本发明专利技术涉及一种温度补偿失调消除的ＲＣ振荡器及方法，所述ＲＣ振荡器包括基准电流产生模块和时钟信号产生模块，所述基准电流产生模块由两个运算放大器、两个电流源、两个场效应管、电阻和减法器组成，时钟信号产生模块由比较器、缓冲器、电容、电流源、电流沉和电流镜构成，电流镜的输入端连接减法器的输出端，比较器的输出端控制ＲＣ振荡器的所有开关，比较器的输出端经缓冲器后成为ＲＣ振荡器的输出时钟信号。本发明专利技术的有益效果为：消除了常规技术中影响振荡器输出频率的误差来源，即电阻温度系数及比较器的输入失调电压，极大程度地提升了输出频率的精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及CMOS集成电路领域，尤其涉及一种温度补偿失调消除的RC振荡器。
技术介绍
混合信号芯片中的数字电路通常需要频率精准的时钟信号，时钟信号在芯片内 由振荡器产生，RC振荡器以其结构简单，可集成度高，性能良好得到了广泛的研究和应 用。在常规的RC振荡器中，电流镜将电流基准转换为电流源IP和电流沉IN，通常设定 IP=IN=k*VREF/R，k为常数，VREF为基准电压，R为电阻，由两个开关Si，S2交替导通切换 充电电流源IP和放电电流沉IN，两个比较器用来比较电容电压VC和基准电压VH及VL并 将比较结果输入到RS触发器产生输出信号，由输出信号控制开关。上电后，两个比较器输出为逻辑值“01”，当输出信号为逻辑“0”，Sl导通S2关断， 电容开始充电。当VH<VC<VL后，比较器输出为“00”，输出信号保持为“0”，电容继续充 电。当VOVH后，比较器输出为逻辑“10”，输出信号变为逻辑“1”，Sl关断S2导通，电容停 止充电同时开始放电。VC下降的过程中，如果VH<VC<VL，比较器输出为逻辑“01”，输出信 号保持为逻辑“1”，电容持续放电。当VC<VL后，比较器输出重新变为逻辑“01”，电容又一 次开始充电。如此循环充放电产生稳定的占空比为50%的方波脉冲，脉冲频率f=k*VREF/ *。上式中，由于电阻R和电容C均为芯片内集成，它们的绝对精度和温度漂移不可 忽视，严重影响了脉冲频率的精度。另外两个比较器存在输入失调电压Vosl、Vos2，因此 VH-VL应修正为。电阻R和电容C的绝对精度通过修调可以得到 保证，电容C的温度漂移相对较小，也可以忽略，但电阻R的温度漂移非常显著，比较器失调 电压之差(V0S2-V0S1)也可能到正负数十mV量级，并且也是一个温度敏感的量。它们给振 荡器输出频率带来的误差可能高达25%，这显然是不可接受的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种温度补偿失调消除的高精度RC振荡器，以克服现有技 术的不足。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现一种温度补偿失调消除的RC振荡器，包括基准电流产生模块和时钟信号产生模块， 所述基准电流产生模块由两个运算放大器、两个电流源Il和12、两个场效应管Ml和M2、 电阻R和减法器组成，两个运算放大器的正向输入端分别连接与对应的基准电压VREFl和 VREF2，两个运算放大器的反向输入端分别连接相对应的场效应管(如Ml，M2)的源极，两个 运算放大器的输出端分别连接相对应的场效应管(Ml，M2)的栅极，两个电流源(如II，12) 的一端分别连接相对应的场效应管(M1，M2)的源极，两个电流源(II，12)的另一端均接地， 两个场效应管的漏极均连接减法器。所述时钟信号产生模块包括比较器、缓冲器、电容C、电流源IP、电流沉IN和电流镜，电流镜的输入端连接减法器的输出端，电流源IP和电流沉IN均连接电流镜的输出端， 由开关Si，S2控制电流源IP和电流沉IN的导通及断开，电流沉IN的另一端接地，由开关 S3，S4控制选通基准电压VH或VL并连接到比较器的正向输入端，比较器的反向输入端连 接电容C，电容C的另一端接地；所述的时钟信号产生模块中所有的开关(S1，S2，S3，S4)均 连接比较器的输出端，缓冲器连接比较器的输出端。一种温度补偿失调消除的方法，包括以下步骤1)将第一运算放大器的正向输入端接入零温度系数的电压基准VREFl，然后，将第二运 算放大器的正向输入端接入负温度系数的电压基准VREF2 ；2)步骤1)接入的电压基准VREFl和VREF2通过基准电流产生模块处理后，得到零温度 系数的电流基准IREF=k (VREFl- VREF2)/R，其中R是具有正温度系数的半导体电阻，k为 常数；3)步骤2)中得到的电流基准IREF连接时钟信号产生模块中的电流镜且被转换成电流 相等的电流源IP和电流沉IN;4)时钟信号产生模块接通电路电源后，电容C的电压从零开始按照IP/C的速率上升， 此时比较器的输出逻辑值为0，进而使开关Si、S3导通而开关S2、S4关断，VH接入比较器 的正向输入端，电容C持续充电，比较器的输出端经缓冲器整形缓冲后输出时钟输出信号；5)当电容C的电压达到VH后，比较器的输出为逻辑值为1，进而开关Si、S3关断而开 关S2、S4导通，VL接入比较器的正向输入端，电容C开始以IN/C的速率放电，比较器的输 出端经缓冲器整形缓冲后输出时钟输出信号；6)当电容C的电压下降到VL时，比较器再次输出逻辑值为0，进而开关Si、S3导通同 时开关S2、S4关断，VH接入比较器的正向输入端，电容C开始充电，比较器的输出端经缓冲 器整形缓冲后输出时钟输出信号；7)循环执行步骤4)_6)，进而得到连续的温度补偿的失调消除的时钟信号。本方法基于以下事实a.半导体电阻的温度系数很大，不可忽略，通常扩散电阻 为正温度系数。b.集成电路中容易获得各种温度系数的电压基准。本专利技术的有益效果消除了常规技术中影响振荡器输出频率的误差来源、电 阻R的温度系数以及比较器的输入失调差，极大程度地提升了输出频率的精度。由于采 用了双运算放大器和双电流源，使得电流基准(VREF1-VREF2)/R得以实现。如果设定 (VREF1-VREF2)具有和电阻R相同的温度系数，那么电流基准将是零温度系数。时钟信号产 生模块中，用开关S3、S4来选通VH、VL,与常规振荡器相比省去了一个比较器，从而VH-VL 可以重新写为 =VH-VL,即失调电压得以消除。使用本专利技术技术能够 消除常规技术中存在的影响输出频率精度的因素，有效地提升了振荡器的性能。附图说明下面根据附图对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术实施例所述的温度补偿失调消除的RC振荡器的基准电流产生模块 的电路图2是本专利技术实施例所述的温度补偿失调消除的RC振荡器的时钟信号产生模块的电 路图。图中1、第一运算放大器；2、第二运算放大器；3、减法器；4、比较器；5、缓冲器；6、电流源； 7、电流沉；8、电流镜。具体实施例方式本专利技术实施例所述的一种温度补偿失调消除的RC振荡器，包括基准电流产生模 块和时钟信号产生模块，所述基准电流产生模块由两个运算放大器(1，2)、两个电流源Il 和12、两个场效应管Ml和M2、电阻R和减法器3组成，两个运算放大器(1，2)的正向输入 端分别连接与对应的基准电压VREFl和VREF2，两个运算放大器(1，2)的反向输入端分别连 接相对应的场效应管(Ml，M2)的源极，两个运算放大器(1，2)的输出端分别连接相对应的 场效应管(Ml，M2)的栅极，两个电流源(II和12)的一端分别连接相对应的场效应管(M1， M2)的源极，两个电流源(II和12)的另一端均接地，两个场效应管(Ml，M2)的漏极均连接 减法器3。所述时钟信号产生模块包括比较器4、缓冲器5、电容C、电流源6 (如IP)、电流沉 7 (如IN)和电流镜8，电流镜8的输入端连接减法器3的输出端，电流源IP和电流沉IN均 连接电流镜8的输出端，由开关Si，S2控制电流源IP和电流沉IN的导通及断开，电流沉IN 的另一端接地，由开关S3，S4控制选通基准电压VH或VL并连接到比较器4的正向输本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闾建晶，田道璟，景春忠，
申请(专利权)人：无锡灿星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32
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