基于单比较器的低温漂振荡器及低温漂时钟信号生成方法技术

本公开提供了一种基于单比较器的低温漂振荡器及低温漂时钟信号生成方法，其中，该低温漂振荡器包括：单比较器振荡电路模块和充电电流生成模块；单比较器振荡电路模块包括：比较器、第一电容充放电回路和第二电容充放电回路；比较器，用于根据第一电容充放电回路和第二电容充放电回路在第n

【技术实现步骤摘要】
基于单比较器的低温漂振荡器及低温漂时钟信号生成方法


[0001]本公开涉及模拟电路
，尤其涉及一种基于单比较器的低温漂振荡器及低温漂时钟信号生成方法。

技术介绍

[0002]随着通讯、物联网、传感器和生物医学等领域的不断发展，对片上系统芯片的要求也越高，相关领域需要芯片向更低成本、更低功耗以及更稳定的方向发展。由此，需要为芯片相关的系统提供一个性能稳定可靠的高精度时钟模块。并且，随着半导体工艺水平的进步，装置趋向于由分立器件向单片集成发展，将片外振荡器变为以片内集成的形式还可以实现能大幅减少成本，降低功耗等，因此，对片上可集成的时钟源器件的需求不断扩大。例如，在生物移植芯片、无线传感器、物联网控制芯片等相关装置中，需要使用低成本，低功耗的SoC(System on Chip，系统级芯片)。然而，未加入补偿技术的振荡器输出频率稳定性易受温度影响，频率波动很大，无法生成系统所需的参考时钟信号。相关的补偿技术有：斩波、平均电压反馈、偏移抵消和采用低温漂基准电压电流模块补偿温度漂移等技术。加入补偿技术的振荡器在降低温度对输出频率稳定性的影响的同时，需要增加较大设计面积与功耗开销。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本公开提供了一种基于单比较器的低温漂振荡器及低温漂时钟信号生成方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
[0004]本公开的一个方面，提供了一种基于单比较器的低温漂振荡器，上述振荡器包括：单比较器振荡电路模块和充电电流生成模块。
[0005]上述单比较器振荡电路模块包括：比较器、第一电容充放电回路和第二电容充放电回路，其中，上述第一电容充放电回路和上述第二电容充放电回路的电路结构相同。
[0006]上述比较器，用于根据上述第一电容充放电回路和上述第二电容充放电回路在第n
‑
1振荡周期的同一时序中的各自状态，生成用于第n振荡周期的第n低温漂时钟信号，其中n为大于1的整数。
[0007]上述第一电容充放电回路，用于根据阈值电压、充电电流和上述第n低温漂时钟信号，通过充放电实现处于充电状态或断开状态，其中，在一个振荡周期中，处于充电状态和断开状态的时长相等。
[0008]上述第二电容充放电回路，用于根据上述阈值电压、上述充电电流和上述第n低温漂时钟信号，通过充放电实现处于充电状态或断开状态，其中，在一个振荡周期中，处于充电状态和断开状态的时长相等。
[0009]上述充电电流生成模块，用于基于上述阈值电压，生成上述充电电流；以及根据上述第n低温漂时钟信号，将上述充电电流传输到上述第一电容充放电回路和上述第二电容充放电回路。
[0010]根据本公开的实施例，低温漂振荡器还包括：分频网络。
[0011]上述分频网络，用于根据上述低温漂时钟信号，生成控制信号控制上述充电电流生成模块传输上述充电电流，其中，上述控制信号的周期为上述低温漂时钟信号的2倍。
[0012]根据本公开的实施例，上述低温漂时钟信号包括：第一低温漂时钟信号和第二低温漂时钟信号。
[0013]上述第一低温漂时钟信号和上述第二低温漂时钟信号在一个上述振荡周期的同一时序中的电平状态相反。
[0014]根据本公开的实施例，上述第一电容充放电回路包括：第一nmos管、第一电容和第一开关。
[0015]上述第一开关，用于响应于上述第一低温漂时钟信号，在上述第一低温漂时钟信号为高电平的情况下导通，在上述第一低温漂时钟信号为低电平的情况下断开。
[0016]上述第一电容，用于响应于上述充电电流和上述第一低温漂时钟信号，在上述第一低温漂时钟信号为高电平的情况下被上述第一开关短路，在上述第一低温漂时钟信号为低电平的情况下基于上述充电电流充电。
[0017]上述第一nmos管，用于响应于上述第一电容的状态，在上述第一电容的充电电压至上述阈值电压后导通，在上述第一电容被上述第一开关短路的过程中保持断开状态。
[0018]上述第一电容与上述第一开关并联，上述第一电容一端与上述第一nmos管栅极相连，上述第一电容另一端与上述第一nmos管源极相连并接地，上述第一nmos管漏极与上述比较器正输入端相连。
[0019]根据本公开的实施例，上述第二电容充放电回路包括：第二nmos管、第二电容和第二开关。
[0020]上述第二开关，用于响应于上述第二低温漂时钟信号，在上述第二低温漂时钟信号为高电平的情况下导通，在上述第二低温漂时钟信号为低电平的情况下断开。
[0021]上述第二电容，用于响应于上述充电电流和上述第二低温漂时钟信号，在上述第二低温漂时钟信号为高电平的情况下被上述第二开关短路，在上述第二低温漂时钟信号为低电平的情况下基于上述充电电流充电。
[0022]上述第二nmos管，用于响应于上述第二电容的状态，在上述第二电容的充电电压至阈值电压的后导通，在上述第二电容被上述第二开关短路的过程中保持断开状态。
[0023]上述第二电容与上述第二开关并联，上述第二电容一端与上述第二nmos管栅极相连，上述第二电容另一端与上述第二nmos管源极相连并接地，上述第二nmos管漏极与上述比较器负输入端相连。
[0024]根据本公开的实施例，上述比较器包括：正输出端、负输出端、上述正输入端和上述负输入端。
[0025]上述正输入端，在上述第一电容充放电回路结束充电状态时被施加低电平，在上述第一电容充放电回路结束断开状态时被施加高电平。
[0026]上述负输入端，在上述第二电容充放电回路结束充电状态时被施加低电平，在上述第二电容充放电回路结束断开状态时被施加高电平。
[0027]上述正输出端，用于响应于上述正输入端为高电平，输出高电平的上述上述第一低温漂时钟信号，响应于上述正输入端为低电平，输出低电平的上述上述第一低温漂时钟
信号。
[0028]上述负输出端，用于响应于上述负输入端为高电平，输出高电平的上述上述第二低温漂时钟信号，响应于上述负输入端为低电平，输出低电平的上述第二低温漂时钟信号。
[0029]上述正输出端和上述负输出端连接至上述分频网络，以便生成上述控制信号。
[0030]根据本公开的实施例，充电电流生成模块包括：偏置电流生成电路和充电电流生成电路。
[0031]上述偏置电流生成电路包括：第一pmos管、第二pmos管、第三nmos管、第四nmos管和低温漂复合结构电阻。
[0032]其中，上述第一pmos管源极和上述第二pmos管源极连接电压源，上述第一pmos管栅极连接上述第二pmos管栅极，上述第一pmos管漏极连接上述第一pmos管栅极和上述第四nmos管漏极，上述第一pmos管源极连接上述第三nmos管栅极和上述低温漂复合结构电阻一端，上述第二pmos管漏极连接上述第四nmos管栅极和上述第三nmos管漏极，上述第二pmos管源极和上述低温漂复合结构电阻另一端接地。
[0033]上述偏置电流生成电路，用于根据来自上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单比较器的低温漂振荡器，所述振荡器包括：单比较器振荡电路模块和充电电流生成模块；所述单比较器振荡电路模块包括：比较器、第一电容充放电回路和第二电容充放电回路，其中，所述第一电容充放电回路和所述第二电容充放电回路的电路结构相同；所述比较器，用于根据所述第一电容充放电回路和所述第二电容充放电回路在第n
‑
1振荡周期的同一时序中的各自状态，生成用于第n振荡周期的第n低温漂时钟信号，其中n为大于1的整数；所述第一电容充放电回路，用于根据阈值电压、充电电流和所述第n低温漂时钟信号，通过充放电实现处于充电状态或断开状态，其中，在一个振荡周期中，处于充电状态和断开状态的时长相等；所述第二电容充放电回路，用于根据所述阈值电压、所述充电电流和所述第n低温漂时钟信号，通过充放电实现处于充电状态或断开状态，其中，在一个振荡周期中，处于充电状态和断开状态的时长相等；所述充电电流生成模块，用于基于所述阈值电压，生成所述充电电流；以及根据所述第n低温漂时钟信号，将所述充电电流传输到所述第一电容充放电回路和所述第二电容充放电回路。2.如权利要求1所述的振荡器，还包括：分频网络；所述分频网络，用于根据所述低温漂时钟信号，生成控制信号控制所述充电电流生成模块传输所述充电电流，其中，所述控制信号的周期为所述低温漂时钟信号的2倍。3.如权利要求1或2所述的振荡器，其中，所述低温漂时钟信号包括：第一低温漂时钟信号和第二低温漂时钟信号；所述第一低温漂时钟信号和所述第二低温漂时钟信号在一个所述振荡周期的同一时序中的电平状态相反。4.如权利要求3所述的振荡器，其中，所述第一电容充放电回路包括：第一nmos管、第一电容和第一开关；所述第一开关，用于响应于所述第一低温漂时钟信号，在所述第一低温漂时钟信号为高电平的情况下导通，在所述第一低温漂时钟信号为低电平的情况下断开；所述第一电容，用于响应于所述充电电流和所述第一低温漂时钟信号，在所述第一低温漂时钟信号为高电平的情况下被所述第一开关短路，在所述第一低温漂时钟信号为低电平的情况下基于所述充电电流充电；所述第一nmos管，用于响应于所述第一电容的状态，在所述第一电容的充电电压至所述阈值电压后导通，在所述第一电容被所述第一开关短路的过程中保持断开状态；以及所述第一电容与所述第一开关并联，所述第一电容一端与所述第一nmos管栅极相连，所述第一电容另一端与所述第一nmos管源极相连并接地，所述第一nmos管漏极与所述比较器正输入端相连。5.如权利要求3所述的振荡器，其中，所述第二电容充放电回路包括：第二nmos管、第二电容和第二开关；所述第二开关，用于响应于所述第二低温漂时钟信号，在所述第二低温漂时钟信号为高电平的情况下导通，在所述第二低温漂时钟信号为低电平的情况下断开；
所述第二电容，用于响应于所述充电电流和所述第二低温漂时钟信号，在所述第二低温漂时钟信号为高电平的情况下被所述第二开关短路，在所述第二低温漂时钟信号为低电平的情况下基于所述充电电流充电；所述第二nmos管，用于响应于所述第二电容的状态，在所述第二电容的充电电压至所述阈值电压的后导通，在所述第二电容被所述第二开关短路...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文昌，危林峰，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：