振荡器及其工作方法技术

本发明专利技术实施例提供一种振荡器及其工作方法，其中，该振荡器包括：两个充放电电路的输出端分别与两个比较器的负输入端连接；两个基准电压生成电路的输出端分别与两个比较器的输入端连接，在两个基准电压生成电路的逻辑时序控制下，每个比较周期的前半周期，第一比较器处于预充电阶段，第一比较器的输入电压充电至第一基准电压，第二比较器处于充电阶段，第二比较器的输入电压由第一基准电压充电至第二基准电压；每个比较周期的后半周期，第一比较器处于充电阶段，第一比较器的输入电压由第一基准电压充电至第二基准电压，第二比较器处于预充电阶段，第二比较器的输入电压由第二基准电压复位后充电至第一基准电压，第一基准电压小于第二基准电压。

【技术实现步骤摘要】
振荡器及其工作方法
本专利技术涉及电子设备
，特别涉及一种振荡器及其工作方法。
技术介绍
用RC选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路，片上时钟产生器(OCO,OnChipOscillator)因为低成本、易集成的特点被广泛应用于各类芯片中。振荡器输出时钟频率fo由算式①决定：在实际工艺中由于电阻电容器件随温度电压条件变化特性会发生变化，根据设计需求会采用不同的电路结构来实现振荡的功能。目前常用的电路结构主要有两种：1、张弛振荡器(Relaxationoscillator)。这种振荡器结构通常使用于低频振荡(小于10MHz)、精度要求不高(大于5％)的应用场合，具有结构简单、启动时间短(小于2周期)、低频时效率高的特点。2、闭环振荡器(CloseLooposcillator)。这种振荡器结构使用环路反馈的原理，在环路内部加入了温度补偿等模块，提高了的时钟精度，适用于对时钟精度要求高(小于3％)、时钟频率高(大于20MHz)的应用场合，但电路结构复杂，设计周期长，面积较大，消费电流大(高频时电流效率较高)。针对张弛振荡器，以图1所示的现有的OCO结构电路为例，如图2所示，电路使能后，CK信号为低，Ic对Vc1节点充电，当Vc1电压大于基准电压VcM后，CMP1输出由L→H，CK由L→H，Vc1节点充电结束电压被复位到0，此时CKB为低，Vc2节点开始充电，如此往复形成时钟信号。输出时钟频率f0由算式②决定：Req＝R+Rtrim>其中，f0为输出时钟频率，Iref为基准电流，VCM为基准电压，Req为时钟产生电路中电阻，R为固定电阻，Rtrim为修调电阻，Vos1为比较器1失调电压，Vos2为比较器2失调电压，t1为比较器1时间常数，t2为比较器2时间常数，td1为比较器1延迟时间，td2为比较器2延迟时间，C为时钟产生电路电容。可见，该电路结构的比较器迟延在温度、电压条件变化时存在较大变动，导致频率精度变差，精度成为限制其使用范围的决定性因素。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种振荡器，以解决现有技术中振荡器由于比较器存在延迟导致频率精度低的技术问题。该振荡器包括：两个比较器，用于输出脉冲信号；两个充放电电路，两个所述充放电电路中的第一充放电电路的输出端与两个所述比较器中的第一比较器的负输入端连接，两个所述充放电电路中的第二充放电电路的输出端与两个所述比较器中的第二比较器的负输入端连接；两个基准电压生成电路，两个所述基准电压生成电路中的第一基准电压生成电路的基准电压输出端与所述第一比较器的正输入端连接，两个所述基准电压生成电路中的第一基准电压生成电路的比较器失调消除基准电压输出端与所述第一比较器的比较器失调消除基准电压输入端连接，两个所述基准电压生成电路中的第二基准电压生成电路的基准电压输出端与所述第二比较器的正输入端连接，两个所述基准电压生成电路中的第二基准电压生成电路的比较器失调消除基准电压输出端与所述第二比较器的比较器失调消除基准电压输入端连接，在两个所述基准电压生成电路的逻辑时序控制下，每个比较周期包括预充电阶段和充电阶段，在每个比较周期的前半周期，所述第一比较器处于预充电阶段，所述第一比较器的输入电压充电至第一基准电压，所述第二比较器处于充电阶段，所述第二比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至第二基准电压；在每个比较周期的后半周期，所述第一比较器处于充电阶段，所述第一比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至所述第二基准电压，所述第二比较器处于预充电阶段，所述第二比较器的输入电压由所述第二基准电压复位后充电至所述第一基准电压，同一个比较周期内比较器的两次比较过程中的延迟与电压失调互相抵消，其中，所述第一基准电压小于所述第二基准电压。本专利技术实施例还提供了一种振荡器的工作方法，以解决现有技术中振荡器由于比较器存在延迟导致频率精度低的技术问题。该方法包括：在两个所述基准电压生成电路的逻辑时序控制下，每个比较周期包括预充电阶段和充电阶段，在每个比较周期的前半周期，对所述第一比较器进入预充电阶段，所述第一比较器进行输入电压失调消除动作后，将所述第一比较器的输入电压充电至第一基准电压，对所述第二比较器进行充电阶段，将所述第二比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至第二基准电压；在每个比较周期的后半周期，对所述第一比较器进行充电阶段，将所述第一比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至所述第二基准电压，对所述第二比较器进行预充电阶段，所述第二比较器进行输入电压失调消除动作后，将所述第二比较器的输入电压由所述第二基准电压复位后充电至所述第一基准电压，使得同一个比较周期内比较器的两次比较过程中的延迟与电压失调互相抵消，其中，所述第一基准电压小于所述第二基准电压。在本专利技术实施例中，提出了在振荡器中增加两个相同结构的基准电压生成电路，基准电压生成电路为比较器提供两个不同电位的基准电压，通过逻辑时序控制，使得比较器每个比较周期包括预充电阶段和充电阶段，在每个比较周期的前半周期，所述第一比较器处于预充电阶段，所述第一比较器的输入电压充电至第一基准电压，所述第二比较器处于充电阶段，所述第二比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至第二基准电压；在每个比较周期的后半周期，所述第一比较器处于充电阶段，所述第一比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至所述第二基准电压，所述第二比较器处于预充电阶段，所述第二比较器的输入电压由所述第二基准电压复位后充电至所述第一基准电压。同一个比较周期内比较器的两次比较过程中的延迟与电压失调互相抵消，即实现了每个比较器在一个比较周期内进行两次充电，且在同一个比较周期内两个比较器分别处于不同的充电阶段，在前半周期内第一比较器处于预充电阶段，第二比较器处于充电阶段，而在后半周期内第一比较器处于充电阶段，第二比较器处于预充电阶段，两个比较器的充电是分时且阶段错开进行的，这样使得同一个比较周期内比较器的两次比较过程中的延迟和电压失调互相抵消，与现有技术中的振荡器相比，实现了消除振荡器延迟的功能，从而提高振荡器的频率精度，进而有利于扩宽振荡器的使用范围。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1是现有技术中的振荡器的电路结构图；图2是现有技术中的振荡器的动作时序示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种振荡器的电路结构图；图4是本专利技术实施例提供的一种IREF电路的结构示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种CMP电路的结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种DELAY电路的结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种LOGCI电路的结构示意图；图8是本专利技术实施例提供的一种采用半周期预充电补偿技术的电阻电容型张弛振荡器的结构图；图9是本专利技术实施例提供的一种图8中电阻电容型弛豫振荡器半周期预充电补偿技术的控制逻辑时序图；...

【技术保护点】
1.一种振荡器，其特征在于，包括：/n两个比较器，用于输出脉冲信号；/n两个充放电电路，两个所述充放电电路中的第一充放电电路的输出端与两个所述比较器中的第一比较器的负输入端连接，两个所述充放电电路中的第二充放电电路的输出端与两个所述比较器中的第二比较器的负输入端连接；/n两个基准电压生成电路，两个所述基准电压生成电路中的第一基准电压生成电路的基准电压输出端与所述第一比较器的正输入端连接，两个所述基准电压生成电路中的第一基准电压生成电路的比较器失调消除基准电压输出端与所述第一比较器的比较器失调消除基准电压输入端连接，两个所述基准电压生成电路中的第二基准电压生成电路的基准电压输出端与所述第二比较器的正输入端连接，两个所述基准电压生成电路中的第二基准电压生成电路的比较器失调消除基准电压输出端与所述第二比较器的比较器失调消除基准电压输入端连接，在两个所述基准电压生成电路的逻辑时序控制下，每个比较周期包括预充电阶段和充电阶段，在每个比较周期的前半周期，所述第一比较器处于预充电阶段，所述第一比较器的输入电压充电至第一基准电压，所述第二比较器处于充电阶段，所述第二比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至第二基准电压；在每个比较周期的后半周期，所述第一比较器处于充电阶段，所述第一比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至所述第二基准电压，所述第二比较器处于预充电阶段，所述第二比较器的输入电压由所述第二基准电压复位后充电至所述第一基准电压，同一个比较周期内比较器的两次比较过程中的延迟与电压失调互相抵消，其中，所述第一基准电压小于所述第二基准电压。/n...

【技术特征摘要】
1.一种振荡器，其特征在于，包括：
两个比较器，用于输出脉冲信号；
两个充放电电路，两个所述充放电电路中的第一充放电电路的输出端与两个所述比较器中的第一比较器的负输入端连接，两个所述充放电电路中的第二充放电电路的输出端与两个所述比较器中的第二比较器的负输入端连接；
两个基准电压生成电路，两个所述基准电压生成电路中的第一基准电压生成电路的基准电压输出端与所述第一比较器的正输入端连接，两个所述基准电压生成电路中的第一基准电压生成电路的比较器失调消除基准电压输出端与所述第一比较器的比较器失调消除基准电压输入端连接，两个所述基准电压生成电路中的第二基准电压生成电路的基准电压输出端与所述第二比较器的正输入端连接，两个所述基准电压生成电路中的第二基准电压生成电路的比较器失调消除基准电压输出端与所述第二比较器的比较器失调消除基准电压输入端连接，在两个所述基准电压生成电路的逻辑时序控制下，每个比较周期包括预充电阶段和充电阶段，在每个比较周期的前半周期，所述第一比较器处于预充电阶段，所述第一比较器的输入电压充电至第一基准电压，所述第二比较器处于充电阶段，所述第二比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至第二基准电压；在每个比较周期的后半周期，所述第一比较器处于充电阶段，所述第一比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至所述第二基准电压，所述第二比较器处于预充电阶段，所述第二比较器的输入电压由所述第二基准电压复位后充电至所述第一基准电压，同一个比较周期内比较器的两次比较过程中的延迟与电压失调互相抵消，其中，所述第一基准电压小于所述第二基准电压。


2.如权利要求1所述的振荡器，其特征在于，
在每个比较周期的前半周期，所述第一比较器处于预充电阶段，所述第一比较器的输入电压复位后进入失调消除模式，所述第一比较器失调消除模式结束后开始预充电，所述第一比较器的输入电压充电至所述第一基准电压并保持，所述第二比较器处于充电阶段，所述第二比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至所述第二基准电压并复位；在每个比较周期的后半周期，所述第一比较器处于充电阶段，当所述第二比较器的输入电压复位的同时所述第一比较器进行充电，所述第一比较器的输入电压由所述第一基准电压充电至所述第二基准电压，所述第二比较器处于预充电阶段，所述第二比较器的输入电压由所述第二基准电压复位后进入失调消除模式，所述第二比较器失调消除模式结束后开始预充电，所述第二比较器的输入电压充电至所述第一基准电压并保持，其中，所述失调消除模式的时长与预充电的时长的总和小于所述比较周期的半周期。


3.如权利要求1所述的振荡器，其特征在于，还包括：
两个失调电压消除电路，两个所述失调电压消除电路中的第一失调电压消除电路的第一基准电压端与所述第一基准电压生成电路的基准电压的输出端连接，所述第一失调电压消除电路的第二基准电压端与所述第一基准电压生成电路的比较器失调消除基准电压输出端连接，所述第一失调电压消除电路的负输入端与所述第一充放电电路的输出端连接，所述第一失调电压消除电路的正输出端与所述第一比较器的正输入端连接，所述第一失调电压消除电路的第一负输出端与所述第一比较器的负输入端连接，所述第一失调电压消除电路的第二负输出端与所述第一比较器的输出端连接，所述第一失调消除电路的逻辑控制信号输入端与第一逻辑控制模块的输出端连接；两个所述失调电压消除电路中的第二失调电压消除电路的第一基准电压端与所述第二基准电压生成电路的基准电压的输出端连接，所述第二失调电压消除电路的第二基准电压端与所述第二基准电压生成电路的比较器失调消除基准电压输出端连接，所述第二失调电压消除电路的负输入端与所述第二充放电电路的输出端连接，所述第二失调电压消除电路的正输出端与所述第二比较器的正输入端连接，所述第二失调电压消除电路的第一负输出端与所述第二比较器的负输入端连接，所述第二失调电压消除电路的第二负输出端与所述第二比较器的输出端连接，所述第二失调消除电路的逻辑控制信号输入端与第二逻辑控制模块的输出端连接；针对所述第一失调电压消除电路，在逻辑控制信号输入端的控制信号为高电平信号时，在所述第一比较器的输入电压复位时，将所述第一比较器的正输入端电压固定为比较器失调消除基准电压，将所述第一比较器的负输入端连接到输出端，形成单位增益负反馈形式，此时所述第一比较器的失调信号放大后存储在所述第一失调电压消除电路的电容中，在逻辑控制信号输入端的控制信号为低电平信号时，所述第一基准电压生成电路输出给所述第一失调电压消除电路第一基准电压，所述第一充放电电路输出给所述第一失调电压消除电路的电压与存储在所述第一失调电压消除电路的电容中的失调信号叠加，叠加后的信号通过所述第一失调消除电路的第一负输出端输出给所述第一比较器的负输入端；针对所述第二失调电压消除电路，在逻辑控制信号输入端的控制信号为高电平信号时，在所述第二比较器的输入电压复位时，将所述第二比较器的正输入端电压固定为比较器失调消除基准电压，将所述第二比较器的负输入端连接到输出端，形成单位增益负反馈形式，此时所述第二比较器的失调信号放大后存储在所述第二失调电压消除电路的电容中，在逻辑控制信号输入端的控制信号为低电平信号时，所述第二基准电压生成电路输出给所述第二失调电压消除电路第一基准电压，所述第二充放电电路输出给所述第二失调电压消除电路的电压与存储在所述第二失调电压消除电路的电容中的失调信号叠加，叠加后的信号通过第二失调消除电路的第一负输出端输出给所述第二比较器负输入端。


4.如权利要求1至3中任一项所述的振荡器，其特征在于，所述基准电压生成电路，包括：
正系数基准电流电路，用于产生电流大小与温度系数成正比的正温度系数电流；
负系数基准电流电路，用于产生电流大小与温度系数成反比的负温度系数电流；
补偿电流电路，所述补偿电流电路的输入端分别与所述正系数基准电流电路的输出端和所述负系数基准电流电路的输出端连接，用于对所述正温度系数电流和所述负温度系数电流进行加权处理产生指定温度系数的电流；
第一开关管，所述第一开关管的输入端与所述补偿电流电路的输出端连接，所述第一开关管的输入端用于接收所述补偿电流电路输出的电流；
第二开关管，所述第二开关管的输入端与所述补偿电流电路的输出端连接，所述第二开关管的输入端用于接收所述补偿电流电路输出的电流，通过斩波控制信号交替选择所述第一开关管或所述第二开关管输入电流；
绝对精度修调电阻，所述绝对精度修调电阻的输入端与所述第一开关管的输出端和所述第二开关管的输出端连接，用于改变绝对值修调信号来调节第二基准电压的绝对值；
第一固定电阻，所述第一固定电阻的输入端与所述绝对精度修调电阻的输出端连接；
温度修调电阻，所述温度修调电阻的输入端与所述第一固定电阻的输出端连接，所述温度修调电阻的选择输入端与正系数基准电流电路的输出端相连，用于通过温度系数修调信号来改变第二基准电压的绝对值；
第一基准电压修调电阻，所述第一基准电压修调电阻的输入端与所述温度修调电阻的输出端连接，所述第一基准电压修调电阻的输出端接地，用于通过修调信号来调整第一基准电压的绝对值；
第三开关管，所述第三开关管的控制端...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹令今，张国强，
申请(专利权)人：瑞萨集成电路设计北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11