一種顯著提高控制電流—輸出頻率線性度的張弛振蕩器的制造方法
【專利摘要】一種顯著提高控制電流—輸出頻率線性度的張弛振蕩器，包括振蕩電路、延時(shí)誤差檢測(cè)電路和調(diào)制電流產(chǎn)生電路，延時(shí)誤差檢測(cè)電路用于檢測(cè)振蕩電路中充放電電容的峰值電壓，并根據(jù)峰值電壓產(chǎn)生延時(shí)誤差消除信號(hào)，使振蕩器振蕩在預(yù)設(shè)的頻率上，調(diào)制電流產(chǎn)生電路根據(jù)充放電電容上的峰值電壓，產(chǎn)生相應(yīng)的附加控制電流，提高充放電電容的充電速率，消除振蕩電路延時(shí)的影響，提高控制電流—頻率的線性度，由于調(diào)制電流產(chǎn)生電路輸出的額外控制電流會(huì)使充放電電容C1和C2上的電壓進(jìn)一步增加，因此本發(fā)明還能夠降低振蕩器輸出信號(hào)的抖動(dòng)。
【專利說明】一種顯著提高控制電流一輸出頻率線性度的張弛振蕩器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及張弛振蕩器，尤其涉及一種顯著提高控制電流一輸出頻率線性度的張弛振蕩器，屬于CMOS集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在大規(guī)模集成電路中，時(shí)鐘信號(hào)一般由振蕩器產(chǎn)生的。張弛振蕩器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，易于集成，而且功耗也相對(duì)較小，是振蕩器里面應(yīng)用最廣的時(shí)鐘產(chǎn)生電路。
[0003]在信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)恢復(fù)等的應(yīng)用中，要求所使用的張弛振蕩器的控制電流一頻率具有很高的線性度，從而減小失真，同時(shí)也可以增大該張弛振蕩器的頻率范圍。在張弛振蕩器中，控制電流一頻率的線性度和充放電電容振蕩幅度的控制電路的延時(shí)有關(guān)。因此，要提高振蕩器的線性度，最大化振蕩器的頻率就必須將控制電路的延時(shí)影響降到最小。而在時(shí)鐘恢復(fù)電路中，為了獲得更大的動(dòng)態(tài)范圍，要求張弛振蕩器電路具有小的抖動(dòng)，張弛振蕩器電路的抖動(dòng)是由于電路本身的噪聲引起的在翻轉(zhuǎn)閾值電平處存在的微小擾動(dòng)，而具有小的抖動(dòng)的張弛振蕩器電路要求增大其充放電電容的振蕩幅度。
[0004]在現(xiàn)有的技術(shù)中，張弛振蕩器有許多不同的結(jié)構(gòu)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的張弛振蕩器的共同要求就是精度高和在高頻時(shí)頻率-控制電流仍具有良好的線性度。但現(xiàn)有的張弛振蕩器仍存在著一些不足。 [0005]圖1示出了單個(gè)定時(shí)電容的電流控制張弛振蕩器，包括充電電流源Ictog^放電電流源Idisdmge, PMOS管 MPl、NMOS管MNl，定時(shí)電容C，兩個(gè)比較器C0MP5和C0MP6，RS觸發(fā)器。RS觸發(fā)器的輸出端Q接PMOS管MPl和NMOS管麗I的柵端。根據(jù)RS觸發(fā)器輸出端Q的信號(hào)的不同，PMOS管MPl和NMOS管麗I交替導(dǎo)通和關(guān)斷，充電電流源Idmge、放電電流源Idischarge交替地給定時(shí)電容C充電和放電。
[0006]單個(gè)定時(shí)電容的電流控制張弛振蕩器的工作過程如下:
[0007]過程1:當(dāng)RS觸發(fā)器的輸出端Q為低電平，PMOS管MPl開啟、NMOS管麗I關(guān)斷，充電電流源Idmge給定時(shí)電容C充電，當(dāng)定時(shí)電容C上的電壓上升超過上參考電平Vh時(shí)，比較器C0MP5輸出高電平，RS觸發(fā)器處于置位狀態(tài)，輸出端Q輸出高電平；
[0008]過程2:當(dāng)RS觸發(fā)器的輸出端Q輸出高電平，PMOS管MPl關(guān)斷、NMOS管麗I開啟，放電電流源Idisdmge開始給定時(shí)電容C放電，C上的電壓下降，當(dāng)定時(shí)電容C上的電壓下降到小于下參考電平\時(shí)，比較器C0MP6輸出高電平，RS觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài)，輸出端Q輸出低電平；
[0009]RS觸發(fā)器輸出端Q為低電平，回到初始狀態(tài)，然后依次重復(fù)上面兩個(gè)過程。
[0010]單個(gè)定時(shí)電容的電流控制張弛振蕩器的電容上的電壓在上參考電平Vh和下參考電平\之間來回振蕩。如果控制電路(圖1中的C0MP5、C0MP6和RS觸發(fā)器)的延時(shí)可以被忽略，且設(shè)I I，則振蕩器的周期和頻率為
【權(quán)利要求】
1.一種顯著提高控制電流一輸出頻率線性度的張弛振蕩器，其特征在于，包括振蕩電路、延時(shí)誤差檢測(cè)電路及調(diào)制電流產(chǎn)生電路，延時(shí)誤差檢測(cè)電路用于檢測(cè)振蕩電路中充放電電容的峰值電壓，并根據(jù)峰值電壓產(chǎn)生延時(shí)誤差消除信號(hào)，使振蕩器振蕩在預(yù)設(shè)的頻率上；調(diào)制電流產(chǎn)生電路根據(jù)充放電電容上的峰值電壓，產(chǎn)生相應(yīng)的附加控制電流，提高充放電電容的充電速率，消除振蕩電路延時(shí)的影響，提高控制電流一頻率的線性度和降低振蕩器抖動(dòng)，其中: 振蕩電路包括電流源I。、PMOS管Ml、M2，控制開關(guān)S1、S2、S3、S4，充放電電容Cl、C2，比較器COMPl、C0MP2及RS觸發(fā)器和參考電平VMf，電流源Itl的正極接地，電流源Itl的負(fù)極連接PMOS管Ml的漏極和柵極，PMOS管Ml的源極與PMOS管M2的源極互連并連接電源VDD，PMOS管Ml的柵極與PMOS管M2的柵極互連，PMOS管M2的漏極分別連接控制開關(guān)SI和控制開關(guān)S3的一端,控制開關(guān)SI的另一端連接控制開關(guān)S2的一端和充放電電容Cl的一端以及比較器COMPl的同相輸入端，充放電電容Cl的另一端及控制開關(guān)S2的另一端均接地，控制開關(guān)SI的控制端與控制開關(guān)S2的控制端互連并連接RS觸發(fā)器的輸出端Q，控制開關(guān)S3的另一端與控制開關(guān)S4的一端、充放電電容C2的一端以及比較器C0MP2的同相輸入端相連，充放電電容C2的另一端及控制開關(guān)S4的另一端均接地，控制開關(guān)S3的控制端與控制開關(guān)S4的控制端互連并連接RS觸發(fā)器的輸出非端Q，RS觸發(fā)器的置位輸入端S及復(fù)位輸入端R分別連接比較器COMPl的輸出端及比較器C0MP2的輸出端，比較器COMPl的反相輸入端與比較器C0MP2的反相輸入端互連并接參考電平Vref ； 調(diào)制電流產(chǎn)生電路包括比較器C0MP3、NM0S管Mr和電阻RK，NMOS管Mr的漏極連接振蕩電路中電流源Itl的負(fù)極，?OS管Mk的源極連接電阻Rk的一端和比較器C0MP3的反向輸入端，電阻Rk的另一端接地； 延時(shí)誤差檢測(cè)電路包 括控制開關(guān)S5、控制開關(guān)S6、控制開關(guān)S7、控制開關(guān)S8，反相器INVl、反相器INV2以及包括運(yùn)算放大器AMPl、AMP2，三極管BJT及電容C4構(gòu)成的峰值檢測(cè)與保持電路，包括減法器SUB、除法器DIV、比較器C0MP4以及作為電壓保持的運(yùn)算放大器AMP3構(gòu)成的延時(shí)誤差信號(hào)產(chǎn)生電路和包括PMOS管M3、PMOS管M4、電容C3構(gòu)成的延時(shí)單元，延時(shí)單元中PMOS管M3的源極連接電源VDD，PMOS管M3的的漏極與PMOS管M4的源極互連，PMOS管M3的柵極與PMOS管M4的柵極互連并連接偏置電壓VB，PM0S管M4的漏極與電容C3的一端、控制開關(guān)S8的控制端以及反相器INV2的輸入端連接在一起，電容C3的另一端接地，反相器INV2的輸出端連接控制開關(guān)S7的控制端，控制開關(guān)S7的一端連接延時(shí)誤差信號(hào)產(chǎn)生電路中減法器SUB的一個(gè)輸入端，減法器SUB的另一個(gè)輸入端連接2V,ef，減法器SUB的輸出端連接加法器DIV的一個(gè)輸入端，加法器DIV的另一個(gè)輸入端連接V2,ef，加法器DIV的輸出端連接電壓保持運(yùn)算放大器AMP3的同相輸入端，電壓保持運(yùn)算放大器AMP3的反相輸入端與電壓保持運(yùn)算放大器AMP3的輸出端互連并連接比較器C0MP4的反相輸入端，比較器C0MP4的同相輸入端與控制開關(guān)S7的另一端、控制開關(guān)S8的一端以及作為峰值檢測(cè)與保持電路輸出端的運(yùn)算放大器AMP2的輸出端連接在一起，比較器C0MP4的輸出端作為延時(shí)誤差信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端連接反相器INVl的輸入端和控制開關(guān)S6的控制端，反相器INVl的輸出端連接控制開關(guān)S5的控制端，控制開關(guān)S5的一端連接振蕩電路中充放電電容Cl的非接地端，控制開關(guān)S5的另一端連接控制開關(guān)S6的一端和作為峰值檢測(cè)與保持電路輸入端的運(yùn)算放大器AMPl的同相輸入端，控制開關(guān)S6的另一端接地，運(yùn)算放大器AMPl的反相輸入端與電容C4的一端、三極管BJT的發(fā)射極以及運(yùn)算放大器AMP2的同相輸入端連接在一起，三極管BJT的基極和集電極連接運(yùn)算放大器AMPl的輸出端，運(yùn)算放大器AMP2的反相輸入端與運(yùn)算放大器AMP2的輸出端互連，控制開關(guān)S8的另一端連接調(diào)制電流產(chǎn)生電路中比較器C0MP3的同相輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高控制電流一輸出頻率線性度的張弛振蕩器，其特征在于，振蕩電路中充放電電容Cl和C2的結(jié)構(gòu)與電容值完全相同，兩個(gè)比較器COMPl和C0MP2都是遲滯比 較器。
【文檔編號(hào)】H03K3/013GK103997317SQ201410215745
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】孫偉鋒, 黃澤祥, 張?jiān)饰? 祝靖, 陸生禮, 時(shí)龍興 申請(qǐng)人:東南大學(xué)