具有补偿延迟的RC振荡器制造技术

根据本发明专利技术构思的至少一些示例实施例，一种RC振荡器包括振荡器核和模拟电路，所述振荡器核包括具有多个匹配电流源、多个电容器和电阻器的定时电路，第一连续时间比较器以及Schmitt触发器，所述模拟电路连接到所述振荡器核，包括代表所述第一连续时间比较器的副本的第二连续时间比较器以及EX

【技术实现步骤摘要】
具有补偿延迟的RC振荡器


[0001]本专利技术构思的至少一些示例实施例涉及振荡器，并且具体地涉及电阻电容(RC)振荡器中的偏移(offset)和延迟的消除。

技术介绍

[0002]振荡器和定时器频繁用于具有取决于应用的频率、准确度、稳定性规格的许多系统。诸如利用仅12.8Hz的定时时钟操作的一些相对低占空比系统可以具有非常断断续续的活动，并且实现大约1nW的平均功耗。另一方面，基于标准的无线系统经常使用精确的低功耗定时器以维持协议水平定时，从而确保无线电在正确时间被开启。基于例如蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy，BLE)或电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)802.15.4网络的连接节点中从传感器节点的操作，尤其是在低占空比时，对于高准确度振荡器的期望是明显的。这些传感器节点定期地被唤醒以接收信标而使传输同步。
[0003]振荡器被用于许多不同类型的电子设备。例如，振荡器可以用于可以实施从休眠模式恢复到活动模式的功能的设备，该设备的示例包括但不限于移动装置(比如，移动电话、移动设备等)、音频设备(比如，无线扬声器、无线头戴式耳机/耳塞式耳机等)、电视、计算机(比如，台式计算机、膝上型计算机、平板计算机等)、可穿戴设备(比如，智能手表、智能环/手镯/坠饰、其它智能珠宝等)以及物联网(IoT)设备。特别地，在类似IoT设备和音频设备的可以使用时钟实施从操作的休眠模式移动到活动模式的功能的应用中，减小或者最小化振荡器功耗将减小休眠功耗(比如，在休眠模式中的功耗)。对于减小或者最小化数字电路中的定时不确定性，振荡器频率的温度稳定性会是重要的。在低于500KHz的频率，可以使用例如基于平均技术的比较器偏移消除。图1和图2示出了比较器偏移消除的实施和定时图。在期间，在电容器被相同匹配电流I充电的情况下，第二节点处的第二节点电压V2＝I*R以及第一节点N1处的第一电压V1使得第一电压V1和第二电压V2在RC时间处相交，并且输出的状态在比较器延迟后改变。对于则相反。此处周期是t
period
＝2RC+2t
delay
(其中，t
delay
是比较器延迟)。当在高于10MHz的频率操作时，比较器延迟可以是频率不准确的实质原因，或者是频率不准确的主要原因。
[0004]可以观察到，在电阻电容(RC)振荡器中，随工艺的比较器延迟变动通常被修饰(trim)，但是随温度和电源电压的漂移(drift)会仍然存在。这种随V和T的变动会决定频率准确度。总的来说，比较器延迟经常与功耗成比例。
[0005]图3A示出了就比较器偏移而言的频率变动。图3B示出了就比较器延迟而言的频率变动。可以观察到，比较器偏移使比较器的跳变点(trip point)移动，这将取决于例如偏移极性而增大或减小频率。有限比较器延迟及其变动会导致振荡频率变化。
[0006]图4A示出了对于低功耗应用，t
delay
[即比较器延迟]更大并且对应的工艺电压温度(PVT)展宽会使振荡器频率变得远离期望值。时间周期可以通过下述表达式计算：
[0007]t
φ＝0
＝(I2R+V
os
)+t
delay
[0008]t
φ＝1
＝(I1R
‑
V
os
)+t
delay
[0009][0010]图4B示出了用于说明相对于图4A并且由下述表示的t_delay的计算的定时图：
[0011]I1＝I2[0012]T
period
＝2RC+2t
delay
[0013]总的来说，会期望减小或者消除比较器延迟对RC张弛振荡器的依赖性以使其适合于低功耗应用。
[0014]会期望至少改善RC振荡器的频率准确度。

技术实现思路

[0015]根据本专利技术构思的至少一些示例实施例，一种RC振荡器包括振荡器核和模拟电路，所述振荡器核包括具有多个匹配电流源、多个电容器和电阻器的定时电路，第一连续时间比较器以及Schmitt触发器，所述模拟电路连接到所述振荡器核，包括代表所述第一连续时间比较器的副本的第二连续时间比较器以及EX
‑
OR门，其中，所述模拟电路被配置成：使所述振荡器核的时钟信号通过所述第二连续时间比较器，并且获得代表比较器延迟的延迟时钟信号，基于将所述时钟信号和所获得的延迟时钟信号馈送到所述EX
‑
OR门，提取所述第一连续时间比较器的所述比较器延迟，以及通过在对应于所述比较器延迟的时间间隔期间利用相同电流对连接到所述第一连续时间比较器的所述多个电容器充电，来对所述第一连续时间比较器的输入电压信号进行升压，从而针对所述振荡器核补偿所述比较器延迟。
[0016]根据至少一些示例实施例，一种用于补偿RC振荡器中的比较器偏移和延迟的方法，所述RC振荡器包括振荡器核和第一连续时间比较器，所述方法包括：使所述振荡器核的时钟信号通过模拟电路的第二连续时间比较器，并且获得代表比较器延迟的延迟时钟信号，所述模拟电路连接到所述振荡器核并且包括代表所述第一连续时间比较器的副本的所述第二连续时间比较器，以及EX
‑
OR门；基于将所述时钟信号和所获得的延迟时钟信号馈送到所述EX
‑
OR门，提取所述第一连续时间比较器的比较器延迟；以及通过在对应于所述比较器延迟的时间间隔期间利用相同电流对连接到所述第一连续时间比较器的多个电容器充电，来对输入到所述第一连续时间比较器的第一节点电压信号和第二节点电压信号进行升压，以补偿针对所述振荡器核补偿所述第一连续时间比较器的所述比较器延迟和偏移。
[0017]本专利技术构思的至少一些示例实施例涉及RC振荡器。根据至少一些示例实施例，振荡器核包括具有多个匹配电流源I、电容器C和电阻器R的定时电路，第一连续时间比较器以及Schmitt触发器。模拟电路连接到所述振荡器核并且包括代表所述第一连续时间比较器的副本的第二连续时间比较器以及EX
‑
OR门。所述模拟电路被配置成执行下述步骤：
[0018]使所述振荡器核的时钟信号通过所述副本比较器，并且获得代表比较器延迟的延迟时钟信号；
[0019]基于将所述时钟信号和所获得的比较器延迟馈送到所述EX
‑
OR门，提取所述第一连续时间比较器的所述比较器延迟；以及
[0020]通过在对应于所述比较器延迟的时间间隔(t
delay
)期间利用相同电流对连接到所述第一连续时间比较器的所述多个电容器充电，来对所述第一连续时间比较器的输入电压
信号(V1/V2)进行升压，从而针对所述振荡器核补偿所述比较器延迟。
[0021]本专利技术构思的至少一些示例实施例涉及消除了比较器偏移和比较器延迟的49MHz低功耗RC张弛振荡器。对于所述比较器延迟占重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RC振荡器，所述RC振荡器包括：振荡器核，所述振荡器核包括：定时电路，所述定时电路包括多个匹配电流源、多个电容器和电阻器，第一连续时间比较器，以及施密特触发器；以及模拟电路，所述模拟电路连接到所述振荡器核，所述模拟电路包括：第二连续时间比较器，所述第二连续时间比较器代表所述第一连续时间比较器的副本，以及异或门，其中，所述模拟电路被配置成：使所述振荡器核的时钟信号通过所述第二连续时间比较器，并且获得代表比较器延迟的延迟时钟信号，基于将所述时钟信号和所获得的延迟时钟信号馈送到所述异或门，提取所述第一连续时间比较器的所述比较器延迟，以及在对应于所述比较器延迟的时间间隔期间，通过将输入电压信号升压到所述第一连续时间比较器，利用相同电流对连接到所述第一连续时间比较器的所述多个电容器充电，从而针对所述振荡器核补偿所述比较器延迟。2.根据权利要求1所述的RC振荡器，其中，所述第一连续时间比较器的输入由下述中的至少一者限定：流过电阻器并且生成参考电压的固定电流，对连接到所述第一连续时间比较器的所述多个电容器充电的固定电流，由所述RC振荡器的第一节点电压和第二节点电压限定的操作阶段，所述操作阶段是通过对电容器充电实现的，并且由此使得一旦经过由RC时间常数限定的持续时间所述第一节点电压就能够与所述第二节点电压相交，并进而使得输出能够在所述第一连续时间比较器的延迟之后改变，以及由所述第一节点电压和所述第二节点电压限定的互补操作阶段，所述互补操作阶段是通过对电容器充电实现的，并且由此使得一旦经过由所述RC时间常数限定的所述持续时间所述第一节点电压就能够与所述第二节点电压相交，并进而使得所述输出能够在所述第一连续时间比较器的延迟之后改变。3.根据权利要求1所述的RC振荡器，其中，所述第一连续时间比较器被配置成基于对电容器充电的电流以及固定参考电压检测输入差异。4.根据权利要求1所述的RC振荡器，其中，所述RC振荡器的周期由t
period
＝2RC+2t
delay
限定，t
delay
对应于所述比较器延迟。5.一种用于补...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯山，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：