一种频率可调的RC振荡器电路制造技术

本发明专利技术涉及IC片上时钟产生设计领域，具体是一种频率可调的RC振荡器电路，包括片外部分：电阻和电容，还包括片内部分：放电NMOS晶体管、Vref产生电路、比较器、电流源、整形反相器链、控制电路和分频电路；输入端XFCN分别同电流源和Vref产生电路相连，输入端XOSCMD同控制电路相连。本发明专利技术采用对片外电阻和电容充放电的原理，可以通过计算来更换片外电阻和电容，进而得到电路系统所需要的时钟频率。本发明专利技术只需更换片外电阻和电容，并且把寄存器信号调节到对应的档位上，即可得到不超过3.2MHz的任何频率。其输出频率f=1.23/RC，R为片外电阻阻值，C为片外电容容值。C为片外电容容值。C为片外电容容值。

【技术实现步骤摘要】
一种频率可调的RC振荡器电路


[0001]本专利技术涉及IC片上时钟产生设计领域，具体是一种频率可调的RC振荡器电路。

技术介绍

[0002]振荡器是用来产生重复电子信号(通常是正弦波或方波)的电路，其构成的电路叫振荡电路，可以将恒定电压转换为具有一定频率周期信号输出。振荡器的种类有很多，按振荡产生方式可分为谐波振荡器、张弛振荡器(多谐振荡器)；按电路结构可分为RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡器等；按输出波形可分为正弦波振荡器、方波振荡器、锯齿波振荡器等。振荡器是许多电子系统中不可或缺的一部分，应用范围从微处理器中的时钟产生到蜂窝电话中的载波合成，要求的结构和性能参数差别很大。振荡器最常见的应用是用来产生电路系统中的时钟。
[0003]近些年来，出现了各种振荡器电路结构，如图1，典型的实现方式是利用集成电容的充电和放电来实现电压的变化，进而实现振荡，但是其缺陷是频率不可调，假如在电路系统中所需要的时钟信号频率发生变化，则无法产生相应的频率，并且产生时钟信号的频率随温度、电源电压、工艺角的变化很大，稳定性较差。因此，亟需设计一种新型振荡器，来实现产生可调并且稳定的时钟信号。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术是一种使用片外电阻和电容，并且输出频率可调、稳定的新型RC振荡器电路。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为：一种频率可调的RC振荡器电路，包括片外部分：电阻R和电容C，还包括片内部分：放电NMOS晶体管M1、Vref产生电路C1、比较器A1、电流源C2、整形反相器链INVS、控制电路C3和分频电路C4。输入端XFCN分别同电流源C2和Vref产生电路C1相连，输入端XOSCMD同控制电路C3相连，电阻R的一端与电容C的一端相连并接入片内，同放电NMOS晶体管M1的漏极和比较器A1的一个输入相连，电阻R的另一端接电源，电阻C的另一端接地，Vref产生电路的输出同比较器A1的另一个输入相连，电流源C2的输出同比较器A1相连，比较器A1的输出同整形反相器链INVS的输入相连，整形反相器的输出同控制电路C3的输入相连，控制电路C3的输出分别同整形反相器INVS、Vref产生电路C1、电流源C2、比较器A1、放电NMOS晶体管M1的栅极和分频电路C4的输入相连，放电NMOS晶体管M1的源极接地，分频电路C4的输出信号为该振荡器电路的时钟输出。
[0006]与现有技术相比，本专利技术的优点就在于：
[0007]1、输出频率可调。与普通的振荡器电路如图1相比，本专利技术是采用对片外电阻和电容充放电的原理，可以通过计算来更换片外电阻和电容，进而得到电路系统所需要的时钟频率。
[0008]2、频率调节方式简单且调节范围大。只需更换片外电阻和电容，并且把寄存器信号调节到对应的档位上，即可得到不超过3.2MHz的任何频率。其输出频率f＝1.23/RC，R为
片外电阻阻值，C为片外电容容值。
[0009]3、输出频率稳定性高。在CMOS工艺中，电阻和电容随工艺角的变化很大，由于本专利技术是通过对片外电阻和电容进行充放电，所以其频率几乎不随工艺角的改变而改变，并且该电路随温度和电源电压的变化也很小，在PVT变化的情况下，其误差不超过5％。
附图说明
[0010]图1是普通振荡器电路示意图。
[0011]图2是本专利技术的频率可调的RC振荡器电路示意图。
具体实施方式
[0012]以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0013]如图2所示，本专利技术是一种频率可调的RC振荡器电路，它包括片外部分：电阻R和电容C，以及片内部分：放电NMOS晶体管M1、Vref产生电路C1、比较器A1、电流源C2、整形反相器链INVS、控制电路C3和分频电路C4。输入端XFCN分别同电流源C2和Vref产生电路C1相连，输入端XOSCMD同控制电路C3相连，电阻R的一端与电容C的一端相连并接入片内，同放电NMOS晶体管M1的漏极和比较器A1的一个输入相连，电阻R的另一端接电源，电阻C的另一端接地，Vref产生电路的输出同比较器A1的另一个输入相连，电流源C2的输出同比较器A1相连，比较器A1的输出同整形反相器链INVS的输入相连，整形反相器链INVS的输出同控制电路C3的输入相连，控制电路C3的输出分别同整形反相器INVS、Vref产生电路C1、电流源C2、比较器A1、放电NMOS晶体管M1的栅极和分频电路C4的输入相连，放电NMOS晶体管M1的源极接地，分频电路C4的输出信号为该振荡器电路的时钟输出。
[0014]本专利技术是一种频率可调的RC振荡器电路，其工作原理为电源通过片外电阻R对片外电容C充电，电容C上产生的电压与Vref进行比较，比较器A1的输出信号经过处理可以产生一个脉冲，通过分频电路C4产生时钟输出，同时接入放电NMOS晶体管M1的栅极，NMOS晶体管M1可以对电容C进行放电，而电源会通过电容C重新充电，如此便产生了振荡。
[0015]XOSCMD是开关信号，输入控制电路C3，控制电路C3可以产生信号输入到各个模块，用来开启或关闭各个模块工作，电容C的电压小于Vref时，比较器A1输出高电位信号，通过整形反相器链INVS输入控制电路C3，控制电路C3输出给分频电路C4低电位信号，同时反馈给放电NMOS管M1的栅极低电位信号使其关断，不对电容C进行放电，当电容C的电压大于Vref时，比较器A1输出一个低电位信号，通过整形反相器链INVS输入到控制电路C3，控制电路C4立刻输出给分频电路C4高电位信号，同时立刻反馈给放电NMOS管M1的栅极高电位信号，使其对电容C放电，电容C的电压低于Vref后，比较器A1输出高电位信号并通过整形反相器链INVS输入控制电路，由于控制电路C3内存在延时结构，故控制电路C3对放电NMOS管M1的栅极反馈的高电位信号和输出给分频电路C4的高电位信号会保持一个较短的时间之后才变为低电位信号，这一段时间会使电容C充分放电，然后电源开始通过电阻R重新对电容C进行充电，实现振荡过程，而由于放电时间很短，故电容C两次开始充电之间的时间间隔主要取决于电容C的充电时间，由于控制电路输出的高电位信号只会保持一个很短的时间，故此信号占空比很高，通过分频电路C4可以使其占空比变为50％，得到一个标准的时钟信号。
[0016]该振荡器的输出频率f＝1.23/RC，其中R为片外电阻阻值，C为片外电容容值，电容
不应大于100pF，也不应很小。XFCN2～0为档位信号位，对于不同的输出频率，要根据频率范围选择对应的档位，该档位控制Vref产生电路C1输出不同大小的Vref、控制电流源C2输出不同的电流。频率范围与对应的档位如表1所示。XOSCMD2～0为开关信号位，当XOSCMD2～0＝00x(x为任意信号)时，该振荡器电路关闭，当XOSCMD2～0＝100时，振荡器电路开启。
[0017][0018]表1
[0019]基于本专利技术的设计结构，在0.11μmCMOS工艺下实现了一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种频率可调的RC振荡器电路，包括片外部分：电阻和电容，其特征在于还包括片内部分：放电NMOS晶体管、Vref产生电路、比较器、电流源、整形反相器链、控制电路和分频电路；输入端XFCN分别同电流源和Vref产生电路相连，输入端XOSCMD同控制电路相连，电阻的一端与电容的一端相连并接入片内，同放电NMOS晶体管的漏极和比较器的一个输入相连，电阻的另一端接电源，电...

【专利技术属性】
技术研发人员：白创，惠新元，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：