[发明专利]基于电流模比较器的低压低功耗CMOS张弛振荡器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种具有低压低功耗的全片上集成CMOS张弛振荡器及振荡产生方法。

背景技术

时钟源是诸多电子系统的重要模块，应用范围从DC/DC变换器、信号处理到通信系统载波调制。可以说，时钟源的好坏直接影响到电子系统的整体性能，所以对时钟源的要求也越来越高。

目前，电子系统普遍采用晶体振荡器作为时钟源，这得益于晶体振荡器的高精度与高稳定度。然而由于晶体振荡器采用了石英晶体，这使得它与标准的CMOS集成电路不兼容，成本较高，此外，晶体振荡器体积较大，这也限制了电子系统的进一步小型化。随着植入医疗器件、无线传感网络等新兴应用领域的发展，振荡器的全片上集成也成为了集成电路工业界和学术界的研究热点。

主要有三种片上集成振荡器，即LC振荡器、环形振荡器、张弛振荡器。片上集成LC振荡器可以实现较高的精度，然而它们实现的振荡器频率较高，因而功耗较大；工作在亚阈值区的环形振荡器可以实现较低的功耗，但是输出频率随电源电压变化较大，且输出频率精度无法很好地控制。相比而言，张弛振荡器功耗更低，输出频率精度也比较容易控制，因而在低频低功耗片上振荡器领域得到了更为广泛的关注。

文献Y.H.Chiang and S.I.Liu,A Submicrowatt1.1-MHz CMOS Relaxation Oscillator With Temperature Compensation,Circuits and Systems II:Express Briefs,IEEE Transactions on,vol.60,pp.837-841,2013.实现了一种基于电流模比较器的张弛振荡器，由于电流模比较器实现了传统张弛振荡器电压比较器和电容充电支路的复用，因而可以有效降低功耗。图1为该张弛振荡器原理框图，该设计采用了工作于亚阈值区晶体管、电流模比较器、尾电流控制的反相器结构来降低振荡器的功耗。

但是上述基于电流模比较器的张弛振荡器在有效降低功耗的同时，至少存在输出频率受电源电压变化影响较大、输出振荡方波信号占空比不可调等缺陷。

发明内容

针对现有基于电流模比较器的张弛振荡器存在的输出频率随电源电压变化较敏感、输出振荡信号占空比不可调等缺陷，本发明提供了一种基于电流模比较器的低压低功耗CMOS张弛振荡器。为了实现本发明的发明目的，采用以下的技术方案来实现：

一种基于电流模比较器的低压低功耗CMOS张弛振荡器，包括：

电流基准源，用于产生偏置参考电流；

启动电路，产生启动信号，用于上电后启动所述的电流基准源；

电流模比较器，具有电容C₁和C₂，用于电容充放电和充电电压上限的设置；

电流源负载RS触发器，反复复位与置位，所述电容C₁和C₂根据RS触发器的状态交替充电和放电，实现一定频率振荡方波信号的输出。

所述的电流基准源为输出电流随温度成正比的CMOS亚阈值基准源。

所述的电流模比较器包括第一比较器、第二比较器、电阻R_C、所述电容C₁和C₂，以及用于对所述电容放电的NMOS管M₁₉和M₂₀；

所述的第一比较器由PMOS管M₇、M₈，NMOS管M₉、M₁₀构成；

所述的第二比较器由PMOS管M₁₁、所述PMOS管M₇，NMOS管M₁₂、所述的NMOS管M₉构成；