CN213693671U - 一种与温度工艺角无关的时钟产生电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种与温度工艺角无关的时钟产生电路，包括参考电压、参考电流、比较器、放大器、第一电流源、第二电流源、第二电容及放电晶体管，第二电容及放电晶体管均连接比较器的第一输入端，还包括时钟参考电路及开关电容电路，所述开关电容电路包括第一电容、第一开关及第二开关，第一电容的一端连接第一开关及第二开关的一端，第一开关另一端连接比较器第二输入端，第一电容另一端及第二开关另一端均接地，所述时钟参考电路与第一开关及第二开关连接。本实用新型用开关电容代替RC振荡电路中的电阻，使其与温度工艺角无关，精度较高，电路简单成本低。

Description

一种与温度工艺角无关的时钟产生电路
技术领域
本实用新型涉及到集成电路设计领域，具体涉及一种与温度工艺角无关的时钟产生电路结构。
背景技术
传统时钟产生电路主要有锁相环电路和有源RC振荡电路。传统锁相环电路如图1所示，由参考时钟模块Fref，鉴频鉴相器，电荷泵，低通滤波器，压控振荡器和分频器电路产生，输出时钟频率Fout＝N*Fref，N为整数或者分数。虽然锁相环电路可以产生精确的倍频时钟，但是结构较为复杂，需要较大的硬件开销。传统的有源RC振荡电路如图2所示，由2个电流源、一个比较器、一个电阻、一个电容和放电晶体管组成，当vx小于vy时，比较器输出为低，放电晶体管关闭，电流源给电容充电，vy上升，当vx大于vy时，比较器输出为高，放电晶体管打开，电容放电，从而比较器输出端产生周期性时钟，假设比较器延时为Td，则
Figure BDA0002819149150000011
虽然传统的有源RC振荡电路简单，硬件相比锁相环电路硬件开销少，但是电阻R，电容C，比较器延时Td随着工艺角和温度的变化而变化，所以输出频率也会随工艺角和温度发生变化，在精度要求高的场合难以应用。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中有源RC振荡电路精确度低且锁相环成本又高的问题，本实用新型提供一种与温度工艺角无关的时钟产生电路。
技术方案：一种与温度工艺角无关的时钟产生电路，包括参考电压、参考电流、比较器、放大器、第一电流源、第二电流源、第二电容及放电晶体管，第二电容及放电晶体管均连接比较器的第一输入端，还包括时钟参考电路及开关电容电路，所述开关电容电路包括第一电容、第一开关及第二开关，第一电容的一端连接第一开关及第二开关的一端，第一开关另一端连接比较器第二输入端，第一电容另一端及第二开关另一端均接地，所述时钟参考电路与第一开关及第二开关连接。
进一步地，所述参考电流采用第三电流源，所述第三电流源为可变电流源；比较器包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M8及第三电容，晶体管M1与晶体管M2的栅极为比较器的两个输入端，晶体管M1的源极和晶体管M2的源极连接晶体管M5的漏极，晶体管M5栅极与晶体管M6栅极连接，晶体管M6的漏极连接第三电流源的漏端，晶体管M3的栅极与晶体管M4栅极连接并连接晶体管M3的漏极，晶体管M3的漏极与晶体管M4的漏极分别连接晶体管M1的漏极、晶体管M2的漏极，晶体管M4的漏极连接第三电容的一端，第三电容另一端接地，晶体管M7的源极、晶体管M3的源极、晶体管M4的源极均连接电源，晶体管M7的栅极、晶体管M8的栅极均连接晶体管M4的漏极，晶体管M7的漏极连接晶体管M8的漏极并作为比较器的输出端。
进一步地，所述放大器的输出端连接第一电流源、第二电流源的栅极，放大器的同相输入端连接第一电流源的漏端，放大器的反相输入端连接参考电压。
进一步地，所述放大器的输出端连接第一电流源、第二电流源、第三电流源的栅极，放大器的同相输入端连接第一电流源的漏端，放大器的反相输入端连接参考电压。
进一步地，设第三电流源I3＝K*I1，I1为第一电流源的电流值，K为常数，时钟参考电路的参考频率为Fref，C1、C2、C3分别为第一电容、第二电容及第三电容的电容值，则输出的时钟频率为：
Figure BDA0002819149150000021
有益效果：相比较现有技术，针对传统的锁相环电路时钟产生电路结构复杂，硬件开销大，有源RC振荡时钟产生电路精度偏差大的缺点，本实用新型提供一种与温度工艺角无关的时钟产生电路，相比较RC振荡电路，结构简单，精度较高，与温度工艺角无关的时钟产生电路，利用开关电容电路的特性，补偿了传统有源RC时钟产生电路工艺温度偏差大的问题。相比较锁相环电路成本较高，结构复杂，本专利电路简单，成本低。
附图说明
图1是传统的锁相环时钟产生电路结构原理图；
图2是传统的有源RC时钟产生电路结构原理图；
图3是本实施例的时钟产生电路结构原理图；
图4是本实施例的比较器电路结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释说明。
如图3所示，一种与温度工艺角无关的时钟产生电路，包括参考电压vref、参考电流iref、比较器、放大器amp、第一电流源I1、第二电流源I2、第二电容C2及放电晶体管Q1，第二电容C2及放电晶体管Q1均连接比较器的第一输入端(+端)，还包括时钟参考电路Fref及开关电容电路，所述开关电容电路包括第一电容C1、第一开关K1及第二开关K2，第一电容C1的一端连接第一开关K1及第二开关K2的一端，第一开关K1另一端连接比较器第二输入端(-端)，第一电容C1另一端及第二开关K2另一端均接地，所述时钟参考电路Fref与第一开关K1及第二开关K2连接，时钟参考电路Fref提供互补时钟，分别控制第一开关K1及第二开关K2。本实施例用第一电容C1、第一开关K1及第二开关K2组成的开关电容代替了现有的时钟产生电路中的电阻。
所述放大器amp的输出端连接第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3的栅极，放大器的同相输入端连接第一电流源的漏端，放大器的反相输入端连接参考电压vref。
为了弥补比较器延时，还对参考电流进行了改进，第三电流源I3为参考电流，所述第三电流源I3为可变电流源，第三电流源I3的栅极与放大器输出端连接，第三电流源I3的漏极连接比较器，为比较器提供参考电流。
如图4所示，比较器包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M8及第三电容，晶体管M1与晶体管M2的栅极为比较器的两个输入端，晶体管M1的源极和晶体管M2的源极连接晶体管M5的漏极，晶体管M5栅极与晶体管M6栅极连接，晶体管M6的漏极连接第三电流源I3的漏端，晶体管M3的栅极与晶体管M4栅极连接并连接晶体管M3的漏极，晶体管M3的漏极与晶体管M4的漏极分别连接晶体管M1的漏极、晶体管M2的漏极，晶体管M4的漏极连接第三电容C3的一端，第三电容C3另一端接地，晶体管M7的源极、晶体管M3的源极、晶体管M4的源极均连接电源，晶体管M7的栅极、晶体管M8的栅极均连接晶体管M4的漏极，晶体管M7的漏极连接晶体管M8的漏极并作为比较器的输出端。晶体管5、晶体管6、晶体管8的源极均接地。
图3为本实用新型中不随工艺角和温度发生变化的时钟电路结构原理图，放大器amp使V1＝Vref，由第一电容C1，第一开关K1、第二开关K2和互补时钟组成的开关电容电路等效电阻表达式为：
Figure BDA0002819149150000031
电流表达式为：
Figure BDA0002819149150000032
令I1＝I2，当V1大于V2，比较器输出为低，放电晶体管关闭，电流源I2对C2充电，V2升高，当V1小于V2，比较器输出为高，放电晶体管打开，电容放电，从而比较器输出端产生周期性时钟，假设比较器延时为为Td，假设比较器延时约等于比较器大信号建立时间，且I3＝K*I1，K为常数则：
Figure BDA0002819149150000033
时钟输出频率Fout为：
Figure BDA0002819149150000041
由(1)(2)(3)(4)得出时钟输出频率的最终表达式为
Figure BDA0002819149150000042
由式(5)可以看出，时钟输出频率主要决定于电容之比，同类型电容随着工艺温度的变化基本一致，所以时钟输出频率Fout不随温度工艺角的变化，很好的解决了传统有源RC时钟产生电路的缺点，相比于锁相环电路，虽然输出频率精度没有锁相环时钟产生电路精度高，本实施例的频率输出精度主要决定于电容的失配，以及一些非理想寄生电容对C1，C2，C3的影响，但是本实施例利用简易电路克服了锁相环电路的硬件开销大的缺点，降低了成本。

Claims (5)

1.一种与温度工艺角无关的时钟产生电路，包括参考电压、参考电流、比较器、放大器、第一电流源、第二电流源、第二电容及放电晶体管，第二电容及放电晶体管均连接比较器的第一输入端，其特征在于，还包括时钟参考电路及开关电容电路，所述开关电容电路包括第一电容、第一开关及第二开关，第一电容的一端连接第一开关及第二开关的一端，第一开关另一端连接比较器第二输入端，第一电容另一端及第二开关另一端均接地，所述时钟参考电路与第一开关及第二开关连接。
2.根据权利要求1所述的与温度工艺角无关的时钟产生电路，其特征在于，所述参考电流采用第三电流源，所述第三电流源为可变电流源；比较器包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M8及第三电容，晶体管M1与晶体管M2的栅极为比较器的两个输入端，晶体管M1的源极和晶体管M2的源极连接晶体管M5的漏极，晶体管M5栅极与晶体管M6栅极连接，晶体管M6的漏极连接第三电流源的漏端，晶体管M3的栅极与晶体管M4栅极连接并连接晶体管M3的漏极，晶体管M3的漏极与晶体管M4的漏极分别连接晶体管M1的漏极、晶体管M2的漏极，晶体管M4的漏极连接第三电容的一端，第三电容另一端接地，晶体管M7的源极、晶体管M3的源极、晶体管M4的源极均连接电源，晶体管M7的栅极、晶体管M8的栅极均连接晶体管M4的漏极，晶体管M7的漏极连接晶体管M8的漏极并作为比较器的输出端。
3.根据权利要求1所述的与温度工艺角无关的时钟产生电路，其特征在于，所述放大器的输出端连接第一电流源、第二电流源的栅极，放大器的同相输入端连接第一电流源的漏端，放大器的反相输入端连接参考电压。
4.根据权利要求2所述的与温度工艺角无关的时钟产生电路，其特征在于，所述放大器的输出端连接第一电流源、第二电流源、第三电流源的栅极，放大器的同相输入端连接第一电流源的漏端，放大器的反相输入端连接参考电压。
5.根据权利要求2或4所述的与温度工艺角无关的时钟产生电路，其特征在于，设第三电流源I3＝K*I1，I1为第一电流源的电流值，K为常数，时钟参考电路的参考频率为Fref，C1、C2、C3分别为第一电容、第二电容及第三电容的电容值，则输出的时钟频率为：
Figure FDA0002819149140000011
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