一种低成本高精度环形振荡器电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本高精度环形振荡器电路及其控制方法，包含电流偏置电路和环形振荡器，电流偏置电路为环形振荡器产生充放电电流，环形振荡器输出反馈到电流偏置电路并产生稳定的时钟信号频率

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高精度环形振荡器电路及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种环形振荡器电路及其控制方法，特别是一种低成本高精度环形振荡器电路及其控制方法，属于半导体集成电路

。

技术介绍

[0002]在基于
CMOS
工艺的数模混合集成电路设计中，振荡器是很多电子系统中时钟产生电路的重要组成部分，用于将直流功率转换成周期性信号，为电路提供精确地时间参考
。
多年来，电子电路系统多采用锁相环或外部晶体振荡器来产生高精度时钟，然而，锁相环电路复杂，需要消耗过多的功耗与面积，板级晶体振荡器的价格
、
功耗与面积成本同样偏大，因此，为了降低成本，高精度环形振荡器成为了众多电路设计人员的研究方向
。
[0003]现有的环形振荡器结构如图5所示，其基本原理是基于巴克豪森准则，通过奇数级反相器级联产生振荡信号，通常，由于单纯反相器的导通寄生电阻与电容较小，所以会在任意两级反相器中间插入一个对地的电容用于降低和调节时钟输出频率
。
因此环形振荡器具有结构简单，成本低，功耗低的优点，但反相器延迟受电源电压
、
温度和工艺影响较大，
PVT
的变化将导致振荡器输出信号频率和占空比发生很大的偏移
。
同时，当对电容
16
充放电的信号
102
满足反相器
12
的
PMOS
阈值电压
VDD
‑
|VTHP|r/>与
NMOS
的阈值电压
VTHN
时，
12
即进行切换，因此信号
102
仅在
VDD
‑
|VTHP|
与
VTHN
之间进行充放电，电容利用率大大降低，当需要较低时钟频率时，将使电容
16
的容值大大增加，提高了电路成本
。
因此，如何降低电路成本
、
保持稳定的环形振荡器输出信号频率与占空比至关重要
。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种低成本高精度环形振荡器电路及其控制方法，实现高精度时钟信号输出
。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种低成本高精度环形振荡器电路，其特征在于：包含电流偏置电路和环形振荡器，电流偏置电路为环形振荡器产生充放电电流，环形振荡器输出反馈到电流偏置电路并产生稳定的时钟信号频率
。
[0006]进一步地，所述电流偏置电路包含电流源
、
第一
PMOS
管
、
第二
PMOS
管
、
第三
PMOS
管
、
第四
PMOS
管
、
第一
NMOS
管
、
第二
NMOS
管和第三
NMOS
管，第一
PMOS
管的漏极与第一
PMOS
管的栅极
、
第二
PMOS
管栅极
、
第三
PMOS
管的栅极和电流源的输出端连接，第一
NMOS
管的漏极与第一
NMOS
管的栅极
、
第二
PMOS
管的漏极和第二
NMOS
管的栅极连接，第三
PMOS
管的漏极与第四
PMOS
管的源极连接并作为电流偏置电路的第一输入输出节点，第二
NMOS
管的漏极与第三
NMOS
管的源极连接并且作为电流偏置电路的第二输入输出节点，第四
PMOS
管的栅极与第三
NMOS
管的栅极连接并且作为电流偏置电路的控制输入节点，第一
PMOS
管的源极
、
第二
PMOS
管的源极
、
第三
PMOS
管的源极和第三
NMOS
管的漏极连接电源
VDD
，电流源
、
第一
NMOS
管的源极
、
第二
NMOS
管的源极和第四
PMOS
管的漏极接地
。
[0007]进一步地，所述第一
PMOS
管
、
第二
PMOS
管和第三
PMOS
管构成第一电流镜，第一电流镜的个数比为1：
n
：
m
，第一
NMOS
管和第二
NMOS
管构成第二电流镜，第二电流镜的个数比为
n
：
m
，满足电流偏置电路的第一输入输出节点和第二输入输出节点的输入输出电流相等
。
[0008]进一步地，所述环形振荡器包含第五
PMOS
管
、
第四
NMOS
管
、
电容
、
奇数个反相器串联组
、
第四反相器
、
第五反相器和第六反相器，第五
PMOS
管的源极作为环形振荡器的第一输入输出节点，第四
NMOS
管的源极作为环形振荡器的第二输入输出节点，第五
PMOS
管的漏极与第四
NMOS
管的漏极
、
奇数个反相器串联组的输入端和电容的一端连接，奇数个反相器串联组的输出端与第四反相器的输入端和第六反相器的输入端连接，第六反相器的输出端与电容的另一端连接，第四反相器的输出端与第五反相器的输入端
、
第五
PMOS
管的栅极和第四
NMOS
管的栅极连接，第五反相器的输出作为环形振荡器的输出端
。
[0009]进一步地，所述奇数个反相器串联组中反相器的数量为3个，分别为第一反相器
、
第二反相器和第三反相器，第一反相器的输入端作为奇数个反相器串联组的输入端，第一反相器的输出端与第二反相器的输入端连接，第二反相器的输出端与第三反相器的输入端连接，第三反相器的输出端作为奇数个反相器串联组的输出端
。
[0010]进一步地，所述第一反相器
、
第二反相器
、
第三反相器
、
第四反相器
、
第五反相器和第六反相器分别包含第六
PMOS
管和第五
NMOS
管，第六
PMOS
管的源极连接电源
VDD
，第六
PMOS
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低成本高精度环形振荡器电路，其特征在于：包含电流偏置电路和环形振荡器，电流偏置电路为环形振荡器产生充放电电流，环形振荡器输出反馈到电流偏置电路并产生稳定的时钟信号频率
。2.
根据权利要求1所述的一种低成本高精度环形振荡器电路，其特征在于：所述电流偏置电路包含电流源
、
第一
PMOS
管
、
第二
PMOS
管
、
第三
PMOS
管
、
第四
PMOS
管
、
第一
NMOS
管
、
第二
NMOS
管和第三
NMOS
管，第一
PMOS
管的漏极与第一
PMOS
管的栅极
、
第二
PMOS
管栅极
、
第三
PMOS
管的栅极和电流源的输出端连接，第一
NMOS
管的漏极与第一
NMOS
管的栅极
、
第二
PMOS
管的漏极和第二
NMOS
管的栅极连接，第三
PMOS
管的漏极与第四
PMOS
管的源极连接并作为电流偏置电路的第一输入输出节点，第二
NMOS
管的漏极与第三
NMOS
管的源极连接并且作为电流偏置电路的第二输入输出节点，第四
PMOS
管的栅极与第三
NMOS
管的栅极连接并且作为电流偏置电路的控制输入节点，第一
PMOS
管的源极
、
第二
PMOS
管的源极
、
第三
PMOS
管的源极和第三
NMOS
管的漏极连接电源
VDD
，电流源
、
第一
NMOS
管的源极
、
第二
NMOS
管的源极和第四
PMOS
管的漏极接地
。3.
根据权利要求2所述的一种低成本高精度环形振荡器电路，其特征在于：所述第一
PMOS
管
、
第二
PMOS
管和第三
PMOS
管构成第一电流镜，第一电流镜的个数比为1：
n
：
m
，第一
NMOS
管和第二
NMOS
管构成第二电流镜，第二电流镜的个数比为
n
：
m
，满足电流偏置电路的第一输入输出节点和第二输入输出节点的输入输出电流相等
。4.
根据权利要求1所述的一种低成本高精度环形振荡器电路，其特征在于：所述环形振荡器包含第五
PMOS
管
、
第四
NMOS
管
、
电容
、
奇数个反相器串联组
、
第四反相器
、
第五反相器和第六反相器，第五
PMOS
管的源极作为环形振荡器的第一输入输出节点，第四
NMOS
管的源极作为环形振荡器的第二输入输出节点，第五
PMOS
管的漏极与第四
NMOS
管的漏极
、
奇数个反相器串联组的输入端和电容的一端连接，奇数个反相器串联组的输出端与第四反相器的输入端和第六反相器的输入端连接，第六反相器的输出端与电容的另一端连接，第四反相器的输出端与第五反相器的输入端
、
第五
PMOS
管的栅极和第四
NMOS
管的栅极连接，第五反相器的输出作为环形振荡器的输出端
。5.
根据权利要求4所述的一种低成本高精度环形振荡器电路，其特征在于：所述奇数个反相器串联组中反相器的数量为3个，分别为第一反相器
、
第二反相器和第三反相器，第一反相器的输入端作为奇数个反相器串联组的输入端，第一反相器的输出端与第二反相器的输入端连接，第二反相器的输出端与第三反相器的输入端连接，第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王挺，朱丽丽，
申请(专利权)人：上海帝迪集成电路设计有限公司，
类型：发明
国别省市：