本發(fā)明涉及一種溫度受控振蕩器。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體組件的特征(例如晶體管的閾值電壓)將趨于隨著溫度而變化。因此，將電路(例如振蕩器)的操作跨預(yù)期操作溫度范圍維持在期望頻率范圍內(nèi)通常將需要某種溫度補(bǔ)償。在傳統(tǒng)的振蕩器中，舉例來(lái)說(shuō)，這可通過(guò)堆疊(即串聯(lián)放置)具有反向的隨溫度而變的閾值電壓的組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，該閾值電壓中的一者影響與絕對(duì)溫度成比例(ptat)的振蕩頻率，而另一者影響與絕對(duì)溫度互補(bǔ)(ctat)的頻率。然而，這樣做必然導(dǎo)致兩個(gè)閾值電壓的最小電源電壓外加一個(gè)或兩個(gè)過(guò)激勵(lì)電壓的開(kāi)銷(xiāo)成為必需。這在可獲得足夠電壓的應(yīng)用中可能不是問(wèn)題。然而，在電壓供應(yīng)受到限制的應(yīng)用中(例如在rfid標(biāo)簽中)，這會(huì)導(dǎo)致振蕩器需要比可獲得的更多的功率或限制操作范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)第一方面，提供一種溫度補(bǔ)償振蕩器，該溫度補(bǔ)償振蕩器包括：

連接在電源電壓連接與公共連接之間的第一電容充電電路，該第一電容充電電路包括第一晶體管和第一電容器，第一晶體管被布置成當(dāng)?shù)谝浑娙萜鞒潆娭粮哂诘谝痪w管的閾值電壓時(shí)切換狀態(tài)；

連接在電源電壓連接與公共連接之間的第二電容充電電路，該第二電容充電電路包括第二晶體管和第二電容器，第二電容器被布置成當(dāng)?shù)谝痪w管切換狀態(tài)時(shí)開(kāi)始放電，第二晶體管被布置成當(dāng)?shù)诙娙萜鞣烹娭恋陀诘扔陔娫措妷哼B接處的電源電壓減去第二晶體管的閾值電壓的電壓時(shí)切換狀態(tài)；以及

連接在電源電壓連接與公共連接之間的第三電容充電電路，該第三電容充電電路包括第三晶體管和第三電容器，第三電容器被布置成當(dāng)?shù)诙w管切換狀態(tài)時(shí)開(kāi)始放電，第三晶體管被布置成當(dāng)?shù)谌娙萜鞣烹娭恋陀诘谌w管的閾值電壓時(shí)切換狀態(tài)。

通過(guò)布置充電電路使得每個(gè)電路被前一充電電路觸發(fā)，避免了堆疊反向的溫度系數(shù)閾值的需求，從而實(shí)現(xiàn)更低的電源電壓。替代如傳統(tǒng)溫度補(bǔ)償振蕩器中由增加的電壓閾值所產(chǎn)生的溫度補(bǔ)償，通過(guò)根據(jù)每個(gè)晶體管的閾值電壓改變每個(gè)充電電路的充電時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。這使得需要這樣的電源電壓：該電源電壓僅為一個(gè)閾值電壓加上過(guò)激勵(lì)電壓和對(duì)于電流源足夠的另一過(guò)激勵(lì)電壓。

溫度補(bǔ)償振蕩器可進(jìn)一步包括：

第一電流源，該第一電流源連接在電源電壓連接與第一電容器之間；

第二電流源，該第二電流源連接在電源電壓連接與第二電容器之間；和

第三電流源，該第三電流源連接在第三晶體管與公共連接之間。

電流源向充電電路中的電容器中的每一者提供電流或從充電電路中的電容器中的每一者提供電流，該電容器上的電荷觸發(fā)隨后的充電電路。

第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管可以是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，例如mosfet晶體管。

第一節(jié)點(diǎn)、第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)可限定于振蕩器中，使得第一節(jié)點(diǎn)將第一電容器與第一晶體管的柵極連接和第三晶體管的漏極連接相連接，第二節(jié)點(diǎn)將第一晶體管的漏極連接與第二電容器和第三晶體管的柵極連接相連接，且第三節(jié)點(diǎn)將第三電容器與第二晶體管的漏極連接和第三晶體管的柵極連接相連接。

第一晶體管和第三晶體管的源極連接可連接至公共連接，且第二晶體管的源極連接可連接至電源電壓連接。此布置使第二充電電路能夠具有與絕對(duì)溫度互補(bǔ)的系數(shù)。

第一晶體管和第三晶體管可以是n溝道m(xù)osfet且第二晶體管是p溝道m(xù)osfet。

溫度補(bǔ)償振蕩器可另外包括具有d型觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸出模塊，該d型觸發(fā)器具有連接至第三節(jié)點(diǎn)的輸入端。

可將溫度補(bǔ)償振蕩器并入至用于rfid標(biāo)簽的集成電路中，該集成電路可自身并入至rfid標(biāo)簽中。

本發(fā)明的這些以及其它方面將通過(guò)下文所描述的實(shí)施例顯而易見(jiàn)，并且將參考下文所描述的實(shí)施例闡明本發(fā)明的這些以及其它方面。

附圖說(shuō)明

將參考圖式僅作為例子描述實(shí)施例，圖式中

圖1是振蕩器的示例性實(shí)施例的示意性電路圖；

圖2是對(duì)于圖1的振蕩器的各個(gè)節(jié)點(diǎn)在不同溫度下隨時(shí)間而變的電壓的一系列曲線圖；

圖3是對(duì)于示例性振蕩器實(shí)施例的隨溫度而變的頻率和電源電壓的曲線圖；且

圖4是對(duì)于示例性振蕩器實(shí)施例的輸出時(shí)鐘模塊的電路圖。

應(yīng)注意，圖式是圖解說(shuō)明且未必按比例繪制。為在圖式中清楚和方便，已在大小上放大或減小地示出這些圖的各部分的相對(duì)尺寸和比例。相同的附圖標(biāo)記一般用于指代在修改后的且不同的實(shí)施例中相對(duì)應(yīng)的或相似的特征。

具體實(shí)施方式

圖1是振蕩器100的示例性實(shí)施例的示意電路圖。振蕩器100包括第一充電電路101、第二充電電路102和第三充電電路103，這些充電電路被布置成使得每個(gè)充電電路通過(guò)前一充電電路觸發(fā)。第一充電電路101的充電觸發(fā)第二充電電路102的充電中的變化，該變化觸發(fā)第三充電電路103的充電中的變化，該變化隨后觸發(fā)第一充電電路101的充電中的變化，從而對(duì)電壓供應(yīng)連接104上所提供的電壓供應(yīng)vdd產(chǎn)生振蕩反應(yīng)。

圖2是示出對(duì)于圖1的電路100中的第一節(jié)點(diǎn)116、第二節(jié)點(diǎn)117和第三節(jié)點(diǎn)118隨時(shí)間而變的電壓的一系列曲線圖。電壓跡線201、202、203分別對(duì)應(yīng)于在低溫下第一節(jié)點(diǎn)116、第二節(jié)點(diǎn)117和第三節(jié)點(diǎn)118，而電壓跡線204、205、206分別對(duì)應(yīng)于在高溫下第一節(jié)點(diǎn)116、第二節(jié)點(diǎn)117和第三節(jié)點(diǎn)118。

每個(gè)充電電路101、102、103包括晶體管106、109、111和電容器107、110、112。每個(gè)電容器107、110、112通過(guò)相關(guān)電流源113、114、115來(lái)充電或放電。第一電容器107連接在第一電流源113與公共連接105(在一些實(shí)施例中公共連接105可替代地被稱(chēng)為接地連接)之間，且通過(guò)流經(jīng)第一電流源113的電流充電。第二電容器110連接在第二電流源114與公共連接105之間，且被布置成通過(guò)流經(jīng)第二電流源114的電流充電。第三電容器112連接在公共連接105與第三電流源115之間，該第三電流源115被布置成在第二晶體管109不傳導(dǎo)時(shí)將第三電容器112放電。

每個(gè)晶體管106、109、111被布置成根據(jù)相關(guān)電容器107、110、112的充電狀態(tài)(即跨越這些電容器的電壓)來(lái)改變狀態(tài)，即接通或斷開(kāi)。如果第一節(jié)點(diǎn)116處的電壓(該電壓等于跨越第一電容器107的電壓)高于第一晶體管106的閾值電壓，那么在示出的實(shí)施例中是n溝道m(xù)osfet的第一晶體管106接通，即傳導(dǎo)。如果第二節(jié)點(diǎn)117處的電壓(該電壓等于跨越第二電容器110的電壓)高于等于電源電壓vdd減去第二晶體管109的閾值電壓的電壓，那么在示出的實(shí)施例中是p溝道m(xù)osfet的第二晶體管109斷開(kāi)，即不傳導(dǎo)。當(dāng)?shù)谌?jié)點(diǎn)118處的電壓(該電壓等于跨越第三電容器112的電壓)高于第三晶體管111的閾值電壓時(shí)，在示出的實(shí)施例中是n溝道m(xù)osfet的第三晶體管111接通，即傳導(dǎo)。這些閾值電壓中的每一者將隨著溫度而變化。

每個(gè)電路中的電容器被布置成在來(lái)自前一充電電路的晶體管切換狀態(tài)時(shí)充電或放電。為示出振蕩器100的作用，可考慮從第一充電電路101開(kāi)始循環(huán)。第一電容器107在從第一電流源113供應(yīng)電流時(shí)開(kāi)始充電。第一節(jié)點(diǎn)116處的電壓(圖2中的電壓跡線201、204)隨第一電容器107充電而上升，直至電壓達(dá)到第一晶體管106的閾值電壓。第一晶體管106隨后切換狀態(tài)，即開(kāi)始傳導(dǎo)。當(dāng)?shù)谝浑娙萜?07充電時(shí)，第二電容器110也充電，因?yàn)榈诙娙萜?10通過(guò)第二電流源114供電。一旦第一晶體管106切換狀態(tài)并開(kāi)始傳導(dǎo)，第二電容器110就開(kāi)始放電。一旦跨越第二電容器110的電壓(圖2中的電壓跡線202、205)下降至低于等于電源電壓vdd減去第二晶體管109的閾值電壓的電平，第二晶體管109就切換狀態(tài)，即開(kāi)始傳導(dǎo)。這隨后使得第三電容器112快速充電，將第三節(jié)點(diǎn)118處的電壓(電壓跡線203、206)升高至高于第三晶體管111的閾值電壓，使得第一電容器107放電，且當(dāng)此電壓保持較高時(shí)保持放電。作為第一電容器107放電的結(jié)果，第一晶體管106斷開(kāi)且第二電容器110開(kāi)始再次充電。一旦跨越第二電容器110的電壓上升至高于等于電源電壓減去第二晶體管109的閾值電壓的電平，第二晶體管109就切換狀態(tài)，即停止傳導(dǎo)，使得跨越第三電容器112的電荷經(jīng)由第三電流源115被吸引到公共連接。一旦跨越第三電容器112的電壓下降至低于第三晶體管111的閾值電壓，第三晶體管111就停止傳導(dǎo)，且隨著第一電容器107開(kāi)始充電，循環(huán)再次開(kāi)始。

振蕩器100的行為將隨著溫度變化而改變。隨著溫度升高，第一晶體管106和第三晶體管111的閾值電壓降低，從而減少晶體管切換狀態(tài)所花費(fèi)的時(shí)間，趨于提高振蕩的頻率。然而，第二晶體管109的閾值電壓也隨著升高的溫度而降低，這導(dǎo)致第二電容器110充滿電直至第二晶體管切換狀態(tài)至關(guān)閉所花費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)，趨于降低振蕩的頻率。因此，可(例如)通過(guò)選擇電容器107、110、112的適當(dāng)值和由電流源113、114、115供應(yīng)的電流來(lái)選擇不同充電電路的相對(duì)加權(quán)以補(bǔ)償溫度。選擇合適的值可由此在限定溫度范圍中將振蕩器100操作的頻率維持在限定范圍內(nèi)。如在圖2中可見(jiàn)，每個(gè)振蕩的時(shí)間段在高溫和低溫下大致相同，表明針對(duì)振蕩器對(duì)溫度進(jìn)行了補(bǔ)償。

圖3是對(duì)于示例性實(shí)施例的隨時(shí)間而變的頻率和電源電壓的曲線圖，其中進(jìn)行補(bǔ)償以考慮閾值電壓和隨溫度升高而降低的電源電壓vdd中的變化。振蕩頻率f在-50℃至100℃的溫度范圍中維持在1.24mhz至1.32mhz的范圍內(nèi)且變化較小，在-25℃與50℃之間的預(yù)期操作溫度范圍中維持在約1.3mhz至1.32mhz內(nèi)。如在此曲線圖中可見(jiàn)，振蕩器的振蕩頻率在-25℃至50℃的溫度范圍中變化少于2％，而此范圍中的電源電壓小于700mv。

如上文所描述的振蕩器電路的示例電流值對(duì)于電流源113、114、115分別為25na、12.5na、和50na。電容值中的每一者將通常在ff范圍中，且歸因于互連而大部分可由晶體管的本征電容和相關(guān)附加組件來(lái)測(cè)定。然而，電容器中的一個(gè)或多個(gè)可通過(guò)并入電容性元件來(lái)測(cè)定。在示例性實(shí)施例中可具有約2.15ff的電容的電容器110可由單獨(dú)電容性元件來(lái)測(cè)定。

圖4為用于連接至圖1的振蕩器的示例時(shí)鐘信號(hào)輸出模塊400的電路圖。模塊400連接至節(jié)點(diǎn)118，該節(jié)點(diǎn)118提供圖2中示出的信號(hào)203、206。此信號(hào)用作對(duì)d型觸發(fā)器或鎖存器401的時(shí)鐘脈沖輸入cp，該d型觸發(fā)器或鎖存器401將該信號(hào)除以二以產(chǎn)生具有接近50％的工作循環(huán)的時(shí)鐘信號(hào)clk、clk_n。

通過(guò)閱讀本發(fā)明，技術(shù)人員將明白其它變化和修改。此類(lèi)變化和修改可涉及在高頻振蕩器的領(lǐng)域中已經(jīng)知曉的等效和其它特征，且可用作本文中所描述的特征的替代或補(bǔ)充。

盡管所附權(quán)利要求書(shū)是針對(duì)特定特征組合，但應(yīng)理解，本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的范圍還包括本文中明確地或隱含地公開(kāi)的任何新穎特征或特征的任何新穎組合或其任何一般化，而不管其是否涉及與當(dāng)前在任何權(quán)利要求中主張的本發(fā)明相同的發(fā)明或其是否緩解與本發(fā)明所緩解的任一或全部技術(shù)問(wèn)題相同的技術(shù)問(wèn)題。

在單獨(dú)實(shí)施例的上下文中描述的特征也可以組合提供于單個(gè)實(shí)施例中。相反，為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在單個(gè)實(shí)施例的上下文中所描述的各種特征也可以分別地提供或以任何合適的子組合形式提供。申請(qǐng)人特此提醒，在審查本申請(qǐng)案或由此衍生的任何另外的申請(qǐng)案期間，可根據(jù)此類(lèi)特征和/或此類(lèi)特征的組合而制訂新的權(quán)利要求。

為了完整起見(jiàn)，還指出，術(shù)語(yǔ)“包括”并不排除其它元件或步驟，術(shù)語(yǔ)“一”并不排除多個(gè)，并且權(quán)利要求書(shū)中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求書(shū)的范圍。