高精度振荡器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高精度振荡器，其包括电压基准模块、补偿电流产生模块及环形振荡器；所述电压基准模块包括若干被测场效应管，并对所述被测场效应管进行工艺角检测，用来产生含有被测场效应管工艺角信息的基准电压，且将所述基准电压输入至所述补偿电流产生模块；所述补偿电流产生模块对基准电压进行温度补偿，并产生同时具备工艺补偿和温度补偿的电流，且所述补偿电流产生模块将产生的电流输入至所述环形振荡器；所述环形振荡器接收补偿电流产生模块产生的电流，并根据所述电流输出频率稳定的时钟。本发明的高精度振荡器将工艺补偿和温度补偿独立设计，二者互不影响，便于调节；且其输出时钟频率不受工艺和温度的影响，提高了输出时钟的精度。
【专利说明】高精度振荡器
【技术领域】
[0001]本发明涉及模拟电路振荡器【技术领域】，更具体地涉及一种高精度振荡器。
【背景技术】
[0002]现有振荡器一般具备工艺补偿，很少引入温度补偿，故振荡器在实际工作中会随着温度的变化，其振荡器频率会发生改变，一般称之为温漂，使得其输出的时钟精度偏低。现有振荡器一般难以将工艺补偿和温度补偿分开设计，因为工艺补偿与温度补偿二者具有相互影响的关系，故很难调节，无法同时满足工艺补偿和温度补偿。
[0003]因此，有必要提供一种改进的高精度振荡器来克服上述缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种高精度振荡器，本发明的高精度振荡器将工艺补偿和温度补偿独立设计，二者互不影响，便于调节；且其输出时钟频率不受工艺和温度的影响，提高了输出时钟的精度。
[0005]为实现上述目的，本发明提供一种高精度振荡器，其包括电压基准模块、补偿电流产生模块及环形振荡器；所述电压基准模块包括若干被测场效应管，并对所述被测场效应管进行工艺角检测以产生含有被测场效应管工艺角信息的基准电压，且将所述基准电压输入至所述补偿电流产生模块；所述补偿电流产生模块对基准电压进行温度补偿，并产生同时具备工艺补偿和温度补偿的电流，且所述补偿电流产生模块将产生的电流输入至所述环形振荡器；所述环形振荡器接收补偿电流产生模块产生的电流，并根据所述电流输出频率稳定的时钟。
[0006]较佳地，所述电压基准模块包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第一电阻及第二电阻；所述第一场效应管、第二场效应管及第三场效应管的栅极与漏极均接地，所述第一场效应管的源极与第七场效应管的源极连接，所述第二场效应管的源极与第一电阻的一端连接，所述第三场效应管的源极与第二电阻的一端连接，且所述第一场效应管、第二场效应管及第三场效应管为被测场效应管，以提供场效应管的工艺角信息；所述第四场效应管、第五场效应管及第六场效应管的源极均与外部电源连接，且所述第四场效应管、第五场效应管及第六场效应管的栅极均与所述第五场效应管的漏极连接，所述第四场效应管的漏极与第七场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的漏极与第八场效应管的漏极连接，所述第六场效应管的漏极与第二电阻的另一端连接，且输出基准电压；所述第七场效应管的栅极与漏极连接，并与所述第八场效应管的栅极连接；所述第八场效应管的源极与第一电阻的另一端连接。
[0007]较佳地，所述第五场效应管的宽长比与第六场效应管的宽长比相同。
[0008]较佳地，所述补偿电流产生模块包括第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管、第十二场效应管及运算放大器；所述第九场效应管的栅极与漏极接地，其源极与所述运算放大器的反相输入端及第十场效应管的源极连接；所述运算放大器的正相输入端与所述电压基准模块的输出端连接，其输出端与所述第十场效应管的栅极连接；所述第十场效应管的漏极与所述第十一场效应管的漏极及栅极共同连接，并与所述第十二场效应管的栅极连接；所述第十一场效应管及第十二场效应管的源极均与外部电源连接；所述第十二场效应管的漏极输出同时具备工艺补偿和温度补偿的电流。
[0009]较佳地，所述第十一场效应管的宽长比与第十二场效应管的宽长比相同。
[0010]较佳地，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管及第九场效应管均为P型场效应管。
[0011]较佳地，所述环形振荡器包括第十三场效应管、第十四场效应管、第十五场效应管、比较器及多个振荡单元；所述第十三场效应管的漏极、栅极及第十四场效应管的栅极共同连接，并与所述补偿电流产生模块的输出端连接，所述第十三场效应管与第十四场效应管的源极均接地；所述第十四场效应管的漏极与第十五场效应管的漏极连接；所述第十五场效应管的漏极与栅极共同连接，并与各个所述振荡单元连接，其源极与外部电源连接；各个所述振荡单元依次相互串连，最后一个振荡单元的输出端与第一个振荡单元的输入端连接，且最后一个振荡单元的两输出端对应与所述比较器的两输入端连接，所述比较器的输出端输出频率稳定的时钟。
[0012]本发明的高精度振荡器，由于所述电压基准模块包括若干被测场效应管，并对所述被测场效应管进行工艺角检测而产生含有被测场效应管工艺角信息的基准电压，且将所述基准电压输入至所述补偿电流产生模块；所述补偿电流产生模块对基准电压进行温度补偿，并产生同时具备工艺补偿和温度补偿的电流，且所述补偿电流产生模块将产生的电流输入至所述环形振荡器；从而将工艺补偿和温度补偿独立设计，二者互不影响，便于调节；而且同时对输出的时钟进行了工艺补偿与温度补偿，使得输出时钟频率不受工艺和温度的影响，提高了输出时钟的精度。
[0013]通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明。【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明高精度振荡器的系统框图。
[0015]图2为图1所示电压基准模块的电路结构图。
[0016]图3为图1所示补偿电流产生模块的电路结构图。
[0017]图4为图3所示补偿电流产生模块输出电流随场效应管的工艺和温度变化的特性图
[0018]图5为图1所示环形振荡器的电路结构图。
[0019]图6为本发明一个振荡单元的电路结构图。
【具体实施方式】
[0020]现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种高精度振荡器，本发明的高精度振荡器将工艺补偿和温度补偿独立设计，二者互不影响，便于调节；且其输出时钟频率不受工艺和温度的影响，提高了输出时钟的精度。[0021]请参考图1，图1为本发明高精度振荡器的系统框图。如图所示，本发明的高精度振荡器包括电压基准模块、补偿电流产生模块及环形振荡器；所述电压基准模块产生含有场效应管工艺角信息的基准电压VERF，且将所述基准电压VREF输入至所述补偿电流产生模块；所述补偿电流产生模块对基准电压VREF进行温度补偿，并产生同时具备工艺补偿和温度补偿的补偿电流Icps，且所述补偿电流产生模块将产生的补偿电流Icps输入至所述环形振荡器；所述环形振荡器接收补偿电流产生模块产生的补偿电流Icps，并输出频率稳定的时钟Fout。
[0022]请再结合参考图2，图2为图1所示电压基准模块的电路结构图。如图所示，所述电压基准模块包括第一场效应管Ml、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第四场效应管M4、第五场效应管M5、第六场效应管M6、第七场效应管M7、第八场效应管M8、第一电阻Rl及第二电阻R2 ;所述第一场效应管Ml、第二场效应管M2及第三场效应管M3的栅极与漏极均接地，所述第一场效应管Ml的源极与第七场效应管M7的源极连接，所述第二场效应管M2的源极与第一电阻Rl的一端连接，所述第三场效应管M3的源极与第二电阻R2的一端连接，且所述第一场效应管Ml、第二场效应管M2及第三场效应管M3为被测场效应管，以提供场效应管的工艺角信息；所述第四场效应管M4、第五场效应管M5及第六场效应管M6的源极均与外部电源VCC连接，且其栅极均共同连接并与第五场效应管M5的漏极连接，所述第四场效应管M4的漏极与第七场效应管M7的漏极连接，所述第五场效应管M5的漏极与第八场效应管M8的漏极连接，所述第六场效应管M6的漏极与第二电阻R2的另一端连接，且输出基准电压VREF ;所述第七场效应管M7的栅极与漏极连接，并与所述第八场效应管M8的栅极连接；所述第八场效应管M8的源极与第一电阻Rl的另一端连接。在本发明的优选实施方式中，所述第五场效应管M5的宽长比与第六场效应管M6的宽长比相同。
[0023]所述电压基准模块通过比较第一场效应管Ml、第二场效应管M2及第三场效应管M3的栅极电压，其比较结果中含有工艺角的信息，从而实现对第一场效应管Ml、第二场效应管M2及第三场效应管M3的工艺角检测。且第四场效应管M4、第五场效应管M5、第七场效应管M7及第八场效应管M8组成一个运算放大器，以使电压V1、V3相等；同时使流过第五场效应管M5的电流镜像至第六场效应管M6，且设定流过第五场效应管M5的电流为I。所述第一电阻Rl使其两端的电压差`VR (即电压V2、V3的电压差)转换为电流I，且明显地，所述电流I中含有第一场效应管Ml、第二场效应管M2工艺角信息；第二电阻R2和第三场效应管M3接收流过第六场效应管M6的电流，并将该电流转换为基准电压VREF，由于基准电压VREF是由含有第一场效应管Ml、第二场效应管M2工艺角信息的电流I和第三场效应管M3的栅极电压共同组成，故所述基准电压VREF含有第一场效应管Ml、第二场效应管M2及第三场效应管M3的工艺角信息。具体地:
[0024]第一场效应管Ml、第二场效应管M2的栅源电压V1、V2分别为:
I Ti
[0025]Vl = Vth +^ 1-----
]j Cox11-1zpl1-(IVZL)1
[0026]Vl = Vlh+ \-~~———-——
\Cox*up*(W ! L)z
[0027]由于V1=V3，则第一电阻Rl两端的电压差VR为:
【权利要求】
1.一种高精度振荡器，其特征在于，包括电压基准模块、补偿电流产生模块及环形振荡器；所述电压基准模块包括若干被测场效应管，并对所述被测场效应管进行工艺角检测而产生含有被测场效应管工艺角信息的基准电压，且将所述基准电压输入至所述补偿电流产生模块；所述补偿电流产生模块对基准电压进行温度补偿，并产生同时具备工艺补偿和温度补偿的补偿电流，且所述补偿电流产生模块将产生的补偿电流输入至所述环形振荡器；所述环形振荡器接收补偿电流产生模块产生的补偿电流，并根据所述电流输出频率稳定的时钟。
2.如权利要求1所述的高精度振荡器，其特征在于，所述电压基准模块包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第一电阻及第二电阻；所述第一场效应管、第二场效应管及第三场效应管的栅极与漏极均接地，所述第一场效应管的源极与第七场效应管的源极连接，所述第二场效应管的源极与第一电阻的一端连接，所述第三场效应管的源极与第二电阻的一端连接，且所述第一场效应管、第二场效应管及第三场效应管为被测场效应管，以提供场效应管的工艺角信息；所述第四场效应管、第五场效应管及第六场效应管的源极均与外部电源连接，且其栅极均共同连接并与第五场效应管的漏极连接，所述第四场效应管的漏极与第七场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的漏极与第八场效应管的漏极连接，所述第六场效应管的漏极与第二电阻的另一端连接，且输出基准电压；所述第七场效应管的栅极与漏极连接，并与所述第八场效应管的栅极连接；所述第八场效应管的源极与第一电阻的另一端连接。
3.如权利要求2所述的高精度振荡器，其特征在于，所述第五场效应管的宽长比与第六场效应管的宽长比相同。
4.如权利要求1所述的高精度振荡器，其特征在于，所述补偿电流产生模块包括第九场效应管、第十场效应管 、第十一场效应管、第十二场效应管及运算放大器；所述第九场效应管的栅极与漏极接地，其源极与所述运算放大器的反相输入端及第十场效应管的源极连接；所述运算放大器的正相输入端与所述电压基准模块的输出端连接，其输出端与所述第十场效应管的栅极连接；所述第十场效应管的漏极与所述第十一场效应管的漏极及栅极共同连接，并与所述第十二场效应管的栅极连接；所述第十一场效应管及第十二场效应管的源极均与外部电源连接；所述第十二场效应管的漏极输出同时具备工艺补偿和温度补偿的电流。
5.如权利要求4所述的高精度振荡器，其特征在于，所述第十一场效应管的宽长比与第十二场效应管的宽长比相同。
6.如权利要求2所述的高精度振荡器，其特征在于，所述补偿电流产生模块包括九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管、第十二场效应管及运算放大器；所述第九场效应管的栅极与漏极接地，其源极与所述运算放大器的反相输入端及第十场效应管的源极连接；所述运算放大器的正相输入端与所述电压基准模块的输出端连接，其输出端与所述第十场效应管的栅极连接；所述第十场效应管的漏极与所述第十一场效应管的漏极及栅极共同连接，并与所述第十二场效应管的栅极连接；所述第十一场效应管及第十二场效应管的源极均与外部电源连接；所述第十二场效应管的漏极输出同时具备工艺补偿和温度补偿的电流；且所述第九场效应管、第一场效应管、第二场效应管及第三场效应管均为P型场效应管。
7.如权利要求1所述的高精度振荡器，其特征在于，所述环形振荡器包括第十三场效应管、第十四场效应管、第十五场效应管、比较器及多个振荡单元；所述第十三场效应管的漏极、栅极及第十四场效应管的栅极共同连接，并与所述补偿电流产生模块的输出端连接，所述第十三场效应管与第十四场效应管的源极均接地；所述第十四场效应管的漏极与第十五场效应管的漏极连接；所述第十五场效应管的漏极与栅极共同连接，并与各个所述振荡单元连接，其源极与外部电源连接；各个所述振荡单元依次相互串连，最后一个振荡单元的输出端与第一个振荡单元的输入端连接，且最后一个振荡单元的两输出端对应与所述比较器的两输入端连 接，所述比较器的输出端输出频率稳定的时钟。
【文档编号】H03L1/02GK103595402SQ201310576652
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】邹铮贤, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:四川和芯微电子股份有限公司