的输出频率f_out与成正比例，而与电源电压V_DD无关，所以输出频率f_out可以不受电源电压偏移的影响。

图4显示图3的与电源相关的电流源控制单元的电路实施例。如该图所示，与电源相关的电流源控制单元31包含与电源相关的电压源41、反馈控制回路42、以及偏流单元43。与电源相关的电压源41利用电源电压V_DD与电阻R₁、R₂来产生与电源相关的参考电压V_REF。反馈控制回路42包含一运算放大器421、一晶体管422、以及一参考电阻R_B。运算放大器421接收参考电压V_REF与反馈电压V_feedback，并输出控制电压V_c。晶体管422的栅极接收控制电压V_c、源极连接于电源电压V_DD、而漏极连接于参考电阻R_B。参考电阻R_B则建立并提供反馈电压V_feedback给运算放大器421。电流偏压单元43具有两个串接的晶体管431与432。晶体管431与晶体管422形成一个电流镜。因此，若晶体管431与晶体管422的源极、栅极、漏极的接收电压相同且是相同的晶体管、工作在相同的工作状态，则电流I_REF1会等于电流I_REF2。同时，流过晶体管431的电流I_REFP会等于电流I_REF2，且流过晶体管432的电流I_REFN也会等于电流I_REF2。另外，电流偏压单元43产生两个电流镜控制信号MC1、MC2，以利用该等电流镜控制信号MC1、MC2与其它晶体管形成电流镜，来控制其它路径的电流。

图5为本发明补偿电压源偏移的环形振荡器的详细电路图。图5的环形振荡器50与图3的环形振荡器30相似，只是以晶体管321’与322’来实施环形振荡器30的电流源321与322。而每个延迟单元32的晶体管321’与322’的栅极分别由电流镜控制信号MC1、MC2来控制。所以，每个延迟单元32的晶体管321’和与电源相关的电流源控制单元31的晶体管322形成电流镜架构，同时，每个延迟单元32的晶体管322’和与电源相关的电流源控制单元31的晶体管432形成电流镜架构。因此，若晶体管431与晶体管321’的源极、栅极、漏极的接收电压相同且是相同的晶体管、工作在相同的工作状态，且晶体管432与晶体管322’的源极、栅极、漏极的接收电压相同且是相同的晶体管、工作在相同的工作状态，则流过每个延迟单元32的晶体管321’与322’的电流I_REF为：

I_{REF} = I_{REFP} = I_{REFN} = \frac{(R_{2} / (R_{1} + R_{2})) * V_{DD}}{R_{B}} - - - (4)

其中，R₁与R₂为与电源相关的电压源41的分压电阻、R_B为反馈控制回路42的参考电阻。将式(4)带入式(1)，则本发明的环形振荡器50的输出频率f_out为：

f_{out} = \frac{I_{REF}}{N * C_{TOT} * V_{DD}}

= \frac{(R_{2} / (R_{1} + R_{2})) * V_{DD} / R_{B}}{N * C_{TOT} * V_{DD}} - - - (5)

= \frac{1}{N * C_{TOT}} * \frac{R_{2}}{R_{B} * (R_{1} + R_{2})}

根据式(5)即可了解到本发明环形振荡器50的输出频率f_out与电源电压无关，所以该输出频率f_out不会受到电源电压的偏移而影响。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，任何在本发明的精神之内所作的修改和改进，对于本领域技术人员是显而易见的，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1、一种补偿电压源偏移的环形振荡器，包含：

一与电源相关的电流源控制单元，其接收一电源电压V_DD，并输出至少一电流源控制信号；和

多组环状串接的延迟单元，每个延迟单元接收前一级的输出信号并延迟一预设时间后输出一延迟信号；

其中，前述第一级延迟单元接收前述电流源控制信号与前述电源电压V_DD，并由该电流源控制信号来控制该延迟单元的电流，使该电流与该电源电压V_DD成线性正比例，以使该环形振荡器的输出频率不受该电源电压V_DD偏移的影响。

2、如权利要求1所述的补偿电压源偏移的环形振荡器，其中前述与电源相关的电流源控制单元包含：

一与电源相关的电压源，其接收前述电源电压V_DD，并输出与该电压成线性正比例的参考电压；

一反馈控制回路用于接收来自所述与电源相关的电压源的参考电压，产生反馈电压补偿与电源相关的电压源的参考电压，并输出第一电流源控制信号；

一偏流单元，接收所述反馈控制回路的第一电流源控制信号，并且还输出第二电流源控制信号。

3、如权利要求2所述的补偿电压源偏移的环形振荡器，其中前述反馈控制回路包含：

一运算放大器，其一个输入端接收前述参考电压，另一输入端接收一反馈电压；

一第一晶体管，其栅极接收前述第一电流源控制信号且源极连接于前述电源电压V_DD；

一参考电阻，其连接于前述第一晶体管的漏极，并产生前述反馈电压。

4、如权利要求2所述的补偿电压源偏移的环形振荡器，其中前述偏流单元包含：

一第二晶体管，其栅极接收前述第一电流源控制信号，且源极连接于前述电源电压V_DD，以与前述第一晶体管形成电流镜架构；以及

一第三晶体管，其漏极连接于前述第二晶体管的漏极、其源极接地、且其栅极与漏极互相连接。

5、如权利要求2所述的补偿电压源偏移的环形振荡器，其中前述第一晶体管与前述第二晶体管的源极、栅极、漏极的接收电压相同且是相同的晶体管、工作在相同的工作状态。

6、如权利要求2所述的补偿电压源偏移的环形振荡器，其中前述每个延迟单元包含：

一第四晶体管，其栅极接收前述第一电流源控制信号，源极连接前述电源电压V_DD，以与前述第一晶体管形成电流镜架构；

一第五晶体管，其栅极接收前一级延迟单元的输出信号，源极连接前述第四晶体管的漏极；

一第六晶体管，其栅极连接于前述第五晶体管的栅极，并同时接收前一级延迟单元的输出信号，漏极连接于前述第五晶体管的漏极；以及

一第七晶体管，其栅极接收前述第二电流源控制信号，漏极连接于前述第六晶体管的源极，且源极接地，以与前述第三晶体管形成电流镜架构。

7、如权利要求6所述的补偿电压源偏移的环形振荡器，其中前述第四晶体管与前述第二晶体管的源极、栅极、漏极的接收电压相同且是相同的晶体管、工作在相同的工作状态。

8、如权利要求6所述的补偿电压源偏移的环形振荡器，其中前述第七晶体管与前述第三晶体管的的源极、栅极、漏极的接收电压相同且是相同的晶体管、工作在相同的工作状态。

9、如权利要求2-6中任一项所述的晶体管是场效应晶体管。