[发明专利]RC振荡器

说明书

【技术领域】

本发明属于集成电路设计技术领域，具体涉及一种RC振荡器。

【背景技术】

一般情况下，RC振荡器通过对电容的充放电延时来产生振荡时钟信号，这种电路结构所产生的时钟信号频率容易受到芯片供电电压、周围工作环境温度等因素的影响。为了克服工作电源电压和环境温度对RC振荡器输出时钟频率的影响，众多设计和发明提出了各种高精度的RC振荡器。图1为经典的RC振荡器，其包括：基准电路模块1，P沟道MOS管Mp1S，P沟道MOS管Mp2S，P沟道MOS管Mp3S，振荡核心逻辑电路3，第一时序电容Ct1S，第二时序电容Ct2S，第一放电开关S1，第二放电开关S2。振荡核心逻辑电路3设有第一比较输入端31、第二比较输入端32、基准电压输入端33、第一控制信号输出端34、第二控制信号输出端35和时钟信号输出端36。

基准电路模块1设有基准电压输出端12和电路输入端11；电路输入端11连接P沟道MOS管Mp1S的漏极，P沟道MOS管Mp1S的源极连接工作电源V，P沟道MOS管Mp1S的栅极连接P沟道MOS管Mp1S的漏极，基准电压输出端12连接基准电压输入端33，流经P沟道MOS管Mp1S的电流作为基准电流。

基准电路模块1具体包括带隙基准电压源Bandgap、比较放大器CP、N沟道MOS管MnS、电阻Rs和直流电流源Iref，带隙基准电压源Bandgap连接工作电源VDD并且其输出端连接比较放大器CP的正输入端，比较放大器CP的负输入端连接N沟道MOS管MnS的源极和电阻Rs的第一端，电阻Rs的第二端通过直流电流源Iref接地，比较放大器CP的输出端连接N沟道MOS管MnS的栅极，N沟道MOS管MnS的源极作为基准电压输出端12，N沟道MOS管MnS的漏极作为电路输入端11。

P沟道MOS管Mp2S的源极和P沟道MOS管Mp3S的源极均连接工作电源V，P沟道MOS管Mp2S的栅极、P沟道MOS管Mp3S的栅极均连接P沟道MOS管Mp1S的栅极，P沟道MOS管Mp2S的漏极连接第一时序电容Ct1S的第一端，P沟道MOS管Mp3S的漏极连接第二时序电容Ct1S的第一端。第一放电开关S1的第一端连接第一时序电容Ct1S的第一端，第一放电开关S1的第二端连接地；第二放电开关S2的第一端连接第二时序电容Ct2S的第一端，第二时序电容Ct2S的第二端连接地。第一比较输入端31连接第一时序电容Ct1S的第一端,第二输出端23连接第二时序电容Ct2S的第一端,第一控制信号输出端34控制第一放电开关S1的通断，第二控制信号输出端35控制第二放电开关S2的通断。第一时序电容Ct1S的第二端、第二时序电容Ct2S的第二端均连接地。

具体是，主要工作原理为：基准电路模块1和P沟道MOS管Mp1S、工作电源V共同产生基准电压和基准电流，P沟道MOS管Mp2S、P沟道MOS管Mp3S分别与P沟道MOS管Mp1S构成电流镜，P沟道MOS管Mp2S、P沟道MOS管Mp3S分别镜像了上述基准电流；MOS管Mp2S以固定斜率给第一时序电容Ct1S充电，当时序电容Ct1S上的正端电压Va上升到基准电压V_ref时，振荡核心逻辑电路中的比较器翻转，控制与第一时序电容Ct1S相连的第一放电开关S1闭合，迅速将Ct1S上的电荷放掉，由于第一放电开关S1的导通阻抗远远小于MOS管Mp2S的导通阻抗，所以在第一放电开关S1闭合期间，第一时序电容Ct1S的正端电压Va一直接近于0电平；几乎在第一放电开关S1闭合对第一时序电容Ct1S放电的同时，第二放电开关S2断开，MOS管Mp3S开始对第二时序电容Ct2S充电，正端的电压Vb开始以固定斜率上升，直到电压Vb的电压值达到基准电压V_ref，后续的比较器断开第一放电开关S1，闭合第二放电开关S2，MOS管Mp2S再次以固定斜率对第一时序电容Ct1S充电，第二放电开关S2将第二时序电容Ct2S上的电荷完全放掉，正端电压Vb的电压接近0电平，一个新的充电周期开始。上述振荡器中两个时序电容对应正端电压及输出时钟clk的波形如图2所示。一个时钟振荡周期等于两个时序电容Ct1S、Ct2S充电时间之和。若充电电流均为I_char,电容值均为C，基准电压值为V_ref，则时钟频率公式如下：