專利名稱：用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的具有降低電磁干擾的時(shí)鐘發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及集成電路設(shè)計(jì)，特別涉及一種具有降低電磁干擾(EMI) 的時(shí)鐘發(fā)生器。
背景技術(shù)：
直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器是重要電路模塊之一， 一般來說嵌入于便攜 式電子器件中，例如便攜式電話、個(gè)人數(shù)字助理及手提計(jì)算機(jī)。這些便攜式 器件由電池供電，而這些電池供電時(shí)電壓電平不易被器件內(nèi)部電路模塊利用。 此外，由電池供應(yīng)的電源電壓電平隨著其存儲(chǔ)電能同時(shí)間流逝而消耗而降低。 DC-DC轉(zhuǎn)換器起的作用就是將由電池供應(yīng)的電源電壓電平轉(zhuǎn)換成能被便攜式 器件內(nèi)部電路模塊使用的電平，甚至當(dāng)供應(yīng)電能降低時(shí)也可以。
DC-DC轉(zhuǎn)換器一般來說與時(shí)鐘發(fā)生器一起使用，時(shí)鐘發(fā)生器可控制電池 的電能輸出以獲得更高的電能效率。時(shí)鐘發(fā)生器輸出時(shí)鐘信號(hào)以便以 一預(yù)定 頻率接通及切斷供應(yīng)給DC-DC轉(zhuǎn)換器的DC電壓，以便控制電池內(nèi)存儲(chǔ)的電能 轉(zhuǎn)換時(shí)間的選擇。這種轉(zhuǎn)換方案比線性轉(zhuǎn)換方案更有效，在線性轉(zhuǎn)換方案中， 多余的電能必須以廢物形式驅(qū)散掉。
傳統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器的一個(gè)缺點(diǎn)就是特別容易產(chǎn)生電磁干擾(EMI),這是由 執(zhí)行快速轉(zhuǎn)變信號(hào)的其它電路在電路電子元件中引起多余信號(hào)的一種現(xiàn)象。 這擾亂、阻礙并降低了受EMI影響的電路性能。如此一來，渴望設(shè)計(jì)一種比 用于DC-DC轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)引起更少EMI的時(shí)鐘發(fā)生器。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示一種時(shí)鐘發(fā)生器，在本發(fā)明一實(shí)施例中，該時(shí)鐘發(fā)生器包括: 一用于產(chǎn)生一恒定電流的電流源； 一用于產(chǎn)生一鏡電流的電流鏡，該電流鏡 耦合在一 電源電壓與該電流源之間，該鏡電流等于該恒定電流乘上一預(yù)定值； 以及，當(dāng)一電容電壓低于一預(yù)定臨界電壓時(shí)對(duì)該電容充電，并當(dāng)該電容電壓 高于該預(yù)定臨界電壓時(shí)對(duì)該電容放電，從而以一預(yù)定頻率產(chǎn)生一時(shí)鐘信號(hào)的
一充電控制模塊，該充電控制模塊與該電流源及該電流鏡耦合；其中，該充 電控制模塊通過改變?cè)擃A(yù)定臨界電壓來調(diào)整該預(yù)定頻率。
然而，可結(jié)合附圖，從下列具體實(shí)施方式
中理解本發(fā)明操作的結(jié)構(gòu)和方 法，及其它的目的和優(yōu)點(diǎn)。
圖l是顯示傳統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器的示意圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的時(shí)鐘發(fā)生器的示意圖3是顯示傳統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器的頻譜圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例被提議的時(shí)鐘發(fā)生器的頻鐠圖。
具體實(shí)施例方式
下面來描述具體實(shí)施例的構(gòu)成及布置，來簡化本揭示。當(dāng)然這些僅僅是 實(shí)例，而并不意圖是限制性的。此外，本揭示可在不同實(shí)施例中重復(fù)參考標(biāo) 號(hào)和/或字母。這種重復(fù)是為了簡潔清楚的目的，其本身并不表明所討論的不 同實(shí)施例和/或構(gòu)造之間的關(guān)系。
圖l顯示可用于DC-DC轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器100,時(shí)鐘發(fā)生器IOO 包含PM0S晶體管102、 104、 106,麗0S晶體管108、 110，比較器114，放大 器112,電容116及包括許多連續(xù)耦合電阻的電阻^^莫塊118。麗OS晶體管108、 電阻模塊118及放大器112 —起形成提供一恒定電流(I )的電流源。PMOS 晶體管102、 104形成電流鏡，該電流鏡反射流過PMOS晶體管102的電流， 產(chǎn)生流過PMOS晶體管104的鏡電流。比較器114具有通過節(jié)點(diǎn)120與電容 116耦合的一第一輸入端以及接收來自電阻模塊118的電壓信號(hào)的一第二輸 入端。在最初始狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)120處電壓低于由電阻模塊118產(chǎn)生的輸出信 號(hào)的電壓，并且比較器114產(chǎn)生一弱輸出信號(hào)以開啟PMOS晶體管106。這就 允許鏡電流流過PMOS晶體管106對(duì)電容116充電。當(dāng)電容在充電時(shí)，節(jié)點(diǎn) 120處電壓升高，直到超過電阻模塊118產(chǎn)生的臨界電壓。此時(shí)，比較器114 產(chǎn)生一強(qiáng)輸出信號(hào)，關(guān)閉PMOS晶體管106并開啟麗OS晶體管對(duì)電容116放 電。 一旦節(jié)點(diǎn)120處電壓降至電阻模塊118產(chǎn)生的臨界電壓以下，比較器114 將關(guān)閉麗OS晶體管110,開啟PMOS晶體管，又開始對(duì)電容116充電。值得 注意的是，放電過程比充電過程快很多。因此，節(jié)點(diǎn)120處的時(shí)鐘信號(hào)將具
有鋸齒樣波形。節(jié)點(diǎn)120處時(shí)鐘信號(hào)的鋸齒樣波形的頻率由下列等式確定； f=I/(C*V)其中，f代表頻率，I代表電流源產(chǎn)生的電流，C代表電容116的電容量, V代表臨界電壓，在臨界電壓之上，對(duì)電容116放電。集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的 技術(shù)人員可理解，時(shí)鐘發(fā)生器100引起的EMI取決于其產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)頻率。 為了控制EMI,集成電路設(shè)計(jì)者渴望調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)頻率。傳統(tǒng)地，該頻率通 過改變電流(I)或電容量(C)來調(diào)節(jié)。然而，這兩種方法都需要重新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 時(shí)鐘發(fā)生器100的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。為了在半導(dǎo)體材料上實(shí)施修改的時(shí)鐘發(fā)生器， 這種重新設(shè)計(jì)工藝根據(jù)修改電路布局可導(dǎo)致高昂的成本。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的時(shí)鐘發(fā)生器200。時(shí)鐘發(fā)生器200包含電 流源202，耦合在電源電壓VDD與電流源202之間的電流鏡204,以及耦合在 電流源202、電流鏡204和電氣接地VSS間的充電控制模塊206。電流源202包含薩OS晶體管208，麗OS晶體管208具有通過電流鏡204 耦合于電源電壓VDD的漏極及通過電阻模塊210耦合于電氣接地VSS的源極， 電阻模塊210包括若干連續(xù)耦合電阻。NMOS晶體管208的柵極由放大器212 的輸出控制，放大器212具有接收基準(zhǔn)電壓的一第一輸入端及耦合于電阻模 塊210的一第二輸入端。當(dāng)在放大器212 —輸入端處接收到的基準(zhǔn)電壓等于 耦合于電阻模塊210的放大器212另一輸入端處接收到的電壓時(shí)，電流源202 提供一恒定電流。電流鏡204包含二 PMOS晶體管214及216。 PMOS晶體管214具有耦合于 電源電壓VDD的一源極、耦合于NMOS晶體管208漏極的一漏極。PMOS晶體 管216具有耦合于電源電壓VDD的一源極、耦合于充電控制模塊206的一漏 極及連接于PMOS晶體管214柵極的一柵極，而PMOS晶體管214柵極還與其 自身漏極連接。電流鏡204產(chǎn)生一鏡電流，該鏡電流等于電流源202產(chǎn)生的 恒定電流乘于一預(yù)定值。充電控制模塊206包含PMOS晶體管218、 NMOS晶體管220、比較器222、 多路復(fù)用器224及邏輯控制器226。多路復(fù)用器224具有若干耦合于電阻模 塊210的輸入端，用于接收不同電壓電平時(shí)的輸出信號(hào)。邏輯控制器226與 多路復(fù)用器224耦合，以從接收來自電阻模塊210的輸出信號(hào)中選出電壓電 平作為其輸出。比較器222具有耦合于多路復(fù)用器224輸出的一第一輸入端 及經(jīng)過節(jié)點(diǎn)230耦合于電容228的一第二輸入端。比4交器222具有耦合于PMOS 晶體管218及固0S晶體管220的柵極的輸出端，其中，PMOS晶體管218具 有耦合于PMOS晶體管216漏極的源極，麗OS晶體管220具有耦合于電氣接 地VSS的源極。PMOS晶體管218及麗OS晶體管220的漏極一起在節(jié)點(diǎn)230處連接。在操作的最初狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)230處的電壓低于多路復(fù)用器224產(chǎn)生的輸出 電壓，比較器222產(chǎn)生一弱輸出信號(hào)來開啟PM0S晶體管218。這就允許鏡電 流流過PMOS晶體管218來對(duì)電容228充電。當(dāng)電容在充電時(shí)，節(jié)點(diǎn)230處電 壓升高，直到超過多路復(fù)用器224產(chǎn)生的輸出電壓。此時(shí)，比較器222產(chǎn)生 一強(qiáng)輸出信號(hào)，來關(guān)閉PMOS晶體管218并開啟麗OS晶體管220以對(duì)電容228 放電。 一旦節(jié)點(diǎn)230處電壓降至多路復(fù)用器224產(chǎn)生的輸出電壓以下，比較 器222將關(guān)閉麗OS晶體管220，開啟PMOS晶體管218,又開始對(duì)電容充電。 因此，節(jié)點(diǎn)230將產(chǎn)生一鋸齒樣波形的時(shí)鐘信號(hào)。充電控制模塊206能調(diào)節(jié)電容228從充電模式轉(zhuǎn)換至放電模式時(shí)的臨界 電壓。如上所述，時(shí)鐘信號(hào)的頻率由等式f-I/(OV)確定，臨界電壓V越低， 時(shí)鐘信號(hào)頻率越高。在該實(shí)施例中，臨界電壓通過改變被選出的從電阻模塊 210傳送至比較器222的輸出信號(hào)的電壓電平來調(diào)整。多路復(fù)用器224產(chǎn)生 的電壓電平越高，PMOS晶體管218及NMOS晶體管220將在越高的臨界電壓 時(shí)開啟和關(guān)閉，因而，節(jié)點(diǎn)230處產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)頻率越低。由于時(shí)鐘發(fā)生 器200引起的EMI取決于其產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)頻率，通過控制時(shí)鐘信號(hào)頻率， 時(shí)鐘發(fā)生器200能夠控制其引起的EMI。圖3和圖4分別顯示傳統(tǒng)的和被提議的時(shí)鐘發(fā)生器的頻譜，該頻i普由通 用電路模擬程序(Simulat ion Program wi th Integrated Circuit Emphasis) (SPICE)的模擬器而模擬出，該模擬器是一種用來模擬及分析電子系統(tǒng)的工 具。X軸代表頻率、y軸代表電能。圖3顯示的傳統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器的頻語在峰頻 率處的總電能高于圖4顯示的被提議時(shí)鐘發(fā)生器的頻譜在峰頻率處的總電 能。因此，被提議的時(shí)鐘發(fā)生器能有效地降低其頻譜的主頻和諧頻的電能。 隨著輸出噪聲電能的降低，由被提議的時(shí)鐘發(fā)生器引起的EMI因而可顯著地 降低。述部件和工藝具體實(shí)施例以助于闡明本發(fā)明。當(dāng)然，它們僅僅是實(shí)施例，而
不是限制權(quán)利要求中描述的發(fā)明。盡管在此僅用一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例說明及描述本發(fā)明。然而，既然可 做出未脫離本發(fā)明思想及權(quán)利要求等同范圍的其它變化形式及結(jié)構(gòu)，因此其 并不企圖受所顯示的細(xì)節(jié)的限制。相應(yīng)地，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視本發(fā)明的 申請(qǐng)權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種時(shí)鐘發(fā)生器，包括一用于產(chǎn)生一恒定電流的電流源；一用于產(chǎn)生一鏡電流的電流鏡，該電流鏡耦合在一電源電壓與該電流源之間，該鏡電流等于該恒定電流乘上一預(yù)定值；以及，當(dāng)一電容電壓低于一預(yù)定臨界電壓時(shí)對(duì)該電容充電，并當(dāng)該電容電壓高于該預(yù)定臨界電壓時(shí)對(duì)該電容放電，從而以一預(yù)定頻率產(chǎn)生一時(shí)鐘信號(hào)的一充電控制模塊，該充電控制模塊與該電流源及該電流鏡耦合；其中，該充電控制模塊是通過改變?cè)擃A(yù)定臨界電壓來調(diào)整該預(yù)定頻率的充電控制模塊。
2. 如權(quán)利要求1所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該電流鏡包括 一第一 PM0S晶體管，該第一 PM0S晶體管具有一耦合于該電源電壓的源才及、 一耦合于該電流源的漏極及一柵極；以及，一第二PM0S晶體管，該第二PM0S晶體管具有一耦合于該電源電壓的源 極、 一耦合于該充電控制模塊的漏極及一耦合于該第一PMOS晶體管柵極的柵 極。
3. 如權(quán)利要求2所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該電流源包括 一第一 NM0S晶體管，該第一 畫0S晶體管具有一耦合于該第一 PM0S晶體管漏極的漏極；一電阻模塊，該電阻模塊耦合在該第一應(yīng)OS晶體管與一電氣接地之間； 以及，一放大器，該放大器具有一耦合于一基準(zhǔn)電壓的第一輸入端、 一耦合于 該電阻模塊的第二輸入端及一耦合于該第一 麗0S晶體管柵極的輸出端。
4. 如權(quán)利要求3所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該電阻模塊包括當(dāng)該 恒定電流通過時(shí)用于提供不同電壓電平的若干連續(xù)耦合電阻。
5. 如權(quán)利要求4所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該充電控制模塊包括 一耦合于該電阻模塊以接收該不同電壓電平的多路復(fù)用器。
6. 如權(quán)利要求5所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該充電控制模塊包括 一與該多路復(fù)用器耦合以控制該多路復(fù)用器并產(chǎn)生一選自由該電阻模塊所提 供的不同電壓電平的輸出信號(hào)的邏輯控制器。
7. 如權(quán)利要求6所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該充電控制模塊包括 一第三PM0S晶體管，該第三PM0S晶體管具有一耦合于該第二 PM0S晶體管漏 極的源極及一耦合于該電容的漏極。
8. 如權(quán)利要求7所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該充電控制模塊包括 一第二 NM0S晶體管，該第二麗0S晶體管具有一耦合于該第三PM0S晶體管漏 極及該電容的漏極、 一耦合于該電氣接地的源極及一耦合于該第三PM0S晶體 管柵極的柵極。
9. 如權(quán)利要求8所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該充電控制模塊包括 一比較器，該比較器具有一輸出端，該輸出端耦合于該第三PMOS晶體管與該第二畫OS晶體管的 柵極；一第一輸入端，該第一輸入端耦合于該第三PM0S晶體管的漏極、該第二 NM0S晶體管的漏極及該電容；以及，一第二輸入端，該第二輸入端耦合于接收該輸出信號(hào)的多路復(fù)用器。
10. 如權(quán)利要求9所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該預(yù)定臨界電壓通 過選擇具有該邏輯控制器的多路復(fù)用器輸出信號(hào)的電壓電平所控制。
11. 一種用于直流對(duì)直流轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘發(fā)生器，包括 一用于產(chǎn)生一恒定電流的電流源；一用于產(chǎn)生一鏡電流的電流鏡，該電流鏡耦合在一電源電壓與該電流源 之間，該鏡電流等于該恒定電流乘以一預(yù)定值；以及，一充電控制模塊，該充電控制模塊具有一第一組輸入端，該第一組輸入 端耦合于從該電流源接收多于一個(gè)電壓電平輸入信號(hào)的電流源；及該充電控 制模塊具有當(dāng)一電容電壓低于一預(yù)定臨界電壓時(shí)以傳遞該鏡電流對(duì)該電容充 電，及當(dāng)該電容電壓高于該預(yù)定臨界電壓時(shí)對(duì)該電容放電，從而以一預(yù)定頻 率產(chǎn)生一時(shí)鐘信號(hào)的至少 一第二輸入端，該第二輸入端耦合于該電流鏡；其中，該充電控制模塊是通過選擇從該電流源接收輸入信號(hào)的電壓電平 來調(diào)整該預(yù)定頻率，以改變?cè)擃A(yù)定臨界電壓的充電控制模塊。
12. 如權(quán)利要求11所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該電流鏡包括 一第一PM0S晶體管，該第一PM0S晶體管具有一耦合于該電源電壓的源極、 一耦合于該電流源的漏極及一柵極；以及，一第二PM0S晶體管，該第二PM0S晶體管具有一與該電源電壓耦合的源 極、 一與該充電控制模塊耦合的漏極及一與該第一PMOS晶體管柵極耦合的柵 極。
13. 如權(quán)利要求12所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該電流源包括 一第一腿0S晶體管，該第一麵0S晶體管具有一與該第一PMOS晶體管漏極耦合的漏極；一電阻模塊，該電阻模塊耦合在該畫OS晶體管的源極與一電氣接地之 間；以及，一放大器，該放大器具有一與一基準(zhǔn)電壓耦合的第一輸入端、 一與該電 阻模塊耦合的第二輸入端及一與該第一 麗0S晶體管柵極耦合的輸出端。
14. 如權(quán)利要求13所述的時(shí)鐘發(fā)生器，其特征在于，該電阻模塊包括提 供由該充電控制模塊接收輸入信號(hào)的電壓電平的若干連續(xù)耦合電阻。
全文摘要
一種時(shí)鐘發(fā)生器，包括一用于產(chǎn)生一恒定電流的電流源；一用于產(chǎn)生一鏡電流的電流鏡，該電流鏡耦合在一電源電壓與該電流源之間，該鏡電流等于該恒定電流乘上一預(yù)定值；以及，當(dāng)一電容電壓低于一預(yù)定臨界電壓時(shí)對(duì)該電容充電，并當(dāng)該電容電壓高于該預(yù)定臨界電壓時(shí)對(duì)該電容放電，從而以一預(yù)定頻率產(chǎn)生一時(shí)鐘信號(hào)的一充電控制模塊，該充電控制模塊與該電流源及該電流鏡耦合；其中，該充電控制模塊通過改變?cè)擃A(yù)定臨界電壓來調(diào)整該預(yù)定頻率。
文檔編號(hào)H02M1/00GK101212171SQ200710127068
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者徐國鈞 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司