WO2018127384A1 - Oszillatorvorrichtung - Google Patents

Oszillatorvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2018127384A1
WO2018127384A1 PCT/EP2017/083057 EP2017083057W WO2018127384A1 WO 2018127384 A1 WO2018127384 A1 WO 2018127384A1 EP 2017083057 W EP2017083057 W EP 2017083057W WO 2018127384 A1 WO2018127384 A1 WO 2018127384A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ring oscillator
oscillator
oscillator device
ring
clock signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/083057
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Falk Roewer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US16/473,587 priority Critical patent/US11177794B2/en
Priority to CN201780082275.6A priority patent/CN110168934A/zh
Priority to KR1020197022532A priority patent/KR102379003B1/ko
Publication of WO2018127384A1 publication Critical patent/WO2018127384A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/027—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
    • H03K3/03—Astable circuits
    • H03K3/0315—Ring oscillators
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/01—Details
    • H03K3/011—Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. voltage, temperature

Definitions

  • the present invention relates to an oscillator device.
  • the present invention relates to a fast-starting oscillator device having a ring oscillator.
  • Document EP 1347575 A1 discloses a method of generating an oscillating signal comprising the steps of initializing an even number of concatenated inverters such that the outputs of the inverters alternately have a first logical value and a second logical value, and the input of an excitation Pulse in the concatenation of the inverter to excite the oscillation, wherein the length of the excitation pulse is smaller than the transit time by the concatenation of the inverter.
  • Ring oscillators are known. Ring oscillators typically comprise an odd number of annularly interconnected inverting devices. Due to the finite duration in the individual inverting components, an at least approximately constant oscillation arises after the application of a supply voltage. Conventional "free-running" ring oscillators have a very large dispersion of the frequency with respect to manufacturing process fluctuations and ambient temperature and are therefore generally not suitable for applications with predetermined clock rates. In addition, temperature-compensated precision clocks of various types are known. However, such precision clock generators usually have a relatively large turn-on time of more than 10 times.
  • Sensor interfaces require stable clock rates for I / O register synchronization. For this purpose, immediately after activation, a stable clock signal within a predetermined frequency range is required.
  • the present invention discloses an oscillator device with the
  • An oscillator device with a ring oscillator and a
  • the ring oscillator is designed to output a clock signal.
  • the ring oscillator is adapted to the
  • Output clock signal if an input voltage is provided to the ring oscillator.
  • the power supply circuit is configured to provide a predetermined input voltage to the ring oscillator.
  • the power supply circuit is configured to control the input voltage provided to the ring oscillator
  • the present invention is based on the finding that ring oscillators very quickly become stable after the application of a supply voltage
  • Ring oscillator by adjusting the supply voltage to compensate the ring oscillator.
  • it is provided to vary the input voltage to the ring oscillator by means of a suitable power supply circuit such that frequency variations in the ring oscillator due to temperature fluctuations or possibly manufacturing process-related fluctuations can be largely compensated.
  • Nanoseconds can provide a stable clock signal.
  • the ring oscillator comprises a plurality of inverters or inverting components coupled in a ring-shaped manner.
  • the ring oscillator may comprise an odd number of invertively coupled inverting devices or inverters. Due to the finite maturities of these inverters can be corresponding to the number of annularly coupled inverter a corresponding
  • Oscillation frequency can be generated.
  • Such ring oscillators provide a stable clock rate very quickly after the application of a supply voltage.
  • the power supply circuit comprises a cascadable source follower circuit.
  • a source follower circuit can very quickly adapt an output-side voltage according to a voltage provided on the input side.
  • the source follower circuit comprises
  • the source follower circuit comprises so-called "Natural VT" NMOS transistors, and a source follower circuit with such transistors can supply from a voltage provided the required supply voltage for the ring oscillator with very little
  • the ring oscillator Due to the low impedances and the low (parasitic) capacitances, the ring oscillator can be switched on very rapidly within a few nanoseconds in this way. The corresponding output signal of the ring oscillator is thus available almost immediately.
  • the power supply circuit comprises a temperature sensor element.
  • the temperature sensor element is coupled to an input of the source follower circuit. In this way, variations in the temperature of the oscillator device can be directly corrected, i.
  • the oscillator device is a temperature-stable
  • Output signal can generate.
  • the temperature sensor element comprises a series circuit of a replica of components of the ring oscillator.
  • the temperature sensor element may be a series circuit of
  • Transistors include, which are realized analogous to the transistors in the ring oscillator. In this way, the temperature-dependent effects of the ring oscillator in the power supply circuit can be simulated and thus compensated.
  • the oscillator device comprises a further clock generator.
  • the further clock generator is designed to provide a further clock signal.
  • the further clock signal can be any suitable clock signal.
  • Clock signal comprise, which has a frequency which corresponds exactly or at least approximately the frequency of the ring oscillator.
  • the oscillator device is in this case designed to provide a clock signal from the ring oscillator at least until the further clock generator has settled.
  • the further clock generator may be a temperature-compensated precision clock generator of any type.
  • the ring oscillator after a very short on-time already provide a clock signal while the other clock generator is not yet settled and therefore can not provide a stable clock signal.
  • Figure 1 a schematic representation of a ring oscillator according to a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an oscillator device according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic drawing of a temperature sensor element for an oscillator device according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a ring oscillator 1 according to an embodiment.
  • the ring oscillator 1 comprises three inverters 11, 12 and 13, which are connected to each other in a ring.
  • Ring-shaped in this context means that the output of an inverter 11 or 12 to the output of a subsequent inverter 12 or connected is.
  • the output of the last inverter 13 is in turn connected to the input of the first inverter 11.
  • the variant shown here with only three inverters 11, 12 and 113 serves only the better
  • Inverters in particular any odd number of inverters possible. Due to the finite duration of the individual inverters 11, 12 and 13, a voltage is applied to the ring oscillator 1 after application of a supply voltage
  • This vibration in the interior of the ring oscillator 1 can be attacked and led to the outside, so that the oscillation can be provided at an output out.
  • the individual inverters 11, 12 and 13 of the ring oscillator 1 can in this case, for example, by means of transistors, such as field effect transistors, can be realized.
  • transistors such as field effect transistors
  • the maturities in the ring oscillator 1 will change as a function of the temperature of the ring oscillator 1, so that the frequency of the output signal of the ring oscillator 1 is very strong from the
  • the frequency of the output signal also depends on the amount of the supply voltage of the ring oscillator 1 beyond.
  • the supply voltage for the ring oscillator 1 can be adjusted by means of a suitable power supply circuit as a function of the temperature.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an oscillator device according to an embodiment.
  • the oscillator device comprises a ring oscillator 1 and a voltage supply circuit 2.
  • the ring oscillator 1 may be, for example, a ring oscillator 1, as has already been described above.
  • any other configurations of ring oscillators are possible.
  • Power supply circuit 2 sets to the ring oscillator 1 a Supply voltage ready, the amount of supply voltage can be adjusted.
  • the amount of supply voltage can be adjusted.
  • Voltage supply circuit 2 the amount of supply voltage for the ring oscillator 1 as a function of the ambient temperature of the
  • Oscillator device for example, a substrate temperature of a substrate on which the oscillator device is realized, can be adjusted.
  • a temperature-compensated input voltage can be quickly provided to the ring oscillator 1 after the oscillator device is activated.
  • Activation of the oscillator device can be realized, for example, by providing a suitable input voltage to the oscillator device. This is indicated in Figure 2, for example, characterized in that a switch 3 is closed.
  • the switch 3 is closed and a suitable voltage has been provided to the oscillator device, a temperature-compensated supply voltage is provided to the ring oscillator 1 via a so-called source follower circuit 21.
  • Source follower circuit 21 may comprise, for example, a cascaded source follower circuit of a plurality of transistors, for example two transistors 211 and 212.
  • the sources of such transistors may, for example, be coupled to a reference potential via a suitable current source In this way it is possible to generate a supply voltage with low impedance at the ring oscillator 1.
  • the supply voltage at the ring oscillator 1 can be within a very short time, that is within, for example, a few Subsequently, the ring oscillator 1 can immediately provide a clock signal.
  • a temperature-dependent voltage signal can be provided at an input of the source follower circuit 21.
  • This temperature-dependent voltage signal can be generated, for example, by means of a temperature sensor element 22.
  • the temperature sensor element 22 can in this case be realized by means of components which simulate corresponding components of the ring oscillator 1. If the ring oscillator 1 is realized, for example, by means of transistors, these transistors can be reproduced in the temperature sensor element 22.
  • transistors can be reproduced, as they are used in the ring oscillator 1.
  • a PMOS transistor and an NMOS transistor as also implemented in the ring oscillator 1, may be connected in series for the temperature sensor element 22.
  • the voltage drop across the temperature sensor element 22 may be provided at the input of the source follower circuit 21.
  • a suitable voltage divider 23 at the input of the source follower circuit 21.
  • a voltage divider 23 may be provided, the center tap with the input of the
  • Source follower circuit 21 is coupled. Is this the case
  • Voltage divider 23 in this case to a variable voltage divider, so if necessary, by means of this voltage divider 23 also a setting can be made to, for example, further production-technical
  • the oscillator device described above makes it possible to provide a stable clock signal within a very short time after the activation of the oscillator device. In particular, it is possible to vary in the frequency of the clock signal due to temperature effects by adjusting the
  • Such an oscillator device can be used, for example, to be able to provide a suitable clock signal immediately after activating an electronic circuit.
  • a clock signal may be provided for an interface, which after activation requires a clock signal, for example to synchronize input-output registers or other clock-related operations
  • Clock generator may be, for example, any
  • Temperature compensated and possibly trimmed precision clock act.
  • precision clocks usually require a very long turn-on time, which can be several tens of times. Only after this relatively large turn-on time can such a precision clock provide a stable clock signal.
  • a clock signal may be provided by the above-described ring oscillator with the power supply circuit immediately after activation. This clock signal can be generated by the ring oscillator 1 until the other clock generator is settled and provides a stable clock signal.
  • the present invention relates to an oscillator device based on a ring oscillator. Temperature dependent fluctuations in the Frequency of the clock signal of a ring oscillator can be compensated by adjusting the supply voltage of the ring oscillator. For this purpose, the supply voltage of the ring oscillator by means of a
  • Power supply circuit adapted depending on an ambient temperature.

Landscapes

  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Oszillatorvorrichtung (1,2) auf Basis eines Ringoszillators (1). Temperaturabhängige Schwankungen in der Frequenz des Taktsignals eines Ringoszillators können durch Anpassen der Versorgungsspannung des Ringoszillators kompensiert werden. Hierzu wird die Versorgungsspannung des Ringoszillators (1) mittels einer Spannungsversorgungsschaltung (2) in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur angepasst.

Description

Beschreibung
Titel
Oszilla torvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oszillatorvorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine schnell startende Oszillatorvorrichtung mit einem Ringoszillator.
Stand der Technik
Die Druckschrift EP 1347575 AI offenbart ein Verfahren zur Erzeugung eines oszillierenden Signals mit den Schritten des Initialisierens einer geradzahligen Anzahl von miteinander verketteten Invertern, so dass die Ausgänge der Inverter alternierend einen ersten logischen Wert und einen zweiten logischen Wert aufweisen, und des Eingehens eines Anregungs-Pulses in die Verkettung der Inverter zur Anregung der Oszillation, wobei die Länge des Anregungs-Pulses kleiner als die Laufzeit durch die Verkettung der Inverter ist.
Ringoszillatoren sind bekannt. Ringoszillatoren umfassen in der Regel eine ungerade Anzahl von ringförmig miteinander er verschalteten invertierenden Bauelementen. Aufgrund der endlichen Laufzeit in den einzelnen invertierenden Bauelementen stellt sich nach Anlegen einer Versorgungsspannung eine zumindest annähernd konstante Schwingung ein. Herkömmliche„freilaufende" Ringoszillatoren weisen dabei eine sehr große Streuung der Frequenz hinsichtlich Fertigungsprozess-Schwankungen und Umgebungstemperatur auf und sind daher in der Regel nicht für Applikationen mit vorgegebenen Taktraten geeignet. Darüber hinaus sind auch temperaturkompensierte Präzisionstaktgeber verschiedenen Bauart bekannt. Derartige Präzisionstaktgeber weisen in der Regel jedoch eine relativ große Einschaltzeit von mehr als 10 is auf.
Für besonders energiesparende Anwendungen wie zum Beispiel
Sensorschnittstellen werden stabile Taktraten für die Ein-/Ausgabe- Register- Synchronisation benötigt. Hierzu ist unmittelbar nach einer Aktivierung ein stabiles Taktsignal innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches erforderlich.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Oszillatorvorrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Oszillatorvorrichtung mit einem Ringoszillator und einer
Spannungsversorgungsschaltung. Der Ringoszillator ist dazu ausgelegt, ein Taktsignal auszugeben. Insbesondere ist der Ringoszillator dazu ausgelegt, das
Taktsignal auszugeben, falls an dem Ringoszillator eine Eingangsspannung bereitgestellt wird. Die Spannungsversorgungsschaltung ist dazu ausgelegt, an dem Ringoszillator eine vorgegebene Eingangsspannung bereitzustellen.
Insbesondere ist die Spannungsversorgungsschaltung dazu ausgelegt, die Eingangsspannung, welche an dem Ringoszillator bereitgestellt wird, in
Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur der Oszillatorvorrichtung anzupassen.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Ringoszillatoren nach dem Anlegen einer Versorgungsspannung sehr rasch ein stabiles
Taktsignal ausgeben können. Die Frequenz des Taktsignals, das von einem Ringoszillator ausgegeben wird, ist dabei neben der der Umgebungstemperatur auch von der angelegten Eingangsspannung des Ringoszillators abhängig. Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und temperaturabhängige Frequenzschwankungen eines
Ringoszillators durch Anpassen der Versorgungsspannung an dem Ringoszillator zu kompensieren. Hierzu ist es vorgesehen, die Eingangsspannung an dem Ringoszillator mittels einer geeigneten Spannungsversorgungsschaltung derart zu variieren, dass Frequenzvariationen in dem Ringoszillator aufgrund von Temperaturschwankungen oder gegebenenfalls fertigungsprozessbedingten Schwankungen weitestgehend kompensiert werden können.
Wird die Eingangsspannung eines Ringoszillators derart kompensiert, dass Temperaturschwankungen in einem breiten Bereich kompensiert werden können, so kann hierdurch eine temperaturstabile Schaltung realisiert werden, die nach einem Einschalten innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne (wenige
Nanosekunden) ein stabiles Taktsignal bereitstellen kann.
Hierdurch ist es möglich, elektronische Schaltungen, welche ein Taktsignal benötigen, innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne zu aktivieren und mit einem stabilen Taktsignal zu versorgen. Dies ermöglicht ein sehr schnelles Aktivieren der entsprechenden elektronischen Schaltungen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Ringoszillator mehrere ringförmig miteinander gekoppelten Inverter oder invertierende Bauelemente. Insbesondere kann der Ringoszillator eine ungerade Anzahl von ringförmig miteinander gekoppelten invertierenden Bauelementen oder Invertern umfassen. Aufgrund der endlichen Laufzeiten dieser Inverter kann sich entsprechend der Anzahl der ringförmig miteinander gekoppelten Inverter eine entsprechende
Oszillationsfrequenz erzeugt werden. Derartige Ringoszillatoren liefern sehr rasch nach dem Anlegen einer Versorgungsspannung eine stabile Taktrate.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Spannungsversorgungsschaltung eine kaskadierbare Sourcefolger-Schaltung. Eine solche Sourcefolger-Schaltung kann entsprechend einer eingangsseitig bereitgestellten Spannung sehr rasch eine ausgangsseitige Spannung anpassen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Sourcefolger-Schaltung
selbstleitende Depletion-Transistoren. Insbesondere umfasst die Sourcefolger- Schaltung sogenannte„Natural VT"-NMOS Transistoren. Eine Sourcefolger- Schaltung mit derartigen Transistoren kann aus einer bereitgestellten Spannung die erforderliche Versorgungsspannung für den Ringoszillator mit sehr geringer
Impedanz erzeugen. Aufgrund der geringen Impedanzen und der geringen (parasitären) Kapazitäten kann auf diese Weise der Ringoszillator innerhalb von wenigen Nanosekunden sehr rasch eingeschalten werden. Das entsprechende Ausgangssignal des Ringoszillators ist somit nahezu sofort verfügbar.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Spannungsversorgungsschaltung ein Temperatursensorelement. Das Temperatursensorelement ist mit einem Eingang der Sourcefolger-Schaltung gekoppelt. Auf diese Weise können Variationen in der Temperatur der Oszillatorvorrichtung unmittelbar ausgeregelt, d.h.
kompensiert werden, so dass die Oszillatorvorrichtung ein temperaturstabiles
Ausgangssignal erzeugen kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Temperatursensorelement eine Serienschaltung einer Nachbildung von Bauelementen des Ringoszillators.
Insbesondere kann das Temperatursensorelement eine Serienschaltung von
Transistoren umfassen, welche analog zu den Transistoren im Ringoszillator realisiert sind. Auf diese Weise können die temperaturabhängigen Effekte des Ringoszillators in der Spannungsversorgungsschaltung nachgebildet und somit kompensiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Oszillatorvorrichtung einen weiteren Taktgenerator. Der weitere Taktgenerator ist dazu ausgelegt, ein weiteres Taktsignal bereitzustellen. Insbesondere kann das weitere Taktsignal ein
Taktsignal umfassen, welches eine Frequenz aufweist, die genau oder zumindest ungefähr der Frequenz des Ringoszillators entspricht. Die Oszillatorvorrichtung ist hierbei dazu ausgelegt, ein Taktsignal von dem Ringoszillator mindestens solange bereitzustellen, bis der weitere Taktgenerator eingeschwungen ist.
Insbesondere kann es sich beispielsweise bei dem weiteren Taktgenerator um einen temperaturkompensierten Präzisionstaktgeber beliebiger Bauart handeln. Auf diese Weise ist es möglich, zunächst mittels des Ringoszillators nach einer sehr kurzen Einschaltzeit bereits ein Taktsignal bereitzustellen, während der weitere Taktgenerator noch nicht eingeschwungen ist und daher kein stabiles Taktsignal bereitstellen kann.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den
Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder
Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines Ringoszillators gemäß einer
Ausführungsform einer Oszillatorvorrichtung;
Figur 2: eine schematische Darstellung einer Oszillatorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
Figur 3: eine schematische Zeichnung eines Temperatursensorelements, für eine Oszillatorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ringoszillators 1 gemäß einer Ausführungsform. In der hier dargestellten Ausführungsform umfasst der Ringoszillator 1 drei Inverter 11, 12 und 13, die ringförmig miteinander verbunden sind. Ringförmig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Ausgang eines Inverters 11 oder 12 mit dem Ausgang eines nachfolgenden Inverters 12 oder verbunden ist. Der Ausgang des letzten Inverters 13 ist wiederum mit dem Eingang des ersten Inverters 11 verbunden. Die hier dargestellte Variante mit lediglich drei Invertern 11, 12 und 113 dient dabei nur dem besseren
Verständnis. Darüber hinaus ist auch eine beliebige weitere Anzahl von
Invertern, insbesondere eine beliebige ungerade Anzahl von Invertern möglich. Aufgrund der endlichen Laufzeit der einzelnen Inverter 11, 12 und 13 wird sich nach Anlegen einer Versorgungsspannung an dem Ringoszillator 1 eine
Schwingung einstellen. Diese Schwingung im Inneren des Ringoszillators 1 kann angegriffen und nach Außen geführt werden, so dass die Schwingung an einem Ausgang out bereitgestellt werden kann.
Die einzelnen Inverter 11, 12 und 13 des Ringoszillators 1 können hierbei beispielsweise mittels Transistoren, wie zum Beispiel Feldeffekttransistoren, realisiert werden. Dabei werden sich die Laufzeiten in dem Ringoszillator 1 in Abhängigkeit von der Temperatur des Ringoszillators 1 verändern, so dass die Frequenz des Ausgangssignals des Ringoszillators 1 sehr stark von der
Temperatur des Ringoszillators 1 abhängt.
Neben der Temperaturabhängigkeit der Frequenz des Ausgangssignals des Ringoszillators 1 hängt die Frequenz des Ausgangssignals darüber hinaus auch von der Höhe der Versorgungsspannung des Ringoszillators 1 ab. Somit ist es möglich, temperaturabhängige Schwankungen der Frequenz des
Ausgangssignals des Ringoszillators 1 durch Anpassen der
Versorgungsspannung ganz oder zumindest teilweise zu kompensieren. Hierzu kann die Versorgungsspannung für den Ringoszillator 1 mittels einer geeigneten Spannungsversorgungsschaltung in Abhängigkeit von der Temperatur angepasst werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Oszillatorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform. Die Oszillatorvorrichtung umfasst einen Ringoszillator 1 sowie eine Spannungsversorgungsschaltung 2. Bei dem Ringoszillator 1 kann es sich beispielsweise um einen Ringoszillator 1 handeln, wie er zuvor bereits beschrieben worden ist. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige weitere Konfigurationen von Ringoszillatoren möglich. Die
Spannungsversorgungsschaltung 2 stellt an dem Ringoszillator 1 eine Versorgungsspannung bereit, wobei die Höhe der Versorgungsspannung angepasst werden kann. Insbesondere kann die
Spannungsversorgungsschaltung 2 die Höhe der Versorgungsspannung für den Ringoszillator 1 in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur der
Oszillatorvorrichtung, beispielsweise einer Substrattemperatur eines Substrats auf dem die Oszillatorvorrichtung realisiert ist, angepasst werden kann.
Hierbei ist es ein Merkmal der Spannungsversorgungsschaltung 2, dass an dem Ringoszillator 1 schnell eine temperaturkompensierte Eingangsspannung bereitgelegt werden kann, nachdem die Oszillatorvorrichtung aktiviert wird. Ein Aktivieren der Oszillatorvorrichtung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass an der Oszillatorvorrichtung eine geeignete Eingangsspannung bereitgestellt wird. Dies ist in Figur 2 beispielsweise dadurch angedeutet, dass ein Schalter 3 geschlossen wird.
Nachdem die Oszillatorvorrichtung aktiviert wird, das heißt nachdem
beispielsweise der Schalter 3 geschlossen und an der Oszillatorvorrichtung eine geeignete Spannung bereitgestellt worden ist, wird über eine sogenannten Sourcefolger-Schaltung (Source Follower-Schaltung) 21 an dem Ringoszillator 1 eine temperaturkompensierte Versorgungsspannung bereitgestellt. Die
Sourcefolger-Schaltung 21 kann beispielsweise eine kaskadierte Sourcefolger- Schaltung aus mehreren Transistoren, beispielsweise zwei Transistoren 211 und 212 umfassen. Insbesondere kann es sich bei den Transistoren 211 und 212 der Sourcefolger-Schaltung 21 um NVT NMOS-Transistoren C.Natural VT" = selbstleitende Depletion-NMOS) handeln. Die Source-Anschlüsse derartiger Transistoren können beispielsweise über eine geeignete Stromquelle mit einem Bezugspotential gekoppelt werden. Auf diese Weise ist es möglich, an dem Ringoszillator 1 eine Versorgungsspannung mit geringer Impedanz zu erzeugen. Aufgrund der kleinen Impedanzen und der geringen parasitären Kapazitäten kann dabei die Versorgungsspannung an dem Ringoszillator 1 innerhalb einer sehr kurzen Zeit, das heißt innerhalb von zum Beispiel wenigen Nanosekunden bereitgestellt werden. Daraufhin kann der Ringoszillator 1 sofort ein Taktsignal bereitstellen. Zur Temperaturkompensation kann an einem Eingang der Sourcefolger- Schaltung 21 ein temperaturabhängiges Spannungssignal bereitgestellt werden. Dieses temperaturabhängige Spannungssignal kann beispielsweise mittels einem Temperatursensorelement 22 generiert werden. Insbesondere kann das Temperatursensorelement 22 hierbei mittels Bauelementen realisiert werden, welche entsprechende Bauelemente des Ringoszillators 1 nachbilden. Wird der Ringoszillator 1 beispielsweise mittels Transistoren realisiert, so können in dem Temperatursensorelement 22 diese Transistoren nachgebildet werden.
Insbesondere können in dem Temperatursensorelement 22 beispielsweise jeweils Transistoren nachgebildet werden, wie sie auch in dem Ringoszillator 1 eingesetzt werden. Zum Beispiel kann hierzu ein PMOS-Transistor und ein NMOS-Transistor, wie sie auch in dem Ringoszillator 1 implementiert sind, für das Temperatursensorelement 22 in Serie geschaltet werden. Eine
entsprechende Serienschaltung eines PMOS-Transistors 221 und eines NMOS- Transistors 222 ist beispielhaft in Figur 3 dargestellt.
Werden der Ringoszillator 1 und die Spannungsversorgungsschaltung 2 auf einem gemeinsamen Substrat realisiert, so weisen die Bauelemente des
Temperatursensorelements 22 die gleichen Schwankungen auf, wie die
Bauelemente des Ringoszillators 1. Auf diese Weise können somit auch gegebenenfalls produktionstechnische Variationen und Toleranzen kompensiert werden.
Der Spannungsabfall über dem Temperatursensorelement 22 kann an dem Eingang der Sourcefolger-Schaltung 21 bereitgestellt werden. Insbesondere ist es hierbei möglich, den Spannungsabfall über einen geeigneten Spannungsteiler 23 an dem Eingang der Sourcefolger-Schaltung 21 bereitzustellen. Hierzu kann zum Beispiel zwischen einem Anschluss für die Eingangsspannung der
Spannungsversorgungsschaltung 2 und dem Temperatursensorelement 22 ein Spannungsteiler 23 vorgesehen sein, dessen Mittenabgriff mit dem Eingang der
Sourcefolger-Schaltung 21 gekoppelt ist. Handelt es sich bei dem
Spannungsteiler 23 dabei um einen variablen Spannungsteiler, so kann gegebenenfalls mittels diesem Spannungsteiler 23 auch noch eine Einstellung vorgenommen werden, um zum Beispiel weitere produktionstechnische
Schwankungen oder andere Variationen zu kompensieren und die Höhe der Versorgungsspannung für den Ringoszillator 1 hierdurch auf ein geeignetes Maß einzustellen.
Die zuvor beschriebene Oszillatorvorrichtung ermöglicht es, innerhalb einer sehr kurzen Zeit nach der Aktivierung der Oszillatorvorrichtung ein stabiles Taktsignal bereitzustellen. Insbesondere ist es möglich, Schwankungen in der Frequenz des Taktsignals aufgrund von Temperatureffekten durch Anpassen der
Eingangsspannung an dem Ringoszillator 1 entgegenzuwirken und diese weitestgehend zu kompensieren.
Eine derartige Oszillatorvorrichtung kann zum Beispiel dazu verwendet werden, um unmittelbar nach dem Aktivieren einer elektronischen Schaltung ein geeignetes Taktsignal bereitstellen zu können. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Taktsignal für eine Schnittstelle bereitgestellt werden, welche nach dem Aktivieren ein Taktsignal erfordert, um zum Beispiel Eingabe-Ausgabe- Register zu synchronisieren oder andere taktbezogene Operationen
auszuführen.
Soll eine solche Schaltung nach dem Aktivieren für einen längeren Zeitraum betrieben werden, so kann zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen
temperaturkompensierten Ringoszillator 1 ein weiterer Taktgenerator (in den Figuren nicht dargestellt) vorgesehen sein. Bei einem solchen weiteren
Taktgenerator kann es sich beispielsweise um einen beliebigen
temperaturkompensierten und gegebenenfalls getrimmten Präzisionstaktgeber handeln. Derartige Präzisionstaktgeber erfordern jedoch in der Regel eine sehr große Einschaltzeit, welche mehrere 10 is betragen kann. Erst nach dieser relativ großen Einschaltzeit kann ein solcher Präzisionstaktgeber ein stabiles Taktsignal bereitstellen. In diesem Fall kann durch den zuvor beschriebenen Ringoszillator mit der Spannungsversorgungsschaltung unmittelbar nach dem Aktivieren ein Taktsignal bereitgestellt werden. Dieses Taktsignal kann durch den Ringoszillator 1 solange generiert werden, bis der weitere Taktgenerator eingeschwungen ist und ein stabiles Taktsignal bereitstellt.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Oszillatorvorrichtung auf Basis eines Ringoszillators. Temperaturabhängige Schwankungen in der Frequenz des Taktsignals eines Ringoszillators können durch Anpassen der Versorgungsspannung des Ringoszillators kompensiert werden. Hierzu wird die Versorgungsspannung des Ringoszillators mittels einer
Spannungsversorgungsschaltung in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur angepasst.

Claims

Ansprüche
1. Oszillatorvorrichtung, mit: einem Ringoszillator (1), der dazu ausgelegt ist, ein Taktsignal auszugeben, falls an dem Ringoszillator (1) eine Eingangsspannung bereitgestellt wird; und einer Spannungsversorgungsschaltung (2), die dazu ausgelegt ist, an dem Ringoszillator (1) eine vorgegebene Eingangsspannung bereitzustellen, wobei die Spannungsversorgungsschaltung (2) dazu ausgelegt ist, die Eingangsspannung in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur der Oszillatorvorrichtung anzupassen.
2. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ringoszillator (1)
mehrere ringförmig miteinander gekoppelte Inverter (11, 12) umfasst.
3. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Spannungsversorgungsschaltung (2) eine kaskadierte Sourcefolger- Schaltung (21) umfasst, und wobei ein Ausgang der Sourcefolger- Schaltung (21) mit einem Spannungsversorgungsanschluss des
Ringoszillators (1) gekoppelt ist.
4. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Sourcefolger-Schaltung (21) selbstleitende Depletion-Transistoren (211, 212) umfasst.
5. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein Eingang der Sourcefolger-Schaltung (21) mit einem Temperatursensor (22) gekoppelt ist.
6. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Temperatursensor (22) eine Serienschaltung eine Nachbildung von Bauelementen des
Ringoszillators (1) umfasst.
7. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Temperatursensor (22) mehrere Transistoren (221, 222) umfasst, die analog zu Transistoren in dem Ringoszillator (1) aufgebaut sind.
8. Oszillatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem
weiteren Taktgenerator, der dazu ausgelegt ist, ein weiteres Taktsignal bereitzustellen; wobei die Oszillatorvorrichtung dazu ausgelegt ist, ein Taktsignal von dem Ringoszillator (1) bereitzustellen, bis der weitere Taktgenerator
eingeschwungen ist.
PCT/EP2017/083057 2017-01-04 2017-12-15 Oszillatorvorrichtung WO2018127384A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/473,587 US11177794B2 (en) 2017-01-04 2017-12-15 Oscillator device
CN201780082275.6A CN110168934A (zh) 2017-01-04 2017-12-15 振荡器设备
KR1020197022532A KR102379003B1 (ko) 2017-01-04 2017-12-15 오실레이터 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017200054.6 2017-01-04
DE102017200054.6A DE102017200054A1 (de) 2017-01-04 2017-01-04 Oszillatorvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018127384A1 true WO2018127384A1 (de) 2018-07-12

Family

ID=60937712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/083057 WO2018127384A1 (de) 2017-01-04 2017-12-15 Oszillatorvorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11177794B2 (de)
KR (1) KR102379003B1 (de)
CN (1) CN110168934A (de)
DE (1) DE102017200054A1 (de)
WO (1) WO2018127384A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4033312B1 (de) 2020-11-25 2024-08-21 Changxin Memory Technologies, Inc. Steuerschaltung und verzögerungsschaltung
EP4033661B1 (de) 2020-11-25 2024-01-24 Changxin Memory Technologies, Inc. Steuerschaltung und verzögerungsschaltung
EP4033664B1 (de) * 2020-11-25 2024-01-10 Changxin Memory Technologies, Inc. Potentialerzeugungsschaltung, inverter, verzögerungsschaltung und logische gatterschaltung
US11681313B2 (en) 2020-11-25 2023-06-20 Changxin Memory Technologies, Inc. Voltage generating circuit, inverter, delay circuit, and logic gate circuit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5646428A (en) * 1994-07-05 1997-07-08 Sanyo Electric Co., Ltd. Output circuit provided with source follower circuit having depletion type MOS transistor
EP1037388A2 (de) * 1999-03-08 2000-09-20 Lucent Technologies Inc. Vom Herstellungsverfahren im wesentlichen unabhängiger Entwurf einer integrierten Schaltung
EP1347575A1 (de) 2002-02-27 2003-09-24 Robert Bosch Gmbh Digitaler Oszillator und Verfahren zur Erzeugung eines oszillierenden Signals
US20140327486A1 (en) * 2013-05-06 2014-11-06 Texas Instruments Incorporated RC Oscillator

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2077004B (en) * 1980-05-22 1983-10-26 Suwa Seikosha Kk Improvements in or relating to electronic timepieces
US4453834A (en) * 1981-07-03 1984-06-12 Citizen Watch Company Limited Electronic timepiece with temperature compensation
JPS6053320A (ja) * 1983-09-02 1985-03-27 Seiko Epson Corp 電圧制御発振器
JP3285664B2 (ja) * 1992-06-29 2002-05-27 富士通株式会社 ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ
JP2001068976A (ja) * 1999-08-30 2001-03-16 Nec Kansai Ltd 発振器
CN2669476Y (zh) * 2003-11-13 2005-01-05 上海华虹集成电路有限责任公司 带温度及工艺补偿功能的环形振荡器
JP6083503B2 (ja) * 2012-10-05 2017-02-22 セイコーＮｐｃ株式会社 温度周波数変換回路及び温度補償型発振回路
US9099995B2 (en) * 2013-03-14 2015-08-04 Qualcomm Incorporated Ring oscillator circuit and method
CN203554414U (zh) * 2013-11-18 2014-04-16 四川和芯微电子股份有限公司 振荡器
US9641164B2 (en) * 2014-06-24 2017-05-02 Technische Universiteit Delft Quadrature LC tank digitally controlled ring oscillator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5646428A (en) * 1994-07-05 1997-07-08 Sanyo Electric Co., Ltd. Output circuit provided with source follower circuit having depletion type MOS transistor
EP1037388A2 (de) * 1999-03-08 2000-09-20 Lucent Technologies Inc. Vom Herstellungsverfahren im wesentlichen unabhängiger Entwurf einer integrierten Schaltung
EP1347575A1 (de) 2002-02-27 2003-09-24 Robert Bosch Gmbh Digitaler Oszillator und Verfahren zur Erzeugung eines oszillierenden Signals
US20140327486A1 (en) * 2013-05-06 2014-11-06 Texas Instruments Incorporated RC Oscillator

Also Published As

Publication number Publication date
CN110168934A (zh) 2019-08-23
KR20190102247A (ko) 2019-09-03
DE102017200054A1 (de) 2018-07-05
US20200153419A1 (en) 2020-05-14
KR102379003B1 (ko) 2022-03-28
US11177794B2 (en) 2021-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018127384A1 (de) Oszillatorvorrichtung
DE69802040T2 (de) Präzisions-Oszillatorschaltung mit steuerbarem Tastverhältnis und entsprechendes Verfahren
DE60033204T2 (de) Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung
DE3625949C2 (de) Schaltung zum Erzeugen eines stabilisierten Stromes, insbesondere für integrierte MOS-Schaltungen
EP0591750B1 (de) Verfahren zur Stromeinstellung eines monolithisch integrierten Padtreibers
DE102007009525B4 (de) Konzept zum Erzeugen eines versorgungsspannungsabhängigen Taktsignals
DE102008006301B4 (de) Schaltungsanordnung zum Detektieren von Spannungsänderungen und Verfahren zum Detektieren einer Spannungsänderung
DE2616678A1 (de) Oszillatorschaltung
DE102012025771B3 (de) Oszillatorschaltung und Verfahren zum Erzeugen eines Takt-Subsignals eines Oszillators
DE102015106701A1 (de) Verzögerungsleitungsschaltung
DE3024936C2 (de) Wechselspannungsverstärker in Form einer integrierten Schaltung
DE10223996A1 (de) Referenzspannungsschaltung und Verfahren zum Erzeugen einer Referenzspannung
DE19860766A1 (de) Speichervorrichtung mit einem Datenausgangspuffer und ein Verfahren zu deren Steuerung
EP0416145A1 (de) Schaltungsanordnung für einen integrierbaren und steuerbaren Ringoszillator
EP1553701B1 (de) Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines digitalen Clocksignals
DE2310314C3 (de) Regelschaltung zur Erzeugung eines Signals konstanter Frequenz für einen elektronischen Zeitgeber
DE10351050A1 (de) Integrierter Ladungspumpen-Spannungswandler
EP3461005B1 (de) Verfahren und system zur frequenzkorrektur eines ringoszillators
EP0393398B1 (de) Oszillator in CMOS-Technik
EP0378729A1 (de) Oszillatorschaltung
DE60006453T2 (de) Ladungspumpe für PLL in integrierter Schaltung
WO2005036748A1 (de) Rc-oszillatorschaltung
DE102013107669A1 (de) Verfahren zur erzeugung eines signals und signalerzeugungsschaltung
EP0748047A1 (de) Integrierte Pufferschaltung
DE2556685A1 (de) Elektronische uhr

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17825804

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20197022532

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17825804

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1