[发明专利]一种适用于MEMS应用的高精度振荡器结构

说明书

本发明提出了一种适用于MEMS应用的高精度振荡器结构，根据本发明制作的高精度振荡器结构，采用恒定电流充放电的结构来设计振荡器，使其对电源电压变化不敏感；为振荡器设计了一个恒定电流源，该电流源产生的电流在一定的温度范围内保持恒定，且与电源电压无关。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种适用于MEMS应用的高精度振荡器结构电路。

背景技术

目前集成电路内置振荡器多采用简单的线路结构，用电阻电容充放电时间常数作为振荡周期定时，由于集成电路内部的电阻电容值随电压、温度都会发生改变，导致振荡频率随着电源电压、环境温度而改变。一般情况下，RC振荡器通过对电阻电容的充放电延时来产生振荡频率，所产生的频率容易受到电源电压、温度的影响，为了克服电源电压和温度对RC振荡器输出频率的影响，众多设计和发明提出了高精度的RC振荡器。

在传统的应用场合中，对振荡器频率精度要求高的场合往往采用片外分立的晶振作为时钟源，而有些应用场合不仅对时钟的精度有较高的要求，而且不适宜集成外接的晶振，比如MEMS（Micro-Electro Mechanical system，微电子机械系统）应用等，本发明针对该应用开发了一款可以片内集成的高精度振荡器，该振荡器的精度和功耗均适中，可以应用于MEMS相关的场合。

如图1所示，为传统的弛豫（relaxation）振荡器结构100，振荡器结构100由电源电压输入端101、时钟信号产生模块102、电流充放电电路103。所述时钟信号产生模块102包括分压电路104、比较器电路105、振荡电路106和D触发器电路107。其中，分压电路104包括电阻梯1041、开关1042、开关1043，振荡电路106包括开关1061、开关1062和电容1063，D触发器电路107包括D触发器1071。

在正常条件下，电源电压输入端101提供的电压通过电阻梯1041分压得到V_A和V_B两个电压值，当比较器电路105输出为低电平的时候，开关1042和开关1061导通，电流充放电电路103开始提供I_ptat（正温度系数校正电流）对电容1063进行充电，电容1063上的电压值达到V_A时，振荡电路105的输出变为高电平；当比较器电路105输出为高电平的时候，开关1042和开关1061断开，开关1043和开关1062导通，电流充放电电路103开始提供I_ptat（正温度系数校正电流）电容1063进行放电，当电容1063上的电压下降到V_B时，比较器电路105再次输出低电平，从而完成了一个振荡周期。通过D触发器电路107输出信号，具体地，D触发器1071对电容1063上的电压波形进行整形和分频最终得到一个空占比很好的方波信号作为振荡器的最终输出信号，由D触发器电路107的输出端输出高信号。振荡器结构100的输出频率为f=1/T=I_ptat/（2*C*（V_A-V_B））。

然而，由于电源电压提供的电压值是变化的，将导致VA-VB这个电压差值也随着电源电压提供的电压值的变化而变化，从而使得振荡器的输出频率也会随着电源电压提供的电压值的变化而变化，影响了振荡器输出频率的精度。振荡器中用于给电容充放电的电流充放电电路一般是由一个带隙基准电路产生，该电流充放电电路的电流的大小与温度相关，当温度变化时该电流也会变化，当温度从-40℃变化到100℃时，该电流的变化一般能超过50%，严重影响了振荡器输出频率的精度。

因此，目前急需一种适用于MEMS应用的高精度振荡器结构，以解决现有振荡器结构中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。