一种环形振荡器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种环形振荡器，包括第一开关管，电阻，电容，第一反相器和第二反相器；所述第一开关管的第一端连接电源的输出端，第二端连接所述电阻的第一端、所述电容的第一端以及所述第一反相器的输入端，所述电阻的第二端与所述电容的第二端相连后接地，所述第一反相器的输出端连接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接所述第一开关管的控制端；所述第一开关管的导通电阻值远小于所述电阻的阻值；所述第一反相器的输入信号下降沿的阈值电压随温度线性变化，且线性变化的比例系数在(0.5～3)mV/℃的范围内。本实用新型专利技术的环形谐振器的振荡频率不会随温度非线性地大幅度变化。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】-种环形振荡器
本技术设及模拟集成电路，特别设及一种环形振荡器。 【
技术介绍
】 振荡器可W产生周期性时钟信号，被广泛地使用于各种集成电路应用中。例如，在 溫度传感忍片设计中，通常需要高性能的参考时钟来辅助完成溫度量化。 典型的振荡器一般设及3个W上的奇数个反相器，振荡器的频率由每级反相器的 延迟决定，而反相器的延迟取决于反相器的充放电电流及负载电容。因为晶体管中载流子 迁移率随溫度呈现指数变化，所W晶体管电流等参数都随溫度显著变化，而且变化是非线 性的。而对于溫度传感忍片设计等应用，振荡器输出频率需要相对稳定，不能随溫度非线性 地大幅度变化。综上，亟需提出新的振荡器设计技术。 【
技术实现思路
】 本技术所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种环形振 荡器，其振荡频率不会随溫度非线性地大幅度变化。 本技术的技术问题通过W下的技术方案予W解决： -种环形振荡器，包括第一开关管，电阻，电容，第一反相器和第二反相器;所述第 一开关管的第一端连接电源的输出端，第二端连接所述电阻的第一端、所述电容的第一端 W及所述第一反相器的输入端，所述电阻的第二端与所述电容的第二端相连后接地，所述 第一反相器的输出端连接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接所述第 一开关管的控制端;所述第一开关管的导通电阻值远小于所述电阻的阻值;所述第一反相 器的输入信号下降沿的阔值电压随溫度线性变化，且线性变化的比例系数在(0.5~3)mV/ °C的范围内。 本技术与现有技术对比的有益效果是：[000引本技术的环形振荡器，通过开关管、电阻、电容W及两个反相器的连接改进， 且开关管的导通电阻值远小于电阻的阻值，第一反相器的输入信号下降沿的阔值电压随溫 度线性变化，且线性变化的比例系数很小，从而振荡器工作产生的振荡频率随溫度的变化 近似为线性变化，且线性变化的系数接近或者等于0,远小于1，从而振荡频率不随溫度变化 或者仅随溫度小幅度地线性变化，从而可有效地应用在大多数领域。 【【附图说明】】 图1是本技术【具体实施方式】的环形振荡器的结构示意图； 图2是本技术【具体实施方式】的环形振荡器中的反相器的等效结构示意图； 图3是本技术【具体实施方式】的环形振荡器工作时开关管的控制端栅极电极W 及电容两端的电压的波形示意图； 图4是本技术【具体实施方式】的环形振荡器的一种优选结构示意图。 【【具体实施方式】】 下面结合【具体实施方式】并对照附图对本技术做进一步详细说明。 如图1所示，为本【具体实施方式】的环形振荡器的结构示意图。环形振荡器包括PMOS 开关管MP、电阻R、电容C、第一反相器invl、第二反相器inv2。其中，开关管MP的第一端连接 电源VDD的输出端，第二端连接电阻R的第一端、电容C的第一端W及第一反相器invl的输入 端，电阻R的第二端与电容C的第二端相连后接地，第一反相器invl的输出端连接第二反相 器inv2的输入端，第二反相器inv2的输出端连接开关管MP的控制端。PMOS开关管MP的导通 电阻值远小于电阻R的阻值。 第一反相器或者第二反相器的内部结构如图2所示，实现方式是一个PMOS开关管 S2连接一个醒OS开关管S3。该实现方式下，第一反相器的输入信号下降沿的阔值电压即为 PMOS开关管S2的阔值电压Vthp，而PMOS开关管S2的阔值电压Vthp随溫度线性变化的表达式为： Vthp(T) =VthpO-Q(T-To)，其中，T日为25°C,Vthp日为25°C时PMOS开关管S2的阔值电压，a在（0.5 ~3)mV/°C的范围内。通过该实现方式，借助于PMOS开关管S2的阔值电压随溫度线性变化， 获得了第一反相器的输入信号下降沿的阔值电压随溫度线性变化，且线性变化的比例系数 在(0.5~3)mV/°C的范围内的目标。该实现方式结构简单，成本低。当然，其余可实现第一反 相器的阔值电压的上述目标的方式，均可应用到方案中。 上述环形振荡器工作时，PMOS开关管MP的控制端栅极电极Vp。，W及电容C两端的电 压Vcmt的波形图如图3所示。时钟周期tcdk由上升时间tclkl和下降时间tclk2两部分组成。工作 原理如下： 第一阶段：当开关管MP的控制端栅极电压Vp。低于(VDD-Vthjnp)时(Vth_mp为开关 管MP的阔值电压），开关管MP导通，电容C的电压将被充电至VDD。由于电容C的电压Vwt为高 电平，经过invl和inv2两个反相器，栅极电极Vpc将由低电平变化至高电平VDD，从而开关管 MP被关断。[001引在对电容充电过程中，电容C的充电时间正比于C*Rx，fcc为等效电阻。在本具体实 施方式的电路中，Rx为开关管MP的导通电阻并联电阻R后的阻值。而由于本【具体实施方式】中 开关管MP的导通电阻足够小(远小于电阻R的阻值），因此，等效电阻Rx就很小，则将电容C两 端的电压充电至VDD的时间会很短暂，时钟周期中的上升时间tciki很小，从而可远远小于时 间常数RC，即有 tciki?RC (1)。 优选地，第一反相器invl和第二反相器inv2的内部延时时间远小于时间常数RC， 其中，R表示所述电阻的阻值;C表示所述电容的容值。由于两个反相器的内部延时也是时钟 周期的一部分，将反相器延时设计得远小于时间常数RC，可尽可能地减小反相器延时在整 个时钟周期中的比重，从而尽可能减小上升时间tciki，有助于使其远远小于时间常数RC，便 于在后续做简化省略。 进一步优选地，如图4所示，在第二反相器inv2的输出端和开关管MP的栅极之间接 入两个串联的反相器inv3和inv4。也即环形谐振器还可包括第=反相器inv3和第四反相器 inv4。第S反相器inv3的输入端连接第二反相器inv2的输出端，第S反相器inv3的输出端 连接第四反相器inv4的输入端，第四反相器inv4的输出端连接开关管MP的控制端。运样，反 相器在小信号等效上可W理解为放大器，通过两级放大器，可W很快地放大信号，W来加速 栅极电压化C由低电平变化至高电平V孤的时间。化C由低电平变化至高电平VDD的时间长短 也是上升时间tciki长短的一个影响因素。因此，当增加两个反相器inv3和inv4加速化C由低 电平变化至高电平VDD后，有助于缩短上升时间tciki，有助于使其远远小于时间常数RC，便 于在后续做简化省略。第二阶段:开关管MP关断后，电容C与等效电阻组成放电回路。此时，开关管MP的关 断电阻无穷大，不会与C组成放电回路。则等效电阻为电阻R，因此即为电阻R和电容C组成放 电回路。电容C两端的电压Vout由V孤开始下降，当Vout下降至(V孤-Vthp)时(Vthp为第一反 相器invl输入信号下降沿的阔值电压，也即PMOS开关管S2的阔值电压Vthp),第一反相器 invl输出高电平，经过第二反相器inv2后，输出低电平，则栅极电压Vpc很快变化至低电平。 振荡器将进入下一个周期的第一阶段，周而复始，最终电容C两端的电压Vout产生周期变化 的时钟信号。在该电路中，开关管MP关断后，第一反相器invl的输入电容相对C很小，可W忽 略不计。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环形振荡器，其特征在于：包括第一开关管，电阻，电容，第一反相器和第二反相器；所述第一开关管的第一端连接电源的输出端，第二端连接所述电阻的第一端、所述电容的第一端以及所述第一反相器的输入端，所述电阻的第二端与所述电容的第二端相连后接地，所述第一反相器的输出端连接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接所述第一开关管的控制端；所述第一开关管的导通电阻值远小于所述电阻的阻值；所述第一反相器的输入信号下降沿的阈值电压随温度线性变化，且线性变化的比例系数在(0.5～3)mV/℃的范围内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐仙，张春，王志华，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：新型
国别省市：广东;44