振荡电路、控制方法以及电子设备

技术领域

本公开涉及电路技术领域，具体地，涉及一种振荡电路、控制方法以及电子设备。

背景技术

振荡器一般是通过对电容进行充电和放电来实现振荡信号的输出，形成的时钟信号的频率由基准电压和电容的充电电流控制。在RC振荡电路中，可以通过校准电阻和电容的绝对值来提高振荡器的信号输出精度。但是，由于比较器存在延时，该延时又受到温度和工艺的影响，使得时钟信号的频率变化较大，造成振荡电路的频率精度不高。

发明内容

本公开的目的是提供一种振荡电路、控制方法以及电子设备，以提高振荡电路的信号输出精度。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种振荡电路，包括：

第一电容、比较器、开关模块以及时延消除模块；

所述第一电容的第一端连接电源，所述第一电容的第二端接地，所述开关模块与所述第一电容并联，所述时延消除模块的第一输入端连接于所述第一电容与所述电源之间，所述时延消除模块的第二输入端与用于输出第一基准电压的参考电压端连接，所述时延消除模块的第一输出端与所述比较器的第一输入端连接，所述比较器的第二输入端连接于所述第一电容与所述电源之间，所述比较器的输出端与所述时延消除模块的第三输入端连接，所述时延消除模块的第二输出端与所述开关模块的控制端连接；

所述时延消除模块用于在所述第一电容的每一次充电过程中，采集所述第一电容在当前充电过程的峰值电压，并对所述第一基准电压以及所述第一电容在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据所述第一基准电压与积分结果之间的差值，通过所述时延消除模块的第一输出端向所述比较器输出第二基准电压；

所述比较器用于根据所述第二基准电压以及所述第一电容在当前充电过程的峰值电压之间的比较结果，输出控制信号；

所述时延消除模块用于响应于所述控制信号，控制所述开关模块的通断状态，以使所述第一电容进行充放电的操作。

在一些实施例中，所述时延消除模块包括：

电压采集单元、积分单元以及逻辑单元；

所述电压采集单元的第一输入端连接于所述第一电容与所述电源之间，所述电压采集单元的输出端与所述积分单元的第一输入端连接，所述积分单元的第二输入端与所述参考电压端连接，所述积分单元的输出端与所述比较器的第一输入端连接，所述逻辑单元的输入端与所述比较器的输出端连接，所述逻辑单元的第一输出端与所述开关模块的控制端连接，所述逻辑单元的第二输出端与所述电压采集单元的第二输入端连接；

所述电压采集单元用于在所述第一电容的每一个充电过程中，采集所述第一电容在当前充电过程的峰值电压，并输出所述第一电容在上一充电过程的峰值电压；

所述积分单元用于对所述第一基准电压以及所述第一电容在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据所述第一基准电压与积分结果之间的差值，生成所述第二基准电压；

所述逻辑单元用于响应于所述控制信号，控制所述开关模块的通断状态，以及控制所述电压采集单元周期性采集所述第一电容在当前充电过程的峰值电压，并输出所述第一电容在上一充电过程的峰值电压。

在一些实施例中，所述电压采集单元包括：

第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第二电容以及第三电容；

所述第一开关的第一端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端与所述第三开关的第一端连接，所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接，所述第四开关的第二端与所述第一开关的第二端连接，且所述第四开关的第二端连接于所述第一电容与所述电源之间，所述第三开关的第一端与所述积分单元的第一输入端连接，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关的控制端分别与所述逻辑单元的第二输出端连接；

所述第二电容的第一端连接于所述第一开关与所述第二开关之间，所述第二电容的第二端接地，所述第三电容的第一端连接于所述第三开关与所述第四开关之间，所述第三电容的第二端接地；

所述第一开关和所述第三开关用于在所述第二开关和所述第四开关处于导通状态的情况下，维持断路状态，以及在所述第二开关和所述第四开关处于断路状态的情况下，维持导通状态，以使所述第二电容和所述第三电容中的一个电容在采集所述第一电容在当前充电过程的峰值电压时，另一个电容输出所述第一电容在上一充电过程的峰值电压。

在一些实施例中，所述逻辑单元的第二输出端包括第一子端口和第二子端口，所述第一子端口分别与所述第一开关和所述第三开关的控制端连接，所述第二子端口分别与所述第二开关和所述第四开关的控制端连接；

所述逻辑单元用于在所述控制信号为高电平信号时，响应于所述高电平信号，导通所述开关模块、所述第一开关和所述第三开关，以及使得所述第二开关和所述第四开关断路；以及

在所述控制信号为低电平信号时，响应于所述低电平信号，使得所述开关模块、所述第一开关和所述第三开关断路，以及导通所述第二开关和所述第四开关。

在一些实施例中，所述比较器用于在所述第一电容在当前充电过程的峰值电压大于所述第二基准电压的情况下，输出所述高电平信号；以及

在所述第一电容在当前充电过程的峰值电压小于等于所述第二基准电压的情况下，输出所述低电平信号。

在一些实施例中，所述逻辑单元为逻辑控制器。

在一些实施例中，所述积分单元包括：

运算放大器，所述运算放大器的第一输入端与所述电压采集单元的输出端连接，所述运算放大器的第二输入端与所述参考电压端连接，所述运算放大器的输出端与所述比较器的第一输入端连接；

第四电容，所述第四电容并联在所述运算放大器的第一输入端与所述运算放大器的输出端之间；

所述运算放大器用于对所述第一基准电压以及所述第一电容在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据所述第一基准电压与积分结果之间的差值，生成所述第二基准电压。

在一些实施例中，所述积分单元还包括：

第五开关，所述第五开关与所述第四电容并联；

第六开关，所述第六开关与所述运算放大器的第一输入端以及所述运算放大器的第二输入端并联；

所述第五开关以及所述第六开关用于在所述振荡电路上电时对所述振荡电路进行初始化。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种振荡电路控制方法，应用于如本公开第一方面所述的振荡电路，所述方法包括：

通过所述时延消除模块在所述第一电容的每一次充电过程中，采集所述第一电容在当前充电过程的峰值电压，并对所述第一基准电压以及所述第一电容在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据所述第一基准电压与积分结果之间的差值，通过所述时延消除模块的第一输出端向所述比较器输出第二基准电压；

通过所述比较器用于根据所述第二基准电压以及所述第一电容在当前充电过程的峰值电压之间的比较结果，输出控制信号；

通过所述时延消除模块响应于所述控制信号，控制所述开关模块的通断状态，以使所述第一电容进行充放电的操作。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括如本公开第一方面所述的振荡电路。

基于上述技术方案，通过时延消除模块采集第一电容在充电过程中的峰值电压，以及通过对第一基准电压以及第一电容在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据第一基准电压与积分结果之间的差值，通过时延消除模块的第一输出端向比较器输出第二基准电压，可以对比较器时延和失调电压进行周期性补偿，使得第一电容在充电过程中的峰值电压等于第一基准电压，振荡电路输出的时钟信号不受时延和失调电压的影响，实现振荡电路输出精准的时钟信号。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开一示例性实施例示出的一种振荡电路的结构连接图；

图2是根据本公开一示例性实施例示出的时延消除模块的结构连接图；

图3是根据本公开一示例性实施例示出的振荡电路的电路连接图；

图4是根据本公开一示例性实施例示出的逻辑单元的输入输出时序示意图；

图5是根据本公开一示例性实施例示出的振荡电路的仿真波形的示意图；

图6是根据本公开一示例性实施例示出的一种振荡电路控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是根据本公开一示例性实施例示出的一种振荡电路的结构连接图。如图1所示，本公开实施例提供一种振荡电路，该振荡电路可以包括第一电容C1、比较器10、开关模块20以及时延消除模块30。

其中，第一电容C1的第一端连接电源40，第一电容C1的第二端接地，开关模块20与第一电容C1并联，时延消除模块30的第一输入端连接于第一电容C1与电源40之间，时延消除模块30的第二输入端与用于输出第一基准电压的参考电压端50连接，时延消除模块30的第一输出端与比较器10的第一输入端连接，比较器10的第二输入端连接于第一电容C1与电源40之间，比较器10的输出端与时延消除模块30的第三输入端连接，时延消除模块30的第二输出端与开关模块20的控制端连接。

这里，电源40用于给第一电容C1充电，该电源40可以是电流源。开关模块20与第一电容C1并联，当开关模块20导通时，第一电容C1放电，当开关模块20断路时，第一电容C1充电。参考电压端50用于输出第一基准电压，该第一基准电压的大小可以根据实际使用情况进行设置。

在第一电容C1的每一次充电过程中，时延消除模块30采集第一电容C1在当前充电过程中的峰值电压，并对第一基准电压以及第一电容C1在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据第一基准电压与积分结果之间的差值，生成第二基准电压，然后向比较器10输出该第二基准信号。比较器10根据该第二基准电压和第一电容C1在当前充电过程的峰值电压之间的比较结果，输出控制信号，时延消除模块30在接收到该控制信号时，响应于该控制信号，控制开关模块20的通断状态，使得第一电容C1进行充放电的操作。

应当理解的是，开关模块20是用于控制第一电容C1的充放电过程中，当开关模块20导通，第一电容C1放电，当开关模块20断路，第一电容C1充电。

在一些实施例中，比较器10用于在第一电容C1在当前充电过程的峰值电压大于第二基准电压的情况下，输出高电平信号，以及在第一电容C1在当前充电过程的峰值电压小于等于第二基准电压的情况下，输出低电平信号。其中，高电平信号用于控制开关模块20导通，以使第一电容C1放电。低电平信号用于控制开关模块20断路，以使第一电容C1充电。

下面，通过一个示例来对上述实施例进行详细说明。

在第一电容C1的第一次充电过程中，第一电容C1的第一端的电压逐渐升高，当比较器10的第二输入端的电压大于比较器10第一输入端接收到的第二基准电压时，比较器10输出高电平信号。时延消除模块30在接收到高电平信号时，控制开关模块20导通，第一电容C1放电，拉低第一电容C1的第一端的电压，使得比较器10的第二输入端的电压小于等于第二基准电压，比较器10输出低电平信号。时延消除模块30在接收到低电平信号时，控制开关模块20断路，第一电容C1进行第二次充电过程，逐渐拉高比较器10的第二输入端的电压。

由于时延消除模块30在每次充电过程中，对第一基准电压和第一电容C1在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据第一基准电压与积分结果之间的差值生成第二基准电压，在第一电容C1进行多次充放电过程之后，时延消除模块30的第一输入端的电压等于第一基准电压，而且时延消除模块30的第一输出端输出第二基准信号存在VREF_NEW＝VREF-DELTA的关系，其中，VREF_NEW为第二基准信号，VREF为第一基准信号，DELTA为比较器10的时延。因此，第二基准电压包含了比较器10的时延，在多个充放电周期之后，第一电容C1在充电过程中的峰值电压等于第一基准电压。由于第二基准电压为第一基准电压与比较器10的时延的差值，因此，振荡电路的时钟信号由第一基准电压、电源40的充电电流以及第一电容C1控制，不受比较器10时延的影响。

由此，通过时延消除模块30采集第一电容C1在充电过程中的峰值电压，以及通过对第一基准电压以及第一电容C1在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据第一基准电压与积分结果之间的差值，通过时延消除模块30的第一输出端向比较器10输出第二基准电压，可以对比较器10时延和失调电压进行周期性补偿，使得第一电容C1在充电过程中的峰值电压等于第一基准电压，振荡电路输出的时钟信号不受时延和失调电压的影响，实现振荡电路输出精准的时钟信号。

图2是根据本公开一示例性实施例示出的时延消除模块的结构连接图。如图2所示，在一些可以实现的实施方式中，该时延消除模块30包括电压采集单元301、积分单元302以及逻辑单元303。

电压采集单元301的第一输入端连接于第一电容C1与电源40之间，电压采集单元301的输出端与积分单元302的第一输入端连接，积分单元302的第二输入端与参考电压端50连接，积分单元302的输出端与比较器10的第一输入端连接，逻辑单元303的输入端与比较器10的输出端连接，逻辑单元303的第一输出端与开关模块20的控制端连接，逻辑单元303的第二输出端与电压采集单元301的第二输入端连接。

这里，电压采集单元301用于在第一电容C1的每一个充电过程中，采集第一电容C1在当前充电过程的峰值电压，并输出第一电容C1在上一充电过程的峰值电压。积分单元302用于对第一基准电压以及第一电容C1在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据第一基准电压与积分结果之间的差值，生成第二基准电压。比较器10则比较第二基准信号与第一电容C1在当前充电过程中的峰值电压，输出控制信号。逻辑单元303则用于响应于该控制信号，控制开关模块20的通断状态，以及控制电压采集单元301周期性采集第一电容C1在当前充电过程的峰值电压，并输出第一电容C1在上一充电过程的峰值电压。

其中，电压采集单元301在第一电容C1的充电过程中，采集的是第一电容C1在当前充电过程中的峰值电压，输出的是第一电容C1在上一充电过程中的峰值电压。例如，在第二次充电过程中，第一电容C1在第二次充电过程中的峰值电压为5V，而第一电容C1在第一次充电过程中的峰值电压为6V，则电压采集单元301在采集5V电压的同时，向积分单元302输出6V的电压。

积分单元302在电容的充放电过程中，不断对第一基准电压以及第一电容C1在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，经过多个周期之后，积分记过为比较器10的时延，则经过多个周期之后，积分单元302最终输出的第二基准电压为第一基准电压与比较器10的时延之间的差值。

逻辑单元303在接收到比较器10发送的控制信号时，根据该控制信号对电压采集单元301以及开关模块20进行控制。当该控制信号为高电平信号时，逻辑单元303控制开关模块20导通，使得第一电容C1放电，以及控制电压采集单元301输出第一电容C1在上一充电过程的峰值电压，以及准备采集第一电容C1在下一充电过程的峰值电压。另外，由于第一电容C1放电，比较器10的第二输入端的电压被拉低，导致比较器10输出低电平信号。逻辑单元303控制开关模块20关断，第一电容C1充电，电压采集单元301采集第一电容C1在当前充电过程中的峰值电压，并在采集过程中，向积分单元302输出第一电容C1在上一充电过程中的峰值电压。

应当理解的是，在一些实施例中，逻辑单元303可以是逻辑控制器。

图3是根据本公开一示例性实施例示出的振荡电路的电路连接图。如图3所示，电压采集单元301包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第二电容C2以及第三电容C3。

其中，第一开关S1的第一端与第二开关S2的第一端连接，第二开关S2的第二端与第三开关S3的第一端连接，第三开关S3的第二端与第四开关S4的第一端连接，第四开关S4的第二端与第一开关S1的第二端连接，且第四开关S4的第二端连接于第一电容C1与电源40之间，第三开关S3的第一端与积分单元302的第一输入端连接，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4的控制端分别与逻辑单元303的第二输出端连接；第二电容C2的第一端连接于第一开关S1与第二开关S2之间，第二电容C2的第二端接地，第三电容C3的第一端连接于第三开关S3与第四开关S4之间，第三电容C3的第二端接地。

这里，第一开关S1和第三开关S3用于在第二开关S2和第四开关S4处于导通状态的情况下，维持断路状态，以及在第二开关S2和第四开关S4处于断路状态的情况下，维持导通状态，以使第二电容C2和第三电容C3中的一个电容在采集第一电容C1在当前充电过程的峰值电压时，另一个电容输出所述第一电容C1在上一充电过程的峰值电压。

应当理解的是，第一开关S1和第三开关S3的通断状态维持同步，第二开关S2和第四开关S4的通断状态维持同步。在第二电容C2采集第一电容C1在当前充电过程中的峰值电压时，第三电容C3输出第一电容C1在上一充电过程中的峰值电压。在第三电容C3采集第一电容C1在当前充电过程中的峰值电压时，第二电容C2输出第一电容C1在上一充电过程中的峰值电压。第二电容C2与第三电容C3的充电放电过程是周期性的。

逻辑单元303的第二输出端包括第一子端口和第二子端口，第一子端口分别与第一开关S1和第三开关S3的控制端连接，第二子端口分别与第二开关S2和第四开关S4的控制端连接。

其中，逻辑单元303用于在控制信号为高电平信号时，响应于高电平信号，导通开关模块20、第一开关S1和第三开关S3，以及使得第二开关S2和第四开关S4断路；以及在控制信号为低电平信号时，响应于低电平信号，使得开关模块20、第一开关S1和第三开关S3断路，以及导通第二开关S2和第四开关S4。

如图3所示，在一些实施例中，积分单元302可以包括运算放大器A1和第四电容C4。其中，运算放大器A1的第一输入端与电压采集单元301的输出端连接，运算放大器A1的第二输入端与参考电压端50连接，运算放大器A1的输出端与比较器10的第一输入端连接；第四电容C4并联在运算放大器A1的第一输入端与运算放大器A1的输出端之间。

这里，运算放大器A1用于对第一基准电压以及第一电容C1在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据第一基准电压与积分结果之间的差值，生成第二基准电压。

在一些实施例中，积分单元302还可以包括第五开关S5和第六开关S6。其中，第五开关S5与第四电容C4并联，第六开关S6与运算放大器A1的第一输入端以及运算放大器A1的第二输入端并联，第五开关S5以及第六开关S6用于在振荡电路上电时对振荡电路进行初始化。

应当理解的是，第五开关S5以及第六开关S6用于在振荡电路上电时进行初始状态设置。在振荡电路正常工作之后，第五开关S5以及第六开关S6不再动作。

下面，结合附图4和附图5对振荡电路的工作原理进行详细说明。

图4是根据本公开一示例性实施例示出的逻辑单元的输入输出时序示意图。如图4所示，当第一电容C1的第一端的电压逐渐升高，比较器10的第二输入端的电压超过第二基准电压时，经过比较器10的时延，比较器10的输出端COMP_OUT从输出低电平信号变为输出高电平信号，逻辑单元303的第二子端口PH2的输出信号从高电平信号变为低电平信号，同时触发逻辑单元303的第一输出端DISCH的输出信号从低电平信号变为高电平信号，从而控制开关模块20对第一电容C1进行放电操作。在第一电容C1放电后，比较器10的第二输入端的电压低于第二基准电压，比较器10的输出端COMP_OUT从输出高电平信号变为输出低电平信号，逻辑单元303响应于该低电平信号，触发第一子端口PH1从输出低电平信号变为输出高电平信号。同时触发逻辑单元303的第一输出端DISCH的输出信号从高电平信号变为低电平信号，从而控制开关模块20断路，开始对第一电容C1的下一次充电。

当第一电容C1的第一端的电压上升至第一基准电压时，比较器10的第二输入端的电压超过第二基准电压，比较器10的输出端COMP_OUT从输出低电平信号变为输出高电平信号。逻辑单元303的第一子端口从输出高电平信号变为输出低电平信号，同时触发逻辑单元303的第一输出端DISCH的输出信号从低电平信号变为高电平信号，从而控制开关模块20对第一电容C1进行放电操作。在第一电容C1放电后，比较器10的第二输入端的电压低于第二基准电压，比较器10的输出端COMP_OUT从输出高电平信号变为输出低电平信号，逻辑单元303响应于该低电平信号，触发第二子端口PH2从输出低电平信号变为输出高电平信号。同时触发逻辑单元303的第一输出端DISCH的输出信号从高电平信号变为低电平信号，从而控制开关模块20断路，开始对第一电容C1的下一次充电。

其中，当逻辑单元303的第一子端口PH1输出高电平信号，第二子端口PH2输出低电平信号时，第一开关S1和第三开关S3导通，第二开关S2和第四开关S4断路，使得第二电容C2充电，以采集第一电容C1在当前充电过程中的峰值电压，第三电容C3输出第一电容C1在上一充电过程中的峰值电压。当逻辑单元303的第一子端口PH1输出低电平信号，第二子端口PH2输出高电平信号时，第一开关S1和第三开关S3断路，第二开关S2和第四开关S4导通，使得第三电容C3充电，以采集第一电容C1在当前充电过程中的峰值电压，第二电容C2输出第一电容C1在上一充电过程中的峰值电压。

图5是根据本公开一示例性实施例示出的振荡电路的仿真波形的示意图。如图5所示，在第一电容C1的第一个充电过程中，第一电容C1的第一端的峰值电压大于第一基准电压，经过积分单元302进行积分产生第二基准电压VREF_NEW，由于负反馈的作用，第二基准电压VREF_NEW逐渐下降，第一电容C1的第一端的峰值电压和第一基准电压VREF的差趋近于0，最终反馈稳定之后，第一电容C1的第一端的峰值电压等于第一基准电压VREF。此时，振荡电路的频率可以表达为：

Freq＝I1/(C1*VREF)

其中，Freq为振荡电路的频率，I1为电源40的电流，C1为第一电容C1的峰值电压，VREF为第一基准电压。

由此，可以通过对电源40的电流、第一电容C1的峰值电压和第一基准电压的绝对值进行校准，以提高振荡电路的输出精度。

图6是根据本公开一示例性实施例示出的一种振荡电路控制方法的流程示意图。如图6所示，该控制方法应用于上述实施例所述的振荡电路，该方法包括：

步骤610，通过所述时延消除模块在所述第一电容的每一次充电过程中，采集所述第一电容在当前充电过程的峰值电压，并对所述第一基准电压以及所述第一电容在上一充电过程的峰值电压之间的差值进行积分，并根据所述第一基准电压与积分结果之间的差值，通过所述时延消除模块的第一输出端向所述比较器输出第二基准电压；

步骤620，通过所述比较器用于根据所述第二基准电压以及所述第一电容在当前充电过程的峰值电压之间的比较结果，输出控制信号；

步骤630，通过所述时延消除模块响应于所述控制信号，控制所述开关模块的通断状态，以使所述第一电容进行充放电的操作。

应当理解的是，关于该振荡电路控制方法的具体执行过程已经在关于振荡电路的部分进行了详细说明，在此不再赘述。

根据本公开实施例，提供了一种电子设备，该电子设备可以包括上述实施例中任一项所述的振荡电路。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。