弛豫振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種弛豫振蕩器，包括：兩個比較器，反相器，邏輯單元和開關(guān)組合電路；第二比較器的輸出端連接反相器，第一比較器和反相器的輸出端連接到邏輯單元，邏輯單元根據(jù)輸入信號進(jìn)行輸出并將輸出信息輸入到開關(guān)組合電路并實(shí)現(xiàn)對開關(guān)組合電路的控制；第一比較器的第一輸入端連接第一充放電路徑、第二輸入端連接參考電壓，第二比較器的第二輸入端連接第二充放電路徑、第一輸入端連接參考電壓；開關(guān)組合電路分別控制兩個充放電路徑的充放電并形成振蕩信號；通過兩個比較器的兩個輸入端的連接結(jié)構(gòu)使得兩個比較器的失調(diào)電壓對振蕩信號的頻率的影響正好相反并實(shí)現(xiàn)在振蕩信號的一個周期內(nèi)抵消。本發(fā)明能提高頻率精度，幾乎不額外消耗面積功耗。
【專利說明】弛豫振蕩器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路，特別是涉及一種弛豫振蕩器(Relaxat1noscillator)。

【背景技術(shù)】
[0002]硅振蕩器是一種完全集成的振蕩元件，是最簡單的時鐘源。和晶體和陶瓷諧振器不同，硅振蕩器并不依賴于機(jī)械共振特性來獲得振蕩頻率，而是基于一個內(nèi)部的RC時間常數(shù)。這樣的設(shè)計(jì)使娃器件對于外部機(jī)械作用不敏感。娃振蕩器(silicon oscillator)在智能卡(smart card)，MCU等產(chǎn)品中廣泛用于電荷泵(PUMP)驅(qū)動，邏輯(LOGIC)時鐘等。
[0003]硅振蕩器的弛豫振蕩器中需要采用比較器來實(shí)現(xiàn)，比較器是振蕩器中的關(guān)鍵模擬模塊；比較器的延時限制了工作頻率，比較器的失調(diào)電壓為頻率精度不可控部分的主要貢獻(xiàn)。
[0004]在頻率不高比如32KHz的弛豫振蕩器中會經(jīng)常使用比較器失調(diào)電壓消除方法。
[0005]在占空比要求比較高的弛豫振蕩器中需要使用兩個比較器和兩個充電電容。比較器的失調(diào)電壓對應(yīng)的充電時間為周期組成中的非理想因素，該非理想因素在一個周期中出現(xiàn)兩次。
[0006]如圖1所示，是現(xiàn)有弛豫振蕩器的電路圖；現(xiàn)有弛豫振蕩器使用了比較器101和102，比較器101的輸出端連接到RS觸發(fā)器103的S端，比較器102的輸出端連接到RS觸發(fā)器103的R端，比較器101和102的負(fù)輸入端都連接參考電壓VREF，比較器101和102的正輸入端分別連接一個充放電路徑，兩個充放電路徑的充放電是分別通過電容ClOl和C102在電流源ICHARGE和地之間切換實(shí)現(xiàn)，其中電流源ICHARGE和直流電壓DC連接。通過開關(guān)S2和S3實(shí)現(xiàn)電容ClOl在電流源ICHARGE和地之間切換，通過開關(guān)SI和S4實(shí)現(xiàn)電容C102在電流源ICHARGE和地之間切換。開關(guān)SI和S3的控制信號為RS觸發(fā)器103的Q端輸出信號，開關(guān)S2和S4的控制信號為RS觸發(fā)器103的Q非端輸出信號。
[0007]如圖2所示，是圖1所示的現(xiàn)有弛豫振蕩器輸出的振蕩信號曲線；信號CAPP為比較器101的正輸入端輸入的充電信號,信號CAPN為比較器102的正輸入端輸入的充電信號?？梢钥闯?，圖2中的A點(diǎn)對應(yīng)于理想狀態(tài)下的比較器101或102的觸發(fā)點(diǎn)，B點(diǎn)對應(yīng)于實(shí)際上疊加了比較器101或102本身的失調(diào)電壓(offset)后的觸發(fā)點(diǎn)，C點(diǎn)對應(yīng)于實(shí)際上在B點(diǎn)的基礎(chǔ)上再疊加了開關(guān)電路的失調(diào)電壓和RS觸發(fā)器的延遲后的觸發(fā)點(diǎn)，也即點(diǎn)A到點(diǎn)B之間對應(yīng)于比較器101或102本身的失調(diào)電壓的影響，點(diǎn)B到點(diǎn)C之間對應(yīng)于開關(guān)電路的失調(diào)電壓和RS觸發(fā)器的延遲的影響。由圖2可以看出，在一個周期的兩個階段中，SP信號CAPN和CAPP的充電階段都比較器101或102本身的失調(diào)電壓的影響出現(xiàn)了兩次，這降低了振蕩信號的頻率精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種弛豫振蕩器，能提高頻率精度，幾乎不額外消耗面積功耗。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的弛豫振蕩器包括:兩個比較器，反相器，邏輯單元和開關(guān)組合電路。
[0010]兩個所述比較器分別為第一比較器和第二比較器，所述第二比較器的輸出端連接所述反相器，所述第一比較器和所述反相器的輸出端連接到所述邏輯單元，所述邏輯單元根據(jù)輸入信號進(jìn)行輸出，所述邏輯單元的輸出信息輸入到所述開關(guān)組合電路并實(shí)現(xiàn)對所述開關(guān)組合電路的控制。
[0011]所述第一比較器的第一輸入端和所述第二比較器的第一輸入端都為對應(yīng)的比較器的正輸入端或負(fù)輸入端中的一個，所述第一比較器的第二輸入端和所述第二比較器的第二輸入端都為對應(yīng)的比較器的正輸入端或負(fù)輸入端中的另一個；所述第一比較器的第一輸入端連接第一充放電路徑、第二輸入端連接參考電壓，所述第二比較器的第二輸入端連接第二充放電路徑、第一輸入端連接參考電壓。
[0012]所述開關(guān)組合電路分別控制所述第一充放電路徑和所述第二充放電路徑的充放電使所述第一充放電路徑和所述第二充放電路徑的充放電交替進(jìn)行并形成振蕩信號；通過所述第一比較器和所述第二比較器的兩個輸入端的連接結(jié)構(gòu)使得所述第一比較器的失調(diào)電壓和所述第二比較器的失調(diào)電壓對所述振蕩信號的頻率的影響正好相反并實(shí)現(xiàn)在所述振蕩信號的一個周期內(nèi)抵消。
[0013]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一充電路徑包括第一電容和第一電流源，所述第一電容的第一端接地，所述第一電容的第二端連接所述第一比較器的第一輸入端；所述第一電容的第二端通過所述開關(guān)組合電路在所述第一電流源和地之間切換實(shí)現(xiàn)所述第一電容的充放電。
[0014]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述開關(guān)組合電路用于控制所述第一電容的充放電的部分包括第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述第一開關(guān)連接在所述第一電容的第二端和所述第一電流源之間，所述第二開關(guān)連接在所述第一電容的第二端和地之間。
[0015]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第二充電路徑包括第二電容和第一電流源，所述第二電容的第一端接地，所述第二電容的第二端連接所述第二比較器的第二輸入端；所述第二電容的第二端通過所述開關(guān)組合電路在所述第一電流源和地之間切換實(shí)現(xiàn)所述第二電容的充放電。
[0016]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述開關(guān)組合電路用于控制所述第二電容的充放電的部分包括第三開關(guān)和第四開關(guān)，所述第三開關(guān)連接在所述第二電容的第二端和所述第一電流源之間，所述第四開關(guān)連接在所述第二電容的第二端和地之間。
[0017]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述邏輯單元為RS觸發(fā)器，所述RS觸發(fā)器的R端和S端分別連接所述第一比較器和所述反相器的輸出端中的一個，所述RS觸發(fā)器的Q端和Q非端分別作為輸出信息輸入到所述開關(guān)組合電路并實(shí)現(xiàn)對所述開關(guān)組合電路的控制。
[0018]本發(fā)明通過將弛豫振蕩器的兩個比較器的正負(fù)輸入端所加的參考信號和充放電路徑信號正好相反并在其中一個比較器的輸出端增加一個反相器后輸入到后續(xù)的邏輯單元中，使得兩個比較器的失調(diào)電壓對振蕩信號的頻率的影響正好相反從而能實(shí)現(xiàn)在振蕩信號的一個周期內(nèi)將兩個比較器的失調(diào)電壓對振蕩信號的頻率的影響抵消，從而能提高頻率精度。
[0019]另外，本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)僅是對比較器的輸入信號的連接關(guān)系進(jìn)行更改以及增加一個反相器即可，幾乎不額外消耗面積功耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0021]圖1是現(xiàn)有她豫振蕩器的電路圖；
[0022]圖2是圖1所示的現(xiàn)有弛豫振蕩器輸出的振蕩信號曲線；
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例弛豫振蕩器的電路框圖；
[0024]圖4是本發(fā)明較佳實(shí)施例弛豫振蕩器的電路圖；
[0025]圖5是圖4所示的本發(fā)明較佳實(shí)施例弛豫振蕩器輸出的振蕩信號曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例弛豫振蕩器的電路框圖；本發(fā)明實(shí)施例弛豫振蕩器包括:兩個比較器I和2，反相器3，邏輯單元4和開關(guān)組合電路7。
[0027]兩個所述比較器分別為第一比較器I和第二比較器2，所述第二比較器2的輸出端連接所述反相器3，所述第一比較器I和所述反相器3的輸出端連接到所述邏輯單元4，所述邏輯單元4根據(jù)輸入信號進(jìn)行輸出，所述邏輯單元4的輸出信息即out端的輸出信號輸入到所述開關(guān)組合電路7并實(shí)現(xiàn)對所述開關(guān)組合電路7的控制。
[0028]所述第一比較器I的第一輸入端ini和所述第二比較器2的第一輸入端ini都為對應(yīng)的比較器的正輸入端或負(fù)輸入端中的一個，所述第一比較器I的第二輸入端in2和所述第二比較器2的第二輸入端in2都為對應(yīng)的比較器的正輸入端或負(fù)輸入端中的另一個；所述第一比較器I的第一輸入端ini連接第一充放電路徑5、第二輸入端in2連接參考電壓VREF，所述第二比較器2的第二輸入端in2連接第二充放電路徑6、第一輸入端ini連接參考電壓VREF。
[0029]所述開關(guān)組合電路7分別控制所述第一充放電路徑5和所述第二充放電路徑6的充放電使所述第一充放電路徑5和所述第二充放電路徑6的充放電交替進(jìn)行并形成振蕩信號；通過所述第一比較器I和所述第二比較器2的兩個輸入端的連接結(jié)構(gòu)使得所述第一比較器I的失調(diào)電壓和所述第二比較器2的失調(diào)電壓對所述振蕩信號的頻率的影響正好相反并實(shí)現(xiàn)在所述振蕩信號的一個周期內(nèi)抵消。
[0030]如圖4所示，是本發(fā)明較佳實(shí)施例弛豫振蕩器的電路圖；在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，弛豫振蕩器包括:兩個比較器Ia和lb，反相器3a，由RS觸發(fā)器4A組成的邏輯單元和開關(guān)組合電路。
[0031]兩個所述比較器分別為第一比較器Ia和第二比較器2a，所述第二比較器2a的輸出端連接所述反相器3a ;所述RS觸發(fā)器4A的S端連接所述第一比較器Ia的輸出端，所述RS觸發(fā)器4A的R端連接所述第二比較器2a的輸出端，所述RS觸發(fā)器4A的Q端和Q非端分別作為輸出信息輸入到所述開關(guān)組合電路并實(shí)現(xiàn)對所述開關(guān)組合電路的控制。
[0032]所述第一比較器Ia的正輸入端連接第一充放電路徑、負(fù)輸入端連接參考電壓VREF，所述第二比較器2a的負(fù)輸入端連接第二充放電路徑、正輸入端連接參考電壓VREF。
[0033]所述開關(guān)組合電路分別控制所述第一充放電路徑和所述第二充放電路徑的充放電使所述第一充放電路徑和所述第二充放電路徑的充放電交替進(jìn)行并形成振蕩信號；通過所述第一比較器Ia和所述第二比較器2a的兩個輸入端的連接結(jié)構(gòu)使得所述第一比較器Ia的失調(diào)電壓和所述第二比較器2a的失調(diào)電壓對所述振蕩信號的頻率的影響正好相反并實(shí)現(xiàn)在所述振蕩信號的一個周期內(nèi)抵消。
[0034]所述第一充電路徑包括第一電容Cl和第一電流源ICHARGE，第一電流源ICHARGE和直流電壓DC連接。所述第一電容Cl的第一端接地，所述第一電容Cl的第二端連接所述第一比較器Ia的正輸入端；所述第一電容Cl的第二端通過所述開關(guān)組合電路在所述第一電流源ICHARGE和地之間切換實(shí)現(xiàn)所述第一電容Cl的充放電。
[0035]所述開關(guān)組合電路用于控制所述第一電容Cl的充放電的部分包括第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，所述第一開關(guān)SI連接在所述第一電容Cl的第二端和所述第一電流源ICHARGE之間，所述第二開關(guān)S2連接在所述第一電容Cl的第二端和地之間。
[0036]所述第二充電路徑包括第二電容C2和第一電流源ICHARGE，所述第二電容C2的第一端接地，所述第二電容C2的第二端連接所述第二比較器2a的第二輸入端；所述第二電容C2的第二端通過所述開關(guān)組合電路在所述第一電流源ICHARGE和地之間切換實(shí)現(xiàn)所述第二電容C2的充放電。
[0037]所述開關(guān)組合電路用于控制所述第二電容C2的充放電的部分包括第三開關(guān)S3和第四開關(guān)S4，所述第三開關(guān)S3連接在所述第二電容C2的第二端和所述第一電流源ICHARGE之間，所述第四開關(guān)S4連接在所述第二電容C2的第二端和地之間。
[0038]由上可知，本發(fā)明較佳實(shí)施例的所述開關(guān)組合電路由所述第一開關(guān)S1、所述第二開關(guān)S2、所述第三開關(guān)S3和所述第四開關(guān)S4組成，其中所述RS觸發(fā)器4A的Q端輸入到所述第一開關(guān)SI和所述第四開關(guān)S4的控制端實(shí)現(xiàn)對這兩個開關(guān)的控制，所述RS觸發(fā)器4A的Q非端輸入到所述第二開關(guān)S2和所述第三開關(guān)S3的控制端實(shí)現(xiàn)對這兩個開關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)所述第一開關(guān)SI和所述第四開關(guān)S4同時打開關(guān)閉、所述第二開關(guān)S2和所述第三開關(guān)S3同時關(guān)閉打開。
[0039]如圖5所示，是圖4所示的本發(fā)明較佳實(shí)施例弛豫振蕩器輸出的振蕩信號曲線。和圖2類似，信號CAPP為比較器Ia的正輸入端輸入的充電信號，信號CAPN為比較器2a的正輸入端輸入的充電信號。A點(diǎn)對應(yīng)于理想狀態(tài)下的比較器Ia或2a的觸發(fā)點(diǎn),B點(diǎn)對應(yīng)于實(shí)際上疊加了比較器Ia或2a本身的失調(diào)電壓后的觸發(fā)點(diǎn)，C點(diǎn)對應(yīng)于實(shí)際上在B點(diǎn)的基礎(chǔ)上再疊加了開關(guān)電路的失調(diào)電壓和RS觸發(fā)器的延遲后的觸發(fā)點(diǎn)。由一周期中可以看出，信號CAPP的B點(diǎn)是疊加在A點(diǎn)之后，而信號CAPN的B點(diǎn)是疊加在A點(diǎn)之前，信號CAPP需要從A點(diǎn)上升到B點(diǎn)然后再上升到C點(diǎn)后才觸發(fā)；而信號CAPN是先到達(dá)B點(diǎn)然后再上升到C點(diǎn)后觸發(fā)，也即信號CAPN在到達(dá)A點(diǎn)之前已經(jīng)觸發(fā)，可知在一個周期中信號CAPP的點(diǎn)A到點(diǎn)B之間的時間正好被信號CAPP的點(diǎn)B到點(diǎn)A之間的時間抵消，也即消除了比較器Ia或2a本身的失調(diào)電壓的影響，這提高了振蕩信號的頻率精度。
[0040]以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種弛豫振蕩器，其特征在于，包括:兩個比較器，反相器，邏輯單元和開關(guān)組合電路； 兩個所述比較器分別為第一比較器和第二比較器，所述第二比較器的輸出端連接所述反相器，所述第一比較器和所述反相器的輸出端連接到所述邏輯單元，所述邏輯單元根據(jù)輸入信號進(jìn)行輸出，所述邏輯單元的輸出信息輸入到所述開關(guān)組合電路并實(shí)現(xiàn)對所述開關(guān)組合電路的控制； 所述第一比較器的第一輸入端和所述第二比較器的第一輸入端都為對應(yīng)的比較器的正輸入端或負(fù)輸入端中的一個，所述第一比較器的第二輸入端和所述第二比較器的第二輸入端都為對應(yīng)的比較器的正輸入端或負(fù)輸入端中的另一個；所述第一比較器的第一輸入端連接第一充放電路徑、第二輸入端連接參考電壓，所述第二比較器的第二輸入端連接第二充放電路徑、第一輸入端連接參考電壓； 所述開關(guān)組合電路分別控制所述第一充放電路徑和所述第二充放電路徑的充放電使所述第一充放電路徑和所述第二充放電路徑的充放電交替進(jìn)行并形成振蕩信號；通過所述第一比較器和所述第二比較器的兩個輸入端的連接結(jié)構(gòu)使得所述第一比較器的失調(diào)電壓和所述第二比較器的失調(diào)電壓對所述振蕩信號的頻率的影響正好相反并實(shí)現(xiàn)在所述振蕩信號的一個周期內(nèi)抵消。
2.如權(quán)利要求1所述的弛豫振蕩器，其特征在于:所述第一充電路徑包括第一電容和第一電流源，所述第一電容的第一端接地，所述第一電容的第二端連接所述第一比較器的第一輸入端；所述第一電容的第二端通過所述開關(guān)組合電路在所述第一電流源和地之間切換實(shí)現(xiàn)所述第一電容的充放電。
3.如權(quán)利要求2所述的弛豫振蕩器，其特征在于:所述開關(guān)組合電路用于控制所述第一電容的充放電的部分包括第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述第一開關(guān)連接在所述第一電容的第二端和所述第一電流源之間，所述第二開關(guān)連接在所述第一電容的第二端和地之間。
4.如權(quán)利要求1所述的弛豫振蕩器，其特征在于:所述第二充電路徑包括第二電容和第一電流源，所述第二電容的第一端接地，所述第二電容的第二端連接所述第二比較器的第二輸入端；所述第二電容的第二端通過所述開關(guān)組合電路在所述第一電流源和地之間切換實(shí)現(xiàn)所述第二電容的充放電。
5.如權(quán)利要求4所述的弛豫振蕩器，其特征在于:所述開關(guān)組合電路用于控制所述第二電容的充放電的部分包括第三開關(guān)和第四開關(guān)，所述第三開關(guān)連接在所述第二電容的第二端和所述第一電流源之間，所述第四開關(guān)連接在所述第二電容的第二端和地之間。
6.如權(quán)利要求1所述的弛豫振蕩器，其特征在于:所述邏輯單元為RS觸發(fā)器，所述RS觸發(fā)器的R端和S端分別連接所述第一比較器和所述反相器的輸出端中的一個，所述RS觸發(fā)器的Q端和Q非端分別作為輸出信息輸入到所述開關(guān)組合電路并實(shí)現(xiàn)對所述開關(guān)組合電路的控制。
【文檔編號】H03K3/011GK104518757SQ201410439856
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】袁志勇 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司