温度补偿RC振荡器制造技术

一种振荡器（２００），包括：第一电阻（Ｒ１），第二电阻（Ｒ２）以及电容（Ｃ），其中振荡器（２００）的振荡频率取决于第一电阻（Ｒ１）的第一电阻值和第二电阻（Ｒ２）的第二电阻值之间的差，第一电阻值比第二电阻值大，第一电阻（Ｒ１）显示出关于温度的第一变化速率，并且第二电阻（Ｒ２）显示出比第一变化速率大的关于温度的第二变化速率，从而允许由温度引起的第一电阻值的变化由第二电阻值的变化抵消，并且从而减小振荡频率关于温度的变化。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电子电路设计领域，并特别涉及温度补偿振荡器。常规的RC(电阻-电容)振荡器通过经由电阻控制的电流系统地对电容进行充电和放电来操作。振荡器两端的电压被反馈到交替地对电容进行充电和放电的切换装置。当电容上的电压达到上限时，切换装置开始对电容的放电；当电容上的电压达到下限时，切换装置开始对电容的充电。对电容的充电速率和从电容的放电速率由流经电阻的电流来控制，该电容在上限电压和下限电压间产生电压摆动。附图说明图1说明了常规RC振荡器100的现有技术电路图的实例。第一级包括电阻R，其控制流经一对二极管配置的晶体管150a、150b的电流。在该电阻的相对节点处的电压提供一对电压电平，该对电压电平用来控制对电容C的交替充电和放电。如下面详述的那样，切换级包括一对比较器110、120，双稳态装置130，开关170，以及给电容C提供充电或放电电流的一对晶体管150b、160b。假定一开始的时候，相应于双稳态装置130的Q输出端处的逻辑“0”，开关170被配置为将电容C耦合到充电晶体管150b。比较器110比较电容C上的电压与电阻R的上节点处的电压电平。当电容C上的电压电平增加到电阻R的上节点处的电压电平时，双稳态装置130被复位，从而在Q输出端处声明逻辑“1”，从而将电容C切换成耦合到放电晶体管160b。此后，当电容C上的电压电平减少到低于电阻R的下节点处的电压电平时，比较器120向双稳态装置130声明一个置位信号。该置位信号在Q输出端产生逻辑“0”，从而将电容C切换回耦合到充电晶体管150b。当双稳态装置130的置位或复位都没有被声明时，双稳态装置130保留其在前的输出状态。因而，一旦开关170被控制用来将电容耦合到特定的充电/放电晶体管150b/160b，充电/放电就持续到下一个复位/置位信号被声明为止。照这样，切换级分别在电阻R的上、下节点上的第一和第二电压电平之间交替地对电容C进行充电和放电。由于晶体管对150b、160b与晶体管对150a、160a被配置为电流镜，因此电容上的电压在第一和第二电压电平之间的变化速率由电阻R的值控制。由于相同的电流I被提供来对电容C进行充电和放电，因此振荡将是对称的，并且半周期时间可以被表示为T1/2＝((Vh-V1)*C)/I (1)其中Vh是电阻R在比较器110处的节点的上限电压，以及V1是电阻R在比较器120处的节点的下限电压。然而有(Vh-V1)＝R*I (2)因此有T1/2＝R*C (3)图1的现有技术RC振荡器100的操作对影响电阻R的值的温度变化特别敏感。尽管电容C的值关于温度相对恒定，但是电阻R的值关于温度显著地变化。假定一个典型的正温度系数，当操作温度增加时，电阻R的电阻增加，从而增加半周期时间，即上面的等式(3)中的T1/2。在多数半导体工艺中，所有电阻的温度系数具有相同的符号，因而用负系数的电阻来抵消正系数电阻的温度变化效应通常是不可能的，反之亦然。此外还成问题的是，在切换级的反馈回路中存在固有延迟，而该延迟也随着温度增加，从而进一步减小振荡器100的振荡频率。本专利技术的一个目的是提供具有减小的温度依赖性的RC振荡器。本专利技术的另一个目的是以CMOS兼容的形式中提供具有减小的温度依赖性的RC振荡器。这些目的以及其它目的是通过被配置用来改变用于控制振荡的两个电压电平的RC振荡器来达成的，从而使得关于温度的振荡频率变化被最小化。第一电阻被用来控制所述电压电平中的一个，并且第二电阻被用来控制另一个电压电平，第二电阻具有不同于第一晶体管温度系数的温度系数。第一电阻还控制用来对电容进行充电和放电的电流，该电容用来实现振荡。通过对电阻值的适当选择，控制电压和电流的变化使得在控制电压之间对电容进行充电和放电的时间关于温度基本保持恒定。优选地，所述电阻值还被选择来补偿反馈回路中的延迟的温度变化。图1说明了现有技术RC振荡器的实例电路图。图2说明了依据本专利技术的温度补偿RC振荡器的实例电路图。贯穿这些图，相同的附图标记涉及相同的元件，或者基本上执行相同功能的元件。本专利技术根据这样的观测在多数半导体工艺中，尽管所有电阻的温度系数具有相同的符号，但是不同电阻类型的温度系数值可以相差一个数量级或更多，并且这种温度系数的差别可以被用来补偿电阻值变化的温度效应，以及其它与温度有关的效应。为了易于理解，一开始使用零延迟的范例来介绍本专利技术，其中在电压变化和电压变化效应的结果之间的延迟是零。图2说明了依据本专利技术的温度补偿RC振荡器200的实例电路图。相对于实例电路100，这个实例电路200的附加部件是晶体管对150c、160c以及与这些晶体管150c、160c串联的电阻R2。优选地，同P沟道晶体管150a、150b以及150c一样，每一个N沟道晶体管160a、160b以及160c基本相同，但是本领域的普通技术人员将认识到，通过对下面等式的适当改变，能够使用不同大小的晶体管。二极管配置的N沟道晶体管160c被配置为类似于晶体管160a，并且P沟道晶体管150c被配置为晶体管150a的电流镜，以便使相等的电流流经电阻R1和R2，并且这是对电容C进行充电和放电的相同值的电流I。为了方便起见，重复等式(1)T1/2＝((Vh-V1)*C)/I (1)在电路200中Vh＝I*R1+Vn， (4)以及V1＝I*R2+Vn， (5)因此有Vh-V1＝I*(R1-R2)， (6)以及T1/2＝(R1-R2)*C。 (7)其中Vn是二极管连接的N沟道晶体管160a、160c两端的参考电压降，并且R1＞R2。为了保持恒定的振荡周期时间，本专利技术中的(R1-R2)的值被配置为保持基本恒定，如下面详述的那样。如同本领域中已知的，电阻关于温度的温度依赖性可以被表示为R(T)＝R(T’)*(1+K*(T-T’)) (8)其中R(T)是在温度T下的电阻，R(T’)是在温度T’下的电阻，并且K是电阻R的温度系数。本专利技术根据这样的观测由于R1比R2大，所以通过选择具有比R1高的温度系数的电阻R2，可以提供基本恒定的电阻差(Rd＝R1-R2)。其中规定K1为电阻R1的温度系数，并且K2为电阻R2的温度系数，等式(7)中的差项(R1-R2)的温度依赖性由下式给出Rd(T)＝R1(T’)*(1+K1*(T-T’))-R2(T’)*(1+K2*(T-T’))， (9)其中Rd(T)是在温度T下的差额电阻(R1-R2)。由于差额电阻Rd在所有温度下都应当恒定，因此这种恒定可以在Rd(T)和Rd(T’)下被规定为Rd＝Rd(T)＝Rd(T’)＝R1(T’)-R2(T’)。(10)从等式(9)和(10)解出R2(T’)和R1(T’)R2(T’)＝Rd*(K1/K2-K1)) (11)以及R1(T’)＝Rd+R2(T’) (12)用以形成电阻的材料通常确定了电阻的温度系数K，并且在给定的温度T’下的电阻通常被规定为在室温下的标称电阻值，并且由电阻材料的尺寸来规定。因而，为了达到基本上的温度独立性，设计者选择电容C的值和差额电阻Rd以达到希望的振荡器频率，然后选择适当的材料使得用于电阻R2的材料的温度系数(K2)比用于电阻R1的材料的温度系数(K1)大，并使用等式(11)和(12)求解出R2和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·小亚博劳格，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：