张弛振荡器及单片集成芯片制造技术

本发明专利技术提供一种张弛振荡器及单片集成芯片，该振荡器的包括张弛振荡器电路，张弛振荡器电路包括阈值电压产生电路、电容充放电电路以及比较器电路，阈值电压产生电路向比较器电路的反相输入端输入阈值电压信号，电容充放电电路向比较器电路的同相输入端反相输入端输入电容电压信号。阈值电压产生电路包括第一电流源、第二电流源以及阈值电阻，第一电流源通过第一反相开关元件向阈值电阻施加电流，第二电流源通过第一同相开关元件向阈值电阻抽取电流；电容充放电电路包括第三电流源、第四电流源以及电容，第三电流源通过第二反相开关元件向电容施加电流，第四电流源通过第二同相开关元件向电容抽取电流。该单片集成芯片应用该张弛振荡器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及振荡器领域，具体的，涉及一种基于自举技术的张弛振荡器，还涉及一种应用该张弛振荡器的单片集成芯片。
技术介绍
所有需要时钟信号的单片集成电路设备都需要时钟源提供时钟信号，主流的时钟源有片外晶体振荡器、片上谐波振荡器、片上环形振荡器和片上张弛振荡器，晶体振荡器因为其良好的频率精确度和稳定性而被广泛应用。随着物联网设备、可穿戴设备和医疗植入式设备的发展，市场对电子设备的可集成性的需求越来越高、功耗控制的要求越来越苛刻、成本降低的渴望越来越强，因此片上可集成振荡器的性能需要被大幅提升以替代晶体振荡器同时满足不断提高的市场需求。张弛振荡器因为功耗较低、频率易控、结构简单而被广泛的应用和研究。公开号CN104124921A的中国专利技术专利申请公开了名为“基于电流模比较器的低压低功耗CMOS张弛振荡器及方法”的专利技术创造，该张弛振荡器使用两个电容避免了电容放电的延迟时间对频率稳定性的影响，但是电容电路版图的面积增加了一倍，使得成本增加。同时，SR锁存器输入端的阈值电压存在失调且还会受到温度的影响，一旦失调电压或者温度变化导致阈值电压变化，使频率精度和稳定性都会变差。此外，在振荡时每半个周期都会对一个电容充电一个电容放电，然后交替进行。在器对某一电容放电时，充电电流源仍然提供电流。所以在任何时刻振荡主电路在电容上消耗的电流都是两倍参考电流，使得电流利用率低、功耗较大。此外，公开号CN103338026A的中国专利技术专利申请公开了名为“张弛振荡器”的专利技术创造，该振荡器为了提升对温度的频率稳定性，采用了温度系数互补的P型多晶硅电阻和N型多晶硅电阻，其中N型多晶硅电阻的单位阻值较低，增大了电路版图中电阻所占用的面积，导致成本增加。为了消除比较器和电流模比较器的失调电压，该振荡器设计了较为复杂的比较器结构和开关切换单元，同时为了配合控制切换单元，又设计了较为复杂的时钟产生器，增加了电路的复杂度，延长了开发周期。同时，由于电压信号经过比较器和时钟产生器时，回路延迟较长，导致在周期内加入了较长的非理想延迟，非理想延迟时间易受到温度和电压的影响，从而导致频率稳定性受到限制。此外，比较器需要借助运算放大器为比较级提供电压，且为了得到良好的性能，比较级需要消耗静态电流，因而导致振荡电路的功耗较高。另外，振荡器在振荡时，每半个周期会对电容充电一次，紧接着立刻放电，再进行下半个周期的充电。所以在任何时刻振荡器主电路在电容上消耗的电流都是一倍参考电流，电流利用率较低。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种降低生产成本、缩短开发周期、提升频率稳定性以及实现超低功耗的张弛振荡器。本专利技术的另一目的是提供一种频率稳定性高且功耗低的单片集成芯片。为了实现上述目的，本专利技术提供的张弛振荡器包括张弛振荡器电路，张弛振荡器电路包括阈值电压产生电路、电容充放电电路以及比较器电路，阈值电压产生电路向比较器电路的反相输入端输入阈值电压信号，电容充放电电路向比较器电路的同相输入端输入电容电压信号；阈值电压产生电路包括第一电流源、第二电流源以及阈值电阻，第一电流源通过第一反相开关元件向阈值电阻施加电流，第二电流源通过第一同相开关元件向阈值电阻抽取电流；电容充放电电路包括第三电流源、第四电流源以及电容，第三电流源通过第二反相开关元件向电容施加电流，第四电流源通过第二同相开关元件向电容抽取电流。由上述方案可见，本专利技术的张弛振荡器使用一个阈值电压产生电路产生了两个阈值电压，使用一个充放电电路对同一电容节点进行充放电。由这种结构形成的振荡器结构简单、模块少、电流利用率高，从而实现了缩短开发周期、减小电路板版图面积、实现超低功耗的问题。一个方案中，第一反相开关元件、第一同相开关元件、第二反相开关元件与第二同相开关元件分别与比较器电路的输出端电连接。由上述方案可见，利用比较器电路的输出电压对开关元件进行控制，可实现电路自动控制电容充放电的进程。一个方案中，比较器电路的输出端与阈值电阻和电容之间的支路电连接。由此可见，本专利技术的张弛振荡器通过将比较器的输出电压反馈到阈值电阻和电容之间的支路，使得电容充放电的电压范围增加，并且电容经过充电后，还利用已有电荷进行放电，提高了电流利用率。进一步的方案中，比较器电路包括电流模比较电路和反相器电路，电流模比较电路向反相器电路发送电压信号。由上述方案可见，比较器电路通过电流模比较器比较阈值电阻与电容的电压后，再通过反相器电路进行电压值的数字量化。使得输出电平的转换更加迅速。进一步的方案中，第一电流源和第三电流源分别与电源线电连接，第二电流源和第四电流源分别接地。由此可见，本专利技术的第一电流源和第三电流源在电容充电时分别给阈值电阻和电容提供电流源，第二电流源和第四电流源在电容放电时分别给阈值电阻和电容提供电流源。优选的方案中，第一电流源、第二电流源、第三电流源和第四电流源分别包括一个MOS管，第一电流源的MOS管与第三电流源的MOS管共栅极连接，第二电流源的MOS管与第四电流源的MOS管共栅极连接。由上述方案可见，由于MOS管在现今工艺中容易实施，在振荡电路中使用MOS管可降低制造成本。具体的方案中，张弛振荡器电路还包括偏置电路，偏置电路分别与第一电流源、第二电流源、第三电流源及第四电流源电连接。由上述方案可见，利用一个偏置电路分别与第一电流源、第二电流源、第三电流源及第四电流源电连接，可为振荡电路提供参考电流源。为了实现上述的另一目的，本专利技术提供的单片集成芯片包括本专利技术提供的张弛振荡器，张弛振荡器向单片集成芯片中的时钟使用电路提供时钟信号。由上述方案可知，本专利技术的单片集成芯片通过使用张弛振荡器，该振荡器结构简单、模块少、功耗低、电流利用率高，可使单片集成芯片实现高频率稳定性及低功耗。附图说明图1是本专利技术张弛振荡器第一实施例的张弛振荡器电路电原理图。图2是本专利技术张弛振荡器第二实施例的张弛振荡器电路电原理图。图3是本专利技术张弛振荡器第二实施例的张弛振荡器电路中电容C2参考端电压VC2的电压输出波形示意图。图4是本专利技术张弛振荡器第三实施例的张弛振荡器电路电原理图。以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。具体实施方式本专利技术的张弛振荡器是基于自举技术的张弛振荡器，本专利技术可应用于振荡器的设计中，还可应用于单片集成芯片的设计中。第一实施例：如图1所示，图1为本专利技术张弛振荡器的一个实施例的张弛振荡器电路电原理图。从图中可以看出，该振荡器的张弛振荡器电路包括阈值电压产生电路1、电容充放电电路2以及比较器电路3，阈值电压产生电路1向比较器电路3的反相输入端输入阈值电压信号，电容充放电电路2向比较器电路3的同相输入端输入电容电压信号。阈值电压产生电路1包括第一电流源I1、第二电流源I2以及阈值电阻R1，第一电流源I1通过第一反相开关元件SW1向阈值电阻R1施加电流（即，电流从第一电流源I1经过第一反相开关元件SW1流向阈值电阻R1），第二电流源I2通过第一同相开关元件SW2向阈值电阻R1抽取电流（即，电流从阈值电阻R1经过第一同相开关元件SW2流向第二电流源I2）。电容充放电电路2包括第三电流源I3、第四电流源I4以及电容C1，第三电流源I3通过第二反相开关元件SW3向电容C1施加电流（即，电流从第三电流源I3经过第二反相开关元件SW3流向电容C1）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种张弛振荡器，包括张弛振荡器电路，其特征在于：所述张弛振荡器电路包括阈值电压产生电路、电容充放电电路以及比较器电路，所述阈值电压产生电路向所述比较器电路的反相输入端输入阈值电压信号，所述电容充放电电路向所述比较器电路的同相输入端输入电容电压信号；所述阈值电压产生电路包括第一电流源、第二电流源以及阈值电阻，所述第一电流源通过第一反相开关元件向所述阈值电阻施加电流，所述第二电流源通过第一同相开关元件向所述阈值电阻抽取电流；所述电容充放电电路包括第三电流源、第四电流源以及电容，所述第三电流源通过第二反相开关元件向所述电容施加电流，所述第四电流源通过第二同相开关元件向所述电容抽取电流。

【技术特征摘要】
1.一种张弛振荡器，包括张弛振荡器电路，其特征在于：所述张弛振荡器电路包括阈值电压产生电路、电容充放电电路以及比较器电路，所述阈值电压产生电路向所述比较器电路的反相输入端输入阈值电压信号，所述电容充放电电路向所述比较器电路的同相输入端输入电容电压信号；所述阈值电压产生电路包括第一电流源、第二电流源以及阈值电阻，所述第一电流源通过第一反相开关元件向所述阈值电阻施加电流，所述第二电流源通过第一同相开关元件向所述阈值电阻抽取电流；所述电容充放电电路包括第三电流源、第四电流源以及电容，所述第三电流源通过第二反相开关元件向所述电容施加电流，所述第四电流源通过第二同相开关元件向所述电容抽取电流。2.根据权利要求1所述的张弛振荡器，其特征在于：所述第一同相开关元件、所述第一反相开关元件、所述第二同相开关元件与所述第二反相开关元件分别与所述比较器电路的输出端电连接。3.根据权利要求2所述的张弛振荡器，其特征在于：所述比较器电路的输出端与所述阈值电阻和所述电容之间的支路电连...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊骕研，
申请(专利权)人：珠海全志科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44