频率稳定的环形振荡器制造技术

一种电流控制环形振荡器（３００）使用单一受控电流源为环形振荡器（３００）的每一倒相级（１１０）提供电流。动态地调节所述受控电流以便补偿过程、电压或温度条件的变化。使用相对简单的电路（３５０）产生受控电流，可以在很宽的过程、电压，温度变化范围内向所有倒相级（１１０）提供所述受控电流。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术涉及电子电路领域，具体地说，涉及在各种过程、电压和温度条件下提供稳定频率的环形振荡器。2，有关技术的说明坏形振荡器在业界很常见，它包括连接成串联环形结构的奇数个倒相器。附图说明图1示出环形振荡器实例100，它有连接成环的5个倒相器110。缓冲器120将振荡器100的输出提供给负载(未示出)，并将环形振荡器100和负载隔离。由于环中有奇数个倒相器110，所以每个倒相器连续地转换状态。振荡器100的振荡频率由倒相器110变换状态的速度决定，所述速度主要由倒相器110中所用的器件大小决定。变换速度也取决于创建振荡器100所用的过程参数、工作温度以及供电电压(Vdd-Vss)。在典型的过程参数(慢，中等，快)、温度(0-120℃)以及供电电压(1.6-2.0V)范围内，振荡频率与额定值之间可相差多达40％。1994年7月19日授予Jelinek等人的美国专利5,331,295“Voltage Controlled Oscillator with Efficient ProcessCompensation”提出一种电流控制的环形振荡器，它提供受控的振荡频率，包括对过程、电压和温度变化的补偿。图2示出Jelinek等人提出的环形振荡器实例200。每个倒相级110的电流由限流晶体管210、215控制。电流控制器250控制每个限流晶体管210。晶体管对230、235配置成提供等量的电流到相应的限流晶体管215。专利技术概述本专利技术的一个目的是提供一种简单而有效的装置，用于在各种过程、电压和温度变化的情况下提供稳定的振荡频率。本专利技术还有一个目的是提供一种环形振荡器，它在各种过程、电压和温度变化的情况下都是稳定的，且使用非常少的元件来实现这种稳定性。这些以及其它目的是由电流控制环形振荡器来实现的，它使用单一的受控电流源，与振荡器内倒相器的级数无关。可以动态地调节受控电流，以补偿过程、电压或温度条件的变化。使用比较简单的电路来产生受控电流，所述受控电电流可在很宽的过程、电压和温度变化范围下提供给所有倒相级。附图简要说明以下参阅附图用实例详细解释本专利技术，附图中图1示出先有技术环形振荡器的方框图实例。图2示出具有过程、电压和温度补偿的先有技术环形振荡器的实例方框图。图3A和3B分别示出按照本专利技术的具有过程、电压和温度补偿的环形振荡器的实例方框图和实例电路图。图4示出先有技术温度补偿电流源的实例电路图。在所有附图中，相同的标号表示类似或相应的特征或功能。专利技术的详细说明图3A和3B分别示出按照本专利技术的具有过程、电压和温度补偿的环形振荡器的实例方框图和实例电路图。电流源350提供基本上恒定的电流，用以向环形振荡器300的每个倒相级110提供工作电流。所述基本上恒定的电流是受控的，以便补偿电压，温度和过程的变化，以下将详述。就是说，所述受控电流基本上恒定在一个电流值上，所述电流值可以根据电压，温度和过程条件的特定集合而动态地改变。每个倒相级110的变换包括在每个倒相级中电容的反复充电和放电。图2的先有技术环形振荡器提供频率调整的方法是控制加到每个倒相级上的电流，从而控制了每个倒相级的电容充电和放电所需的时间。本申请的专利技术以下的观察为前提环形振荡器的内在对称性产生相对恒定的总电流提取，或者至少各个周期都有对称和反复的电流提取。通过向所有的倒相级110提供受控的电流源，每个周期的电流消耗接近恒定，因此振荡频率是恒定的。认识到这一内在对称性，就不需要像图2的先有技术环形振荡器200那样对每一级作单独的电流控制，和振荡器200相比，提供了一种成本较低且复杂程度较低的实施例。电流源350配置成在很宽范围的过程、电压，温度变化的情况下提供受控电流，以便将环形计数器的振荡频率控制在有限的变化范围内。随着环形振荡器的工作温度提高，开关速度降低，从而降低了振荡频率。在一个简明的实施例中，可以使用传统的PTAT(与绝对温度成正比)电流源来提供随温度而增加的电流，以补偿这种频率下降。所需补偿的程度可以利用传统的电路模拟工具和/或电路优化工具来确定。同理，关于过程参数，开关速度与环形振荡器中晶体管的阈电压成反比地变化，而与晶体管的增益(或β)成正比地变化。所以，在优选实施例中，电流源350也配置成当晶体管的阈电压提高，以及当晶体管的β减小时就增加所提供的电流。电流源350最好还配置成提供基本上与电源电压无关的上述温度补偿和/或过程补偿受控电流。如业界所常用的，例如，可利用双极或场效应电路实现的带隙电压基准通常包括在其一个或多个支路中的PTAT电流。在优选实施例中，如图3B所示，电流源350包括一对串联电阻R1351、R2352，它们控制流过串联晶体管354的电流。串联电阻351、352之间的共用节点提供晶体管354栅极的控制电压，而所述串联电阻的终端节点提供通过晶体管354的电流。所述串联电阻的终端节点还提供晶体管356栅极的控制电压，晶体管356通过电流镜面电路359提供受控电流i。可以利用传统的电路模拟和优化技术来确定R1、R2的特定数值以及晶体管354和356的大小，以便在电压、温度和过程条件的给定集合下提供相对恒定的振荡频率。在示范实施例中，在典型的过程参数(慢，额定，快)、温度(0-120℃)以及供电电压(1.6-2.0V)范围内，以下数值可提供小于10％的振荡频率变化R1＝116.7KΩ；R2＝10.4KΩ；T354宽4μm，长1.06μm；以及T356宽8.42μm，长3.2μm。这个结果和图1的传统环形振荡器的典型40％的变化相比非常有利。利用传统PTAT电流源也可得到类似结果，如图4中350’所示。虽然图3B和图4的电路实例示出使用场效应晶体管，但是，本专业的技术人员将理解，其它技术，例如双极，也可用来提供受控电流i。如上述，受控电流i最好能-随温度而增加；-随晶体管的阈电压而增加；-随晶体管的β而减少；-相对于电源电压保持恒定。以上仅说明了本专利技术的原理。因此，下面将指出，本专业的技术人员能够设计出各种电路，这些电路虽然在本文中未明确说明或示出但却体现本专利技术的原理，因而属于以下权利要求书的精神和范围之内。权利要求1.一种环形振荡器，它包括电流发生器，它配置成提供受控电流输出；以及奇数个倒相级，它们在运行方式上连接成环形结构，并且可操作地连接到所述电流发生器，其中，所述倒相级通常由所述受控电流输出供电。2.如权利要求1所述的环形振荡器，其中，所述电流发生器包括第一电阻器，它可操作地连接在第一电压源和第一节点之间；第二电阻器，它可操作地连接在所述第一节点和第二节点之间；第一晶体管，它具有栅极，所述栅极控制所述第一晶体管的第一端子和第二端子之间的电流；以及所述栅极可操作地连接到所述第一节点，所述第一端子可操作地连接到所述第二节点，以及所述第二端子可操作地连接到第二电压源；以及第二晶体管，它具有栅极，所述栅极控制所述第二晶体管的第一端子和第二端子之间的电流；以及所述栅极可操作地连接到所述第二节点，所述第一端子可操作地连接到所述第二电压源，以及所述第二端子可操作地连接到所述受控电流输出。3.如权利要求2所述的环形振荡器，其中，所述电流发生器还包括电流镜面，它可操作地连接在所述第二晶体管的所述第二端子和所述受控电流输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环形振荡器，它包括：电流发生器，它配置成提供受控电流输出；以及奇数个倒相级，它们在运行方式上连接成环形结构，并且可操作地连接到所述电流发生器，其中，所述倒相级通常由所述受控电流输出供电。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PF伊勒格姆斯，
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：NL[荷兰]