CN204068869U

CN204068869U - 高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器

Info

Publication number: CN204068869U
Application number: CN201420541255.4U
Authority: CN
Inventors: 宋金凤; 邱德华; 单来成; 尚绪树; 李启龙; 桑涛
Original assignee: Shandong Lichuang Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Shandong Lichuang Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2024-09-22

Abstract

本实用新型公开了高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器，包括振荡器电路和电源产生电路，振荡器电源产生电路包括基准产生电路、放大器单元；其特征在于：所述的基准产生电路包括四个PMOS晶体管和四个NMOS晶体管；放大器单元中的一、二级放大电路通过电容连接构成频率补偿电路，振荡器电源产生电路通过负反馈放大电路产生高电源抑制比高稳定性的振荡器工作电压，决定了振荡电路的高稳定性，使输出的时钟信号不随电源电压的波动而波动；所述的基准产生电路采用了二极管连接的耗尽型场效应NMOS晶体管MN11，耗尽型场效应NMOS晶体管MN11的栅极接地，导通电路，实现了只有10nA左右的小工作电流晶体振荡器电路在低工作电压下工作，降低了振荡器的工作电流，实现低功耗。

Description

高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器

技术领域

本实用新型涉及一种晶体振荡器的改进，具体地说是一种高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器。

背景技术

晶体振荡电路具有其高稳定度和高精确度，并且振荡电路易于实现，因此，在时钟信号产生领域有着广泛的应用。

降低功耗能够减小整个晶体振荡电路系统的能耗，降低产品的成本，增加产品的使用寿命。目前，通常采用降低振荡电路工作时候的工作电流来降低整个晶体振荡电路系统的功耗，但这种方法的不足在于：由于电路工作环境的多样性，振荡电路具有不稳定性，随着电源电压的波动而出现输出的时钟信号的频率和振幅及占空比的改变，在对于稳定度要求高的领域这将是致命的缺点。

为了克服以上技术中的不足，随着集成电路的发展，采用降低工作电压已成为降低整个晶体振荡电路系统功耗的有效方法，但由于多数降低工作电压的电路本身产生一定的大功耗，所以导致整个电路的整体功耗的偏高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种采用一个振荡器电源产生电路，通过对基准电压和放大器单元的不同连接，给出一种降低工作电压的电路，作为晶体振荡器的工作电压，并且输出电压稳定性高，振荡器电路在此工作电压下工作，不仅提高了振荡器的稳定性，也实现了低功耗，从而降低产品的成本、提高产品使用寿命、特别适用于稳定度要求高的领域的高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器。

为了达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：该高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器，包括振荡器电路和振荡器电源产生电路，所述振荡器电路与所述振荡器电源产生电路相连，振荡器电源产生电路输出一个电压，作为振荡器电路的工作电压，振荡器电路在所述振荡器产生电路输出的电压下振荡；所述的振荡器电路包括晶体、增益单元、反馈电路、负载电容C1、C2、整形电路，增益单元和反馈电路与晶体的两端XI/XO相连，形成振荡回路，产生振荡信号，增益单元提供信号的放大功能，反馈电路提供信号的负反馈，等电容值的两个负载电容C1、C2的一端与晶体两端XI/XO分别相连，作为晶体的负载，负载电容C1、C2的另一端接地，整形电路与晶体的一端XO相连，对振荡信号进行整形，输出良好性能的时钟信号；所述的振荡器电源产生电路包括基准产生电路、放大器单元，基准产生电路产生基准电流和需要的偏置电压；放大器单元和基准产生电路相连，通过带负反馈的放大电路实现电压转换，输出振荡器电源电压；其特征在于：所述的基准产生电路包括四个PMOS晶体管MP11、MP12、MP13、MP14和四个NMOS晶体管MN11、MN12、MN13、MN14；MP11的栅极和漏极相连，构成二极管连接，MP11的源极接电源，同时MP11的栅极通过电容C11连接电源，MP11的漏极和MN11的漏极相连，MN11的栅极和源极相连，MN11源极接地；MP12的栅极与MP11的栅极相连，构成镜像电路；MP12的漏极与MN12的漏极相连，MP12的源极接电源；MN12的栅极和漏极相连，作为基准产生电路的一个电压输出端Va，MN12的源极接地；MN13的栅极和MN12的栅极相连构成镜像电路，MN13的源极接地；MN13的漏极和MP13的漏极相连，MP13的栅极和漏极相连构成二极管连接，MP13的源极接电源，同时MP13的栅极通过电容C12连接电源；MP14的栅极与MP13的栅极相连构成镜像电路；MP14的源极接电源，MP14的漏极和MN14的漏极相连，MN14的栅极和漏极相连作为基准产生电路的另一电压输出端Vb；

所述的放大器单元，包括一级放大电路、二级放大电路和电容C23，电容C23的一端连接一级放大电路的输出端，另一端连接二级放大电路的输出端，构成频率补偿电路，增加放大器单元的稳定性；一级放大电路包括两个PMOS晶体管MP21、MP22和四个NMOS晶体管MN21、MN22、MN23、MN24以及电容C21、C22、C25；MP21和MP22构成放大电路的有源负载，MN21、MN22作为放大电路的输入器件，MN23、MN24构成放大电路的电流源电路，电容C21、C22、C25作为稳定电容；PMOS晶体管MP21的栅极和漏极相连，MP22的栅极和MP21的栅极相连，MP22的源极和MP21的源极接电源；NMOS晶体管MN21的漏极和MP21的漏极相连，MN22的漏极和MP22的漏极相连，MN21的栅极作为放大电路的一个输入端，MN22的栅极作为放大电路的另一个输入端连接基准产生电路的输出电压Va，在与电容C25的一端连接，电容C25的另一端接地；MN21的源极和MN22的源极相连，与MN23和MN24的漏极相连；MN23的源极和MN24的源极接地；MN23的栅极与电容C21和C22的一端相连，连接基准产生电路的输出电压Vb，电容C21和C22的另一端接地；MN24的栅极Va；二级放大电路包括PMOS晶体管MP23、MP24和NMOS晶体管MN25及电容C24，MP23作为二极放大电路的输入器件，MP24二极管连接作为电阻，MN25为电流源电路，电容C24作为稳定电容；MP23的栅极与MN22的漏极相连，MP23的漏极和MP24的源极相连，再与电容C24一端相连，作为输出电压VS, 电容C24的另一端接地，MP24的栅极和漏极相连，MN25的栅极连接Va，MN25的漏极和MP24的漏极相连，MN25的源极接地。

本实用新型还通过如下措施实施：所述的基准产生电路采用了二极管连接的耗尽型场效应NMOS晶体管MN11，耗尽型场效应NMOS晶体管MN11的栅极接地，导通电路，实现了只有10nA左右的小工作电流，再通过相连的镜像电路供给其他电路，实现整体电路的低功耗，保证了振荡器电源产生电路不会生成额外的大功耗；所述的基准产生电路产生一个基准电压Va，连接放大器单元中一级放大电路中的NMOS晶体管MN22和尾电流源NMOS晶体管MN24的栅极，且连接二级放大电路的电流源NMOS晶体管MN25的栅极，并且通过电容C25连接到地；所述基准产生电路产生的另一个基准电压Vb连接一级放大电路的另一尾电流源NMOS晶体管MN23的栅极。

所述的放大器单元的一级放大电路和二级放大电路通过电容C23连接，实现了频率补偿，一级放大电路和二级放大电路之间通过负反馈电路连接，极大的提高了电路的稳定性，振荡器电源产生电路的输出电压通过电容接地，滤除振荡器工作电压的纹波，进一步提高了振荡器工作电压的稳定性，使振荡器工作电压具有很好的稳定性，从而保证振荡电路的稳定性，输出稳定的时钟信号。

本实用新型的有益效果在于：该高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器，由于通过两级放大电路在适当的偏置信号偏置下，通过负反馈和频率补偿等手段，得到稳定的输出电压，晶体振荡器在低工作电压下工作，通过对基准电压和放大器单元的不同连接，给出一种降低工作电压的电路，作为晶体振荡器的工作电压，并且输出电压稳定性高，振荡器电路在此工作电压下工作，不仅提高了振荡器的稳定性，也实现了低功耗，从而降低产品的成本、提高产品使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理示意框图。

图2为本实用新型的基准产生电路原理示意图。

图3为本实用新型的放大器单元电路原理示意图。

图中：1、振荡器电路；11、晶体；12、增益单元；13、反馈电路；14、整形电路；2、振荡器电源产生电路；21、基准产生电路；22、放大器单元；221、一级放大电路；222、二级放大电路。

具体实施方式

参照图1、图2、图3制作本实用新型。该高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器，包括振荡器电路1和振荡器电源产生电路2，所述振荡器电路1与所述振荡器电源产生电路2相连，振荡器电源产生电路2输出一个电压，作为振荡器电路1的工作电压，振荡器电路1在所述振荡器产生电路2输出的电压下振荡；所述的振荡器电路1包括晶体11、增益单元12、反馈电路13、负载电容C1、C2、整形电路14，增益单元12和反馈电路13与晶体11的两端XI/XO相连，形成振荡回路，产生振荡信号，增益单元12提供信号的放大功能，反馈电路13提供信号的负反馈，等电容值的两个负载电容C1、C2的一端与晶体11两端XI/XO分别相连，作为晶体11的负载，负载电容C1、C2的另一端接地，整形电路14与晶体11的一端XO相连，对振荡信号进行整形，输出良好性能的时钟信号；所述的振荡器电源产生电路2包括基准产生电路21、放大器单元22，基准产生电路21产生基准电流和需要的偏置电压；放大器单元22和基准产生电路21相连，通过带负反馈的放大电路22实现电压转换，输出振荡器电源电压；其特征在于：所述的基准产生电路21包括四个PMOS晶体管MP11、MP12、MP13、MP14和四个NMOS晶体管MN11、MN12、MN13、MN14；MP11的栅极和漏极相连，构成二极管连接，MP11的源极接电源，同时MP11的栅极通过电容C11连接电源，MP11的漏极和MN11的漏极相连，MN11是耗尽型场效应晶体管，MN11的栅极和源极相连，MN11的源极接地；MP12的栅极与MP11的栅极相连，构成镜像电路；MP12的漏极与MN12的漏极相连，MP12的源极接电源；MN12的栅极和漏极相连，作为基准产生电路21的一个电压输出端Va，MN12的源极接地；MN13的栅极和MN12的栅极相连构成镜像电路，MN13的源极接地；MN13的漏极和MP13的漏极相连，MP13的栅极和漏极相连构成二极管连接，MP13的源极接电源，同时MP13的栅极通过电容C12连接电源；MP14的栅极与MP13的栅极相连构成镜像电路；MP14的源极接电源，MP14的漏极和MN14的漏极相连，MN14的栅极和漏极相连作为基准产生电路21的另一电压输出端Vb；

所述的放大器单元22，包括一级放大电路221、二级放大电路222和电容C23，电容C23的一端连接一级放大电路221的输出端，另一端连接二级放大电路222的输出端，构成频率补偿电路，增加放大器单元22的稳定性；一级放大电路221包括两个PMOS晶体管MP21、MP22和四个NMOS晶体管MN21、MN22、MN23、MN24以及电容C21、C22、C25；MP21和MP22构成放大电路的有源负载，MN21、MN22作为放大电路的输入器件，MN23、MN24构成放大电路的电流源电路，电容C21、C22、C25作为稳定电容；PMOS晶体管MP21的栅极和漏极相连，MP22的栅极和MP21的栅极相连，MP22的源极和MP21的源极接电源；NMOS晶体管MN21的漏极和MP21的漏极相连，MN22的漏极和MP22的漏极相连，MN21的栅极作为放大电路的一个输入端，MN22的栅极作为放大电路的另一个输入端连接基准产生电路21的输出电压Va，再与电容C25的一端连接，电容C25的另一端接地；MN21的源极和MN22的源极相连，与MN23的漏极和MN24的漏极相连；MN23的源极和MN24的源极接地；MN23的栅极与电容C21和C22的一端相连，连接基准产生电路21的输出电压Vb，电容C21和C22的另一端接地；MN24的栅极连接Va；二级放大电路222包括PMOS晶体管MP23、MP24和NMOS晶体管MN25及电容C24，MP23作为二极放大电路222的输入器件，MP24二极管连接作为电阻，MN25为电流源电路，电容C24作为稳定电容；MP23的栅极与MN22的漏极相连，MP23的漏极和MP24的源极相连，再与电容C24的一端相连，作为输出电压VS，电容C24的另一端接地；MP24的栅极和漏极相连，MN25的栅极连接Va，MN25的漏极和MP24的漏极相连，MN25的源极接地。

作为本实用新型的改进：所述的基准产生电路21采用了二极管连接的耗尽型场效应NMOS晶体管MN11，耗尽型场效应NMOS晶体管MN11的栅极接地，导通电路，实现了只有10nA左右的小工作电流，再通过相连的镜像电路供给其他电路，实现整体电路的低功耗，保证了振荡器电源产生电路2不会生成额外的大功耗；所述的基准产生电路21产生一个基准电压Va，连接放大器单元22中一级放大电路221中的NMOS晶体管MN22和尾电流源NMOS晶体管MN24的栅极，且连接二级放大电路222的电流源NMOS晶体管MN25的栅极，并且通过电容C25连接到地；所述基准产生电路21产生的另一个基准电压Vb连接一级放大电路221的另一尾电流源NMOS晶体管MN23的栅极。

所述的放大器单元22的一级放大电路221和二级放大电路222通过电容C23连接，实现了频率补偿，一级放大电路221和二级放大电路222之间通过负反馈电路连接，极大的提高了电路的稳定性，振荡器电源产生电路2的输出电压通过电容接地，滤除振荡器工作电压的纹波，进一步提高了振荡器工作电压的稳定性，使振荡器工作电压具有很好的稳定性，从而保证振荡电路的稳定性，输出稳定的时钟信号。

Claims

1.高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器，包括振荡器电路（1）和振荡器电源产生电路（2），所述振荡器电路（1）与所述振荡器电源产生电路（2）相连；所述的振荡器电源产生电路（2）包括基准产生电路（21）、放大器单元（22），放大器单元（22）和基准产生电路（21）相连；其特征在于：所述的基准产生电路（21）包括四个PMOS晶体管MP11、MP12、MP13、MP14和四个NMOS晶体管MN11、MN12、MN13、MN14；MP11的栅极和漏极相连，构成二极管连接，MP11的源极接电源，同时MP11的栅极通过电容C11连接电源，MP11的漏极和MN11的漏极相连，MN11的栅极和源极相连，MN11的源极接地；MP12的栅极与MP11的栅极相连，构成镜像电路；MP12的漏极与MN12的漏极相连，MP12的源极接电源；MN12的栅极和漏极相连，作为基准产生电路（21）的一个电压输出端Va，MN12的源极接地；MN13的栅极和MN12的栅极相连构成镜像电路，MN13的源极接地；MN13的漏极和MP13的漏极相连，MP13的栅极和漏极相连构成二极管连接，MP13的源极接电源，同时MP13的栅极通过电容C12连接电源；MP14的栅极与MP13的栅极相连构成镜像电路；MP14的源极接电源，MP14的漏极和MN14的漏极相连，MN14的栅极和漏极相连作为基准产生电路（21）的另一电压输出端Vb；

所述的放大器单元（22），包括一级放大电路（221）、二级放大电路（222）和电容C23，电容C23的一端连接一级放大电路（221）的输出端，另一端连接二级放大电路（222）的输出端，构成频率补偿电路；一级放大电路（221）包括两个PMOS晶体管MP21、MP22和四个NMOS晶体管MN21、MN22、MN23、MN24以及电容C21、C22、C25；MP21和MP22构成放大电路的有源负载，MN21、MN22作为放大电路的输入器件，MN23、MN24构成放大电路的电流源电路，电容C21、C22、C25作为稳定电容；PMOS晶体管MP21的栅极和漏极相连，MP22的栅极和MP21的栅极相连，MP22的源极和MP21的源极接电源；NMOS晶体管MN21的漏极和MP21的漏极相连，MN22的漏极和MP22的漏极相连，MN21的栅极作为放大电路的一个输入端，MN22的栅极作为放大电路的另一个输入端连接基准产生电路（21）的输出电压Va，再与电容C25的一端相连，电容C25的另一端接地；MN21的源极和MN22的源极相连，与MN23的漏极和MN24的漏极相连；MN23的源极和MN24的源极接地；MN23的栅极与电容C21和C22的一端相连，连接基准产生电路（21）的输出电压Vb，电容C21和C22的另一端接地；MN24的栅极连接Va；二级放大电路（222）包括PMOS晶体管MP23、MP24和NMOS晶体管MN25以及电容C24，MP23作为二极放大电路（222）的输入器件，MP24二极管连接作为电阻，MN25为电流源电路，电容C24作为稳定电容；MP23的栅极与MN22的漏极相连，MP23的漏极和MP24的源极相连，再与电容C24的一端相连，作为输出电压VS，电容C24的另一端接地；MP24的栅极和漏极相连，MN25的栅极连接Va，MN25的漏极和MP24的漏极相连，MN25的源极接地。

2.根据权利要求1所述的高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器，其特征在于：所述的基准产生电路（21）采用了二极管连接的耗尽型场效应NMOS晶体管MN11，耗尽型场效应NMOS晶体管MN11的栅极接地，导通电路，实现了只有10nA左右的小工作电流；所述的基准产生电路（21）产生一个基准电压Va，连接放大器单元（22）中一级放大电路（221）中的NMOS晶体管MN22和尾电流源NMOS晶体管MN24的栅极，且连接二级放大电路（222）的电流源NMOS晶体管MN25的栅极，并且通过电容C25连接到地；所述基准产生电路（21）产生的另一个基准电压Vb连接一级放大电路（221）的另一尾电流源NMOS晶体管MN23的栅极。

3. 根据权利要求1所述的高稳定性低功耗32.768KHz晶体振荡器，其特征在于：所述的放大器单元（22）的一级放大电路（221）和二级放大电路（222）通过电容C23连接，一级放大电路（221）和二级放大电路（222）之间通过负反馈电路连接，振荡器电源产生电路（2）的输出电压通过电容接地。