專利名稱：一種振蕩器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于驅(qū)動電荷泵電路的時 鐘產(chǎn)生電路的一種振蕩器電路。
技術(shù)背景振蕩器可以產(chǎn)生周期性的時鐘信號，在模擬集成電路中有著重要的作用。在 電荷泵電路中，振蕩器作用是提供峰峰值為VDD的周期性方波，把電荷逐級地 <泵'到輸出端儲能電容上，從而在電荷泵的輸出端儲能電容C,上產(chǎn)生高壓信號VPP，如圖l所示，振蕩器的峰峰值VDD(等于電路的電源電壓)、振蕩器的輸出頻率f。sc改變時會直接影響電荷泵的輸出電壓VPP，三者的關(guān)系可以由式(1)近似表示^,",w股+k"..................(1)其中ki、 k2、 Vpp,o為大于零的常數(shù)。傳統(tǒng)振蕩器的輸出頻率f。sc和電源電壓V。D的關(guān)系為/肌"a"二。(2)其中k3、 f。sc， 0為大于零的常數(shù)。將(2)帶入(1)中得^ ""氛《,。/咖 %《,。(3) 其中^,。為大于零的常數(shù)。從(3)可以看出，由于傳統(tǒng)的振蕩器的輸出頻率f。sc隨著VDD的增大而增大，故振蕩頻率f 。se的變化使得VpP的穩(wěn)定性更加惡化。為了使電荷泵的輸出電壓VPP保持 在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)，需要在電荷泵中引入穩(wěn)壓電路，目前主要有下面兩種思路 來調(diào)節(jié)Vpp:方法一調(diào)節(jié)儲能電容上的電荷，當(dāng)VDD增大時，電荷泵的驅(qū)動能力增強(qiáng)，通過穩(wěn)壓電路(如圖2)來泄放掉儲能電容上過剩的電荷，使得達(dá)到平衡時的電荷泵輸出的高壓信號U呆持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。方法二調(diào)節(jié)振蕩時鐘信號的峰峰值，如圖3所示，當(dāng)電荷泵核心電路的驅(qū)動 能力增大時，在輸出端對Vpp采樣反饋給振蕩器峰峰值調(diào)節(jié)電路一個電壓信號，使得振蕩時鐘信號的峰峰值由V。D變?yōu)閂DD-AV。d，從而達(dá)到了穩(wěn)定vpp電壓值的效果。圖4是公開號為CN1591115專利的電路示意圖。電荷泵電路16的輸出端的采樣電壓Vs反饋到穩(wěn)壓電路lO，比較器14通過比較采用電壓Vs和基準(zhǔn)電壓Vref的大小來控 制晶體管Tr的導(dǎo)通和關(guān)斷，這樣就可以調(diào)整電池電壓Vbat并作為輸入電壓Vin提供給電荷泵電路，從而得到穩(wěn)定的輸出電壓以上提到的兩種方法盡管都能實現(xiàn)穩(wěn)定電荷泵輸出電壓的目的，但主要缺點 是穩(wěn)壓電路要消耗掉很大額外的功耗。方法一中通過泄放掉儲能電容上的過剩電荷來達(dá)到穩(wěn)壓的目的，功耗消耗近似為<formula>formula see original document page 4</formula>..................(4)其中L，為穩(wěn)壓電路中的平均電流；方法二中利用犧牲振蕩器的峰峰值大小來達(dá)到穩(wěn)壓的目的，功耗消耗近似為<formula>formula see original document page 4</formula>其中I，表示電荷泵核心電路的級間電容上總的平均電流。本發(fā)明采用了對振蕩器頻率f。sc進(jìn)行預(yù)處理的方法，實現(xiàn)了穩(wěn)定輸出電壓兼顧降低整體電路的功耗的效果。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種振蕩器電路，其特征在于，該振蕩器采用動態(tài)偏置，所述振蕩器電路包含振蕩器核心電路，其輸出頻率隨著工作電流的增大而提高；動態(tài)偏置電路，其輸出頻率和電源電壓有函數(shù)關(guān)系，其輸出頻率f。sc與電源電壓VDD的關(guān)系為+/!.,。，其中^、 /1,。為大于零的常數(shù)。所述振蕩器核心電路，由一個遲滯比較器、 一個三角波產(chǎn)生電路和緩沖器電 路構(gòu)成。振蕩器的輸出頻率隨著遲滯比較器和三角波產(chǎn)生電路中工作電流的增大 而提高。所述動態(tài)偏置電路，還包括電流減法器電路,其偏置電流是電源電壓的函數(shù)，隨電源電壓V。D增大而增大的電壓Vpt， Vpt產(chǎn)生電路控制電流Ipt,電流減法器電路中的電流I。t為從而看出，電流Iet隨著電源電壓的增大而減小，故輸出電壓V一也具有隨著電 源電壓增大而減小，動態(tài)偏置電壓Vdyn輸入到振蕩器核心電路后可以使得輸出的 振蕩頻率隨著電源電壓的增大而減小，調(diào)節(jié)I。。。和Ipt的大小關(guān)系，本發(fā)明的有益效果是由實驗證明，本發(fā)明與傳統(tǒng)的電荷泄放或者調(diào)節(jié)振蕩信 號峰峰值的穩(wěn)壓方法相比，由于使用該振蕩器的電荷泵電路中穩(wěn)壓電路的功耗減 小了，所以電荷泵整體電路的功耗可以顯著降低。在穩(wěn)定電荷泵輸出電壓的同時 顯著地降低整體電路的功耗。


圖l為電荷泵核心電路的基本結(jié)構(gòu)。圖2為通過泄放儲能電容上電荷來穩(wěn)定電荷泵輸出電壓的電路示意圖。圖3為通過調(diào)節(jié)振蕩器峰峰值來穩(wěn)定電荷泵輸出電壓的電路示意圖。圖4為公開號為CN1591115的專利中的電路示意圖。圖5為本發(fā)明整體電路的示意圖。圖6為振蕩器核心電路。圖7為動態(tài)偏置電路。101，動態(tài)偏置電路；102，振蕩器核心電路；103， Vw產(chǎn)生電路;104,遲滯 比較器電路；105，緩沖器電路；106，三角波產(chǎn)生電路；107,偏置電平轉(zhuǎn)移電路。108，對電源電壓變化不敏感的電壓V，產(chǎn)生電路；109，隨電源電壓增大而增大的電壓L產(chǎn)生電路；110，電流減法器電路。
具體實施方式
本發(fā)明提出一種應(yīng)用于電荷泵電路的振蕩器電路。后面的附圖和實施例對本發(fā)明予以具體說明。圖5所示為本發(fā)明整體電路示意圖，圖中，動態(tài)偏置電路101 產(chǎn)生的隨電源電壓增大而減小的電壓V—,輸入到振蕩器核心電路102，從而控制 振蕩器核心電路102中的工作電流，使得其工作電流隨著電源電壓的增大而減小， 進(jìn)而使得振蕩器的頻率隨著電源電壓的增大而減小。圖6中所示為振蕩器核心電路，由一個遲滯比較器104和一個三角波產(chǎn)生電路 106以及緩沖器電路105構(gòu)成，其中三角波產(chǎn)生電路106產(chǎn)生線性的充放電而輸出三角波信號，其三角波的峰峰值小于電源電壓VDD，因而可以降低電路的動態(tài)功耗；Vref產(chǎn)生電路103為遲滯比較器104的反相輸入端提供參考電壓，偏置電平轉(zhuǎn)移電路107為遲滯比較器104輸入偏置信號電壓V，，遲滯比較器104根據(jù)這兩個輸入端 的電壓的不同而產(chǎn)生方波信號；緩沖器電路105主要是用來保證輸出的振蕩信號 有足夠的驅(qū)動能力；偏置電平轉(zhuǎn)移電路107根據(jù)電流減法器電路110輸出電壓Vdyn 控制的MOS管中電流大小，產(chǎn)生偏置電壓信號V,、 Vp、 Vn。振蕩器的輸出頻率和電源電壓有函數(shù)關(guān)系，其輸出頻率f。SC與電源電壓VDD的關(guān)系為其中^、 /1..。為大于零的常數(shù)。將(7)帶入(1)中可得^(a,K。..................(8)其中k,、 k2、 <、 K;,。為大于零的常數(shù)。通過調(diào)節(jié)動態(tài)偏置電路中晶體管尺寸，可以使下面的關(guān)系成立 A,-LA;aO(9)那么，將該振蕩信號輸入到電荷泵中后，電源電壓V。D的變化對高壓信號Vpp的影響可以被補(bǔ)償，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的高壓信號Vpp。圖7中所示的動態(tài)偏置電路，對電源電壓變化不敏感的電壓V，產(chǎn)生電路108 控制的電流I，、隨電源電壓增大而增大的電壓Vpt產(chǎn)生電路109控制的電流Ipt、以 及電流減法器電路110中的電流I。p滿足以下的關(guān)系 / =/ -/ ............(10)從式(10)可以看出，電流I"隨著電源電壓的增大而減小，故輸出電壓V—也具有隨著電源電壓增大而減小的特點動態(tài)偏置電壓Vdyn輸入到振蕩器核心電路后 可以使得輸出的振蕩頻率隨著電源電壓的增大而減小。調(diào)節(jié)i，和ipt的大小關(guān)系，就可以實現(xiàn)式(9)中的設(shè)計要求。以上的實施例分析，說明了該設(shè)計的原理和實現(xiàn)方法。本發(fā)明具有一般性， 并不局限于該實施例，能廣泛的地應(yīng)用于一般的振蕩器電路設(shè)計。
權(quán)利要求
1.一種振蕩器電路，其特征在于，該振蕩器采用動態(tài)偏置的方法對振蕩器輸出頻率進(jìn)行預(yù)處理，該振蕩器電路包含振蕩器核心電路，其輸出頻率隨著其工作電流的增大而提高；動態(tài)偏置電路，其輸出頻率和電源電壓有函數(shù)關(guān)系，其輸出頻率fosc與電源電壓VDD的關(guān)系為fosc≈-k3′VDD+fosc，0′其中k3′、fosc，0′為大于零的常數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述振蕩器電路，其特征在于，所述振蕩器核心電路，由一個遲滯比較器和一個三角波產(chǎn)生電路以及緩沖器電路構(gòu)成，其中三角波產(chǎn)生電路，產(chǎn)生峰峰值小于電源電壓的三角波；遲滯比較器電路，根據(jù)輸出端電壓的不 同產(chǎn)生方波信號；緩沖器電路，由反相器串聯(lián)構(gòu)成，用來增大遲滯比較器電路的 驅(qū)動能力；振蕩器的輸出頻率隨著遲滯比較器和三角波產(chǎn)生電路中工作電流的增大而提高。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述振蕩器電路，其特征在于，所述動態(tài)偏置電路，還包括電流減法器電路，其偏置電流是電源電壓的函數(shù)，隨電源電壓VDD增大而增大的電 壓Vpt， Vpt產(chǎn)生電路控制電流Ipt,電流減法器電路中的電流I"為從而看出，電流L隨著電源電壓的增大而減小，故輸出電壓Vdyn也具有隨著電源電壓增大而減小，動態(tài)偏置電壓v—輸入到振蕩器核心電路后可以使得輸出的振蕩頻率隨著電源電壓的增大而減小，調(diào)節(jié)I。。n和Ipt的大小關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域的用于驅(qū)動電荷泵電路的時鐘產(chǎn)生電路的一種振蕩器電路，振蕩器核心電路和動態(tài)偏置電路；振蕩器核心電路由一個遲滯比較器和一個三角波產(chǎn)生電路以及緩沖器電路構(gòu)成，振蕩器的輸出頻率是遲滯比較器和三角波產(chǎn)生電路中工作電流的函數(shù)，具有輸出頻率隨著電流的增大而增大的特點。采用動態(tài)偏置的方法對振蕩器輸出頻率進(jìn)行預(yù)處理，使得輸出的時鐘頻率隨著電源電壓的增大而減小。該振蕩器電路不但能穩(wěn)定電荷泵的輸出電壓，而且能顯著降低整體電路的功耗。
文檔編號H02M3/07GK101282081SQ20081010169
公開日2008年10月8日 申請日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者吳行軍, 春 張, 李永明, 王志華, 馬繼榮 申請人:清華大學(xué)