[发明专利]低功耗振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种低功耗振荡器。

背景技术

低功耗振荡器(low power oscillator，LPO)在无线通信系统中有着广泛的应用。由于无线传感节点之间的数据交互稀少，可以在很短的时间内完成，因此可以通过周期性的唤醒传感节点，而在其它时间让节点进入休眠状态的方式来达到降低功耗的目的。LPO通常在休眠或其它省电模式下提供系统时钟来控制关键时序，如保持系统同步或用来唤醒系统。所以LPO需要有较为精确的振荡频率。

虽然有源的片外晶振，如温度补偿石英晶振能达到很高的精度，但是为了节省成本和功耗，LPO电路很少采用片外晶振的解决方案。片上集成的LC振荡器也可以达到较高的精度，然而由于其方案需要高频的振荡，功耗远远超出无线传感节点的功耗预算。而LPO通常工作在较低频率以节省功耗，因此LC类振荡器也不适用。

所以目前的LPO的多采用由RC常数决定频率的弛张振荡器(relaxation oscillator)或是由偏置控制的环形振荡器(ring oscillator)。但是，采用RC常数或偏置控制来实现的LPO的振荡频率会随工艺、电源电压、温度(Process,Voltage and Temperature，PVT)，偏置以及其它电路参数的变化而波动，造成LPO的时间或频率的准确性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种低功耗振荡器，具有数字化的频率检测反馈控制功能，可以大大提高低功耗振荡器输出振荡频率的精度，降低低功耗振荡器的功耗和成本，同时为进一步的进行数字信号处理、提高低功耗振荡器的性能提供了可能。

第一方面，本发明实施例提供了一种低功耗振荡器，所述低功耗振荡器包括：

时钟发生单元，包括可调振荡器和时钟发生器，所述可调振荡器用于产生时钟信号CLK；所述时钟发生器用于根据所述时钟信号CLK产生第一控制信号Ф1、第二控制信号Ф2和第三控制信号Ф3；

参考生成单元，用于生成带隙基准电压和带隙基准电流；

频率反馈控制单元，包括积分器、比较器和数字处理器；

其中，所述积分器由接收到的所述第一控制信号Ф1触发，对所述带隙基准电流进行积分，将所述可调振荡器的输出频率转换为输出电压，输出至所述比较器的一个输入端，所述比较器的另一个输入端接入所述带隙基准电压，所述比较器根据所述第三控制信号Ф3的触发锁定输出的比较信号；所述数字处理器根据所述比较信号生成电容值调制比特，用以使所述可调振荡器根据所述电容值调制比特改变可调振荡器中的电容值，从而改变所述低功耗振荡器的振荡频率。

在第一种可能的实现方式中，所述积分器具体包括：第一开关K₁、第二开关K₂和第一电容C_INT；

根据第一控制信号Ф1控制第一开关K₁的导通和关断，根据第二控制信号控制Ф2第二开关K₂的导通和关断；设置所述第一控制信号Ф1和第二控制信号Ф2使得第一开关K₁和第二开关K₂不同时导通；

当第一开关导通时，所述带隙基准电流对所述第一电容C_INT充电得到电容积分电压；当第二开关导通时，对第一电容C_INT放电以对所述电容积分电压进行复位；

所述带隙基准电流对所述第一电容C_INT充电的时长大于所述时钟信号CLK的时钟周期的N倍；其中N为正整数；

所述比较器在所述带隙基准电流对所述第一电容C_INT充电N个所述时钟信号CLK的时钟周期后，比较所述电容积分电压和所述带隙基准电压，输出比较信号。

结合第一方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述第一电容C_INT为金属间电容，具体为Mim电容或Mom电容。

在第三种可能的实现方式中，当所述第三控制信号Ф3的正向脉冲上升沿锁定所述比较器输出的比较信号时，所述积分器完成对所述带隙基准电流的积分，此时积分器的输出电压为：其中，V_INT为输出电压，I_ref为带隙基准电流，f为所述可调振荡器的输出频率，C_INT为第一电容的电容值。

在第四种可能的实现方式中，所述可调振荡器包括可调电容；所述比较信号为数字信号；所述频率调制比特具体为电容值调制比特；