CN208849742U

CN208849742U - 振荡器

Info

Publication number: CN208849742U
Application number: CN201821548346.5U
Authority: CN
Inventors: 钟建国
Original assignee: Dongguan Dekesen Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Dongguan Dekesen Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2019-05-10
Anticipated expiration: 2028-09-21

Abstract

本实用新型公开了一种振荡器，包括：原始电流支路、两个镜像电流支路、两个负载电容、比较电路和锁存器，原始电流支路在上电后产生原始电流并生成参考电压，比较电路分别将两个负载电容的电容电压与所述参考电压进行比较并输出比较信号，锁存器的输出电平在所述比较信号翻转时翻转，两个镜像电流支路与所述两个负载电容一一对应，所述两个镜像电流支路在所述锁存器的输出电平翻转时交替导通，以及在导通时从所述原始电流镜像拷贝得到镜像电流以给对应的负载电容充电。本实用新型具有低成本、高量产良率、高可靠性、宽电压范围、优良的温度特性的特点，而且修条可以只对负载电容进行，也可以针对负载电容和第三电阻同时进行，可以增强修条成功率。

Description

振荡器

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种振荡器。

背景技术

经典的通用型555定时器是一种自激型脉冲振荡器，自1971年发明并量产使用以来在使用中产生过多种专用的时钟集成电路产品。这些产品通常具有确定的占空比(比如50％)，一定的精度和电压与温度使用范围。通过外接的电阻与电容或者参考电压的选择与组合，可以产生振荡器、时钟、施密特触发器，延时器，等等各种应用电路，现有的振荡器芯片电路复杂，而且使用中需要外挂电阻或电容，总体成本高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种振荡器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种振荡器，包括：

原始电流支路，用于在上电后产生原始电流并生成参考电压；

两个负载电容；

比较电路，用于分别将两个负载电容的电容电压与所述参考电压进行比较并输出比较信号；

锁存器，其输出电平在所述比较信号翻转时翻转；

两个镜像电流支路，与所述两个负载电容一一对应，所述两个镜像电流支路在所述锁存器的输出电平翻转时交替导通；以及在导通时从所述原始电流镜像拷贝得到镜像电流以给对应的负载电容充电。

可选的，所述负载电容为金属平板结构的MOM电容或者MIM电容；或者所述负载电容为MOSFET构成的电容，MOSFET的源极、漏极、衬底极连接在一起作为所述负载电容的一极，MOSFET的门极作为所述负载电容的另外一极。

可选的，所述原始电流支路包括第一电阻R_B和二极管连接状态的第一开关管，所述两个镜像电流支路结构相同且均包括第二开关管和第三开关管。

可选的，所述第一开关管为第一MOS管，所述第二开关管为与所述第一MOS管类型相同的第二MOS管，所述第三开关管为第三MOS管。

可选的，所述比较电路包括与两个负载电容一一对应的两个比较器，每个所述第二MOS管的漏极和源极之间连接对应的所述负载电容，且所述负载电容的连接所述第二MOS管的漏极的一极连接至对应的比较器的第一输入端，两个比较器的第二输入端均连接至所述原始电流支路以获取所述参考电压，两个比较器的输出端分别连接锁存器的两个输入端。

可选的，所述振荡器还包括两个倒相器，所述锁存器的输出端连接至第一个倒相器的输入端，第一个倒相器的输出端连接第二个倒相器的输入端，第二个倒相器的输出端连接所述振荡器的输出端OUT，所述锁存器的输出端和第一个倒相器的输出端分别连接至两个所述第三MOS管的门极。

可选的，每一所述镜像电流支路还包括第二电阻，所述第一电阻和第二电阻种类不同且温漂同向，所述原始电流支路还包括第三电阻，所述第一电阻和第三电阻种类相同，第一MOS管、两个第二MOS管的源极共接于所述振荡器的第一电源端，第一MOS管的门极分别连接两个第二MOS管的门极，第一MOS管的漏极经由所述第三电阻连接第一电阻的第一端，每个所述第二MOS管的漏极经由对应的第二电阻连接至相应的第三MOS管的漏极，第一电阻的第二端与两个第三MOS管的源极共接于所述振荡器的第二电源端，第三电阻为可调电阻，可调电阻的可调端连接至所述比较电路以提供所述参考电压,其中：

所述第一MOS管、两个第二MOS管均为PMOS管，两个第三MOS管为NMOS管，所述第一电源端为电源端VDD，所述第二电源端为接地端VSS；或者，所述第一MOS管、两个第二MOS管均为NMOS管，两个第三MOS管为PMOS管，所述第一电源端为接地端VSS，所述第二电源端为电源端VDD。

可选的，每一所述镜像电流支路还包括第二电阻，所述第一电阻和第二电阻种类不同且温漂同向，第一MOS管、两个第二MOS管的源极共接于所述振荡器的第一电源端，第一MOS管的门极分别连接两个第二MOS管的门极，第一MOS管的漏极连接第一电阻的第一端，每个所述第二MOS管的漏极经由对应的第二电阻连接至相应的第三MOS管的漏极，第一电阻的第二端与两个第三MOS管的源极共接于所述振荡器的第二电源端，第一MOS管的漏极还连接至所述比较电路以提供所述参考电压,其中：

可选的，所述原始电流支路还包括第二电阻，所述第一电阻和第二电阻种类不同且温漂反向，第一MOS管、两个第二MOS管的源极共接于所述振荡器的第一电源端，第一MOS管的门极分别连接两个第二MOS管的门极，第一MOS管的漏极经由第二电阻连接第一电阻的第一端，每个所述第二MOS管的漏极连接至相应的第三MOS管的漏极，第一电阻R_B的第二端与两个第三MOS管的源极共接于所述振荡器的第二电源端，第一MOS管的漏极还连接至所述比较电路以提供所述参考电压,其中：

可选的，所述振荡器还包括上电复位电路，所述上电复位电路连接所述振荡器的电源端VDD和所述锁存器的复位端之间，用于在电源端VDD上电时复位所述锁存器的输出电平。

本实用新型的振荡器，具有以下有益效果：采用简单原始电流支路直接抽取出或派生出参考电压，同时通过镜像拷贝生成两支等同的次级电流源交替向负载电容充电，再结合比较电路、锁存器，从而实现振荡，本实用新型的振荡器结构优化，面积小，而且使用时不需要任何外挂元器件，具有总体成本优势显著、高量产良率、高可靠性的特点；而且修条可以只对负载电容进行，可以极大地简化电路，节省资源，以及保证振荡频率的稳定；进一步地，本实用新型的所述原始电流支路采用的是电阻和二极管连接状态的MOS管，因此具有宽电压范围，保证低压起振；更进一步地修条也可以针对负载电容和第三电阻同时进行，所以可以增强修条成功率，从而提高产品中测(CP探针测试)良率。修条逻辑高位针对负载电容作大幅度修正，低位针对第三电阻作小幅度修正；第一电阻与第二电阻的温漂特性关系可以保证振荡频率随温度变化最小，使得振荡器优良的温度特性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本实用新型实施例一的电路原理图；

图2是本实用新型实施例二的电路原理图；

图3是本实用新型实施例三的电路原理图；

图4是本实用新型实施例四的电路原理图；

图5是本实用新型实施例五的电路原理图；

图6是本实用新型实施例六的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，词语“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

本实用新型总的思路是：构造一种振荡器，包括：原始电流支路、两个镜像电流支路、两个负载电容、比较电路和锁存器，原始电流支路在上电后产生原始电流并生成参考电压，比较电路分别将两个负载电容的电容电压与所述参考电压进行比较并输出比较信号，锁存器的输出电平在所述比较信号翻转时翻转，两个镜像电流支路与所述两个负载电容一一对应，所述两个镜像电流支路在所述锁存器的输出电平翻转时交替导通，以及在导通时从所述原始电流镜像拷贝得到镜像电流以给对应的负载电容充电。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

参考图1，实施例一的振荡器可以做成芯片产品，芯片具有三个端口，分别为：电源端VDD、接地端VSS和输出端OUT。电源端VDD、接地端VSS分别接入正负芯片工作电源，输出端OUT输出振荡信号，具体的，振荡器包括：原始电流支路101，两个镜像电流支路102、103，两个负载电容C_S1、C_S2，比较电路104，上电复位电路105，锁存器106。

其中，原始电流支路101在电源端VDD上电后产生原始电流并生成参考电压V_REF；上电复位电路105连接电源端VDD和所述锁存器的复位端之间，用于在电源端VDD上电时复位所述锁存器106的输出电平，即使得锁存器106的输出电平短暂的锁定在固定的电平逻辑；比较电路104分别将两个负载电容C_S1、C_S2的电容电压V_S1、V_S2与所述参考电压V_REF进行比较并输出比较信号；锁存器106的输出电平在所述比较信号翻转时翻转；两个镜像电流支路102、103，与所述两个负载电容C_S1、C_S2一一对应，所述两个镜像电流支路102、103在所述锁存器106的输出电平翻转时交替导通；以及在导通时从所述原始电流镜像拷贝得到镜像电流以给对应的负载电容C_S1或C_S2充电。

更具体的，本实施例中，所述原始电流支路101包括第一电阻R_B、二极管连接状态的第一MOS管M₁(即第一MOS管M₁的门极和漏极连接)、第三电阻R_S。所述两个镜像电流支路102、103结构相同，且均包括第二电阻R_C1/R_C2、第二MOS管M₂/M₃、第三MOS管M₄/M₅。所述比较电路104包括与两个负载电容C_S1、C_S2一一对应的两个比较器。所述锁存器106的后级还连接有两个倒相器。其中，所述第一MOS管M₁以及两个第二MOS管M₂和M₃均为PMOS管，两个第三MOS管M₄和M₅为NMOS管。

其中，第一MOS管M₁、两个第二MOS管M₂和M₃的源极共接于电源端VDD，第一MOS管M₁的门极分别连接两个第二MOS管M₂和M₃的门极，第一MOS管M₁的漏极经由所述第三电阻R_S连接第一电阻R_B的第一端，第二MOS管M₂、M₃的漏极分别经由对应的第二电阻R_C、R_C2连接至相应的第三MOS管M₄、M₅的漏极，第一电阻R_B的第二端与两个第三MOS管M₂和M₃的源极共接于接地端VSS，第二MOS管M₂、M₃各自的漏极和源极之间连接对应的负载电容C_S1、C_S2，且负载电容C_S1、C_S2的连接所述第二MOS管M₂、M₃的漏极的一极连接至对应的比较器的第一输入端，第三电阻R_S为可调电阻，可调电阻的可调端连接至两个比较器的第二输入端以提供所述参考电压V_REF，两个比较器的输出端分别连接锁存器的两个输入端，所述锁存器的输出端连接至第一个倒相器的输入端，第一个倒相器的输出端连接第二个倒相器的输入端，第二个倒相器的输出端连接所述振荡器的输出端OUT，所述锁存器的输出端和第一个倒相器的输出端分别连接至两个第三MOS管M₄、M₅的门极。

上电过程中，一方面，上电复位电路105将锁存器106的输出电平短暂的锁定在固定的逻辑电平，在通过第一个倒向器之后产生反向逻辑电平，它们使得镜像电流支路102、103中作为开关的NMOS管M₄、M₅的通断状态确定。另一方面，上电后原始电流支路101自然启动，又任意时刻M₄、M₅只有一个是导通，所以通过PMOS M2和M3镜像拷贝导致镜像电流支路102、103中的其中一个支路导通，导通后的电流支路102或103于是向相应的电容C_S1或C_S2充电，当节点电位V_S1或V_S2超过由电流支路101产生的参考电压V_REF后，相应的比较器的输出电平翻转，引发锁存器输出电平翻转，关断C_S1或C_S2的充电过程，同时启动另外一支电流支路103或102开始充电。这个过程交替进行，于是形成自持稳态振荡。第二个倒向器起整形与缓冲功能，电阻RB和RC为固定值电阻。

本实施例中，电容C_S1、C_S2和电阻R_S为修条元件，其值由修条确定。需要说明的是，修条既可以只对负载电容C_S1、C_S2进行，可以极大地简化电路，节省资源，以及保证振荡频率的稳定。还可以针对电容C_S1、C_S2和电阻R_S同时进行，比如修条逻辑高位针对负载电容作大幅度修正，低位针对R_S作小幅度修正。

可以理解的是，本实施例的MOS管的类型还可以替换为PMOS管，只需要将MOS管的位置进行调整；另外，MOS管也可以利用其它类型的开关管件替代，比如三极管等。另外，虽然本实施例中，M₄、M₅选择的是PMOS，实际上，也可以与M₁、M₂和M₃一样选择为NMOS，这些都是本实施例的简单变形。

另外，本实施例中的负载电容C_S1、C_S2为金属平板结构的MOM电容或者MIM电容，在其他变形方案中，也可以替换为MOSFET构成的电容，比如，将MOSFET的源极、漏极、衬底极连接在一起作为所述负载电容的一极，MOSFET的门极作为所述负载电容的另外一极。

可见本实用新型的振荡器不需要任何外挂元器件，具有低成本、高量产良率、高可靠性的特点，原始电流支路101采用的是电阻和二极管连接状态的MOS管，因此具有宽电压范围，保证低压起振，本实施例中，所述第一电阻R_B和第三电阻R_S种类相同，所述第一电阻R_B和第二电阻R_C、R_C2种类不同且温漂同向，可以保证振荡频率随温度变化最小，使得振荡器优良的温度特性。

实施例二

参考图2，本实施例二与实施例一主要不同之处在于，将电阻R_S删除，修条只对负载电容C_S1、C_S2进行。由于将电阻R_S删除，所以第一MOS管M₁的漏极是直接连接第一电阻R_B的第一端，而且第一MOS管M₁的漏极还分别连接至两个比较器以提供所述参考电压V_REF。其工作原理与实施例一类似，此处不再赘述。

本实施例二与实施例一的另外一个不同之处在于，将电容C_S1、C_S2替换为了PMOSFET电容，当然，实施例二中的电容C_S1、C_S2也可以采用像实施例一形式的电容。

实施例三

参考图3，本实施例三与实施例二的不同之处在于，将实施例二中的电流支路102、103中的第二电阻R_C、R_C2去除了，并且在原始电流支路101中增加了第二电阻R_C，第二电阻R_C与第一电阻R_B合并，所以第一MOS管M₁的漏极经由第二电阻R_C连接第一电阻R_B的第一端，第二MOS管M₂、M₃的漏极直接连接至相应的第三MOS管M₄、M₅的漏极。另外需要说明的是，电阻R_B和电阻R_C种类不同且温漂反向。

实施例四

参考图4，本实施例四与实施例一的不同之处在于，将第一MOS管M₁以及第二MOS管M₂、M₃换成了NMOS管，将第三MOS管M₄、M₅换成了PMOS管。相应的调整了电流支路101、102、103中的各个MOS管共接的节点，具体的，与实施例一相比，本实施例四中将第一MOS管M₁、两个第二MOS管M₂和M₃的源极改为共接于接地端VSS，将第一电阻R_B的第二端与两个第三MOS管M₂和M₃的源极改为共接于电源端VDD。

实施例五

参考图5，本实施例五与实施例二的不同之处在于，将第一MOS管M₁以及第二MOS管M₂、M₃换成了NMOS管，将第三MOS管M₄、M₅换成了PMOS管。相应的调整了电流支路101、102、103中的各个MOS管共接的节点，具体的，与实施例二相比，本实施例五中将第一MOS管M₁、两个第二MOS管M₂和M₃的源极改为共接于接地端VSS，将第一电阻R_B的第二端与两个第三MOS管M₂和M₃的源极改为共接于电源端VDD。

实施例六

参考图6，本实施例六与实施例三的不同之处在于，将第一MOS管M₁以及第二MOS管M₂、M₃换成了NMOS管，将第三MOS管M₄、M₅换成了PMOS管。相应的调整了电流支路101、102、103中的各个MOS管共接的节点，具体的，与实施例三相比，本实施例六中将第一MOS管M₁、两个第二MOS管M₂和M₃的源极改为共接于接地端VSS，将第一电阻R_B的第二端与两个第三MOS管M₂和M₃的源极改为共接于电源端VDD。

综上所述，本实用新型的振荡器，具有以下有益效果：采用简单原始电流支路直接抽取出或派生出参考电压，同时通过镜像拷贝生成两支等同的次级电流源交替向负载电容充电，再结合比较电路、锁存器，从而实现振荡，本实用新型的振荡器结构优化，面积小，而且使用时不需要任何外挂元器件，具有总体成本优势显著、高量产良率、高可靠性的特点；而且修条可以只对负载电容进行，可以极大地简化电路，节省资源，以及保证振荡频率的稳定；进一步地，本实用新型的所述原始电流支路采用的是电阻和二极管连接状态的MOS管，因此具有宽电压范围，保证低压起振；更进一步地修条也可以针对负载电容和第三电阻同时进行，所以可以增强修条成功率，从而提高产品中测(CP探针测试)良率。修条逻辑高位针对负载电容作大幅度修正，低位针对第三电阻作小幅度修正；第一电阻与第二电阻的温漂特性关系可以保证振荡频率随温度变化最小，使得振荡器优良的温度特性。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims

1.一种振荡器，其特征在于，包括：

两个负载电容；

锁存器，其输出电平在所述比较信号翻转时翻转；

2.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，所述负载电容为金属平板结构的MOM电容或者MIM电容；或者所述负载电容为MOSFET构成的电容，MOSFET的源极、漏极、衬底极连接在一起作为所述负载电容的一极，MOSFET的门极作为所述负载电容的另外一极。

3.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，所述原始电流支路包括第一电阻R_B和二极管连接状态的第一开关管，所述两个镜像电流支路结构相同且均包括第二开关管和第三开关管。

4.根据权利要求3所述的振荡器，其特征在于，所述第一开关管为第一MOS管，所述第二开关管为与所述第一MOS管类型相同的第二MOS管，所述第三开关管为第三MOS管。

5.根据权利要求4所述的振荡器，其特征在于，所述比较电路包括与两个负载电容一一对应的两个比较器，每个所述第二MOS管的漏极和源极之间连接对应的所述负载电容，且所述负载电容的连接所述第二MOS管的漏极的一极连接至对应的比较器的第一输入端，两个比较器的第二输入端均连接至所述原始电流支路以获取所述参考电压，两个比较器的输出端分别连接锁存器的两个输入端。

6.根据权利要求4所述的振荡器，其特征在于，所述振荡器还包括两个倒相器，所述锁存器的输出端连接至第一个倒相器的输入端，第一个倒相器的输出端连接第二个倒相器的输入端，第二个倒相器的输出端连接所述振荡器的输出端OUT，所述锁存器的输出端和第一个倒相器的输出端分别连接至两个所述第三MOS管的门极。

7.根据权利要求4所述的振荡器，其特征在于，每一所述镜像电流支路还包括第二电阻，所述第一电阻和第二电阻种类不同且温漂同向，所述原始电流支路还包括第三电阻，所述第一电阻和第三电阻种类相同，第一MOS管、两个第二MOS管的源极共接于所述振荡器的第一电源端，第一MOS管的门极分别连接两个第二MOS管的门极，第一MOS管的漏极经由所述第三电阻连接第一电阻的第一端，每个所述第二MOS管的漏极经由对应的第二电阻连接至相应的第三MOS管的漏极，第一电阻的第二端与两个第三MOS管的源极共接于所述振荡器的第二电源端，第三电阻为可调电阻，可调电阻的可调端连接至所述比较电路以提供所述参考电压,其中：

8.根据权利要求4所述的振荡器，其特征在于，每一所述镜像电流支路还包括第二电阻，所述第一电阻和第二电阻种类不同且温漂同向，第一MOS管、两个第二MOS管的源极共接于所述振荡器的第一电源端，第一MOS管的门极分别连接两个第二MOS管的门极，第一MOS管的漏极连接第一电阻的第一端，每个所述第二MOS管的漏极经由对应的第二电阻连接至相应的第三MOS管的漏极，第一电阻的第二端与两个第三MOS管的源极共接于所述振荡器的第二电源端，第一MOS管的漏极还连接至所述比较电路以提供所述参考电压,其中：

9.根据权利要求4所述的振荡器，其特征在于，所述原始电流支路还包括第二电阻，所述第一电阻和第二电阻种类不同且温漂反向；

第一MOS管、两个第二MOS管的源极共接于所述振荡器的第一电源端，第一MOS管的门极分别连接两个第二MOS管的门极，第一MOS管的漏极经由第二电阻连接第一电阻的第一端，每个所述第二MOS管的漏极连接至相应的第三MOS管的漏极，第一电阻R_B的第二端与两个第三MOS管的源极共接于所述振荡器的第二电源端，第一MOS管的漏极还连接至所述比较电路以提供所述参考电压,其中：

10.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，所述振荡器还包括上电复位电路，所述上电复位电路连接所述振荡器的电源端VDD和所述锁存器的复位端之间，用于在电源端VDD上电时复位所述锁存器的输出电平。