一种高精度有源RC振荡器及其高精度校准方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度有源RC振荡器及其高精度校准方法，根据目标频率及要求的输出频率可调范围分别确定可变电流源、可变电容、可变电阻的可调范围，通过不断调整可变电流源、可变电容、可变电阻，经过粗校准、细校准、精校准三步分步校准步骤，使输出频率趋向目标频率。本发明专利技术使有源RC振荡器在频率校准过程中的校准步进更加均匀，线性化更高，校准精度更高，校准速度更快。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度有源RC振荡器及其高精度校准方法
本专利技术涉及模拟集成电路设计领域，具体涉及一种针对提高有源RC振荡器精度的校准方法，可广泛应用定时芯片，无线或有线通信芯片。
技术介绍
有源RC振荡器的原理主要是由频率校准电路、电阻R、电容C、参考电流源、放电晶体管和比较器组成的选频网络。有源RC振荡器的频率输出表达式为：（1）传统有源RC振荡器校准方法通常只校准电阻或电容，如图2所示，该图代表只校准电阻R或电容C时，校准控制字与输出频率之间的关系。假设单位电阻为r，电阻R的可变范围为m*r到n*r（n>m,且m,n为整数），则振荡器的输出频率的校准范围为：（2）频率校准步进为：（3）其中，x∈（m,n）。频率校准步进随x的增大逐渐变小，当x=m时，校准步进最大，当x=n时，校准步进最小；校准的频率步进为非线性步进，且最大步进与最小步进之差为：（4）由公式（4）可以看出，n-m越小，则最大步进与最小步进之差越小，频率校准步进越接近，即频率校准步进越均匀，但是由于振荡器的校准范围有限制，m与n的取值将受到限制，所以传统校准方法精度有限，需要多次校准，校准时间过长。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有技术中有源RC振荡器校准精度受限的问题，本专利技术提供一种有源RC振荡器的高精度校准方法。本专利技术另一目的是提供一种高精度有源RC振荡器。技术方案：一种有源RC振荡器高精度校准方法，包括以下步骤：提供目标频率及要求的输出频率的可调范围；已知固定电流源的电流值I0、可变电阻的理想值R0、可变电容的理想值C0；设可变电流源为I，可变电容为C，可变电阻为R；定义参数α、β、γ，（5）（6）（7）从α、β、γ中选择第一参数、第二参数及第三参数，对应地从可变电流源、可变电容及可变电阻中选择第一变量、第二变量及第三变量；根据目标频率及要求的输出频率的可调范围分别计算第一参数、第二参数及第三参数的取值范围；根据第一参数、第二参数及第三参数的取值范围分别确定第一变量、第二变量及第三变量相应的控制位的可调范围；在第一变量的可调范围内调整第一变量的控制位，并计算输出频率与目标频率的差值，当差值最小时，在第二变量的可调范围内调整第二变量的控制位，并计算输出频率与目标频率的差值，当差值最小时，在第三变量的可调范围内调整第三参数的控制位，并计算输出频率与目标频率的差值，当差值最小时，完成校准。进一步地，第一参数、第二参数及第三参数的取值范围的计算方法包括：令目标频率为f0，要求的输出频率的可调范围为（f0*a1，f0*b1）；根据输出频率的可调范围，设第一参数的取值范围为(e1，f1)，e1≤a1，f1≥b1，a1为比例下限，b1为比例上限；计算第一最大步进百分比fstep1：（8）根据第一最大步进百分比，更新输出频率的可调范围为（f0*a2，f0*b2），a2为第一次更新的比例下限，b2为第一次更新的比例上限，且（9）（10）设第二参数的取值范围为(e2，f2)，e2≤a2，f2≥b2；计算第二最大步进百分比fstep2：（11）根据第二最大步进百分比，更新输出频率的可调范围为（f0*a3，f0*b3），a3为第二次更新的比例下限，b3为第二次更新的比例上限，且（12）（13）设第三参数的取值范围为(e3，f3)，e3≤a3，f2≥b3。进一步地，第一参数为α，第二参数为β，第三参数为γ；相应地第一变量为可变电流源，第二变量为可变电容，第三变量为可变电阻。进一步地，第一变量、第二变量及第三变量的控制位的可调范围的确认方法包括：令可变电流源的控制位为y，可变电容的控制位为z，可变电阻的控制位为x；y、z、x与α、β、γ之间的关系为：（14）（15）（16）其中，i1、c1、r1分别为单位电流值、单位电容值及单位电阻值；根据第一参数、第二参数、第三参数的取值范围分别确定各控制位的可调范围。进一步地，校准时，调整第一变量的控制位和/或第二变量的控制位和/或第三变量的控制位采用二分法进行调整。进一步地，校准时，调整第一变量的控制位和/或第二变量的控制位和/或第三变量的控制位的方法为：根据控制位的可调范围及取最大值、取最小值时的输出频率预估最接近目标频率的控制位。一种高精度有源RC振荡器，包括固定电流源、可变电流源、可变电阻、可变电容、比较器、放电晶体管、参考频率源及频率校准电路，固定电流源、可变电流源的漏端分别连接在比较器的两个输入端；可变电阻、可变电容分别连接在比较器的两个输入端；放电晶体管的栅极与比较器输出端连接，漏极与可变电容连接；频率校准电路的输入端连接比较器输出端；频率校准电路用于根据输入的参考频率源及输出信号确定输出频率，并根据输出频率与目标频率的差值产生用于调节可变电流源、可变电阻、可变电容的控制位。进一步地，令可变电流源的控制位为y，可变电容的控制位为z，可变电阻的控制位为x，y、z、x的可调范围为：（17）（18）（19）其中，I0为固定电流源的电流值，R0为可变电阻的理想值，C0为可变电容的理想值，i1、c1、r1分别为单位电流值、单位电容值及单位电阻值；e1、f1、e2、f2、e3、f3的说明如下：令第一参数为α，第二参数为β，第三参数为γ，（20）（21）（22）I为可变电流源，C为可变电容，R为可变电阻；e1、f1分别为α的最小值和最大值，e2、f2分别为β的最小值和最大值，e3、f3分别为γ的最小值和最大值；令目标频率为f0，要求的输出频率的可调范围为（f0*a1，f0*b1），a1为比例下限，b1为比例上限；第一参数α的取值范围为：α∈(e1，f1)，e1≤a1，f1≥b1；第一最大步进百分比为：（23）第二参数β的取值范围为：β∈(e2，f2)，e2≤a2，f2≥b2，a2为第一次更新的比例下限，b2为第一次更新的比例上限，且（24）（25）第二最大步进百分比为：（26）第三参数γ的取值范围为：γ∈(e3，f3)，e3≤a3，f3≥b3，a3为第二次更新的比例下限，b3为第二次更新的比例上限，且（27）（28）。有益效果：本专利技术提供一种有源RC振荡器的高精度校准方法，相比较现有技术，通过输出频率与目标频率的差值，在可调节范围内分别动态调节可变电流源大小、可变电容容值以及可变电阻阻值，从而克服工艺温度以及其它因素对RC振荡频率的影响，得到一个相对精确的频率值，使输出频率尽可能趋近目标频率。采用分次校准，将校准分为粗调、细调和精调三个步骤，相比传统校准方法，最大步进得到了很好的限制，将频率校准步进均匀线性化，从而提高有源RC振荡器校准频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源RC振荡器高精度校准方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供目标频率及要求的输出频率的可调范围；已知固定电流源的电流值I0、可变电阻的理想值R0、可变电容的理想值C0；设可变电流源为I，可变电容为C，可变电阻为R；/n定义参数α、β、γ，/n

【技术特征摘要】
1.一种有源RC振荡器高精度校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供目标频率及要求的输出频率的可调范围；已知固定电流源的电流值I0、可变电阻的理想值R0、可变电容的理想值C0；设可变电流源为I，可变电容为C，可变电阻为R；
定义参数α、β、γ，

（1）

（2）

（3）
从α、β、γ中选择第一参数、第二参数及第三参数，对应地从可变电流源、可变电容及可变电阻中选择第一变量、第二变量及第三变量；根据目标频率及要求的输出频率的可调范围分别计算第一参数、第二参数及第三参数的取值范围；根据第一参数、第二参数及第三参数的取值范围分别确定第一变量、第二变量及第三变量相应的控制位的可调范围；
在第一变量的可调范围内调整第一变量的控制位，并计算输出频率与目标频率的差值，当差值最小时，在第二变量的可调范围内调整第二变量的控制位，并计算输出频率与目标频率的差值，当差值最小时，在第三变量的可调范围内调整第三参数的控制位，并计算输出频率与目标频率的差值，当差值最小时，完成校准。


2.根据权利要求1所述的有源RC振荡器高精度校准方法，其特征在于，第一参数、第二参数及第三参数的取值范围的计算方法包括：
令目标频率为f0，要求的输出频率的可调范围为（f0*a1，f0*b1），a1为比例下限，b1为比例上限；
根据输出频率的可调范围，设第一参数的取值范围为(e1，f1)，e1≤a1，f1≥b1；计算第一最大步进百分比fstep1：

（4）
根据第一最大步进百分比，更新输出频率的可调范围为（f0*a2，f0*b2），a2为第一次更新的比例下限，b2为第一次更新的比例上限，且

（5）

（6）
设第二参数的取值范围为(e2，f2)，e2≤a2，f2≥b2；计算第二最大步进百分比fstep2：

（7）
根据第二最大步进百分比，更新输出频率的可调范围为（f0*a3，f0*b3），a3为第二次更新的比例下限，b3为第二次更新的比例上限，且

（8）

（9）
设第三参数的取值范围为(e3，f3)，e3≤a3，f2≥b3。


3.根据权利要求1或2所述的有源RC振荡器高精度校准方法，其特征在于，第一参数为α，第二参数为β，第三参数为γ；相应地第一变量为可变电流源，第二变量为可变电容，第三变量为可变电阻。


4.根据权利要求3所述的有源RC振荡器高精度校准方法，其特征在于，第一变量、第二变量及第三变量的控制位的可调范围的确认方法包括：
令可变电流源的控制位为y，可变电容的控制位为z，可变电阻的控制位为x；y、z、x与α、β、γ之间的关系为：

（10）

（11）

（12）
其中，i1、c1、r1分别为单位电...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹤，
申请(专利权)人：南京沁恒微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32