專利名稱：中頻頻率基準(zhǔn)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頻率源，尤其涉及一種用于集成電路中的中頻頻率基準(zhǔn)源。
背景技術(shù)：
在許多集成電路中，一般都集成了許多各種電路，頻率源是較為常見的一種電路。以前，只是將部分頻率源電路制作于集成電路中，而其中體積較大的電容器等元件以外接元件的形式設(shè)置。隨著集成電路工藝的發(fā)展進(jìn)步以及對(duì)體積要求的提高，人們?cè)O(shè)置出了一種全部集成在一塊集成電路內(nèi)部的(即在集成電路內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的)、不需要外接元器件的頻率基準(zhǔn)源。
圖1示出了一種傳統(tǒng)的在集成電路內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的頻率基準(zhǔn)源的方框圖。它包括兩個(gè)部分組成，標(biāo)號(hào)11為帶隙基準(zhǔn)源，用于產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓，其為一個(gè)零溫度系數(shù)的電路。也就是說，其輸出的基準(zhǔn)電壓與其工作溫度無關(guān)。標(biāo)號(hào)12為一個(gè)環(huán)形振蕩器，該環(huán)形振蕩器的控制極與帶隙基準(zhǔn)源11的輸出端相連，用于接收帶隙基準(zhǔn)源11的基準(zhǔn)電壓，作為其控制電壓。環(huán)形振蕩器12的振蕩頻率受到該控制電壓的控制。但由于環(huán)形振蕩器12本身一般有負(fù)溫度系數(shù)，而且環(huán)形振蕩器的集成工藝本身的偏差也會(huì)造成輸出頻率的變化。最終導(dǎo)致傳統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率源在不同的溫度下、不同批次生產(chǎn)的芯片，其基準(zhǔn)頻率變化較大。包含這種基準(zhǔn)頻率源的芯片在實(shí)際使用時(shí)環(huán)境條件比較苛刻，或者造成成品率明顯降低。而且，帶隙基準(zhǔn)源要用到CMOS工藝中的寄生PNP晶體管，造成面積和功耗增大。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述的背景技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有溫度補(bǔ)償?shù)闹蓄l頻率基準(zhǔn)源。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的中頻頻率基準(zhǔn)源包括基準(zhǔn)電壓源，用于輸出基準(zhǔn)電壓，其具有正溫度系數(shù)；環(huán)形振蕩器，與所述基準(zhǔn)電壓源相連，接收所述基準(zhǔn)電壓源輸出的基準(zhǔn)電壓，產(chǎn)生振蕩信號(hào)，所述環(huán)形振蕩器具有負(fù)溫度系數(shù)。
在如上所述的中頻頻率基準(zhǔn)源中，所述基準(zhǔn)電壓源包括一個(gè)電流源電路和一個(gè)偏置電路。
在如上所述的中頻頻率基準(zhǔn)源中，所述電流源電路包括四個(gè)MOS管和一個(gè)電阻器R40構(gòu)成；所述四個(gè)MOS管中其中兩個(gè)為PMOS管(P40和P41)，另兩個(gè)為NMOS管(N40和N41)；所述兩個(gè)PMOS管(P40和P41)的柵極相連；所述兩個(gè)NMOS管(N40和N41)的柵極相連；所述兩個(gè)PMOS管中的一個(gè)PMOS管(P40)的漏極與所述兩個(gè)NMOS中的一個(gè)NMOS管(N40)的漏極相連，所述兩個(gè)PMOS管中的另一個(gè)PMOS管(P41)的漏極與所述兩個(gè)NMOS管中的另一個(gè)NMOS管(N41)的漏極相連；所述兩個(gè)PMOS管(P40和P41)的源極與電源Vdd相連，所述兩個(gè)NMOS管中的一個(gè)NMOS管(N40)的源極接地；所述兩個(gè)NMOS中的另一個(gè)NMOS管(N41)的源極通過一電阻器(R40)接地。
在如上所述的中頻頻率基準(zhǔn)源中，所述偏置電路包括兩個(gè)PMOS管(P42和P43)；所述兩個(gè)PMOS管(P42和P43)的漏極相連，該連接點(diǎn)作為基準(zhǔn)電壓信號(hào)輸出。


下面將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將通過下面的實(shí)施例得以進(jìn)一步體現(xiàn)。附圖中圖1是傳統(tǒng)的頻率基準(zhǔn)源的方框圖；圖2是本發(fā)明的頻率基準(zhǔn)源的方框圖；圖3是圖2所示的本發(fā)明的頻率基準(zhǔn)源中環(huán)形振蕩器的電路圖；圖4是圖2所示的本發(fā)明的頻率基準(zhǔn)源中基準(zhǔn)電壓源的電路圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明的中頻頻率基準(zhǔn)源與傳統(tǒng)的頻率基準(zhǔn)源在組成相似，包括一個(gè)基準(zhǔn)電壓源21和環(huán)形振蕩器22。兩者之間的差別在于，本發(fā)明的基準(zhǔn)電壓源21是一個(gè)具有正溫度系數(shù)的電壓源，也就是說，其輸出的基準(zhǔn)電壓與溫度成正比例關(guān)系，即，工作溫度升高，其輸出的基準(zhǔn)電壓也升高；工作溫度降低，其輸出的基準(zhǔn)電壓也降低。
由于如前所述，環(huán)形振蕩器22一般都具有負(fù)溫度系數(shù)，因此，采用正溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓源21正好能補(bǔ)償環(huán)形振蕩器22的負(fù)溫度系數(shù)特性。也就是說，當(dāng)芯片的工作溫度升高時(shí)，環(huán)形振蕩器22由于其負(fù)溫度系數(shù)特征，其輸出的信號(hào)源的頻率將降低；此時(shí)，由于基準(zhǔn)電壓源21具有正溫度系數(shù)特征，其輸出的基準(zhǔn)電壓將隨溫度的升高而提高。從而使環(huán)形振蕩器22輸出的信號(hào)源的頻率提高，補(bǔ)償由于溫度變化而產(chǎn)生的頻率變化。
圖3示出了圖2所示的本發(fā)明的頻率基準(zhǔn)源中環(huán)形振蕩器的電路圖。如圖3所示，該環(huán)形振蕩器是由五個(gè)反相器組成的五階環(huán)形振蕩器。其中PMOS管P60和NMOS管N60構(gòu)成第一反相器PMOS管P61和NMOS管N61構(gòu)成第二反相器；PMOS管P62和NMOS管N62構(gòu)成第三反相器；PMOS管P63和NMOS管N60構(gòu)成第四反相器PMOS管P64和NMOS管N64構(gòu)成第五反相器。各反相器之間串接構(gòu)成一個(gè)環(huán)形鏈路。在各反相器的串接點(diǎn)與接地點(diǎn)之間，連接一個(gè)NMOS電容器nc0-nc4。基準(zhǔn)電壓源21提供的基準(zhǔn)電壓從圖中的Vosc點(diǎn)輸入，作為環(huán)形振蕩器的控制電壓。環(huán)形振蕩器的振蕩頻率受該控制電壓的控制。
由于反相器的工作頻率具有負(fù)溫度系數(shù)，由反相器構(gòu)成的環(huán)形振蕩器也就具有負(fù)溫度系數(shù)。即當(dāng)溫度降低時(shí)，頻率升高；溫度升高時(shí)，頻率降低。同時(shí)，該電路的振蕩頻率在工藝參數(shù)偏差的情況下，受pmos的影響大于nmos的影響。即當(dāng)pmos處于fast model時(shí)，振蕩頻率加快；當(dāng)pmos處于slow model時(shí)，振蕩頻率減慢。
圖4示出了圖2所示的本發(fā)明的頻率基準(zhǔn)源中基準(zhǔn)電壓源的電路圖。如圖4所示，該基準(zhǔn)電壓源由兩部分組成電流源電路和偏置電路。電流源電路是四個(gè)MOS管和一個(gè)電阻器R40構(gòu)成。四個(gè)MOS管中其中兩個(gè)為PMOS管P40和P41，另兩個(gè)為NMOS管N40和N41。兩個(gè)PMOS管P40和P41的柵極相連；兩個(gè)NMOS管N40和N41的柵極相連。一個(gè)PMOS管P40的漏極與一個(gè)NMOS管N40的漏極相連，另一個(gè)PMOS管P41的漏極與另一個(gè)NMOS管N41的漏極相連；兩個(gè)PMOS管P40和P41的源極與電源Vdd相連，一個(gè)NMOS管N40的源極接地；另一個(gè)NMOS管N41的源極通過電阻器R40接地。
這種結(jié)構(gòu)的電流源電路的特點(diǎn)是b2點(diǎn)的電壓隨電源電壓Vdd的影響較小。同時(shí)當(dāng)溫度上升時(shí)，工作電流減小，使b2點(diǎn)電壓增大，即b2點(diǎn)的電壓具有正溫度系數(shù)。但這種結(jié)構(gòu)存在的問題是在集成工藝變化時(shí)，b2點(diǎn)的電壓受nmos的影響很大。
為解決這一問題，本發(fā)明的基準(zhǔn)電壓源再加一級(jí)偏置電路。它由兩個(gè)PMOS管P42和P43組成。兩個(gè)PMOS管P42和P43的漏極相連，該連接點(diǎn)作為基準(zhǔn)電壓信號(hào)輸出。該偏置電路利用PMOS管P42作恒流源，根據(jù)器件的尺寸按比例復(fù)制流經(jīng)PMOS管P41和NMOS管N41的電流，傳遞過來正溫度系數(shù)，PMOS管P43按二極管接法，在這里類似于一個(gè)電阻，提供參考電壓。在pmos處于fast model時(shí)阻值減小，使參考電壓降低，slow model時(shí)電阻增大，使參考電壓上升。這樣，用該參考電壓對(duì)環(huán)形振蕩器供電，可進(jìn)行溫度補(bǔ)償和工藝補(bǔ)償，使環(huán)形振蕩器輸出穩(wěn)定的頻率。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的頻率基準(zhǔn)源相比，具有如下特點(diǎn)1.頻率穩(wěn)定度高，基本不隨溫度、電源電壓、工藝偏差而變化；2.成品率高，應(yīng)用范圍寬；3.面積小。傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)源要用到雙極型器件，在同樣的工藝條件下，本發(fā)明的MOS工藝面積要更小一些；4.功耗低，由于全用CMOS電路實(shí)現(xiàn)，工作電流可以作得較小。
權(quán)利要求
1.一種中頻頻率基準(zhǔn)源，包括基準(zhǔn)電壓源，用于輸出基準(zhǔn)電壓，其具有正溫度系數(shù)；環(huán)形振蕩器，與所述基準(zhǔn)電壓源相連，接收所述基準(zhǔn)電壓源輸出的基準(zhǔn)電壓，產(chǎn)生振蕩信號(hào)，所述環(huán)形振蕩器具有負(fù)溫度系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的中頻頻率基準(zhǔn)源，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓源包括一個(gè)電流源電路和一個(gè)偏置電路。
3.如權(quán)利要求2所述的中頻頻率基準(zhǔn)源，其特征在于，所述電流源電路包括四個(gè)MOS管和一個(gè)電阻器R40構(gòu)成；所述四個(gè)MOS管中其中兩個(gè)為PMOS管(P40和P41)，另兩個(gè)為NMOS管(N40和N41)；所述兩個(gè)PMOS管(P40和P41)的柵極相連；所述兩個(gè)NMOS管(N40和N41)的柵極相連；所述兩個(gè)PMOS管中的一個(gè)PMOS管(P40)的漏極與所述兩個(gè)NMOS中的一個(gè)NMOS管(N40)的漏極相連，所述兩個(gè)PMOS管中的另一個(gè)PMOS管(P41)的漏極與所述兩個(gè)NMOS管中的另一個(gè)NMOS管(N41)的漏極相連；所述兩個(gè)PMOS管(P40和P41)的源極與電源Vdd相連，所述兩個(gè)NMOS管中的一個(gè)NMOS管(N40)的源極接地；所述兩個(gè)NMOS中的另一個(gè)NMOS管(N41)的源極通過一電阻器(R40)接地。
4.如權(quán)利要求2所述的中頻頻率基準(zhǔn)源，其特征在于，所述偏置電路包括兩個(gè)PMOS管(P42和P43)；所述兩個(gè)PMOS管(P42和P43)的漏極相連，該連接點(diǎn)作為基準(zhǔn)電壓信號(hào)輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于集成電路中的中頻頻率基準(zhǔn)源。傳統(tǒng)的頻率基準(zhǔn)源由于采用無溫度系數(shù)的帶隙基準(zhǔn)源提供基準(zhǔn)電壓，而環(huán)狀振蕩器一般都具有負(fù)溫度系數(shù)，因此，傳統(tǒng)的頻率源存在著基準(zhǔn)頻率變化較大的問題。本發(fā)明的目的在于提供一種具有溫度補(bǔ)償?shù)闹蓄l頻率基準(zhǔn)源。其中頻頻率基準(zhǔn)源包括基準(zhǔn)電壓源，用于輸出基準(zhǔn)電壓，其具有正溫度系數(shù)；環(huán)形振蕩器，與所述基準(zhǔn)電壓源相連，接收所述基準(zhǔn)電壓源輸出的基準(zhǔn)電壓，產(chǎn)生振蕩信號(hào)，所述環(huán)形振蕩器具有負(fù)溫度系數(shù)。
文檔編號(hào)H03B5/04GK1494207SQ02137769
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月31日
發(fā)明者任建軍 申請(qǐng)人:上海華虹集成電路有限責(zé)任公司