[发明专利]使用温度计码和二进制码进行线性和单调调谐的RC振荡器

说明书

一种具有可变电容器(26)的RC振荡器，可变电容器设置输出频率。该可变电容器(26)有m个二进制加权开关电容器阵列，每个二进制加权开关电容器阵列有二进制加权电容器。p个二进制比特被解码成一个m‑比特温度计码，该m‑比特温度计码选择m个二进制加权开关电容器阵列中的一个二进制加权开关电容器阵列，以使用n个二进制比特来切换其二进制加权电容器。其他二进制加权开关电容阵列通过温度计码将其所有的电容器都打开或者关断。调整每个二进制加权开关电容器阵列的最小电容或单位电容以补偿频率与1/RC成正比的非线性倒数关系。对每个连续的二进制加权开关电容器阵列增加单位电容，以重置为(p，n)‑比特码与频率的理想线性关系。

技术领域

本发明涉及可变振荡器，更具体地涉及非线性可变电容器，用于输出线性频率。

背景技术

集成电路(IC)的同步部分需要一个或多个时钟对状态变化和信号生成进行排序。一个振荡器可以产生一个或多个这些所需的时钟。一个外部晶体可以连接到一个内部振荡器电路以产生一个非常精确的时钟。然而，外部晶体非常昂贵，且需要两个引脚连接到外部晶体。整个振荡器可以在IC外部，但这样往往更加昂贵。

内部振荡器可以有一个电阻器和电容器，其产生一个RC时间常数延迟，以设定振荡频率。不需要外部晶体。但是，精度可能因为温度、工艺和电路设计的不同而是个问题。

内部振荡器电路产生的振荡频率是可变的或可调的。可变电阻器或可变电容器可用于电路中的RC时间常数。随着电容或电阻增加，RC时间常数会增加，延迟和振荡周期会增加。频率因此降低。通常，振荡器频率与1/RC成正比。这个频率也取决于电源电压、温度和半导体制造工艺。

图1显示一种现有技术的振荡器。电流源14对电容器16充电。电流源14包括一个电压-电流转换器，在对电容器16充电时使用电阻R，从而提供一个RC时间常数。一旦电容器16被充分充电，与比较器12的反相(-)输入上的参考电压VREF相比，在比较器12的非反相(+)输入上检测到一个高信号。然后，比较器12驱动其输出FOUT到高电平，导通晶体管18并将电容器16放电。一旦电容器16两端的电压降到VREF以下，比较器12将FOUT切换为低电平，关断晶体管18并允许充电循环重复。

电容器16可以被替换为一个可变电容器。一个普通的可变电容器有多个并联的二进制加权电容器，每个都有一个开关以连接或关断特定的二进制加权电容器。二进制码可施加于开关，产生一个总电容，总电容是一个对应于当前施加于开关的二进制码的二进制权重。

图2是显示一个振荡器频率的曲线图，频率是一个关于二进制码的函数，该二进制码被施加到开关二进制加权电容器阵列。该二进制码以二进制增量1线性增加，比如1，2，3，4，5，6，7，8，9，...15，因此总电容也以最小或单位电容C的增量相应增加，比如C，2C，3C，4C，5C，6C，...15C。但是，由于频率与电容的倒数(1/RC)成正比，所以输出频率沿着倒数曲线104的路径减小。虽然总电容和电容器二进制码是线性增加的，但频率不会以诸如理想直线102所示的线性方式增加。

调谐步骤或频率调整的增量不是线性的。将二进制码增加1，并增加一个单位电容，曲线左边的较低二进制值的频率下降幅度大于曲线右边的较高二进制值的频率下降幅度。曲线104在左边非常陡峭，即每单位电容变化会导致较大的频率变化，但在右边几乎是平坦的，即每单位电容变化会导致非常小的频率变化。

这种频率响应的非线性是不希望有的。可以预先计算所需频率的二进制码并将其存储在芯片上，但是为了补偿温度和工艺变化而进行的调整可能需要反复试验，从而难以补偿。

使用诸如格雷码或温度计码的其它码，同样有二进制增量或二进制值倍数增量的限制。但是，如今二进制加权开关电容器阵列已被广泛使用。

期望有一个用于可变电容器的更一致频率调谐的步骤。期望有可变电容器的芯片上RC振荡器不是纯粹的二进制加权。期望有一种能对电容与频率的非线性倒数关系进行预补偿的振荡器。

发明内容