DE102014222133A1

DE102014222133A1 - Temperaturkompensierter Oszillator und Vorrichtung, die diesen umfasst

Info

Publication number: DE102014222133A1
Application number: DE201410222133
Authority: DE
Inventors: Jun Ho Kim; Jong-Pil Cho
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: US9900015B2; CN109379046B; JP2015089135A; CN109379046A; KR102074946B1; DE102014222133B4; US9438205B2; JP6568684B2; CN104601114B; US20160352339A1; CN104601114A; KR20150049632A; US20150116042A1

Abstract

Ein temperaturkompensierter Oszillator und eine Vorrichtung, die diesen umfassen, umfassen eine Schwingungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Schwingungssignal zu erzeugen, unter der Benutzung eines Betriebsstroms und einer Betriebsspannung, einer Vorspannungs-Schaltung, die dazu ausgelegt ist, den Betriebsstrom zu steuern, so dass eine Frequenz des Schwingungssignals ansteigt, wenn eine Temperatur ansteigt, und eine Spannungserzeugungseinheit, die dazu ausgelegt ist, die Betriebsspannung zu erzeugen, die mit der Temperatur variiert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-0130436 , welche am 30. Oktober 2013 angemeldet wurde, deren Inhalt hiermit durch Bezug hierin aufgenommen wird.
HINTERGRUND
1. Gebiet der Technik
Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine elektronische Schaltung, und insbesondere einen Oszillator, um ein Taktsignal zu erzeugen, und eine Vorrichtung, die diesen umfasst.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Ringoszillator wird in der Regel verwendet, um ein Referenztaktsignal zu erzeugen. Um eine Frequenzänderung in Bezug auf eine Temperaturänderung zu minimieren, wird üblicherweise in einem Ringoszillator-Design ein temperaturkompensierter Strom verwendet, der das selbe ist, wie ein Strom, der in einer Bandlücken-Referenzschaltung (BGR-Schaltung) erzeugt wird. Jedoch umfasst eine Schaltung zur Erzeugung des temperaturkompensierten Stroms üblicherweise einen einzigen Operationsverstärker und eine Vielzahl von Widerständen und ist daher nur schwer in ein Design für einen ultra-niedrigen Strom-(z. B. Nanostrom-)Betrieb, wie ein Standby-Modus (oder einem Stopmodus), einsetzbar.
Ein Ultraniedrigstrom-Referenztaktgenerator benötigt eine stabile Frequenzcharakteristik in Bezug auf Temperaturänderungen und außerdem einen minimalen Betriebsstrom. Es ist jedoch schwierig, diese Anforderungen mit einem herkömmlichen Entwurfsverfahren zu erfüllen, welches mehrere Widerstandselemente erfordert, deren Widerstandswert von mehreren MΩ bis zu mehreren zehn MΩ variiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende allgemeine erfinderische Idee erbringt einen Oszillator, um ein stabiles Schwingungssignal in Bezug auf eine Temperaturänderung zu erzeugen, und eine elektronische Vorrichtung, die diese aufweist.
Weitere Merkmale und Nutzen der vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee werden zum Teil in der folgenden Beschreibung erläutert und werden zum Teil offensichtlich aus der Beschreibung hervorgehen, oder können durch Anwendung der allgemeinen erfinderischen Idee erlernt werden.
Die vorangehenden und/oder weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee kann durch Bereitstellen eines temperaturkompensierten Oszillators erreicht werden, der eine Oszillatoreinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, ein Schwingungssignal zu erzeugen, unter Benutzung eines Betriebsstroms und einer Betriebsspannung, eine Vorspannungsschaltung umfasst, die dazu ausgelegt ist, den Betriebsstrom zu steuern, so dass eine Frequenz des Schwingungssignals mit steigender Temperatur zunimmt, und eine Spannungserzeugungseinheit umfassen, die dazu ausgelegt ist, die Betriebsspannung mit der Temperatur variiert, zu erzeugen. Die Spannungserzeugungseinheit kompensiert eine Änderung in einer Frequenz des Schwingungssignals in Bezug auf eine Änderung der Temperatur komplementär mit der Vorspannungs-Schaltung, durch Steuerung der Betriebsspannung, so dass die Frequenz des Schwingungssignals abnimmt, wenn die Temperatur ansteigt.
Die Oszillatoreinheit kann eine ungerade Anzahl von Invertierern umfassen, die in Reihe in einer Ringform geschaltet sind und wenigstens eine Stromquelle einer ersten Stromquelle, die zwischen einer ersten Betriebsspannung in der Betriebsspannung und der Invertierer geschaltet ist und gesteuert wird durch die Vorspannungs-Schaltung und/oder eine zweite Stromquelle, die mit den Invertierern und einer zweiten Betriebsspannung in der Betriebsspannung verbunden ist und durch die Vorspannungs-Schaltung gesteuert wird.
Die Vorspannungs-Schaltung kann eine Stromquelle umfassen, die proportional zur absoluten Temperatur-(PTAT-)Stromquelle ist und dazu ausgelegt ist, den Betriebsstrom zu erzeugen, der mit steigender Temperatur zunimmt.
Die Spannungserzeugungseinheit kann einen Betriebsspannungserzeugungstransistor umfassen, der zwischen einer Versorgungsspannung und der ersten Betriebsspannung geschaltet ist und eine Diodenverbindung aufweist.
Die Spannungserzeugungseinheit kann des Weiteren einen Betriebsspannungserzeugungstransistor umfassen, der zwischen einer Massespannung und der zweiten Betriebsspannung geschaltet ist und eine Diodenverbindung aufweist.
Die Spannungserzeugungseinheit kann des Weiteren eine Substratspannungssteuerung umfassen, die dazu ausgelegt ist, eine Substratspannung des Betriebsspannungserzeugungstransistors in Reaktion auf ein digitales Steuersignal zu steuern, das wenigstens zwei Bit umfasst.
Die PTAT-Stromquelle kann einen ersten Transistor umfassen, mit einem Gate und einer Drain, die gemeinsam mit einem ersten Knoten verbunden sind, einen vierten Transistor mit einem Gate und einer Drain, die gemeinsam mit einem dritten Knoten verbunden sind, einen fünften Transistor mit einem Gate, das mit dem dritten Knoten verbunden ist und mit einer Drain, die mit einem vierten Knoten verbunden ist, einen sechsten Transistor mit einer Source, die mit der Versorgungsspannung verbunden ist, mit einem Gate, das mit dem vierten Knoten verbunden ist und mit einer Drain, die mit dem dritten Knoten verbunden ist, einen siebten Transistor mit einem Gate und einer Drain, die gemeinsam mit dem vierten Knoten verbunden sind und mit einer Source, die mit der Versorgungsspannung verbunden ist, und einen achten Transistor mit einer Gate, die mit dem vierten Knoten verbunden ist, mit einer Source, die mit der Versorgungsspannung verbunden ist, und mit einer Drain, die mit dem ersten Knoten verbunden ist.
Der erste Knoten kann mit der zweiten Stromquelle verbunden sein.
Die PTAT-Stromquelle kann des Weiteren einen zweiten Transistor umfassen, mit einem Gate, das mit dem ersten Knoten verbunden ist und mit einer Drain, die mit einem zweiten Knoten verbunden ist und einen dritten Transistor, mit einem Gate und einer Drain, die gemeinsam mit dem zweiten Knoten verbunden sind, und mit einer Quelle, die mit der ersten Betriebsspannung verbunden ist. Der zweite Knoten kann mit der ersten Stromquelle verbunden sein.
Die vorangehenden und/oder weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee kann auch durch Bereitstellen eines temperaturkompensierten Oszillators erreicht werden, der eine Oszillationseinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, ein Oszillationssignal zu erzeugen mit einer ungeraden Anzahl von Invertierern, die in Reihe in einer Ringform geschaltet sind, eine Vorspannungs-Schaltung umfasst, die dazu ausgelegt ist, einen Betriebsstrom von jedem der Invertierer mit steigender Temperatur zu erhöhen, und wenigstens einen Transistor eines ersten Betriebsstromerzeugungstransistors umfasst, der zwischen einer Versorgungsspannung und einer ersten Betriebsspannung geschaltet ist und eine Diodenverbindung aufweist und einen zweiten Betriebsstromerzeugungstransistor umfasst, der zwischen einer Massespannung und einer zweiten Betriebsspannung geschaltet ist und die Diodenverbindung aufweist. Der temperaturkompensierte Oszillator erhöht oder verringert eine Betriebsspannung der Invertierer gemäß einem Anstieg der Temperatur.
Die Oszillatoreinheit kann wenigstens eine Stromquelle einer ersten Stromquelle umfassen, die zwischen eine erste Betriebsspannung und die Invertierer geschaltet ist und von der Vorspannungs-Schaltung gesteuert wird und/oder eine Stromquelle einer zweiten Stromquelle umfassen, die mit den Invertierern und einer zweiten Betriebsspannung verbunden ist und von der Vorspannungs-Schaltung gesteuert wird.
Die vorangehenden und/oder weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee können auch durch eine elektronische Vorrichtung erreicht werden, die einen temperaturkompensierten Oszillator umfassen, der dazu ausgelegt ist, ein Schwingungssignal zu erzeugen, das eine Ausgangsfrequenz aufweist, die unempfindlich gegen Temperaturänderung ist und eine Logikschaltung umfassen, der dazu ausgelegt ist, in Reaktion auf das Oszillatorsignal zu arbeiten. Der temperaturkompensierte Oszillator umfasst eine Schwingungseinheit, die dazu ausgelet ist, das Schwingungssignal zu erzeugen, mit einer ungeraden Anzahl von Invertierern, die in Reihe in einer Ringform geschaltet sind, eine Bias-Schaltung umfasst, die dazu ausgelegt ist, einen Betriebsstrom von jedem der Invertierer mit steigender Temperatur zu erhöhen, und eine Spannungserzeugungseinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, eine Betriebsspannung zu erhöhen, die zwischen den beiden Enden jedes Inverters gebracht ist, mit zunehmender Temperatur zu erhöhen.
Die vorangehenden und/oder weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee könne auch durch Bereitstellen eines temperaturkompensierten Oszillator erreicht werden, der mit einer elektronischen Vorrichtung verwendbar ist, wobei der Oszillator eine Schwingungseinheit mit Invertierern als Ringoszillator umfasst, die mit einer Betriebsspannung und einem Betriebsstrom versorgt werden, die gemäß einer Temperaturänderung variabel sind und ein Schwingungssignal ausgibt, so dass eine Kennlinie des Betriebsstrom und eine Kennlinie der Betriebsspannung sich kompensieren können, um eine Frequenz des Schwingungssignals stabil zu halten, unabhängig der Temperaturänderung.
Der temperaturkompensierte Oszillator kann des Weiteren eine Vorspannungs-Schaltung mit Transistoren umfassen, um den Betriebsstrom zu erhöhen, wenn eine Temperatur ansteigt, und eine Spannungserzeugungseinheit, um die Betriebsspannung zu erzeugen, die mit der Temperatur verändert wird.
Die variable Betriebsspannung und der variable Betriebsstrom können gleichzeitig an die entsprechenden Invertierer der Oszillatoreinheit angelegt werden.
In dem temperaturkompensierten Oszillator kann eine Vereinigung der variablen Betriebsspannung und des variablen Betriebsstroms eine Variation der Frequenz des Schwingungssignals reduzieren.
Die Oszillatoreinheit kann das Schwingungssignal mit ein Frequenzen erzeugen, die in entsprechenden verschiedenen Modi genutzt werden können, die der Betriebsspannung entsprechen, die variabel entsprechend der Temperaturänderung und einer weitere Einstellung ist, oder die dem Betriebsstrom entsprechen, der variabel entsprechend der Temperaturänderung und einer weiteren Anpassung ist.
Der Betriebsstrom kann zwischen der Betriebsspannung und den entsprechenden Invertierer angelegt werden.
Das Schwingungssignal kann eine Frequenz aufweisen, mit einer Abweichung in einem Bereich von etwa 2% in Bezug auf eine Referenzfrequenz unter der Temperaturänderung zwischen 20°C und 80°C.
Die vorangehenden und/oder andere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden allgemeinen erfindungsgemäßen Idee können auch durch eine elektronische Vorrichtung erreicht werden, die einen obig oder nachstehend beschriebenen temperaturkompensierten Oszillator umfassen, und eine Logikschaltung umfassen, um das Schwingungssignal von dem temperaturkompensierten Oszillator zu empfangen, um eine Funktion der elektronischen Vorrichtung auszuführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Diese und/oder weitere Merkmale und Nutzen der Erfindung werden von der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Figuren ersichtlich und besser verstanden werden, wobei folgendes gilt
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines temperaturkompensierten Oszillators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das eine Oszillatoreinheit aus 1, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
3 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm der Oszillatoreinheit aus 2;
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
5 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
6 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Vorstromanpassungsschaltung zeigt, die mit einer Vorspannungs-Schaltung der 4 verwendbar ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
8 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Bulkspannungs-Steuerschaltung zeigt, die mit einer in 5 dargestellten Spannungserzeugungseinheit verwendbar ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
9 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
10 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
11 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
12 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
13 ist ein Graph, der ein Simulationsergebnis einer Ausgangsfrequenz eines temperaturkompensierten Oszillators, gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt und ein Simulationsergebnis einer Ausgangsfrequenz eines Oszillators gemäß eines Vergleichsbeispiels zeigt; und
14 ist ein schematisches Blockdiagramm, dass eine elektronische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun ausführlich auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingegangen, deren Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, wobei gleiche Bezugszeichen sich durchgehend auf gleiche Elemente beziehen. Die Ausführungsformen sind nachstehend beschrieben, um unter Bezugnahme auf die Figuren die vorliegende allgemeine erfinderische Idee zu erläutern. Diese Erfindung kann jedoch durch vielerlei verschiedene Formen verkörpert werden und sollte nicht als beschränkend, auf die Ausführungsformen, die im Folgenden kommen, ausgelegt werden. Vielmehr werden diese Ausführungsformen erbracht, so dass diese Offenbarung sorgfältig und vollständig sein wird, und dass Konzept der beispielhaften Ausführungsformen vollständig an den Fachmann vermittelt wird. In den Zeichnungen sind die Größe und die relativen Größen der Schichten und Bereiche zur Klarheit übertrieben dargestellt.
Es versteht sich, dass wenn ein Element als ”verbunden mit”, oder ”befestigt mit” einem anderen Element bezeichnet wird, so kann es direkt verbunden oder befestigt mit dem anderen Element, oder es können dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als ”direkt verbunden mit” oder ”direkt befestigt mit” einem anderen Element bezeichnet wird, so sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Der hierin benutzte Begriff ”und/oder” beinhaltet jede Kombination von einem oder mehreren der dazugehörigen, aufgelisteten Gegenstände und kann durch ”/” verkürzt werden.
Es versteht sich, dass auch wenn die Begriffe erste(r), zweite(r), usw. hierin benutzt werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, diese Elemente nicht auf diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe werden benutzt um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Zum Beispiel könnte ein erstes Signal als ein zweites Signal bezeichnet werden, und in ähnlicher Weise könnte ein zweites Signal als ein erstes Signal bezeichnet werden, ohne von dem Umfang der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Das hierin benutzte Fachvokabular hat nur den Zweck bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und es nicht dazu gedacht, die beispielhaften Ideen einzuschränken. Die hierin benutzten Singularformen ”ein(e)” und ”der/die/das”, sind so gemeint, dass sie ebenso die Pluralformen beinhalten, es sei denn, der Kontext deutet dies eindeutig nicht an. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „beinhaltet” und/oder „beinhaltend”, wenn sie in dieser Beschreibung benutzt werden, die Anwesenheit von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht die Anwesenheit oder Ergänzung von weiteren, einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten, und/oder daraus bestehenden Gruppen ausschließt.
Wenn nicht anders festgelegt, so haben alle hierin benutzten Begriffe (einschließlich technische und wissenschaftliche Begriffe) die selbe Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet der Technik, zu welchem die beispielhaften Ausführungsformen gehören, verstanden werden. Es versteht sich weiterhin, dass Begriffe, wie zum Beispiel solche, die in allgemein benutzten Wörterbüchern festgelegt werden, so verstanden werden, dass sie eine Bedeutung haben, welche konsistent ist mit ihrer Bedeutung im Zusammenhang der relevanten Technik und/oder der zu Grunde liegenden Beschreibung, und sollte nicht in einer idealisierten oder übermäßig formalen Art interpretiert werden, es sei denn, dies ist hierin ausdrücklich so festgelegt.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines temperaturkompensierten Oszillators, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das eine Oszillatoreinheit 100A, das als eine Oszillatoreinheit 100 aus 1 genutzt werden kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee darstellt. In Bezug auf 1 und 2, umfasst der temperaturkompensierte Oszillator 1 die Oszillatoreinheit 100, eine Vorspannungs-Schaltung 200 und eine Spannungserzeugungseinheit 300.
Die Oszillatoreinheit 100 erzeugt ein Schwingungssignal SO mit einer Ausgangsfrequenz mit erster und zweite Betriebsspannung VDD und VSS und einem Betriebsstrom I_D. Das Schwingungssignal SO ist ein Referenztaktsignal und kann in einer Logikschaltung (nicht dargestellt) angewandt werden, die synchron mit dem Referenztaktsignal, oder einem von dem Referenztaktsignal erzeugtem Taktsignal arbeitet. Das Schwingungssignal SO kann an eine oder mehrere Komponenten einer elektronischen Vorrichtung ausgegeben werden, welches die Logikschaltung umfasst, so dass eine Funktion der elektronischen Vorrichtung entsprechend des Schwingungssignals SO ausgeführt werden kann.
Wie in 2 dargestellt, kann die Oszillatoreinheit 100A als ein Ringoszillator implementiert werden, der die erste Betriebsspannung VDD, die zweite Betriebsspannung VSS, und einen Betriebsstrom I_D verwendet, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Der Ringoszillator, d. h. die Oszillatoreinheit 100A, kann eine Inverterkette 103 umfassen, in der eine Vielzahl von (oder die ungerade Anzahl von) Invertierern IV (IV1 bis IVn) (wobei ”n” eine ungerade Zahl ist) in einer Ringform verbunden sind. Die Oszillatoreinheit 100a kann eine oder mehrere Stromquellen umfassen. Es ist möglich, dass die Oszillatoreinheit 100a zumindest zwei Stromquellen 101 (101-1 bis 101-n) und 102 (102-1 bis 102-n) umfassen kann, um den Betriebsstrom ID an die Invertierer IV (IV1 bis IVn) bereitzustellen.
Jede der ersten Stromquellen 101 (101-1 bis 101-n) ist zwischen die erste Betriebsspannung VDD und einem entsprechenden der Invertierer IV (IV1 bis IVn) geschaltet. Jede der zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) ist zwischen einem entsprechenden der Invertierer IV (IV1 bis IVn) und der zweiten Betriebsspannung VSS geschaltet. Die ersten Stromquellen 101 (101-1 bis 101-n) und die zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) werden von der Vorspannungs-Schaltung 200 gesteuert. Eine Massespannung kann als die zweite Betriebsspannung VSS benutzt werden.
3 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm, das einen Block 110n der Oszillatoreinheit 110a aus 2 darstellt. Hier kann eine Massespannung als die zweite Betriebsspannung VSS benutzt werden.
Bezugnehmend auf 3 kann der Block 110-n als eine äquivalente Schaltung angesehen werden, die eine einzige Stromquelle umfasst, die den Betriebsstrom ID zur Verfügung stellt, einen Widerstand R_tot umfasst, einen Kondensator C_tot umfasst, und einen Schalter SW umfasst. Dementsprechend kann eine Frequenz f_osc des Schwingungssignals SO, das von der Oszillatoreinheit 100A ausgegeben wird (nachstehend als Oszillationsfrequenz f_osc beschrieben) nach Gleichung 1 definiert werden:
Wie in Gleichung 1 gezeigt, ist die Oszillationsfrequenz f_osc umgekehrt proportional zu der ersten Betriebsspannung VDD und ist proportional zu dem Betriebsstrom I_D. Dementsprechend kann eine Frequenz, die unempfindlich gegenüber Temperaturwechsel, d. h. eine temperaturkompensierte Oszillationsfrequenz, durch komplementäres Ändern des Betriebsstroms ID und der ersten Betriebsspannung VDD in Bezug auf eine Temperatur, erhalten werden. Wenn zum Beispiel der Betriebsstrom I_D erhöht wird, um die Frequenz des Schwingungssignals SO hinsichtlich der Temperaturerhöhung zu erhöhen, und die erste Betriebsspannung VDD erhöht wird, um die Frequenz des Schwingungssignals SO hinsichtlich der Temperaturerhöhung zu verringern, so kann eine temperaturkompensierte Oszillationsfrequenz erhalten werden.
Die Vorspannungs-Schaltung 200 steuert den Betriebsstrom I_D der Oszillatoreinheit 100. Die Vorspannungs-Schaltung 200 kann einen Vorstrom (IPTAT in 4) erzeugen, der ansteigt, wenn die Temperatur ansteigt. Darüber hinaus kann die Vorspannungs-Schaltung 200 den Vorstrom IPTAT spiegeln, mit einer Stromquelle, die proportional zu einer absoluten Temperatur-(PTAT-)Kennlinie als der Betriebsstrom I_D ist. Die Vorspannungsschaltung 200 kann als eine Strom-Vorspannungs-Schaltung (current bias circuit) implementiert werden, wie beispielsweise ein Beta-Multiplier, aber die vorliegende allgemeine erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt. Es ist möglich, dass eine andere Art eines Stromkreises als die Vorspannungs-Schaltung 200 benutzt werden kann.
Wenn der Vorstrom IPTAT, der mit zunehmender Temperatur ansteigt, als der Betriebsstrom ID der Oszillatoreinheit 100 gespiegelt wird, steigt ebenfalls die Oszillationsfrequenz f_osc, die von der Oszillatoreinheit 100 ausgegeben wird, wenn die Temperatur ansteigt. Jedoch ist die Oszillationsfrequenz f_osc des Ringoszillators, d. h. der Schwingungseinheit 100, umgekehrt proportional zu der ersten Betriebsspannung VDD der Inverterkette 103, wie oben beschrieben. Unter der Annahme, dass der Betriebsstrom ID nicht mit einer Temperaturänderung variiert, steigt die Oszillationsfrequenz f_osc, wenn die erste Betriebsspannung VDD der Inverterkette 103 abnimmt, und sinkt, wenn die erste Betriebsspannung VDD ansteigt.
Mit diesem Merkmal erzeugt die Spannungserzeugungseinheit 300 die erste Betriebsspannung VDD und/oder die zweite Betriebsspannung VSS, um die Änderung in der Oszillationsfrequenz f_osc in Bezug auf die Temperaturänderung komplementär mit der Vorspannungs-Schaltung 200 zu kompensieren. Die Spannungserzeugungseinheit 300 erzeugt die erste Betriebsspannung VDD und/oder die zweite Betriebsspannung VSS, die an die Oszillatoreinheit 100 angelegt ist, unter Verwendung einer Versorgungsspannung (VR in 4). Die erste Betriebsspannung VDD kann gleich oder unterschiedlich von der Versorgungsspannung VR sein und die zweite Betriebsspannung VSS kann gleich oder unterschiedlich von der Massespannung sein.
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator 1A, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Gemäß 4 enthält der temperaturkompensierte Oszillator 1A die Oszillatoreinheit 100A, eine Vorspannungs-Schaltung 200A und eine Spannungserzeugungseinheit 300A. Die Oszillatoreinheit 100A, die in 4 gezeigt ist, kann die gleiche Struktur wie die in 2 dargestellte Oszillatoreinheit 100A aufweisen, oder kann des Weiteren einen Kondensator 104 umfassen, der zwischen die erste Betriebsspannung VDD und der Massespannung geschaltet ist. Die Oszillatoreinheit 100A, die in 4 gezeigt ist, ist mit der ersten Betriebsspannung VDD und der Massespannung verbunden.
Die Spannungserzeugungseinheit 300A kann eine Betriebsspannungserzeugungstransistor 310 umfassen, der zwischen die Versorgungsspannung VR und einen Knoten Nd geschaltet ist und eine Dioden-Verbindung aufweist. Der Betriebsspannungserzeugungstransistor 310 kann ein diodengeschalteter P-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-(diode-connected P-channel metal oxide semiconductor, PMOS-)Transistor, oder ein Bipolartransistor (bipolar junction transistor, BJT) sein.
Wenn eine Temperatur ansteigt, sinkt eine Gate-Source-Spannung (gate-source voltage, Vgs) des diodengeschalteten PMOS-Transistors, und daher steigt die erste Betriebsspannung VDD an. Wenn jedoch die Temperatur abnimmt, nimmt die Vgs des diodengeschalteten PMOS-Transistors zu, und daher sinkt die erste Betriebsspannung VDD. Wie der diodengeschaltete PMOS-Transistor, nimmt eine Basis-Emitter-Spannung (Vbe) des diodengeschalteten BJTs ab, wenn eine Temperatur steigt, und daher steigt die erste Betriebsspannung VDD an. Wenn die erste Betriebsspannung VDD unter der Annahme, dass andere Bedingungen konstant sind ansteigt, nimmt die Schwingfrequenz f_osc ab, wie oben beschrieben.
Die Vorspannungs-Schaltung 200A beinhaltet eine PTAT-Stromquelle 210A und eine Stromspiegeleinheit 220A. Die PTAT-Stromquelle 210A erbringt den Vorstrom IPTAT, der mit zunehmender Temperatur zunimmt. Die Stromspiegeleinheit 220A ist eine Schaltung zum Spiegeln des Vorstroms IPTAT als den Betriebsstrom ID.
Die Stromspiegeleinheit 220A kann erste bis dritte Transistoren M1 bis M3 umfassen. Der erste und zweite Transistor M1 und M2 können N-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-(NMOS-)Transistoren sein und der dritte Transistor M3 kann ein PMOS-Transistor sein. Ein Gate und ein Drain des ersten Transistors M1 sind gemeinsam mit einem ersten Knoten N1 verbunden und eine Source des ersten Transistors M1 ist mit der Massespannung verbunden. Ein Gate, ein Drain und eine Source des zweiten Transistors M2 sind jeweils mit dem ersten Knoten N1, einem zweiten Knoten N2, und der Massespannung verbunden. Ein Gate und ein Drain des dritten Transistors M3 sind gemeinsam mit dem zweiten Knoten N2 verbunden und eine Source des dritten Transistors M3 ist mit der ersten Betriebsspannung VDD verbunden.
Der erste Knoten N1 ist mit der zweiten Stromquelle 102 (102-1 bis 102-n) verbunden. Der zweite Knoten N2 ist mit der ersten Stromquelle 101 (101-1 bis 101-n) verbunden.
Die PTAT-Stromquelle 210a ist zwischen die Versorgungsspannung VR und dem ersten Knoten N1 geschaltet, um den Vorstrom IPTAT an den ersten Knoten N1 zu liefern. Die PTAT-Stromquelle 210A umfasst vierte bis achte Transistoren M4 bis M8 und einem Widerstand R. Der vierte und fünfte Transistor M4 und M5 können NMOS-Transistoren sein und der sechste bis achte Transistor M6, M7 und M8 können PMOS-Transistoren sein.
Ein Gate und ein Drain des vierten Transistors M4 sind gemeinsam mit einem dritten Knoten N3 verbunden, und eine Source des vierten Transistors M4 ist mit der Massespannung verbunden. Ein Gate und ein Drain des fünften Transistors M5 sind jeweils mit dem dritten Knoten N3 und einem vierten Knoten N4 verbunden und eine Source des fünften Transistors M5 ist mit der Massespannung über den Widerstand R verbunden. Eine Source, ein Gate und ein Drain des sechsten Transistors M6 sind jeweils mit der Versorgungsspannung VR, dem vierten Knoten N4, und dem dritten Knoten N3 verbunden. Ein Gate und ein Drain des siebten Transistors M7 sind gemeinsam mit dem vierten Knoten N4 verbunden, und die Source des siebten Transistors M7 ist mit der Versorgungsspannung VR verbunden. Ein Gate, eine Source und ein Drain des achten Transistors M8 sind jeweils mit dem vierten Knoten N4, der Versorgungsspannung VR, und dem ersten Knoten N1 verbunden.
5 ist ein Schaltungsdiagramm eines temperaturkompensierten Oszillators 1B, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gemäß 5 umfasst der temperaturkompensierte Oszillator 1B eine Oszillatoreinheit 100B, die Vorspannungs-Schaltung 200A, und die Spannungserzeugungseinheit 300A. Die Vorspannungs-Schaltung 200A und die Spannungserzeugungseinheit 300A können denselben Aufbau wie die Vorspannungs-Schaltung 200A und die Spannungserzeugungseinheit 300A aus 4 aufweisen, und daher wird deren Beschreibung weggelassen.
Wie die Oszillatoreinheit 100A, die in den 2 und 4 dargestellt sind, kann die Oszillatoreinheit 100B die Inverterkette 103 umfassen, in der eine Vielzahl von (oder die ungerade Anzahl von) den Invertierern IV (IV1 bis IVn) (wobei ”n” eine ungerade Zahl ist) in einer Ringform verbunden sind und die erste und zweite Stromquelle 101 (101-1 bis 101-n) und 102 (102-1 bis 102-n) den Betriebsstrom I_D für die Invertierer IV (IV1 bis IVn) liefern. In der Ausführungsform aus 5 wird angenommen, dass ”n” gleich 5 ist, aber das Konzept der Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die Oszillatoreinheit 100B kann auch einen Puffer 105 umfassen, der ein Eingangssignal und ein Ausgangssignal des letzten Invertierers IV5 empfängt, und das Schwingungssignal SO ausgibt.
Die ersten Stromquellen 101 (101-1 bis 101-n) können durch PMOS-Transistoren realisiert werden. Die PMOS-Transistoren der entsprechenden ersten Stromquellen 101 (101-1 bis 101-n) können zwischen der ersten Betriebsspannung VDD und den jeweiligen Invertierern IV (IV1 bis IVn) geschaltet sein, und die Gates der PMOS-Transistoren können gemeinsam mit dem Gate des dritten Transistors M3 verbunden sein, d. h. mit dem zweiten Knoten N2 in der Vorspannungs-Schaltung 200A.
Die zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) können mit NMOS-Transistoren realisiert werden. Die NMOS-Transistoren der jeweiligen zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) können zwischen den jeweiligen Invertierern IV (IV1 bis IVn) und der Massespannung geschaltet sein, und die Gates der NMOS-Transistoren können gemeinsam mit dem Gate des ersten und zweiten Transistors M1 und M2 verbunden sein, d. h. mit dem ersten Knoten N1 in der Vorspannungs-Schaltung 200A.
Dementsprechend sind eine PTAT-Kennlinie (characteristic) des Betriebsstroms ID in Bezug auf eine Temperaturänderung und das Komplementäre zu einer absoluten Temperatur-(CTAT-)Kennlinie der ersten Betriebsspannung VDD der Inverterkette 103 gegeneinander versetzt, so dass ein Fehler in der Oszillationsfrequenz fosc des Ringoszillators in Bezug auf eine Temperaturänderung erheblich reduziert ist.
6 ist ein Schaltungsdiagramm eines temperaturkompensierten Oszillators 10, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die temperaturkompensierte Oszillator 10 umfasst eine Oszillatoreinheit 100A' eine Vorspannungs-Schaltung 200B, und eine Spannungserzeugungseinheit 300B. Die Oszillatoreinheit 100A' kann einen ähnlichen Aufbau wie die Oszillatoreinheit 100A in 4 aufweisen, verwendet aber eine andere Betriebsspannung.
Die Oszillatoreinheit 100A in 4 arbeitet mit der ersten Betriebsspannung VDD und der Massespannung, aber die Oszillatoreinheit 100A' in 6 arbeitet mit der Versorgungsspannung VR und der zweiten Betriebsspannung VSS. Mit anderen Worten, die Oszillatoreinheit 100A in 4 verwendet die Massespannung als die zweite Betriebsspannung VSS und die Oszillatoreinheit 100A' in 6 verwendet die Versorgungsspannung VR als die erste Betriebsspannung VDD.
Die Spannungserzeugungseinheit 300B kann einen Betriebsspannungserzeugungstransistor 320 umfassen, der zwischen die Massespannung und einem Knoten Ns geschaltet ist und eine Dioden-Verbindung hat. Der Betriebsspannungserzeugungstransistor 320 kann ein diodengeschalteter NMOS-Transistor oder ein diodengeschalteter BJT sein.
Wenn eine Temperatur ansteigt, nimmt eine Gate-Source-Spannung (Vgs) des diodengeschalteten NMOS-Transistors 320 ab, und daher nimmt die zweite Betriebsspannung VSS ab. Wenn jedoch eine Temperatur abnimmt, nimmt die Vgs des diodengeschalteten NMOS-Transistors 320 zu, und daher steigt die zweite Betriebsspannung VSS an. Wie der diodengeschaltete NMOS-Transistor, nimmt eine Basis-Emitter-Spannung (Vbe) des diodengeschalteten BJTs ab, wenn eine Temperatur ansteigt, und daher nimmt die zweite Betriebsspannung VSS ab.
Wenn die zweite Betriebsspannung VSS abnimmt, unter der Annahme, dass andere Bedingungen konstant sind, nimmt eine Spannung (beispielsweise VR-VSS) zu, die über beide Enden von jedem der Invertierer IV (IV1 bis IVn) gelegt ist, und daher nimmt die Oszillationsfrequenz f_osc ab. Mit anderen Worten, wenn eine Temperatur ansteigt, nimmt die Betriebsspannung der Oszillatoreinheit 100A' durch die Spannungserzeugungseinheit 300B zu, so dass die Schwingungsfrequenz f_osc abnimmt. Jedoch nimmt der Vorstrom IPTAT mit zunehmender Temperatur zu, und daher nimmt der Betriebsstrom ID der Oszillatoreinheit 100A' ebenfalls mit der Temperatur zu. Als Ergebnis wird die Oszillationsfrequenz f_osc erhöht.
Dementsprechend sind eine PTAT-Kennlinie (characteristic) des Betriebsstroms ID in Bezug auf eine Temperaturänderung und die CTAT-Kennlinie der Betriebsspannung (VDD-VSS) der Inverterkette 103 gegeneinander versetzt, so dass ein Fehler in der Oszillationsfrequenz f_osc des Ringoszillators in Bezug auf eine Temperaturänderung erheblich reduziert ist.
7 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Vorstromanpassungsschaltung 230 veranschaulicht, die mit der PTAT-Stromquelle 210A der 4 verwendbar ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gemäß 7 umfasst die PTAT-Stromquelle 210A die NMOS-Transistoren M4 und M5, die PMOS-Transistoren M6, M7 und M8 und den Widerstand R.
Die Vorstromanpassungsschaltung 230 passt einen Bulkspannungspegel von zumindest einem Transistor (z. B. M4) der PTAT-Stromquelle 210A an. Die Vorspannungs-Schaltungen 200, 200A, und 200B können auch die Vorstromanpassungsschaltung 230, zusätzlich zu der PTAT-Stromquelle 210a und der Stromspiegeleinheit 220a umfassen. Die Vorstromanpassungsschaltung 230 umfasst eine Stromquelle 240, eine Transistorschaltung 260, die zumindest zwei Vorspannungs-Steuertransistoren 261 und einen Schalterkreis 250 umfasst.
Die Stromquelle 240 ist zwischen die Versorgungsspannung VR und einen Bulk-Knoten NC1 geschaltet. Jeder der Vorspannungs-Steuertransistoren 261 kann als diodengeschalteter NMOS-Transistor implementiert werden.
Der Schalterkreis 250 umfasst eine Vielzahl von Schalter 251, die zwischen die entsprechenden Vorspannungs-Steuertransistoren 261 und dem Bulk-Knoten NC1 geschaltet sind, und in Reaktion auf Schaltsteuersignale CB (CB[1] bis CB[m]) geschlossen und geöffnet werden. Da jeder der Schalter 251 selektiv geschlossen oder geöffnet wird, wird ein entsprechender der Vorspannungs-Steuertransistoren 261 selektiv ausgeführt.
Eine Position des Schalterkreises 250 und eine Position der Transistorschaltung 260 können verändert werden. Zum Beispiel können die Vorspannungs-Steuertransistoren 261 mit dem Bulk-Knoten NC1 verbunden sein und die Schalter 251 können zwischen die Vorspannungs-Steuertransistoren 261 und die Massespannung gelegt werden.
Die Vorspannung-Steuertransistoren 261 sind jeweils an den entsprechenden der Schalter 251 in der vorliegenden Ausführungsform nach 7 geschaltet, aber das Konzept der Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein gemeinsamer Schalter für mindestens zwei Vorspannungs-Steuertransistoren 261 sein, oder mindestens ein Vorspannungs-Steuertransistor 261 kann ohne einen Schalter geschaltet sein.
Die Vorspannung-Steuertransistoren 261 können die gleichen sein, oder unterschiedlich groß sein. Ein Spannungspegel des Bulk-Knotens NC1 wird durch die Vorspannungs-Steuertransistoren 261 angepasst, die selektiv entsprechend der Schaltsteuersignale CB (CB[1] bis CB[m]) ausgeführt werden, d. h. das selektive Öffnen oder Schließen der entsprechenden Schalter 251, so dass der Bulk-Spannungspegel des Transistors M4 der PTAT-Stromquelle 210A eingestellt wird. Als Ergebnis wird der Pegel des Vorstroms IPTAT eingestellt, und daher wird der Betriebsstrom ID auch eingestellt. Obwohl der Betriebsstrom und die Betriebsspannung variabel sind, um eine Variation der Frequenz des Schwingungssignals SO entsprechend der Temperaturänderung zu reduzieren, kann der variable Betriebsstrom ID weiter so eingestellt werden, dass das Schwingungssignal unterschiedliche Frequenzen aufweisen kann, die verschiedenen Modi entsprechen. Die unterschiedlichen Frequenzen können eine hohe Frequenz sein, die in einem Normalmodus verwendbar ist und eine niedrigere Frequenz sein, die in einem nicht-normalen Modus verwendbar ist, d. h. in einem Ultraniedrigstrommodus, einen Standby-Modus oder einen Schlafmodus davon.
8 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Bulkspannungs-Steuerschaltung 315 zeigt, die mit der in 5 dargestellten Spannungserzeugungseinheit 300A verwendbar ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gemäß 8, passt die Bulkspannungs-Steuerschaltung 315 den Bulkspannungspegel des Betriebsspannungserzeugungstransistors 310 der Spannungserzeugungseinheit 300A an.
Die Bulkspannungs-Steuerschaltung 315 enthält eine Stromquelle 340, eine Transistorschaltung 350, die wenigstens zwei Bulkspannungs-Steuertransistoren 321 und einen Schalterkreis 330 umfasst. Jeder der Bulkspannungs-Steuertransistoren 321 kann als diodengeschalteter PMOS-Transistor implementiert werden. Die Bulkspannungs-Steuertransistoren 321 sind zwischen die Versorgungsspannung VR und dem Schalterkreis 330 geschaltet. Der Schalterkreis 330 umfasst eine Vielzahl von Schalter 331, die zwischen die jeweiligen Bulkspannungs-Steuertransistoren 321 und einen gemeinsamen Knoten NC2 geschaltet sind, und jeweils in Reaktion auf digitale Steuersignale CS (CS[1] bis CS[k]) geschlossen und geöffnet werden.
Die Stromquelle 340 ist zwischen den gemeinsamen Knoten NC2 und einem Potential, z. B. der Massespannung, geschaltet. Da jeder der Schalter 331 selektiv geschlossen oder geöffnet wird, wird ein entsprechender der Bulkspannungs-Steuertransistoren 321 selektiv ausgeführt.
Eine Position des Schalterkreises 330 und eine Position der Transistorschaltung 350 können verändert werden. Zum Beispiel können die Schalter 331 mit der Versorgungsspannung VR verbunden werden, und die Bulkspannungs-Steuertransistoren 321 können zwischen die Schalter 331 und dem gemeinsamen Knoten NC2 gelegt werden.
Die Bulkspannungs-Steuertransistoren 321 sind jeweils an den entsprechenden der Schalter 331 in der vorliegenden Ausführungsform nach 8 geschaltet, aber das Konzept der Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein gemeinsamer Schalter für mindestens zwei Bulkspannungs-Steuertransistoren 321 sein, oder mindestens ein Bulkspannungs-Steuertransistor 321 kann ohne einen Schalter geschaltet sein.
Die Bulkspannungs-Steuertransistoren 321 können die gleichen sein oder unterschiedlich groß sein. Ein Spannungspegel eines Knotens NB wird durch die Bulkspannungs-Steuertransistoren 321 angepasst, die selektiv entsprechend den digitalen Steuersignalen CS (CS[1] bis CS[k]) ausgeführt werden, d. h. das selektive Öffnen oder Schließen der Schalter 331, so dass der Bulkspannungspegel des Betriebsspannungserzeugungstransistors 310 der Spannungserzeugungseinheit 300A eingestellt wird. Als Ergebnis wird ein Pegel der ersten Betriebsspannung VDD eingestellt, das von der Spannungserzeugungseinheit 300A erzeugt wird. Obwohl der Betriebsstrom und die Betriebsspannung variabel sind, um eine Variation der Frequenz des Schwingungssignals SO entsprechend der Temperaturänderung zu reduzieren, kann die variable Betriebsspannung weiter so eingestellt werden, dass das Schwingungssignal unterschiedliche Frequenzen aufweisen kann, die verschiedenen Modi entsprechen. Die unterschiedlichen Frequenzen können eine hohe Frequenz sein, die in einem Normalmodus verwendbar ist und eine niedrigere Frequenz sein, die in einem nicht-normalen Modus verwendbar ist, d. h. in einem Ultraniedrigstrommodus, einen Standby-Modus oder einen Schlafmodus davon.
9 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator 1D, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Gemäß 9 umfasst der temperaturkompensierte Oszillator 1D eine Oszillatoreinheit 100B, eine Vorspannungs-Schaltung 200C, und die Spannungserzeugungseinheit 300A. Die Spannungserzeugungseinheit 300A in 9 kann die gleiche sein, wie die in 4 dargestellte Spannungserzeugungseinheit 300A, und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen.
Die Oszillatoreinheit 100B in 9 umfasst die Inverterkette 103, in der eine ungerade Anzahl der Invertierer IV1 bis IVn (wobei ”n” eine ungerade Zahl ist) und die ersten Stromquellen 101 (101-1 bis 101-n), aber umfasst nicht die zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n), die in der Schwingungseinheit 100a aus 4 dargestellt sind. Die Vorspannungs-Schaltung 200C kann die gleiche Konstruktion, wie die Vorspannungs-Schaltung 200A in 4 aufweisen, mit der Ausnahme, dass eine Signalleitung zum Steuern der zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) aus 4 von der Vorspannungs-Schaltung 200C der 9 weggelassen ist. Da die Oszillatoreinheit 100A in 4 die zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) umfasst, sind der erste Knoten N1, an den das Gate und der Drain des ersten Transistors M1 und das Gate des zweiten Transistors M2 in der Vorspannschaltung 200A gemeinsam verbunden sind, und die zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) miteinander verbunden. Da jedoch die Oszillatoreinheit 100B in 9 nicht die zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) enthält, wird eine Leitung, die den ersten Knoten N1 mit den zweiten Stromquellen 102-1 bis 102-n verbindet auch nicht benötigt.
Die Vorspannungs-Schaltung 200C erzeugt den Vorstrom IPTAT, der mit zunehmender Temperatur zunimmt. Dementsprechend nimmt der Betriebsstrom ID, d. h. der gespiegelte Strom des Vorstroms IPTAT, mit zunehmender Temperatur zu.
Inzwischen erzeugt die Spannungserzeugungseinheit 300A die erste Betriebsspannung VDD, die mit zunehmender Temperatur zunimmt. Wie oben beschrieben, nimmt die Oszillationsfrequenz f_osc ab, wenn die erste Betriebsspannung VDD ansteigt und die Oszillationsfrequenz f_osc nimmt zu, wenn der Betriebsstrom I_D ansteigt. Dementsprechend können, wenn die Temperatur ansteigt, die Abnahme der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund der Zunahme des ersten Betriebsspannung VDD und die Erhöhung der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund des Anstiegs des Betriebsstroms ID zueinander versetzt sein, so dass das Schwingungssignal SO erlangt wird, dessen Oszillationsfrequenz f_osc unempfindlich auf eine Temperaturänderung ist. Es ist möglich, dass sich eine Änderung (Abnahme oder Zunahme) der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund einer Änderung (Zunahme oder Abnahme) der ersten Betriebsspannung VDD und eine Änderung (Zunahme oder Abnahme) der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund einer Änderung (Zunahme oder Abnahme) des Betriebsstroms ID teilweise gegenseitig aufheben können. Es ist auch möglich, dass die Variation der Oszillationsfrequenz f_osc des Schwingungssignals SO wenigstens aufgrund einer gleichzeitigen Änderung der Zunahme (oder Abnahme) der ersten Betriebsspannung VDD und der Zunahme (Abnahme) des Betriebsstroms ID, entsprechend der Temperaturänderung verringert wird. Die Zuordnung der Änderung (Zunahme oder Abnahme) der ersten Betriebsspannung VDD und der Änderung (Zunahme oder Abnahme) des Betriebsstroms ID entsprechend der Temperaturänderung kann die Variation der Oszillationsfrequenz f_osc des Schwingungssignals SO, wie oben oder im Folgenden beschrieben, beeinträchtigen (reduzieren). Die Oszillationsfrequenz f_osc des Schwingungssignals SO kann stabil gehalten werden, oder kann in einem Variationsbereich von beispielsweise innerhalb von 2% von einer Bezugsfrequenz sein, beispielsweise in einem Fall, in dem eine Temperaturänderung zwischen 20°C und 80°C ist. Die Referenzfrequenz kann als eine Mittenfrequenz von einem mittleren Abschnitt einer Temperaturvariation zwischen einer niedrigen Temperatur und einer hohen Temperatur bezeichnet werden, in der eine Oszillation verwendbar ist, um ein Schwingungssignal an eine externe Einheit oder Vorrichtung bereitzustellen.
10 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator 1E, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Gemäß 10 umfasst der temperaturkompensierte Oszillator 1E eine Oszillatoreinheit 100C, eine Vorspannungs-Schaltung 200D, und die Spannungserzeugungseinheit 300A. Die Spannungserzeugungseinheit 300A in 10 kann die gleiche sein, wie die in 4 dargestellte Spannungserzeugungseinheit 300A, und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen.
Die Oszillatoreinheit 100C in 10 umfasst die Inverterkette 103, in der eine ungerade Anzahl der Invertierer IV (IV1 bis IVn) (wobei ”n” eine ungerade Zahl ist) und die zweiten Stromquellen 102 (101-1 bis 101-n), aber umfasst nicht die ersten Stromquellen 101 (101-1 bis 101-n) aus 4.
Die Vorspannungs-Schaltung 200D kann den ersten Transistor M1, den vierten bis achten Transistor M4 bis M8, und den Widerstand R umfassen. Der erste, vierte und fünfte Transistor M1, M4 und M5 können NMOS-Transistoren sein und der sechste, siebte und achten Transistor M6, M7 und M8 können PMOS-Transistoren sein.
Das Gate und der Drain des ersten Transistors M1 sind gemeinsam mit dem ersten Knoten N1 verbunden und dessen Source ist mit der Massespannung verbunden. Der erste Knoten N1 ist mit den zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) verbunden.
Das Gate und der Drain des vierten Transistors M4 sind gemeinsam mit dem dritten Knoten N3 verbunden und dessen Source ist mit der Massespannung verbunden. Das Gate und der Drain des fünften Transistors M5 sind jeweils mit dem dritten Knoten N3 und dem vierten Knoten N4 verbunden und die Source davon ist mit der Massespannung über den Widerstand R verbunden. Die Source, das Gate und der Drain des sechsten Transistors M6 sind jeweils mit der Versorgungsspannung VR, dem vierten Knoten N4 und dem dritten Knoten N3 verbunden. Das Gate und der Drain des siebten Transistors M7 sind gemeinsam mit dem vierten Knoten N4 verbunden, und die Source davon ist mit der Versorgungsspannung VR verbunden. Das Gate, die Source und der Drain des achten Transistors M8 sind jeweils mit dem vierten Knoten N4, der Versorgungsspannung VR und dem ersten Knoten N1 verbunden.
Die Vorspannungs-Schaltung 200D mit dem oben beschriebenen Aufbau muss die ersten Stromquellen 101-1 bis 101-n nicht steuern und damit nicht den zweiten und dritten Transistor M2 und M3 enthalten, verglichen mit der Vorspannungs-Schaltung 200A aus 4.
Die Vorspannungs-Schaltung 200D erzeugt den Vorstrom IPTAT, der mit zunehmender Temperatur zunimmt. Dementsprechend nimmt der Betriebsstrom ID, d. h. der gespiegelte Strom des Vorstroms IPTAT, ebenfalls mit zunehmender Temperatur zu. Inzwischen erzeugt die Spannungserzeugungseinheit 300A die erste Betriebsspannung VDD, die mit zunehmender Temperatur zunimmt.
Wie oben beschrieben, nimmt die Oszillationsfrequenz f_osc ab, wenn die erste Betriebsspannung VDD ansteigt und die Oszillationsfrequenz f_osc nimmt zu, wenn der Betriebsstrom ID ansteigt. Dementsprechend können, wenn die Temperatur ansteigt, die Abnahme der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund der Zunahme des ersten Betriebsspannung VDD und die Erhöhung der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund des Anstiegs des Betriebsstroms ID zueinander versetzt sein, so dass das Schwingungssignal SO erlangt wird, dessen Oszillationsfrequenz f_osc unempfindlich auf eine Temperaturänderung ist. Es ist möglich, dass sich die Abnahme der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund der Zunahme der ersten Betriebsspannung VDD und die Erhöhung der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund des Anstiegs des Betriebsstroms I_D teilweise gegenseitig aufheben können. Es ist auch möglich, dass die Variation der Oszillationsfrequenz f_osc des Schwingungssignals SO wenigstens aufgrund einer gleichzeitigen Änderung der Zunahme der ersten Betriebsspannung VDD und der Zunahme des Betriebsstroms I_D, entsprechend der Temperaturänderung verringert wird. Die Zuordnung der Zunahme der ersten Betriebsspannung VDD und der Zunahme des Betriebsstroms I_D entsprechend der Temperaturänderung kann die Variation der Oszillationsfrequenz f_osc des Schwingungssignals SO, wie oben oder im Folgenden beschrieben beeinträchtigen (reduzieren).
11 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator 1F, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Gemäß 11 umfasst der temperaturkompensierte Oszillator 1F eine Oszillatoreinheit 100B, eine Vorspannungs-Schaltung 200E, und die Spannungserzeugungseinheit 300B. Die Spannungserzeugungseinheit 300B in 11 kann die gleiche sein, wie die in 6 dargestellte Spannungserzeugungseinheit 300B, und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen. Die Oszillatoreinheit 100B in 11 kann die gleiche wie die Oszillatoreinheit 100B aus 9 sein, und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen.
Die Vorspannungs-Schaltung 200E kann den ersten Transistor M1, den vierten bis achten Transistor M4 bis M8, und den Widerstand R umfassen. Die Oszillatoreinheit 100B aus 11 umfasst nicht die zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) der Oszillatoreinheit 100A? aus 6, und daher umfasst die Vorspannungs-Schaltung 200E nicht den zweiten und dritten Transistor M2 und M3 der Vorspannungs-Schaltung 200B aus 6. Der erste, vierte und fünfte Transistor M1, M4 und M5 können NMOS-Transistoren sein und der sechste, siebte und achte Transistor M6, M7 und M8 können PMOS-Transistoren sein.
Das Gate und der Drain des achten Transistors M8 sind gemeinsam mit dem ersten Knoten N1 verbunden und dessen Source ist mit der ersten Betriebsspannung VDD verbunden. Der erste Knoten N1 ist mit den ersten Stromquellen 101 (101-1 bis 101-n) verbunden.
Das Gate und der Drain des vierten Transistors M4 sind gemeinsam mit dem dritten Knoten N3 verbunden und dessen Source ist mit der Massespannung verbunden. Das Gate und der Drain des fünften Transistors M5 sind jeweils mit dem dritten Knoten N3 und dem vierten Knoten N4 verbunden und die Source davon ist mit der Massespannung über den Widerstand R verbunden. Die Source, das Gate und der Drain des sechsten Transistors M6 sind jeweils mit der Versorgungsspannung VR, dem vierten Knoten N4 und dem dritten Knoten N3 verbunden. Das Gate und der Drain des siebten Transistors M7 sind gemeinsam mit dem vierten Knoten N4 verbunden, und die Source davon ist mit der Versorgungsspannung VR verbunden.
Die Vorspannungs-Schaltung 200E erzeugt den Vorstrom IPTAT, der mit zunehmender Temperatur zunimmt. Dementsprechend nimmt der Betriebsstrom ID, d. h. der gespiegelte Strom des Vorstroms IPTAT, ebenfalls mit zunehmender Temperatur zu. Inzwischen erzeugt die Spannungserzeugungseinheit 300B die zweite Betriebsspannung VSS, die mit zunehmender Temperatur abnimmt.
Wie oben beschrieben, nimmt die Oszillationsfrequenz f_osc ab, wenn die zweite Betriebsspannung VSS abnimmt und nimmt zu, wenn der Betriebsstrom ID ansteigt. Dementsprechend können sich, wenn die Temperatur ansteigt, die Abnahme der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund der Abnahme des zweiten Betriebsspannung VSS und die Erhöhung der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund des Anstiegs des Betriebsstroms ID einander aufheben, so dass das Schwingungssignal SO erlangt wird, dessen Oszillationsfrequenz f_osc unempfindlich auf eine Temperaturänderung ist. Es ist möglich, dass sich die Abnahme der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund der Abnahme der zweiten Betriebsspannung VSS und die Erhöhung der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund des Anstiegs des Betriebsstroms I_D teilweise gegenseitig aufheben können. Es ist auch möglich, dass die Variation der Oszillationsfrequenz f_osc des Schwingungssignals SO wenigstens aufgrund einer gleichzeitigen Änderung der Abnahme der zweiten Betriebsspannung VSS und der Zunahme des Betriebsstroms I_D, entsprechend der Temperaturänderung verringert wird. Die Zuordnung der Abnahme der zweiten Betriebsspannung VSS und der Zunahme des Betriebsstroms I_D entsprechend der Temperaturänderung kann eine Variation der Oszillationsfrequenz f_osc des Schwingungssignals SO, wie oben oder im Folgenden beschrieben beeinträchtigen (reduzieren).
12 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen temperaturkompensierten Oszillator 1G, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Gemäß 12 umfasst der temperaturkompensierte Oszillator 1G eine Oszillatoreinheit 100C, eine Vorspannungs-Schaltung 200F, und die Spannungserzeugungseinheit 300B. Die Spannungserzeugungseinheit 300B in 12 kann die gleiche sein, wie die in 6 dargestellte Spannungserzeugungseinheit 300B, und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen. Die Oszillatoreinheit 100C in 12 kann die gleiche wie die Oszillatoreinheit 100C aus 10 sein, und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen.
Die Vorspannungs-Schaltung 200F kann die gleiche Konstruktion wie die Vorspannungs-Schaltung 200B aus 6 aufweisen, mit der Ausnahme, dass eine Signalleitung zum Steuern der ersten Stromquellen 101 (101-1 bis 101-n) aus 6 von der Vorspannungs-Schaltung 200F aus 12 weggelassen ist, da die Oszillatoreinheit 100C die ersten Stromquellen 101 (101-1 bis 101-n) nicht umfasst. Der zweite Knoten N2 an den das Gate und der Drain des zweiten Transistors M2 gemeinsam verbunden sind, ist mit den zweiten Stromquellen 102 (102-1 bis 102-n) verbunden.
Das Gate und der Drain des achten Transistors M8 sind gemeinsam mit dem ersten Knoten N1 verbunden und dessen Source ist mit der ersten Betriebsspannung VDD verbunden. Das Gate, der Drain und die Source des dritten Transistors M2 sind jeweils mit dem ersten Knoten N1, dem zweiten Knoten N2, und der ersten Betriebsspannung verbunden. Das Gate und der Drain des vierten Transistors M4 sind gemeinsam mit dem dritten Knoten N3 verbunden und dessen Source ist mit der Massespannung verbunden. Das Gate und der Drain des fünften Transistors M5 sind jeweils mit dem dritten Knoten N3 und dem vierten Knoten N4 verbunden und die Source davon ist mit der Massespannung über den Widerstand R verbunden. Die Source, das Gate und der Drain des sechsten Transistors M6 sind jeweils mit der Versorgungsspannung VR, dem vierten Knoten N4 und dem dritten Knoten N3 verbunden. Das Gate und der Drain des siebten Transistors M7 sind gemeinsam mit dem vierten Knoten N4 verbunden, und die Source davon ist mit der Versorgungsspannung VR verbunden.
Die Vorspannungs-Schaltung 200F erzeugt den Vorstrom IPTAT, der mit zunehmender Temperatur zunimmt. Dementsprechend nimmt der Betriebsstrom I_D, d. h. der gespiegelte Strom des Vorstroms IPTAT, ebenfalls mit zunehmender Temperatur zu. Inzwischen erzeugt die Spannungserzeugungseinheit 300B die zweite Betriebsspannung VSS, die mit zunehmender Temperatur abnimmt.
Wie oben beschrieben, nimmt die Oszillationsfrequenz f_osc ab, wenn die zweite Betriebsspannung VSS abnimmt und die Oszillationsfrequenz f_osc nimmt zu, wenn der Betriebsstrom ID ansteigt. Dementsprechend können sich, wenn die Temperatur ansteigt, die Abnahme der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund der Abnahme des zweiten Betriebsspannung VSS und die Erhöhung der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund des Anstiegs des Betriebsstroms I_D einander aufheben, so dass das Schwingungssignal SO erlangt wird, dessen Oszillationsfrequenz f_osc unempfindlich auf eine Temperaturänderung ist. Es ist möglich, dass sich die Abnahme der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund der Abnahme der zweiten Betriebsspannung VSS und die Erhöhung der Oszillationsfrequenz f_osc aufgrund des Anstiegs des Betriebsstroms I_D teilweise gegenseitig aufheben können. Es ist auch möglich, dass die Variation der Oszillationsfrequenz f_osc des Schwingungssignals SO wenigstens aufgrund einer gleichzeitigen Änderung der Abnahme der zweiten Betriebsspannung VSS und der Zunahme des Betriebsstroms I_D, entsprechend der Temperaturänderung verringert wird. Die Zuordnung der Abnahme der zweiten Betriebsspannung VSS und der Zunahme des Betriebsstroms I_D entsprechend der Temperaturänderung kann eine Variation der Oszillationsfrequenz f_osc des Schwingungssignals SO, wie oben oder im Folgenden beschrieben beeinträchtigen (reduzieren).
13 ist ein Graph, der ein Simulationsergebnis einer Ausgangsfrequenz eines temperaturkompensierten Oszillators, gemäß der Ausführungsform der Erfindung darstellt, und ein Simulationsergebnis einer Ausgangsfrequenz eines Oszillators, gemäß eines Vergleichsbeispiels darstellt. Gemäß 13 zeigt eine Kurve 410 die Ausgangsfrequenz des Oszillators in Bezug auf eine Temperatur in dem Vergleichsbeispiel und eine Linie 420 zeigt das Ausgangssignal des Oszillators in Bezug auf eine Temperatur in der Ausführungsform des erfinderischen Konzepts. Die Linie 420 kann eine Kurve sein.
Wie oben beschrieben, umfasst der Oszillator, gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung, eine PTAT-Stromquelle, um einen Betriebsstrom zu liefern, der mit der Zunahme der Temperatur zunimmt und eine Spannungserzeugungseinheit, um eine Betriebsspannung zu steuern, so dass die Ausgangsfrequenz verringert wird. Der Oszillator, gemäß des Vergleichsbeispiels verwendet nur die PTAT-Stromquelle, um einen Betriebsstrom zu liefern, der mit der Zunahme der Temperatur zunimmt, ohne die Spannungserzeugungseinheit.
Wie in 13 gezeigt, während die Ausgangsfrequenz des Oszillators, entsprechend dem Vergleichsbeispiel, eine Variation von etwa ±12% in Bezug auf eine Temperatur aufweist, weist die Ausgangsfrequenz des Oszillators, gemäß der vorliegenden Ausführungsform der erfinderischen Idee, eine Variation von nur etwa ±2% in Bezug auf eine Temperatur auf und erhöht damit bemerkenswert die Genauigkeit einer Frequenz in Bezug auf eine Temperatur.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der Ausführungsform der Erfindung, die Ausgangsfrequenz eines Oszillators kompensiert werden, unter Verwendung eines Betriebsstroms, der proportional zu einer Temperatur ist und einer Energieversorgungsspannung mit einem vorbestimmten Wert in Bezug auf die Temperatur (z. B. eine Spannung proportional oder umgekehrt proportional zur Temperatur), anstatt nur der Verwendung eines temperaturkompensierten Referenzstroms, der üblicherweise als Betriebsstrom von einem Ringoszillator eingesetzt wird. Daher kann gemäß der Ausführungsform der Erfindung, ein Ringoszillator mit einer temperaturkompensierten Oszillatorfrequenz (z. B. 15 kHz) mit einem niedrigen Betriebsstrom (z. B. 200 nA oder weniger) mit einem kleinen Widerstand (z. B. ein einziger Widerstand mit einem Widerstand von 2 MΩ oder weniger) ausgeführt werden.
14 ist ein schematisches Blockdiagramm einer elektronischen Vorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gemäß 14 umfasst die elektronische Vorrichtung 10 einen temperaturkompensierten Oszillator 1 und eine Logikschaltung 2. Der temperaturkompensierte Oszillator 1 kann einer der temperaturkompensierten Oszillatoren 1 und 1A bis 1G sein, die oben mit Bezug auf die 1 bis 12, gemäß der Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden sind.
Die Logikschaltung 2 verwendet das Schwingungssignal SO als ein Taktsignal und kann in Synchronisation mit dem Schwingungssignal SO oder einem, von dem Schwingungssignals SO erzeugten Taktsignal arbeiten. Die Logikschaltung 2 kann eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen Speicher oder eine Kommunikationsschaltung (z. B. ein Modem oder ein Transceiver) sein, um mit einer externen Vorrichtung zu kommunizieren, aber das vorliegende allgemeine erfinderische Konzept ist nicht darauf beschränkt. Die Logikschaltung 2 kann in einer Funktionseinheit 3 der elektronischen Vorrichtung 10 beinhaltet sein. Die Funktionseinheit 3 kann eine Benutzerschnittstelle umfassen, um mit einem Benutzer zu kommunizieren, um Daten an den Benutzer auszugeben oder einen Benutzerbefehl von dem Benutzer zu empfangen, und eine Video- und/oder Audio-Einheit, um ein Bild und/oder Ton auszugeben. Das Bild kann auf einer Anzeigeeinheit angezeigt werden (nicht dargestellt). Die Anzeigeeinheit kann ein Touchpanel als ein Ausgabeelement und ein Benutzerbefehlseingabeelement sein.
Das Schwingungssignal SO kann in Komponenten der Funktionseinheit 3 verwendbar sein. Es ist möglich, dass das Schwingungssignal SO verwendbar sein kann, um die elektronische Vorrichtung zu betreiben, welche die Logikschaltung 2 in unterschiedlichen Betriebsmodi entsprechend den verschiedenen Schwingungsfrequenzen umfasst. Das Schwingungssignal SO kann als mindestens eine der unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen verwendbar sein, oder kann verwendbar sein, um zumindest eine der unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen zu erzeugen (oder in eine solche umgewandelt zu werden), um den entsprechenden Betriebsmodus durchzuführen.
Die elektronische Vorrichtung 10 kann ein Speichergerät, ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein Personal Digital Assistant (PDA), ein drahtloses Kommunikationsgerät, eine Digitalkamera, oder ein Solid-State-Festplatte (SSD) sein, aber die vorliegende allgemeine erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der Ausführungsform des erfinderischen Konzepts, die Ausgangsfrequenz eines Oszillators kompensiert werden, unter Verwendung eines Betriebsstroms, der proportional zu einer Temperatur ist und einer Energieversorgungsspannung mit einem vorbestimmten Wert in Bezug auf die Temperatur, anstatt nur der Verwendung eines temperaturkompensierten Referenzstroms, der üblicherweise als Betriebsstrom von einem Ringoszillator eingesetzt wird. Als Ergebnis kann eine stabile Frequenzcharakteristik in Bezug auf eine Temperaturänderung erhalten werden. Außerdem wird die Größe eines Widerstandselements deutlich reduziert, welches erforderlich ist, um einen Niedrigstrom-Oszillator zu implementieren, so dass eine Größe des Oszillators verringert wird. Die Spannungserzeugungseinheit kompensiert eine Änderung in der Frequenz des Schwingungssignals in Bezug auf eine Änderung der Temperatur komplementär mit der Vorspannungs-Schaltung durch Steuerung der Betriebsspannung, so dass die Frequenz des Schwingungssignals abnimmt, wenn die Temperatur ansteigt.
Obwohl nur wenige Ausführungsformen des vorliegenden allgemeinen erfinderischen Konzepts dargestellt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann klar, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geiste der allgemeinen erfinderischen Idee abzuweichen, deren Umfang in den angefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2013-0130436 [0001]

Claims

Temperaturkompensierter Oszillator, umfassend: eine Oszillatoreinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Schwingungssignal mittels einem Betriebsstrom und einer Betriebsspannung zu erzeugen; eine Vorspannungs-Schaltung, die dazu ausgelegt ist, den Betriebsstrom zu steuern, so dass eine Frequenz des Schwingungssignals ansteigt, wenn eine Temperatur ansteigt; und eine Spannungserzeugungseinheit, die dazu ausgelegt ist, die Betriebsspannung zu erzeugen, die mit der Temperatur variiert, wobei die Spannungserzeugungseinheit eine Änderung in der Frequenz des Schwingungssignals in Bezug auf eine Änderung der Temperatur komplementär mit der Vorspannungs-Schaltung durch Steuerung der Betriebsspannung kompensiert, so dass die Frequenz des Schwingungssignals abnimmt, wenn die Temperatur ansteigt.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 1, wobei die Oszillatoreinheit umfasst: eine ungerade Anzahl von Invertierern, die in Serie in einer Ringform geschaltet sind; und wenigstens eine erste Stromquelle, die zwischen eine erste Betriebsspannung der Betriebsspannung und den entsprechenden Invertierern geschaltet ist und von der Vorspannungs-Schaltung gesteuert wird und/oder eine zweite Stromquelle, die mit den entsprechenden Invertierern und einer zweiten Betriebsspannung der Betriebsspannung verbunden ist von der Vorspannungs-Schaltung gesteuert wird.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 2, wobei die Vorspannungs-Schaltung eine Stromquelle umfasst, die proportional zu einer absoluten Temperatur-(PTAT-)Stromquelle ist, um den Betriebsstrom zu erzeugen, der mit zunehmender Temperatur zunimmt.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 3, wobei die Spannungserzeugungseinheit einen Betriebsspannungserzeugungstransistor umfasst, der zwischen eine Versorgungsspannung und der ersten Betriebsspannung geschaltet ist und eine Diodenverbindung hat.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 4, wobei die Spannungserzeugungseinheit des Weiteren eine Bulkspannungssteuerung umfasst, die dazu ausgelegt ist, eine Bulkspannung des Betriebsspannungserzeugungstransistors in Reaktion auf ein digitales Steuersignal von wenigstens zwei Bits zu steuern.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 5, wobei die Bulkspannungssteuerung aufweist: wenigstens zwei Bulkspannungs-Steuertransistoren, die jeweils dazu ausgelegt sind, ein Gate und einen Drain aufzuweisen, die gemeinsam mit einem Substrat des Betriebsspannungserzeugungstransistors angeschlossen sind; und einen Schalterkreis, der dazu ausgelegt ist, mit wenigstens einem der Bulkspannungs-Steuertransistoren verbunden zu sein, um in Reaktion auf das digitale Steuersignal geöffnet und geschlossen zu werden.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 4, wobei die PTAT-Stromquelle umfasst: einen ersten Transistor mit einem Gate und einem Drain, die gemeinsam an einen ersten Knoten angeschlossen sind; einen vierten Transistor mit einem Gate und einem Drain, die gemeinsam mit einem dritten Knoten verbunden sind; einen fünften Transistor mit einem Gate, das mit dem dritten Knoten verbunden ist und einem Drain, der an einen vierten Knoten angeschlossen ist; einen sechsten Transistor mit einer Source, die mit der Versorgungsspannung verbunden ist, mit einem Gate, das mit dem vierten Knoten verbunden ist, und mit einem Drain, das mit dem dritten Knoten verbunden ist; einen siebten Transistor mit einem Gate und einem Drain, die gemeinsam mit dem vierten Knoten verbunden sind und mit einer Source, die mit der Versorgungsspannung verbunden ist; und einen achten Transistor mit einem Gate, das mit dem vierten Knoten verbunden ist, einer Source, die mit der Versorgungsspannung verbunden ist, und einem Drain, das mit dem ersten Knoten verbunden ist.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 7, wobei der erste Knoten mit der zweiten Stromquelle verbunden ist.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 7, wobei: die PTAT-Stromquelle des Weiteren aufweist: einen zweiten Transistor mit einem Gate, das mit dem ersten Knoten verbunden ist und mit einem Drain, das mit einem zweiten Knoten verbunden ist, und einen dritten Transistor mit einem Gate und einem Drain, die gemeinsam mit dem zweiten Knoten verbunden sind und mit einer Source, die mit der ersten Betriebsspannung verbunden ist; und der zweite Knoten mit der ersten Stromquelle verbunden ist.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 3, wobei die Spannungserzeugungseinheit einen Betriebsspannungserzeugungstransistor umfasst, der zwischen eine Massespannung und der zweiten Betriebsspannung geschaltet ist und eine Diodenverbindung hat.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 10, wobei die PTAT-Stromquelle umfasst: einen ersten Transistor mit einem Drain, der mit einem ersten Knoten verbunden ist und mit einem Gate, das mit einem ditten Knoten verbunden ist; a einen vierten Transistor mit einem Gate und einem Drain, die gemeinsam mit dem dritten Knoten verbunden sind; einen fünften Transistor mit einem Gate, das mit dem dritten Knoten verbunden ist und einem Drain, der an einen vierten Knoten angeschlossen ist; einen sechsten Transistor mit einer Source, die mit einer Versorgungsspannung verbunden ist, mit einem Gate, das mit dem vierten Knoten verbunden ist, und mit einem Drain, der mit dem dritten Knoten verbunden ist; einen siebten Transistor mit einem Gate und einem Drain, die gemeinsam mit dem vierten Knoten verbunden sind und mit einer Source, die mit der Versorgungsspannung verbunden ist; und einen achten Transistor mit einem Drain, der mit dem ersten Knoten verbunden ist.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 11, wobei der erste Knoten mit der ersten Stromquelle verbunden ist.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 11, wobei die PTAT-Stromquelle des Weiteren umfasst: einen zweiten Transistor mit einem Gate und einem Drain, die gemeinsam mit einem zweiten Knoten verbunden sind und mit einer Source, die mit der zweiten Betriebsspannung verbunden ist; und einen dritten Transistor mit einem Gate, das mit dem ersten Knoten verbunden ist und mit einem Drain, der mit einem zweiten Knoten verbunden ist, und der zweite Knoten mit der zweiten Stromquelle verbunden ist.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 11, wobei die Vorspannungs-Schaltung des Weiteren eine Vorstromanpassungsschaltung umfasst, die dazu ausgelegt ist, einen Bulkspannungspegel von wenigstens einem Transistor unter dem ersten Transistor und den vierten bis achten Transistoren einzustellen.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 14, wobei die Vorspannungs-Schaltung umfasst: wenigstens zwei Bulkspannungs-Steuertransistoren, die gemeinsam mit einem Bulk von mindestens einem Transistor unter dem ersten Transistor und den vierten bis achten Transistoren verbunden ist; und einen Schalterkreis, der dazu ausgelegt ist, mit wenigstens einem der Bulkspannungs-Steuertransistoren verbunden zu sein, um in Reaktion auf das digitale Steuersignal geöffnet und geschlossen zu werden.
Elektronische Vorrichtung, umfassend: einen temperaturkompensierten Oszillator, der dazu ausgelegt ist, ein Schwingungssignal mit einer Ausgangsfrequenz zu erzeugen, die unempfindlich auf eine Temperaturänderung ist; und eine Logikschaltung, die dazu ausgelegt ist, um in Reaktion auf das Schwingungssignal zu arbeiten, wobei der temperaturkompensierte Oszillator umfasst: eine Oszillatoreinheit, die dazu ausgelegt ist, um das Schwingungssignal zu erzeugen, unter der Benutzung einer ungeraden Anzahl von Invertierern, die in Reihe in einer Ringform verbunden sind; eine Vorspannungs-Schaltung, die dazu ausgelegt ist, einen Betriebsstrom von jedem der Invertierer mit steigender Temperatur zu erhöhen; und eine Spannungserzeugungseinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Betriebsspannung zu erhöhen, die zwischen beiden Enden jedes Invertierers gebracht ist, mit zunehmender Temperatur zu erhöhen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei: die Oszillatoreinheit wenigstens eine Stromquelle einer ersten Stromquelle umfasst, die zwischen eine erste Betriebsspannung und die Invertierer geschaltet ist und von der Vorspannungs-Schaltung gesteuert wird und/oder eine Stromquelle einer zweiten Stromquelle umfasst, die mit den Invertierern und einer zweiten Betriebsspannung verbunden ist und von der Vorspannungs-Schaltung gesteuert wird, und die Spannungserzeugungseinheit wenigstens einen Transistor eines ersten Betriebsstromerzeugungstransistors umfasst, der zwischen eine Versorgungsspannung und die erste Betriebsspannung geschaltet ist und eine Diodenschaltung aufweist und/oder einen Transistor eines zweiten Betriebsstromerzeugungstransistors umfasst, der zwischen einer Massespannung und der zweiten Betriebsspannung geschaltet ist und die Diodenverbindung aufweist.
Temperaturkompensierter Oszillator, der mit einer elektronischen Vorrichtung verwendbar ist, umfassend: eine Oszillatoreinheit, die Invertierer als einen Ringoszillator aufweist, um mit einer Betriebsspannung versorgt zu werden und einen Betriebsstrom aufweist, die sich gemäß einer Temperaturänderung ändern und um ein Schwingungssignal auszugeben, so dass eine Kennlinie des Betriebsstroms und eine Kennlinie der Betriebsspannung versetzt sein können, um eine Frequenz des Schwingungssignal stabil zu erhalten, unabhängig von der Temperaturänderung.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 18, des Weiteren umfassend: eine Vorspannungs-Schaltung mit Transistoren, um den Betriebsstrom zu erzeugen, der sich erhöht, wenn eine Temperatur ansteigt; und eine Spannungserzeugungseinheit, um die Betriebsspannung zu erzeugen, die sich mit der Temperatur verändert.
Temperaturkompensierter Oszillator nach Anspruch 18, wobei die variable Betriebsspannung und der variable Betriebsstrom gleichzeitig an die entsprechenden Invertierer der Oszillatoreinheit angelegt werden.