CN2669476Y - 带温度及工艺补偿功能的环形振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环形振荡器，尤其是一种具有温度及工艺补偿功能的环形振荡器。在环形振荡器的各环形振荡级中，已经对部分MOS进行工艺补偿，然而仍有一部分MOS未有补偿，因此在环形振荡级的前面增加对应的MOS管源极跟随器以实现对环形振荡级的工艺补偿。同时通过调节基准电压源，以此来补偿因加入MOS管源极跟随器后而引起的环形振荡级输出振荡频率的温度变化特性。通过以上设置，使得环形振荡器可以在一定的工艺变化、温度变化及电压变化范围内实现输出振荡频率的稳定性。

Description

带温度及工艺补偿功能的环形振荡器

技术领域

本实用新型涉及一种环形振荡器，特别是一种具有温度及工艺补偿功能的环形振荡器。

背景技术

在许多电子电路应用的场合中，为了正确的操作，需要提供电路的一部分对于另一部分的准确的定时或同步。利用其频率准确到满足被定时或被同步电路的需要的本机振荡器可方便地提供这种定时。根据所要求的准确程度的不同，在频率范围可以较宽的场合，振荡器可以非常简单和廉价，而在要求较高的频率准确度(小于百分之几的误差)的场合可能相对较复杂和昂贵。因此，需要振荡器能够提供既简单和廉价又准确的频率操作。互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术已充分发展，对于许多应用，该技术是设计与实现大规模集成电路的精选技术。

已将各种振荡器用于CMOS集成电路(IC)上的其它的印制板上定时。特别适合于用CMOS技术来实现的一种振荡器是环形振荡器。在这种振荡器中没有在其它振荡器中被用来准确地设定操作频率的电感-电容调谐电路。环形振荡器不使用调谐电路而是使用奇数个串联的相同和非常简单的反相级，各级的输出与下一级的输入连接、最后级的输出与第一级的输入连接。

综上所述，环形振荡器电路在模拟电路设计中的应用已经极为广泛。然而，在使用环形振荡器的时候，由于工艺及温度的变化容易使最终输出的振荡频率不稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述情况，提供一种能够提供工艺和温度补偿的环形振荡器。

本实用新型所公开的环形振荡器包括至少一个环振级、电压跟随器及源极跟随器。其中，各环振级中包括有N1管、Ncap管和一个P1管。通过N1管和Ncap管的相互作用实现了对NMOS管的工艺补偿。在产生振荡电压Vosc的第一级加上了一个PMOS管的源极跟随器。这样就能对P1管引起的工艺误差实现了工艺补偿。将PMOS管的输入电压的温度系数调整为正，以补偿PMOS管源极跟随器的负温度特性。

本实用新型也可以采用下列设置，环形振荡器包括至少一个环振级、电压跟随器及源极跟随器。各环振级对其中的PMOS管进行了工艺补偿，而对NMOS管未进行相应的工艺补偿。且各环振级在较快的工艺条件下时，产生的振荡频率降低。在产生振荡级电压Vosc的第一级上增加一个NMOS管的源极跟随器。这样就能对各环振级的NMOS的工艺误差实现了工艺补偿。将NMOS管的输入电压的温度系数调整为负，以补偿NMOS管源极跟随器的正温度特性。

由于采用以上设置，本实用新型的环形振荡器可以实现在一定的温度、工艺和电压变化范围内环振的输出频率保持稳定。

附图说明

图1是本实用新型带温度及工艺补偿功能的环形振荡器的第一实施例的电路原理图。

其中：

在环振第一级中Feedback反馈信号表示奇数级后的输出反馈信号，Vosc为前级提供的振荡级电压，Ncap为开关Nsel控制的NMOS电容。

图2是本实用新型带温度及工艺补偿功能的环形振荡器的另一实施例的电路原理图。

其中：

在Vosc为前级提供的振荡级电压。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

本实用新型带温度及工艺补偿功能的环形振荡器的工艺补偿功能的实现方式为：请参阅图1所示，环形振荡器包括多个部分，其中第一部分为源极跟随器，第二部分为电压跟随器，第三部分表示环振级(图中仅示环振第一级)。各个部分顺次相连。

在环振第一级中，N1管和Ncap管实现了NMOS管的工艺补偿，而对P1管(PMOS管)未进行相应的工艺补偿，因此在产生振荡电压Vosc的第一级加上了一个Pc管(PMOS管)形成的源极跟随器。例如当受工艺影响使PMOS工作在较快的工艺条件下的时候，P1导通的速度比较快，此时输出的振荡频率比较高，由于Pc管也处于较快的工艺条件下，导致输出的振荡电压下降，这样就能降低P1管引起的频率升高作用，达到工艺补偿的效果，其余工艺情况下的分析类似。

由于加上了PMOS源极跟随器，实现了对后级的工艺补偿功能，却使原来的基准电压(Vref_in)经过源极跟随器后变成了受温度影响的输出电压(Vref_out)，且呈现负温度特性，即当温度升高时，由于PMOS管阈值电压(Vth)减小，而Vref_in不变，使得Vref_out减小。因此特意将Vref_in的温度系数调整为正的，以补偿后面PMOS源极跟随器的负温度系数。

同理，本专利申请同样也包括前级NMOS源极跟随器对后级NMOS振荡级的工艺补偿，然后再对NMOS源极跟随器的温度系数进行补偿。

请参阅图2所示，环形振荡器包括多个部分，其中第一部分为源极跟随器，第二部分为电压跟随器，第三部分表示各环振级(图中仅示环振第一级的框图，未细节描述)。各个部分顺次相连。

本实施例中各环振级当受工艺影响使NMOS工作在较快的工艺条件下时，其输出的振荡频率较低。而由于Nc管也处于较快的工艺条件下，从而输出的振荡电压升高，这样就能使经过各环振级后的振荡频率回升，降低上述的振荡频率下降的作用，达到工艺补偿的效果。

由于加上了NMOS源极跟随器，实现了对后级的工艺补偿功能，却使原来的基准电压(Vref_in)经过源极跟随器后变成了受温度影响的输出电压(Vref_out)，且呈现正温度特性，即当温度升高时，由于NMOS管阈值电压(Vth)减小，而Vref_in不变，使得Vref_out升高。因此特意将Vref_in的温度系数调整为负的，以补偿后面NMOS源极跟随器的正温度系数。

综上所述，本实用新型通过以上技术方案的实施，达到了设计人的目的。该环形振荡器能够保证在一定的工艺、电压及温度范围内输出频率的稳定。

Claims (4)

1.一种带温度和工艺补偿功能的环形振荡器，包括至少一个环振级、电压跟随器及源极跟随器，其特征在于：在环振的第一级前另设一MOS管源极跟随器，从而实现对各环振级中的未补偿的MOS管进行工艺补偿，使得在一定的工艺变化范围内环振的输出频率保持稳定。

2.如权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于：根据源极跟随器的负温度特性，将基准电压源的温度系数设置为正，使得在一定的温度变化范围内环振的输出频率保持稳定。

3.如权利要求2所述的环形振荡器，其特征在于：各环振级中未对PMOS管进行工艺补偿，且当各振荡级工作在较快的工艺条件下时，其振荡频率升高，在上述环振第一级前所设MOS管为PMOS管，而根据PMOS管源极跟随器的负温度特性，将基准电压的温度系数设置为正。

4.如权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于：各环振级中未对NMOS管进行工艺补偿，且当各振荡级工作在较快的工艺条件下时，其振荡频率降低，在上述环振第一级前所设MOS管为NMOS管，而根据NMOS管源极跟随器的正温度特性，将基准电压的温度系数设置为负。