[发明专利]弛豫振荡器、时钟电路及电子芯片

说明书

本发明公开一种弛豫振荡器、时钟电路及电子芯片，其中，弛豫振荡器，包括：高带宽比较器、唤醒电路、阻容元件组和开关电路，唤醒电路分别与开关电路、高带宽比较器和阻容元件组连接，唤醒电路用于根据监测的充电电容的电压满足预设条件时产生唤醒信号以触发高带宽比较器启动工作及触发开关电路将电阻与参考电流源连接，并在电容复位后重新充电时再次监测充电电容的电压；高带宽比较器用于在唤醒信号使能有效时启动工作，比较充电电容的电压和电阻上产生的参考电压并输出比较结果，当比较结果发生翻转时，电容复位到低电平。本发明具有低功耗和频率稳定效果，适于物联网芯片应用。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种弛豫振荡器、时钟电路及电子芯片。

背景技术

在物联网(IoT)应用中，芯片通常由小容量的电池或能量采集模块(energy-harvesting module)供电，这要求各个电路模块在保证性能的同时拥有尽可能低的功耗。与此同时，IoT芯片中的数字处理电路需要由中等精度的同步时钟控制，因此，可集成的超低功耗时钟产生模块是必不可少的。由于IoT芯片的应用场景非常丰富，温度等环境因素横跨较大的范围，这要求产生时钟信号的振荡器输出的时钟频率需要有较高的温度稳定性。同时，由于IoT芯片处理的事件大多具有稀疏的特征，因此芯片中的大多数模块只在遇到需要处理的事件时才打开以节约功耗，这也要求振荡器具有快速启动的特点。基于上述这些诸多限制条件，基于电阻电容的弛豫振荡器具有快速启动及易于集成的特点在物联网应用中具有很大优势。

图1为现有的基于电阻电容的弛豫振荡器示意图，图2为图1中弛豫振荡器产生的波形图，由图2可以看出，一个完整的周期包含三个部分：RC时间常数t_RC，比较器的延迟t_CMP和复位时间t_RST。时间常数t_RC可以通过现有技术解决温度影响的问题；复位时间相对微秒量级的时钟周期一般可以忽略。因此，比较器的延迟时间t_CMP成了影响频率温度稳定性的关键因素。现有技术中一般通过用高带宽比较器来减小比较器的延迟时间t_CMP，但是高带宽比较器在工作中具有较大的功耗，因此不利于物联网芯片的功耗降低。为此，需要设计一种既具有较低延时时间，又具有较低功耗的弛豫振荡器以适于物联网应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种弛豫振荡器、时钟电路及电子芯片，具有较低的延时时间，又具有较低的功耗。

本发明提供一种弛豫振荡器，包括：高带宽比较器、唤醒电路、阻容元件组和开关电路，唤醒电路分别与开关电路、高带宽比较器和阻容元件组连接，所述阻容元件组包括电容和电阻；

所述唤醒电路，用于根据监测的充电电容的电压满足预设条件时产生唤醒信号以触发高带宽比较器启动工作及触发开关电路将电阻与参考电流源连接，以及当高带宽比较器输出发生翻转时触发唤醒信号失效，并在电容复位后重新充电时再次监测充电电容的电压；

所述开关电路，用于控制电容和电阻与参考电流源连接，以及当高带宽比较器输出发生翻转时，控制电容复位及复位后再次充电；

所述高带宽比较器，用于在唤醒信号使能有效时启动工作，比较充电电容的电压和电阻上产生的参考电压并输出比较结果，当比较结果发生翻转时，电容复位到低电平完成一个周期。

本发明还提供一种弛豫振荡器，包括：高带宽比较器、唤醒电路、阻容元件组和开关电路，唤醒电路分别与开关电路、高带宽比较器和阻容元件组连接，所述阻容元件组包括电阻、第一电容和第二电容，弛豫振荡器一个周期包括如下四个阶段：

在第一阶段，第一电容作为充电电容从低电平开始充电，初始完全充电或者前一周期完全充电的第二电容与电阻连接形成放电回路，所述唤醒电路监测第一电容的电压与第二电容的电压，当第一电容电压大于第二电容电压时产生唤醒信号，以触发高带宽比较器启动工作及触发开关电路将电阻与第二电容断开连接并与参考电流源连接，进入第二阶段；