可调节RC振荡电路的制作方法

可调节rc振荡电路
技术领域
1.本实用新型涉及集成电路技术，特别涉及rc振荡电路。


背景技术：

2.现代信号处理中，需要对数据的快速处理，才能保证数据能实时不失真传输，而每个数据的并行处理与等待需要时钟的同步触发，才能保证数据的完整性传输。因而振荡器时钟电路成为了现代模数混合信号处理芯片中不可或缺一个重要环节。
3.振荡器是指电路再没有输入的前提下可以持续不断地输出周期性的波形，如果一个负反馈系统满足巴克豪森准则，即在ω0增益不为0且相移等于180
°
，电路会在频率ω0处发生振荡:
4.；
5.在频率综合系统中，为了实现更小的时钟周期性抖动，往往需要高精度低频振荡电路和相位良好的锁相环电路进行混合搭配实现系统时钟低抖动传输，保证数据的低失真传输，所以一款高性能低频振荡电路尤为重要。
6.传统的低频振荡电路是分立器件构成的振荡电路，主要包括rc振荡电路、lc振荡电路、以及石英晶体振荡，其各有特色，而集成电路中，特别是cmos工艺下，受制于面积，没有电感、石英等器件、最常用为rc振荡电路。因此，rc振荡器在现代信号处理中，显得尤为重要。


技术实现要素：

7.本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可调节rc振荡电路，能实现低功耗和2.5v~5.5v宽电压域下、-55
º
c～125
º
c温度范围高精度多种频率选通输出。
8.本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，可调节rc振荡电路，包括：
9.第一反相器，其电源端接校准电流输入端，其输出端接第一比较器的正性输入端；
10.第一组可选通电容，由n个并联的电容支路构成，每个电容支路包括串联于第一反相器输出端和地电平之间的一个电容和一个选通开关，n为大于2的整数；
11.第一比较器，其负性输入端接基准电压输入端，其输出端接锁存器的第一输入端；
12.第二反相器，其电源端接校准电流输入端，其输出端接第二比较器的正性输入端；
13.第二组可选通电容，由n个并联的电容支路构成，每个电容支路包括串联于第二反相器输出端和地电平之间的一个电容和一个选通开关；
14.第二比较器，其负性输入端接基准电压输入端，其输出端接锁存器的第二输入端；
15.锁存器，其第一输出端作为rc振荡电路的时钟输出端，其第一输出端还连接到第一反相器的输入端，其第二输出端连接到第二反相器的输入端。
16.进一步的，还包括基准电路和校准电路，
17.基准电路的基准电流输出端与校准电路连接，
18.基准电路的基准电流输出端和基准电压输出端分别与rc振荡电路的基准电流输
入端和基准电压输入端连接，
19.校准电路的校准电流输出端与rc振荡电路的校准电流输入端连接。
20.采用本实用新型的技术，对于芯片内部多频率需求只需修改逻辑控制字就能快速实现；对于多系统电路中，能快速移植到其他芯片系统中，极大的节约了设计成本。本实用新型通过控制可变电容开断，可调节输出时钟2mhz~24mhz变化，满足系统不同频率的需求，且具有各种频率下温度电压漂移小，功耗较低，面积小等特点，带隙基准输出电压温度系数典型值仅为10ppm；电流的温度系数典型值为30ppm。系统温度电压频率偏移小于输出频率1%。
附图说明
21.图1是本实用新型的结构图。
22.图2是基准电路的电路图；
23.图3是校准电路的电路图；
24.图4是rc振荡电路的电路图。
实施方式
25.参见图1，本实用新型提供一种可调节rc振荡电路，可以保证低功耗和2.5v~5.5v宽电压域下，-55
º
c～125
º
c温度范围高精度多种频率选通输出电路实现。
26.图1所示的实施例包括三个模块：基准电路、rc振荡电路和校准电路。如图1所示，基准电路产生温度补偿后的两路基准电流和基准电压，一路基准电流进入校准电路为rc振荡电路提供校准电流，一路基准电流和基准电压送入rc振荡电路中，rc振荡电路经基准电流、校准电流和基准电压的共同作用，输出一个随温度，电压和工艺变化不明显的时钟输出。当时钟输出需要根据实际需求改变时，逻辑输入通过控制rc振荡电路内部电容选通，分别形成了2mhz~24mhz多时钟选通输出。
27.参见图2，在特定时钟输出前提下，基准电路提供受温度和电源电压影响很小的基准输出，采用了低功耗自启动电路，降低功耗。基准的电流镜负载均采用了共源共栅结构，具有较好的电源抑制比。输出的电压基准采用了二阶补偿模式，一阶补偿的电流在温度系数与其相反的电阻上产生了基准电压，电压温度系数典型值仅为10ppm；电流的温度系数典型值为30ppm。
28.基准采用了运放钳位的带隙基准，图中略去了部分使能管。整体分为四个部分：启动电路，基准电压产生电路，用于钳位的运放和输出。在启动电路中，en信号通过延迟单元控制mp1管的开关，当en为高电平时，end仍为低电平，使得mp1管开启，对c1进行充电，提高mn1栅极和运放中的电位，开启基准。当基准开启，en信号通过延迟单元，end由低电平转为高电平，关闭mp1管。
29.本实用新型采用共源共栅电流镜结构，相比与传统的共源共栅电流镜，上管的栅极接在下管的漏端，在增大电流镜输出阻抗，保证镜像电流的精准的同时，减小了压降，确保基准电路在2.5v下仍正常工作。
30.基准电压产生电路采用传统带隙结构，q1的发射结面积是q2的八倍，利用钳位运算放大器，可以使得p1、p2两点电压相等， r1的电压为两管的发射结电压差，发射结电压差
随温度增大而增大，在r1上产生一个ptat的电流，和r2，r3上ctat的电流相叠加，得到温度补偿的电流ibias和ibias2，同时也输出一个得到温度补偿的基准电压vref。
[0031][0032]
参见图3，校准电路中，采用了电流型电流输出模式，由基准电路提供基准电流，镜像输出一个随温度变化不敏感电流，对振荡核心中的可变电容进行充电。镜像输出电流的最小精度高，最小修调电流达到100na，共计8路可校准电流，调节范围可以达到5ua~30.6ua，可以对工艺角，版图寄生参数带来的影响进行修调，相比于rc充放电回路中修调电阻的架构，面积更小，精度更高，修调范围更广。
[0033]
图3所示的校准电路中，设计了八位修调位，最高精度为0.1ua，修调范围5ua至30.6ua。模块从基准电路中输出1ua的电流作为基准，nmos电流镜采用采用cascode结构，上方pmos电流镜采用伪cascode结构，固定电流为5ua，0到7路的电流依次为0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.4、12.8ua。九路电流叠加到一起输出，对电容进行充电。这样可以保证整体的修调范围和精度的准确性，且相比于电阻修调模式，电流修调对版图和工艺的要求更小，占用的面积同样更小。其中，传输门用来开启和关断校准电路。
[0034]
参见图4，核心的rc振荡电路采用了电流型rc振荡电路结构，包括第一反相器101、第二反相器102、第三反相器103、第四反相器104、第五反相器105、第六反相器106共6个反相器，第一比较器a1、第二比较器a2、两组可选通电容，以及一个rs触发器，图中c7~c0、c15~c8为两组选通电容，通过开关控制两组电容同时开启等值电容。
[0035]
开始上电时，选通电容c7~c0上方的第一反相器101输出高电位，修调后的基准电流对选通电容c7~c0开始充电，c15~c8下方的第二反相器102输出为0，c15~c8的电位维持不变。当c7~c0上的电位超过基准电压时，比较器翻转，rs触发器跳变，时钟输出为高电平。c7~c0上方的第一反相器101输出为0，c7~c0开始放电，电位开始拉低，同时，c15~c8下方的第二反相器102输出为1，对c15~c8进行充电，当c15~c8的电位到达基准电压时，rs触发器再次跳变。时钟输出为低电平，依次充放跳变过程后，时钟输出慢慢稳定在一个固定频率上。
[0036]
rc振荡电路经基准电流、校准电流和基准电压的共同作用，输出一个随温度，电压和工艺变化不明显的时钟输出。当时钟输出需要根据实际需求改变时，逻辑输入通过控制rc振荡电路内部电容选通，分别形成了2mhz~24mhz多时钟选通输出。
[0037]
本实用新型的rc振荡电路中，采取环形振荡器、rc振荡器复合结构，两路对称，性能优良，频率精度高。可拓展空间极大，控制可变电容开断，可调节输出时钟2mhz~24mhz变化。

技术特征：
1.可调节rc振荡电路，其特征在于，包括：第一反相器，其电源端接校准电流输入端，其输出端接第一比较器的正性输入端；第一组可选通电容，由n个并联的电容支路构成，每个电容支路包括串联于第一反相器输出端和地电平之间的一个电容和一个选通开关，n为大于2的整数；第一比较器，其负性输入端接基准电压输入端，其输出端接锁存器的第一输入端；第二反相器，其电源端接校准电流输入端，其输出端接第二比较器的正性输入端；第二组可选通电容，由n个并联的电容支路构成，每个电容支路包括串联于第二反相器输出端和地电平之间的一个电容和一个选通开关；第二比较器，其负性输入端接基准电压输入端，其输出端接锁存器的第二输入端；锁存器，其第一输出端作为rc振荡电路的时钟输出端，其第一输出端还连接到第一反相器的输入端，其第二输出端连接到第二反相器的输入端。2.如权利要求1所述的可调节rc振荡电路，其特征在于，还包括基准电路和校准电路，基准电路的基准电流输出端与校准电路连接，基准电路的基准电流输出端和基准电压输出端分别与rc振荡电路的基准电流输入端和基准电压输入端连接，校准电路的校准电流输出端与rc振荡电路的校准电流输入端连接。

技术总结
可调节RC振荡电路，涉及集成电路技术，本实用新型包括第一反相器、第一组可选通电容、第一比较器、第二反相器、第二组可选通电容、第二比较器、和锁存器。本实用新型通过控制可变电容开断，可调节输出时钟2MHz~24MHz变化，满足系统不同频率的需求，且具有各种频率下温度电压漂移小，功耗较低，面积小等特点。面积小等特点。面积小等特点。


技术研发人员：李小辉
受保护的技术使用者：成都环宇芯科技有限公司
技术研发日：2023.01.18
技术公布日：2023/8/13