高精度振蕩器的製作方法

2023-06-01 17:15:16 3

專利名稱：高精度振蕩器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子電路領域，特別是一種高精度低功耗的振蕩器。背景技術：
為了迎合市場的需求，對高精度低功耗振蕩器的研發越來越多，比如中國專利已經公開的一些高精度低功耗振蕩器，如申請號為2008101U605. 4,200810115218. 6， 200910087721. X等。這些振蕩器可以產生功耗很低，頻率隨電源電壓和溫度變化較小的振蕩信號，可以適用於各種電源管理系統中，但有些場合對工藝偏差導致的頻率變化要求也非常高。所述工藝偏差是指大規模製造工藝導致的晶片之間的頻率誤差，如藍牙系統中的待機時鐘要求很高，時鐘偏差將導致兩個需要通訊的藍牙系統在睡眠模式下無法正常握手和喚醒。有些系統中，如藍牙或USB系統中，對頻率要求極高，例如要求頻率變化小於 +/-IOOOppm,即千分之一。晶體振蕩器通常可以達到+/-IOOppm以內，但是晶體的價格較高，應用成本也較高。傳統藍牙系統中需要至少兩個晶體振蕩器，一個用於射頻部分，頻率較高，一般為沈-ΙΟΟΜΗζ，另外也需要一個用於睡眠模式喚醒的低頻時鐘，如32KHz或更低， 這樣成本也會比較高。因為有必要提出一種改進的技術方案來克服上述問題。
發明內容本部分的目的在於概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用於限制本發明的範圍。本發明的目的在於提供一種高精度振蕩器，其可以獲得較高精度的輸出頻率信號。根據本發明的一方面，本發明提供一種高精度振蕩器，其包括第一振蕩單元和第二振蕩單元，其中每個振蕩單元包括產生參考峰值電壓的電阻、產生一比較電壓的電容、第一電流源、比較所述參考峰值電壓和所述比較電壓的比較電路和放電控制電路；基於第一振蕩單元的第一電流源提供的電流對第一振蕩單元的電容進行充電，第一振蕩單元的比較電路在第一振蕩單元中的比較電壓大於或等於第一振蕩單元中的參考峰值電壓時，通知第一振蕩單元的放電控制電路開始放電和第二振蕩單元的放電控制電路停止放電；基於第二振蕩單元的第一電流源提供的電流對第二振蕩單元的電容進行充電，第二振蕩單元的比較電路在第二振蕩單元中的比較電壓大於或等於第一振蕩單元中的參考峰值電壓時，通知第二振蕩單元的放電控制電路開始放電和第一振蕩單元的充放電控制電路停止放電。進一步的，所述第一振蕩單元和第二振蕩單元共享一邏輯電路，所述邏輯電路包括第一或非門和第二或非門，每個振蕩單元還包括第二電流源，所述第一振蕩單元中的比較電路包括第三NMOS管、第四NMOS管和第一反相器，第一振蕩單元中的放電控制電路包括第一 NMOS管，其中第一振蕩單元中的第二電流源的一端接電壓，另一端接第三NMOS管的漏極，所述第三NMOS管的源極與地之間連接第一振蕩單元中產生參考峰值電壓的電阻，第一振蕩單元中的第一電流源的一端接電壓，另一端接第四NMOS管的漏極，所述第四NMOS管的源極與地之間連接第一振蕩單元中產生比較電壓的電容，第三NMOS管和第四NMOS管的柵極連接，第一 NMOS管與第一振蕩單元中產生比較電壓的所述電容並聯，第四NMOS管的漏極連接第一反相器的輸入端，所述第二振蕩單元中的比較電路包括第五NMOS管、第六NMOS管和第二反相器，第二振蕩單元中的放電控制電路包括第二 NMOS管，其中第二振蕩單元中的第二電流源的一端接電壓，另一端接第五NMOS管的漏極，所述第五NMOS管的源極與地之間連接第二振蕩單元中產生參考峰值電壓的電阻，第二振蕩單元中的第一電流源的一端接電壓，另一端接第六NMOS管的漏極，所述第六NMOS管的源極與地之間連接第二振蕩單元中產生比較電壓的電容，第二NMOS管與第二振蕩單元中產生比較電壓的所述電容並聯，第六NMOS管的漏極連接第二反相器的輸入端，第一反相器的輸出與第一或非門的第一輸入端連接，第一 NMOS管的柵極與第一或非門的第二輸入端以及第二或非門的輸出端連接，第一或非門的輸出端與第二 NMOS管的柵極以及第二或非門的第一輸入端連接，第二反相器的輸出與第二或非門的第二輸入端連接。更進一步的，所述第三NMOS管和第四NMOS管的長寬比相等，所述第五NMOS管和第六NMOS管的長寬比相等，第一振蕩單元中的第一電流源和第二電流源提供的電流相等， 第二振蕩單元中的第一電流源和第二電流源提供的電流相等。更進一步的，所述振蕩器還包括一校準信號產生模塊，其通過比較參考高頻信號和振蕩器輸出的目標低頻信號生成校準信號，所述校準信號用於校準第一振蕩單元和第二振蕩單元中所述產生參考峰值電壓的電阻、產生比較電壓的電容或第一電流源輸出的電流以輸出目標低頻信號。根據本發明的另一方面，本發明還提供一種高精度振蕩器，其包括第一振蕩單元和第二振蕩單元，其中兩個振蕩單元共享一個產生參考峰值電壓的電阻，每個振蕩單元還包括產生一比較電壓的電容、第一電流源、比較所述參考峰值電壓和所述比較電壓的比較電路和放電控制電路；基於第一振蕩單元的第一電流源提供的電流對第一振蕩單元的電容進行充電，第一振蕩單元的比較電路在第一振蕩單元中的比較電壓大於或等於所述參考峰值電壓時，通知第一振蕩單元的放電控制電路開始放電和第二振蕩單元的放電控制電路停止放電；基於第二振蕩單元的第一電流源提供的電流對第二振蕩單元的電容進行充電，第二振蕩單元的比較電路在第二振蕩單元中的比較電壓大於或等於所述參考峰值電壓時，通知第二振蕩單元的放電控制電路開始放電和第一振蕩單元的放電控制電路停止放電。更進一步的，所述第一振蕩單元和第二振蕩單元共享一邏輯電路，所述邏輯電路包括第一或非門和第二或非門，每個振蕩單元還包括第二電流源，所述第一振蕩單元中的比較電路包括第三NMOS管、第四NMOS管和第一反相器，第一振蕩單元中的放電控制電路包括第一 NMOS管，其中第一振蕩單元中的第二電流源的一端接電壓，另一端接第三NMOS管的漏極，所述第三NMOS管的源極與地之間連接第一振蕩單元中產生參考峰值電壓的電阻，第一振蕩單元中的第一電流源的一端接電壓，另一端接第四NMOS管的漏極，所述第四NMOS管的源極與地之間連接第一振蕩單元中產生比較電壓的電容，第三NMOS管和第四NMOS管的柵極連接，第一 NMOS管與第二振蕩單元中產生比較電壓的電容並聯，第四NMOS管的漏極連接第一反相器的輸入端，所述第二振蕩單元中的比較電路包括第六NMOS管和第二反相器，第二振蕩單元中的放電控制電路包括第二 NMOS管，其中第二振蕩單元中的第一電流源的一端接電壓，另一端接第六NMOS管的漏極，所述第六NMOS管的源極與地之間連接第一振蕩單元中產生比較電壓的電容，第六NMOS管的柵極與所述第一振蕩單元中第二電流源和第三NMOS管之間的一節點連接，第二NMOS管與第二振蕩單元中產生比較電壓的電容並聯，第六NMOS管的漏極連接第二反相器的輸入端，第一反相器的輸出與第一或非門的第一輸入端連接，第一 NMOS管的柵極與第一或非門的第二輸入端以及第二或非門的輸出端連接，第一或非門的輸出端與第二 NMOS管的柵極以及第二或非門的第一輸入端連接，第二反相器的輸出與第二或非門的第二輸入端連接。更進一步的，所述第三NMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管的長寬比均相等，第一振蕩單元中的第一電流源、第二電流源和第二振蕩單元中的第一電流源提供的電流均相寸。更進一步的，所述振蕩器還包括一校準信號產生模塊，其通過比較參考高頻信號和振蕩器輸出的目標低頻信號生成校準信號，所述校準信號用於校準第一振蕩單元和第二振蕩單元中所述產生參考峰值電壓的電阻、產生比較電壓的電容或第一電流源輸出的電流以輸出目標低頻信號。根據本發明的再一方面，本發明還提供一種高精度振蕩器，其包括第一振蕩單元和第二振蕩單元，其中每個振蕩單元包括產生參考峰值電壓的電阻、產生一比較電壓的電容、電流源、比較所述參考峰值電壓和所述比較電壓的比較電路和充電控制電路；基於第一振蕩單元的電流源提供的電流對第一振蕩單元的電容進行放電，第一振蕩單元的比較電路在第一振蕩單元中的比較電壓小於或等於第一振蕩單元中的參考峰值電壓時，通知第一振蕩單元的充電控制電路開始充電和第二振蕩單元的充電控制電路停止充電；基於第二振蕩單元的電流源提供的電流對第二振蕩單元的電容進行放電，第二振蕩單元的比較電路在第二振蕩單元中的比較電壓小於或等於第二振蕩單元中的參考峰值電壓時，通知第二振蕩單元的充電控制電路開始充電和第一振蕩單元的充電控制電路停止充電。根據本發明的再再一方面，本發明還提供一種高精度振蕩器，其包括第一振蕩單元和第二振蕩單元，其中兩個振蕩單元共享一個產生參考峰值電壓的電阻，每個振蕩單元還包括產生一比較電壓的電容、電流源、比較所述參考峰值電壓和所述比較電壓的比較電路和充電控制電路；基於第一振蕩單元的電流源提供的電流對第一振蕩單元的電容進行放電，第一振蕩單元的比較電路在第一振蕩單元中的比較電壓小於或等於所述參考峰值電壓時，通知第一振蕩單元的充電控制電路開始充電和第二振蕩單元的充電控制電路停止充電；基於第二振蕩單元的電流源提供的電流對第二振蕩單元的電容進行放電，第二振蕩單元的比較電路在第二振蕩單元中的比較電壓大於或等於所述參考峰值電壓時，通知第二振蕩單元的充電控制電路開始充電和第一振蕩單元的充電控制電路停止充電。與現有技術相比，本發明提供的振蕩器可以產生一不受電容放電時間影響的頻率信號，從而得到高精度的輸出頻率信號。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。其中圖1為本發明中高精度振蕩器的結構示意圖；圖2為本發明中可編程振蕩模塊在一個實施例中的電路示意圖；圖3為圖2中第一電容的振蕩信號、第二電容的振蕩信號和對應產生的目標低頻信號的對比示意圖；和圖4為本發明中可編程振蕩模塊在另一個實施例中的電路示意圖。
具體實施方式本發明的詳細描述主要通過程序、步驟、邏輯塊、過程或其他象徵性的描述來直接或間接地模擬本發明技術方案的運作。為透徹的理解本發明，在接下來的描述中陳述了很多特定細節。而在沒有這些特定細節時，本發明則可能仍可實現。所屬領域內的技術人員使用此處的這些描述和陳述向所屬領域內的其他技術人員有效的介紹他們的工作本質。換句話說，為避免混淆本發明的目的，由於熟知的方法和程序已經容易理解，因此它們並未被詳細描述。此處所稱的「一個實施例」或「實施例」是指可包含於本發明至少一個實現方式中的特定特徵、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的「在一個實施例中」並非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。此外，表示一個或多個實施例的方法、流程圖或功能框圖中的模塊順序並非固定的指代任何特定順序，也不構成對本發明的限制。本說明書中的「連接」包括直接連接，也包括間接連接；文中的「若干」 或「數個」是指兩個或兩個以上。圖1為本發明中高精度振蕩器的結構示意圖，所述振蕩器100包括第一振蕩單元 110和第二振蕩單元120，通過兩個振蕩單元以獲取精確的頻率信號。所述第一振蕩單元110和第二振蕩單元120均可以包括產生參考峰值電壓的電阻、產生一比較電壓的電容、第一電流源、比較所述參考峰值電壓和所述比較電壓的比較電路和放電控制電路，其中基於第一振蕩單元的第一電流源提供的電流對第一振蕩單元的電容進行充電，第一振蕩單元的比較電路在第一振蕩單元中的比較電壓大於或等於第一振蕩單元中的所述參考峰值電壓時，通知第一振蕩單元的放電控制電路開始放電和第二振蕩單元的放電控制電路停止放電；基於第二振蕩單元的第一電流源提供的電流對第二振蕩單元的電容進行充電，第二振蕩單元的比較電路在第二振蕩單元中的比較電壓大於或等於第一振蕩單元中的參考峰值電壓時，通知第二振蕩單元的放電控制電路開始放電和第一振蕩單元的放電控制電路停止放電。換句話說，當其中的第一振蕩單元的放電控制電路開始放電時，第二振蕩單元的放電控制電路正處於停止放電狀態，此時第二振蕩單元中的所述電流源對產生比較電壓的電容進行充電，當第二振蕩單元中電容充電後獲得的比較電壓大於或等於第二振蕩單元中的所述參考峰值電壓時，對應的第二振蕩單元中的放電控制電路開始放電，此時第一振蕩單元的放電控制電路處於停止放電狀態，此時第一振蕩單元中的所述電流源對第一振蕩單元中的產生比較電壓的電容進行充電，當第一振蕩單元中電容充電後獲得的比較電壓大於或等於第一振蕩單元中的所述參考峰值電壓時，對應的第一振蕩單元中的放電控制電路開始放電，依次繼續便可以得到一振蕩信號。需要注意的是，上述所說的停止放電是指放電控制電路進入非放電狀態，即在此狀態下不可以將所述電容上的電釋放掉，所說的開始放電是指放電控制電路進入放電狀態，即在此狀態下可以將所述電容上的電釋放掉。當然，所述第一振蕩單元110和第二振蕩單元120還可以共享同一個產生參考峰值電壓的電阻以簡化電路，其將在圖4中進行詳細描述。由上可知當其中一個振蕩單元中的放電控制電路開始放電時，另一個振蕩單元中的電流源開始對其振蕩單元中的電容充電，當後者充電結束即其振蕩單元中的放電控制電路開始放電時，前者則開始通過其單元內的電流源對其電容進行充電，這樣便形成了兩者相互繼續充電的態勢，現只需要將輸出的所述頻率信號的周期設置成兩者充電的時間和即可。這樣僅需要控制所述兩個電流源對其電容充電的時間就可以控制輸出的頻率信號的頻率。也就是說，輸出的所述頻率信號的頻率僅與所述電流源對電容充電的充電時間有關， 而與放電控制電路對電容放電的放電時間無關。下面結合圖2-圖4來詳細描述所述振蕩器100的兩種實現方式。圖2為本發明中振蕩器在一個實施例中的電路示意圖，所述第一振蕩單元包括第一 NMOS管MNl、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第一反相器INVl、第一電流源111、第二電流源112和第一或非門NORl，第二振蕩單元包括第二 NMOS管MN2、第五NMOS管MN5、第六 NMOS管MN6、第二反相器INV2、第一電流源111、第二電流源112和第二或非門N0R2。其中第一振蕩單元中的所述第二電流源112的一端接電壓VDD，另一端接所述第三NMOS管MN3的漏極，第三NMOS管麗3的源極與地之間串聯一個所述用於產生參考峰值電壓的電阻Rl (下面稱為第一電阻Rl)；第一振蕩單元中的所述第一電流源111的一端接電壓VDD，另一端接所述第四NMOS管MN4的漏極，第四NMO管MN4的源極與地之間串聯一個所述用於產生比較電壓的電容Cl (下面稱為第一電容Cl)；第三NMOS管麗3的柵極與其漏極以及第四NMOS管的MN4的柵極連接；第二振蕩單元中的第二電流源122的一端接電壓 VDD,另一端接所述第五NMOS管麗5的漏極，第五NMOS管麗5的源極與地之間串聯一個所述用於產生參考峰值電壓的電阻R2(下面稱為第二電阻R2)；第二振蕩單元中的第一電流源121的一端接電壓VDD，另一端接所述第六NMOS管MN6的漏極，第六NMO管MN6的源極與地之間串聯一個所述用於產生比較電壓的電容C2 (下面稱為第二電容C2) 』第五NMOS管麗5的柵極與其漏極以及第六NMOS管的MN6的柵極連接；第一 NMOS管麗1與所述第一電容Cl並聯，第二 NMOS管麗2與所述第二電容C2 (即上述產生一比較電壓的電容)並聯；第一振蕩單元中的所述第一電流源111經所述第一反相器INVl連接到第一或非門NORl的第一輸入端1，第一 NMOS管MN3的柵極連接所述第一或非門NORl的第二輸入端2，第一或非門NORl的輸出端輸出所述目標低頻信號LCK ；第二振蕩單元中的所述第一電流源121經所述第二反相器INV2連接到第二或非門N0R2的第二輸入端2，第二 NMOS管MN2的柵極連接所述第二或非門N0R2的第一輸入端1 ；所述第一或非門NORl的輸出端還與所述第二或非門N0R2的第一輸入端1連接，所述第二或非門N0R2的輸出端還與所述第一或非門NORl的第二輸入端2連接；第一反相器INVl的輸入端連接在第二電流IlI和第四NMOS管MN4之間的一節點上，第二反相器INV2的輸入端連接在第二電流源121和第六NMOS管MN6之間的一節點上。其中第一或非門NORl的輸出端輸出的信號即為所述高精度振蕩器輸出的頻
率信號。上述第一振蕩單元中的第三NMOS管麗3和第四NMOS管MN4形成比較電路以用於比較第一電阻Rl產生的參考峰值電壓與第一電容Cl產生的比較電壓；第一 NMOS管麗1形成放電控制電路，其在第一電容Cl產生的比較電壓大於或等於第一電阻Rl產生的參考峰值電壓時對所述第一電容Cl進行放電；而第二振蕩單元中的第五NMOS管MN5和第六NMOS 管MN6形成比較電路以用於比較第二電阻R2產生的參考峰值電壓與第二電容C2產生的比較電壓；第二 NMOS管麗2形成放電控制電路，其在第二電容C2產生的比較電壓大於或等於第二電阻R2產生的參考峰值電壓時對所述第二電容C2進行放電。由此可知，第一振蕩單元中的比較電路的輸出控制所述邏輯電路中的第一或非門 NORl的輸出，進而可控制第二振蕩單元中放電控制電路中麗2的導通與閉合；第二振蕩單元中的比較電路的輸出控制所述邏輯電路中的第二或非門N0R2的輸出，進而可控制第一振蕩單元中放電控制電路中麗1的導通與閉合。從而實現由比較電路控制放電控制電路的功能。由圖2中的各個元件的連接關係可知，假設先對第一電容Cl充電，當一旦檢測到第一電容Cl的電壓VCl充到峰值時，第一反相器INVl輸出端的A節點就變高，第一或非門 NORl的輸出信號LCK(即所述高精度振蕩器輸出的頻率信號)從高變低，第二電容C2開始充電，當第二電容C2未充到峰值前，第二反相器INV2的輸出端的B節點為低電平，則第一 NMOS管麗1的柵極D點為高電平，第一電容Cl被放電。具體可參考圖3所示，其中VCl為第一電容Cl的電壓，VC2為第二電容C2的電壓，在第一期間Tl，第一電容Cl在所述第一期間Tl的起點從其峰值開始放電至零，並維持零狀態至所述第一期間Tl的終點；同時，第二電容C2在第一期間Tl的起點從零值開始充電，在第一期間Tl的終點充電至其峰值。隨後，當所述第二電容C2充到峰值後，所述B點從低變高，所述D點變為低電平，所述第一 Cl 開始充電，所述第一 Cl充電至峰值前，所述A點為低電平，所述頻率信號LCK為高電平，第二電容C2被放電。具體可參考圖4所示，即在第二期間T2，所述第一電容Cl在所述第二期間T2的起點從零值開始充電，在第二期間T2的終點充電至其峰值；同時，所述第二電容C2 在第二期間T2的起點從峰值開始放電至零，並維持零狀態至第二期間T2的終點。再隨後， 當第一電容Cl的電壓VCl充到峰值時，所述A節點就變高，這樣周而復始，振蕩器就振蕩起來。在所述第一期間Tl時，所述頻率信號LCK為低電平，在後續的第二期間T2時，所述頻率信號LCK為高電平。可以看出，所述第一期間Tl和第二期間T2構成了頻率信號LCK 的一個周期。當第一電容Cl和第二電容C2不停地交替充放電時，就會輸出周期為T1+T2 的目標低頻信號。在本發明中，如果忽略比較器的延遲和邏輯電路(INV1，INV2, N0R1,N0R2)的延遲時間，振蕩器的振蕩周期等於第一電容Cl的充電時間(即Tl)和第二電容C2的充電時間 (即T2)之和，與第一電容Cl的放電時間和第二電容C2的放電時間無關，這樣就提高了振蕩器的振蕩周期精度。如果第三NMOS管麗3和第四NMOS管MN4的寬長比相等，第五NMOS
10管麗5和第六NMOS管MN6的寬長比相等，第一振蕩單元中的第一電流源111和第二電流源 112提供的電流相等，第二振蕩單元中的第一電流源121和第二電流源122提供的電流相等，則在第一電容Cl充電過程中，其上的電壓從零編導111 · R1，這段時間第一電容Cl充電的電荷為Ql = 112 · Rl · Cl，對應的充電電流為111，所以第一電容Cl的充電時間Tl = Q1/I2 = 112 'Rl .Cl/Il，其中 111 = 112，所以 Tl = Rl · Cl ；同理，第二電容 C2 的充電時間T2 = R2 · C2，振蕩器的振蕩周期為T = T1+T2 = Rl · C1+R2 · C2。其中，Rl為第一電阻 Rl的電阻值，Cl為第一電容Cl的電容值，R2為第二電阻R2的電阻值，C2為第二電容C2的電容值。由此可知，所述頻率信號LCK的周期僅與所述第一電容Cl的電容值、第二電容C2 的電容值、第一電阻Rl的電阻值和第二電阻R2的電阻值有關。除了圖2中示出的一種可編程振蕩模塊的電路外，本發明還提供一種簡化的可編程振蕩模塊的電路，如圖4所示。圖4中的振蕩器與圖2中振蕩器的區別在於本圖中的可編程振蕩模塊省去了第二電阻R2、第二電流源122以及第五NMOS管麗5，而第三NMOS管MN6 的柵極(即圖2中的第六NMOS管MN6)直接連接到第三NMOS管麗3的柵極。這樣，麗3的柵極電壓為MN4提供了電壓偏置，此電壓也可以作為MN6的電壓偏置。圖4中的振蕩器的工作原理與圖2中的工作原理相似，設計上只需要滿足第二振蕩單元中的第一電流源121、 第二振蕩單元中的第一電流源111、第二電流源112均相等，NMOS管麗3、MN4以及MN6的長寬比均相等即可，並由此可得T1 = Rl · Cl，T2 = (II · Rl) · C2/I4 = Rl · C2。上述圖4和圖6示出振蕩單元中所述比較電路中的兩個MOS管均為NMOS管，其在實際實現時，還可以採用PMOS管來實現，如將所述麗1替換為PMOS管MPl，將所述麗2替換為PMOS管MP2，將所述MN3、MN4、MN5以及MN6均分別替換為PMOS管MP3、MP4、MP5以及 MP6。對應地，圖4中的電路變成第一振蕩單元中產生參考峰值電壓的第一電阻Rl的一端接在電壓VDD上，另一端接在MP3的源極上，MP3的漏極與地之間串聯所述第二電流源112 ； 第一振蕩單元中產生比較電壓的第一電容Cl的一端接在電壓VDD上，另一端接在MP4的源極上，MP4的漏極與地之間串聯所述第一電流源111，所述第一電流源111和第二電流源 112的電流流向指向地；MPl與所述第一電容Cl並聯；MP3的柵極與MP4的柵極連接；第二振蕩單元中產生參考峰值電壓的第二電阻R2的一端接在電壓VDD上，另一端接在MP5的源極上，MP5的漏極與地之間串聯所述第二電流源122 ；第二振蕩單元中產生比較電壓的第二電容C2的一端接在電壓VDD上，另一端接在MP6的源極上，MP6的漏極與地之間串聯所述第一電流源121，所述第二電流源122和第一電流源121的電流流向指向地；MP2與所述第二電容C2並聯；MP5的柵極與MP6的柵極連接。其餘的元件如第一反相器INV1、第一或非門N0R1、第二反相器INV2以及第二或非門N0R2的連接均與圖4中連接相同。採用PMOS管後，所述第一振蕩單元中的MP3、MP4以及第一反相器INVl形成比較電路以用於比較第一電阻Rl產生的參考峰值電壓與第一電容Cl產生的比較電壓；MPl形成充電控制電路，其在第一電容Cl產生的比較電壓小於或等於第一電阻Rl產生的參考峰值電壓時第一振蕩單元中的充電控制電路對所述第一電容Cl進行充電；而第二振蕩單元中MP5、MP6以及第二反相器INV2形成比較電路以用於比較第二電阻R2產生的參考峰值電壓與第二電容C2產生的比較電壓；MP2形成放電控制電路，其在第二電容C2產生的比較電壓小於或等於第二電阻R2產生的參考峰值電壓時第二振蕩單元中的充電控制電路對所述第二電容C2進行充電；而第一或非門NORl以及第二或非門N0R2構成兩個振蕩單元共享的邏輯電路。由此可知，在採用PMOS管時，第一振蕩單元中的比較電路的輸出控制所述邏輯電路中的第一或非門NORl的輸出，進而可控制第二振蕩單元中充電控制電路中MN2的導通與閉合；第二振蕩單元中的比較電路的輸出控制所述邏輯電路中的第二或非門N0R2的輸出， 進而可控制第一振蕩單元中充電控制電路中MNl的導通與閉合。從而實現，由比較電路控制充電控制電路的功能。當然，對應於圖6，也同樣可以採用PMOS管替換現有的NMOS管，其原理與上述類似，這裡就不再贅述。與傳統振蕩器工藝相比，本發明輸出的目標低頻信號的周期不會受到其內電容放電時間的影響，從而使得輸出的目標低頻信號更加準確。在具體應用中，如藍牙系統中，通常會要求一個高頻晶體振蕩器和一個低頻晶體振蕩器同時使用以獲得高頻率信號和低頻率信號，而由於晶體價格比較高，所以為了節省晶體，可以通過高頻晶體振蕩器產生一精確的目標低頻信號。其實現思想是在上述的振蕩器中加入一個校準信號產生模塊，其可以比較所述高頻晶體振蕩器輸出的高頻信號以及本發明中振蕩器輸出的低頻信號產生校準信號，利用所述校準信號對所述第一振蕩單元和第二振蕩單元中的所述產生參考峰值電壓的電阻、產生比較電壓的電容以及電流源進行校準，則可以輸出精確度高的目標低頻信號。通常，所述校準信號可以採用現有技術中的各種編碼方式，如溫度碼、格雷碼、補碼等。獲得校準信號的一種最普遍的方法可以為所述校準信號產生模塊在所述目標低頻信號的一個周期內對所述參考高頻信號進行計數，根據計數得到的計數值與標準值的差確定所述校準信號。在一個實施例中，為了便於理解，此處以常規帶符號位的數據形式描述所述校準信號，但本發明的原理適用於各種編碼技術。可以假設DO為符號位，高頻時鐘HCK頻率為64MHz，低頻時鐘目標頻率為32KHz，所述校準信號產生模塊110可以通過計數形式產生所述校準信號。對於準確的32KHz頻率的一個周期，需正好計滿2000個(此例中的標準值)64MHz的HCK周期，如果計數超過2000個周期，則表明LCK周期偏長，可以將DO設為0， 表明需減小LCK周期，Dl-Dn被設為減小LCK周期多少步。如果調整步長為0. 5%，Dl-Dn 構成的二進位數為40，則周期被縮短0.5% X(2n-40)。反之，如果計數小於2000個周期， 則表明LCK周期偏短，可以將DO設為1，表明需增加LCK周期，Dl-Dn被設為增加LCK周期步數。如果調整步長為0.5%，Dl-Dn構成的二進位數為40，則周期被增加0.5% X40 = 20%，即被增加至120%。由於其為所屬領域的普通技術人員都能夠實現的，所以這裡就不再詳述。對應地，為了使得所述校準信號可以對產生參考峰值電壓的所述電阻(即第一振蕩單元中產生參考峰值電壓的電阻或第二振蕩單元中產生參考峰值電壓的電阻)進行控制，所述電阻可以設計為若干個電阻單元串聯的形式，部分或所有電阻單元中的每個都與一個開關並聯，根據所述校準信號控制各個開關的導通或截止來調整所述電阻的電阻值; 為了使得所述校準信號可以對所述反覆進行充放電的電容(即上述第一振蕩單元中產生比較電壓的電容或第二振蕩單元中產生參考峰值電壓的電容)進行控制，可以將所述電容設置成若干個電容單元並聯的形式，部分或所有電容單元中的每個都與一個開關串聯，根據所述校準信號控制各個開關的導通或截止來調整所述電容的電容值；類似的，根據所述校準信號還可以調整中對電容進行充放電的所述電流源(如上述第一振蕩單元和第二振蕩單元中的第一電流源和第二電流源)輸出的電流的大小，產生電流的支路也可以將其設置成類似於電容的並聯形式，在部分或全部的電流支路上分別串聯一開關，各個開關由所述校準信號控制。據此，便可以通過所述校準信號對所述第一振蕩單元和第二振蕩單元中產生參考峰值電壓的電阻、產生比較電壓的電容、進行充電或放電的電流源進行編程以得到需要精度的目標低頻信號。綜上所述，本發明提供的振蕩器可以輸出一不受電容放電時間影響的頻率信號， 精確度較高。上述說明已經充分揭露了本發明的具體實施方式
。需要指出的是，熟悉該領域的技術人員對本發明的具體實施方式
所做的任何改動均不脫離本發明的權利要求書的範圍。 相應地，本發明的權利要求的範圍也並不僅僅局限於前述具體實施方式
。
權利要求
1.一種高精度振蕩器，其特徵在於，其包括第一振蕩單元和第二振蕩單元，其中每個振蕩單元包括產生參考峰值電壓的電阻、產生一比較電壓的電容、第一電流源、比較所述參考峰值電壓和所述比較電壓的比較電路和放電控制電路，基於第一振蕩單元的第一電流源提供的電流對第一振蕩單元的電容進行充電，第一振蕩單元的比較電路在第一振蕩單元中的比較電壓大於或等於第一振蕩單元中的參考峰值電壓時，通知第一振蕩單元的放電控制電路開始放電和第二振蕩單元的放電控制電路停止放電，基於第二振蕩單元的第一電流源提供的電流對第二振蕩單元的電容進行充電，第二振蕩單元的比較電路在第二振蕩單元中的比較電壓大於或等於第一振蕩單元中的參考峰值電壓時，通知第二振蕩單元的放電控制電路開始放電和第一振蕩單元的充放電控制電路停止放電。
2.根據權利要求1所述的高精度振蕩器，其特徵在於所述第一振蕩單元和第二振蕩單元共享一邏輯電路，所述邏輯電路包括第一或非門和第二或非門，每個振蕩單元還包括第二電流源，所述第一振蕩單元中的比較電路包括第三NMOS管、第四NMOS管和第一反相器，第一振蕩單元中的放電控制電路包括第一 NMOS管，其中第一振蕩單元中的第二電流源的一端接電壓，另一端接第三NMOS管的漏極，所述第三NMOS管的源極與地之間連接第一振蕩單元中產生參考峰值電壓的電阻，第一振蕩單元中的第一電流源的一端接電壓，另一端接第四 NMOS管的漏極，所述第四NMOS管的源極與地之間連接第一振蕩單元中產生比較電壓的電容，第三NMOS管和第四NMOS管的柵極連接，第一 NMOS管與第一振蕩單元中產生比較電壓的所述電容並聯，第四NMOS管的漏極連接第一反相器的輸入端，所述第二振蕩單元中的比較電路包括第五NMOS管、第六NMOS管和第二反相器，第二振蕩單元中的放電控制電路包括第二 NMOS管，其中第二振蕩單元中的第二電流源的一端接電壓，另一端接第五NMOS管的漏極，所述第五NMOS管的源極與地之間連接第二振蕩單元中產生參考峰值電壓的電阻，第二振蕩單元中的第一電流源的一端接電壓，另一端接第六 NMOS管的漏極，所述第六NMOS管的源極與地之間連接第二振蕩單元中產生比較電壓的電容，第二 NMOS管與第二振蕩單元中產生比較電壓的所述電容並聯，第六NMOS管的漏極連接第二反相器的輸入端，第一反相器的輸出與第一或非門的第一輸入端連接，第一 NMOS管的柵極與第一或非門的第二輸入端以及第二或非門的輸出端連接，第一或非門的輸出端與第二 NMOS管的柵極以及第二或非門的第一輸入端連接，第二反相器的輸出與第二或非門的第二輸入端連接。
3.根據權利要求2所述高精度振蕩器，其特徵在於所述第三NMOS管和第四NMOS管的長寬比相等，所述第五NMOS管和第六NMOS管的長寬比相等，第一振蕩單元中的第一電流源和第二電流源提供的電流相等，第二振蕩單元中的第一電流源和第二電流源提供的電流相等。
4.根據權利要求1-3任一所述的高精度振蕩器，其特徵在於所述振蕩器還包括一校準信號產生模塊，其通過比較參考高頻信號和振蕩器輸出的目標低頻信號生成校準信號， 所述校準信號用於校準第一振蕩單元和第二振蕩單元中所述產生參考峰值電壓的電阻、產生比較電壓的電容或第一電流源輸出的電流以輸出目標低頻信號。
5.一種高精度振蕩器，其特徵在於，其包括第一振蕩單元和第二振蕩單元，其中兩個振蕩單元共享一個產生參考峰值電壓的電阻，每個振蕩單元還包括產生一比較電壓的電容、 第一電流源、比較所述參考峰值電壓和所述比較電壓的比較電路和放電控制電路，基於第一振蕩單元的第一電流源提供的電流對第一振蕩單元的電容進行充電，第一振蕩單元的比較電路在第一振蕩單元中的比較電壓大於或等於所述參考峰值電壓時，通知第一振蕩單元的放電控制電路開始放電和第二振蕩單元的放電控制電路停止放電，基於第二振蕩單元的第一電流源提供的電流對第二振蕩單元的電容進行充電，第二振蕩單元的比較電路在第二振蕩單元中的比較電壓大於或等於所述參考峰值電壓時，通知第二振蕩單元的放電控制電路開始放電和第一振蕩單元的放電控制電路停止放電。
6.根據權利要求5所述的高精度振蕩器，其特徵在於所述第一振蕩單元和第二振蕩單元共享一邏輯電路，所述邏輯電路包括第一或非門和第二或非門，每個振蕩單元還包括第二電流源，所述第一振蕩單元中的比較電路包括第三NMOS管、第四NMOS管和第一反相器，第一振蕩單元中的放電控制電路包括第一 NMOS管，其中第一振蕩單元中的第二電流源的一端接電壓，另一端接第三NMOS管的漏極，所述第三NMOS管的源極與地之間連接第一振蕩單元中產生參考峰值電壓的電阻，第一振蕩單元中的第一電流源的一端接電壓，另一端接第四 NMOS管的漏極，所述第四NMOS管的源極與地之間連接第一振蕩單元中產生比較電壓的電容，第三NMOS管和第四NMOS管的柵極連接，第一 NMOS管與第二振蕩單元中產生比較電壓的電容並聯，第四NMOS管的漏極連接第一反相器的輸入端，所述第二振蕩單元中的比較電路包括第六NMOS管和第二反相器，第二振蕩單元中的放電控制電路包括第二 NMOS管，其中第二振蕩單元中的第一電流源的一端接電壓，另一端接第六NMOS管的漏極，所述第六NMOS管的源極與地之間連接第一振蕩單元中產生比較電壓的電容，第六NMOS管的柵極與所述第一振蕩單元中第二電流源和第三NMOS管之間的一節點連接，第二 NMOS管與第二振蕩單元中產生比較電壓的電容並聯，第六NMOS管的漏極連接第二反相器的輸入端，第一反相器的輸出與第一或非門的第一輸入端連接，第一 NMOS管的柵極與第一或非門的第二輸入端以及第二或非門的輸出端連接，第一或非門的輸出端與第二 NMOS管的柵極以及第二或非門的第一輸入端連接，第二反相器的輸出與第二或非門的第二輸入端連接。
7.根據權利要求6所述的高精度振蕩器，其特徵在於所述第三NMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管的長寬比均相等，第一振蕩單元中的第一電流源、第二電流源和第二振蕩單元中的第一電流源提供的電流均相等。
8.根據權利要求5-7任一所述的高精度振蕩器，其特徵在於所述振蕩器還包括一校準信號產生模塊，其通過比較參考高頻信號和振蕩器輸出的目標低頻信號生成校準信號， 所述校準信號用於校準第一振蕩單元和第二振蕩單元中所述產生參考峰值電壓的電阻、產生比較電壓的電容或第一電流源輸出的電流以輸出目標低頻信號。
9.一種高精度振蕩器，其特徵在於，其包括第一振蕩單元和第二振蕩單元，其中每個振蕩單元包括產生參考峰值電壓的電阻、產生一比較電壓的電容、電流源、比較所述參考峰值電壓和所述比較電壓的比較電路和充電控制電路，基於第一振蕩單元的電流源提供的電流對第一振蕩單元的電容進行放電，第一振蕩單元的比較電路在第一振蕩單元中的比較電壓小於或等於第一振蕩單元中的參考峰值電壓時，通知第一振蕩單元的充電控制電路開始充電和第二振蕩單元的充電控制電路停止充電，基於第二振蕩單元的電流源提供的電流對第二振蕩單元的電容進行放電，第二振蕩單元的比較電路在第二振蕩單元中的比較電壓小於或等於第二振蕩單元中的參考峰值電壓時，通知第二振蕩單元的充電控制電路開始充電和第一振蕩單元的充電控制電路停止充 H1^ ο
10. 一種高精度振蕩器，其特徵在於，其包括第一振蕩單元和第二振蕩單元，其中兩個振蕩單元共享一個產生參考峰值電壓的電阻，每個振蕩單元還包括產生一比較電壓的電容、電流源、比較所述參考峰值電壓和所述比較電壓的比較電路和充電控制電路，基於第一振蕩單元的電流源提供的電流對第一振蕩單元的電容進行放電，第一振蕩單元的比較電路在第一振蕩單元中的比較電壓小於或等於所述參考峰值電壓時，通知第一振蕩單元的充電控制電路開始充電和第二振蕩單元的充電控制電路停止充電，基於第二振蕩單元的電流源提供的電流對第二振蕩單元的電容進行放電，第二振蕩單元的比較電路在第二振蕩單元中的比較電壓大於或等於所述參考峰值電壓時，通知第二振蕩單元的充電控制電路開始充電和第一振蕩單元的充電控制電路停止充電。
全文摘要
本發明提供一種高精度振蕩器，其包括第一振蕩單元和第二振蕩單元，其中每個振蕩單元包括產生參考峰值電壓的電阻、產生一比較電壓的電容、第一電流源、比較所述參考峰值電壓和所述比較電壓的比較電路和放電控制電路，基於第一振蕩單元的第一電流源提供的電流對第一振蕩單元的電容進行充電，第一振蕩單元的比較電路在其內比較電壓大於或等於其內的參考峰值電壓時，通知第一振蕩單元的放電控制電路開始放電和第二振蕩單元停止放電，基於第二振蕩單元的第一電流源提供的電流對第二振蕩單元的電容進行充電，第二振蕩單元的比較電路在其內的比較電壓大於或等於其內的參考峰值電壓時，通知第二振蕩單元的放電控制電路開始放電和第一振蕩單元停止放電。
文檔編號H03K3/03GK102394607SQ20111025290
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者尹航, 王釗 申請人:無錫中星微電子有限公司