專利名稱：不受溫度變化及供應(yīng)電壓變化影響的穩(wěn)定振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一振蕩器電路，尤其涉及一種穩(wěn)定性不受外部電源以及溫度 變化影響的振蕩器電路。
背景技術(shù)：
振蕩器(oscil lator )，普遍凈皮應(yīng)用于i者如鎖相回路(phase-locked loop )、 頻率合成器(frequency synthesizer )以及頻率產(chǎn)生(frequency generator)
電路等，隨著通信以及消費(fèi)性電子產(chǎn)品的普及以及需要，更已廣為學(xué)者研究 以及工業(yè)界使用，其工作特性在于利用輸入信號(hào)的變化而產(chǎn)生不同頻率的輸 出波型。
換言之，產(chǎn)生重復(fù)振動(dòng)電氣信號(hào)(例如弦波或方波信號(hào))的電氣振動(dòng)現(xiàn) 象，即為振蕩(oscillation),請(qǐng)見(jiàn)圖1，為一閉回路(close loop )振蕩電 路100方塊示意圖，該閉回路振蕩電路100滿足巴克豪森條件(Barkhausen
Criteria),也就是回路增益為1 ( A(M )A>。)= 1 )，相位偏移為 0(ZA(yw。)Ay叫)-0')，則所述閉回路振蕩電路將振蕩在"。頻率上。
實(shí)現(xiàn)所述閉回路振蕩電路100有多種變化與可能，主要可分為以下幾類 諧波振蕩器(harmonic oscillator )、他張振蕩器(relaxation oscillator ) 以及晶體(crystal )振蕩器等，但也不以此為限。
首先，諧波(正弦波)振蕩器是在沒(méi)有外加輸入信號(hào)的情況下，依靠電路 自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。其基本原理是將一濾波器的輸出接 到一放大器，再把所述放大器的輸出接回所述濾波器的輸入。當(dāng)該放大器的 電源開(kāi)始供應(yīng)的瞬間，于放大器的輸出端只有噪聲(noise )。所述噪聲傳到 該濾波器，使噪聲中特定部分頻率被濾波出來(lái)，出現(xiàn)在該濾波器的輸出端。 該濾波器的輸出端又接到該放大器的輸入端，因此濾波后的信號(hào)通過(guò)該放大器放大，再進(jìn)入該濾波電路濾波。上述步驟不斷重復(fù)，直到輸出信號(hào)為所需 信號(hào)為止。
諧波振蕩器可以利用不同的放大與濾波方式加以實(shí)施，因此有許多不同
的實(shí)施方法，諸如Hartley振蕩器、Colpitts振蕩器、Clapp振蕩器、Pierce 晶體振蕩器、相移振蕩器、RC振蕩器以及Wien-Bridge振蕩器以及LC振蕩器 等，但也不以此為限。
另外，弛張振蕩器主要用來(lái)產(chǎn)生非正弦波輸出信號(hào)，如方波或三角波。 弛張振蕩器具有晶體管等的非線性元件，可以周期性地將儲(chǔ)存于電容或電感 中的能量釋放出來(lái)，使得輸出信號(hào)波形瞬間改變。
產(chǎn)生方波的弛張振蕩器可以用在序向邏輯電路(例如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等) 的時(shí)脈信號(hào)。輸出三角波(或稱鋸齒波)的振蕩器通常用于以時(shí)間為基準(zhǔn)、 在示波器或電視中的陰極射線管中產(chǎn)生水平反射信號(hào)。在頻率產(chǎn)生器中，三 角波也常用來(lái)整型以輸出接近正弦波的信號(hào)。弛張振蕩器也是一種復(fù)振器 (mul t ivibrator )。
一晶體振蕩器可以用來(lái)與濾波器偶合，以穩(wěn)定振蕩頻率，晶體振蕩器具 有很好的頻率穩(wěn)定度以及溫度因子，頻率精確度非常高，但其輸出可調(diào)變范 圍狹窄，也因此限制了其用途。
為了增加振蕩器調(diào)變的能力，以電壓調(diào)變進(jìn)行振蕩器控制的研究也漸漸 成為熱點(diǎn)， 一電壓控制振蕩器(Voltage-controlled oscillator, VC0 )為
一種可利用一輸入電壓進(jìn)行振蕩頻率控制的振蕩器，其通一直流電壓源與調(diào) 變信號(hào)(modulating signals)控制一二極管的開(kāi)關(guān)來(lái)改變靜電容值，從而 產(chǎn)生步貞率調(diào)變(frequency modulation )以及相位調(diào)變(phase modulation )。 值得注意的是，無(wú)論振蕩器如何演進(jìn)，只要是利用電子元件網(wǎng)絡(luò)(例如 一電容網(wǎng)絡(luò)及其等效網(wǎng)絡(luò))的充放電效應(yīng)產(chǎn)生輸出波型信號(hào)的振蕩器，都無(wú) 法避免輸入電源所造成的誤差以及噪聲影響，其頻率特性也可能因溫度的的 改變而產(chǎn)生變化。請(qǐng)見(jiàn)圖2，為習(xí)知的一振蕩器電路示意圖，該振蕩器電路200包含一上比較器210、 一下比較器220、 一正反器230、 一放電晶體管240、 一反相輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)250、 一第一分壓電阻260a、 一第二分壓電阻260b、 一第 三分壓電阻260c、一第一匹配電阻270、一第二匹配電阻280以及一電容290。 其中所述分壓電阻的阻值相同，Vdd表示輸入的直流電壓值，因此該上比較器 210的觸發(fā)電位為2/3Vdd，該下比較器220的觸發(fā)電位則為1/3Vdd。當(dāng)電源 開(kāi)始施加于所述振蕩器電路200時(shí)，所述電容290通過(guò)所述匹配電阻270以 及280進(jìn)行充電，此時(shí)所述下比較器220通過(guò)所述正反器230驅(qū)使所述反相 輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)250輸出一高電平信號(hào)，并關(guān)閉所述放電晶體管240，使得所述電 容290持續(xù)進(jìn)行充電。直到該電容290上的跨壓達(dá)到2/3 Vdd時(shí)，所述上比 較器210輸出高電平信號(hào)，使得所述正反器230驅(qū)使所述反相輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)250 輸出一低電平信號(hào)，并導(dǎo)通所述放電晶體管240，以此，所述電容290通過(guò)所 述第二匹配電阻280放電。直到該電容290上的跨壓再度降至1/3Vdd時(shí)，重 啟上述充電步驟。
圖2A為閉回路振蕩電路的Vc充放電曲線及Vo輸出曲線。由于所述振蕩 器電路200的充放電電流與比較電壓(l/3Vdd和2/3Vdd)會(huì)隨Vdd變化，故 所述振蕩器電路200的頻率會(huì)隨Vdd變化而變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一在于提供可用于振蕩器的一比較器(comparator),包含 一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(depletion MOS)網(wǎng)絡(luò)以及一增強(qiáng)型金屬 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(enhanced MOSFET)網(wǎng)絡(luò)，其中所述電壓比較器具 有獨(dú)立于外部電壓變化的自我偏壓(Self Bias)的一比較電壓。
本發(fā)明的另一目的在于提供一電壓穩(wěn)壓器，所述電壓穩(wěn)壓器使所述參考 電壓獨(dú)立于外部電壓源變化以及溫度變化。
本發(fā)明的另 一 目的在于提供可用于振蕩器的一比較器，包含一耗盡型金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，所述比較器利用組成元件間相對(duì)的溫度特性使得一 比較電壓具有溫度獨(dú)立(temperature independent)特性。
本發(fā)明的另一目的在于提供具有一比較器元件的一振蕩器，利用所述比 較器元件獨(dú)立于外部電壓變化的比較電壓，使所述振蕩器的振蕩頻率不受外 部電壓變化影響。
本發(fā)明的另一目的在于提供具有一比較器元件的一振蕩器，利用所述比 較器元件獨(dú)立于溫度變化的參考電壓，使所述振蕩器的振蕩頻率不受溫度變 化影響。
本發(fā)明的另一目的在于提供具有一比較器元件的一振蕩器，可通過(guò)所述 比較器元件的工藝設(shè)計(jì)控制所述振蕩器的特性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一比較器，該比較器包含 一耗盡型金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)，形成定電流等效連接，其中所述耗盡型金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管的一柵極以及一源極間連接；以及一增強(qiáng)型金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)，其中所述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一漏極或一源 極與所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管串聯(lián)，其一柵極端可接收一輸入電 壓，當(dāng)所述輸入電壓低于所述參考電壓時(shí)，所述比較器輸出一高電平信號(hào)， 當(dāng)所述輸入電壓高于所述參考電壓時(shí)，所述比較器輸出一低電平信號(hào)。
另外，本發(fā)明還提供一振蕩器電路，該振蕩器電路包含 一電流源，提 供所述振蕩器電路所需的一充電電流； 一電容網(wǎng)絡(luò)，與所述電流源連接于一 參考節(jié)點(diǎn)，利用所述電流源進(jìn)行充電； 一開(kāi)關(guān)，與所述電容網(wǎng)絡(luò)連接于所述 參考節(jié)點(diǎn)，控制所述振蕩器中充/放電模式的切換； 一比較器，與所述開(kāi)關(guān)連 接于所述參考節(jié)點(diǎn)，具有獨(dú)立于電壓源變化及溫度變化的一比較電壓，通過(guò) 比較所述電容網(wǎng)絡(luò)的電壓以及所述比較電壓而產(chǎn)生一輸出信號(hào)； 一反相網(wǎng)絡(luò)， 分別與所述開(kāi)關(guān)以及所述比較器連接，接收所述輸出信號(hào)并輸出一反相信號(hào) 以控制所述開(kāi)關(guān)。
在所述的振蕩器電路中，包括
所述電流源輸出獨(dú)立于電壓源變化的一電流以對(duì)所述電容進(jìn)行充電。 所述輸出信號(hào)至少具有兩類輸出位階。
所述充電電流具有獨(dú)立于電壓源變化的特性。 所述參考電壓也獨(dú)立溫度變化影響。
所述電流源包含一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及兩增強(qiáng)型金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)。
或者，所述比較器包含一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及一增 強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)。
而且，所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)包含至少 一耗盡型金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管。
所述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)包含至少一增強(qiáng)型金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管。
其中，至少一所述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一漏極或一源極與 對(duì)應(yīng)的所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一個(gè)串聯(lián)，還包含一柵極端可 接收一輸入電壓，當(dāng)所述輸入電壓低于所述參考電壓時(shí)，所述比較器輸出一 高電平信號(hào)，當(dāng)所述輸入電壓高于所述參考電壓時(shí)，所述比較器輸出一低電 平信號(hào)。
所述反相網(wǎng)絡(luò)具有足夠反應(yīng)所述輸出信號(hào)變化的 一延遲時(shí)間特性。 所述反相網(wǎng)絡(luò)包含奇數(shù)反相器。
所述參考電壓可為所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及所述增 強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)的端電壓值的總和。
所述參考電壓值可通過(guò)所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及所 述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
綜上所述，由于所述振蕩器電路使用所述的比較器，使所述振蕩器具有 穩(wěn)定的特性，且具有參考電壓獨(dú)立于外部電壓源變化以及溫度變化的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為一閉回路振蕩電路方塊示意圖； 圖2為習(xí)知的一振蕩器電路示意圖2A為振蕩器中輸出信號(hào)以及電容跨壓間的關(guān)系示意圖3為本發(fā)明所揭露的一實(shí)施例中用于一振蕩器電路的一比較器；
圖3A為本發(fā)明所揭露的一實(shí)施例中用于一振蕩器電路的一電壓穩(wěn)壓器；
圖3B為圖3的等效示意圖4為一具有兩增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管以及兩耗盡型金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管的比較器的示意圖5為本發(fā)明所揭露的一振蕩器電路的一實(shí)施例； 圖6為振蕩器上，電容電壓Vc以及輸出電壓的示意圖； 圖7為本發(fā)明的一變化實(shí)施例所示的振蕩器。 主要元件符號(hào)說(shuō)明
100
閉回路振蕩電路
210:上比較器 230:正反器 250:反相輸出驅(qū)動(dòng)級(jí) 260b:第二分壓電阻 270:第一匹配電阻 290:電容
200:振蕩器電路 220:下比較器 240:放電晶體管 260a:第一分壓電阻 260c:第三分壓電阻 280:第二匹配電阻 30:比較器
31、 31，耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)
32、 32，增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)
33 40 51 53
輸入端 比較器 定電流源 反相器
34:輸出端 50:振蕩器電路 52:電容 54:開(kāi)關(guān)
511:增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 物半導(dǎo)體晶體管
513:耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管
512:增強(qiáng)型金屬氧化
514:穩(wěn)壓電路
520:節(jié)點(diǎn) 601:第一定電流源
602:第二定電流源 603:第一開(kāi)關(guān)
604:第二開(kāi)關(guān) 605:第一比較器
606:第二比較器 607:反相器
608:第一電容網(wǎng)絡(luò) 609:第二電容網(wǎng)絡(luò)
Vdd:外部電源正端 Gnd:外部電源負(fù)端
Vo:輸出電壓 Vref:參考電壓
Self Bias Vref:自我偏壓的參考比較電壓
Self Bias Vrefl:自我偏壓的參考比較電壓l
Self Bias Vref2:自我偏壓的參考比較電壓具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)見(jiàn)圖3所示，為本發(fā)明所揭露的一實(shí)施例中用于一振蕩器電路的一比 較器(comparator) 30。該比較器30包含一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 網(wǎng)絡(luò)31 (depletion MOS )、 一增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)32
(enhanced MOSFET )、 一輸入端33以及一輸出端34。該耗盡型金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)31與該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)32間串聯(lián)連接
(in series ),該耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)31的柵極與源極間彼 此連接，于此連接方式下，該耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)31可等效 于一電流源(current source )。所述輸入端33與該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管網(wǎng)絡(luò)32的柵極連接，所述輸出端34與該耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體 晶體管網(wǎng)絡(luò)31的柵極以及源極連接。該耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò) 31的另一端連接一電壓源Vdd。
如圖3A，當(dāng)該輸入端33與該輸出端34連接時(shí)，圖3A中所揭露的電路可
視為一具有獨(dú)立于外部電壓源變化及溫度變化的穩(wěn)壓電路，于此連接關(guān)系下， 該輸出端34輸出電壓等于一參考電壓Vref，該參考電壓值Vref具有獨(dú)立于
該電壓源Vdd變化及溫度變化的特性，該參考電壓值Vref即等于該比較器30 的一比較電壓值，如圖3B為該比較器30的等效示意圖，關(guān)于該參考電壓Vref 可獨(dú)立于外部電壓源變化及溫度變化的原因，將于下說(shuō)明
首先，依圖3A所示可知，流經(jīng)該耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)31 的電流Id與流經(jīng)該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)32的電流In相等。 因耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)31具有一實(shí)體溝道(channel),且其 柵極與源極連接(VgsdO，依其半導(dǎo)體物理特性可知，當(dāng)該耗盡型金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管到達(dá)飽和條件后，Id將不受外部電壓源的影響。
其中^"以及A"為該耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)31以及該增強(qiáng) 型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)32的半導(dǎo)體常數(shù)，『"以及丄"為該耗盡型金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)31的寬度以及長(zhǎng)度，『"以及丄"為該增強(qiáng)型金屬
氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)32的寬度以及長(zhǎng)度，^以及^"為該耗盡型金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)31以及該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)32的 電壓鬮值(threshold voltage), Vgsn為該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 網(wǎng)絡(luò)32中源極以與柵極間的電壓差，也就是該輸出端34輸出的該參考電壓 值Vref ，以及該比較器30的該比較電壓值 依上述，則
因此可得:
又Id=In，可推知
^M，
-------------------------------(3)
由此，熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者可發(fā)現(xiàn)，該比較電壓的值獨(dú)立于電壓源Vdd，且該 比較電壓可通過(guò)工藝上對(duì)晶體管長(zhǎng)度以及寬度的調(diào)整，獲得所需的比較電壓。
本發(fā)明所揭露的該比較器30的該比較電壓值也具有獨(dú)立于溫度變化的特 性，總的來(lái)說(shuō)，原因在于該比較器30同時(shí)具有溫度效應(yīng)相對(duì)的元件，通過(guò)工 藝上對(duì)參數(shù)的設(shè)定，將可使得兩元件產(chǎn)生的溫度效應(yīng)相對(duì)抵銷，使得該比較 器30的比較電壓具有獨(dú)立于溫度變化的特性。
以下敘述該比較器30的電路運(yùn)作方式，該輸入端33連接該增強(qiáng)型金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)32的柵極，因此對(duì)流經(jīng)該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體 晶體管網(wǎng)絡(luò)32的電流In具有影響，當(dāng)該輸入端33的輸入電壓小于該比較電 壓時(shí)，流過(guò)該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)32的電流值In將變小而 使得輸出為電壓高值(hi)， 一旦該輸入端33的輸入電壓大于該比較電壓時(shí)， 流過(guò)該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)32的電流值In將增大而使得輸 出電壓迅速被拉低，雖然輸出電壓由電壓高值(hi)降至一電壓低值(low)仍 須經(jīng)過(guò)一定的反應(yīng)時(shí)間，然其反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較小，使得該比較器30可以比較 電壓為比較電平，輸出具有兩位階(例如高、低或開(kāi)、關(guān)等)的輸出信號(hào)， 而因?yàn)樵摫容^器30具有獨(dú)立于溫度以及電源變化的特性，因而十分適合用于 振蕩器電路的實(shí)施中。
值得注意的是，雖然圖3中該比較器30為一增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管以及一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的組合，但使用晶體管的數(shù)量以 及類型(例如P型或n型)不應(yīng)視為本發(fā)明的限制，熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者可以了 解，本發(fā)明揭露的該比較器也可以對(duì)相對(duì)數(shù)量的增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管以及耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管進(jìn)行組合。如圖4所示，為一具有 兩增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管32、 32，以及兩耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管31、 31，的比較器40的示意圖，該比較器40也可實(shí)現(xiàn)前述該比較器30 的功能，其中的差別在于，該比較器40中增加的一組增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管以及耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管將可為該比較器4 0提供較高的 阻抗，使該比較器40更不容易受電源以及溫度變化的影響。
請(qǐng)見(jiàn)圖5，為本發(fā)明所揭露的一振蕩器電路的一實(shí)施例，該振蕩器電路 50包含一定電流源51、 一比較器40、 一電容52、 一反相器53以及一開(kāi)關(guān)54。 其中該定電流源51包含增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管511、 512以及一耗 盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管513。該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管511以 及該耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管513也組成一具有獨(dú)立于溫度以及電源 變化特性的一穩(wěn)壓電路514，其特性的成因與前述該比較器30—致，于此不 再贅述。該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管511的柵極與該增強(qiáng)型金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管512的柵極互相連接形成電流鏡架構(gòu)，使得該兩增強(qiáng)型金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管511、 512以及一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管513形 成該定電流源51，該定電流源51輸出一電流Im。該增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管512的漏極與該開(kāi)關(guān)54的一端連接于一節(jié)點(diǎn)520上，該電容52也 通過(guò)該節(jié)點(diǎn)520與該定電流源51以及該開(kāi)關(guān)54并連。該比較器40的輸入端 33也通過(guò)該節(jié)點(diǎn)520與該電容52、該定電流源51以及該開(kāi)關(guān)54連接。該比 較器40的輸出端34與該反相器53的輸入端連接，該反相器53的輸出端與 該開(kāi)關(guān)54的另一端連接。
其工作模式可分為充電模式以及放電模式，茲分述于下 于充電階段時(shí)，該開(kāi)關(guān)54關(guān)斷(turn off),使該定電流源51上的電流
Im流向該電容52,該電容52上的跨壓Vc因而升高，因?yàn)樵摫容^器40的該
輸入端33通過(guò)該節(jié)點(diǎn)520與該電容52連接，因此該輸入端33的電壓值與Vc
相等，也隨Vc不斷升高。
直到Vc約略大于該比較電壓時(shí)，該振蕩器50進(jìn)入放電模式，依先前對(duì)
該比較器工作原理的敘述，該比較器40的輸出端切換為輸出一低電平(low)
信號(hào)，該反相器53接收該低電平信號(hào)并輸出一高電平信號(hào)(high)給該開(kāi)關(guān) 54,該開(kāi)關(guān)54因而導(dǎo)通(turn on )，使得該電容52接地。于接地之后，該 電容52上累積的電量通過(guò)接地端迅速降低，使得Vc也快速下降至接地端電 壓值。因而使該比較器40輸入端的電壓值低于該比較電壓。因此，該比較器 40的輸出切換至高電平(hi)，該反相器53接收該比較器的輸出后輸出一低 電平信號(hào)，該開(kāi)關(guān)54接收該低電平信號(hào)后關(guān)斷。隨后開(kāi)始另一個(gè)充電周期。
本實(shí)施例中，該開(kāi)關(guān)54以一增強(qiáng)型電金屬氧化物半導(dǎo)體晶體實(shí)施，但也 不以此為限，任何得以配合該振蕩器50所需反應(yīng)速度的開(kāi)關(guān)均可用于替代實(shí) 施，例如電磁式、機(jī)械式或其它類型的電子式開(kāi)關(guān)。
本實(shí)施例中，為進(jìn)行電路集成化，以一源極以及漏極互相連接的耗盡型 金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管作為一等效電容，但也不以此為限。
本實(shí)施例中，該定電流源51作為提供一穩(wěn)定充電電流，但也不以此為限， 例如將定電流源51作為提供一穩(wěn)定放電電流。
此外，為了避免該開(kāi)關(guān)54無(wú)法反應(yīng)該比較器40輸出信號(hào)的變化，該反 相器53需具有足夠的延遲特性。本實(shí)施例中，該反相器53以奇數(shù)個(gè)易于工 藝制作的標(biāo)準(zhǔn)反相器串接而成，然而熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者必定了解，該反相器53 也可以具有足夠延遲時(shí)間的單一反相器實(shí)現(xiàn)。
再者，本實(shí)施例可通過(guò)控制比較電壓值、該電流Im以及該電容52的數(shù) 值，對(duì)該振蕩器50的頻率進(jìn)行控制。換言之，當(dāng)該比較電壓值越小，則該振 蕩器50的充放電周期越小。或者該電流Im越大，則該振蕩器50的充放電周 期也越小。而當(dāng)該電容52的電容值越小時(shí)，則該振蕩器50的充放電周期也 越小。反之，當(dāng)該比較電壓值越大，則該振蕩器50的充放電周期越大。或者 該電流Im越小，則該振蕩器50的充放電周期也越大。而當(dāng)該電容52的電容 值越大時(shí)，則該振蕩器50的充放電周期也越大。通過(guò)上述方法，該振蕩器50 得以滿足各種系統(tǒng)以及振蕩頻率的需要。
圖6所示為該振蕩器50上，電容電壓Vc以及輸出電壓的示意圖?？砂l(fā)
現(xiàn)通過(guò)該比較器40以及該定電流源51的使用，使得該振蕩器50的特性曲線 趨近理想。首先，通過(guò)定電流元件的使用，使得充電不受電阻因壓差變化形 成的非線性狀態(tài)。再者，利用該定電流源51不受電壓源以及溫度變化影響的 特性，使得充電電流得以維持穩(wěn)定。此外，利用該比較器40不受電壓源以及 外界溫度影響的特性，使得該振蕩器50的頻率得以維持固定。通過(guò)上述的總 和影響， 一充放電狀態(tài)維持線性且頻率不受電壓源以及溫度變化影響的振蕩 器得以實(shí)現(xiàn)。
圖7所示為本發(fā)明另一實(shí)施例所揭露的一振蕩器60，該振蕩器60包括一 第一定電流源601、 一第二定電流源602、 一第一開(kāi)關(guān)603、 一第二開(kāi)關(guān)604、 一第一比豐支器605、 一第二比較器606、 一第一電容網(wǎng)絡(luò)608、 一第二電容網(wǎng) 絡(luò)609以及一反相器607。本實(shí)施例中，該第一定電流源601以該定電流源 51的架構(gòu)實(shí)施，該第二定電流源602為現(xiàn)有的任一電流一鏡架構(gòu)，因此該第二 定電流源602的輸出電流得以與該第一定電流源601的輸出電流成比例。此 外，本實(shí)施例中該第一定電流源601、該第一開(kāi)關(guān)603、該第一比較器605以 及該第一電容網(wǎng)絡(luò)608間的連接關(guān)系與該振蕩器50中各元件的連接關(guān)系相 同，而該第二定電流源602、該第二開(kāi)關(guān)604、該第二比較器606以及該第二 電容網(wǎng)絡(luò)609間的連接關(guān)系也與該振蕩器50中各元件的連接關(guān)系相同，該第 一比較器605的輸出端與該反相器607的一端，該第二開(kāi)關(guān)604的柵極端與 該反相器607的另一端連接，該第二比較器606的輸出端與該第一開(kāi)關(guān)603 的柵極端連接。于此架構(gòu)下，該振蕩器60的工作原理與該振蕩器50相似， 但利用該第一定電流源601、該第一比較器605、該第二定電流源602以及該 第二比較器606的存在，該振蕩器60得以分別控制輸出信號(hào)的高電平周期以 及低電平周期，以輸出更精確以及符合需要的振蕩頻率。值得注意的是，本 實(shí)施例中，雖然該反相器607連接于該第一比較器605以及該第二開(kāi)關(guān)604 之間，但該反相器607也可連接于該第二比較器606以及該第一開(kāi)關(guān)603之 間。另外，熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者必定了解，該第一定電流源601以及該第二定電
流源602可分別使用圖5中所揭露的定電流源51的架構(gòu)，或以任何其它得以 提供該振蕩器60穩(wěn)定電流源的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而不以本實(shí)施例所揭露的架構(gòu)為限。 以上具體實(shí)施方式
僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一比較器，其特征在于，用于振蕩器電路并具有一自我偏壓的參考電壓，包含一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)，形成定電流等效連接，其中所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一柵極以及一源極間連接；以及一增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)，其中所述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一漏極或一源極與所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管串聯(lián)，其一柵極端可接收一輸入電壓，當(dāng)所述輸入電壓低于參考電壓時(shí)，所述比較器輸出一高電平信號(hào)，當(dāng)所述輸入電壓高于所述參考電壓時(shí)，所述比較器輸出一低電平信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的比較器，其特征在于，當(dāng)所述輸入電壓等于所 述參考電壓時(shí)，所述比較器輸出所述參考電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的比較器，其特征在于，所述參考電壓值不受外 部電源變化的影響。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的比較器，其特征在于，所述參考電壓值不受外部溫度變化的影響。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的比較器，其特征在于，所述耗盡型金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)包含至少一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的比較器，其特征在于，所述增強(qiáng)型金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)包含至少 一增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的比較器，其特征在于，定電流源等效連接是指 所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極與源極間彼此連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的比較器，其特征在于，定電流源等效連接是指 所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極與源極間彼此連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的比較器，其特征在于，所述參考電壓可為所述 耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及所述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)的端電壓值的總和。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的比較器，其特征在于，所述參考電壓可為所述 耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及所述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管網(wǎng)絡(luò)的端電壓值的總和。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的比較器，其特征在于，所述參考電壓值可通過(guò) 所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及所述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體 晶體管網(wǎng)絡(luò)的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的比較器，其特征在于，所述參考電壓值可通過(guò) 所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及所述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體 晶體管網(wǎng)絡(luò)的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
13. —振蕩器電路，其特征在于，包含 一電流源，提供所述振蕩器電路所需的一充電電流；一電容網(wǎng)絡(luò)，與所述電流源連接于一參考節(jié)點(diǎn)，利用所述電流進(jìn)行充電 或放電；一開(kāi)關(guān)，與所述電容網(wǎng)絡(luò)連接于所述參考節(jié)點(diǎn)，控制所述振蕩器中充電 或放電模式的切換；一比較器，與所述開(kāi)關(guān)連接于所述參考節(jié)點(diǎn)，具有獨(dú)立于電壓源變化的 一參考電壓，通過(guò)比較所述電容網(wǎng)絡(luò)的電壓以及所述參考電壓而產(chǎn)生一輸出 信號(hào)；以及一反相網(wǎng)絡(luò)，分別與所述開(kāi)關(guān)以及所述比較器連接，接收所述輸出信號(hào) 并輸出 一反相信號(hào)以控制所述開(kāi)關(guān)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的振蕩器電路，其特征在于，所述電流源輸出 獨(dú)立于電壓源變化的一電流以對(duì)所述電容進(jìn)行充電。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的振蕩器電路，其特征在于，所述輸出信號(hào)至少具有兩類輸出位階。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的振蕩器電路，其特征在于，所述充電電流具有獨(dú)立于電壓源變化的特性。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的振蕩器電路，其特征在于，所述參考電壓也獨(dú)立溫度變化影響。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的振蕩器電路，其特征在于，所述參考電壓獨(dú)立于溫度變化影響。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的振蕩器電路，其特征在于，所述電流源包含 一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及兩增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管網(wǎng)絡(luò)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的振蕩器電路，其特征在于，所述比較器包含 一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及一增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管網(wǎng)絡(luò)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的振蕩器電路，其特征在于，所述耗盡型金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)包含至少一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的振蕩器電路，其特征在于，所述增強(qiáng)型金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)包含至少一增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的振蕩器電路，其特征在于，至少一所述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一漏極或一源極與對(duì)應(yīng)的所述耗盡型金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管的一個(gè)串聯(lián)，還包含一柵極端可接收一輸入電壓，當(dāng)所述輸 入電壓低于所述參考電壓時(shí)，所述比較器輸出一高電平信號(hào)，當(dāng)所述輸入電 壓高于所述參考電壓時(shí)，所述比較器輸出一低電平信號(hào)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的振蕩器電路，其特征在于，所述反相網(wǎng)絡(luò)具 有足夠反應(yīng)所述輸出信號(hào)變化的 一延遲時(shí)間特性。
25. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的振蕩器電路，其特征在于，所述反相網(wǎng)絡(luò)包 含奇數(shù)反相器。
26. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的振蕩器電路，其特征在于，所述參考電壓可 為所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及所述增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)的端電壓值的總和。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的振蕩器電路，其特征在于，所述參考電壓值 可通過(guò)所述耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)以及所述增強(qiáng)型金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明提供一比較器，用于振蕩器電路并具有一自我偏壓(self bias)的參考電壓，比較器包括一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)，形成定電流等效連接，其中耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一柵極以及一源極間連接；一增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管網(wǎng)絡(luò)，其中增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一漏極或一源極與耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管串聯(lián)，其一柵極端可接收一輸入電壓，當(dāng)輸入電壓低于參考電壓時(shí)，比較器輸出一高電平信號(hào)，當(dāng)輸入電壓高于參考電壓時(shí)，比較器輸出一低電平信號(hào)。另外，一振蕩器電路使用上述的比較器，使參考電壓獨(dú)立于外部電壓源變化以及溫度變化。
文檔編號(hào)H03K5/24GK101179266SQ20061014351
公開(kāi)日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者吳哲銘, 吳盈鋒 申請(qǐng)人:天時(shí)電子股份有限公司