電流-電容充放電片上振蕩器的製作方法
2023-07-05 14:13:36 1
專利名稱：電流-電容充放電片上振蕩器的製作方法
技術領域：
本發明涉及模擬集成電路時鐘技術，特別涉及一種電流-電容充放電片上振蕩器。
背景技術：
常用的振蕩器主要分為晶體振蕩器和片上振蕩器。片上振蕩器因為體積小，成本 低，方便使用等優點廣泛應用於消費級電子產品中。常用的片上振蕩器類型主要有環形振蕩器，電阻_電容充放電振蕩器，電流_電 容充放電振蕩器，電感-電容諧振振蕩器等。其中環形振蕩器精度比較低，調節線性度不 高，電阻_電容充放電振蕩器偏差大；電感_電容諧振振蕩器面積大，主要用於射頻微波領 域，電流_電容充放電振蕩器比較適合實現可調節低成本高精度。電流-電容充放電振蕩器，包括電流電路和充放電電路，電流電路輸出電流到所 述充放電電路，用於對所述充放電電路中的電容進行充放電，實現振蕩信號輸出，通過調節 所述電流電路輸出的電流的大小能調節振蕩器輸出的振蕩信號的頻率的大小。現有的一電流-電容充放電片上振蕩器電路如圖1所示，包括電流電路和充放電 電路，圖中電流電路包括外部參考基準電流I、參考電流MOS管Ni、比例鏡像電流MOS管組 N2、第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第一 PMOS管P1、第二 PMOS管P2、第三PMOS管P3，比 例鏡像電流MOS管組N2包括多個MOS管，所述參考電流MOS管附同所述比例鏡像電流MOS 管組N2的多個MOS管構成多支路電流鏡，第三NMOS管N3、第四NMOS管N4，第一 PMOS管 P1、第二 PMOS管P2、第三PMOS管P3為電流鏡，其中參考電流MOS管附接外部參考基準電 流I，比例鏡像電流MOS管組N2為電流調節部分，比例鏡像電流MOS管組N2包含固定電流 和電流開關兩部分，固定電流部分包括一 NMOS管，電流開關部分包括多個NMOS管和多個開 關，電流開關部分中的各個NMOS管的鏡像電流輸出迴路中分別各接有一開關，所述電流開 關部分中的各個NMOS管的鏡像電流輸出端同所述固定電流部分的NMOS管鏡像電流輸出端 並接在一起，作為電流電路的基準電流輸出端，外部開關控制碼通過解碼電路輸出開關控 制信號控制所述電流開關部分中的各個NMOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，從 而調控所述電流電路的基準電流大小，進而調節所述電流電路輸出電流的大小，實現調節 振蕩器輸出的振蕩信號的頻率的大小。所述充放電電路包括兩開關、兩個比較器、一電容、 一 RS觸發器、反相器及選擇器，所述電容上的電壓在兩個比較器的兩個設定電壓之間翻轉 來觸發RS觸發器不斷切換充放電過程，形成振蕩，充放電時間加上比較器、反相器等數字 電路、開關等的反應時間即為振蕩信號的時鐘周期，振蕩信號經選擇器後輸出。在圖1所示 電路中，外部參考基準電流經過參考電流MOS管附，產生鏡像電流由比例鏡像電流MOS管組 N2、第三NMOS管N3、第四NMOS管N4輸出，其中第四NMOS管N4的鏡像電流作為關鍵的電容 放電電流，比例鏡像電流MOS管組N2輸出的電流電路的基準電流經過調節經過第一 PMOS 管Pl後鏡像到第二 PMOS管P2、第三PMOS管P3輸出，其中第三PMOS管P3的鏡像電流作為 關鍵的電容充電電流，兩個比較器的偏置電流也由第一 PMOS管Pl鏡像輸出(非主要連接關係，未畫出)，第三PMOS管P3、第四NMOS管N4的鏡像電流輸出端通過兩個開關連接到所 述充放電電路電容正端，電容另一端則接地，兩個開關受RS觸發器輸出信號控制，但是輪 流導通和關閉。但是現有電流-電容充放電片上振蕩器電路，如圖2所示，比例鏡像電流MOS管 組N2電流開關部分的多個MOS管，同參考電流MOS管附的鏡像匹配比例通常是確定的，而 且電流開關部分中的各個MOS管的鏡像電流輸出迴路中分別接有的開關，在解碼電路輸出 的開關控制信號的控制下通斷，由於電流開關部分的多個MOS管，即便是匹配比例相同的 NMOS管，因半導體工藝偏差等原因，電特性也存在細微差別，當設定一外部開關控制碼時， 電流開關部分的多個MOS管中匹配比例相同的NMOS管被選中的機會不均衡，就會使比例鏡 像電流MOS管組N2輸出的電流電路的基準電流精確度降低，進而使所述電流電路輸出電流 精確度降低，最終導致振蕩器輸出的振蕩信號的頻率的精確度降低。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種電流-電容充放電片上振蕩器，具有頻率調 節功能，能實現高精度的頻率輸出。為解決上述技術問題，本發明的電流-電容充放電片上振蕩器，包括電流電路和 充放電電路，所述電流電路輸出電流到所述充放電電路，用於對所述充放電電路中的電容 進行充放電，實現振蕩信號輸出，通過調節所述電流電路輸出的電流的大小調節振蕩器輸 出的振蕩信號的頻率的大小；所述電流電路包括多支路電流鏡、解碼電路，所述多支路電流 鏡包括一參考電流MOS管和一比例鏡像電流MOS管組，所述參考電流MOS管接一外部參考 基準電流源，所述比例鏡像電流MOS管組包含固定電流和電流開關兩部分，固定電流部分 包括一 MOS管，電流開關部分包括多個MOS管和多個開關，電流開關部分中的各個MOS管的 鏡像電流輸出迴路中分別各接有一開關，所述電流開關部分中的各個MOS管的鏡像電流輸 出端同所述固定電流部分的MOS管的鏡像電流輸出端並接在一起，作為電流電路的基準電 流輸出端，外部開關控制碼通過所述解碼電路輸出開關控制信號控制所述電流開關部分中 的各個MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷；其特徵在於所述比例鏡像電流MOS管組的電流開關部分，包括十六個同最小電流MOS管鏡像 比例為16的高位MOS管，以及十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管；所述 外部開關控制碼為8位二進位碼，所述解碼電路包括移位計數器組一和移位計數器組二 ；所述移位計數器組二對8位二進位的所述外部開關控制碼的低四位進行解碼，輸 出十五位的低位開關控制信號，所述低位開關控制信號的十五位碼分別控制所述十五個同 最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，當所述 十五位碼中的一碼位為1時，同該碼位相對應的一低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開 關接通；所述移位計數器組二包括十六個十五位輸出移位計數器，該十六個十五位輸出 移位計數器第一個移位計數器的初值各單元都為0，第二個移位計數器的初值有一個單元 為1，第三個移位計數器的初值有二個單元為1，第四個移位計數器的初值有三個單元為 1，……，依次，第十六個移位計數器的初值有十五個單元為1，當所述外部開關控制碼的低 四位為0000時，由第一個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外 部開關控制碼的低四位為0001時，由第二個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號 控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的 開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的低四位為1111時，由第十六個移位計數器輸出 十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管 的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，每個移位計數器隨時鐘信號實現一個15次循環；所述移位計數器組一對8位二進位的所述外部開關控制碼的高四位進行解碼，輸 出十六位的高位開關控制信號，所述高位開關控制信號的十六位碼分別控制所述十六個同 最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，當所述 十六位碼中的一碼位為1時，同該碼位相對應的一高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開 關接通；所述移位計數器組一包括十六個十六位輸出移位計數器，該十六個十六位輸出 移位計數器第一個移位計數器的初值各單元都為0，第二個移位計數器的初值有一個單元 為1，第三個移位計數器的初值有二個單元為1，第四個移位計數器的初值有三個單元為 1，……，依次，第十六個移位計數器的初值有十五個單元為1，當所述外部開關控制碼的高 四位為0000時，由第一個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同 最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外 部開關控制碼的高四位為0001時，由第二個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號 控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的 開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的高四位為1111時，由第十六個移位計數器輸出 十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS 管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，每個移位計數器隨時鐘信號實現一個16次循環。所述時鐘信號可以為該電流_電容充放電片上振蕩器輸出的振蕩信號。所述移位計數器組二中的十六個十五位輸出移位計數器，可以由八個十五位輸出 移位計數器和八個反相器構成，該八個十五位輸出移位計數器，第一個移位計數器的初值 各個單元都為0，第二個移位計數器的初值有一個單元為1，第三個移位計數器的初值有二 個單元為1，第四個移位計數器的初值有三個單元為1，……，依次，第八個移位計數器的初 值有七個單元為1，當所述外部開關控制碼的低四位為0000時，由第一個移位計數器輸出 十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管 的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的低四位為0001時，由第二個 移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例 為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的低四 位為01111時，由第八個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最 小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部 開關控制碼的低四位為1000時，由第八個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號經 一反相器反相後控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流 輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的低四位為1001時，由第七個移位計數器 輸出十五位的低位開關控制信號經一反相器反相後控制所述十五個同最小電流MOS管鏡 像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼4/8頁
的低四位為1111時，由第一個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號經一反相器反 相後控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中 的開關的通斷。所述移位計數器組一中的十六個十六位輸出移位計數器，可以由八個十六位輸出 移位計數器和八個反相器構成，該八個十六位輸出移位計數器，第一個移位計數器的初值 各個單元都為0，第二個移位計數器的初值有一個單元為1，第三個移位計數器的初值有二 個單元為1，第四個移位計數器的初值有三個單元為1，……，依次，第八個移位計數器的初 值有七個單元為1，當所述外部開關控制碼的高四位為0000時，由第一個移位計數器輸出 十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS 管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的高四位為0001時，由第二 個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比 例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的 高四位為0111時，由第八個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號控制所述十六個 同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述 外部開關控制碼的高四位為1000時，由第八個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信 號經一反相器反相後控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡 像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的高四位為1001時，由第七個移位 計數器輸出十六位的高位開關控制信號經一反相器反相後控制所述十六個同最小電流MOS 管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關 控制碼的高四位為1111時，由第一個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號經一反 相器反相後控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸 出迴路中的開關的通斷。所述參考電流MOS管和比例鏡像電流MOS管組中的MOS管可以為NMOS。本發明的電流-電容充放電片上振蕩器，使用移位計數器組來實現可調電流匹配 比例下的動態單元匹配(DEM，Dynamic Element Match)，同時振蕩器輸出的振蕩信號用於 移位計數器的時鐘輸入，在可調電流匹配比例下實現更高精度的電流匹配，提高頻率步進 精度。本發明的電流-電容充放電片上振蕩器，將八位外部開關控制碼的高四位4個比特 對應16個移位計數器，16個移位計數器的初值中分別有0 15個單元為1，16個移位計 數器可以由8個單獨移位計數器和它們取反組成，每個移位計數器實現一個16次循環功 能，輸出十六位的高位開關控制信號T，所述高位開關控制信號的十六位碼分別控制 多支路電流鏡的比例鏡像電流MOS管組的電流開關部分的十六個同最小電流MOS管鏡像比 例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，這樣對任一八位外部開關控制 碼的高四位，十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管被選中的機會均衡；同 樣，將八位外部開關控制碼的低四位4個比特對應16個移位計數器，16個移位計數器的初 值中分別有0 14個單元為1，16個移位計數器可以由8個單獨移位計數器和它們取反組 成，每個移位計數器實現一個15次循環功能，輸出十五位的低位開關控制信號a，所 述低位開關控制信號的十五位碼分別控制多支路電流鏡的比例鏡像電流MOS管組的電流 開關部分的十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的 開關的通斷，這樣對任一八位外部開關控制碼的低四位，十五個同最小電流MOS管鏡像比例為16的低位MOS管被選中的機會均衡，這樣比例鏡像電流MOS管組的電流開關部分的各 MOS管被選中的機會均衡，使電流開關部分的多個MOS管因電特性存在的差別對比例鏡像 電流MOS管組輸出的電流電路的基準電流精確度的影響消除，進而使所述電流電路輸出電 流精確度提高，最終可以提高振蕩器輸出的振蕩信號的頻率的精確度。
下面結合附圖及具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖1是一種電流-電容充放電片上振蕩器電路圖； 圖2是一種電流-電容充放電片上振蕩器中一種比例鏡像電流MOS管組電流開關部分的多個MOS管通斷控制圖；圖3是本發明的電流-電容充放電片上振蕩器中比例鏡像電流MOS管組電流開關部分的多個MOS管通斷控制圖。圖4是本發明的電流-電容充放電片上振蕩器中的解碼電路中的移位計數器組二解碼方式示意圖；圖5是本發明的電流-電容充放電片上振蕩器中的解碼電路中的移位計數器組一解碼方式示意圖。
具體實施方式
本發明的電流-電容充放電片上振蕩器，一實施方式如圖1所示，包括電流電路和 充放電電路，所述電流電路輸出電流到所述充放電電路，用於對所述充放電電路中的電容 進行充放電，實現振蕩信號輸出，通過調節所述電流電路輸出的電流的大小能調節該振蕩 器輸出的振蕩信號的頻率的大小；所述電流電路包括多支路電流鏡、解碼電路，所述多支路 電流鏡包括一參考電流MOS管m和一比例鏡像電流MOS管組N2，所述參考電流MOS管m接 一外部參考基準電流源I，所述比例鏡像電流MOS管組N2包含固定電流和電流開關兩部分， 固定電流部分包括一MOS管，電流開關部分包括多個MOS管和多個開關，電流開關部分中的 各個MOS管的鏡像電流輸出迴路中分別各接有一開關，所述電流開關部分中的各個MOS管 的鏡像電流輸出端同所述固定電流部分的MOS管鏡像電流輸出端並接在一起，作為電流電 路的基準電流輸出端，外部開關控制碼通過所述解碼電路輸出開關控制信號控制所述電流 開關部分中的各個MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷。一較佳實施例如圖3所示，所述比例鏡像電流MOS管組N2的電流開關兩部分，包 括十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管，以及十五個同最小電流MOS管鏡 像比例為1的低位MOS管；所述外部開關控制碼為8位二進位碼，8位二進位外部開關控制碼的值的大小控 制所述比例鏡像電流MOS管組N2電流開關部分輸出電流的大小，所述解碼電路包括移位計 數器組一和移位計數器組二；所述移位計數器組二對8位二進位的所述外部開關控制碼的低四位S3 SO進行 解碼，輸出十五位的低位開關控制信號a，所述低位開關控制信號的十五位碼分別控 制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關 的通斷，當所述十五位碼中的一碼位為1時，同該碼位相對應的一低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關接通；一實施例如圖4所示，移位計數器組二包括十六個十五位輸出移位計數器，該 十六個十五位輸出移位計數器第一個移位計數器的初值各單元都為0，第二個移位計數器 的初值有一個單元為1，第三個移位計數器的初值有二個單元為1，第四個移位計數器的初 值有三個單元為1，……，依次，第十六個移位計數器的初值有十五個單元為1，當所述外部 開關控制碼的低四位S3 SO為0000時，由第一個移位計數器輸出十五位的低位開關控制 信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中 的開關的通斷，所述外部開關控制碼的低四位S3 SO為0001時，由第二個移位計數器輸 出十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS 管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的低四位S3 SO為 1111時，由第十六個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電 流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，每個移位計數 器隨時鐘信號實現一個15次循環，所述時鐘信號可以為該電流-電容充放電片上振蕩器輸 出的振蕩信號；為了節省硬體開銷，移位計數器組二中的所述十六個十五位輸出移位計數器，可 以由八個十五位輸出移位計數器和八個反相器構成，該八個十五位輸出移位計數器，第一 個移位計數器的初值各個單元都為0，第二個移位計數器的初值有一個單元為1，第三個移 位計數器的初值有二個單元為1，第四個移位計數器的初值有三個單元為1，……，依次，第 八個移位計數器的初值有七個單元為1，當所述外部開關控制碼的低四位S3 SO為0000 時，由第一個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS 管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼 的低四位S3 SO為0001時，由第二個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號控制所 述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通 斷，依次，所述外部開關控制碼的低四位S3 SO為0111時，由第八個移位計數器輸出十五 位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡 像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的低四位S3 SO為1000時，由第 八個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號經一反相器反相後控制所述十五個同最 小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部 開關控制碼的低四位S3 SO為1001時，由第七個移位計數器輸出十五位的低位開關控制 信號經一反相器反相後控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡 像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的低四位S3 SO為1111時， 由第一個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號經一反相器反相後控制所述十五個 同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷。所述移位計數器組一對8位二進位的所述外部開關控制碼的高四位S7 S4進行 解碼，輸出十六位的高位開關控制信號T，所述高位開關控制信號的十六位碼分別控 制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開 關的通斷，當所述十六位碼中的一碼位為1時，同該碼位相對應的一高位MOS管的鏡像電流 輸出迴路中的開關接通；一實施例如圖5所示，移位計數器組一包括十六個十六位輸出移位計數器，該十六個十六位輸出移位計數器第一個移位計數器的初值各單元都為0，第二個移位計數器 的初值有一個單元為1，第三個移位計數器的初值有二個單元為1，第四個移位計數器的初 值有三個單元為1，……，依次，第十六個移位計數器的初值有十五個單元為1，當所述外部 開關控制碼的高四位S7 S4為0000時，由第一個移位計數器輸出十六位的高位開關控制 信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路 中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的高四位S7 S4為0001時，由第二個移位計數器 輸出十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位 MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的高四位S7 S4 為1111時，由第十六個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最 小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，每個移位 計數器隨時鐘信號實現一個16次循環，所述時鐘信號可以為該電流-電容充放電片上振蕩 器輸出的振蕩信號；為了節省硬體開銷，移位計數器組一中的所述十六個十六位輸出移位計數器，可 以由八個十六位輸出移位計數器和八個反相器構成，該八個十六位輸出移位計數器，第一 個移位計數器的初值各個單元都為0，第二個移位計數器的初值有一個單元為1，第三個移 位計數器的初值有二個單元為1，第四個移位計數器的初值有三個單元為1，……，依次，第 八個移位計數器的初值有七個單元為1，當所述外部開關控制碼的高四位S7 S4為0000 時，由第一個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS 管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼 的高四位S7 S4為0001時，由第二個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號控制所 述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的 通斷，依次，所述外部開關控制碼的高四位S7 S4為0111時，由第八個移位計數器輸出 十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS 管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的高四位S7 S4為1000 時，由第八個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號經一反相器反相後控制所述十六 個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所 述外部開關控制碼的高四位S7 S4為1001時，由第七個移位計數器輸出十六位的高位開 關控制信號經一反相器反相後控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS 管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的高四位S7 S4為 1111時，由第一個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號經一反相器反相後控制所述 十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通 斷。所述參考電流MOS管和比例鏡像電流MOS管組中的MOS管可以為NMOS。本發明的電流-電容充放電片上振蕩器，使用移位計數器組來實現可調電流匹配 比例下的動態單元匹配(DEM，Dynamic Element Match)，同時振蕩器輸出的振蕩信號用於 移位計數器的時鐘輸入，在可調電流匹配比例下實現更高精度的電流匹配，提高頻率步進 精度。本發明的電流-電容充放電片上振蕩器，將八位外部開關控制碼的高四位4個比特 對應16個移位計數器，16個移位計數器的初值中分別有0 15個單元為1，16個移位計 數器可以由8個單獨移位計數器和它們取反組成，每個移位計數器實現一個16次循環功能，輸出十六位的高位開關控制信號T，所述高位開關控制信號的十六位碼分別控制 多支路電流鏡的比例鏡像電流M0S管組的電流開關部分的十六個同最小電流M0S管鏡像比 例為16的高位M0S管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，這樣對任一八位外部開關控制 碼的高四位，十六個同最小電流M0S管鏡像比例為16的高位M0S管被選中的機會均衡；同 樣，將八位外部開關控制碼的低四位4個比特對應16個移位計數器，16個移位計數器的初 值中分別有0 14個單元為1，16個移位計數器可以由8個單獨移位計數器和它們取反組 成，每個移位計數器實現一個15次循環功能，輸出十五位的低位開關控制信號a，所 述低位開關控制信號的十五位碼分別控制多支路電流鏡的比例鏡像電流M0S管組的電流 開關部分的十五個同最小電流M0S管鏡像比例為1的低位M0S管的鏡像電流輸出迴路中的 開關的通斷，這樣對任一八位外部開關控制碼的低四位，十五個同最小電流M0S管鏡像比 例為16的低位M0S管被選中的機會均衡，這樣比例鏡像電流M0S管組的電流開關部分的各 M0S管被選中的機會均衡，使電流開關部分的多個M0S管因電特性存在的差別對比例鏡像 電流M0S管組輸出的電流電路的基準電流精確度的影響消除，進而使所述電流電路輸出電 流精確度提高，最終導致振蕩器輸出的振蕩信號的頻率的精確度提高。
權利要求
一種電流 電容充放電片上振蕩器，包括電流電路和充放電電路，所述電流電路輸出電流到所述充放電電路，用於對所述充放電電路中的電容進行充放電，實現振蕩信號輸出，通過調節所述電流電路輸出的電流的大小調節振蕩器輸出的振蕩信號的頻率的大小；所述電流電路包括多支路電流鏡、解碼電路，所述多支路電流鏡包括一參考電流MOS管和一比例鏡像電流MOS管組，所述參考電流MOS管接一外部參考基準電流源，所述比例鏡像電流MOS管組包含固定電流和電流開關兩部分，固定電流部分包括一MOS管，電流開關部分包括多個MOS管和多個開關，電流開關部分中的各個MOS管的鏡像電流輸出迴路中分別各接有一開關，所述電流開關部分中的各個MOS管的鏡像電流輸出端同所述固定電流部分的MOS管的鏡像電流輸出端並接在一起，作為電流電路的基準電流輸出端，外部開關控制碼通過所述解碼電路輸出開關控制信號控制所述電流開關部分中的各個MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷；其特徵在於所述比例鏡像電流MOS管組的電流開關部分，包括十六個同最小電流MOS管比例為16的高位MOS管，以及十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管；所述外部開關控制碼為8位二進位碼，所述解碼電路包括移位計數器組一和移位計數器組二；所述移位計數器組二對8位二進位的所述外部開關控制碼的低四位進行解碼，輸出十五位的低位開關控制信號，所述低位開關控制信號的十五位碼分別控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，當所述十五位碼中的一碼位為1時，同該碼位相對應的一低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關接通；所述移位計數器組二包括十六個十五位輸出移位計數器，該十六個十五位輸出移位計數器第一個移位計數器的初值各單元都為0，第二個移位計數器的初值有一個單元為1，第三個移位計數器的初值有二個單元為1，第四個移位計數器的初值有三個單元為1，……，依次，第十六個移位計數器的初值有十五個單元為1，當所述外部開關控制碼的低四位為0000時，由第一個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的低四位為0001時，由第二個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的低四位為1111時，由第十六個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，每個移位計數器隨時鐘信號實現一個15次循環；所述移位計數器組一對8位二進位的所述外部開關控制碼的高四位進行解碼，輸出十六位的高位開關控制信號，所述高位開關控制信號的十六位碼分別控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，當所述十六位碼中的一碼位為1時，同該碼位相對應的一高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關接通；所述移位計數器組一包括十六個十六位輸出移位計數器，該十六個十六位輸出移位計數器第一個移位計數器的初值各單元都為0，第二個移位計數器的初值有一個單元為1，第三個移位計數器的初值有二個單元為1，第四個移位計數器的初值有三個單元為1，……，依次，第十六個移位計數器的初值有十五個單元為1，當所述外部開關控制碼的高四位為0000時，由第一個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的高四位為0001時，由第二個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的高四位為1111時，由第十六個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，每個移位計數器隨時鐘信號實現一個16次循環。
2.根據權利要求1所述的電流_電容充放電片上振蕩器，其特徵在於，所述時鐘信號為 該電流_電容充放電片上振蕩器輸出的振蕩信號。
3.根據權利要求1所述的電流-電容充放電片上振蕩器，其特徵在於，所述移位計數 器組二中的十六個十五位輸出移位計數器，由八個十五位輸出移位計數器和八個反相器構 成，該八個十五位輸出移位計數器，第一個移位計數器的初值各個單元都為0，第二個移位 計數器的初值有一個單元為1，第三個移位計數器的初值有二個單元為1，第四個移位計數 器的初值有三個單元為1，……，依次，第八個移位計數器的初值有七個單元為1，當所述外 部開關控制碼的低四位為0000時，由第一個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號 控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開 關的通斷，所述外部開關控制碼的低四位為0001時，由第二個移位計數器輸出十五位的低 位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電 流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的低四位為0111時，由第八個移 位計數器輸出十五位的低位開關控制信號控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1 的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的低四位為1000 時，由第八個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號經一反相器反相後控制所述十五 個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所 述外部開關控制碼的低四位為1001時，由第七個移位計數器輸出十五位的低位開關控制 信號經一反相器反相後控制所述十五個同最小電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡 像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的低四位為1111時，由第一 個移位計數器輸出十五位的低位開關控制信號經一反相器反相後控制所述十五個同最小 電流MOS管鏡像比例為1的低位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷。
4.根據權利要求1所述的電流-電容充放電片上振蕩器，其特徵在於，所述移位計數 器組一中的十六個十六位輸出移位計數器，由八個十六位輸出移位計數器和八個反相器構 成，該八個十六位輸出移位計數器，第一個移位計數器的初值各個單元都為0，第二個移位 計數器的初值有一個單元為1，第三個移位計數器的初值有二個單元為1，第四個移位計數 器的初值有三個單元為1，……，依次，第八個移位計數器的初值有七個單元為1，當所述外 部開關控制碼的高四位為0000時，由第一個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號 控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的 開關的通斷，所述外部開關控制碼的高四位為0001時，由第二個移位計數器輸出十六位的 高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像 電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的高四位為0111時，由第八個 移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，所述外部開關控制碼的高四位為 1000時，由第八個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號經一反相器反相後控制所述 十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通 斷，所述外部開關控制碼的高四位為1001時，由第七個移位計數器輸出十六位的高位開關 控制信號經一反相器反相後控制所述十六個同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS 管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷，依次，所述外部開關控制碼的高四位為1111時， 由第一個移位計數器輸出十六位的高位開關控制信號經一反相器反相後控制所述十六個 同最小電流MOS管鏡像比例為16的高位MOS管的鏡像電流輸出迴路中的開關的通斷。
5.根據權利要求1所述的電流-電容充放電片上振蕩器，其特徵在於，所述參考電流 MOS管和比例鏡像電流MOS管組中的MOS管為NM0S。
全文摘要
本發明公開了一種電流-電容充放電片上振蕩器，使用移位計數器組來實現可調電流匹配比例下的動態單元匹配，同時振蕩器輸出的振蕩信號用於移位計數器的時鐘輸入，在可調電流匹配比例下實現更高精度的電流匹配，提高頻率步進精度。
文檔編號H03K3/354GK101989850SQ200910057710
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月6日 優先權日2009年8月6日
發明者袁志勇 申請人:上海華虹Nec電子有限公司