CN209692721U

CN209692721U - Rc振荡器

Info

Publication number: CN209692721U
Application number: CN201920579710.2U
Authority: CN
Inventors: 陈景阔
Original assignee: Chengdu Rui Core Micro Polytron Technologies Inc
Current assignee: Chengdu Rui Core Micro Polytron Technologies Inc
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2019-11-26
Anticipated expiration: 2029-04-26

Abstract

本实用新型公开了一种RC振荡器，涉及集成电路领域。该振荡器包括第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器和第一电容，第一反相器的输出端连接于第二反相器的输入端，第二反相器的输出端连接于第三反相器的输入端，第四反相器的输入端连接于第三反相器的输出端和第一反相器的输入端，第一电容两端分别连接于第一反相器和第二反相器；该振荡器还包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端连接于第一反相器的输入端和第四反相器的输出端、另一端连接于第二电阻和第二反相器的输入端，第二电阻的一端连接于第一电阻和第二反相器的输入端、另一端连接于第一电容。本实用新型通过对第二反相器输入端电压进行分压，保证了芯片的安全。

Description

RC振荡器

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种RC振荡器。

背景技术

图1是现有技术中振荡器的基本结构，由4个反相器、1个缓冲器、1个电阻和1个电容组成，该结构由于电路简单、频率稳定而被广泛使用。反相器V1的输入端连接至节点Va并作为RC振荡器的输入节点，反相器V1的输出端Vb连接至电容，电容的另一端Vc连接至电阻的一端，节点Vc并作为反相器V2的输入节点，反相器V2的输出节点Vd连接至反相器V3的输入端，反相器V3的输出端Vo连接至反相器V4的输入端，并将Vo作为RC振荡器的输出，通过缓冲器输出时钟。反相器V4的输出端连接至电阻的另一端Va，并且作为反相器V1的输入。该RC 振荡器的周期， K_SW为相关反相器的翻转点，，一般情况下取K_SW=0.5，得到RC的周期T=(RC)ln9≈2.2RC。

该振荡器的工作原理如图2所示，横坐标为时间，纵坐标为电压，假设上电伊始，t= 0时，反相器V1的输入节点Va=0，则节点Vb的电压为高电平VDD(电源电压)，节点Vc的电压也为高电平VDD；当t=0~T1时，节点Vc通过电阻R对电容进行放电，从而使节点Vc电压降低，当t =T1时，节点Vc电压下降至，达到了反相器V2的翻转点，反相器V2发生翻转，节点Vd 变为高电平，同时反相器V3发生翻转，节点Vo变为低电平0，紧接着反相器V4也发生翻转，节点Va变为高电平VDD，反相器V1发生翻转，节点Vb变为0。而此时Vc≈，由于电容两端的压降不能突变，所以当节点Vb的电压由VDD降为0时，节点Vc由变为。在t =T1~T2，节点Va通过电阻R对电容的节点Vc进行充电，当t=T2时，节点Vc电压升高到，反相器V2发生翻转，节点Va变为低电平0，则节点Vb变为高电平VDD，同样的道理，由于电容两端的压降不能突变，所以当节点Vb由0升为VDD时，节点Vc由变为。在t=T2~ T3，节点Vc通过电阻R对电容进行放电，当t=T3时，节点Vc的电压降为，反相器V2发生翻转，如此循环下去，节点Vo通过缓冲器把时钟输出到负载电路。

综上所述，现有的RC振荡器在一个周期内，节点Vc电压从到，所以反相器V2中的晶体管的栅源电压V_GS＞VDD，栅氧化层存在被击穿的风险，从而导致芯片失效。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种RC振荡器，旨在提高芯片安全。

为实现上述目的，本实用新型提供一种RC振荡器，所述RC振荡器包括第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器和第一电容，所述第一反相器的输出端连接于所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接于所述第三反相器的输入端，所述第四反相器的输入端连接于所述第三反相器的输出端和所述第一反相器的输入端，所述第一电容两端分别连接于所述第一反相器和所述第二反相器；

所述RC振荡器还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接于所述第一反相器的输入端和所述第四反相器的输出端、另一端连接于所述第二电阻和所述第二反相器的输入端，所述第二电阻的一端连接于所述第一电阻和所述第二反相器的输入端、另一端连接于所述第一电容。

优选地，所述第一电阻的阻值是所述第二电阻的两倍。

优选地，所述RC振荡器还包括缓冲器，所述缓冲器的输入端连接于所述第三反相器的输出端，所述缓冲器输出端输出时钟信号至负载电路。

优选地，所述第一反相器的输入端和输出端分别连接于第一节点和第二节点，所述第一电容一端连接于所述第二节点、另一端通过第三节点连接于所述第二电阻，所述第二反相器输入端和输出端分别连接于第四节点和第五节点，所述第五节点还连接于所述第三反相器的输入端，所述第三反相器的输出端和所述缓冲器的输入端连接于第六节点。

优选地，所述第一反相器、所述第二反相器、所述第三反相器和所述第四反相器均采用高速反相器。

优选地，所述第一电阻和所述第二电阻为采用正负互补温度系数的多晶硅电阻。

本实用新型技术方案通过第一电阻和第二电阻对第二反相器输入端电压进行分压，使得第二反相器输入端电压的值被限制在电源电压之下，从而使得第二反相器中的晶体管的栅源电压小于等于电源电压，栅氧化层不存在击穿的风险，保证了芯片的安全。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为现有技术中振荡器的基本结构示意图；

图2为现有技术中振荡器的工作原理示意图；

图3为本实用新型RC振荡器的结构示意图；

图4为本实用新型RC振荡器的工作原理示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

一种RC振荡器，如图3所示，所述RC振荡器包括第一反相器INV1、第二反相器INV2、第三反相器INV3和第四反相器INV4和第一电容C1，所述第一反相器INV1的输出端连接于所述第二反相器INV2的输入端，所述第二反相器INV2的输出端连接于所述第三反相器INV3的输入端，所述第四反相器INV4的输入端连接于所述第三反相器INV3的输出端和所述第一反相器INV1的输入端，所述第一电容C1两端分别连接于所述第一反相器INV1和所述第二反相器INV2；

所述RC振荡器还包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端连接于所述第一反相器INV1的输入端和所述第四反相器INV4的输出端、另一端连接于所述第二电阻R2和所述第二反相器INV2的输入端，所述第二电阻R2的一端连接于所述第一电阻R1和所述第二反相器INV2的输入端、另一端连接于所述第一电容C1。

本发明技术方案通过第一电阻R1和第二电阻R2对第二反相器INV2输入端电压进行分压，使得第二反相器INV2输入端电压的值被限制在电源电压之下，从而使得第二反相器INV2中的晶体管的栅源电压小于等于电源电压，栅氧化层不存在击穿的风险，保证了芯片的安全。

优选地，所述第一电阻R1的阻值是所述第二电阻R2的两倍。在实际应用中，在满足V_VD≤VDD的条件下，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值比可以为其他比值。

优选地，所述RC振荡器还包括缓冲器，所述缓冲器的输入端连接于所述第三反相器INV3的输出端，所述缓冲器输出端输出时钟信号至负载电路。

优选地，所述第一反相器INV1的输入端和输出端分别连接于第一节点VA和第二节点VB，所述第一电容C1一端连接于所述第二节点VB、另一端通过第三节点VC连接于所述第二电阻R2，所述第二反相器INV2输入端和输出端分别连接于第四节点VD和第五节点VE，所述第五节点VE还连接于所述第三反相器INV3的输入端，所述第三反相器INV3的输出端和所述缓冲器的输入端连接于第六节点VO。

在具体实施例中，所述第一反相器、所述第二反相器、所述第三反相器和所述第四反相器均采用高速反相器。高速反相器传输速度快、延时小。

在具体实施例中，所述第一电阻和所述第二电阻为采用正负互补温度系数的多晶硅电阻。

本发明还提供一种RC振荡器的过冲调整方法，包括以下步骤：

如图4所示，横坐标为时间，纵坐标为电压，假设上电伊始，当t=0时，第一节点VA电压等于0时，第二节点VB电压为高电平，当t=0~T1时，第三节点VC通过所述第一电阻R1和所述第二电阻R2对所述第一电容C1进行放电，使所述第三节点VC和第四节点VD电压降低，以使所述第二反相器INV2达到翻转点电压时翻转；第五节点VE的电压变为高电平，以使所述第三反相器INV3达到翻转点电压时翻转；第六节点VO电压变为低电平，以使所述第四反相器INV4达到翻转点电压时翻转，第一节点VA电压变为高电平，以使所述第一反相器INV1达到翻转点电压时翻转；第一节点VA电压变高使所述第一反相器INV1达到翻转点电压发生翻转，第二节点VB电压变为0，所述第六节点VO通过所述缓冲器将时钟输出；其中所述第一电阻R1的阻值为所述第二电阻R2的两倍；

此时，连接于所述第二反相器INV2输入端的所述第四节点VD电压的计算公式为：

，

其中R1为所述第一电阻的阻值，R2为第二电阻的阻值，V_VA为第一节点VA电压，V_VA= VDD，V_VC为所述第三节点VC电压，，V_VD为所述第四节点VD电压，由于R1=2R2，则。

如图4所示，当t=T1~T2时，所述第一节点VA通过所述第一电阻R1和所述第二电阻R2对所述第一电容C1进行充电，以使所述第四节点VD电压升高达到所述第二反相器INV2的翻转点电压，所述第二反相器INV2发生翻转，所述第一节点VA变为低电平、所述第二节点VB变为高电平，此时，连接于所述第二反相器INV2输入端的所述第四节点VD电压的计算公式为：

，其中，V_VA=0，则V_VD=VDD。

如图4所示，当t=T2~T3时，第三节点VC通过所述第一电阻R1和所述第二电阻R2对所述第一电容C1进行放电，所述第四节点VD电压降为，以达到所述第二反相器INV2 翻转点电压发生翻转。

如图4所示，通过RC振荡器工作过程可知，本发明的RC振荡器在一个周期内，第四节点VD的电压从到VDD，即第二反相器INV2中的晶体管的栅源电压V_GS≤VDD，栅氧化层不存在击穿的风险，所以芯片是安全的。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种RC振荡器，其特征在于，所述RC振荡器包括第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器和第一电容，所述第一反相器的输出端连接于所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接于所述第三反相器的输入端，所述第四反相器的输入端连接于所述第三反相器的输出端和所述第一反相器的输入端，所述第一电容两端分别连接于所述第一反相器和所述第二反相器；

2.根据权利要求1所述的RC振荡器，其特征在于，所述第一电阻的阻值是所述第二电阻的两倍。

3.根据权利要求1所述的RC振荡器，其特征在于，所述RC振荡器还包括缓冲器，所述缓冲器的输入端连接于所述第三反相器的输出端，所述缓冲器输出端输出时钟信号至负载电路。

4.根据权利要求3所述的RC振荡器，其特征在于，所述第一反相器的输入端和输出端分别连接于第一节点和第二节点，所述第一电容一端连接于所述第二节点、另一端通过第三节点连接于所述第二电阻，所述第二反相器输入端和输出端分别连接于第四节点和第五节点，所述第五节点还连接于所述第三反相器的输入端，所述第三反相器的输出端和所述缓冲器的输入端连接于第六节点。

5.根据权利要求1所述的RC振荡器，其特征在于，所述第一反相器、所述第二反相器、所述第三反相器和所述第四反相器均采用高速反相器。

6.根据权利要求1所述的RC振荡器，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻为采用正负互补温度系数的多晶硅电阻。