[发明专利]抗工艺、电压、温度变化的低功耗尾电流型环形振荡电路

权利要求书

1.一种抗工艺、电压、温度变化的低功耗尾电流型环形振荡电路，其特征在于，包括：

PTAT基准电流产生电路，产生与温度呈正比的基准电流；

尾电流型环形振荡器，其振荡频率与尾电流成线性关系，具有负温度系数；

电流镜像电路，镜像PTAT基准电流，为尾电流型环形振荡器供电；

强下拉弱上拉缓冲级，把环形振荡器的振荡信号整形为满电源摆幅输出的振荡信号；

缓冲级，整形强下拉弱上拉缓冲级输出的振荡信号；

所述的PTAT基准电流产生电路包括：

NMOS和PMOS Cascode结构，保证流过两支路的电流相等，改善了电源抑制比；

两个发射极面积呈比例的NPN晶体管，基极和发射极电压之差ΔVbe提供正温度系数，减小NPN晶体管的带来的工艺离散；

外部精密电阻Rext，替代芯片内部离散大的电阻，ΔVbe/Rext提供了PTAT电流，减小了PTAT电流的工艺离散。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的PTAT基准电流产生电路产生的PTAT基准电流具有正温度系数，用来补偿尾电流型环形振荡器振荡频率的负温度系数。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的PTAT基准电流产生电路通过改变电流镜像电路的电流镜像比例、NPN晶体管的发射极面积之比，外部精密电阻Rext来改变PTAT电流的正温度系数。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的尾电流型环形振荡器电路，通过改变奇数阶反相器中NMOS和PMOS的尺寸，或者改变反相器的阶数来改变负温度系数。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的电流镜像电路改善尾电流型环形振荡器的电源抑制比，减小环形振荡器振荡频率由于供电电压带来的离散。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述的电流镜像电路采用Cascode电流镜。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的尾电流型环形振荡器，具有抗工艺离散的功能：

以TT工艺角为基准，

当工艺处于FF工艺角，NMOS的阈值电压Vthn减小，PMOS的阈值电压Vthp减小，为了使流过PMOS的充电电流不变，整个环形振荡器的供电电压V_RO也相应减小，反相器翻转的阈值电压V_M也减小；当NMOS阈值电压Vthn比翻转阈值电压V_M变化小时，NMOS的放电电流减小，等效供电电流I_RO也减小，可以使振荡频率变化减小；

当工艺处于SS工艺角，NMOS的阈值电压Vthn增大，PMOS的阈值电压Vthp增大，为了使流过PMOS的充电电流不变，整个环形振荡器的供电电压V_RO也相应增大，反相器的翻转阈值电压V_M也增大；当NMOS阈值电压Vthn比翻转阈值电压V_M变化小时，NMOS的放电电流增大，等效供电电流I_RO也增大，可以使振荡频率变化减小；

当工艺处于FS工艺角，NMOS的阈值电压Vthn减小，PMOS的阈值电压Vthp增大，为了使流过PMOS的充电电流不变，整个环形振荡器的供电电压V_RO也相应增大，反相器翻转的阈值电压V_M也增大，NMOS的放电电流增大，等效供电电流I_RO也增大，可以使振荡频率变化减小；

当工艺处于SF工艺角，NMOS的阈值电压Vthn增大，PMOS的阈值电压Vthp减小，为了使流过PMOS的充电电流不变，整个环形振荡器的供电电压V_RO也相应减小，反相器翻转的阈值电压V_M也减小；因为NMOS阈值电压Vthn变大，而翻转阈值电压V_M变小，NMOS的放电电流减小较多，等效供电电流I_RO也减小较多，会使振荡频率变小；

只要调节好环形振荡器中NMOS和PMOS的尺寸，就可以使振荡频率的变化减小到可接受的范围。

8.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述的尾电流型环形振荡器的供电电压V_RO等于电源电压减去电流镜像电路消耗的电压，所以环形振荡器的振荡摆幅为0-V_RO，通过强下拉弱上拉缓冲级可以把振荡摆幅整形满电源摆幅的振荡信号。