[发明专利]一种对温度不敏感的高精度宽范围张弛振荡器

权利要求书

1.一种对温度不敏感的高精度宽范围张弛振荡器，其特征在于：包括偏置电压（101）、基准电流（102）、可编程电流镜（103）、张弛振荡器单元（104）和整形逻辑（105）模块；其中偏置电压中第一NMOS管NM1的漏极和栅极均接电流源I_REF的输出端，源极和衬底接地，电流源I_REF的输入端接电源，第二NMOS管NM2的栅极接第一NMOS管NM1的栅极，漏极接第一电阻R1的一端和第一PMOS管PM1的栅极，源极和衬底接地，第一电阻R1的另一端接第一PMOS管PM1的漏极，第一PMOS管PM1的衬底接电源，源极接第二PMOS管PM2的漏极，第二PMOS管PM2的栅极接地，源极和衬底接电源；

基准电流（102）包括第一放大器AMP（1021）、选择逻辑（1022）、微调模块（1023）、粗调电阻阵列（1024）和温度补偿单元（1025），其中选择逻辑输入信号为Fine_Code、Va、Vc和Vd，输出信号接到第一放大器AMP（1021）的负输入端；由第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、R3/R5/R7/R9形成的电阻串支路、R4/R6/R8形成的电阻串、第一三极管Q1、选择逻辑和第一放大器AMP组成的负反馈系统产生稳定的基准电流，通过Fine_Code选择不同的反馈点实现频率微调，通过Coarse_Code调节电阻R5和R6实现频率粗调，通过改变电阻R7实现不同温度下输出频率的一致性；

可编程电流镜（103）包括电阻R2/R3、PMOS管PM8~PMK，通过控制信号Ctrl_0~Ctrl_N对多路电流通路进行导通控制，实现张弛振荡器充放电电流大小调节，最终实现输出频率宽的工作特性；

张弛振荡器单元（104）中第三NMOS管NM3的栅极和第六PMOS管PM6的栅极均接控制信号VN，第三NMOS管NM3的漏极同时接到第一充放电电容C1的一端、第六PMOS管PM6的漏极和第五NMOS管NM5的源极，源极和衬底接地，第四NMOS管NM4的栅极和第七PMOS管PM7的栅极均接到控制信号VP，第四NMOS管NM4的漏极同时接到第二充放电电容C2的一端、第七PMOS管PM7的漏极和第六NMOS管NM6的源极，源极和衬底接地，第七PMOS管PM7的源极接可编程电流镜的输出端，衬底接电源，第一充放电电容C1的另一端接地，第二充放电电容C2的另一端接地，第五NMOS管NM5的栅极接控制信号VP，漏极同时接节点V0和第六NMOS管NM6的漏极，衬底接地，第六NMOS管NM6的栅极接控制信号VN，衬底接地；

整形逻辑（105）的输入信号包括参考电压V_REF2和张弛振荡器单元的输出信号V0，输出信号为VP、VN和VOUT信号。

2.如权利要求1所述的张弛振荡器，其特征在于：整形逻辑包括比较器CMP（1051）、边沿检测电路（1056）、与门（1052）、二分频器（1053）、RS触发器（1055）、第一反相器（1054）和第二反相器（1057）模块，其中CMP的正相输入端接V0，反相输入端接V_REF2，输出信号V1接与门（1052）的一个输入端，与门（1052）的另一都输入端接边沿检测电路的输出信号V5，与门（1052）的输出V2接到二分频器的输入端，二分频器输出端同时接到边沿检测电路的输入端、第一反相器（1054）的输入端和RS触发器的S输入端，RS触发器的R输入端接第一反相器（1054）的输出端，RS触发器的输出信号VN同时接第二反相器（1057）的输入端、第六NMOS管NM6的栅极、第三NMOS管NM3栅极和第六PMOS管PM6的栅极，输出信号VP同时接第五NMOS管NM5的栅极、第四NMOS管NM4栅极和第七PMOS管PM7的栅极。

3.如权利要求1所述的张弛振荡器，其特征在于：整形逻辑通过边沿检测逻辑获取张弛振荡器第一充放电电容C1和第二充放电电容C2的充放电输出沿跳变信息，同时通过二分频器对检测输出波形进行分频，获得占空比为50%的时钟信号VOUT。

4.如权利要求1所述的张弛振荡器，其特征在于：整个振荡器工作过程分为频段选择阶段、频率粗调阶段、频率微调阶段和温度补偿阶段，各阶段原理可以描述为：

频段选择阶段：根据实际工作频率通过Ctrl_0~Ctrl_N控制信号对可编程电流镜电流大小进行设置，获得目标频段的时钟信号输出；

频率粗调阶段：通过观察输出信号VOUT的时钟频率，并根据VOUT时钟频率与目标频率的偏差通过Coarse_Code对电阻R5和R6进行相应的调节；当VOUT时钟频率低于目标频率时，通过Coarse_Code减小电阻R5和R6的阻值；反之则增大电阻R5和R6的电阻值；通过调节R5和R6的电阻值，逐渐减小二者频差，当频差进入粗调误差范围内时，粗调工作完成，进入频率微调阶段；

频率微调阶段：通过Fine_Code选择不同的节点电压进行反馈电压，继而调节节点Va的电压，从而通过调节基准电流实现频率调节；当输出频率偏高时，选择Va节点进行反馈，降低输出频率；当输出频率偏低时，选择Vc/Vd节点进行反馈，提高输出频率；当频差进入微调范围内，微调工作完成，进入温度补偿阶段；

温度补偿阶段：通过频率粗调和微调控制码对应的有效阻值，获得左右两条电流支路的电阻比例，基于可调电阻R7不同阻值大小对应的温度系数补偿权重采用Temp_Code对R7阻值进行调节；当输出时钟频率随着温度的升高而升高时，通过Temp_Code增大R7对应温度系数权重的阻值；当输出时钟频率随着温度升高而降低时，通过Temp_Code降低R7对应温度系数权重的阻值，最终获得良好温漂特性的输出时钟信号。