DE102019109322A1 - Oszillatorvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Oszillatorvorrichtung (10) umfasst eine Ringoszillatorschaltung (20) mit mindestens einer Verzögerungsstufe (50), wobei ein Ausgang einer letzten Verzögerungsstufe zu einem Eingang einer ersten Verzögerungsstufe rückgekoppelt ist, wobei jede der Verzögerungsstufen (50) dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu empfangen und eine Verzögerung bereitzustellen, die von dem Ladestrom abhängt, wobei mindestens eine der Verzögerungsstufen (50) einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor umfasst. Die Oszillatorvorrichtung (10) umfasst ferner eine Vorspannungsschaltung (30) mit einem Ausgangsanschluss, der mit einem Eingangsanschluss der Ringoszillatorschaltung (20) gekoppelt ist. Die Vorspannungsschaltung (30) ist dazu eingerichtet, eine temperaturunabhängige Referenzspannung (Vref) zu empfangen und umfasst eine Stromquelle mit einem primären n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter- NMOS -Transistor (M0). Die Stromquelle ist dazu eingerichtet, einen Steuerstrom (Iptat) an die Ringoszillatorschaltung (20) zu liefern, der proportional zu einer Differenz zwischen der temperaturunabhängigen Referenzspannung (Vref) und einer Gate-Source-Spannung (Vgs) des primären NMOS-Transistors (M0) ist, wobei die Gate-Source-Spannung (Vgs) des primären NMOS-Transistors (M0) einen negativen Temperaturkoeffizienten umfasst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oszillatorvorrichtung.
  • Ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) ist einer der wichtigsten Bausteine in analogen und digitalen Schaltungen. Es gibt viele Designanforderungen für einen VCO, wie Phasenstabilität, großer elektrischer Abstimmbereich, Frequenzlinearität gegenüber der Steuerspannung, hoher Verstärkungsfaktor usw. In Bezug auf digitale Telefone oder Smartphones, in denen diese Schaltungen verwendet werden, ist ein geringer Energieverbrauch ein sehr wichtiger Designfaktor.
  • Eine Art leistungsarmer spannungsgesteuerter Oszillatoren sind stromabgesenkte Oszillatoren. Beispielsweise kann ein Referenzstrom eines derartigen Oszillators in CMOS-Technologie im Bereich von nur einigen Hundert Nanoampere liegen, um eine Schwingungsfrequenz von 1 bis 10 MHz zu erzeugen. Doch umfassen derartige stromabgesenkte Oszillatoren eine Schwingungsfrequenz mit einem negativen Temperaturgradienten. Das bedeutet, dass die Schwingungsfrequenz mit steigender Temperatur abnimmt. Dies ist auf die Temperatureffekte von MOS-Transistoren in Verzögerungselementen der Oszillatoren zurückzuführen, d. h. die Mobilität der Löcher und Elektronen der MOS-Transistoren nimmt mit steigender Temperatur ab, sodass der Widerstand des voll durchgesteuerten Transistors mit steigender Temperatur ansteigt. Gegenwärtig kann die den stromabgesenkten Oszillatoren innewohnende Temperaturabhängigkeit nicht außerhalb des Chips getrimmt werden.
  • Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Oszillatorvorrichtung mit einer Schwingungsfrequenz bereitzustellen, die sich möglichst wenig mit der Temperatur ändert.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
  • Die Erfindung zeichnet sich durch eine Oszillatorvorrichtung aus, die eine Ringoszillatorschaltung mit mindestens einer Verzögerungsstufe umfasst, wobei ein Ausgang einer letzten Verzögerungsstufe zu einem Eingang einer ersten Verzögerungsstufe rückgekoppelt ist, wobei jede der Verzögerungsstufen dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu empfangen und eine Verzögerung bereitzustellen, die von dem Ladestrom abhängt, wobei mindestens eine der Verzögerungsstufen einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor umfasst. Die Oszillatorvorrichtung umfasst ferner eine Vorspannungsschaltung mit einem Ausgangsanschluss, der mit einem Eingangsanschluss der Ringoszillatorschaltung gekoppelt ist. Die Vorspannungsschaltung ist dazu eingerichtet, eine temperaturunabhängige Referenzspannung zu empfangen und umfasst eine Stromquelle mit einem primären n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter- NMOS -Transistor. Die Stromquelle ist dazu eingerichtet, einen Steuerstrom an die Ringoszillatorschaltung zu liefern, der proportional zu einer Differenz zwischen der temperaturunabhängigen Referenzspannung und einer Gate-Source-Spannung des primären NMOS-Transistors ist, wobei die Gate-Source-Spannung des primären NMOS-Transistors einen negativen Temperaturkoeffizienten umfasst.
  • Die Oszillatorvorrichtung stellt eine integrierte automatische Temperaturkompensation derart bereit, dass der Oszillator dazu eingerichtet ist, eine Schwingungsfrequenz bereitzustellen, die temperaturstabil oder zumindest annähernd temperaturstabil ist. Da die Gate-Source-Spannung des primären NMOS-Transistors einen negativen Temperaturkoeffizienten umfasst, kann der Steuerstrom der Vorspannungsschaltung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten versehen werden, der verwendet werden kann, um die zur absoluten Temperatur komplementären (CTAT) Schwingungsfrequenzabweichungen der Oszillatorvorrichtung zu kompensieren. Somit kann eine temperaturstabilisierte Oszillatorvorrichtung bereitgestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst jede der Verzögerungsstufen ein stromabgesenktes Verzögerungselement. Ein Niedrigstrom-Oszillator, der dazu eingerichtet ist, einen niedrigen Betriebsstrom für ein analoges Mikrofon oder einen Schlafmodusstrom für ein digitales Mikrofon, beispielsweise einen Strom von 1 µA bereitzustellen, ist sehr wünschenswert. Solche Niedrigstrom-Oszillatoren können durch Oszillatoren mit stromabgesenkten Verzögerungselementen realisiert werden. Somit kann eine temperaturstabilisierte Oszillatorvorrichtung mit einem ziemlich niedrigen Betriebsstrom, beispielsweise im Bereich von 1 µA, bereitgestellt werden. Des Weiteren kann ein großer Ausgangsspannungshub von 0 V bis VDD direkt an diesem Oszillatorausgang erreicht werden, sodass kein Pegelumsetzer benötigt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst jede Verzögerungsstufe eine Stromabsenkungsschaltung, die mit dem Verzögerungselement gekoppelt ist, wobei die Stromabsenkungsschaltung einen ersten und einen zweiten Transistor umfasst und der erste und der zweite Transistor angeordnet und dazu eingerichtet sind, den an das Verzögerungselement gelieferten Ladestrom zu steuern. Insbesondere sind der erste und der zweite Transistor angeordnet und dazu eingerichtet, den an das Verzögerungselement gelieferten Ladestrom in Abhängigkeit von ihrer Gate-Spannung zu steuern. Alternativ umfasst die Ringoszillatorschaltung mindestens eine Stromabsenkungsschaltung, die mit mehreren Verzögerungselementen gekoppelt ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verzögerungselement eine Inverterschaltung oder ist eine Inverterschaltung. Dies gestattet eine einfache und kostengünstige Realisierung der Oszillatorvorrichtung.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Inverter einen n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistor und einen p-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistor, die als der Inverter gekoppelt sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorspannungsschaltung ferner einen Differenzverstärker, der dazu eingerichtet ist, die temperaturunabhängige Referenzspannung mit einer Messspannung zu vergleichen. Die Vorspannungsschaltung umfasst ferner einen Rückkopplungstransistor, wobei eine Gate-Drain-Strecke des Rückkopplungstransistors in einer Gegenkopplungsschleife des Differenzverstärkers angeordnet ist. Außerdem umfasst die Vorspannungsschaltung ein Widerstandsnetzwerk, wobei ein Drain des Rückkopplungstransistors mit einem ersten Anschluss des Widerstandsnetzwerks gekoppelt ist und ein Drain des primären NMOS-Transistors mit einem zweiten Anschluss des Widerstandsnetzwerks gekoppelt ist und die Messspannung an dem ersten Anschluss des Widerstandsnetzwerks abgegriffen wird. Auf diese Weise wird die Leistung der Vorspannungsschaltung als Konstantstromquelle verbessert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht das Widerstandsnetzwerk aus einem einzigen Widerstand. Dies gestattet eine einfache und kostengünstige Realisierung der Oszillatorvorrichtung.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Widerstandsnetzwerk mehrere Widerstände und Schalter für die Anpassung des Widerstandswerts des Widerstandsnetzwerks, der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Widerstandsnetzwerks wirkt. Dies ermöglicht die Kalibration und/oder Justierung der Schwingungsfrequenz der Oszillatorvorrichtung im Falle von Prozessschwankungen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der entsprechende Widerstand des Widerstandsnetzwerks ein unsilizidierter p-Polysilizium-Widerstand. Derartige Widerstände haben einen vernachlässigbaren Temperaturkoeffizienten (normalerweise < 100ppm/°C).
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Transistor-Seitenverhältnis Breite/Länge des primären NMOS-Transistors derart angepasst, dass der Steuerstrom der Vorspannungsschaltung einen gewünschten positiven Temperaturkoeffizienten umfasst, der zum Kompensieren der temperaturabhängigen Verzögerungsabweichungen der Verzögerungsstufen erforderlich ist. Auf diese Weise kann ein gewünschter zur absoluten Temperatur proportionaler Steuerstrom bereitgestellt werden, indem das Transistor-Seitenverhältnis Breite/Länge des primären NMOS-Transistors so festgelegt wird, dass die Vorspannungsschaltung einen angemessenen Steuerstrom bereitstellen kann, um eine CTAT-Schwingungsfrequenzabweichung zu kompensieren, und es kann eine konstante Schwingungsfrequenz über den ganzen Temperaturbereich erreicht werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorspannungsschaltung mindestens einen weiteren Transistorzweig, der parallel zum primären NMOS-Transistor angeordnet ist, wobei der mindestens eine Transistorzweig einen weiteren NMOS-Transistor und einen Schalter umfasst. Tatsächlich kann ein Transistor-Seitenverhältnis Breite/Länge des primären NMOS-Transistors in einfacher Weise durch Anpassen der Breite in Übereinstimmung mit den Anforderungen angepasst werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorspannungsschaltung dazu eingerichtet, den primären NMOS-Transistor in einem Bereich starker Inversion zu betreiben. Auf diese Weise kann der negative Temperaturkoeffizient der Gate-Source-Spannung des primären NMOS-Transistors wirksam mithilfe des Transistor-Seitenverhältnisses Breite/Länge angepasst werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Referenzspannung größer als die Gate-Source-Spannung.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mithilfe der schematischen Zeichnungen erläutert. Dies sind im Einzelnen:
    • 1: ist ein Prinzipschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform einer Oszillatorvorrichtung,
    • 2: ist ein Funktionsdiagramm einer beispielhaften Gate-Source-Spannung eines n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistors,
    • 3: ist ein Funktionsdiagramm eines beispielhaften Steuerstroms einer Vorspannungsschaltung der Oszillatorvorrichtung,
    • 4: ist ein Prinzipschaltbild eines Details einer beispielhaften Ausführungsform der Vorspannungsschaltung, und
    • 5: ist ein Prinzipschaltbild eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Vorspannungsschaltung,
  • Elemente mit gleicher Gestaltung und Funktion, die in verschiedenen Figuren erscheinen, sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Oszillatorvorrichtung 10.
  • Die Oszillatorvorrichtung 10 umfasst eine Ringoszillatorschaltung 20 und eine Vorspannungsschaltung 30. Die Oszillatorvorrichtung 10 ist beispielsweise ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO).
  • Die Ringoszillatorschaltung 20 umfasst mindestens eine Verzögerungsstufe 50. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die Ringoszillatorschaltung 20 beispielsweise drei Verzögerungsstufen. Ein Ausgang der letzten Verzögerungsstufe ist zu einem Eingang der ersten Verzögerungsstufe rückgekoppelt. Die mindestens eine Verzögerungsstufe 50 ist dazu eingerichtet, einen Ladestrom zu empfangen und eine Verzögerung bereitzustellen, die von dem Ladestrom abhängt.
  • Vorzugsweise umfasst jede der Verzögerungsstufen ein stromabgesenktes Verzögerungselement 60 und eine Stromabsenkungsschaltung, die mit dem Verzögerungselement 60 gekoppelt ist. Beispielsweise umfasst die Stromabsenkungsschaltung einen ersten Transistor T1 und einen zweiten Transistor T2 und sind der erste und der zweite Transistor T1, T2 angeordnet und dazu eingerichtet, den Ladestrom zu steuern, mit dem das Verzögerungselement 60 in Abhängigkeit von ihrer Gate-Spannung versorgt wird. Das Verzögerungselement 60 umfasst beispielsweise eine Inverterschaltung oder ist eine Inverterschaltung, wobei ein n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistor und ein p-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistor als der Inverter gekoppelt sind.
  • Die Vorspannungsschaltung 30 umfasst einen Eingangsanschluss IN. Im Betrieb empfängt die Vorspannungsschaltung 30 betriebsmäßig eine temperaturunabhängige Referenzspannung Vref, beispielsweise eine Bandabstandsreferenzspannung, an ihrem Eingangsanschluss IN.
  • Die Vorspannungsschaltung 30 umfasst beispielsweise eine Konstantstromquelle mit einem Rückkopplungstransistor M3.
  • Die Konstantstromquelle umfasst einen Differenzverstärker A, beispielsweise einen Operationsverstärker. Der Differenzverstärker A umfasst beispielsweise eine Gegenkopplungsschleife, wobei eine Gate-Drain-Strecke des Rückkopplungstransistors M3 in der Rückkopplungsschleife angeordnet ist. Ein Ausgang des Differenzverstärker A ist mit dem Gate des Rückkopplungstransistors M3 gekoppelt.
  • Der Differenzverstärker A dient als Fehlerverstärker. Im Betrieb vergleicht der Differenzverstärker A die temperaturunabhängige Referenzspannung Vref mit einer Messspannung.
  • Vorzugsweise ist der Rückkopplungstransistor M3 ein PMOS-Transistor.
  • Des Weiteren umfasst die Vorspannungsschaltung 30 einen primären NMOS-Transistor M0 und ein Widerstandsnetzwerk R, wobei ein Drain des Rückkopplungstransistors M3 mit einem ersten Anschluss 1 des Widerstandsnetzwerks R gekoppelt ist und ein Drain des primären NMOS-Transistors M0 mit einem zweiten Anschluss 2 des Widerstandsnetzwerks R gekoppelt ist. Die Messspannung wird am ersten Anschluss 1 des Widerstandsnetzwerks R abgegriffen. Eine Source des primären NMOS-Transistors M0 ist mit einem gegebenen Referenzpotenzial, insbesondere Masse, gekoppelt.
  • Ein Kondensator, der zur Frequenzkompensation der Gegenkopplungsschleife zwecks Steigerung der Schleifenstabilität verwendet wird, ist mit dem Ausgang des Verstärkers A und dem ersten Anschluss 1 gekoppelt.
  • Im Betrieb zwingt die Gegenkopplungsschleife eine Spannung am ersten Anschluss 1 des Widerstandsnetzwerks dazu, gleich der temperaturunabhängigen Referenzspannung Vref zu sein, und eine Spannung am zweiten Anschluss 2 des Widerstandsnetzwerks R ist gleich der Gate-Source-Spannung Vgs des primären NMOS-Transistors M0.
  • Ein Steuerstrom Iptat, der durch das Widerstandsnetzwerk R fließt, kann gemäß Gleichung (1) bestimmt werden: Iptat = ( Vref − Vgs ) / Rres
    Figure DE102019109322A1_0001
    wobei Vref die temperaturunabhängige Referenzspannung ist, Vgs die Gate-Source-Spannung des primären NMOS-Transistors M0 ist und Rres der resultierende Widerstandswert des Widerstandsnetzwerks R zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 1, 2 des Widerstandsnetzwerks ist.
  • Der primäre NMOS-Transistor M0 umfasst eine temperaturabhängige Gate-Source-Spannung Vgs. Die Gate-Source-Spannung Vgs umfasst einen negativen Temperaturkoeffizienten.
  • Vorzugsweise arbeitet der primäre NMOS-Transistor M0 in starker Inversion. Wenn ein NMOS-Transistor im Bereich starker Inversion betrieben wird, kann der negative Temperaturkoeffizient der Gate-Source-Spannung Vgs wirksam mithilfe des Transistor-Seitenverhältnisses Breite/Länge W/L angepasst werden. In 2 wird eine unterschiedliche Steigung der Gate-Source-Spannung Vgs gegenüber einem unterschiedlichen Transistor-Seitenverhältnis Breite/Länge W/L dargestellt.
  • In 3 wird eine unterschiedliche Steigung des Steuerstroms Iptat gegenüber einem unterschiedlichen Transistor-Seitenverhältnis Breite/Länge W/L dargestellt.
  • Wieder mit Bezug auf Gleichung (1) zeigt der Steuerstrom Iptat der Vorspannungsschaltung 30 den entsprechenden positiven Temperaturkoeffizienten bei unterschiedlichem Transistor-Seitenverhältnis Breite/Länge W/L. Ungeachtet der Größe der Steigung der CTAT-Schwingungsfrequenz fosc von dem stromabgesenkten Ringoszillator 20 kann daher durch entsprechende Festlegung des Transistor-Seitenverhältnisses Breite/Länge W/L des primären NMOS-Transistors M0 die CTAT-Schwingungsfrequenzabweichung kompensiert werden und es kann eine konstante Schwingungsfrequenz fosc über einen ganzen Temperaturbereich, insbesondere von -40°C bis 120°C, erreicht werden.
  • Des Weiteren umfasst die Ringoszillatorschaltung 20 beispielsweise eine Stromspiegelschaltung 40. Die Stromspiegelschaltung 40 ist dazu eingerichtet, den Strom an die mindestens eine Verzögerungsstufe 50 zu liefern.
  • Die Stromspiegelschaltung 40 spiegelt den Steuerstrom Iptat, den die Vorspannungsschaltung 30 an die entsprechenden Stromabsenkungsschaltungen der Verzögerungsstufen 50 liefert. Beispielsweise wird der Steuerstrom Iptat von einem dritten PMOS-Transistor M3 auf einen vierten und einen fünften PMOS-Transistor M4, M5 gespiegelt und wird dann von einem sechsten NMOS-Transistor M6 auf einen siebten NMOS-Transistor M7 gespiegelt. Auf diese Weise beaufschlagt der Steuerstrom Iptat die erste Verzögerungsstufe mit einer Vorspannung. Auf dieselbe Weise beaufschlagt der Steuerstrom Iptat die zweite und die dritte Stufe mit einer Vorspannung.
  • 4 zeigt ein Detail einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Vorspannungsschaltung 30. Bei dieser weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die Vorspannungsschaltung 30 nicht nur einen Widerstand, sondern ein Widerstandsnetzwerk R mit mehreren Widerständen R1, R2, R3, R4 und Schaltern S1, S2, S3, S4 zum Anpassen des Widerstandswert Rres und in Verbindung damit des Steuerstroms Iptat nach der Herstellung. Bei der Herstellung der integrierten Schaltung, beispielsweise des ASIC, können Prozessschwankungen in Bezug auf den Widerstand auftreten. Eine solche Prozessschwankung in Bezug auf den Widerstand kann bewirken, dass die resultierende Schwingungsfrequenz von einer gewünschten Schwingungsfrequenz abweicht. Um die resultierende Schwingungsfrequenz zurück auf die gewünschte Schwingungsfrequenz zu kalibrieren, kann der Widerstandswert Rres des Widerstandsnetzwerks R angepasst werden. Beispielsweise umfasst das Widerstandsnetzwerk R N, beispielsweise 3, parallel angeordnete Schaltungszweige, wobei jeder Zweig einen Widerstand R1, R2, R3, R4 und einen Schalter S1, S2, S3, S4 umfasst. Die Werte der jeweiligen Widerstände R1, R2, R3, R4 in den verschiedenen Zweigen können gleich oder verschieden sein. Wenn die nach der Herstellung resultierende Schwingungsfrequenz höher als die gewünschte Schwingungsfrequenz ist, wird der Widerstandswert Rres des Widerstandsnetzwerks R angepasst, um den Steuerstrom Iptat der Vorspannungsschaltung 30 zu verringern. Wenn die nach der Herstellung resultierende Schwingungsfrequenz niedriger als die gewünschte Schwingungsfrequenz ist, wird der Widerstandswert Rres des Widerstandsnetzwerks R angepasst, um den Steuerstrom Iptat der Vorspannungsschaltung 30 zu erhöhen.
  • 5 zeigt ein Detail einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Vorspannungsschaltung 30. Bei dieser weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die Vorspannungsschaltung 30 nicht nur einen einzigen primären NMOS-Transistor M0, sondern ein NMOS-Transistornetzwerk mit mehreren NMOS-Transistoren M0, M1, M2 und mehreren Schaltern S1, S2. Jeder dieser NMOS-Transistoren M0, M1, M2 kann in diskreter oder verteilter Weise implementiert werden. Beispielsweise ist ein selektives Transistornetzwerk mit einem ersten NMOS-Transistor M1 und einem zweiten NMOS-Transistor M2 parallel zum primären NMOS-Transistor M0 implementiert. Wie in 5 dargestellt, werden der erste und der zweite NMOS-Transistor M1, M2 jeweils von den Schaltern S1, S2 gesteuert. Dies ermöglicht die Anpassung des wirksamen W/L des primären NMOS-Transistors M0 nach der Herstellung. Wenn ein größerer positiver Temperaturkoeffizient des Steuerstroms Iptat der Vorspannungsschaltung 30 erforderlich ist, kann ein erster Schalter S1 geschlossen werden, sodass M1 zu M0 parallelgeschaltet ist und eine wirksame W die Summe der Breiten des primären NMOS-Transistors M0 und des ersten NMOS-Transistors M1 ist. Wenn ein noch größerer positiver Temperaturkoeffizient des Steuerstroms Iptat erforderlich ist, können die zwei Schalter S1, S2 geschlossen werden, sodass der erste NMOS-Transistor M1 und der zweite NMOS-Transistor M2 zum primären NMOS-Transistor M0 parallelgeschaltet sind und die resultierende wirksame W die Summe der Breiten des primären NMOS-Transistors M0, des ersten NMOS-Transistors M1 und des zweiten NMOS-Transistors M2 ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erster Anschluss
    2
    zweiter Anschluss
    10
    Oszillatorvorrichtung
    20
    Ringoszillatorschaltung
    30
    Vorspannungsschaltung
    40
    Stromspiegelschaltung
    50
    Verzögerungsstufe
    60
    Verzögerungselement
    A
    Verstärker
    fosc
    Schwingungsfrequenz
    IN
    Eingangsanschluss
    Iptat
    Steuerstrom
    M0
    primärer NMOS-Transistor
    M1
    erster NMOS-Transistor
    M2
    zweiter NMOS-Transistor
    M3
    Rückkopplungstransistor
    M4
    vierter PMOS-Transistor
    M5
    fünfter PMOS-Transistor
    M6
    sechster NMOS-Transistor
    M7
    siebenter NMOS-Transistor
    R
    Widerstandsnetzwerk
    R1, R2, R3, R4
    Widerstand
    S1, S2, S3, S4
    Schalter
    T1
    erster Transistor
    T2
    zweiter Transistor
    Vgs
    Gate-Source-Spannung
    Vref
    Referenzspannung
    W/L
    Transistor-Seitenverhältnis

Claims (13)

  1. Oszillatorvorrichtung (10), umfassend - eine Ringoszillatorschaltung (20) mit mindestens einer Verzögerungsstufe (50), wobei ein Ausgang einer letzten Verzögerungsstufe zu einem Eingang einer ersten Verzögerungsstufe rückgekoppelt ist, wobei jede der Verzögerungsstufen (50) dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu empfangen und eine Verzögerung bereitzustellen, die von dem Ladestrom abhängt, und wobei mindestens eine der Verzögerungsstufen (50) einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor umfasst, - eine Vorspannungsschaltung (30), die einen Ausgangsanschluss umfasst, der mit einem Eingangsanschluss der Ringoszillatorschaltung (20) gekoppelt ist, wobei die Vorspannungsschaltung (30) dazu eingerichtet ist, eine temperaturunabhängige Referenzspannung (Vref) zu empfangen und eine Stromquelle mit einem primären n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter- NMOS -Transistor (M0) umfasst, wobei die Stromquelle dazu eingerichtet ist, einen Steuerstrom (Iptat) an die Ringoszillatorschaltung (20) zu liefern, der proportional zu einer Differenz zwischen der temperaturunabhängigen Referenzspannung (Vref) und einer Gate-Source-Spannung (Vgs) des primären NMOS-Transistors (M0) ist, wobei die Gate-Source-Spannung (Vgs) des primären NMOS-Transistors (M0) einen negativen Temperaturkoeffizienten umfasst.
  2. Oszillatorvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei jede der Verzögerungsstufen (50) ein stromabgesenktes Verzögerungselement (60) umfasst.
  3. Oszillatorvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei jede Verzögerungsstufe (50) eine Stromabsenkungsschaltung umfasst, die mit dem Verzögerungselement (60) gekoppelt ist, wobei die Stromabsenkungsschaltung einen ersten Transistor (T1) und einen zweiten Transistor (T2) umfasst und der erste und der zweite Transistor (T1, T2) angeordnet und dazu eingerichtet sind, den an das Verzögerungselement gelieferten Ladestrom zu steuern.
  4. Oszillatorvorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Verzögerungselement (60) eine Inverterschaltung umfasst oder eine Inverterschaltung ist.
  5. Oszillatorvorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei der Inverter einen n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistor und einen p-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistor umfasst, die als der Inverter gekoppelt sind.
  6. Oszillatorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannungsschaltung (30) ferner umfasst - einen Differenzverstärker (A), der dazu eingerichtet ist, die temperaturunabhängige Referenzspannung (Vref) mit einer Messspannung zu vergleichen, - einen Rückkopplungstransistor (M3) mit einer Gate-Drain-Strecke des Rückkopplungstransistors (M3), die in einer Gegenkopplungsschleife des Differenzverstärkers (A) angeordnet ist, - ein Widerstandsnetzwerk (R), wobei ein Drain des Rückkopplungstransistors (M3) mit einem ersten Anschluss (1) des Widerstandsnetzwerks (R) gekoppelt ist und ein Drain des primären NMOS-Transistors (M0) mit einem zweiten Anschluss (2) des Widerstandsnetzwerks (R) gekoppelt ist und die Messspannung an dem ersten Anschluss (1) des Widerstandsnetzwerks (R) abgegriffen wird.
  7. Oszillatorvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei das Widerstandsnetzwerk (R) aus einem einzigen Widerstand besteht.
  8. Oszillatorvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei das Widerstandsnetzwerk (R) mehrere Widerstände (R1, R2, R3, R4) und Schalter (S1, S2, S3, S4) zum Anpassen eines Widerstandswerts (Rres) des Widerstandsnetzwerks (R) umfasst, der zwischen dem ersten Anschluss (1) und dem zweiten Anschluss (2) des Widerstandsnetzwerks (R) wirkt.
  9. Oszillatorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, wobei der jeweilige Widerstand (R1, R2, R3, R4) ein unsilizidierter p-Polysilizium-Widerstand ist.
  10. Oszillatorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannungsschaltung (30) mindestens einen weiteren Transistorzweig umfasst, der parallel zum primären NMOS-Transistor (M0) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Transistorzweig einen weiteren NMOS-Transistor (M1, M2) und einen Schalter (S1, S2) umfasst.
  11. Oszillatorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannungsschaltung (30) dazu eingerichtet ist, den primären NMOS-Transistor (M0) in einem Bereich starker Inversion zu betreiben.
  12. Oszillatorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Transistor-Seitenverhältnis Breite/Länge (W/L) des primären NMOS-Transistors (M0) derart angepasst ist, dass der Steuerstrom (Iptat) der Vorspannungsschaltung (30) einen gewünschten positiven Temperaturkoeffizienten umfasst, der zum Kompensieren der temperaturabhängigen Verzögerungsabweichungen der Verzögerungsstufen (50) erforderlich ist.
  13. Oszillatorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Referenzspannung (Vref) größer als die Gate-Source-Spannung (Vgs) ist.
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