CN217063682U - 一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器 - Google Patents
一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，包括振荡器核心电路，所述振荡器核心电路包括反相器INV、场效应管Q1、场效应管Q2、驱动电阻RD和晶体X，所述晶体X靠近所述反相器INV的输入端的一端通过第一电容阵列电路接地并且所述晶体X靠近所述反相器INV的输出端的一端通过第二电容阵列电路接地。本实用新型公开的一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，其在晶体的两端分别设有第一电容阵列电路和第二电容阵列电路，其可以降低来自电压、温度、寄生参数等影响，从而可以使晶振达到在全温度范围内小于1ppm误差的频率输出，适合实时时钟电路应用。
Description
技术领域
本实用新型属于晶体振荡器技术领域，具体涉及一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器。
背景技术
有一些电子设备需要频率高度稳定的交流信号，而LC振荡器稳定性较差，频率容易漂移(即产生的交流信号频率容易变化)。在振荡器中采用一个特殊的元件——石英晶体，可以产生高度稳定的信号，这种采用石英晶体的振荡器称为晶体振荡器。
但是晶体振荡器受负载电容的影响较大，且小负载电容对频率的影响更大，因此针对上述问题，予以进一步改进。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，其在晶体的两端分别设有第一电容阵列电路和第二电容阵列电路，其可以降低来自电压、温度、寄生参数等影响，从而可以使晶振达到在全温度范围内小于1ppm误差的频率输出，适合实时时钟电路应用。
为达到以上目的，本实用新型提供一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，包括振荡器核心电路，所述振荡器核心电路包括反相器INV、场效应管Q1、场效应管Q2、驱动电阻RD和晶体X，其中：
所述反相器INV的输入端和输出端之间连接有所述驱动电阻RD和所述场效应管Q1并且所述场效应管Q1的两端并接有所述场效应管Q2；
所述场效应管Q2的两端并接有所述晶体X；
所述晶体X靠近所述反相器INV的输入端的一端通过第一电容阵列电路(CL1array)接地并且所述晶体X靠近所述反相器INV的输出端的一端通过第二电容阵列电路(CL2array)接地。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第一电容阵列电路包括若干第一电容和所述第一电容数量相同的第一场效应管，各个所述第一电容的正极与所述晶体X靠近所述反相器INV的输入端的一端电性连接并且各个所述第一电容的负极与对应的所述第一场效应管的源极电性连接，各个所述第一场效应管的漏极均接地。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第二电容阵列电路包括若干第二电容和所述第二电容数量相同的第二场效应管，各个所述第二电容的正极与所述晶体X靠近所述反相器INV的输出端的一端电性连接并且各个所述第二电容的负极与对应的所述第二场效应管的源极电性连接，各个所述第二场效应管的漏极均接地。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器还包括解码器U1，各个所述第一场效应管的栅极和各个所述第二场效应管的栅极分别与所述解码器U1电性连接。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述场效应管Q1为N型MOS管，所述场效应管Q2为P型MOS管。
附图说明
图1是本实用新型的一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器的电路图。
图2是本实用新型的一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器的第一电容阵列电路或者第二电容阵列电路图。
图3是本实用新型的一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器的解码器电路图。
图4是现有的振荡器核心电路图。
图5是现有的振荡器的晶体和负载等效电路图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
本实用新型公开了一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，下面结合优选实施例，对实用新型的具体实施例作进一步描述。
在本实用新型的实施例中，本领域技术人员注意，本实用新型涉及的反相器和晶体等可被视为现有技术。
优选实施例。
本实用新型公开了一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，包括振荡器核心电路，所述振荡器核心电路包括反相器INV、场效应管Q1、场效应管Q2、驱动电阻RD和晶体X，其中：
所述反相器INV的输入端和输出端之间连接有所述驱动电阻RD和所述场效应管Q1并且所述场效应管Q1的两端并接有所述场效应管Q2；
所述场效应管Q2的两端并接有所述晶体X；
所述晶体X靠近所述反相器INV的输入端的一端通过第一电容阵列电路(CL1array)接地并且所述晶体X靠近所述反相器INV的输出端的一端通过第二电容阵列电路(CL2array)接地。
具体的是，所述第一电容阵列电路包括若干第一电容和所述第一电容数量相同的第一场效应管，各个所述第一电容的正极与所述晶体X靠近所述反相器INV的输入端的一端电性连接并且各个所述第一电容的负极与对应的所述第一场效应管的源极电性连接，各个所述第一场效应管的漏极均接地。
更具体的是，所述第二电容阵列电路包括若干第二电容和所述第二电容数量相同的第二场效应管，各个所述第二电容的正极与所述晶体X靠近所述反相器INV的输出端的一端电性连接并且各个所述第二电容的负极与对应的所述第二场效应管的源极电性连接，各个所述第二场效应管的漏极均接地。
进一步的是，带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器还包括解码器U1，各个所述第一场效应管的栅极和各个所述第二场效应管的栅极分别与所述解码器U1电性连接。
更进一步的是，所述场效应管Q1为N型MOS管，所述场效应管Q2为P型MOS管。
本实用新型的原理为：
图1和图4所示，为了限制功耗，给反相器INV提供一个电流偏置Vdd，限制反相器在高增益区间的电流损耗。中间的NMOS(Q1)和PMOS(Q2)作为反馈电阻RF，为L值很大的倒比管，RF给反相器提供直流偏置，使反相器的输入和输出约为电源电压的一半，同时可以限制振荡摆幅。RD为驱动电阻，降低驱动电平的同时可以抑制晶体的泛音模式，下端接晶体和负载电容。
图5为晶体和负载电容的等效电路，根据等效电路，可以得出晶体振荡器的工作频率，其中CL为CL1和CL2的并联
因为在实际的芯片中，还有其他寄生电容，所以频率的误差可以归纳为以下公式，其中CLa为实际负载。
这说明晶体振荡器受负载电容的影响较大，且小负载电容对频率的影响更大。
如图2所示C1array，C2array所示，为了降低来自于电压、温度，寄生参数影响，负载电容做了一个比较大的电容阵列，方便校准频率，总电容约为25pF。为了保持电容阵列的匹配，所有电容值都是通过C串联或并联所得。
为了保证频率补偿范围和补偿精度，设计了11位修调位，设最小的电容基准值为C(即1C代表一个电容单位)，则低3位分别控制3/4C、1/2C、1/3C，小数电容可以使频率调节的步长更小，频率更精准，C_C0～C_3，为二进制加权电容。为了电容网络和MOS开关的匹配，图3所示，高4位经过解码为温度码后去控制电容来实现16C、32C、64C、128C的二进制加权。整个电容网络的调节范围为1/3C～256.583C，可以使晶振达到在全温度范围内小于1ppm误差的频率输出，适合实时时钟电路应用。
值得一提的是，本实用新型专利申请涉及的反相器和晶体等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本实用新型专利的发明点所在，本实用新型专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，其特征在于，包括振荡器核心电路，所述振荡器核心电路包括反相器INV、场效应管Q1、场效应管Q2、驱动电阻RD和晶体X，其中：
所述反相器INV的输入端和输出端之间连接有所述驱动电阻RD和所述场效应管Q1并且所述场效应管Q1的两端并接有所述场效应管Q2；
所述场效应管Q2的两端并接有所述晶体X；
所述晶体X靠近所述反相器INV的输入端的一端通过第一电容阵列电路接地并且所述晶体X靠近所述反相器INV的输出端的一端通过第二电容阵列电路接地。
2.根据权利要求1所述的一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，其特征在于，所述第一电容阵列电路包括若干第一电容和所述第一电容数量相同的第一场效应管，各个所述第一电容的正极与所述晶体X靠近所述反相器INV的输入端的一端电性连接并且各个所述第一电容的负极与对应的所述第一场效应管的源极电性连接，各个所述第一场效应管的漏极均接地。
3.根据权利要求2所述的一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，其特征在于，所述第二电容阵列电路包括若干第二电容和所述第二电容数量相同的第二场效应管，各个所述第二电容的正极与所述晶体X靠近所述反相器INV的输出端的一端电性连接并且各个所述第二电容的负极与对应的所述第二场效应管的源极电性连接，各个所述第二场效应管的漏极均接地。
4.根据权利要求3所述的一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，其特征在于，带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器还包括解码器U1，各个所述第一场效应管的栅极和各个所述第二场效应管的栅极分别与所述解码器U1电性连接。
5.根据权利要求4所述的一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器，其特征在于，所述场效应管Q1为N型MOS管，所述场效应管Q2为P型MOS管。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202123189501.3U CN217063682U (zh) | 2021-12-18 | 2021-12-18 | 一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器 |
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| CN202123189501.3U Active CN217063682U (zh) | 2021-12-18 | 2021-12-18 | 一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器 |
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2021
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