專利名稱：高精度振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種振蕩電路或振蕩器。
背景技術(shù)：
如今，在很多精密控制領(lǐng)域或高精電子設(shè)備中，需要用到精度更高、穩(wěn)定性更好的振蕩器，作為參考頻率產(chǎn)生電路的關(guān)鍵部分?，F(xiàn)有技術(shù)存在有多種多樣的片上集成RC振蕩器電路結(jié)構(gòu)。它們有的具有較為寬廣的工作電壓，有的具有比較好的溫漂系數(shù)。對(duì)于的輸出頻率的溫漂系數(shù)達(dá)到土 1%的Re振蕩器(-40° C到125° C)，它是達(dá)到了精準(zhǔn)的要求。但往往需要消耗很大的工作電流。因此對(duì)于現(xiàn)有的片上集成RC振蕩器，要么它的工作電壓范圍很寬，但是溫漂系數(shù)不夠好；要 么它的溫漂系數(shù)好，但功耗較大。在一些要求更高的應(yīng)用場(chǎng)合，具有±1%溫漂系數(shù)的片上集成RC振蕩器(-40° C到125° C)依然無法勝任。它們不但要求更好的溫漂系數(shù)(比如〈O. 5%，在-40° C到125° C溫度范圍)，同時(shí)也要求具有寬廣的工作電壓和較低的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高精度振蕩器，能夠提供更精準(zhǔn)穩(wěn)定的頻率，具有極低的溫漂系數(shù)和寬廣的工作電壓，同時(shí)具有較低的功耗。本發(fā)明目的可以由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種高精度振蕩器，其特征在于，包括基準(zhǔn)電壓源、電阻分壓電路、運(yùn)算放大器、比較器、狀態(tài)寄存器、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、積分器電容Cl、第一切換電容C2、第二切換電容C3、RST (復(fù)位)信號(hào)控制的開關(guān)單元S1、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S4、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5、RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單元S6及充電電阻R4 ；第一切換電容C2與SELB信號(hào)控制的開關(guān)單兀S4并聯(lián)后與SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2串聯(lián)，構(gòu)成第一切換電容充放電電路；第二切換電容C3與SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5并聯(lián)后與SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3串聯(lián)，構(gòu)成第二切換電容充放電電路；第一切換電容充放電電路、第二切換電容充放電電路及RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單元S6并聯(lián)后一端接地，另一端分別經(jīng)電阻R5后連接運(yùn)算放大器的輸入端、比較器的輸入端，該另一端還經(jīng)充電電阻R4、RST信號(hào)控制的開關(guān)單元SI后連接基準(zhǔn)電壓源的輸出端；運(yùn)算放大器的“ + ”輸入端接電阻分壓電路的輸出端，運(yùn)算放大器的輸出端連接比較器的“+”輸入端；運(yùn)算放大器的輸出端與輸入端間串接積分器電容Cl ；狀態(tài)寄存器是帶異步復(fù)位的D觸發(fā)器，比較器的輸出端連接D觸發(fā)器的“CK”端，D觸發(fā)器的“Q”端和“D”端之間串接第一反相器，D觸發(fā)器的“RN”端連接第二反相器，D觸發(fā)器的“Q”端順序連接第三反相器、第四反相器、第五反相器；D觸發(fā)器的“RN”端為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)RST,第二反相器輸出端為RST的反相信號(hào)RSTB,第三反相器輸出端為SEL信號(hào),第四反相器輸出端為SELB信號(hào),第五反相器輸出端為CLK信號(hào)。作為具體的技術(shù)方案，所述電阻分壓電路由順序串聯(lián)在基準(zhǔn)電壓源輸出端與地之間的第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第三分壓可調(diào)電阻R3構(gòu)成，第一分壓電阻Rl和第二分壓電阻R2的節(jié)點(diǎn)為分壓后參考電壓Vr的輸出端。
作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述第一分壓電阻Rl和第二分壓電阻R2是同種溫度系數(shù)的電阻，第三分壓可調(diào)電阻R3為與Rl，R2相反溫度系數(shù)的電阻。作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述運(yùn)算放大器的輸入端經(jīng)一積分器電阻R5接第一切換電容充放電電路、第二切換電容充放電電路的并聯(lián)端；作為可替換的技術(shù)方案，所述積分器電阻R5、運(yùn)算放大器和積分器電容Cl共同構(gòu)成的一階積分器電路由一有源反相低通濾波器代替。作為可替換的技術(shù)方案，所述充電電阻R4由一電流源替代。本發(fā)明目的還可以由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種高精度振蕩器，其特征在于，包括基準(zhǔn)電壓源、電阻分壓電路、比較器、狀態(tài)寄存器、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第一切換電容C2、第二切換電容C3、RST信號(hào)控制的開關(guān)單元SI、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S4、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5、RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單元S6及充電電阻R4 ；第一切換電容C2與SELB信號(hào)控制的開關(guān)單兀S4并聯(lián)后與SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2串聯(lián)，構(gòu)成第一切換電容充放電電路；第二切換電容C3與SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5并聯(lián)后與SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3串聯(lián)，構(gòu)成第二切換電容充放電電路；第一切換電容充放電電路、第二切換電容充放電電路及RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單元S6并聯(lián)后一端接地，另一端連接比較器的輸入端，該另一端還經(jīng)充電電阻R4、RST信號(hào)控制的開關(guān)單元SI后連接基準(zhǔn)電壓源的輸出端；比較器的“ + ”輸入端接電阻分壓電路的輸出端；狀態(tài)寄存器是帶異步復(fù)位的D觸發(fā)器，比較器的輸出端連接D觸發(fā)器的“CK”端，D觸發(fā)器的“Q”端和“D”端之間串接第一反相器，D觸發(fā)器的“RN”端連接第二反相器，D觸發(fā)器的“Q”端順序連接第三反相器、第四反相器、第五反相器；D觸發(fā)器的“RN”端為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)RST，第二反相器輸出端為RST的反相信號(hào)RSTB,第三反相器輸出端為SEL信號(hào),第四反相器輸出端為SELB信號(hào),第五反相器輸出端為CLK信號(hào)。本發(fā)明的有益效果在于1，當(dāng)外部工作環(huán)境溫度從-40° C到125° C變化時(shí)，其輸出頻率變化〈O. 5%。2，在外部工作電壓發(fā)生變化時(shí)(如2. 2v到3. 6v)，本發(fā)明的高精度振蕩器依然可以輸出精準(zhǔn)穩(wěn)定的頻率(頻率變化〈O. 2%)而只需要消耗較少的工作電流。


圖I為實(shí)施例一提供的一種聞精度振蕩器的電路原理圖。圖2為圖I電路原理圖的工作時(shí)序圖。圖3為實(shí)施例四提供的一種簡(jiǎn)化的低功耗振蕩器電路原理圖。圖4為圖3電路原理圖的工作時(shí)序圖。下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一結(jié)合圖I及圖2所示，本實(shí)施例提供的高精度振蕩器包括基準(zhǔn)電壓源100、運(yùn)算放大器(OPA) 101、比較器(CMP) 102、第一反相器103、狀態(tài)寄存器104、第二反相器105、第三反相器106、第四反相器107、第五反相器108、積分器電容Cl、第一切換電容C2、第二切換電容C3、RST信號(hào)控制的開關(guān)單元SI、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S4、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5、RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單元S6、第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第三分壓可調(diào)電阻R3、充電電阻R4及積分器電阻R5。第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第三分壓可調(diào)電阻R3順序地串聯(lián)在基準(zhǔn)電壓源100的輸出端與地之間，構(gòu)成電阻分壓電路?；鶞?zhǔn)電壓源105產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓源輸出電 壓VREF通過電阻分壓電路Rl，R2，R3進(jìn)行分壓，第一分壓電阻Rl和第二分壓電阻R2的節(jié)點(diǎn)為分壓后參考電壓Vr的輸出端。其中，Rl和R2是同種溫度系數(shù)的電阻，而R3為與R1，R2相反溫度系數(shù)的電阻?；诖?可以通過R3來調(diào)整個(gè)振蕩器的頻率對(duì)溫度的敏感系數(shù)。第一切換電容C2與SELB信號(hào)控制的開關(guān)單兀S4并聯(lián)后與SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2串聯(lián)，構(gòu)成第一切換電容充放電電路；第二切換電容C3與SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5并聯(lián)后與SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3串聯(lián)，構(gòu)成第二切換電容充放電電路。第一切換電容充放電電路、第二切換電容充放電電路及RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單元S6并聯(lián)后一端接地，另一端分別連接運(yùn)算放大器101的輸入端、比較器102的輸入端，該另一端還經(jīng)充電電阻R4、RST信號(hào)控制的開關(guān)單元SI后連接基準(zhǔn)電壓源100的輸出端。運(yùn)算放大器101的“ + ”輸入端接電阻分壓電路的輸出端，即接入分壓后的參考電壓Vr 輸入端經(jīng)積分器電阻R5接第一切換電容C2和第二切換電容C3的并聯(lián)端，即接入第一、第二切換電容充放電信號(hào)Vosc。運(yùn)算放大器101的輸出端連接比較器102的“ + ”輸入端；運(yùn)算放大器101的輸出端與輸入端間串接積分器電容Cl。積分器電阻R5、運(yùn)算放大器101和積分器電容Cl共同構(gòu)成了一階積分器電路200，通過一階積分器電路200比較Vr和Vosc電壓的差別來調(diào)整比較器102的比較基準(zhǔn)電壓Vb，并輸出Vb信號(hào)給比較器102。繼續(xù)參見圖1，狀態(tài)寄存器104是帶異步復(fù)位的D觸發(fā)器，在這里用做比較器輸出的狀態(tài)寄存器。比較器102的輸出端連接D觸發(fā)器的“CK”端，D觸發(fā)器的“Q”端和“D”端之間串接第一反相器103，D觸發(fā)器的“Q”端還順序連接第三反相器106、第四反相器107、第五反相器108。D觸發(fā)器的“RN”端連接第二反相器105。圖中，RST是系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，RSTB是RST的反相信號(hào)，SEL是D觸發(fā)器輸出的反相信號(hào)，SELB是SEL的反相信號(hào)，CLK是SELB的反相信號(hào)。本實(shí)施例提供的振蕩器，通過一階積分器電路200比較Vr和Vosc電壓的差別來調(diào)整比較器102的比較基準(zhǔn)電壓Vb，達(dá)到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償因溫度引起的比較器102延遲時(shí)間不同而導(dǎo)致的頻率對(duì)溫度的敏感系數(shù)變差的問題。本實(shí)施例提供的振蕩器可以在非常低功耗的情況下實(shí)現(xiàn)-40° C到125° C，其輸出頻率變化〈O. 5%，遠(yuǎn)好于普通精度振蕩器±1%的水平，可以應(yīng)用在一些要求更高的場(chǎng)合。狀態(tài)寄存器104是用來捕捉比較器102的上升沿輸出，每次比較器輸出一個(gè)上升沿，狀態(tài)寄存器104的輸出翻轉(zhuǎn)一次。因此它的輸出時(shí)鐘占空比非常接近50%。初始狀態(tài)控制單元SI和S6在復(fù)位信號(hào)RST的控制下，把Vosc的初始電壓設(shè)置到低電平。當(dāng)復(fù)位信號(hào)RST變?yōu)楦唠娖揭院?，振蕩器開始正常工作，CLK輸出振蕩頻率。本實(shí)施例提供的振蕩器的具體工作過程如下I、在復(fù)位信號(hào)RST為低電平時(shí)，狀態(tài)寄存器104的輸出端Q的在狀態(tài)為低電平，通過反相器106獲得信號(hào)SEL。SEL再通過反相器107獲得信號(hào)SELB。狀態(tài)寄存器的輸出Q通過反相器103和D端連接。此時(shí)比較器102的輸出為低電平，開關(guān)單元SI斷開，開關(guān)單元S6閉合，Vosc的電壓被拉到低電平；開關(guān)單元S2閉合，開關(guān)單元S4斷開；開關(guān)單元S3斷開，開關(guān)單元S5閉合，電容C3兩端被連接到低電平點(diǎn)。
2、當(dāng)復(fù)位信號(hào)RST為高電平時(shí)，振蕩器開始正常工作。開關(guān)單元SI閉合。開關(guān)單元S6斷開。VREF開始通過電阻R4向C2充電。Vosc的電壓開始上升，當(dāng)Vosc的電壓高于Vb電壓時(shí)，比較器102從原來的低電平上升為高電平。觸發(fā)狀態(tài)寄存器104，把狀態(tài)寄存器的輸出Q設(shè)置為高電平。同時(shí)，CLK、SEL、SELB三個(gè)信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。開關(guān)單元S2斷開，開關(guān)單元S4閉合，對(duì)C2進(jìn)行放電同時(shí)把C2的兩端連接到低電平。開關(guān)單元S3閉合，開關(guān)單元S5斷開，VREF開始通過電阻R4向C3充電。Vosc的電壓開始從低電平開始上升。與此同時(shí)，比較器102輸出為低電平，觸發(fā)狀態(tài)寄存器104的輸出狀態(tài)不發(fā)生改變。當(dāng)Vosc的電壓高于Vb電壓時(shí)，比較器102從低電平上升為高電平。觸發(fā)狀態(tài)寄存器104，把狀態(tài)寄存器的輸出Q設(shè)置為低電平。同時(shí)，CLK、SEL、SELB三個(gè)信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，一個(gè)時(shí)鐘周期完成。系統(tǒng)開始重復(fù)上面的步驟。實(shí)施例二 實(shí)施例二與實(shí)施例一的區(qū)別在于充電電阻R4由電流源替換。實(shí)施例三實(shí)施例三與實(shí)施例一的區(qū)別在于一階積分器電路200由有源反相低通濾波器代替。上述各實(shí)施例的重點(diǎn)是對(duì)輸出時(shí)鐘的周期(體現(xiàn)在Vosc電壓上，周期越大，Vosc能過夠達(dá)到的電壓越高，周期越小，Vosc能夠達(dá)到的電壓就越小)通過一階積分器電路200或有源反相低通濾波器的處理，動(dòng)態(tài)的調(diào)整比較器102的比較參考電壓。有效的降低輸出時(shí)鐘頻率對(duì)溫度的敏感性同時(shí)可以大幅度的降低比較器102的功耗。但是，在要求工作電流更低，而對(duì)頻率對(duì)溫度的敏感系數(shù)要求不高的情況下，上述實(shí)施例也可以由以下實(shí)施例四來實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到更低的功耗。實(shí)施例四參見圖3及圖4，實(shí)施例四與實(shí)施例一、實(shí)施例二的區(qū)別在于不再設(shè)置一階積分器電路200，VREF通過電阻Rl、R2、R3分壓得到的參考電壓Vr直接提供給比較器102。
權(quán)利要求
1.一種高精度振蕩器，其特征在于，包括基準(zhǔn)電壓源、電阻分壓電路、運(yùn)算放大器、t匕較器、狀態(tài)寄存器、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、積分器電容Cl、第一切換電容C2、第二切換電容C3、RST信號(hào)控制的開關(guān)單元SI、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S4、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5、RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單元S6及充電電阻R4 ； 第一切換電容C2與SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S4并聯(lián)后與SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2串聯(lián)，構(gòu)成第一切換電容充放電電路；第二切換電容C3與SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5并聯(lián)后與SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3串聯(lián)，構(gòu)成第二切換電容充放電電路；第一切換電容充放電電路、第二切換電容充放電電路及RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單元S6并聯(lián)后一端接地，另一端分別連接運(yùn)算放大器的輸入端、比較器的輸入端，該另一端還經(jīng)充電電阻R4、RST信號(hào)控制的開關(guān)單元SI后連接基準(zhǔn)電壓源的輸出端； 運(yùn)算放大器的“+”輸入端接電阻分壓電路的輸出端，運(yùn)算放大器的輸出端連接比較器的“+”輸入端；運(yùn)算放大器的輸出端與輸入端間串接積分器電容Cl ； 狀態(tài)寄存器是帶異步復(fù)位的D觸發(fā)器，比較器的輸出端連接D觸發(fā)器的“CK”端，D觸發(fā)器的“Q”端和“D”端之間串接第一反相器，D觸發(fā)器的“RN”端連接第二反相器，D觸發(fā)器的“Q”端順序連接第三反相器、第四反相器、第五反相器山觸發(fā)器的“RN”端為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)RST,第二反相器輸出端為RST的反相信號(hào)RSTB,第三反相器輸出端為SEL信號(hào),第四反相器輸出端為SELB信號(hào),第五反相器輸出端為CLK信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度振蕩器，其特征在于所述電阻分壓電路由順序串聯(lián)在基準(zhǔn)電壓源輸出端與地之間的第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第三分壓可調(diào)電阻R3構(gòu)成，第一分壓電阻Rl和第二分壓電阻R2的節(jié)點(diǎn)為分壓后參考電壓Vr的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度振蕩器，其特征在于所述第一分壓電阻Rl和第二分壓電阻R2是同種溫度系數(shù)的電阻，第三分壓可調(diào)電阻R3為與R1，R2相反溫度系數(shù)的電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度振蕩器，其特征在于所述運(yùn)算放大器的輸入端經(jīng)一積分器電阻R5接第一切換電容充放電電路、第二切換電容充放電電路的并聯(lián)端；所述積分器電阻R5、運(yùn)算放大器和積分器電容Cl共同構(gòu)成的一階積分器電路由一有源反相低通濾波器代替。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度振蕩器，其特征在于所述充電電阻R4由一電流源替代。
6.一種高精度振蕩器，其特征在于，包括基準(zhǔn)電壓源、電阻分壓電路、比較器、狀態(tài)寄存器、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第一切換電容C2、第二切換電容C3、RST信號(hào)控制的開關(guān)單元SI、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S4、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5、RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單兀S6及充電電阻R4 ； 第一切換電容C2與SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S4并聯(lián)后與SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2串聯(lián)，構(gòu)成第一切換電容充放電電路；第二切換電容C3與SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5并聯(lián)后與SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3串聯(lián)，構(gòu)成第二切換電容充放電電路；第一切換電容充放電電路、第二切換電容充放電電路及RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單元S6并聯(lián)后一端接地，另一端連接比較器的輸入端，該另一端還經(jīng)充電電阻R4、RST信號(hào)控制的開關(guān)單元SI后連接基準(zhǔn)電壓源的輸出端； 比 較器的“ + ”輸入端接電阻分壓電路的輸出端；狀態(tài)寄存器是帶異步復(fù)位的D觸發(fā)器，比較器的輸出端連接D觸發(fā)器的“CK”端，D觸發(fā)器的“Q”端和“D”端之間串接第一反相器，D觸發(fā)器的“RN”端連接第二反相器，D觸發(fā)器的“Q”端順序連接第三反相器、第四反相器、第五反相器；D觸發(fā)器的“RN”端為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)RST，第二反相器輸出端為RST的反相信號(hào)RSTB,第三反相器輸出端為SEL信號(hào),第四反相器輸出端為SELB信號(hào),第五反相器輸出端為CLK信號(hào)。
全文摘要
一種高精度振蕩器，包括基準(zhǔn)電壓源、電阻分壓電路、運(yùn)算放大器、比較器、狀態(tài)寄存器、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、積分器電容C1、第一切換電容C2、第二切換電容C3、RST(復(fù)位)信號(hào)控制的開關(guān)單元S1、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S2、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S3、SELB信號(hào)控制的開關(guān)單元S4、SEL信號(hào)控制的開關(guān)單元S5、RSTB信號(hào)控制的開關(guān)單元S6及充電電阻R4。本發(fā)明的有益效果在于1，當(dāng)外部工作環(huán)境溫度從-40°C到125°C變化時(shí)，其輸出頻率變化<0.5%。2，在外部工作電壓發(fā)生變化時(shí)(如2.2v到3.6v)，本發(fā)明的高精度振蕩器依然可以輸出精準(zhǔn)穩(wěn)定的頻率(頻率變化<0.2%)而只需要消耗較少的工作電流。
文檔編號(hào)H03B5/04GK102931913SQ201210429899
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者黃海濤 申請(qǐng)人:珠海市杰理科技有限公司