一种高频高精度RC振荡器

技术领域

本发明涉及电子电路技术的时钟产生电路领域，适用于片上高精度、低成本的几十MHz至几百MHz的高频时钟产生。

背景技术

RC振荡器是一种方波时钟振荡器，用于在线性电子元件的帮助下产生方波时钟作为输出，进而可用于时钟产生电路。

低频RC振荡器通常包括电流镜、由电阻、电容等元件组成的选频网络、反馈网络和放大器等，一般用于产生1Hz～1MHz的低频信号。

然而，传统的低频RC振荡器具有不少缺陷。例如，系统的两个非主极点频率低，极易造成负反馈系统的不稳定。又例如，电流镜Iref的失配会引入输出频率误差。

因此，亟需一种系统稳定性高、输出频率高且精度高的低成本RC振荡器。

发明内容

为了提供一种低成本、系统稳定性高的高频高精度RC振荡器，本发明提供了一种新型的RC振荡器结构。

所述RC振荡器包括：运算放大器、压控振荡器、分频器、第一电阻、第二电阻、第一输入稳压电容、第二输入稳压电容、输出稳压电容端、参考电阻、开关电容电路。

其中，第一电阻与第二电阻的电阻值相等；第一电阻的第一端和第二电阻的第一端耦接至电源VDD；第一输入稳压电容与所述参考电阻并联，两端分别与地和第一电阻的第二端耦接；第二输入稳压电容与所述开关电容电路并联，两端分别地和第二电阻的第二端耦接；所述运算放大器的正极输入端耦接第二电阻的第二端，所述运算放大器的负极输入端耦接第一电阻的第二端；所述输出稳压电容端的两端分别耦接所述运算放大器的输出端与地；所述运算放大器的输出端还耦接至所述压控振荡器的输入端；所述压控振荡器的输出端与所述分频器的第一端耦接，所述分频器的第二端控制所述开关电容电路的开关频率。

在一个实施例中，所述高频高精度RC振荡器的环路S域传递函数为：

其中，Av为所述运算放大器的直流增益，K

在一个实施例中，所述高频高精度RC振荡器的系统存在以下三个极点：

主极点：

两个非主极点：

在一个实施例中，所述两个非主极点的频率至少位于所述环路的单位增益带宽之外。

在一个实施例中，所述高频高精度RC振荡器的输出频率为：

其中，N为分频器的分频数，N的值为可编程的。

在一个实施例中，所述开关电容电路包括：

开关电容；

第一开关；以及

第二开关；

其中，所述第一开关与所述开关电容串联后与所述第二输入稳压电容并联；所述第二开关与所述开关电容并联。

在一个实施例中，所述分频器的第二端控制所述第一开关和第二开关的开合。

在一个实施例中，所述高频高精度RC振荡器的输出频率达到百万赫兹级别。

在一个实施例中，所述分频器为可编程分频器。

本发明具有以下有益效果：

本发明在传统低频RC振荡器的结构上进行改进，解决了环路稳定性问题，并具有百兆赫兹级的高频输出，且输出频率的精度高。此外，相对于现有技术的RC振荡器和频率综合器PLL级联的结构，无需RC振荡器中的比较器，无需频率综合器PLL中的鉴频鉴相器(PFD)，电荷泵(CP)等模块，大大简化了系统架构和复杂度，减小了功耗和面积，大大降低了芯片成本。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出传统的低频RC振荡器结构示意图；

图2示出根据本发明一实施例的高频高精度RC振荡器结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“耦接”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种元器件、组件、区域、层和/或部分，这些元器件、组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的元器件、组件、区域、层和/或部分。

图1示出一种传统的RC振荡器的架构。这种结构一般用于产生1Hz～1MHz的低频信号。

如图1所示，该结构通过运算放大器(OP)将输入两端V

在图1中，C

然而，该结构中至少存在以下问题：

(a)系统环路存在稳定性问题

环路S域传递函数为：

其中，A

该系统存在以下三个极点：

主极点

两个非主极点

举例说明要实现70KHz的输出频率，该系统会存在不稳定问题：

R

而

f

要保证V

也就是说，该结构即使付出了运算放大器(OP)输出阻抗很大，并且电容C

(b)电流镜I

假设图1结构中两边的I

通常误差项/>

本发明的目的是提供一种RC振荡器，能实现高频(例如，百MHz级别)高精度的输出频率。本发明的RC振荡器结构在图1压控振荡器(VCO)和开关电容电路之间加入了可编程的分频器(DIVN)，同时将

图2示出根据本发明一实施例的高频高精度RC振荡器结构示意图。该RC振荡器包括运算放大器(OP)201、压控振荡器(VCO)202、分频器(DIVN)203、第一电阻(R

其中，第一电阻204与第二电阻205的电阻值相等。第一电阻204的第一端和第二电阻205的第一端耦接至电源VDD。第一输入稳压电容(C

在一个实施例中，开关电容电路210包括开关电容(C

在一个实施例中，分频器(DIVN)203为可编程分频器，分频数为N，N的值是可编程的。

本发明的RC振荡器的整个系统的环路S域传递函数为：

其中，Av为运算放大器(OP)的直流增益，K

该系统存在以下三个极点：

主极点：

两个非主极点：

其中，符号“||”表示并联关系。

本发明解决的问题及优点如下：

首先，系统中的两个非主极点频率

在一个实施例中，两个非主极点频率至少位于环路的单位增益带宽之外。

其次，本发明高频RC振荡器的输出频率为

再次，由于本发明开关电容电路部分只工作在几MHz量级，SW1、SW2开关的寄生电容对频率

本发明具有以下有益效果：

本发明在传统低频RC振荡器的结构上进行改进，解决了环路稳定性问题，并具有百兆赫兹级的高频输出，且输出频率的精度高。此外，相对于现有技术的RC振荡器和频率综合器PLL级联的结构，无需RC振荡器中的比较器，无需频率综合器PLL中的鉴频鉴相器(PFD)，电荷泵(CP)等模块，大大简化了系统架构和复杂度，减小了功耗和面积，大大降低了芯片成本。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。