低功耗振荡器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种低功耗振荡器，包括时钟发生单元和频率反馈控制单元；时钟发生单元，包括产生时钟信号的可调振荡器和根据时钟信号生成第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号的时钟发生器；频率反馈控制单元，包括积分器、比较器和数字处理器；积分器由接收到的第一控制信号触发，对带隙基准电流进行积分，将可调振荡器的输出频率转换为输出电压输出至比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端接入带隙基准电压，根据第三控制信号的触发锁定输出的比较信号；数字处理器根据比较信号生成频率调制比特，用以使可调振荡器根据频率调制比特改变可调振荡器中的电容值或电阻值，从而改变低功耗振荡器的振荡频率。
【专利说明】低功耗振荡器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信领域，尤其涉及一种低功耗振荡器。
【背景技术】
[0002] 低功耗振荡器（low power oscillator,LP0)在无线通信系统中有着广泛的应用。 由于无线传感节点之间的数据交互稀少，可以在很短的时间内完成，因此可以通过周期性 的唤醒传感节点，而在其它时间让节点进入休眠状态的方式来达到降低功耗的目的。LP0通 常在休眠或其它省电模式下提供系统时钟来控制关键时序，如保持系统同步或用来唤醒系 统。所以LP0需要有较为精确的振荡频率。
[0003] 虽然有源的片外晶振，如温度补偿石英晶振能达到很高的精度，但是为了节省成 本和功耗，LP0电路很少采用片外晶振的解决方案。片上集成的LC振荡器也可以达到较高 的精度，然而由于其方案需要高频的振荡，功耗远远超出无线传感节点的功耗预算。而LP0 通常工作在较低频率以节省功耗，因此LC类振荡器也不适用。
[0004] 所以目前的LP0的多采用由RC常数决定频率的弛张振荡器（relaxation oscillator)或是由偏置控制的环形振荡器（ring oscillator)。但是，采用RC常数 或偏置控制来实现的LP0的振荡频率会随工艺、电源电压、温度（Process，Voltage and Temperature，PVT)，偏置以及其它电路参数的变化而波动，造成LP0的时间或频率的准确 性较差。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种低功耗振荡器，具有数字化的频率检测反馈控制功能， 可以大大提高低功耗振荡器输出振荡频率的精度，降低低功耗振荡器的功耗和成本，同时 为进一步的进行数字信号处理、提高低功耗振荡器的性能提供了可能。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种低功耗振荡器，所述低功耗振荡器包括：
[0007] 时钟发生单元，包括可调振荡器和时钟发生器，所述可调振荡器用于产生时钟信 号CLK ;所述时钟发生器用于根据所述时钟信号CLK产生第一控制信号Φ 1、第二控制信号 Φ2和第三控制信号Φ3 ;
[0008] 参考生成单元，用于生成带隙基准电压和带隙基准电流；
[0009] 频率反馈控制单元，包括积分器、比较器和数字处理器；
[0010] 其中，所述积分器由接收到的所述第一控制信号Φ1触发，对所述带隙基准电流 进行积分，将所述可调振荡器的输出频率转换为输出电压，输出至所述比较器的一个输入 端，所述比较器的另一个输入端接入所述带隙基准电压，所述比较器根据所述第三控制信 号Φ3的触发锁定输出的比较信号；所述数字处理器根据所述比较信号生成电容值调制比 特，用以使所述可调振荡器根据所述电容值调制比特改变可调振荡器中的电容值，从而改 变所述低功耗振荡器的振荡频率。
[0011] 在第一种可能的实现方式中，所述积分器具体包括：第一开关Ki、第二开关K2和第 一电容CINT ;
[0012] 根据第一控制信号Φ1控制第一开关Ki的导通和关断，根据第二控制信号控制 Φ2第二开关1(2的导通和关断；设置所述第一控制信号Φ1和第二控制信号Φ2使得第一 开关I和第二开关K 2不同时导通；
[0013] 当第一开关导通时，所述带隙基准电流对所述第一电容CINT充电得到电容积分电 压；当第二开关导通时，对第一电容C INT放电以对所述电容积分电压进行复位；
[0014] 所述带隙基准电流对所述第一电容CINT充电的时长大于所述时钟信号CLK的时钟 周期的N倍；其中N为正整数；
[0015] 所述比较器在所述带隙基准电流对所述第一电容CINT充电N个所述时钟信号CLK 的时钟周期后，比较所述电容积分电压和所述带隙基准电压，输出比较信号。
[0016] 结合第一方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述第一 电容CINT为金属间电容，具体为Mim电容或Mom电容。
[0017] 在第三种可能的实现方式中，当所述第三控制信号Φ3的正向脉冲上升沿锁定所 述比较器输出的比较信号时，所述积分器完成对所述带隙基准电流的积分，此时积分器的
【权利要求】
1. 一种低功耗振荡器，其特征在于，所述低功耗振荡器包括： 时钟发生单元，包括可调振荡器和时钟发生器，所述可调振荡器用于产生时钟信号 CLK ;所述时钟发生器用于根据所述时钟信号CLK产生第一控制信号Φ1、第二控制信号Φ2 和第三控制信号Φ3 ; 参考生成单元，用于生成带隙基准电压和带隙基准电流； 频率反馈控制单元，包括积分器、比较器和数字处理器； 其中，所述积分器由接收到的所述第一控制信号Φ1触发，对所述带隙基准电流进行 积分，将所述可调振荡器的输出频率转换为输出电压，输出至所述比较器的一个输入端，所 述比较器的另一个输入端接入所述带隙基准电压，所述比较器根据所述第三控制信号Φ 3 的触发锁定输出的比较信号；所述数字处理器根据所述比较信号生成频率调制比特，用以 使所述可调振荡器根据所述频率调制比特改变可调振荡器中的电容值或电阻值，从而改变 所述低功耗振荡器的振荡频率。
2. 根据权利要求1所述的低功耗振荡器，其特征在于，所述积分器具体包括：第一开关 I、第二开关κ2和第一电容CINT ; 根据第一控制信号Φ1控制第一开关Ki的导通和关断，根据第二控制信号Φ2控制第 二开关K2的导通和关断；设置所述第一控制信号Φ1和第二控制信号Φ2使得第一开关& 和第二开关K 2不同时导通； 当第一开关导通时，所述带隙基准电流对所述第一电容CINT充电得到电容积分电压； 当第二开关导通时，对第一电容CINT放电以对所述电容积分电压进行复位； 所述带隙基准电流对所述第一电容CINT充电的时长大于所述时钟信号CLK的时钟周期 的N倍；其中N为正整数； 所述比较器在所述带隙基准电流对所述第一电容CINT充电N个所述时钟信号CLK的时 钟周期后，比较所述电容积分电压和所述带隙基准电压，输出比较信号。
3. 根据权利要求2所述的低功耗振荡器，所述第一电容CINT为金属间电容，具体为Mim 电容或Mom电容。
4. 根据权利要求1所述的低功耗振荡器，其特征在于，当所述第三控制信号Φ3的正 向脉冲上升沿锁定所述比较器输出的比较信号时，所述积分器完成对所述带隙基准电流的 积分，此时积分器的输出电压为：匕ντ 其中，VINT为输出电压，IMf为带隙基准电 流，f为所述可调振荡器的输出频率，CINT为第一电容的电容值。
5. 根据权利要求1所述的低功耗振荡器，其特征在于，所述可调振荡器包括可调电容； 所述比较信号为数字信号； 当所述比较器输出的比较信号为第一电平时，所述数字处理器根据所述第一电平，将 存储的电容初始调制比特增加后输出电容值调制比特，用以所述可调振荡器根据所述电容 值调制比特增大可调振荡器中的电容值； 当所述比较器输出的比较信号为第二电平时，所述数字处理器根据所述第二电平，将 存储的电容初始调制比特减小后输出电容值调制比特，用以所述可调振荡器根据所述电容 值调制比特减小可调振荡器中的电容值。
6. 根据权利要求5所述的低功耗振荡器，其特征在于，所述可调振荡器包括电容阵列； 所述电容阵列由多个电容阵列单元组成； 所述电容值调制比特用于控制所述电容阵列中实际接入所述可调振荡器的电容阵列 单元的数量；所述可调振荡器中的电容值为所述电容阵列中实际接入所述可调振荡器的电 容阵列单元的电容值； 所述数字处理器还用于：将电容值调制比特存储为电容初始调制比特。
7. 根据权利要求1所述的低功耗振荡器，其特征在于，所述可调振荡器包括可调电阻； 所述比较信号为数字信号；所述频率调制比特具体为电阻值调制比特； 当所述比较器输出的比较信号为第一电平时，所述数字处理器根据所述第一电平，将 存储的电阻初始调制比特增加后输出电阻值调制比特，用以所述可调振荡器根据所述电阻 值调制比特增大可调振荡器中的电阻值； 当所述比较器输出的比较信号为第二电平时，所述数字处理器根据所述第二电平，将 存储的电容初始调制比特减小后输出电阻值调制比特，用以所述可调振荡器根据所述电阻 值调制比特减小可调振荡器中的电阻值。
8. 根据权利要求7所述的低功耗振荡器，其特征在于，所述可调振荡器包括电阻阵列； 所述电阻阵列由多个电阻阵列单元组成； 所述电阻值调制比特用于控制所述电阻阵列中实际接入所述可调振荡器的电阻阵列 单元的数量；所述可调振荡器中的电阻值为所述电阻阵列中实际接入所述可调振荡器的电 阻阵列单元的电阻值； 所述数字处理器还用于：将电阻值调制比特存储为电阻初始调制比特。
9. 根据权利要求1所述的低功耗振荡器，其特征在于，所述第一控制信号与所述时钟 信号具有相同相位的正向脉冲上升沿于，所述第二控制信号的上升沿的相位滞后于所述第 一控制信号的下降沿的相位。
10. 根据权利要求1所述的低功耗振荡器，其特征在于，所述数字处理器包括数字低通 滤波器。
【文档编号】H03B5/20GK104065344SQ201410228855
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】夏波, 吴悦 申请人:无锡中星微电子有限公司