一種低功耗低溫度係數的環形振蕩器的製造方法
2023-08-05 20:36:16
一種低功耗低溫度係數的環形振蕩器的製造方法
【專利摘要】振蕩器被廣泛應用於各種開關電路、數字電路等需要內部時鐘的集成電路；在低功耗集成電路設計中，振蕩器的功耗是衡量振蕩器優劣的重要指標，振蕩器輸出時鐘的溫度係數決定了振蕩器的頻率隨溫度變化的偏差，較低的溫度係數有利於提高系統的穩定性；在通常的低溫度係數振蕩器設計中，採用溫度檢測電路，根據檢測的溫度，調整電路，從而實現降低振蕩器溫度係數的目的，但是該結構需要增加溫度檢測電路，增加了振蕩器的功耗和面積；針對這個問題，本發明公開了一種在低功耗條件下，具有低溫度係數的環形振蕩器；本發明中的電路由環形振蕩電路和偏置電路組成。
【專利說明】一種低功耗低溫度係數的環形振蕩器
【技術領域】
[0001]本發明屬於集成電路設計領域，用於模擬/數模混合集成電路特別是低功耗集成電路中時鐘的產生；具體設計一種新的振蕩器其偏置電流溫度係數和反相器翻轉電平溫度係數相互補償的結構，僅在傳統電路增加幾個器件的條件下獲得較低溫度係數的時鐘。
【背景技術】
[0002]在某些電路中，時鐘信號是電路正常運作的前提，低溫度係數的時鐘信號有利於電路性能的穩定；在眾多集成時鐘電路中，RC延時的環形振湯器以低功耗、低成本的優勢得到了廣泛應用。
[0003]圖1是一種基礎的具有較高電源抑制比的低功耗環形振蕩器，這種環形振蕩器具有結構簡單，低功耗和高電源抑制比的特點；環形振蕩電流由2k+l (k=l、2、3…)級首尾相連的反相器連接而成，第η級反相器的輸入連接到第n-Ι級反相器的輸出，第η級反相器的輸出連接到第η+1的反相器輸入，最後第2k+l級反相器的輸出連接到第I級反相器的輸入，同時作為振蕩器的輸出；圖2為圖1環形振蕩器的其中一級反相器，PMOS電流源管(Mren)鏡像參考電流源，為反相器提供恆流偏置In，Vin n, Vo n分別為該級反相器的輸入和輸出，Cn為輸出端連接的延時電容；當反相器的輸入Vin n等於比較器的翻轉電平Vsw，滿足表達式[Equ.1];當輸入電壓Vin n小於翻轉電平，PMOS開關管(MPKn)開啟、NMOS開關管(Mffin)關閉，電流In對電容Cn充電，當電容電壓也就是輸出電壓V。η等於反相器的翻轉電平Vsw，反相器輸出電壓Vtj n經過2k (k=0、l、2...)級的反相器連接到本級的輸入，使本級反相器翻轉，PMOS開關管(MPKn)關閉、NMOS開關管(ΜΝΚη)開啟，電容Cn放電，放電時間極短可以忽略，所以本級反相器的延遲時間等於電流In將電容電壓V」由地電壓充到翻轉電壓Vsw的時間，延遲時間tDelay表達式[Equ.2];整個環形振蕩器的延遲時間即振蕩器的周期T為每一級反相器延時的累加，見[Equ.3]
【權利要求】
1.一種電路結構,包括: 環形振蕩器核心電路中，利用電流對電容的充放電延時，但由於反相器的翻轉電平隨溫度變化，導致振蕩器輸出時鐘的溫度係數較高；利用該發明的結構，偏置電路提供的電流溫度係數可以與翻轉電平的溫度係數相互補償，獲得低溫度係數的時鐘信號；具體電路形式包含偏置電路、反相器電路、環形振蕩電路三個部分；偏置電路(a)由3個NMOS管、I個PMOS管和I個電阻構成，NMOS偏置管(Mnbi)的源級接地，NMOS偏置管(Mnbi)的柵極、漏極和NMOS偏置管(Mnb2)的源級相連，NMOS偏置管(Mnb2)的柵極、漏極與NMOS偏置管(Mnb3)的柵極相連並連接到外部偏置電流輸入端Ib，NM0S偏置管(Mnb3)的源級連接到電阻(R)的一端，電阻(R)的另一端接地，NMOS偏置管(Mnb3)的的漏極連接到PMOS偏置管(Mpbci)的漏極和柵極，並連接到環形振蕩電路反相器的偏置電壓VPB，PMOS偏置管(Mpbci)的源級接電源；反相器電路(b)由PMOS電流源管(MPBn)、PM0S開關管(MPKn)、NMOS開關管(ΜΝΚη)、延時電容(Cn)組成，PMOS電流源管(ΜΡΒη)的源極接電源，PMOS電流源管(ΜΡΒη)的柵級連接到偏置電路(a)提供的偏置電壓Vpb，PM0S電流源管(MPBn)的漏極連接到PMOS開關管(Mren)的源級，PMOS開關管(MPKn)的柵極連接到NMOS開關管(Mffln)的柵極作為反相器的輸入端VIN—n，PMOS開關管(ΜΡΚη)的漏極連接到NMOS開關管(Mffln)的漏極，並連接到延時電容(Cn)的一端作為反相器的輸出端Vtj n，延時電容(Cn)的另一端接地或者電源，NMOS開關管(Mffln)的源級接地；環形振蕩電流(b)由2k+l (k=l、2、3...)級首尾相連的反相器連接而成，第η級(Xn)反相器的輸入連接到第n-Ι級(Xlri)反相器的輸出，第η級(Xn)反相器的輸出連接到第η+1的(Χη+1)反相器輸入，最後第2k+l級(X2k+1)反相器的輸出連接到第I級(X1)反相器的輸入，同時作為振蕩器的輸出CLK。
2.根據權利要求1所述環形振蕩器裝置，其特徵在於利用偏置電路提供的電流溫度係數可以與反相器翻轉電平的溫度係數相互補償，獲得低溫度係數的時鐘信號。
【文檔編號】H03L7/099GK104184469SQ201410420371
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月25日 優先權日:2014年8月25日
【發明者】李亞 申請人:長沙瑞達星微電子有限公司