專利名稱：振蕩電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于例如在集成電路里產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的振蕩電路。
背景技術(shù)：
振蕩電路通常在集成電路中使用來提供時(shí)鐘信號(hào)。產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)的頻率取決于振蕩電路的參數(shù)。特別地，在集成電路中，制造足夠精確的振蕩電路元件來提供具有期望精確度的時(shí)鐘頻率是不可能的。
因此，制造頻率可調(diào)的振蕩電路是公知的。也就是說，振蕩電路制造出來后，頻率可以通過例如多比特?cái)?shù)字信號(hào)的輸入信號(hào)來調(diào)整。這樣，頻率可以精確地產(chǎn)生希望的數(shù)值。
US5,859,571公開了一種頻率可調(diào)振蕩器，其中電流發(fā)生器提供輸出電流，并產(chǎn)生兩個(gè)門限電壓。電流被切換入延遲單元，該單元包括兩個(gè)電容器陣列，一個(gè)用于提供輸出頻率的粗調(diào)，一個(gè)用于提供細(xì)調(diào)。電容器上的電壓與兩個(gè)門限電壓相比較，比較的結(jié)果用于設(shè)定和復(fù)位觸發(fā)器，每個(gè)這樣的循環(huán)所需的時(shí)間就是輸出時(shí)鐘信號(hào)的周期，這樣，頻率就取決于調(diào)節(jié)的電容值，從而可以根據(jù)需要來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
然而，如上所述，該電路需要兩個(gè)電容器陣列。而且，每個(gè)電容器具有相關(guān)聯(lián)的寄生電容。它是集成電路電容器的固有特性，寄生電容的值不象預(yù)定電容的值一樣可以控制。因此，雖然振蕩器的輸出頻率應(yīng)當(dāng)按照希望隨預(yù)定調(diào)節(jié)電容值而線性變化，但是實(shí)際中這只能在有限的程度上實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明概述按照本發(fā)明的優(yōu)選方式，振蕩電路包括電流發(fā)生器，該電流發(fā)生器產(chǎn)生通過電阻器陣列可調(diào)節(jié)的電流，這樣就只包括一個(gè)電容器陣列。
按照本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方式，振蕩電路包括電流發(fā)生器，該電流發(fā)生器向可調(diào)電容器陣列中的電容器輸入端提供電流。電容器的輸入端保持相對恒定的電壓，這樣，來自電流發(fā)生器的所有電流流過電容器陣列里希望的電容器，從而使寄生電容的影響最小化。
附圖簡述

圖1是按照本發(fā)明的振蕩電路的方框圖。
圖2是圖1電路的第一子電路組成部分的示意電路圖。
圖3是圖1電路的第二子電路組成部分的示意電路圖。
圖4是圖1電路的第三子電路組成部分的示意電路圖。
圖5是說明圖1電路操作的定時(shí)圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1示出了按照本發(fā)明方式的振蕩電路。圖1的振蕩電路包括控制電路2，它包括電流源4。電流源4產(chǎn)生大小為Iset的電流，該電流可以被控制流出或流入電流源4。電流源4還產(chǎn)生第一和第二門限電壓Vu、Vl，作為各個(gè)比較器6、8的輸入。這些比較器6、8的另一輸入各由大小為Vramp的電壓提供。比較器6、8的輸出分別連接到觸發(fā)器10的設(shè)定和復(fù)位瑞，觸發(fā)器10的輸出反饋給電流源4，同時(shí)也作為輸出時(shí)鐘信號(hào)饋送給電路輸出12。
包含電阻器陣列16的可變電阻電路14連接到電流源4，用來改變其電流輸出的大小Iset。
運(yùn)算放大器18通過它的非倒相輸入端20連接到固定參考電壓Vref，如果需要，該電壓也可以由控制電路2來提供。運(yùn)算放大器18的倒相輸入端22連接到電流源4的輸出。運(yùn)算放大器18的輸出端24提供放大輸出電壓Vramp，如上所述，該電壓作為每個(gè)比較器6、8的輸入提供給控制電路2。運(yùn)算放大器18一般是常規(guī)的，在此不再作進(jìn)一步的說明。
電容器陣列26連接在運(yùn)算放大器輸出端24和倒相輸入端22之間，這樣環(huán)繞放大器形成反饋回路。
由于運(yùn)算放大器非倒相輸入20的電壓相對供電電壓保持恒定，所以運(yùn)算放大器倒相輸入22的電壓也保持相對恒定。
電容器陣列包括固定電容(圖1中未顯示)和多個(gè)電容器，它們可以通過一個(gè)多比特?cái)?shù)字信號(hào)切換入或切換出電路。在優(yōu)選實(shí)施例中具有九個(gè)這樣的電容器，但是為了清楚起見，在圖1中只示出了兩個(gè)電容器C0，C1。每個(gè)電容器C0，C1，…具有第一端，通過各自的第一開關(guān)28.0，28.1，…連接到放大器倒相輸入端22，或通過各自的第二開關(guān)30.0，30.1，…分別接地。開關(guān)由控制比特BO，B1，…控制，從而當(dāng)控制比特為高時(shí)，各自的第一開關(guān)閉合，而當(dāng)控制比特為低時(shí)，各自的第二開關(guān)閉合。每個(gè)電容CO，C1，…還具有連接到運(yùn)算放大器輸出端24的第二端。
相應(yīng)地，在陣列26中的每個(gè)電容CO，C1，…具有相關(guān)聯(lián)的寄生電容。特別地，如圖1所示，在第一電容器端和地層之間存在寄生電容32.0，32.1…，在第二電容器端和地層之間存在寄生電容34.0，34.1，…。
圖2是圖1的控制電路2的示意電路圖?？刂齐娐钒ㄏ蜻\(yùn)算放大器18的非倒相輸入端提供參考電壓Vref的分壓器202?？刂齐娐愤€包括電流源204，它與可變電阻器陣列16相連，并且由反向電路輸出電壓控制產(chǎn)生電流輸出Iset。第一門限電壓Vu是PMOS晶體管206、208的門電壓，下門限電壓VI是NMOS晶體管210、212的門電壓。控制電路2還包括具有比較器和觸發(fā)器的子單元214，它產(chǎn)生反向電路輸出電壓。
圖3是圖1的可變電阻器陣列14的示意電路圖。電阻器陣列14包括四個(gè)電阻器302、304、306、308，以及四個(gè)CMOS開關(guān)310、312、314、316，這些都是公知的類型。開關(guān)在與電流源4連接的端口318、320之間與第五電阻器322串聯(lián)。開關(guān)310、312、314、316分別由二進(jìn)制信號(hào)DO、D1、D2、D3控制。當(dāng)各個(gè)二進(jìn)制值為低時(shí)，開關(guān)閉合，當(dāng)各個(gè)二進(jìn)制值為高時(shí)，開關(guān)開啟而相應(yīng)的電阻器切換入電路。
在優(yōu)選實(shí)施例中，電阻器302具有21kΩ的值，電阻器304具有2×21＝42kΩ的值，電阻器306具有4×21＝84kΩ的值，電阻器308具有8×21＝168kΩ的值，電阻器322具有15×21＝315kΩ的值。電阻器可以方便地由多個(gè)符合21kΩ值的電阻組成。這樣，通過由控制比特D0-3將電阻器302、304、306、308切換入或切換出電路，電阻器陣列14的阻抗值可以在開關(guān)全部閉合時(shí)的315kΩ和開關(guān)全部開啟時(shí)的630kΩ之間變化。
圖4是圖1的可變電容器陣列26的示意電路圖。電容器陣列26包括九個(gè)電容器501，…，509，每個(gè)在運(yùn)算放大器18的反饋回路的端口519、520之間與各個(gè)開關(guān)510，…，518連接。另外還有與九個(gè)電容器501，…，509并聯(lián)連接的電容器521。每個(gè)開關(guān)510，…，518都是圖1所示的類型，并且由各個(gè)二進(jìn)制數(shù)字B0，…，B8控制。當(dāng)各個(gè)二進(jìn)制值為低時(shí)，相應(yīng)的電容器就切換入電路，當(dāng)相應(yīng)的二進(jìn)制值為高時(shí)，開關(guān)就打開并且相應(yīng)的電容器切換出電路。
在優(yōu)選實(shí)施例中，電容器510具有0.152pF的值，電容器511具有2×0.152pF的值，電容器512具有4×0.152pF的值，電容器513具有8×0.152pF的值，電容器514具有16×0.152pF的值，電容器515具有32×0.152pF的值，電容器516具有64×0.152pF的值，電容器517具有128×0.152pF的值，電容器518具有256×0.152pF的值，而電容器521具有305.5pF的值。這些電容器可以方便地由多個(gè)符合0.152pF，或8×0.152pF，或64×0.152pF值的電容組成。
這樣，通過由控制比特B0-8將電容器510，…，518切換入或切換出電路，電容器陣列26的電容值可以在所有二進(jìn)制值B0-B9為高而相應(yīng)的電容器全部切換出電路時(shí)的305.5pF，和在所有的二進(jìn)制值為低而相應(yīng)的電容器全部切換入電路時(shí)的305.5pF+511×0.152pF之間變化。集成電路電容器可以具有很好的匹配，使得在二進(jìn)制字B0-B9的值和調(diào)節(jié)的電容值之間存在高度的線性關(guān)系。
這樣，在圖1-4的電路運(yùn)行中，電流源4產(chǎn)生電流Iset，它是正供電電壓的函數(shù)，并且與電阻器陣列16的粗調(diào)阻抗值成反比。電流源4可以作為電源或換能器，而電流的方向取決于反饋給電流源的輸出端12的信號(hào)Vo的符號(hào)。當(dāng)該信號(hào)為高時(shí)，電流從電容器陣列26流入電流源4，如圖1中箭頭所示。當(dāng)該信號(hào)為低時(shí)，電流從電流源4流入電容器陣列26。
流經(jīng)電容器陣列26的電流Iset使得運(yùn)算放大器18的輸出電壓Vramp線性增加或減少。
這樣，如圖5所示，當(dāng)Vo為低時(shí)，Vramp下降直至下門限Vl，此時(shí)，比較器8向觸發(fā)器10的復(fù)位輸入發(fā)送一個(gè)脈沖。然后輸出Vo升高，Vramp開始上升。Vramp一直上升直至達(dá)到上門限Vu，此時(shí)，比較器6向觸發(fā)器10的設(shè)定輸入發(fā)送一個(gè)脈沖。這樣，電路產(chǎn)生振蕩輸出Vo，如圖6所示。
如上所述，門限電壓Vl、Vu由電流源4設(shè)定，它們同電流Iset一樣受供電電壓變化的影響。
振蕩頻率Fosc是一個(gè)循環(huán)周期的倒數(shù)。一個(gè)循環(huán)周期是運(yùn)算放大器輸出電壓Vramp從Vl升到Vu，或從Vu降到Vl的時(shí)間Δt的兩倍。因此，如果(Vu-Vl)＝ΔV，并且陣列26的總選擇電容是Ct，那么Fosc=12Δt=IsetCt.ΔV]]>典型地，上下門限Vu、Vl和電流Iset可以通過例如下面的方程式與供電電壓Vdd和電阻器陣列的阻抗Rset建立關(guān)系Vu＝Vdd-Vx1
Vl＝Vx2Iset＝(Vdd-Vx1-Vx2)/Rset其中Vx1和Vx2是未知電壓。
這樣就得出Fosc=Vdd-Vx1-Vx2Ct.Rset(Vdd-Vx1-Vx2)=1Ct.Rset]]>因此，振蕩頻率由阻抗和電容的調(diào)節(jié)值控制，而不受供電電壓Vdd中的波動(dòng)影響。
如前所述，電容器C0-C8具有與之關(guān)聯(lián)的寄生電容。然而，本發(fā)明的電路把其造成的任何問題最小化。特別地，參照圖1，運(yùn)算放大器18具有高增益，并且非倒相輸入端保持在恒定電壓。這樣，運(yùn)算放大器將它的兩個(gè)輸入端的電壓保持在同一電平上，而倒相輸入端的電壓基本保持恒定。結(jié)果，寄生電容32.0，32.1等兩端的電壓基本保持恒定，所有的電流Iset流經(jīng)相應(yīng)的電容器C0，C1等，而不是流經(jīng)寄生電容。而當(dāng)電流流經(jīng)寄生電容34.0，34.1等時(shí)，它是來自運(yùn)算放大器18，而不是來自電流Iset。
結(jié)果，振蕩器頻率Fosc與預(yù)定電容Ct的總值之間具有精確而線性的關(guān)系。
這樣就說明了可被用于集成電路并產(chǎn)生可精確控制的輸出頻率的振蕩電路。
權(quán)利要求
1.一種振蕩電路，包括產(chǎn)生參考電流的供電電路；電容器陣列，包括多個(gè)電容器和用于將電容器切換入和切換出電路來控制總調(diào)節(jié)電容值的開關(guān)；和連接到電容器陣列來接收電容器陣列兩端電壓作為輸入的定時(shí)電路；其中，參考電流在多個(gè)電容器的各個(gè)第一結(jié)點(diǎn)提供給電容器陣列，以對切換入電路的電容器充電或放電，并且定時(shí)電路產(chǎn)生周期取決于電容器陣列兩端電壓到達(dá)一個(gè)或多個(gè)門限所需時(shí)間的輸出信號(hào)；進(jìn)一步包括運(yùn)算放大器，它包括連接到參考電壓的第一輸入端，連接到電容器陣列的電容器的各個(gè)第一結(jié)點(diǎn)的第二輸入端，以及連接在電容器陣列和定時(shí)電路之間的輸出端，從而，電容器陣列環(huán)繞運(yùn)算放大器形成反饋回路，并且電容器的各個(gè)第一結(jié)點(diǎn)保持相對恒定的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的振蕩電路，進(jìn)一步包括電阻器陣列，它包括多個(gè)電阻器和將電阻器切換入和切換出電路來控制總調(diào)節(jié)阻抗值的開關(guān)，電流源以調(diào)節(jié)阻抗值的函數(shù)產(chǎn)生參考電流。
3.如權(quán)利要求2所述的振蕩電路，其中電阻器陣列提供粗調(diào)，而電容器陣列提供細(xì)調(diào)。
4.如權(quán)利要求1所述的振蕩電路，其中參考電流和電壓門限或每個(gè)電壓門限由電路供電電壓提供，從而其中的任何變化基本上對輸出信號(hào)的周期不產(chǎn)生影響。
全文摘要
振蕩電路包括電流發(fā)生器(4),該電流發(fā)生器向可調(diào)電容陣列中的電容器(C0,C1)輸入端提供電流。電容器的輸入端保持一個(gè)相對恒定的電壓,這樣,來自電流發(fā)生器的所有電流流過電容陣列里希望的電容器,從而使寄生電容的影響最小化。
文檔編號(hào)H03K3/011GK1359559SQ00809879
公開日2002年7月17日 申請日期2000年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月1日
發(fā)明者R·戈?duì)柕侣? R·威爾遜 申請人:艾利森電話股份有限公司