一种与温度和电源无关的高频张弛振荡器及其振荡方法技术

本发明专利技术公开了一种与温度和电源无关的高频张弛振荡器及其振荡方法，属于张弛振荡器技术领域，包括增益级模块、低通滤波器模块、压控振荡器模块、时钟分频器模块、三相时钟发生器模块以及峰值检测功能开关电容模块。本发明专利技术解决了张弛振荡器稳定度较低，易受到温度和电源电压等的影响以及基础频率低的问题。电压等的影响以及基础频率低的问题。电压等的影响以及基础频率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种与温度和电源无关的高频张弛振荡器及其振荡方法


[0001]本专利技术属于张弛振荡器
，具体涉及一种与温度和电源无关的高频张弛振荡器及其振荡方法。

技术介绍

[0002]低功耗微处理器广泛应用于可穿戴设备、大气及海洋环境监测、物联网等应用中，上述应用的显著特征是体积小，不需要电池或者搭载容量很小的电池，因此该类应用对处理器的核心需求是在满足设备基本计算需求上实现尽可能低的平均功耗。
[0003]为了实现超低的平均功耗，微处理器通常设计为间歇工作，即系统在绝大部分的空闲时间处于待机模式，该模式下需要关闭所有的高功耗电路，只保留核心的例如低频时钟等电路；在周期性的较短时间脉宽内，系统处于正常工作模式，该模式下系统工作在高频时钟下，大部分电路模块打开，进行数据采集、数据处理和发送等工作，完成后系统自动进入低功耗待机模式。在待机模式下，系统时钟通常只有千赫级别甚至更低；在正常工作模式下，需要快速处理各种数据，系统时钟需要达到几十兆赫甚至几百兆赫，因此系统时钟是低功耗微处理器的较为关键的模块。
[0004]由于正常工作模式的占空比较低，其消耗的平均电流较小，但是由待机模式切换到正常工作模式往往消耗较多的时间，从而带来平均电流的增大，增大系统的平均功耗，这常常是由电源管理电路和时钟产生电路的较长的启动时间导致的。通常时钟由晶振电路产生，但是晶振较大的品质因数Q值会导致启动时间较长，一般为毫秒级别，这与正常工作模式的时间相当，因此如何降低正常工作模式下时钟电路的启动时间是低功耗微处理器设计方向的一个难点。晶振电路虽然频率稳定度很高，但是其较大的功耗和启动时间是难以克服的问题，因此在一些无射频功能的微处理器中，张弛振荡器往往更加受欢迎。张弛振荡器通常由延时单元组成，其具有功耗低、启动速度快等优点，但是其稳定度较低，也即是其容易受到温度和电源电压等的影响，而且另一方面，张弛振荡器的基础频率很低，一般只有几兆赫，这对于一些要求几百兆赫的系统来说远远不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种与温度和电源无关的高频张弛振荡器及其振荡方法，解决了张弛振荡器稳定度较低，易受到温度和电源电压等的影响以及基础频率低的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种与温度和电源无关的高频张弛振荡器，包括增益级模块、低通滤波器模块、压控振荡器模块、时钟分频器模块、三相时钟发生器模块以及峰值检测功能开关电容模块；所述增益级模块，用于比较电容的充电峰值电压和基准电压，输出电压；所述低通滤波器模块，用于过滤增益级模块输出电压的高频噪声，并输出电压
；所述压控振荡器模块，用于对电压输出时钟CLK，并输出时钟CLK的频率；所述时钟分频器模块，用于设置分频比，并对时钟CLK进行分频，输出低频时钟CLKS；所述三相时钟发生器模块，用于输出不同的时钟信号至峰值检测功能开关电容模块；所述峰值检测功能开关电容模块，用于对电容进行周期性线性充电及放电，且对电容充电的峰值电压进行输出。
[0007]本专利技术的有益效果是：通过三相时钟发生器模块为峰值检测功能开关电容模块提供不同的时钟信号，峰值检测功能开关电容模块根据不同的时钟信号，使电容进行周期性线性充电及放电，对电容充电的峰值电压进行输出，使电路一直保持稳定振荡状态，并且通过时钟分频器模块调节时钟CLK的频率，解决了张弛振荡器稳定度较低，易受到温度和电源电压等的影响以及基础频率低的问题。
[0008]进一步地，所述增益级模块采用高增益的运算放大器；所述低通滤波器模块采用单个电容；所述压控振荡器模块采用电流源偏置的环形振荡器。
[0009]进一步地，所述三相时钟发生器模块包括D触发器DFF1、D触发器DFF2、D触发器DFF3、D触发器DFF4、反相器INV1、反相器INV2、反相器INV3、反相器INV4、反相器INV5、反相器INV6、反相器INV7、反相器INV8、反相器INV9、与门AND1、与门AND2、与门AND3、与门AND4以及延时单元Delay；所述D触发器DFF1的第1引脚、D触发器DFF2的第1引脚以及延时单元Delay的第1引脚分别与时钟分频器模块连接；所述D触发器DFF1的第2引脚分别与与门AND1的第1引脚以及反相器INV1的第1引脚连接；所述D触发器DFF1的第3引脚与与门AND1的第2引脚连接；所述与门AND1的第3引脚与D触发器DFF2的第2引脚连接；所述D触发器DFF2的第3引脚分别与反相器INV1的第2引脚和反相器INV2的第2引脚连接；所述反相器INV2的第1引脚与D触发器DFF3的第2引脚连接；所述D触发器DFF3的第1引脚分别与延时单元Delay的第2引脚以及D触发器DFF4的第1引脚连接；所述D触发器DFF3的第3引脚分别与D触发器DFF4的第2引脚以及反相器INV3的第2引脚连接；所述D触发器DFF4的第2引脚与反相器INV5的第2引脚连接；所述反相器INV3的第1引脚分别与反相器INV4的第2引脚以及与门AND4的第1引脚连接；所述反相器INV4的第1引脚分别与与门AND2的第1引脚和与门AND3的第1引脚连接；所述反相器INV5的第1引脚分别与反相器INV6的第1引脚和与门AND2的第2引脚连接；所述反相器INV6的第1引脚分别与与门AND3的第2引脚以及与门AND4的第2引脚连接；所述与门AND2的第3引脚分别与反相器INV7的第2引脚以及峰值检测功能开关电容模块连接；所述反相器INV7的第1引脚与峰值检测功能开关电容模块连接；所述与门AND3的第3引脚分别与反相器INV8的第2引脚和峰值检测功能开关电容模块连接；所述反相器INV8的第1引脚与峰值检测功能开关电容模块连接；所述与门AND4的第3引脚分别与反相器INV9的第2引脚和峰值检测功能开关电容模块连接；所述反相器INV9的第1引脚与峰值检测功能开关电容模块连接。
[0010]上述进一步方案的有益效果为：通过三相时钟发生器模块，将单个电容的充电，放电和保持输出三个阶段分开，降低了开关管的尺寸和寄生，且使用三个电容的时间交织方
案，输出峰值电压纹波很小，进而输出时钟的抖动较小。
[0011]进一步地，所述峰值检测功能开关电容模块包括场效应管MP1、场效应管MP2、场效应管MP3、场效应管M11、场效应管M12、场效应管M21、场效应管M22、场效应管M31、场效应管M32、接地电容C1、接地电容C2、接地电容C3以及接地电阻R1；所述接地电阻R1与电源电压VDD连接；所述场效应管MP1的栅极与与门AND2的第3引脚连接；所述场效应管MP1的源极分别与电源电压VDD、场效应管MP2的源极以及场效应管MP3的源极连接；所述场效应管MP1的漏极分别与场效应管M12的漏极、场效应管M11的漏极以及接地电容C1连接；所述场效应管M11的栅极与反相器INV9的第1引脚连接；所述场效应管M11的源极接地；所述场效应管M12的栅极与反相器INV8的第1引脚连接；所述场效应管M12的源极分别与场效应管M22的源极、场效应管M32的源极以及增益级模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种与温度和电源无关的高频张弛振荡器，其特征在于，包括增益级模块、低通滤波器模块、压控振荡器模块、时钟分频器模块、三相时钟发生器模块以及峰值检测功能开关电容模块；所述增益级模块，用于比较电容的充电峰值电压和基准电压，输出电压；所述低通滤波器模块，用于过滤增益级模块输出电压的高频噪声，并输出电压；所述压控振荡器模块，用于对电压输出时钟CLK，并输出时钟CLK的频率；所述时钟分频器模块，用于设置分频比，并对时钟CLK进行分频，输出低频时钟CLKS；所述三相时钟发生器模块，用于输出不同的时钟信号至峰值检测功能开关电容模块；所述峰值检测功能开关电容模块，用于对电容进行周期性线性充电及放电，且对电容充电的峰值电压进行输出。2.根据权利要求1所述的与温度和电源无关的高频张弛振荡器，其特征在于，所述增益级模块采用高增益的运算放大器；所述低通滤波器模块采用单个电容；所述压控振荡器模块采用电流源偏置的环形振荡器。3.根据权利要求2所述的与温度和电源无关的高频张弛振荡器，其特征在于，所述三相时钟发生器模块包括D触发器DFF1、D触发器DFF2、D触发器DFF3、D触发器DFF4、反相器INV1、反相器INV2、反相器INV3、反相器INV4、反相器INV5、反相器INV6、反相器INV7、反相器INV8、反相器INV9、与门AND1、与门AND2、与门AND3、与门AND4以及延时单元Delay；所述D触发器DFF1的第1引脚、D触发器DFF2的第1引脚以及延时单元Delay的第1引脚分别与时钟分频器模块连接；所述D触发器DFF1的第2引脚分别与与门AND1的第1引脚以及反相器INV1的第1引脚连接；所述D触发器DFF1的第3引脚与与门AND1的第2引脚连接；所述与门AND1的第3引脚与D触发器DFF2的第2引脚连接；所述D触发器DFF2的第3引脚分别与反相器INV1的第2引脚和反相器INV2的第2引脚连接；所述反相器INV2的第1引脚与D触发器DFF3的第2引脚连接；所述D触发器DFF3的第1引脚分别与延时单元Delay的第2引脚以及D触发器DFF4的第1引脚连接；所述D触发器DFF3的第3引脚分别与D触发器DFF4的第2引脚以及反相器INV3的第2引脚连接；所述D触发器DFF4的第2引脚与反相器INV5的第2引脚连接；所述反相器INV3的第1引脚分别与反相器INV4的第2引脚以及与门AND4的第1引脚连接；所述反相器INV4的第1引脚分别与与门AND2的第1引脚和与门AND3的第1引脚连接；所述反相器INV5的第1引脚分别与反相器INV6的第1引脚和与门AND2的第2引脚连接；所述反相器INV6的第1引脚分别与与门AND3的第2引脚以及与门AND4的第2引脚连接；所述与门AND2的第3引脚分别与反相器INV7的第2引脚以及峰值检测功能开关电容模块连接；所述反相器INV7的第1引脚与峰值检测功能开关电容模块连接；所述与门AND3的第3引脚分别与反相器INV8的第2引脚和峰值检测功能开关电容模块连接；所述反相器INV8的第1引脚与峰值检测功能开关电容模块连接；所述与门AND4的第3引脚分别与反相器INV9的第2引脚和峰值检测功能开关电容模块连接；所述反相器INV9的第1引脚与峰值检测功能开关电容模块连接。4.根据权利要求3所述的与温度和电源无关的高频张弛振荡器，其特征在于，所述峰值检测功能开关电容模块包括场效应管M...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐华兵，杨丰成，侯晓雨，陈昊祺，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：