CN213126009U - 用于osc工艺偏差和温度漂移的检测校正电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，包括监测压差产生电路、电压放大及模数转换电路和OSC自动校准电路；监测压差产生电路的输出端与电压放大及模数转换电路的输入端电性连接，电压放大及模数转换电路的输出端与OSC自动校准电路的输入端电性连接。本实用新型提出的用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，具有如下优点：降低了OSC时钟电路的测试校准难度；简化了OSC设计及校准的复杂度，可实时地对OSC因温度变化产生的频率漂移进行校准；简化设计难度，降低芯片面积；防止发生反馈校准不收敛OSC频率不稳定的现象；简单的校准方法可节约寄存器及OTP的使用，校准精度高，设计灵活。

Description

用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路

技术领域

本实用新型涉及到OSC频率校准技术领域，特别涉及用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路。

背景技术

越来越多的SOC芯片上集成高频率的OSC电路以取代外挂的晶振器件，不但可以使减少使用成本。而且可以使用户更方便应用，减少PCB的布局面积。

技术上，目前业界主要还是通过在芯片出厂前或者上电时进行寄存器配置来调整芯片OSC因工艺偏差及温度漂移带来的频率漂移，使OSC输出频率达到设计指标。另外的校准方式是通过实时测量OSC输出频率，反过来控制并调整OSC的震荡频率。但这种方法需要有标准的参考频率。因此，如何用简单的方法来对OSC进行频率校准以达到实际应用成为业界的热门，基于此，提出用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，降低了OSC芯片设计难度和产品测试成本，增加了OSC电路设计的可靠性及稳定性，从而提高芯片的竞争力，以解决上述背景技术中提出OSC频率校准所需电路复杂，成本大，稳定性不高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，包括监测压差产生电路、电压放大及模数转换电路和OSC自动校准电路；监测压差产生电路的输出端与电压放大及模数转换电路的输入端电性连接，电压放大及模数转换电路的输出端与OSC自动校准电路的输入端电性连接。

优选地，所述监测压差产生电路包括二极管Q1、二极管Q2、二极管Q3、二极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、nmos二极管Q7、nmos二极管Q8、运算放大器U1和电阻R1，二极管Q1的基极与二极管Q2的基极相连后连接到运算放大器U1的输出端，二极管Q1、二极管Q2、二极管Q3、二极管Q4 的发射极均接到VDD电源端子上，二极管Q1的集电极连接到运算放大器U1 的正极，并连接到三极管Q5的发射极，三极管Q5的基极与三极管Q6的基极相连，三极管Q5的集电极与三极管Q6的集电极相连后接地；所述二极管 Q2的集电极连接到三极管Q5的负极，并连接到电阻R1的输入端，电阻R1 的输出端连接到三极管Q6的发射极；所述二极管Q3的集电极连接到nmos 二极管Q7的集电极，并接VMON-A端子输出，nmos二极管Q7的基极接 VMON-A端子输出，nmos二极管Q7的发射极接地；所述二极管Q4的集电极连接到nmos二极管Q8的集电极，并接VMON-B端子输出，nmos二极管 Q8的基极接VMON-B端子输出，nmos二极管Q8的发射极接地。

优选地，所述电压放大及模数转换电路包括电阻Ri1、电阻Ri2、放大器 U2和A/D转换器，电阻Ri1的输入端连接到VMON-A端子上，电阻Ri2的输入端连接到VMON-B端子上，电阻Ri1的输出端连接到放大器U2的正极输入端，并连接到电阻Rf1的输入端，电阻Rf1的输出端与放大器U2的负极输出端相连后连接到A/D转换器的正极输入端；所述电阻Ri2的输出端连接到放大器U2的正极输入端，并连接到电阻Rf2的输入端，电阻Rf2的输出端与放大器U2的正极输出端相连后连接到A/D转换器的负极输入端。

优选地，所述OSC自动校准电路包括Nbit校正器、开关K1、二极管Q9、二极管Q10、电容C1、放大器U3和放大器U4，Nbit校正器的输入端接A/D 转换器的输出端，Nbit校正器的输出端与开关K1的输入端相连，开关K1的输出端与二极管Q9的基极，并连接到二极管Q10的集电极以及连接到电容 C1的输入端，二极管Q9的集电极接放大器U3的输入端，放大器U3的输出端接放大器U4的输入端，放大器U4的输出端接OUT端子输出；所述二极管Q10的集电极连接到放大器U4的输入端，二极管Q10的发射极、二极管 Q9的发射极以及电容C3的输出端相连后接地。

优选地，所述nmos二极管Q7和nmos二极管Q8为两个nmos管。

优选地，所述A/D转换器采用积分型低速转换器、SAR低速转换器中的一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提出的用于OSC 工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，具有如下优点：

1.降低了OSC时钟电路的测试校准难度。

2.简化了OSC设计及校准的复杂度，容易实现。

3.可实时地对OSC因温度变化产生的频率漂移进行校准。

4.将工艺偏差及温度漂移统一起来进行检测并校准，简化设计难度，降低芯片面积。

5.实时的校准方式节约了芯片数字电路开销，防止发生反馈校准不收敛 OSC频率不稳定的现象。

6.简单的校准方法可节约寄存器及OTP的使用。

7.校准精度高，设计灵活。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型的监测压差产生电路图；

图3为本实用新型的电压放大及模数转换电路图；

图4为本实用新型的OSC自动校准电路图；

图5为本实用新型的监测电路输出电压示意图。

图中：1、监测压差产生电路；2、电压放大及模数转换电路；3、OSC自动校准电路。

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做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。

请参阅图1，用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，包括监测压差产生电路1、电压放大及模数转换电路2和OSC自动校准电路3；监测压差产生电路1的输出端与电压放大及模数转换电路2的输入端电性连接，电压放大及模数转换电路2的输出端与OSC自动校准电路3的输入端电性连接。

请参阅图2，监测压差产生电路1包括二极管Q1、二极管Q2、二极管 Q3、二极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、nmos二极管Q7、nmos二极管Q8、运算放大器U1和电阻R1，nmos二极管Q7和nmos二极管Q8为两个W和L 差异较大、W/L近似的nmos管，二极管Q1的基极与二极管Q2的基极相连后连接到运算放大器U1的输出端，二极管Q1、二极管Q2、二极管Q3、二极管Q4的发射极均接到VDD电源端子上，二极管Q1的集电极连接到运算放大器U1的正极，并连接到三极管Q5的发射极，三极管Q5的基极与三极管Q6的基极相连，三极管Q5的集电极与三极管Q6的集电极相连后接地；所述二极管Q2的集电极连接到三极管Q5的负极，并连接到电阻R1的输入端，电阻R1的输出端连接到三极管Q6的发射极；所述二极管Q3的集电极连接到nmos二极管Q7的集电极，并接VMON-A端子输出，nmos二极管Q7 的基极接VMON-A端子输出，nmos二极管Q7的发射极接地；所述二极管 Q4的集电极连接到nmos二极管Q8的集电极，并接VMON-B端子输出，nmos 二极管Q8的基极接VMON-B端子输出，nmos二极管Q8的发射极接地。

请参阅图3，电压放大及模数转换电路2包括电阻Ri1、电阻Ri2、放大器U2和A/D转换器，A/D转换器采用积分型低速转换器、SAR低速转换器中的一种，电阻Ri1的输入端连接到VMON-A端子上，电阻Ri2的输入端连接到VMON-B端子上，电阻Ri1的输出端连接到放大器U2的正极输入端，并连接到电阻Rf1的输入端，电阻Rf1的输出端与放大器U2的负极输出端相连后连接到A/D转换器的正极输入端；所述电阻Ri2的输出端连接到放大器 U2的正极输入端，并连接到电阻Rf2的输入端，电阻Rf2的输出端与放大器 U2的正极输出端相连后连接到A/D转换器的负极输入端。

请参阅图4，OSC自动校准电路3包括Nbit校正器、开关K1、二极管 Q9、二极管Q10、电容C1、放大器U3和放大器U4，Nbit校正器的输入端接 A/D转换器的输出端，Nbit校正器的输出端与开关K1的输入端相连，开关 K1的输出端与二极管Q9的基极，并连接到二极管Q10的集电极以及连接到电容C1的输入端，二极管Q9的集电极接放大器U3的输入端，放大器U3的输出端接放大器U4的输入端，放大器U4的输出端接OUT端子输出；所述二极管Q10的集电极连接到放大器U4的输入端，二极管Q10的发射极、二极管Q9的发射极以及电容C3的输出端相连后接地。

该用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路及方法，工作原理如下：

如图2所示，nmos二极管Q7和nmos二极管Q8处于连接状态，其

利用电流PTAT与nmos二极管Q7的宽长比变化以及电流 PTAT与nmos二极管Q8的宽长比变化所导致的V_DS变化来检测工艺偏差及温度变化，就转换成了nmos二极管Q7和nmos二极管Q8的V_DS差；电压输出随工艺corner及温度变化，参阅图5可知，上述变化的差在温度变化时有正有负，如图3所示，利用差分运放来放大这个变化，也可以使得后级的A/D转换器量化转化更容易；另外也可使用开关K1、电容C1及放大器U3和放大器U4来采样放大这个电压差，利用A/D转换器转换的目的是将检测的变化量数字化，并利用数字的方法来反馈控制调整OSC输出的漂移变化，同时使得校准精度得以控制；如图4所示，在自动校准时可以利用计算及仿真或者测试得到检测放大以及A/D转换器转换带来的offset等偏移量，利用这些偏移量。利用数字加减的方法补偿这些固定的偏差，以达到更精确的实时校准；利用数字的变化来实时调整OSC的输出频率可使得OSC输出更稳定，可以不使用参考时钟就可以加以精确校准。

本实用新型提出的用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，具有如下优点：

1.降低了OSC时钟电路的测试校准难度。

2.简化了OSC设计及校准的复杂度，容易实现。

3.可实时地对OSC因温度变化产生的频率漂移进行校准。

4.将工艺偏差及温度漂移统一起来进行检测并校准，简化设计难度，降低芯片面积。

5.实时的校准方式节约了芯片数字电路开销，防止发生反馈校准不收敛 OSC频率不稳定的现象。

6.简单的校准方法可节约寄存器及OTP的使用。

7.校准精度高，设计灵活。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，其特征在于，包括监测压差产生电路(1)、电压放大及模数转换电路(2)和OSC自动校准电路(3)；监测压差产生电路(1)的输出端与电压放大及模数转换电路(2)的输入端电性连接，电压放大及模数转换电路(2)的输出端与OSC自动校准电路(3)的输入端电性连接。

2.如权利要求1所述的用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，其特征在于：所述监测压差产生电路(1)包括二极管Q1、二极管Q2、二极管Q3、二极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、nmos二极管Q7、nmos二极管Q8、运算放大器U1和电阻R1，二极管Q1的基极与二极管Q2的基极相连后连接到运算放大器U1的输出端，二极管Q1、二极管Q2、二极管Q3、二极管Q4的发射极均接到VDD电源端子上，二极管Q1的集电极连接到运算放大器U1的正极，并连接到三极管Q5的发射极，三极管Q5的基极与三极管Q6的基极相连，三极管Q5的集电极与三极管Q6的集电极相连后接地；所述二极管Q2的集电极连接到三极管Q5的负极，并连接到电阻R1的输入端，电阻R1的输出端连接到三极管Q6的发射极；所述二极管Q3的集电极连接到nmos二极管Q7的集电极，并接VMON-A端子输出，nmos二极管Q7的基极接VMON-A端子输出，nmos二极管Q7的发射极接地；所述二极管Q4的集电极连接到nmos二极管Q8的集电极，并接VMON-B端子输出，nmos二极管Q8的基极接VMON-B端子输出，nmos二极管Q8的发射极接地。

3.如权利要求1所述的用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，其特征在于：所述电压放大及模数转换电路(2)包括电阻Ri1、电阻Ri2、放大器U2和A/D转换器，电阻Ri1的输入端连接到VMON-A端子上，电阻Ri2的输入端连接到VMON-B端子上，电阻Ri1的输出端连接到放大器U2的正极输入端，并连接到电阻Rf1的输入端，电阻Rf1的输出端与放大器U2的负极输出端相连后连接到A/D转换器的正极输入端；所述电阻Ri2的输出端连接到放大器U2的正极输入端，并连接到电阻Rf2的输入端，电阻Rf2的输出端与放大器U2的正极输出端相连后连接到A/D转换器的负极输入端。

4.如权利要求1所述的用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，其特征在于：所述OSC自动校准电路(3)包括Nbit校正器、开关K1、二极管Q9、二极管Q10、电容C1、放大器U3和放大器U4，Nbit校正器的输入端接A/D转换器的输出端，Nbit校正器的输出端与开关K1的输入端相连，开关K1的输出端与二极管Q9的基极，并连接到二极管Q10的集电极以及连接到电容C1的输入端，二极管Q9的集电极接放大器U3的输入端，放大器U3的输出端接放大器U4的输入端，放大器U4的输出端接OUT端子输出；所述二极管Q10的集电极连接到放大器U4的输入端，二极管Q10的发射极、二极管Q9的发射极以及电容C3的输出端相连后接地。

5.如权利要求2所述的用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，其特征在于：所述nmos二极管Q7和nmos二极管Q8为两个nmos管。

6.如权利要求3所述的用于OSC工艺偏差和温度漂移的检测校正电路，其特征在于：所述A/D转换器采用积分型低速转换器、SAR低速转换器中的一种。

Images