振荡器系统技术方案

一种振荡器系统，包括：运算放大器，工作在亚阈值区，两个输入端分别与参考电阻的第一端和开关电容电路的第一端相连，输出端输出第一电压，参考电阻与开关电容电路上各接一路参考电流；第一电容，正端与运算放大器的输出端相连，负端接地；周期信号模块，将第一电压直流分量转换成周期信号，输出周期信号减半后的第一周期信号；将周期信号减半后的第二周期信号转换成一对反相不交叠的第三周期信号和第四周期信号；开关电容电路，包括一第二电容，根据第三周期信号和第四周期信号控制第二电容的充放电。其中，运算放大器、周期信号模块和开关电容电路形成负反馈环路，确保了输出频率的稳定性，而且运算放大器工作在亚阈值区，振荡器系统功耗极低。

Oscillator system

An oscillator system, including an operational amplifier, working in a sub threshold area. The two input ends are connected to the first end of the reference resistance and the first end of the switched capacitor circuit, the output is the first voltage, the reference resistance and the switch capacitance circuit are each connected with the reference current; the first capacitor, the positive end and the operational amplifier. The output end is connected to the negative end, and the periodic signal module converts the first voltage DC component to the periodic signal, and the first periodic signal is reduced half of the output period signal; the second period signal after the halving of the periodic signal is converted into a pair of third periodic signals and fourth periodic signals which are not overlapped in reverse phase; the switch capacitance circuit is used. It includes a second capacitor, which controls the charge and discharge of the second capacitor according to the third cycle signal and the fourth cycle signal. The operational amplifier, the periodic signal module and the switched capacitor circuit form a negative feedback loop to ensure the stability of the output frequency, and the operational amplifier operates in the sub threshold region, and the power consumption of the oscillator is very low.

【技术实现步骤摘要】
振荡器系统
本专利技术涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种振荡器系统。
技术介绍
在超低功耗微控制单元MCU芯片中通常需要一个低功耗、高电源电压和温度稳定性的时钟来实现系统所需的计时功能。传统的RC振荡器电路如图1所示，包括：比较器、电流源、脉冲产生电路、时钟产生电路、参考电阻、电容和开关。一路电流流过参考电阻产生参考电压Vref，接入比较器负相端，另一路电流给电容充电产生电压Vc，电容正端接比较器正相端，负端接地。传统的RC振荡器通过比较器将电容上的电压Vc与电阻上参考电压Vref进行比较，再经过脉冲产生电路产生脉冲信号RESET，信号RESET通过开关控制电流对电容的充放电，从而形成固定频率的脉冲信号RESET，脉冲信号通过时钟产生电路产生时钟周期信号。传统RC振荡器的震荡周期主要包括电容充电时间、比较器和脉冲产生电路的延迟时间。上述RC振荡器由于采用了比较器结构，所以功耗较大，另外，比较器和脉冲产生电路的延迟时间受温度影响较大，所以整体输出频率受温度影响较大。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种振荡器系统，以解决上述的至少一项技术问题。(二)技术方案本专利技术提供了一种振荡器系统，包括：运算放大器，工作在亚阈值区，其第一输入端与参考电阻的第一端相连，第二输入端与开关电容电路的第一端相连，输出端用于输出第一电压，其中，所述参考电阻与开关电容电路上各接一路参考电流；第一电容，其正端与所述运算放大器的输出端相连，负端接地，该第一电容用于滤除所述第一电压中的高频信号，保留直流分量信号；周期信号模块，用于将所述直流分量信号转换成周期信号，并输出该周期信号减半后的第一周期信号；以及将周期信号减半后的第二周期信号转换成一对反相不交叠的第三周期信号和第四周期信号；以及开关电容电路，包括一第二电容，用于根据所述第三周期信号和第四周期信号控制该第二电容的充放电；其中，所述运算放大器、周期信号模块和开关电容电路形成负反馈环路。在本专利技术的一些实施例中，所述周期信号模块包括：压控振荡器，用于将所述直流分量信号转换成周期信号；分频器，用于将所述周期信号均分成所述第一周期信号和第二周期信号；以及非交叠时钟产生电路，用于将所述第二周期信号转换成一对反相不交叠周期信号。在本专利技术的一些实施例中，所述参考电阻的第二端接地，所述开关电容电路的第二端接地。在本专利技术的一些实施例中，还包括：一第三电容，其正端接于所述开关电容电路的第一端，负端与所述开关电容电路的第二端相连，用于减小所述开关电容电路两端电压的波动幅度。在本专利技术的一些实施例中，所述第一周期信号的频率为1/(Rref×Csw)，其中，Rref为参考电阻的阻值，Csw为所述第二电容的容值。在本专利技术的一些实施例中，所述开关电容电路还包括：与该第二电容串联的第一开关，根据接入的第三周期信号实现其开启和关闭；以及与该第二电容并联的第二开关，根据接入的第四周期信号实现其开启和关闭。在本专利技术的一些实施例中，还包括：一电流产生电路，用于产生两路相同的参考电流；以及一斩波电路，用于消除两路参考电流间的失配偏差。在本专利技术的一些实施例中，所述参考电阻包括互相串联的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻具有正温度系数，所述第二电阻具有负温度系数。在本专利技术的一些实施例中，所述电流产生电路还用于产生三路电流并输出至运算放大器以提供偏置电压。(三)有益效果本专利技术的振荡器系统，相较于现有技术，至少具有以下优点：1、运算放大器、第一电容、周期信号模块和开关电容电路组成的负反馈环路，使开关电容电路在某一频率下的等效阻值等于温度系数接近于0的参考电阻阻值，得到了稳定的频率输出，不仅降低功耗，而且消除了传统RC振荡器中比较器和脉冲产生电路的延迟时间所带来的影响，改善了RC振荡器输出频率的温度特性。2、用工作在亚阈值区域的运算放大器取代了传统的比较器，降低了功耗；本专利技术公开的振荡器系统输出时钟信号周期与负反馈环路的延迟没有关系，仅仅与参考电阻和第二电容相关，提高了温度的稳定性和电源电压的稳定性；本专利技术公开的振荡器系统输出时钟信号周期占空比为50％，更适合数字电路的应用。附图说明图1为现有技术的振荡器系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例的振荡器系统的结构示意图。图3是本专利技术实施例的运算放大器的电路示意图。图4为本专利技术实施例的开关电容电路的电路示意图。图5为本专利技术一具体实施例的振荡器系统的结构示意图。图6为本专利技术实施例的电流产生电路的结构示意图。图7为本专利技术实施例的斩波电路的结构示意图。图8为本专利技术实施例的压控振荡器的结构示意图。图9为本专利技术实施例的分频器的结构示意图。图10为本专利技术实施例的非交叠时钟产生电路的结构示意图。图11为本专利技术实施例的振荡器系统的频率对温度的仿真图。图12为本专利技术实施例的振荡器系统的频率对电源电压的仿真图。具体实施方式现有技术由于采用了比较器结构，所以功耗较大，另外，比较器和脉冲产生电路的延迟时间受温度影响较大，所以整体输出频率受温度影响较大。有鉴于此，本专利技术提供了一种RC振荡器系统，用工作在亚阈值区域的运算放大器取代了比较器，降低了功耗；运算放大器、周期信号模块和开关电容电路形成负反馈环路，确保了输出频率的稳定性，有效地解决了现有技术的技术缺陷。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。图2为本专利技术实施例的振荡器系统的结构示意图，如图2所示，该振荡器系统包括运算放大器1、第一电容C1、周期信号模块2和开关电容电路3。运算放大器1，工作在亚阈值区，其第一输入端与参考电阻4的第一端相连，第二输入端与开关电容电路3的第一端相连，输出端用于输出第一电压，其中，所述参考电阻4与开关电容电路3上各接一路参考电流。两路大小相同的参考电流Iref分别流过参考电阻4和第二电容C2，在运算放大器1第一输入端产生电压信号Vref，在第二输入端产生电压信号Vsw，输出端为电压信号Vctrl。其中，Vref＝Iref×Rref，Iref为参考电流的电流大小，Rref为参考电阻4的阻值大小。运算放大器1的第二输入端电压为Vsw，大小为Iref/(Fout×Csw)，其中Fout为第一周期信号CLK1的频率，Csw为第二电容C2的电容值，1/(Fout×Csw)为开关电容的等效阻值。第一电容C1，其正端与所述运算放大器1的输出端相连，负端接地，该第一电容C1用于滤除所述第一电压中的高频信号，保留直流分量信号。周期信号模块2，用于将所述直流分量信号转换成周期信号，并输出该周期信号减半后的第一周期信号；以及将周期信号减半后的第二周期信号转换成一对反相不交叠的第三周期信号和第四周期信号。开关电容电路3，包括一第二电容C2，用于根据所述第三周期信号和第四周期信号控制该第二电容C2的充放电。其中，为了方便得出两路参考电流分别在参考电阻4和开关电容电路3上的施加的电压，可以将参考电阻4和开关电容电路3接地。当第一周期信号CLK1的频率Fout较小时，运算放大器1的第二输入端电压Vsw大于运算放大器1第一输入端电压Vref，使得运算放大器1的输出端电压Vctrl降低，Vctrl通过由运算放大器1的输出阻抗和第一电容C1组成的低通滤波器，把直流分量送到周期信号模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振荡器系统，包括：运算放大器，工作在亚阈值区，其第一输入端与参考电阻的第一端相连，第二输入端与开关电容电路的第一端相连，输出端用于输出第一电压，其中，所述参考电阻与开关电容电路上各接一路参考电流；第一电容，其正端与所述运算放大器的输出端相连，负端接地，该第一电容用于滤除所述第一电压中的高频信号，保留直流分量信号；周期信号模块，用于将所述直流分量信号转换成周期信号，并输出该周期信号减半后的第一周期信号；以及将周期信号减半后的第二周期信号转换成一对反相不交叠的第三周期信号和第四周期信号；以及开关电容电路，包括一第二电容，用于根据所述第三周期信号和第四周期信号控制该第二电容的充放电；其中，所述运算放大器、周期信号模块和开关电容电路形成负反馈环路。

【技术特征摘要】
1.一种振荡器系统，包括：运算放大器，工作在亚阈值区，其第一输入端与参考电阻的第一端相连，第二输入端与开关电容电路的第一端相连，输出端用于输出第一电压，其中，所述参考电阻与开关电容电路上各接一路参考电流；第一电容，其正端与所述运算放大器的输出端相连，负端接地，该第一电容用于滤除所述第一电压中的高频信号，保留直流分量信号；周期信号模块，用于将所述直流分量信号转换成周期信号，并输出该周期信号减半后的第一周期信号；以及将周期信号减半后的第二周期信号转换成一对反相不交叠的第三周期信号和第四周期信号；以及开关电容电路，包括一第二电容，用于根据所述第三周期信号和第四周期信号控制该第二电容的充放电；其中，所述运算放大器、周期信号模块和开关电容电路形成负反馈环路。2.根据权利要求1所述的振荡器系统，其中，所述周期信号模块包括：压控振荡器，用于将所述直流分量信号转换成周期信号；分频器，用于将所述周期信号均分成所述第一周期信号和第二周期信号；以及非交叠时钟产生电路，用于将所述第二周期信号转换成一对反相不交叠周期信号。3.根据权利要求1或2所述的振荡器系统，其中，所述参考电阻的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡安俊，胡晓宇，乔树山，黑勇，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11