專利名稱：高精度電流控制環(huán)形振蕩器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度電流控制環(huán)形振蕩器電路。 技術(shù)背景振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換裝置-將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能。環(huán)形振蕩器利用多級(jí)反相器的傳輸延遲形成自激振蕩，通過(guò)調(diào)整每級(jí)反相器延遲時(shí)間的大小， 控制振蕩頻率，能夠快速啟動(dòng)，成本較低，但在電壓和溫度變化范圍內(nèi)的精度較差，會(huì)在標(biāo)稱輸出頻率的20%至50%范圍內(nèi)變化。通常，環(huán)形振蕩器的振蕩頻率公式f = 1/T = l/(N*(tphl+tplh))其中，T為周期，N為環(huán)形振蕩器的反相器級(jí)數(shù)，tphl為反相器從高電平下降到低電平的時(shí)間，tplh為反相器從低電平上升到高電平的時(shí)間。此外，電流控制環(huán)形振蕩器的頻率公式f = Ic/(2*N*Vout*Ci)其中，Ic為受控反相器的電流，N為受控反相器的級(jí)數(shù)，Vout為輸出電壓，Ci為每級(jí)反相器等效電容。采用CMOS工藝制造的環(huán)形振蕩器受溫度和電源以及工藝偏差等影響很大，當(dāng)溫度在-40C-+85C范圍變化，工作電壓在2. 7V-5. 5V變化時(shí)，振蕩器的頻率波動(dòng)范圍一般在 30%以上，其頻率精度無(wú)法滿足很多應(yīng)用場(chǎng)合的要求。不同版本的CMOS環(huán)形振蕩器采用了帶隙基準(zhǔn)電壓、多路補(bǔ)償開(kāi)關(guān)等技術(shù)，來(lái)修正溫度和電壓變化以及工藝偏差帶來(lái)的頻率漂移，但對(duì)于提高振蕩器工作電流的精度效果有限。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明期待有一種能同時(shí)提高振蕩器工作電壓和工作電流的精度，并能修正生產(chǎn)工藝偏差給輸出頻率帶來(lái)影響的環(huán)形振蕩器。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度環(huán)形振蕩器電路，提供一電源電壓和一系統(tǒng)使能信號(hào)，其特征在于，所述電路進(jìn)一步包括一個(gè)帶隙基準(zhǔn)電壓電路，在所述電源電壓和所述系統(tǒng)使能信號(hào)控制下，產(chǎn)生不受溫度和電源電壓變化影響的帶隙基準(zhǔn)電壓，同時(shí)提供一偏置電流；一個(gè)線性穩(wěn)壓電路，在所述電源電壓下，接收所述帶隙基準(zhǔn)電壓電路的帶隙基準(zhǔn)電壓和偏置電流，產(chǎn)生等比于所述帶隙基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓；一個(gè)基準(zhǔn)電流電路，連接所述線性穩(wěn)壓電路的輸出端，在所述基準(zhǔn)電壓下工作，產(chǎn)生不受溫度影響的一基準(zhǔn)電流；一個(gè)電流控制環(huán)形振蕩電路，連接所述基準(zhǔn)電流電路和所述線性穩(wěn)壓電路的輸出端，接收所述基準(zhǔn)電流，在所述基準(zhǔn)電壓下工作，輸出2倍于一目標(biāo)頻率的一振蕩頻率信號(hào)；一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，連接所述電流控制環(huán)形振蕩電路的輸出端，在所述電源電壓下，使得所述振蕩頻率信號(hào)工作電壓從所述基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換到所述電源電壓；一個(gè)二分頻模塊電路，連接所述電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端，對(duì)所述振蕩頻率信號(hào)進(jìn)行二分頻，以輸出占空比為50%的設(shè)計(jì)指標(biāo)頻率。比較好的是，所述線性穩(wěn)壓電路進(jìn)一步包括一差分放大電路，所述差分放大電路的負(fù)反饋控制產(chǎn)生等比于所述帶隙基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓。比較好的是，所述電流控制環(huán)形振蕩電路進(jìn)一步包括一個(gè)6位電流選擇開(kāi)關(guān)，所述電流選擇開(kāi)關(guān)采用二進(jìn)制方式布置，對(duì)所述電流控制環(huán)形振蕩電路的工作電流進(jìn)行二進(jìn)制加權(quán)調(diào)整。本發(fā)明采用基準(zhǔn)電壓源和基準(zhǔn)電流源電路，給環(huán)形振蕩器提供穩(wěn)定的工作電壓和工作電流，同時(shí)采用6位電流微調(diào)開(kāi)關(guān)選擇，來(lái)抵消由于生產(chǎn)工藝條件變化而產(chǎn)生的頻率偏差。


下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對(duì)本發(fā)明方法的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。圖1是本發(fā)明的一個(gè)高精度環(huán)形振蕩器的模塊圖；圖2是圖1中帶隙基準(zhǔn)電壓電路示意圖；圖3是圖1中線性穩(wěn)壓電路示意圖；圖4是圖1中基準(zhǔn)電流電路示意圖；圖5是圖1中環(huán)形振蕩器電路示意圖；圖6是圖1中電平轉(zhuǎn)換電路示意圖；圖7是圖1中二分頻模塊電路示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種高精度的電流控制環(huán)形振蕩器。以下描述使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)特定應(yīng)用及其要求來(lái)使用本發(fā)明。圖1是本發(fā)明的一種高精度環(huán)形振蕩器的模塊示意圖。該環(huán)形振蕩器由六個(gè)子模塊電路組成，包括帶隙基準(zhǔn)電壓電路10，線性穩(wěn)壓電路20，基準(zhǔn)電流電路30，環(huán)形振蕩電路40，電平轉(zhuǎn)換電路50和二分頻模塊電路60。其中，帶隙基準(zhǔn)電壓電路10的電源電壓Vdd，系統(tǒng)使能信號(hào)EN控制，產(chǎn)生不受溫度和電源電壓變化影響的輸出電壓Vbg，同時(shí)提供偏置電流Ibias給線性穩(wěn)壓電路20 (Line Regulator)；線性穩(wěn)壓電路20連接在帶隙基準(zhǔn)電壓電路10的輸出端，其工作電壓也是電源電壓Vdd，接受帶隙基準(zhǔn)電壓電路10輸出的工作電流Ibias，其差分放大電路的負(fù)反饋控制產(chǎn)生等比于帶隙基準(zhǔn)電壓Vbg的基準(zhǔn)電壓Vddi ；基準(zhǔn)電流電路30連接在線性穩(wěn)壓電路20 的輸出端，在其基準(zhǔn)電壓Vddi下工作，產(chǎn)生不受溫度影響的基準(zhǔn)電流Iref ；電流控制環(huán)形振蕩電路40的一端連接基準(zhǔn)電路電路30的輸出端，另一端連接線性穩(wěn)壓電路20，在其基準(zhǔn)電壓Vddi下工作，工作電流為Iref，輸出穩(wěn)定的2倍于設(shè)計(jì)指標(biāo)的振蕩頻率；電平轉(zhuǎn)換電路50的一端連接在電流控制環(huán)形振蕩器40的輸出端，第二端連接線性穩(wěn)壓電路20的輸出端，其工作電壓是電源電壓Vdd，使得振蕩信號(hào)的工作電壓從基準(zhǔn)電壓Vddi轉(zhuǎn)換到電源電壓Vdd ；二分頻模塊電路60連接在電平轉(zhuǎn)換電路50的輸出端，對(duì)前級(jí)電平轉(zhuǎn)換電路50提供的振蕩信號(hào)進(jìn)行二分頻，保證輸出占空比為50%的設(shè)計(jì)指標(biāo)頻率。圖2給出圖1中帶隙基準(zhǔn)電壓電路10的線路圖，其工作電壓為電源電壓Vdd，并受到振蕩器使能信號(hào)En控制，其輸出電壓Vbg不受溫度和電源電壓變化影響，提供給線性穩(wěn)壓電路20作為輸入?yún)⒖茧娖絍ref ；該帶隙基準(zhǔn)電壓電路10用于產(chǎn)生偏置電流Ibias，作為線性穩(wěn)壓電路20的電流輸入。圖3給出圖1中線性穩(wěn)壓電路20的線路示意圖，其工作電壓仍然為電源電壓Vdd， 其工作電流為前級(jí)帶隙基準(zhǔn)電壓電路10產(chǎn)生的偏置電流Ibias，并受到振蕩器使能信號(hào)En 的控制；通過(guò)比較輸入?yún)⒖茧娖絍ref和輸出電平的比例反饋，在其內(nèi)部放大器201的負(fù)反饋控制下，產(chǎn)生恒定的輸出工作電壓Vddi。圖4給出圖1中基準(zhǔn)電流電路30的線路示意圖，其工作電壓為前級(jí)線性穩(wěn)壓電路 20提供的輸出工作電壓Vddi，其產(chǎn)生的輸出電流Iref不受溫度變化影響，提供給電流控制環(huán)形振蕩器。圖5給出了圖1中電流控制環(huán)形振蕩器40的線路示意圖，包括6位電流選擇開(kāi)關(guān) Tl T6之間是二進(jìn)制方式布置，對(duì)工作電流進(jìn)行二進(jìn)制加權(quán)微調(diào)，以抵消由于芯片生產(chǎn)過(guò)程的工藝變化帶來(lái)的環(huán)形振蕩器40的工作回路的電流偏差。該環(huán)形振蕩器40的工作電壓為線性穩(wěn)壓電路20輸出提供的工作電壓Vddi，并受到振蕩器使能信號(hào)En控制，該環(huán)形振蕩器40的工作電流為基準(zhǔn)電流電路30產(chǎn)生的輸出電流Iref，該環(huán)形振蕩器40的內(nèi)部每級(jí)反相器電流受到6位二進(jìn)制加權(quán)比例控制，該環(huán)形振蕩器40產(chǎn)生為設(shè)計(jì)指標(biāo)2倍的輸出頻率，其基準(zhǔn)電壓為Vddi。圖6給出了圖1中電平轉(zhuǎn)換電路50的線路示意圖，其工作電壓為電源電壓Vdd，使得振蕩頻率的信號(hào)電平從基準(zhǔn)電壓Vddi轉(zhuǎn)換到工作電壓Vdd。圖7給出了圖1中二分頻模塊電路60的線路示意圖，其工作電壓為電源電壓Vdd， 對(duì)振蕩信號(hào)頻率進(jìn)行二分頻，輸出占空比50%的設(shè)計(jì)指標(biāo)頻率。以上諸實(shí)施例僅供說(shuō)明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇?wèi)?yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種高精度環(huán)形振蕩器電路，提供一電源電壓和一系統(tǒng)使能信號(hào)，其特征在于，所述電路進(jìn)一步包括一個(gè)帶隙基準(zhǔn)電壓電路，在所述電源電壓和所述系統(tǒng)使能信號(hào)控制下，產(chǎn)生不受溫度和電源電壓變化影響的帶隙基準(zhǔn)電壓，同時(shí)提供一偏置電流；一個(gè)線性穩(wěn)壓電路，在所述電源電壓下，接收所述帶隙基準(zhǔn)電壓電路的帶隙基準(zhǔn)電壓和偏置電流，產(chǎn)生等比于所述帶隙基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓；一個(gè)基準(zhǔn)電流電路，連接所述線性穩(wěn)壓電路的輸出端，在所述基準(zhǔn)電壓下工作，產(chǎn)生不受溫度影響的一基準(zhǔn)電流；一個(gè)電流控制環(huán)形振蕩電路，連接所述基準(zhǔn)電流電路和所述線性穩(wěn)壓電路的輸出端， 接收所述基準(zhǔn)電流，在所述基準(zhǔn)電壓下工作，輸出2倍于一目標(biāo)頻率的一振蕩頻率信號(hào)；一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，連接所述電流控制環(huán)形振蕩電路的輸出端，在所述電源電壓下，使得所述振蕩頻率信號(hào)工作電壓從所述基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換到所述電源電壓；一個(gè)二分頻模塊電路，連接所述電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端，對(duì)所述振蕩頻率信號(hào)進(jìn)行二分頻，以輸出占空比為50%的設(shè)計(jì)指標(biāo)頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度環(huán)形振蕩器電路，其特征在于，所述線性穩(wěn)壓電路進(jìn)一步包括一差分放大電路，所述差分放大電路的負(fù)反饋控制產(chǎn)生等比于所述帶隙基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高精度環(huán)形振蕩器電路，其特征在于，所述電流控制環(huán)形振蕩電路進(jìn)一步包括一個(gè)6位電流選擇開(kāi)關(guān)，所述電流選擇開(kāi)關(guān)采用二進(jìn)制方式布置，對(duì)所述電流控制環(huán)形振蕩電路的工作電流進(jìn)行二進(jìn)制加權(quán)調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度環(huán)形振蕩器電路，包括一個(gè)帶隙基準(zhǔn)電壓電路和一個(gè)線性穩(wěn)壓電路，以及一個(gè)基準(zhǔn)電流電路在所述基準(zhǔn)電壓下工作，產(chǎn)生不受溫度影響的一基準(zhǔn)電流；一個(gè)電流控制環(huán)形振蕩電路接收所述基準(zhǔn)電流，輸出2倍于一目標(biāo)頻率的一振蕩頻率信號(hào)；一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路在所述電源電壓下，使得所述振蕩頻率信號(hào)工作電壓從所述基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換到所述電源電壓；一個(gè)二分頻模塊電路對(duì)所述振蕩頻率信號(hào)進(jìn)行二分頻，以輸出占空比為50％的設(shè)計(jì)指標(biāo)頻率。本發(fā)明采用基準(zhǔn)電壓源和基準(zhǔn)電流源電路，給環(huán)形振蕩器提供穩(wěn)定的工作電壓和工作電流，同時(shí)采用6位電流微調(diào)開(kāi)關(guān)選擇，來(lái)抵消由于生產(chǎn)工藝條件變化而產(chǎn)生的頻率偏差。
文檔編號(hào)H03B5/04GK102497162SQ20111035919
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者張建華, 陳輝 申請(qǐng)人:上海質(zhì)尊溯源電子科技有限公司