-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oszillatoranordnung und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Taktsignals.
-
Oszillatoranordnungen werden beispielsweise zum Bereitstellen eines Taktsignals für eine Ladungspumpe eingesetzt. Die Ladungspumpe setzt üblicherweise das Taktsignal für ein Verfahren zur Spannungskonversion ein.
-
Das Dokument
US 5,604,467 befasst sich mit einer temperaturkompensierten Stromquelle, welche zum Betrieb eines stromkontrollierten Oszillators eingesetzt wird.
-
Im Dokument ”CMOS Analog Integrated Circuits Based an Weak Inversion Operation”, E. Vittoz, J. Fellrath, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Band SC-12, Nr. 3, Juni 1977, Seiten 224–231, werden mehrere Referenzstromquellen beschrieben.
-
Dokument
WO 2007/031200 A1 befasst sich mit einer Oszillatoranordnung, die einen Kondensator, zwei Komparatoren, eine Bias-Quelle, einen Spannungsregler und eine Steuereinheit aufweist. Die Steuereinheit umfasst ein Flip-Flop.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Oszillatoranordnung und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Taktsignals zur Verfügung zu stellen, welche mit einem geringen Aufwand realisierbar sind.
-
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 und dem Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
In einer Ausführungsform umfasst eine Oszillatoranordnung eine Referenzspannungsschaltung, einen Kondensatorabgriff, einen Komparator, einen Entladetransistor und einen Oszillatorausgang. Die Referenzspannungsschaltung weist einen ersten Transistor und einen Referenzspannungsabgriff auf. Der Referenzspannungsabgriff ist an einen ersten Anschluss einer gesteuerten Strecke des ersten Transistors angeschlossen. An den Kondensatorabgriff ist ein Kondensator ankoppelbar. Der Komparator umfasst einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Komparatorausgang. Der erste Eingang des Komparators ist mit dem Referenzspannungsabgriff verbunden. Hingegen ist der zweite Eingang des Komparators mit dem Kondensatorabgriff verbunden. Ein Steueranschluss des Entladetransistors ist mit dem Komparatorausgang gekoppelt. Der Oszillatorausgang ist ebenfalls mit dem Komparatorausgang gekoppelt.
-
Der Referenzspannungsabgriff dient zum Bereitstellen einer Referenzspannung. Am Kondensatorabgriff wird eine Kondensatorspannung bereitgestellt. Der Entladetransistor ist zum Entladen des Kondensators ausgebildet. Am Oszillatorausgang wird ein Taktsignal bereitgestellt.
-
Mit Vorteil vergleicht der Komparator das am ersten Eingang anliegende Signal, das der Referenzspannung oder einer davon abgeleiteten Spannung entspricht, und das an seinem zweiten Eingang anliegende Signal, welches der Kondensatorspannung oder einer davon abgeleiteten Spannung entspricht, und stellt ein Komparatorausgangssignal am Komparatorausgang in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis bereit. Der Entladungsvorgang des Kondensators wird vorteilhafterweise mittels des Komparatorausgangssignals oder eines davon abgeleiteten Signals gesteuert. Das Taktsignal wird in Abhängigkeit von dem Komparatorausgangssignal gebildet. Mit Vorteil ist die Oszillatoranordnung mit geringem Aufwand realisierbar.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Referenzspannungsschaltung die Referenzspannung in Abhängigkeit einer über der gesteuerten Strecke des ersten Transistors abfallenden Spannung bereit. Vorteilhafterweise wird kein Polysiliziumwiderstand oder Metallfilmwiderstand zum Bereitstellen der Referenzspannung verwendet. Derartige Widerstände weisen einen hohen Flächenbedarf auf. Da die Referenzspannung mittels des Spannungsabfalls an der gesteuerten Strecke des ersten Transistors gebildet wird, ist die Oszillatoranordnung mit Vorteil mit einem geringen Flächenbedarf auf einem Halbleiterkörper realisierbar.
-
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen eines Taktsignals ein Bereitstellen einer Referenzspannung, welche in Abhängigkeit einer über einer gesteuerten Strecke eines ersten Transistors abfallenden Spannung gebildet wird. Ein Kondensator wird aufgeladen und eine Kondensatorspannung bereitgestellt. Die Referenzspannung und die Kondensatorspannung werden verglichen. Eine Komparatorausgangsspannung wird in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs der Referenzspannung mit der Kondensatorspannung abgegeben. Der Kondensator wird in Abhängigkeit von der Komparatorausgangsspannung entladen. Das Taktsignal wird in Abhängigkeit von der Komparatorausgangsspannung bereitgestellt.
-
Mit Vorteil wird die Referenzspannung mittels einer gesteuerten Strecke des ersten Transistors erzeugt, sodass kein Polysiliziumwiderstand oder Metallfilmwiderstand für die Erzeugung der Referenzspannung benötigt wird. Mit Vorteil ist das Verfahren mit geringem Aufwand realisierbar.
-
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente und Schaltungsteile tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Schaltungsteile oder Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird der Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
-
Es zeigen:
-
1A–1D beispielhafte Ausführungsformen einer Oszillatoranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
-
2 einen beispielhaften Verlauf von Signalen der Oszillatoranordnung,
-
3 eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Kondensators.
-
1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Oszillatoranordnung. Die Oszillatoranordnung 1 umfasst eine Referenzspannungsschaltung 2 mit einem Referenzspannungsabgriff 3, einen Komparator 4 mit einem ersten und einem zweiten Eingang 5, 6 sowie einen Komparatorausgang 7, einen Kondensatorabgriff 10, einen Entladetransistor 11 und einen Oszillatorausgang 12. Der erste Eingang 5 des Komparators 4 ist direkt an den Referenzspannungsabgriff 3 angeschlossen. Dagegen ist der zweite Eingang 6 des Komparators 4 direkt an den Kondensatorabgriff 10 angeschlossen. An den Kondensatorabgriff 10 ist ein Kondensator 13 ankoppelbar. Der Kondensator 13 verbindet den Kondensatorabgriff 10 mit einem Bezugspotentialanschluss 8. Die Referenzspannungsschaltung 2 weist einen ersten Transistor 14 auf. Eine gesteuerte Strecke des ersten Transistors 14 verbindet den Referenzspannungsabgriff 3 mit dem Bezugspotentialanschluss 8. Der erste Transistor 14 umfasst einen ersten und einen zweiten Anschluss 15, 16 sowie einen Steueranschluss 17. Der erste Anschluss 15 des ersten Transistors 14 ist über den Referenzspannungsabgriff 3 direkt an den ersten Eingang 5 des Komparators 4 angeschlossen. Der zweite Anschluss 16 des ersten Transistors 14 ist direkt an den Bezugspotentialanschluss 8 angeschlossen. Die Referenzspannungsschaltung 2 weist darüber hinaus einen zweiten Transistor 18 auf. Der erste und der zweite Transistor 14, 18 sind seriell zueinander geschaltet und bilden zusammen einen Spannungsteiler. Der zweite Transistor 18 umfasst einen ersten und einen zweiten Anschluss 19, 20 sowie einen Steueranschluss 21. Der erste Anschluss 19 des zweiten Transistors 18 ist direkt an den Referenzspannungsabgriff 3 angeschlossen. Der zweite Anschluss 20 des zweiten Transistors 18 ist an den Steueranschluss 21 des zweiten Transistors 18 und an den Steueranschluss 17 des ersten Transistors 14 angeschlossen.
-
Der Komparator 4 umfasst einen ersten und einen zweiten Komparatortransistor 22, 26. Ein erster Anschluss 23 des ersten Komparatortransistors 22 ist an den ersten Eingang 5 des Komparators 4 angeschlossen. Entsprechend ist ein erster Anschluss 27 des zweiten Komparatortransistors 26 an den zweiten Eingang 6 des Komparators 4 angeschlossen. Ein Steueranschluss 25 des ersten Komparatortransistors 22 ist mit einem Steueranschluss 29 des zweiten Komparatortransistors 26 verbunden. Ein zweiter Anschluss 24 des ersten Komparatortransistors 22 ist mit dem Steueranschluss 25 des ersten Komparatortransistors 22 verbunden. Der Komparatorausgang 7 ist an einen zweiten Anschluss 26 des zweiten Komparatortransistors angeschlossen. Weiter ist der Komparatorausgang 7 des Komparators 4 mit dem Oszillatorausgang 12 gekoppelt. Die Kopplung umfasst einen ersten Inverter 30. Ferner umfasst die Oszillatoranordnung 1 einen zweiten Inverter 31, der antiparallel zu dem ersten Inverter 30 geschaltet ist. Ein Eingang des ersten Inverters 30 ist mit einem Ausgang des zweiten Inverters 31 und ein Ausgang des ersten Inverters 30 ist mit einem Eingang des zweiten Inverters 31 verbunden. Der erste und der zweite Inverter 30, 31 bilden somit eine Speicherzelle, englisch: latch. Die Oszillatoranordnung umfasst darüber hinaus einen dritten Inverter 32, der zwischen den Komparatorausgang 7 und den Eingang des ersten Inverters 30 geschaltet ist. Eine gesteuerte Strecke des Entladetransistors 11 koppelt den Kondensatorabgriff 10 mit dem Bezugspotentialanschluss 8. Ein Steueranschluss des Entladetransistors 11 ist mit dem Oszillatorausgang 12 verbunden. Damit ist der Steueranschluss des Entladetransistors 11 mit dem Komparatorausgang 7 gekoppelt.
-
Die Oszillatoranordnung 1 umfasst darüber hinaus eine erste, eine zweite und eine dritte Stromquelle 34, 35, 36. Die erste Stromquelle 34 koppelt einen Versorgungsspannungsanschluss 9 mit der Referenzspannungsschaltung 2. Die erste Stromquelle 34 verbindet somit den Versorgungsspannungsanschluss 9 mit dem zweiten Anschluss 20 des zweiten Transistors 18. Die zweite und die dritte Stromquelle 35, 36 koppeln den Komparator 4 mit dem Versorgungsspannungsanschluss 9. Dazu verbindet die zweite Stromquelle 35 den zweiten Anschluss 24 des ersten Komparatortransistors 22 mit dem Versorgungsspannungsanschluss 9. Die dritte Stromquelle 36 hingegen verbindet den zweiten Anschluss 28 des zweiten Komparatortransistors 26 mit dem Versorgungsspannungsanschluss 9. Die erste Stromquelle 34 umfasst einen ersten Stromquellentransistor 37. Entsprechend umfasst die zweite und die dritte Stromquelle 35, 36 einen zweiten beziehungsweise einen dritten Stromquellentransistor 38, 39. Die drei Stromquellen 34 bis 36 sind als Stromspiegel geschaltet. Die Steueranschlüsse des ersten, des zweiten und des dritten Stromquellentransistors 37 bis 39 sind miteinander verbunden. Darüber hinaus sind die drei Steueranschlüsse der drei Stromquellentransistoren 37 bis 39 mit einem ersten Anschluss des ersten Stromquellentransistors 37 verbunden. Der erste Anschluss des ersten Stromquellentransistors 37 ist an den zweiten Anschluss 20 des zweiten Transistors 18 angeschlossen. Hingegen ist ein erster Anschluss des zweiten Stromquellentransistors 38 an den zweiten Anschluss 24 des ersten Komparatortransistors 22 angeschlossen. Entsprechend ein erster Anschluss des dritten Stromquellentransistors 39 an den zweiten Anschluss 28 des zweiten Komparatortransistors 26 angeschlossen. Die zweiten Anschlüsse der drei Stromquellentransistoren 37 bis 39 sind mit dem Versorgungsspannungsanschluss 9 verbunden.
-
Am Referenzspannungsabgriff 3 wird eine Referenzspannung VREF bereitgestellt, die dem ersten Eingang 5 des Komparators 4 zugeleitet wird. Am Kondensatorabgriff 10 ist eine Kondensatorspannung VC abgreifbar, welche dem zweiten Eingang 6 des Komparators 4 zugeführt wird. Am Komparatorausgang 7 wird eine Komparatorausgangsspannung VOUT abgegriffen. Die Oszillatoranordnung 1 stellt am Oszillatorausgang 12 ein Taktsignal CLK als Funktion der Komparatorausgangsspannung VOUT bereit. An den Versorgungsspannungsanschluss 9 wird eine Versorgungsspannung VDD angelegt. Ein Bezugspotential VSS liegt am Bezugspotentialanschluss 8 an.
-
Gemäß den in 2 dargestellten Signalverläufen weist in einer ersten Betriebsphase A das Taktsignal CLK einen logischen Wert 0 auf, welcher einem Spannungswert von 0 V entspricht. Der Entladetransistor 11 ist somit in einen sperrenden Zustand geschaltet. Ein von der ersten Stromquelle 34 bereitgestellter erster Strom I1 fließt somit durch den ersten und den zweiten Transistor 14, 18. Ein von der zweiten Stromquelle 35 bereitgestellter zweiter Strom I2 fließt näherungsweise durch die gesteuerte Strecke des ersten Komparatortransistors 22 und durch den ersten Transistor 14. Die Referenzspannung VREF entspricht einer über der gesteuerten Strecke des ersten Transistors 14 abfallenden Spannung. Die Referenzspannung VREF wird in Abhängigkeit eines Einschaltwiderstandes RON des ersten Transistors 14 und des ersten und des zweiten Strom I1, I2 gebildet und kann näherungsweise mit folgender Gleichung berechnet werden: VREF = RON·(I1 + I2),
-
Ein von der dritten Stromquelle 36 bereitgestellter dritter Strom I3 fließt im Wesentlichen durch den zweiten Komparatortransistor 26 zu dem Kondensator 13. Mit dem dritten Strom I3 wird somit der Kondensator 13 aufgeladen, sodass am Kondensator 13 die Kondensatorspannung VC abgreifbar ist. Die Kondensatorspannung VC steigt näherungsweise linear mit der Zeit t an. Ein Wert der Kondensatorspannung VC am Ende der ersten Betriebsphase A kann näherungsweise mit folgender Gleichung berechnet werden: VC = TA·I3 / C wobei I3 ein Wert des dritten Stromes, TA einen Wert der Dauer des ersten Betriebsphase A und C ein Kapazitätswert des Kondensators 13 ist.
-
Die Kondensatorspannung VC wird dem zweiten Eingang 6 des Komparators 4 und die Referenzspannung VREF dem ersten Eingang 5 des Komparators 4 zugeleitet. Dabei ist der erste Eingang als invertierender Eingang und der zweite Eingang 6 als nicht-invertierender Eingang des Komparators 4 ausgebildet. Ist die Referenzspannung VREF größer als die Kondensatorspannung VC, so weist die Komparatorausgangsspannung VOUT einen niedrigen Wert auf. Die Kondensatorausgangsspannung VOUT wird mittels des dritten Inverters 32 verstärkt. Darüber hinaus wird die Kondensatorausgangsspannung VOUT mittels des ersten und des dritten Inverters 30, 32 zwei Mal für das Bereitstellen des Taktsignals CLK invertiert. Solange der Komparatorausgangsspannung VOUT einen niedrigen Spannungswert und damit das Taktsignal CLK den logischen Wert 0 aufweisen, ist der Entladetransistor 11 sperrend geschaltet. Steigt jedoch aufgrund des Aufladevorgangs mittels des dritten Stromes I3 die Kondensatorspannung VC auf den Wert der Referenzspannung VREF an, so erhöht sich der Spannungswert der Komparatorausgangsspannung VOUT und die Oszillatoranordnung 1 befindet sich in der zweiten Betriebsphase B. Entsprechend geht das Taktsignal CLK vom Spannungswert 0 V auf den Spannungswert der Versorgungsspannung VDD und damit vom logischen Wert 0 auf den logischen Wert 1 über. Demzufolge wird der Entladetransistor 11 in einen leitenden Betriebszustand geschaltet, sodass der Kondensator 13 entladen wird und die Kondensatorspannung VC auf näherungsweise 0 V abgesenkt wird. Nach dem Absenken der Kondensatorspannung VC auf 0 V ist die Kondensatorspannung VC nunmehr wieder geringer als die Referenzspannung VREF, sodass die Komparatorausgangsspannung VOUT einen niedrigen Spannungswert und das Taktsignal CLK wieder den logischen Wert 0 annehmen. Der Vorgang wiederholt sich periodisch. Am Übergang von der ersten zu der zweiten Betriebsphase A, B ist die Kondensatorspannung VC näherungsweise gleich der Referenzspannung VREF. Eine Periodendauer T des Taktsignals CLK lässt sich somit gemäß folgender Gleichung berechnen: T = TA + TB, wobei TB eine Dauer der zweiten Betriebsphase B ist. Eine Oszillatorfrequenz f entspricht dem Kehrwert der Periodendauer T.
-
Mit Vorteil wird der erste Transistor 14 in einem Triodenbereich betrieben, da durch ihn der erste und der zweite Strom I1, I2 fließen und eine Spannung an seinem Steueranschluss 17 auf einem hohen Wert ist. Der Aufwand für die Herstellung eines Polysiliziumwiderstandes oder eines Metallwiderstandes entfällt, da die Referenzspannung VREF mittels Transistoren gebildet wird. Ein Strompfad zum Erzeugen der Referenzspannung VREF und ein Strompfad zum Erzeugen der Kondensatorspannung VC umfassen den Komparator 4. Es werden somit keine zusätzlichen Strompfade, welche einen zusätzlichen Leistungsbedarf und einen weiteren Flächenaufwand auf einem Hableiterkörper verursachen, für die Realisierung des Komparators 4 benötigt. Die Oszillatoranordnung 1 weist daher vorteilhafterweise einen niedrigen Leistungsverbrauch auf und kann in batteriebetriebenen Geräten eingesetzt werden. Ein derartiges Gerät kann beispielsweise eine Ladungspumpe zum Betrieb eines mikromechanischen Mikrophons umfassen. Der Leistungsverbrauch der Oszillatoranordnung 1 ist näherungsweise unabhängig von der Versorgungsspannung VDD, da ausschließlich der Leistungsverbrauch der Inverter 30 bis 32 von der Versorgungsspannung VDD abhängt. Der Leistungsverbrauch kann weiter verringert werden, indem beim Entwerfen der Oszillatoranordnung 1 Transistoren mit geringer Stromtreiberfähigkeit ausgewählt werden.
-
Ein Flächenbedarf für die Realisierung des Oszillatoranordnung 1 auf einem Halbleiterkörper ist gering, da ein flächenintensiver, hochohmiger, passiver, integrierter Widerstand entfallen kann. Die Periodendauer T des Taktsignals CLK ist stabil und näherungsweise unabhängig von dem Wert der Versorgungsspannung VDD und einer Temperatur sowie von Schwankungen bei den Herstellungsprozessen. Eine Einschwingzeit ist gering. Mit Vorteil wird mittels des ersten und des zweiten Inverters 30, 31 eine Rückkopplung erzeugt, so dass sich bei einem Einschalten der Oszillatoranordnung 1 selbsttätig ein Startwert des Taktsignals CLK einstellt und somit die Oszillatoranordnung 1 entweder mit der ersten Betriebsphase A oder mit der zweiten Betriebsphase B beginnt. Auch bei einer Restladung auf einer Elektrode des Kondensators 13 wird ein stabiler Betrieb nach einem Hochfahren der Versorgungsspannung VDD erzielt. Eine zusätzliche Schaltung zur Vorgabe einer Startbedingung kann entfallen.
-
In einer Ausführungsform mit einem Herstellungsprozess mit einer typischen Strukturgröße von 0,35 μm beträgt die Oszillatorfrequenz 1 MHz, der Flächenbedarf auf dem Halbleiterkörper 0,003 mm2 und ein Stromverbrauch 1 bis 2 μA. Die drei Inverter 30 bis 32 weisen jeweils zwei Transistoren auf, so dass in der Oszillatoranordnung 1 insgesamt 14 Transistoren und der Kondensator 13 verwendet werden.
-
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist der erste Anschluss 15 des ersten Transistors 14 mit dem Steueranschluss 17 des ersten Transistors 14 verbunden. Der zweite Anschluss 20 und der Steueranschluss 21 des zweiten Transistors 18 sind hingegen nicht mit dem Steueranschluss 17 des ersten Transistors 14 verbunden.
-
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist der zweite Anschluss 28 des zweiten Komparatortransistors 26 mit den Steueranschlüssen 25, 29 des ersten und des zweiten Komparatortransistors 22, 26 verbunden. Der zweite Anschluss 24 des ersten Komparatortransistors 22 ist dagegen nicht mit den Steueranschlüssen 25, 29 verbunden.
-
1B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Oszillatoranordnung, welche eine Weiterbildung der in 1A gezeigten Oszillatoranordnung ist. Die Oszillatoranordnung 1 gemäß 1B umfasst einen gemeinsamen Steuertransistor 40, der mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Stromquellentransistor 37 bis 39 zur Bildung eines Stromspiegels verschaltet ist. Im Unterschied zu der Oszillatoranordnung gemäß 1A ist in der Oszillatoranordnung 1 gemäß 1B der Steueranschluss des ersten Stromquellentransistors 37 nicht mit einem Anschluss des ersten Stromquellentransistors 37 verbunden. Die drei Steueranschlüsse des ersten, des zweiten und des dritten Stromquellentransistors 37 bis 39 sind mit einem Steueranschluss des gemeinsamen Steuertransistors 40 und mit einem ersten Anschluss des gemeinsamen Steuertransistors 40 verbunden. Ein zweiter Anschluss des gemeinsamen Steuertransistors 40 ist am Versorgungsspannungsanschluss 9 angeschlossen. Der gemeinsame Steuertransistor 40 ist somit als Diode geschaltet. Daher bildet der gemeinsame Steuertransistor 40 jeweils einen Stromspiegel mit den drei Stromquellentransistoren 37 bis 39. Der erste Anschluss des gemeinsamen Steuertransistors 40 ist mit einem Abgriff 46 verbunden, der über eine Referenzstromquelle 41 mit dem Bezugspotentialanschluss 8 gekoppelt ist.
-
Der Kondensator 13 umfasst einen dritten Transistor 33, der als Kondensator geschaltet ist. Ein Steueranschluss des dritten Transistors 33 ist mit dem Kondensatorabgriff 10 verbunden. Ein erster und ein zweiter Anschluss des dritten Transistors 33 sind an den Bezugspotentialanschluss 8 angeschlossen.
-
Die Referenzstromquelle 41 weist einen Referenzstrom I4 auf, der durch den gemeinsamen Steuertransistor 40 fließt. Die drei Stromquellentransistoren 37 bis 39 und der gemeinsame Steuertransistor 40 zeigen die gleiche Stromtreiberfähigkeit. Somit sind die Werte des ersten, des zweiten und des dritten Stroms I1, I2, I3 sowie des Referenzstroms I4 näherungsweise gleich. Die Transistoren 14, 18, 22, 26, 33, 37 bis 40 sind als Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistoren realisiert.
-
Mit Vorteil kann mittels der Referenzstromquelle 41 ein Vorgabewert für den ersten, den zweiten und den dritten Strom I1, I2, I3 erreicht werden. Mit Vorteil wird mittels des als Kondensator geschalteten dritten Transistors 33 ein Anschließen eines externen Kondensators vermieden. Die Oszillatoranordnung 1 weist nur 16 Transistoren sowie die Referenzstromquelle 41 auf. Mit Vorteil ist die Oszillatoranordnung 1 daher aufwandsarm realisierbar.
-
1C zeigt eine alternative beispielhafte Ausführungsform einer Oszillatoranordnung, welche eine Weiterbildung der in 1B gezeigten Oszillatoranordnung ist. Die Referenzstromquelle 41 umfasst einen vierten, einen fünften und einen sechsten Transistor 42 bis 44. Ferner umfasst die Referenzstromquelle 41 einen Widerstand 45. Der vierte Transistor 42 koppelt den Abgriff 46 mit dem Bezugspotentialanschluss 8. Eine Serienschaltung umfasst den fünften Transistor 43, den Widerstand 45 und den sechsten Transistor 44 und verbindet den Versorgungsspannungsanschluss 9 mit dem Bezugspotentialanschluss 8. Ein Steueranschluss des vierten Transistors 42 ist mit einem Abgriff zwischen dem fünften Transistor 43 und dem Widerstand 45 verbunden. Weiter ist ein Steueranschluss des fünften Transistors mit einem Abgriff zwischen dem Widerstand 45 und dem sechsten Transistor 44 verbunden. Darüber hinaus ist ein Steueranschluss des sechsten Transistors 6 an den Bezugspotentialanschluss 8 angeschlossen. Ein Stützkondensator 47 koppelt den Steueranschluss des vierten Transistors 42 mit dem Bezugspotentialanschluss.
-
Der Referenzstrom I4 fließt somit durch den vierten Transistor 42. Der sechste Transistor 44 stellt eine primäre Referenz dar. Der sechste Transistor 44 wird mit einer Stromstabilisatorschaltung, welche den vierten und den fünften Transistor 42, 43 sowie den Widerstand 45 umfasst, gekoppelt. Somit wird mittels eines fünften Stromes I5, der durch den fünften und sechsten Transistor 43, 44 und den Widerstand 45 fließt, der Referenzstrom I4 eingestellt.
-
Mit Vorteil ist der Referenzstrom I4 proportional zu dem absoluten Wert der Temperatur. Somit sind sowohl die Referenzspannung VREF wie auch der dritte Strom I3, mit dem der Kondensator 13 aufgeladen wird, näherungsweise proportional zu der Temperatur, so dass der resultierende Einfluss der Temperatur auf die Periodendauer T noch weiter verringert ist.
-
1D zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Oszillatoranordnung, welche eine Weiterbildung der in 1B gezeigten Oszillatoranordnung ist. Die Referenzstromquelle 41 umfasst einen siebten, einen achten und einen neunten Transistor 48 bis 50 sowie einen weiteren Widerstand 51.
-
Der Abgriff 46 ist über den siebten Transistor 48 und den weiteren Widerstand 50 mit dem Bezugspotentialanschluss 8 verbunden. Der achte und der neunte Transistor 49, 50 sind seriell zueinander geschaltet und koppeln den Versorgungsspannungsanschluss 9 mit dem Bezugspotentialanschluss 8. Ein erster Anschluss des achten Transistors 49 ist mit dem Bezugspotentialanschluss 8 und ein zweiter Anschluss des achten Transistors 49 ist mit den Steueranschlüssen des siebten und des achten Transistors 48, 49 verbunden. Ein erster Anschluss des neunten Transistors 50 ist mit dem Versorgungsspannungsanschluss 9 und ein zweiter Anschluss des neunten Transistors 50 ist mit dem zweiten Anschluss des achten Transistors 49 verbunden. Ferner ist ein Steueranschluss des neunten Transistors 50 mit dem Abgriff 46 verbunden.
-
Ein sechster Strom I6 fließt durch den achten und den neunten Transistor 49, 50. Der neunte Transistor 50 und der gemeinsame Steuertransistor 40 bilden einen Stromspiegel. Auch der siebte und der achte Transistor 48, 49 bilden einen Stromspiegel, da der Referenzstrom I4 derart gering ist, dass ein Spannungsabfall VR über dem Widerstand 50 vernachlässigt werden kann. Der Stromspiegel aus dem neunten Transistor 50 und dem gemeinsamen Steuertransistor 40 sowie der Stromspiegel aus dem siebten und aus dem achten Transistor 48, 49 sind miteinander in Form eines geschlossenen Regelkreises verschaltet. Ein Verstärkungsfaktor des Regelkreises ist größer als 1, sodass der Referenzstrom I4 und der sechste Strom I6 anfänglich ansteigen, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Das Gleichgewicht ist erreicht, wenn der Verstärkungsfaktor des Regelkreises durch den Spannungsabfall VR über dem Widerstand 51 reduziert wird. Der Widerstand 51 ist als Diffusionswiderstand realisiert. Der Widerstand 51 kann wie eine p-Wanne dotiert sein.
-
Mit Vorteil ist mittels einer einfachen Referenzstromquelle 41 eine genaue Einstellung des Referenzstroms I4 und damit der drei Ströme I1, I2, I3, welche zum Aufladen des Kondensators 13 und zum Erzeugen der Referenzspannung VREF dienen, erzielbar. Der Referenzstrom I4 ist vorteilhafterweise proportional zu dem absoluten Wert der Temperatur.
-
2 zeigt Signalverläufe der Oszillatoranordnung 1 in Abhängigkeit von der Zeit t. In der ersten Betriebsphase A steigt die Kondensatorspannung VC näherungsweise proportional mit der Zeit t bis auf den Wert der Referenzspannung VREF an. In der zweiten Betriebsphase B fällt die Kondensatorspannung VC auf einen Anfangswert von 0 V ab. Die Kondensatorspannung VC weist somit einen sägezahnförmigen Verlauf auf.
-
3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Kondensators 13. Gemäß 3 ist der Kondensator 13 als Varaktordiode 52 ausgebildet. Die Varaktordiode 52 ist zwischen den Kondensatorabgriff 10 und den Bezugspotentialanschluss 8 geschaltet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Oszillatoranordnung
- 2
- Referenzspannungsschaltung
- 3
- Referenzspannungsabgriff
- 4
- Komparator
- 5
- erster Eingang
- 6
- zweiter Eingang
- 7
- Komparatorausgang
- 8
- Bezugspotentialanschluss
- 9
- Versorgungsspannungsanschluss
- 10
- Kondensatorabgriff
- 11
- Entladetransistor
- 12
- Oszillatorausgang
- 13
- Kondensator
- 14
- erster Transistor
- 15
- erster Anschluss
- 16
- zweiter Anschluss
- 17
- Steueranschluss
- 18
- zweiter Transistor
- 19
- erster Anschluss
- 20
- zweiter Anschluss
- 21
- Steueranschluss
- 22
- erster Komparatortransistor
- 23
- erster Anschluss
- 24
- zweiter Anschluss
- 25
- Steueranschluss
- 26
- zweiter Komparatortransistor
- 27
- erster Anschluss
- 28
- zweiter Anschluss
- 29
- Steueranschluss
- 30
- erster Inverter
- 31
- zweiter Inverter
- 32
- dritter Inverter
- 33
- dritter Transistor
- 34
- erste Stromquelle
- 35
- zweite Stromquelle
- 36
- dritte Stromquelle
- 37
- erster Stromquellentransistor
- 38
- zweiter Stromquellentransistor
- 39
- dritter Stromquellentransistor
- 40
- gemeinsamer Steuertransistor
- 41
- Referenzstromquelle
- 42
- vierter Transistor
- 43
- fünfter Transistor
- 44
- sechster Transistor
- 45
- Widerstand
- 46
- Abgriff
- 47
- Stützkondensator
- 48
- siebter Transistor
- 49
- achter Transistor
- 50
- neunter Transistor
- 51
- weiterer Widerstand
- 52
- Varaktordiode
- A
- erste Betriebsphase
- B
- zweite Betriebsphase
- CLK
- Taktsignal
- I1
- erster Strom
- I2
- zweiter Strom
- I3
- dritter Strom
- I4
- Referenzstrom
- I5
- fünfter Strom
- I6
- sechster Strom
- VC
- Kondensatorspannung
- VDD
- Versorgungsspannung
- VOUT
- Komparatorausgangsspannung
- VR
- Spannungsabfall
- VREF
- Referenzspannung
- VSS
- Bezugspotential
