一種電流源及利用所述電流源的振蕩電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)，尤其涉及一種電流源及利用所述電流源的振蕩電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會采用外置的晶體振蕩器（晶振）和內(nèi)部的晶振電路來產(chǎn)生 頻率，其中晶振可以是例如精密地切割的石英晶體并用于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，而晶振電 路對該原始的時(shí)鐘頻率進(jìn)行縮放以產(chǎn)生所需的時(shí)鐘頻率信號。隨著電子電路應(yīng)用中對體 積、空間的要求越來越高，以及出于對成本控制的考慮，希望去掉外置的晶體振蕩器，以減 小PCB (印刷電路板）的體積和整個(gè)電子電路的成本。
[0003] 因此，本領(lǐng)域需要設(shè)計(jì)一種不需要外置晶振的振蕩電路。對于這些去掉外置晶振 的應(yīng)用，對于頻率的要求一般都比較高，例如需要將頻率信號在各種條件下的總漂移量控 制在± 1 %以內(nèi)，因此還希望設(shè)計(jì)一種不需要外置晶振的高精度振蕩電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種振蕩電路。該振蕩電路不需要任何外置晶 振，其采用內(nèi)置穩(wěn)壓電路以減小電壓系數(shù)，并且可以采用數(shù)字修調(diào)的方式修正CMOS工藝中 RC偏差帶來的頻率絕對值上的誤差，還可以進(jìn)一步采用溫度補(bǔ)償?shù)玫搅銣囟认禂?shù)的電阻從 而實(shí)現(xiàn)小溫度系數(shù)的時(shí)鐘頻率信號。
[0005] 本發(fā)明提供了一種電流源，其包括：第一運(yùn)算放大器，其正相輸入端接收第一參考 電壓；修調(diào)電阻，其連接在所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與地之間作為反饋電阻，所 述修調(diào)電阻具有可調(diào)的電阻值大??；輸出晶體管，所述輸出晶體管的源極連接至第三參考 電壓，其漏極連接至所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端，并且其柵極連接至所述第一運(yùn)算 放大器的輸出端；以及匹配晶體管，其與所述輸出晶體管相匹配并且所述匹配晶體管的源 極連接至所述第三參考電壓，其柵極連接至所述第一運(yùn)算放大器的輸出端，從而在所述匹 配晶體管的漏極提供所述電流源的電流，所述電流源的電流等于所述修調(diào)電阻上流經(jīng)的電 流。
[0006] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電流源還包括電流鏡，其連接至所述匹配晶體管的漏極以 將所述修調(diào)電阻上流經(jīng)的電流進(jìn)行鏡像，從而提供所述電流源的電流。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電流源還包括串聯(lián)的補(bǔ)償電阻和電容，所述補(bǔ)償電阻和電 容跨接在所述輸出晶體管的柵極和漏極之間以進(jìn)行相位補(bǔ)償。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述修調(diào)電阻包括：多個(gè)串聯(lián)電阻；以及開關(guān)陣列，所述開關(guān)陣 列選擇性地接通所述多個(gè)串聯(lián)電阻以調(diào)節(jié)所述修調(diào)電阻的大小。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，，所述多個(gè)串聯(lián)電阻包括：多個(gè)串聯(lián)的單元電阻，其中每個(gè)單元 電阻包括串聯(lián)的正溫度系數(shù)電阻和負(fù)溫度系數(shù)電阻，所述正溫度系數(shù)電阻和負(fù)溫度系數(shù)電 阻對相應(yīng)的單元電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0010] 在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)單元電阻的一階溫度系數(shù)h UNIT為：
[0011] ti UNIT - R O Tptrlp+Ro ratrln - 〇......(29)，
[0012] 其中Rq tp和Rq tn分別為所述正溫度系數(shù)電阻和負(fù)溫度系數(shù)電阻在室溫25°C的電 阻值，和t &分別指一階正溫度系數(shù)和一階負(fù)溫度系數(shù)。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)串聯(lián)電阻包括：至少一個(gè)經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)某?shù)電阻，所 述常數(shù)電阻總是接通的。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電流源的電流Iref為：
[0015]
[0016] 其中Vrefl是所述第一參考電壓，Rt是所述修調(diào)電阻的電阻值。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種振蕩電路，包括：
[0018] 電流源，所述電流源包括第一運(yùn)算放大器，其正相輸入端接收第一參考電壓；修調(diào) 電阻，其連接在所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與地之間作為反饋電阻，所述修調(diào)電阻 具有可調(diào)的電阻值大小；輸出晶體管，所述輸出晶體管的源極連接至第三參考電壓，其漏極 連接至所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端，并且其柵極連接至所述第一運(yùn)算放大器的輸出 端；以及匹配晶體管，其與所述輸出晶體管相匹配并且所述匹配晶體管的源極連接至所述 第三參考電壓，其柵極連接至所述第一運(yùn)算放大器的輸出端，從而在所述匹配晶體管的漏 極提供所述電流源的電流，所述電流源的電流等于所述修調(diào)電阻上流經(jīng)的電流；
[0019] 第一電容器，其第一端經(jīng)由第一開關(guān)連接至第三參考電壓并經(jīng)由第二開關(guān)連接至 所述電流源，所述第一電容器的第二端耦合接地；
[0020] 第二電容器，其第一端經(jīng)由第三開關(guān)連接至所述第三參考電壓并經(jīng)由第四開關(guān)連 接至所述電流源，所述第二電容器的第二端耦合接地；
[0021 ] 第一比較器，其將所述第一電容器上的電壓與第二參考電壓作比較并在所述第一 電容器上的電壓小于第二參考電壓時(shí)產(chǎn)生第一觸發(fā)信號；
[0022] 第二比較器，其將所述第二電容器上的電壓與所述第二參考電壓作比較并在所述 第二電容器上的電壓小于第二參考電壓時(shí)產(chǎn)生第二觸發(fā)信號；以及
[0023] RS觸發(fā)器，其接收所述第一觸發(fā)信號和所述第二觸發(fā)信號以產(chǎn)生時(shí)鐘信號，并且 所述RS觸發(fā)器在接收到所述第一觸發(fā)信號時(shí)閉合所述第一開關(guān)和第四開關(guān)且斷開所述第 二開關(guān)和第三開關(guān)，所述RS觸發(fā)器在接收到所述第二觸發(fā)信號時(shí)閉合所述第二開關(guān)和第 三開關(guān)且斷開所述第一開關(guān)和第四開關(guān)。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電流源還包括：電流鏡，其連接至所述匹配晶體管的漏極以 將所述修調(diào)電阻上流經(jīng)的電流進(jìn)行鏡像，從而提供所述電流源的電流。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電流源還包括：串聯(lián)的補(bǔ)償電阻和電容，所述補(bǔ)償電阻和電 容跨接在所述輸出晶體管的柵極和漏極之間以進(jìn)行相位補(bǔ)償。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述修調(diào)電阻包括：多個(gè)串聯(lián)電阻；以及開關(guān)陣列，所述開關(guān)陣 列選擇性地接通所述多個(gè)串聯(lián)電阻以調(diào)節(jié)所述修調(diào)電阻的大小，從而補(bǔ)償所述振蕩電路產(chǎn) 生的時(shí)鐘信號的頻率漂移誤差。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)串聯(lián)電阻中接通的電阻增多，則所述振蕩電路產(chǎn)生的 時(shí)鐘信號的頻率減小；所述多個(gè)串聯(lián)電阻中接通的電阻減少，則所述振蕩電路產(chǎn)生的時(shí)鐘 信號的頻率增大。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)串聯(lián)電阻包括：多個(gè)串聯(lián)的單元電阻，其中每個(gè)單元電 阻包括串聯(lián)的正溫度系數(shù)電阻和負(fù)溫度系數(shù)電阻，所述正溫度系數(shù)電阻和負(fù)溫度系數(shù)電阻 對相應(yīng)的單元電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)串聯(lián)電阻包括：至少一個(gè)經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)某?shù)電阻，所 述常數(shù)電阻總是接通的。
[0030] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一開關(guān)和第四開關(guān)閉合時(shí)，所述第三參考電壓對所述第 一電容器充電，并且所述第二電容器經(jīng)由所述電流源放電；所述第二開關(guān)和第三開關(guān)閉合 時(shí)，所述第三參考電壓對所述第二電容器充電，并且所述第一電容器經(jīng)由所述電流源放電。
[0031] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述振蕩電路還包括：偏置電流產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生多個(gè)偏置電 流；參考電壓產(chǎn)生模塊，用于根據(jù)所述多個(gè)偏置電流來產(chǎn)生所述第一參考電壓、所述第二參 考電壓和所述第三參考電壓。
[0032] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述參考電壓產(chǎn)生模塊包括：穩(wěn)壓電路，用于基于所述參考電壓 產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的第四參考電壓來產(chǎn)生所述第三參考電壓，所述第三參考電壓大于所述第二 參考電壓。
[0033] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述穩(wěn)壓電路包括：第二運(yùn)算放大器，其正相輸入端接收所述第 四參考電壓；連接在所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與地之間的第一反饋電阻；以及連 接在所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間的第二反饋電阻，以在所述穩(wěn)壓電路 的輸出端產(chǎn)生所述第三參考電壓。
[0034] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一參考電壓、所述第二參考電壓、以及所述第四參考電壓 彼此相等，并且所述第三參考電壓大于所述第二參考電壓。
[0035] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一運(yùn)算放大器和所述第二運(yùn)算放大器分別是由晶體管形 成的運(yùn)算放大器。
[0036] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電流源中的第一運(yùn)算放大器由所述第三參考電壓供電，以 確保所述電流源產(chǎn)生的電流具有較小的電壓系數(shù)。
[0037] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一電容器和所述第二電容器的電容相等。
[0038] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一開關(guān)和第三開關(guān)是PMOS晶體管，且所述第二開關(guān)和第 四開關(guān)是NMOS晶體管。
[0039] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述振蕩電路產(chǎn)生的所述時(shí)鐘信號的頻率f表示為：
[0040]
[0041] 其中Iref是所述電流源的電流，所述第一電容器和所述第二電容器的電容皆為 CT，Vref 2是所述第二參考電壓，并且Vref 3是所述第三參考電壓。
[0042] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述參考電壓產(chǎn)生模塊包括多個(gè)晶體管，以分別根據(jù)所述偏置 電流產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的偏置電流]^來產(chǎn)生參考電壓V τ:
[0043]
[0044] Vrefl = V ref2= V τ......(4)，
[0045] 其中Vtis是所述多個(gè)晶體管中每一者的柵源電壓，μ η是所述多個(gè)晶體管中每一