基于温度传感的松弛振荡器制造技术

本发明专利技术公开了振荡器技术领域的基于温度传感的松弛振荡器，包括温度传感器、逻辑电路、温度控制开关、振荡电路和高精度时钟，温度传感器产生温度参考电压Vc1，逻辑电路将温度参考电压Vc1与不同温度下的温度判定阈值电压做比较，温度控制开关接收逻辑电路对比后的结果信号；本发明专利技术通过在一个时钟周期内交替对电容C1和电容C2充电，消除了比较器失调电压的影响，将整个工作温度范围划分为多个小温度区间，并针对各个小温度区间将正温度系数电阻与负温度系数电阻以适当的比例配比形成多路可选通的电阻支路，同时采用温度传感电路感知当前温度并开启对应该温度区间的电阻支路，得到受温度影响很小的电阻，以进一步提高松弛振荡器的频率精度。

Relaxation Oscillator Based on Temperature Sensor

The invention discloses a relaxation oscillator based on temperature sensor in the technical field of oscillator, including temperature sensor, logic circuit, temperature control switch, oscillation circuit and high precision clock. Temperature sensor generates temperature reference voltage Vc1. Logic circuit compares temperature reference voltage Vc1 with temperature determination threshold voltage at different temperatures, and temperature control switch receives logic circuit. By alternating charging capacitor C1 and capacitor C2 in one clock cycle, the influence of misalignment voltage of comparator is eliminated, and the whole working temperature range is divided into several small temperature ranges, and the positive temperature coefficient resistance and negative temperature coefficient resistance are proportioned to form multi-channel optional resistance branches according to each small temperature range. Temperature sensing circuit is used to sense the current temperature and open the resistance branch corresponding to the temperature range to obtain the resistance which is little affected by temperature, so as to further improve the frequency accuracy of relaxation oscillator.

【技术实现步骤摘要】
基于温度传感的松弛振荡器
本专利技术涉及振荡器
，具体涉及基于温度传感的松弛振荡器。
技术介绍
松弛振荡器具有低成本、低功耗、中等频率精度的特点，常被用于为射频识别标签芯片、无线传感器芯片等低功耗SoC（System-on-Chip片上系统）提供时钟信号。振荡频率精度是松弛振荡器的一个关键性能指标。但是，随着工作电压、功耗的不断降低，电路性能受工艺偏差、温度、工作电压波动的影响也不断增大。晶体振荡器以其高精度、低功耗、对温度不敏感的特点通常被用于提供高精度的时钟信号。晶体作为片外元件提高了元件成本和体积。因此，片上全集成的极低功耗高精度松弛振荡器技术是实现低功耗、小型化、低成本SoC的一项关键技术，研究和设计具有高精度、低功耗、低成本特点的松弛振荡器具有较高的科学和工程价值。在“A255nW138kHzRCOscillatorforUltra-lowPowerApplications”（2016IEEEMTT-SInternationalWirelessSymposium(IWS)”中，由负反馈稳压电路、主振荡器、副振荡器、比较器及其他逻辑电路组成。主振荡器和副振荡器的所有电流支路的偏置电流均为I。负反馈稳压电路可降低工作电压的波动对振荡电路的影响。消除比较器输入失调对时钟周期的影响。主振荡器在一个时钟周期内交替对C1和C2充电。对C1充电时，V2=I*R作为比较器负输入端的参考电压；对C2充电时，V1=I*R作为比较器正输入端的参考电压。从而使比较器的输入失调电压在延长一个电容充电过程的同时缩短了另一个电容充电过程，消除了比较器输入失调对时钟周期的影响。消除电路延迟对时钟周期的影响。利用S1、S2分别控制开关M4、M5，在主振荡器的每个电容充电过程的初始阶段开启持续时间为td的2倍充电电流，从而使其充电时间消除掉电路延迟td的影响。但是温度对时钟周期的影响较大。在“A120nW18.5kHzRCoscillatorwithcomparatoroffsetcancellationfor±0.25%temperaturestability”（IEEEInternationalSolid-StateCircuitsConferenceDigestofTechnicalPapers(ISSCC),2013）中，在前半个时钟周期内，开关S1、S4导通，开关S2、S3关断，对C1充电且V1逐渐上升，同时V2=I*R保持不变，V2成为比较器的参考电压。当V1上升至超过V2-Vos时比较器输出翻转（如图4所示），开关S1、S4关断，开关S2、S3导通，振荡器进入后半个时钟周期，此时V2随着电容充电而升高，V1则成为固定的参考电压I*R，当V2上升至超过V1+Vos时比较器输出翻转。通过以上方法，使得前半个时钟周期等于RC-CVos/I+td，后半个时钟周期等于RC+CVos/I+td，总的时钟周期等于2RC+2td，从而消除了Vos的影响。但是未能消除比较器延时td对时钟周期的影响，而且温度对其影响较大。在极低功耗下，传统松弛振荡器中的电路延迟、比较器失调等非理想因素恶化，并导致时钟频率对工艺、工作电压、温度（ProcessVoltageTemperature,PVT）变化更加敏感。基于此，本专利技术设计了基于温度传感的松弛振荡器，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于温度传感的松弛振荡器，以解决上述
技术介绍
中提出的现有装置频率受温度波动影响大的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于温度传感的松弛振荡器，包括温度传感器、逻辑电路、温度控制开关、振荡电路和高精度时钟，所述温度传感器产生温度参考电压Vc1，所述逻辑电路将所述温度参考电压Vc1与不同温度下的温度判定阈值电压做比较，所述温度控制开关接收所述逻辑电路对比后的结果信号，所述温度控制开关控制开合MOS管开关电路，所述振荡电路中接入在所述逻辑电路中对比后的温度下对应的电阻，所述振荡电路得到不同温度下的高精度时钟。优选的，所述振荡电路包括电阻选择电路和电容充放电电路，所述振荡电路的左侧电性连接有偏置电路，所述偏置电路包括电流源I和MOS管VT1，所述电流源I的正极分别与MOS管VT1的漏极和栅极电性连接，所述电阻选择电路上并联有电容C3，所述电阻选择电路和电容C3之间分别电性连接MOS管VT2和MOS管VT3的源极，所述MOS管VT2的漏极分别电性连接MOS管VT4和MOS管VT5的漏极，所述MOS管VT5的源极电性连接电容C1，所述电容C1的正负极分别电性连接MOS管VT6的漏极和源极，所述MOS管VT3的漏极电性连接MOS管VT7和MOS管VT8，所述MOS管VT1的源极分别与MOS管VT4和MOS管VT7的源极电性连接，所述MOS管VT8的源极电性连接有电容C2，所述电容C2的正负极分别电性连接MOS管VT9的漏极和源极，所述电流源I、MOS管VT6的源极、电阻选择电路的另一端、电容C3的负极、MOS管VT9的源极均接地，所述MOS管VT2和MOS管VT5的漏极之间电性连接有第一比较器，且MOS管VT2和MOS管VT5的漏极与第一比较器的同相输入端电性连接，所述第一比较器的反相输入端与MOS管VT3和VT8的漏极之间电性连接，所述第一比较器的输出端电性连接有第一反相器，所述第一反相器的输出端电性连接有第二反相器，所述第二反相器的输出端电性连接有SR触发器，且第二反相器的输出端与SR触发器的S端电性连接，所述SR触发器的R端与第一反相器的输出端电性连接，所述SR触发器的输出Q端分别与MOS管VT2、MOS管VT6和MOS管VT8的栅极电性连接，所述SR触发器的输出Q非端分别与MOS管VT3、MOS管VT5和MOS管VT9的栅极电性连接。优选的，所述电阻选择电路包括温度传感器、温度控制开关和温度补偿电阻，所述温度传感器的输出端电性连接有五组逻辑电路，五组所述逻辑电路分别为第二比较器和第三反相器、第三比较器和第四反相器、第四比较器和第五反相器、第五比较器和第六反相器、第六比较器和第七反相器，所述温度传感器的输出端分别电性连接第二比较器、第三比较器、第四比较器、第五比较器和第六比较器同相输入端，所述第二比较器的输出端T1与第三反相器的输入端电性连接，所述第三比较器的输出端T2与第四反相器的输入端电性连接，所述第四比较器的输出端T3与第五反相器的输入端电性连接，所述第五比较器的输出端T4与第六反相器的输入端电性连接，所述第六比较器的输出端T5与第七反相器的输入端电性连接，所述温度控制开关包括三组MOS管开关电路，所述MOS管开关电路分别为MOS管VT10、MOS管VT11、MOS管VT12、MOS管VT13、MOS管VT14、MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17，所述MOS管VT10和MOS管VT11源极电性连接，所述MOS管VT10和MOS管VT11的漏极分别与MOS管VT12和MOS管VT13的源极电性连接，第一组所述MOS管VT10和MOS管VT12的栅极均与第三比较器的输出端T2电性连接，第一组所述MOS管VT11和MOS管VT13的栅极均与第四反相器的输出端T2B电性连接，所述MOS管VT12和MOS管VT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于温度传感的松弛振荡器，包括温度传感器（1）、逻辑电路（2）、温度控制开关（3）、振荡电路（4）和高精度时钟（5），其特征在于：所述温度传感器（1）产生温度参考电压Vc1，所述逻辑电路（2）将所述温度参考电压Vc1与不同温度下的温度判定阈值电压做比较，所述温度控制开关（3）接收所述逻辑电路（2）对比后的结果信号，所述温度控制开关（3）控制开合MOS管开关电路（13），所述振荡电路（4）中接入在所述逻辑电路（2）中对比后的温度下对应的电阻，所述振荡电路（4）得到不同温度下的高精度时钟（5）。

【技术特征摘要】
1.基于温度传感的松弛振荡器，包括温度传感器（1）、逻辑电路（2）、温度控制开关（3）、振荡电路（4）和高精度时钟（5），其特征在于：所述温度传感器（1）产生温度参考电压Vc1，所述逻辑电路（2）将所述温度参考电压Vc1与不同温度下的温度判定阈值电压做比较，所述温度控制开关（3）接收所述逻辑电路（2）对比后的结果信号，所述温度控制开关（3）控制开合MOS管开关电路（13），所述振荡电路（4）中接入在所述逻辑电路（2）中对比后的温度下对应的电阻，所述振荡电路（4）得到不同温度下的高精度时钟（5）。2.根据权利要求1所述的基于温度传感的松弛振荡器，其特征在于：所述振荡电路（4）包括电阻选择电路（6）和电容充放电电路（7），所述振荡电路（4）的左侧电性连接有偏置电路（8），所述偏置电路（8）包括电流源I和MOS管VT1，所述电流源I的正极分别与MOS管VT1的漏极和栅极电性连接，所述电阻选择电路（6）上并联有电容C3，所述电阻选择电路（6）和电容C3之间分别电性连接MOS管VT2和MOS管VT3的源极，所述MOS管VT2的漏极分别电性连接MOS管VT4和MOS管VT5的漏极，所述MOS管VT5的源极电性连接电容C1，所述电容C1的正负极分别电性连接MOS管VT6的漏极和源极，所述MOS管VT3的漏极电性连接MOS管VT7和MOS管VT8，所述MOS管VT1的源极分别与MOS管VT4和MOS管VT7的源极电性连接，所述MOS管VT8的源极电性连接有电容C2，所述电容C2的正负极分别电性连接MOS管VT9的漏极和源极，所述电流源I、MOS管VT6的源极、电阻选择电路（6）的另一端、电容C3的负极、MOS管VT9的源极均接地，所述MOS管VT2和MOS管VT5的漏极之间电性连接有第一比较器（9），且MOS管VT2和MOS管VT5的漏极与第一比较器（9）的同相输入端电性连接，所述第一比较器（9）的反相输入端与MOS管VT3和VT8的漏极之间电性连接，所述第一比较器（9）的输出端电性连接有第一反相器（10），所述第一反相器（10）的输出端电性连接有第二反相器（11），所述第二反相器（11）的输出端电性连接有SR触发器（12），且第二反相器（11）的输出端与SR触发器（12）的S端电性连接，所述SR触发器（12）的R端与第一反相器（10）的输出端电性连接，所述SR触发器（12）的输出Q端分别与MOS管VT2、MOS管VT6和MOS管VT8的栅极电性连接，所述SR触发器（12）的输出Q非端分别与MOS管VT3、MOS管VT5和MOS管VT9的栅极电性连接。3.根据权利要求1所述的基于温度传感的松弛振荡器，其特征在于：所述电阻选择电路（6）包括温度传感器（1）、温度控制开关（3）和温度补偿电阻（14），所述温度传感器（1）的输出端电性连接有五组逻辑电路（2），五组所述逻辑电路（2）分别为第二比较器（20）和第三反相器（21）、第三比较器（22）和第四反相器（23）、第四比较器（24）和第五反相器（25）、第五比较器（26）和第六反相器（24）、第六比较器（28）和第七反相器（29），所述温度传感器（1）的输出端分别电性连接第二比较器（20）、第三比较器（22）、第四比较器（24）、第五比较器（26）和第六比较器（28）同相输入端，所述第二比较器（20）的输出端T1与第三反相器（21）的输入端电性连接，所述第三比较器（22）的输出端T2与第四反相器（23）的输入端电性连接，所述第四比较器（24）的输出端T3与第五反相器（25）的输入端电性连接，所述第五比较器（26）的输出端T4与第六反相器（27）的输入端电性连接，所述第六比较器（28）的输出端T5与第七反相器（29）的输入端电性连接，所述温度控制开关（3）包括三组MOS管开关电路（13），所述MOS管开关电路（13）分别为MOS管VT10、MOS管VT11、MOS管VT12、MOS管VT13、MOS管VT14、MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17，所述MOS管VT10和MOS管VT11源极电性连接，所述MOS管VT10和MOS管VT11的漏极分别与MOS管VT12和MOS管VT13的源极电性连接，第一组所述MOS管VT10和MOS管VT12的栅极均与第三比较器（22）的输出端T2电性连接，第一组所述MOS管VT11和MOS管VT13的栅极均与第四反相器（23）的输出端T2B电性连接，所述MOS管VT12和MOS管VT13的漏极分别与MOS管VT14、MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17的源极电性连接，所述MOS管VT14和MOS管VT15、MOS管VT16和MOS管VT17的漏极之间相互电性连接，第一组所述MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第二比较器（20）的输出端T1电性连接，第一组所述MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第三反相器（21）的输出端T1B电性连接，第二组所述MOS管VT10的栅极与第五比较器（26）的输出端T4电性连接，第二组所述MOS管VT11的栅极与第六反相器（27）的输出端T4B电性连接，第二组所述MOS管VT12的栅极与第四反相器（23）的输出端T2B电性连接，第二组所述MOS管VT13的栅极与第三比较器（22）的输出端T2电性连接，第二组所述MOS管VT14和MOS管VT17的栅极均与第四比较器（24）的输出端T3电性连接，第二组所述MOS管VT15和MOS管VT16的栅极均与第五反相器（25）的输出端T3B电性连接，第三组所述MOS管VT10和MOS管VT12的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀，王一非，杨慧明，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41