片上精準(zhǔn)振蕩器及其溫度系數(shù)與頻率的校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種片上精準(zhǔn)振蕩器及其溫度系數(shù)與頻 率的校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子設(shè)備中常常需要具有一定精度的時鐘，以保證通信的安全可靠，例如， UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，通用異步收發(fā)傳輸器）的波特率 誤差一般要求在2%以內(nèi)。這些設(shè)備一般采用外掛晶振的方式來保證時鐘的精準(zhǔn)度，如果在 芯片內(nèi)部集成精準(zhǔn)的振蕩器，則能相應(yīng)的降低電子設(shè)備的成本。
[0003] 在常規(guī)的片上振蕩器中，由一定電流對電容進行充電，當(dāng)電容電壓達到預(yù)設(shè)的基 準(zhǔn)電壓后轉(zhuǎn)而對電容放電，放電結(jié)束后再對電容充電，周而復(fù)始產(chǎn)生振蕩信號。振蕩頻率的 精準(zhǔn)度取決于充電電流、電容和基準(zhǔn)電壓的精度，然而，芯片內(nèi)產(chǎn)生的電流的絕對精度只能 達到+/-10%左右，溫度漂移可能達到1000ppm/°C左右，電容的絕對精度只能達到+/-15% 左右，溫度系數(shù)可以忽略，因此，常溫下，振蕩頻率的誤差可能達到+/_25 %，100°C的溫度變 化導(dǎo)致的頻率誤差可能達到10%。
[0004] 公告號為CN101977035B的發(fā)明專利公開了一種溫度補償失調(diào)消除的RC振蕩器 及其實現(xiàn)方法，該振蕩器由一個零溫度系數(shù)的電壓基準(zhǔn)VREF1、一個負溫度系數(shù)的電壓基準(zhǔn) VREF2、一個正溫度系數(shù)的電阻R、兩個運算放大器以及兩個場效應(yīng)管產(chǎn)生零溫度系數(shù)的電 流基準(zhǔn)IREF，由該電流基準(zhǔn)IREF產(chǎn)生電流相等的電流源IP和電流沉IN，電流源IP和電 流沉IN對電容C充放電產(chǎn)生振蕩信號。由于電壓基準(zhǔn)VREF2的溫度系數(shù)與電阻R的溫度 系數(shù)都強烈依賴于工藝生產(chǎn)，具有很大的不確定性，該振蕩器的溫度補償效果難以保證，另 外，電容C的大小、電流源IP和電流沉IN的大小都隨工藝而變化，同一溫度下，不同批次或 者同一批次不同振蕩器個體的實際頻率也具有一定的差異。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個目的是提供一種片上精準(zhǔn)振蕩器，可以修正工藝偏差和溫度誤差， 使振蕩頻率誤差可以控制在1%以內(nèi)。本發(fā)明的上述目的由以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0007] -種片上精準(zhǔn)振蕩器，其特征在于，包括：基準(zhǔn)電壓源、運算放大器（0PAMP)、P型 場效應(yīng)管Ml、固定電阻R1、可調(diào)電阻R2、存儲器103、電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器（IDAC)、第一比較 器（C0MP1)、第二比較器（C0MP2)、RS鎖存器、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3、第四 開關(guān)S4、第一電容C1以及第二電容C2 ;
[0008] 運算放大器（0PAMP)的正輸入端接基準(zhǔn)電壓源所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓VREF，負輸入端 接固定電阻R1的一端以及場效應(yīng)管Ml的漏極，固定電阻R1的另一端接可調(diào)電阻R2的一 端，可調(diào)電阻R2的另一端接地，運算放大器（0PAMP)的輸出接P型場效應(yīng)管Ml的柵極以及 電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器（IDAC)，M1的源極接電源VDD，存儲器分別與可調(diào)電阻R2的控制端及電 流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器（IDAC)的控制端相接，為可調(diào)電阻R2提供電阻控制字N，為電流型數(shù)模轉(zhuǎn) 換器（IDAC)提供電流控制字M;
[0009] 第一開關(guān)S1的一端接電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器（IDAC)所產(chǎn)生的電流ICHP，另一端接電 容C1的一端以及第二開關(guān)S2的一端，電容C1的另一端以及第二開關(guān)S2的另一端都接地； 第三開關(guān)S3的一端接電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器（IDAC)所產(chǎn)生的電流ICHP，另一端接電容C2的一 端以及第四開關(guān)S4的一端，電容C2的另一端以及第四開關(guān)S4的另一端都接地；
[0010] 第一比較器（C0MP1)的正輸入端接基準(zhǔn)電壓源的輸出VREF，負輸入端接第一電容 C1與第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2的公共端，輸出端接RS鎖存器的R端；第二比較器（C0MP2) 的正輸入端接基準(zhǔn)電壓源的輸出VREF，負輸入端接第二電容C2與第三開關(guān)S3、第四開關(guān)S4 的公共端，輸出端接RS鎖存器的S端；RS鎖存器的輸出端Q接第二開關(guān)S2與第三開關(guān)S3 的控制端，輸出端QN接第一開關(guān)S1與第四開關(guān)S4的控制端。
[0011] 作為具體的技術(shù)方案：所述固定電阻R1與可調(diào)電阻R2的溫度系數(shù)相反。
[0012] 作為具體的技術(shù)方案：所述存儲器為EFUSE陣列。
[0013] 作為具體的技術(shù)方案：所述存儲器為PR0M。
[0014] 本發(fā)明的又一目的是基于上述片上精準(zhǔn)振蕩器，提供一種該振蕩器的溫度系數(shù)與 頻率的校準(zhǔn)方法，該又一目的由以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0015] -種基于權(quán)利要求1所述的片上精準(zhǔn)振蕩器的溫度系數(shù)與頻率的校準(zhǔn)方法，其特 征在于，包括以下步驟：
[0016] (1)先后測量低溫與高溫兩種條件下，片上精準(zhǔn)振蕩器的頻率；
[0017](2)調(diào)節(jié)電阻控制字N，使得低溫與高溫兩種條件下，振蕩器的頻率相等；
[0018] (3)將電阻控制字N固定在存儲器中；
[0019] (4)調(diào)節(jié)電流控制字M，使得振蕩器的頻率達到目標(biāo)頻率；
[0020] (5)將電流控制字M固定在存儲器中。
[0021] 本發(fā)明的有益效果在于：消除了振蕩器的溫度效應(yīng)以及工藝誤差，振蕩頻率誤差 可以控制在1 %以內(nèi)。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明實施例一提供的片上精準(zhǔn)振蕩器的電路原理圖。
[0023] 圖2為圖1所示片上精準(zhǔn)振蕩器的溫度系數(shù)與頻率的校準(zhǔn)流程圖。
【具體實施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。
[0025]實施例一：
[0026] 如圖1所示，本實施例提供的片上精準(zhǔn)振蕩器主要包括基準(zhǔn)電壓源、電流產(chǎn)生模 塊與時鐘產(chǎn)生模塊。
[0027] 電流產(chǎn)生模塊包括運算放大器0PAMP、P型場效應(yīng)管Ml、固定電阻R1、可調(diào)電阻R2、 存儲器以及電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器IDAC;運算放大器0PAMP的正輸入端接基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的基 準(zhǔn)電壓VREF，負輸入端接R1的一端以及P型場效應(yīng)管Ml的漏極，電阻R1的另一端接可調(diào) 電阻R2的一端，可調(diào)電阻R2的另一端接地，可調(diào)電阻R2的阻值由存儲器里存儲的電阻控 制字N控制，運算放大器0PAMP的輸出接P型場效應(yīng)管Ml的柵極以及電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器 IDAC，Ml的源極接電源VDD，存儲器與可調(diào)電阻R2以及電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器IDAC相接，電流 型數(shù)模轉(zhuǎn)換器IDAC所產(chǎn)生的電流ICHP正比于Ml的電流IREF，具體比例大小由存儲器存儲 的電流控制字M控制。
[0028] 時鐘產(chǎn)生模塊包括第一比較器C0MP1、第二比較器C0MP2、第一充放電電路、第二 充放電電路以及RS鎖存器。
[0029] 具體地，第一充