低温漂低失调RC振荡器

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种RC振荡器。

背景技术

振荡器是电子系统的重要组成部分，为芯片提供准确的时钟信号。RC振荡器因其结构简单易于集成，得到了广泛的应用。现有的RC振荡器的时钟频率受电源电压或环境温度的影响，会产生较大的频率变化，使得环形振荡器无法满足高精度系统对时钟频率的要求。

现有技术中,RC振荡器的频率通常由电容,充电电流和翻转电压共同决定,集成电容的温度漂移一般很小,而充电电流和翻转电压一般是由一个基准电压源产生,虽然基准源产生的基准电压和基准电流可能具有较好的温度系数,但多是在常温附近,随着温度的变化,二次系数造成的温度漂移不可忽略,特别是基准电压和电流的温度变化曲线通常不一致,造成频率最终随温度变化而变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种低温漂低失调RC振荡器，其输出时钟频率基本不随温度变化。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，低温漂低失调RC振荡器，包括基准源电路，所述基准源电路包括基准电流信号输出端和基准电压输出端，其特征在于，还包括：

共用比较电路，其输入端与基准源电路的基准电压输出端连接，用于提供比较参考电平；

具有放电开关的第一电容振荡器，其电流信号输入端与基准源电路的基准电流信号输出端连接，其振荡电压输出端与第一比较器连接；

具有放电开关的第二电容振荡器，其电流信号输入端与基准源电路的基准电流信号输出端连接，其振荡电压输出端与第二比较器连接；

第一比较器，其第一电平输入端与第一电容振荡器的输出端连接，第二电平输入端与共用比较电路的输出端连接；

第二比较器，其第一电平输入端与第二电容振荡器的输出端连接，第二电平输入端与共用比较电路的输出端连接；

RS触发器，其第一输入端与第一比较器的输出端连接，其第二输入端与第二比较器的输出端连接，其第一输出端与第一电容振荡器的放电开关控制端连接,其第二输出端与第二电容振荡器的放电开关控制端连接。

所述基准源电路包括第一运算放大器、第一PMOS管、第一PNP管、第一NMOS管、第一电阻和第一偏置电流源；

所述第一电阻、第一NMOS管和第一PMOS管依序串联在地和电源之间,第一PMOS管栅极与漏级短接，第一PNP管和偏置电流源串联在地和电源之间，第一PNP管基极与集电极短接；所述第一运算放大器输出端连接第一NMOS管栅极,正相输入端连接第一PNP管发射极,反相输入端连接第一NMOS管的源极；第一PMOS管的漏极连接基准电流信号输出端，第一运算放大器的正相输入端连接基准电压输出端。

所述第一电容振荡器由第二NMOS管、第二PMOS管、第一电容组成，第二PMOS管栅极和基准电流信号输出端连接，源极接高电平，漏极作为振荡电压输出端通过第一电容接地，第二NMOS管的漏极接第二PMOS管的漏极，源极接地，栅极作为放电开关控制端，；

所述第二电容振荡器由第三NMOS管、第三PMOS管、第二电容组成，第三PMOS管栅极和基准电流信号输出端连接，源极接高电平，漏极作为振荡电压输出端通过第二电容接地，第三NMOS管的漏极接第三PMOS管的漏极，源极接地，栅极作为放电开关控制端。

所述共用比较电路包括第四NMOS管、第四PMOS管和第二偏置电流源，第四PMOS管的源极接高电平，栅极和漏极相接；第四NMOS管的漏极接第四PMOS管的漏极，栅极作为输入端，漏极作为输出端通过第二偏置电流源接地；

第一比较器由第五NMOS管和第五PMOS管组成，第五PMOS管栅极与第四PMOS管的漏极相接，源极接高电平，漏极作为输出端；第五NMOS管的漏极和第五PMOS管漏极相接，栅极接第一电容振荡器的输出端，源极接共用比较电路的输出端；

第二比较器由第六NMOS管和第六PMOS管组成，第六PMOS管栅极与第四PMOS管的漏极相接，源极接高电平，漏极作为输出端；第六NMOS管的漏极和第六PMOS管漏极相接，栅极接第二电容振荡器的输出端，源极接共用比较电路的输出端。

所述第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管尺寸相同。第一电容和第二电容的电容值相同。

本发明将基准电流和基准电压的温度变化相抵消，使振荡器电路的输出时钟频率基本不随温度变化，振荡器电路结构对称，消除比较器迟滞给时钟频率带来的误差。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明的一种具体实施方式示意图；

图3为本发明第一电容和第二电容正端的波形示意图；

图中附图标记释义：

Ibias1-第一偏置电流源，Ibias2-第二偏置电流源，C1-第一电容，C2-第二电容，OP1-第一运算放大器，MN1-第一NMOS管，MN2-第二NMOS管，MN3-第三NMOS管，MN4-第四NMOS管，MN5-第五NMOS管，MN6-第六NMOS管，MP1-第一PMOS管，MP2-第二PMOS管，MP3-第三PMOS管，MP4-第四PMOS管,MP5-第五PMOS管，MP6-第六PMOS管，Q1-第一PNP管，R1-第一电阻，V

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。为便于对照附图，下文有时会仅以图中标记代表该器件，例如仅以“MP2”表示“第二PMOS管MP2”。

参见图1，本发明的低温漂低失调RC振荡器，包括基准源电路，所述基准源电路包括基准电流信号输出端和基准电压输出端，其特征在于，还包括：

共用比较电路，其输入端与基准源电路的基准电压输出端连接，用于提供比较参考电平；

具有放电开关的第一电容振荡器，其电流信号输入端与基准源电路的基准电流信号输出端连接，其振荡电压输出端与第一比较器连接；

具有放电开关的第二电容振荡器，其电流信号输入端与基准源电路的基准电流信号输出端连接，其振荡电压输出端与第二比较器连接；

第一比较器，其第一电平输入端与第一电容振荡器的输出端连接，第二电平输入端与共用比较电路的输出端连接；

第二比较器，其第一电平输入端与第二电容振荡器的输出端连接，第二电平输入端与共用比较电路的输出端连接；

RS触发器，其第一输入端与第一比较器的输出端连接，其第二输入端与第二比较器的输出端连接，其第一输出端与第一电容振荡器的放电开关控制端连接,其第二输出端与第二电容振荡器的放电开关控制端连接。

所述基准源电路包括第一运算放大器、第一PMOS管、第一PNP管、第一NMOS管、第一电阻和第一偏置电流源；

所述第一电阻、第一NMOS管和第一PMOS管依序串联在地和电源之间,第一PMOS管栅极与漏级短接，第一PNP管和偏置电流源串联在地和电源之间，第一PNP管基极与集电极短接；所述第一运算放大器输出端连接第一NMOS管栅极,正相输入端连接第一PNP管发射极,反相输入端连接第一NMOS管的源极；第一PMOS管的漏极连接基准电流信号输出端，第一运算放大器的正相输入端连接基准电压输出端。

所述第一电容振荡器由第二NMOS管、第二PMOS管、第一电容组成，第二PMOS管栅极和基准电流信号输出端连接，源极接高电平，漏极作为振荡电压输出端通过第一电容接地，第二NMOS管的漏极接第二PMOS管的漏极，源极接地，栅极作为放电开关控制端，；

所述第二电容振荡器由第三NMOS管、第三PMOS管、第二电容组成，第三PMOS管栅极和基准电流信号输出端连接，源极接高电平，漏极作为振荡电压输出端通过第二电容接地，第三NMOS管的漏极接第三PMOS管的漏极，源极接地，栅极作为放电开关控制端。

所述共用比较电路包括第四NMOS管、第四PMOS管和第二偏置电流源，第四PMOS管的源极接高电平，栅极和漏极相接；第四NMOS管的漏极接第四PMOS管的漏极，栅极作为输入端，漏极作为输出端通过第二偏置电流源接地；

第一比较器由第五NMOS管和第五PMOS管组成，第五PMOS管栅极与第四PMOS管的漏极相接，源极接高电平，漏极作为输出端；第五NMOS管的漏极和第五PMOS管漏极相接，栅极接第一电容振荡器的输出端，源极接共用比较电路的输出端；

第二比较器由第六NMOS管和第六PMOS管组成，第六PMOS管栅极与第四PMOS管的漏极相接，源极接高电平，漏极作为输出端；第六NMOS管的漏极和第六PMOS管漏极相接，栅极接第二电容振荡器的输出端，源极接共用比较电路的输出端。

所述第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管尺寸相同。第一电容和第二电容的电容值相同。

实施例

为改善频率随温度漂移的问题，本发明提供的振荡器包括基准源电路和振荡器电路，如图2所示。

基准源电路输出基准电流信号I

基准源电路包括第一运算放大器OP1、第一PMOS管MP1、第一PNP管Q1、第一NMOS管MN1、第一电阻R1和第一偏置电流源Ibias1；

第一电阻R1、第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1依序串联在地和电源之间,第一PNP管Q1和第一偏置电流源Ibias1串联在地和电源之间，MP1栅极与漏级短接，Q1基极与集电极短接，第一运算放大器OP1输出端连接MN1栅极,正、反相输入端分别连接Q1发射极和MN1的源极,流过MP1的电流即是所述基准电流I

因此基准电压

V

其中，V

OP1、MN1和R1组成负反馈环路结构，根据运放正负输入端电压虚短的原理，OP1两个输入端电压相同，因此流过R1的电流

流过MP1和R1的电流是相同的，因此基准电流I

振荡器电路包含两个结构相同的电容充放电振荡电路，第一个电容充放电振荡电路由第二NMOS管MN2、第二PMOS管MP2和第一电容C1。第二个电容充放电振荡电路由第三NMOS管MN3、第三PMOS管MP3、第二电容C2，MP1、MP2和MP3的尺寸为1:1:1，并且为电流镜像关系，因此流过MP2和MP3的电流等于I

MP2和MN2分别对C1进行充电和放电，充电时电流为I

第一比较器和第二比较器共用一个共用比较电路。

第一比较器由第五NMOS管MN5和第五PMOS管MP5组成，第二比较器由第六NMOS管MN6和第六PMOS管MP6组成，共用比较电路包括第四NMOS管MN4、第四PMOS管MP4和第二偏置电流源Ibias2；第一比较器和共用比较电路组成差分单级放大器COMP1，正负输入端分别接V

本发明还包括第一与非门NAND1和第二与非门NAND2组成的RS触发器，用于控制两个电容充放电振荡电路交替的充放电。充放电过程为：当第一电容C1用I

C1从地电压充电到V

C2从地电压充电到V

因此CLK的时钟周期T

优选的，C1和C2电容相同，电容值都为C，把式1和3带入式6，得到

从式7可以看到，V

第一比较器和第二比较器共用比较电路的结构，可以让差分输入管MN4、MN5和MN6有良好的匹配性，减少比较器的失调误差；此外，比较器COMP1、COMP2加逻辑电路NAND1、NAND2的组合,设计成完全对称的结构,消除了比较路径迟滞给振荡频率带来的误差。

前文所述的为本发明的优选实施例，实施例中产生基准电压和基准电流来源的PNP管Q1也可以换成NPN管或者NMOS管，同样也可以达到本发明相同的效果。