CN203457106U - 一种低功耗晶体振荡器整形电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低功耗晶体振荡器整形电路，第一PMOS管、第三PMOS管、第一NOMS管、第三NOMS管的栅极连接形成信号输入端，第一PMOS管、第一NMOS管的漏极与第二PMOS管、第二NMOS管的栅极连接，第二PMOS管、第二NMOS管的漏极与第四PMOS管、第四NMOS管的栅极连接形成信号输出端，第三PMOS管、第四PMOS管的漏极与第一POMS管的源极连接，第三NMOS管、第四NMOS管的漏极与第一NMOS管的源极连接，第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管的源极连接形成电源端，第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管的源极连接形成电源地，第二PMOS管与第二NMOS管形成第一反向器。本实用新型将正弦波信号整形为上升沿和下降沿都非常陡的方波信号，不仅整形电路自身消耗的功率小，而且能够减小后续时钟信号使用电路的功耗。

Description

一种低功耗晶体振荡器整形电路

技术领域

本实用新型涉及一种晶体振荡器整形电路，特别涉及一种低功耗晶体振荡器整形电路。

背景技术

晶体振荡器以其频率稳定高被广泛应用于计时、时钟信号产生等领域，根据晶体的类型不同，它不仅可以做成单独的晶体振荡器产品应用在硬件电路设计中用来得到各种频率的时钟信号，也被嵌入在各种集成电路与微处理器中，用于产生该集成电路与微处理器所需的时钟信号，比如实时时钟。晶体振荡器由晶体和其驱动组成，正弦波晶体振荡器产生的波形需要一个整形电路将正弦波整形为方波给后续电路应用，低功耗产品是应用的追求，人们希望时钟信号产生电路部分消耗的功耗越小越好，因此不仅要求整形电路自身消耗的功耗小，而且还要能减小后续时钟使用电路的功耗，甚至要求从时序的角度考虑以尽量节省功耗。互补CMOS反向器能够将正弦波信号整形为方波信号，但在整形过程中互补CMOS反向器自身消耗的功率大，且给后续时钟使用电路带来较大的功耗。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本实用新型提供一种功耗低、结构简单的晶体振荡器整形电路。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种低功耗晶体振荡器整形电路，包括多个PMOS管与多个NMOS管，其中第一PMOS管、第三PMOS管、第一NOMS管、第三NOMS管的栅极连接形成信号输入端，第一PMOS管与第一NMOS管的漏极连接，并且连至第二PMOS管和第二NMOS管的栅极，第二PMOS管与第二NMOS管的漏极连接，并且连至第四PMOS管和第四NMOS管的栅极，形成信号输出端，第三PMOS管、第四PMOS管的漏极与第一POMS管的源极连接，第三NMOS管、第四NMOS管的漏极与第一NMOS管的源极连接，第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管的源极连接形成电源端，第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管的源极连接形成电源地，第二PMOS管与第二NMOS管形成第一反向器。

上述的低功耗晶体振荡器整形电路中，所述第一反向器为奇数个反向器的串联。

上述的低功耗晶体振荡器整形电路中，所述电源端为供电电源输入端或为电源转换电路输出端。

本实用新型能对晶体振荡器产生的正弦波信号进行处理，将正弦波信号整形为上升沿和下降沿都非常陡的方波信号，不仅整形电路自身消耗的功率小，而且能够减小后续时钟信号使用电路的功耗。

附图说明

图1为本实用新型低功耗晶体振荡器整形电路。

图2为本实用新型低功耗晶体振荡器整形电路对应的符号。

图3为输入端正弦波电压曲线V_IN与输出端方波电压曲线V_OUT。

图4为本实用新型中实施例一的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步详细说明。

如图1、图2所示，低功耗晶体振荡器整形电路包括多个PMOS管与多个NMOS管，其中第一PMOS管1、第三PMOS管5、第一NOMS管2、第三NOMS管6的栅极连接形成信号输入端IN，第一PMOS管1与第一NOMS管2的漏极连接，并且连至第二PMOS管3与第二NMOS管4的栅极，形成节点X，第二PMOS管3与第二NMOS管4的漏极连接，并且连至第四PMOS管7、第四NMOS管8的栅极，形成信号输出端OUT，第三PMOS管5、第四PMOS管7的漏极与第一POMS管1的源极连接，第三NMOS管6、第四NMOS管8的漏极与第一NMOS管2的源极连接，第二PMOS管3、第三PMOS管5、第四PMOS管7的源极连接形成电源输入端VP，第二NMOS管4、第三NMOS管6、第四NMOS管8的源极连接形成电源地GND，第二PMOS管3与第二NMOS管4形成反向器INV1。

对图1所示电路进行工作原理分析，图3所示正弦输入信号V_IN从输入端IN进入，当输入端IN从0电位开始上升时，第一PMOS管1、第三POMS管5开启，第一NMOS管2、第三NMOS管6关闭，节点X电位为电源电压V_DD，使第二PMOS管3关闭、第二NMOS管4开启，输出端OUT电位为0，第四PMOS管7开启、第四NMOS管8关闭，这里，PMOS管的阈值电压用V_TP表示，NMOS管的阈值电压用V_TN表示，输入端IN电位从0附近上升至V_TN前，这些器件保持该状态；输入端IN电位上升并超过V_TN时，使第一NMOS管2、第三NMOS管6开启，这时节点X的电位V_X由（1）式表示。

$V_X=\frac{R_{N2}+R_{N6}}{R_{N2}+R_{N6}+R_{P1}+\frac{R_{P5}\×R_{P7}}{R_{P5}+R_{P7}}}\×V_{\mathrm{DD}}\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

其中，R_N2、R_N6、R_P1、R_P5、R_P7分别表示第一NMOS管2、第三NMOS管6、第一PMOS管1、第三PMOS管5、第四PMOS管7的导通电阻，此时，V_X>V_DD/2，并且反向器INV1的翻转阈值电压设计为约V_DD/2，所以，即使第一NMOS管2、第三NMOS管6已经导通，反向器INV1仍不能翻转，输出端OUT保持0电位。

输入端IN的电位继续上升至接近V_DD-|V_TP|，此时，第一PMOS管1、第三PMOS管5将要关闭，它们的导通电阻R_P1，R_P5迅速增大，由（1）式知，此时，节点X电压V_X下降，使V_X<V_DD/2，反向器INV1输出电压开始翻转，输出端OUT电位从0开始上升，使第四PMOS管7的导通电阻R_P7迅速增加，节点X电压V_X被加速下降，输出端OUT电位又被加速上升，直至节点X电压V_X降至0电位，输出端OUT电压达到电源电压V_DD并保持该电位，这就是输入端IN电位上升过程中形成的正反馈，记为第一正反馈。所以，所述低功耗晶体振荡器整形电路从低电平至高电平的翻转阈值约为V_DD-|V_TP|。输入端IN电压越过V_DD-|V_TP|至达到电源电压V_DD阶段，输出端OUT电压保持为电源电压V_DD。

接着，输入端IN从电源电压V_DD开始下降时，第一NMOS管2、第三NMOS管6开启，第一PMOS管1、第三PMOS管5关闭，节点X电压为V_X=0，使第二PMOS管3开启、第二NMOS管4关闭，输出端OUT电位为V_DD，使第四PMOS管7关闭、第四NMOS管8开启，输入端IN电位从V_DD下降至V_DD-|V_TP|前，这些器件保持该状态；输入端IN电位下降至低于V_DD-|V_TP|时，第一PMOS管1、第三PMOS管5开启，这时节点X的电位V_X由（2）式表示。

$V_X=\frac{R_{N2}+\frac{R_{N6}*R_{N8}}{R_{N6}+R_{N8}}}{R_{P1}+R_{P5}+R_{N2}+\frac{R_{N6}\&times;R_{N8}}{R_{N6}+R_{N8}}}\&times;V_{\mathrm{DD}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

其中，R_N2、R_N6、R_N8、R_P1、R_P5分别表示第一NMOS管2、第三NMOS管6、第四NMOS管8、第一PMOS管1、第三PMOS管5的导通电阻，此时，V_X<V_DD/2，即使第一PMOS管1、第三PMOS管5已经导通，反向器INV1仍不能翻转，输出端OUT保持V_DD电位。

输入端IN的电位继续下降至接近V_TN，此时，第一NMOS管2、第三NMOS管6将要关闭，它们的导通电阻R_N2，R_N6迅速增大，由（2）式知，此时，节点X电压V_X上升，使V_X>V_DD/2，反向器INV1输出电压开始翻转，输出端OUT电位从VDD开始下降，使第四NMOS管8的导通电阻R_N8迅速增加，节点V_X的电压被加速上升，输出端OUT电位又被加速下降，直至节点X电压V_X上升至电源电压V_DD，输出端OUT电压达到0并保持该电位，这就是输入端IN电位下降过程中形成的正反馈，记为第二正反馈。所以，所述低功耗晶体振荡器整形电路从高电平至低电平的翻转阈值约为V_TN。输入端IN电压越过V_TN至达到0电位的阶段，输出端OUT电压保持为0电位。

至此，所述低功耗晶体振荡器完成一个周期的信号转换，得到输出端OUT的波形如图3所示的V_OUT曲线，它已经是一个方波信号。

由于存在第一、第二正反馈，极大地缩短了输出端电压V_OUT的翻转时间，从而减小整形电路自身的功耗，同时使输出端电压V_OUT翻转时的上升沿、下降沿很陡，从而可以减小后续时钟使用电路的功耗，此外，由于整形电路高电平翻转至低电平的阈值与从低电平翻转至高电平的阈值不同，可以避免由于晶体振荡器在起振过程中振幅较小，使后续时钟使用电路在V_DD/2附近反复翻转带来较大功耗的现象。

实施例一如图4所示，该图示出了低功耗晶体振荡器10。电源转换电路——低压差线性稳压源9将供电电源V_DD转换，并将转换得到的电压输出至低功耗晶体振荡器10的电源端V_P，为低功耗晶体振荡器10提供电源电压,低压差线性稳压源9的电源地端与低功耗晶体振荡器10的电源地端GND连接至电源地，按照以上原理低功耗晶体振荡器10可以将正弦波信号转换为方波。

以上实施例中包含的反向器的个数仅是示例性的，本领域的技术人员现在可以意识到，根据前面的描述，可以将此实用新型用于晶体振荡器整形电路，实际上该电路可以应用于所有正弦波转换为方波的电路中。

Claims (3)

1.一种低功耗晶体振荡器整形电路，其特征在于：包括多个PMOS管与多个NMOS管，其中第一PMOS管、第三PMOS管、第一NOMS管、第三NOMS管的栅极连接形成信号输入端，第一PMOS管与第一NMOS管的漏极连接，并且连至第二PMOS管和第二NMOS管的栅极，第二PMOS管与第二NMOS管的漏极连接，并且连至第四PMOS管和第四NMOS管的栅极，形成信号输出端，第三PMOS管、第四PMOS管的漏极与第一POMS管的源极连接，第三NMOS管、第四NMOS管的漏极与第一NMOS管的源极连接，第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管的源极连接形成电源端，第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管的源极连接形成电源地，第二PMOS管与第二NMOS管形成第一反向器。

2. 如权利要求1所述的一种低功耗晶体振荡器整形电路，其特征在于：所述第一反向器为奇数个反向器的串联。

3. 如权利要求1所述的一种低功耗晶体振荡器整形电路，其特征在于：所述电源端为供电电源输入端或为电源转换电路输出端。

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