一种斩波失调消除RC振荡器的制作方法

一种斩波失调消除rc振荡器
技术领域
1.本发明涉及电子装置，更具体地涉及振荡器。


背景技术：

2.振荡器电路通常可以产生正弦波或者矩形波，rc振荡器与lc振荡器以及晶体振荡器相比，具有高度兼容片上集成的特点，特别适合用于低功耗设计，广泛运用于无线传感芯片以及射频识别标签芯片等。
3.常规rc振荡器通过电容重复充放电来获得重复波形。首先对电容进行充电，充电至后一个阈值后，比较器翻转控制后续逻辑清空电容上电荷，此为复位过程，接着继续对电容进行充电形成循环，周期信号在经过缓冲器后得到时钟信号。由于充放电周期存在不理想因素，会使得时钟周期与除rc之外的其他因素相关，比如比较器因为失配会使在电容充电至阈值之前或者之后触发翻转，由致使时钟周期的与失调电压相关，最重要的是，失调电压通常受电源电源与温度影响，这会加重时钟输出频率的电源电压敏感性与温度漂移。一个振荡周期主要由复位时间、电容充电时间、比较器失调产生延时以及比较器本身传输延时组成：
[0004][0005]
受到工艺影响，电容电阻实际制造中会有偏差，会使得实际振荡器频率偏移标称频率，要求对rc值进行修调。随着电压与温度变化，比较器失调电压将会随之发生改变，造成的结果是频率会受电压和温度影响，同时比较器传输延时与复位信号宽度等都会受电压与温度的影响，且电阻值也会产生温漂，这些因素会降低时钟信号对温度与电源变化的频率稳定性。
[0006]
在非理想因素中，比较器的失调是主要影响因素，在时钟频率在mhz级别时，时钟周期较小，比较器失调带来的影响更为突出。为获得低温漂、低电压敏感性的时钟，需要对上述问题提出新的解决方案。


技术实现要素：

[0007]
为解决上述技术问题，本发明提供了一种斩波失调消除rc振荡器，可以在不使用复位信号的同时，明显消除比较器失调电压、电流失配、电容失配对振荡器输出时钟周期的影响。
[0008]
本发明采用的技术方案如下：一种斩波失调消除rc振荡器，包括特定时序充放电电路、比较器电路、特定时序产生电路。
[0009]
特定时序充放电电路，接收特定时序产生电路产生的控制信号进行充放电模式的切换；比较器电路，比较输入端的电容充电电压与阈值电压大小关系，在其输出端输出高电平或者低电平；特定时序产生电路用于产生控制各mos开关的信号，确保充放电电路按照特定顺序切换电容充放电模式。
[0010]
所述特定时序充放电电路包括电流源i1、电流源i2、电容c1、电容c2、电容c3、电阻
r1、mos开关sw1、sw2、sw3、sw4、sw5、sw6、sw7、sw8、sw9、sw10、sw11、sw12、sw13、sw14；四种充放电模式分别对应特定的电流源对电容c2或者电容c3进行充电，并将特定节点接入比较器输入端。
[0011]
所述特定时序产生电路包括与非门nand1、反相器inv1、分频器1；与非门nand1输出电压作为mos开关sw5、sw8、sw11、sw12、sw14的控制电压；反相器inv1输出电压作为mos开关sw6、sw7、sw9、sw10、sw13的控制电压；分频器1通过reset信号进行复位；分频器1的输出q作为mos开关sw1、sw2的控制电压；分频器1的输出qn作为mos开关sw3、sw4的控制电压。
[0012]
本发明的有益效果及优点：
[0013]
不需要单独的电容复位脉冲信号，避免了复位脉冲信号受温度与电压影响引起的时钟周期的变化；将完整的时钟周期分为四个相位的组合，特定时序产生电路控制振荡器按既定顺序进行四个模式的电容充放电，可以极大程度降低比较器失调电压、电容失配、电流失配对频率稳定性的影响。
附图说明
[0014]
图1是本发明电路结构图。
[0015]
图2是本发明电路输出波形图。
具体实施方式
[0016]
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
[0017]
本发明提供的斩波失调消除rc振荡器包括特定时序充放电电路、比较器电路、特定时序产生电路。如图1所示，是本发明实施例电路结构图。特定时序产生电路产生控制信号用于控制特定电流对特定电容进行充电与放电，同时控制特定节点连接至比较器特定输入端，在比较器输出翻转时，特定时序产生电路自动改变控制信号，进行下一个相的充放电，一个完整的时钟周期包括四个不同充电模式的相。
[0018]
本发明具体工作原理如下：
[0019]
电路通过reset信号置为0进行复位后，进入时钟周期组成的第一相。与非门nand1输出被复位为高电平，反相器inv1输出为低电平，分频器输出q被复位为高电平，qn被复位为低电平。mos开关sw1、sw2、sw5、sw8、sw11、sw12、sw14导通，mos开关sw3、sw4、sw6、sw7、sw9、sw10、sw13断开。电流源i1通过开关sw1、sw5给电容c1充电，所得到的电容c1两端压降被连接至比较器同相输入端；电流源i2通过开关sw2、sw8流入由r1与c3组成的支路，得到的电阻-电容器压降i2
·
r1被连接至比较器反相输入端；对应图2中phase1波形图，电流源i1对电容c1持续充电至比较器阈值i2
·
r1后，比较器输出翻转至高电平，nand1输出翻转至低电平，反相器inv1输出翻转至高电平，分频器1输出q翻转至低电平，qn翻转至高电平，电路进入时钟周期组成的第二相。
[0020]
第二相中mos开关sw3、sw4、sw6、sw7、sw9、sw10、sw13导通，mos开关sw1、sw2、sw5、sw8、sw11、sw12、sw14断开。电流源i1通过开关sw3、sw6给电容c2充电，所得到的电容c2两端压降被连接至比较器反相输入端；电流源i2通过开关sw4、sw7流入由r1与c3组成的支路，得到的电阻-电容器压降i2
·
r1被连接至比较器同相输入端；对应图2中phase2波形图，电流源i1持续对电容c2充电至比较器阈值i2
·
r1后，比较器输出翻转至低电平，nand1输出翻转
至高电平，反相器inv1输出翻转至低电平，分频器1输出q保持低电平，qn保持高电平，电路进入时钟周期组成的第三相。
[0021]
第三相中mos开关sw3、sw4、sw5、sw8、sw11、sw12、sw14导通，mos开关sw1、sw2、sw6、sw7、sw9、sw10、sw13断开。电流源i2通过开关sw4、sw5给电容c1充电，所得到的电容c1两端压降被连接至比较器同相输入端；电流源i1通过开关sw3、sw8流入由r1与c3组成的支路，得到的电阻-电容器压降i1
·
r1被连接至比较器反相输入端；对应图2中phase3波形图，电流源i2持续对电容c1充电至比较器阈值i1
·
r1后，比较器输出翻转至高电平，nand1输出翻转至低电平，反相器inv1输出翻转至高电平，分频器1输出q翻转至高电平，qn翻转至低电平，电路进入时钟周期组成的第四相。
[0022]
第四相中mos开关sw1、sw2、sw6、sw7、sw9、sw10、sw13导通，mos开关sw3、sw4、sw5、sw8、sw11、sw12、sw14断开。电流源i2通过开关sw2、sw6给电容c2充电，所得到的电容c2两端压降被连接至比较器反相输入端；电流源i1通过开关sw1、sw7流入由r1与c3组成的支路，得到的电阻-电容器压降i1
·
r1被连接至比较器同相输入端；对应图2中phase4波形图，电流源i2持续对电容c2充电至比较器阈值i1
·
r1后，比较器输出翻转至低电平，nand1输出翻转至高电平，反相器inv1输出翻转至低电平，分频器1输出q保持高电平，qn保持低电平，电路完成一个整时钟周期。接下来重新进入第一相形成循环，连续输出时钟信号。
[0023]
考虑失配影响，设电容c1=c(1+α)、电容c2=c（1-α）、电流i1=i(1-β)、电流i2=c(1+β)，vos为比较器失调电压，其中c为标称电容、i为标称电流、α为电容失配比例系数、β为电流失配比例系数，所得时钟周期约为：
[0024][0025]
时钟周期表达式中，电流失配的影响体现为其失配比例系数β的平方，占时钟周期比例被降至很低的值；比较器失调电压需乘以电容失配比例系数，表现为一个衰减系数，占时钟周期比例大幅度降低；因此，α、β、vos对标称时钟周期的影响将减小，更重要的是，由α、β、vos固有的温度系数对输出频率的影响将被大幅度削弱。通过上述特定时序的四个相组成一个完整时钟周期，比较器失调电压、电容失配、电流失配对频率的影响将被有效消除。

技术特征：
1.斩波失调消除rc振荡器，其特征在于，包括:特定时序充放电电路，接收特定时序产生电路所产生的控制信号从而进行充放电模式的切换；比较器电路，比较输入端的电容充电电压与阈值电压大小关系，在其输出端输出高电平或者低电平；特定时序产生电路，用于产生控制各mos开关的信号，确保特定时序充放电电路按照特定顺序切换电容充放电模式。2.根据权利要求1所述的一种斩波失调消除rc振荡器，其特征在于所述特定时序充放电电路包括电流源i1、电流源i2、电容c1、电容c2、电容c3、电阻r1、mos开关sw1、sw2、sw3、sw4、sw5、sw6、sw7、sw8、sw9、sw10、sw11、sw12、sw13、sw14；四种充放电模式分别对应特定的电流源对电容c2或者电容c3进行充电，并将特定节点接入比较器输入端。3.根据权利要求1所述的一种斩波失调消除rc振荡器，其特征在于所述特定时序产生电路包括与非门nand1、反相器inv1、分频器1；与非门nand1输出电压作为mos开关sw5、sw8、sw11、sw12、sw14的控制电压；反相器inv1输出电压作为mos开关sw6、sw7、sw9、sw10、sw13的控制电压；分频器1通过reset信号进行复位；分频器1的输出q作为mos开关sw1、sw2的控制电压；分频器1的输出qn作为mos开关sw3、sw4的控制电压。

技术总结
本发明涉及一种比较器失调电压、电容失配、电流失配消除的RC时钟振荡器，包括特定时序充放电电路、比较器、特定时序产生电路。本发明将一个完整的时钟周期分为四个相位的组合，每个相位有特定的电容充放电方式，电路自动配置四个相位按照一定顺序循环进行,明显消除了比较器失调电压、电容失配、电流失配对振荡器输出时钟周期的影响。输出时钟周期的影响。输出时钟周期的影响。


技术研发人员：詹丁峰
受保护的技术使用者：詹丁峰
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/12