Rc振蕩器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種低噪聲低功耗RC振蕩器，其包括比較器、兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路，第一充電電路、第二充電電路、開關(guān)選擇電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，其中，所述第一充電電路包括第一電阻、第一電容、第一、第五開關(guān)，所述第二充電電路包括第二電阻、第二電容、第四、第六開關(guān)；所述比較器具有正輸入端、負(fù)輸入端以及輸出端；采用本實(shí)用新型實(shí)施例提供的低功耗RC振蕩器，通過電阻替代電流源給電容充電，可以減少器件的噪聲。
【專利說明】RC振蕩器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子領(lǐng)域，具體涉及一種低噪聲低功耗的RC振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]在許多便攜式電子設(shè)備，例如藍(lán)牙等系統(tǒng)中，通常需要低噪聲的振蕩器，以作為睡眠模式的計(jì)時(shí)時(shí)鐘，該振蕩器通常需要較低的功耗。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種Re振蕩器的結(jié)構(gòu)圖，其中11-14為四個(gè)電流源，右側(cè)為或非門和反相器組成的振蕩電壓產(chǎn)生電路，和由兩個(gè)開關(guān)和一個(gè)電容構(gòu)成的兩個(gè)基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路。在一個(gè)周期內(nèi)，左側(cè)開關(guān)下拉Cl的電壓之后，電流源Il給Cl充電，當(dāng)Cl兩端的電壓達(dá)到Ml的閾值電壓時(shí)，Ml導(dǎo)通，下拉Ml的源極和漏極電壓，導(dǎo)致振蕩產(chǎn)生電流源的下輸入端的電壓反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其輸出也翻轉(zhuǎn)，從而使得C2的控制開關(guān)導(dǎo)通，下拉C2的電壓，之后13給C2充電一直到達(dá)M2的閾值電壓后，振蕩產(chǎn)生電流源的上輸入端的電壓反轉(zhuǎn)，形成一個(gè)周期。如果Ml與M2存在失配，則兩者的閾值電壓會(huì)有偏差，假設(shè)Ml的閾值電壓為Vth，M2的閾值電壓為Vth+Vos，則周期偏差為Vos/Vth, Vos本身有噪聲，它會(huì)使頻率出現(xiàn)較大抖動(dòng)(jitter)，即噪聲較大；同時(shí)四個(gè)電流源Il~14由MOS管鏡像，所以也存在較大失配，假設(shè)Il和13有失配，為11+ Δ I，則周期偏差為Λ 1/11，Λ I本身有噪聲，使頻率出現(xiàn)較大抖動(dòng)jitter。
[0003]可見傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)RC振蕩器噪聲較大。若要減小噪聲，必須加大管子的跨導(dǎo)，這需要消耗較大的功耗。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種RC振蕩器，以降低RC振蕩器的頻率抖動(dòng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種RC振蕩器，其包括比較器、兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路，第一充 電電路、第二充電電路、開關(guān)選擇電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，其中，所述第一充電電路包括第一電阻、第一電容、第一、第五開關(guān)，所述第二充電電路包括第二電阻、第二電容、第四、第六開關(guān)；所述比較器具有正輸入端、負(fù)輸入端以及輸出端；
[0006]所述兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路根據(jù)所述比較器的輸出端的輸出電壓，周期性生成兩相不交疊的高、低電平時(shí)鐘信號(hào)，其具有第一、第二兩個(gè)輸出端，所述兩個(gè)輸出端分別控制所述第一充電電路和所述第二充電電路；
[0007]當(dāng)所述第一輸出端為有效電平時(shí)，所述電源通過所述第一充電電路為所述第一電容充電，所述開關(guān)選擇電路控制所述比較器的正輸入端，采集所述第一電容的電壓，所述比較器的負(fù)輸入端，從所述基準(zhǔn)電壓采集電路采集基準(zhǔn)電壓，當(dāng)所述第一電容的電壓達(dá)到所述基準(zhǔn)電壓時(shí)，經(jīng)過所述比較器的延時(shí)，所述比較器的輸出電壓反轉(zhuǎn)；
[0008]所述比較器的輸出電壓反轉(zhuǎn)后，所述兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路的第二輸出端為有效電平，所述電源通過所述第二充電電路為所述第二電容充電，所述開關(guān)選擇電路控制所述比較器的負(fù)輸入端，采集所述第二電容的電壓，所述比較器的正輸入端，從所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路采集基準(zhǔn)電壓，當(dāng)所述第二電容的電壓達(dá)到所述基準(zhǔn)電壓時(shí)，經(jīng)過所述比較器的延時(shí)，所述比較器的輸出電壓反轉(zhuǎn)，所述第一輸出端輸出有效電平。
[0009]依照本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RC振蕩器，所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路包括第三電阻和第三電容，所述第三電容與所述第三電阻并聯(lián)，所述第三電阻一端接地，另一端連接到所述開關(guān)選擇電路，當(dāng)?shù)谝惠敵龆藶橛行щ娖綍r(shí)，接入所述比較器的負(fù)輸入端，當(dāng)所述第二輸出端為有效電平時(shí)，接入所述比較器的正輸入端。
[0010]依照本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RC振蕩器，所述第一電阻一端連接電源，另一端連接所述第一開關(guān)的漏極、所述第一開關(guān)的源極連接所述第一電容的一端，所述第一電容另一端接地，所述第一開關(guān)的柵極連接所述第一輸出端，所述第五開關(guān)的漏極連接在所述第一電容和所述第一開關(guān)的連接點(diǎn)，所述第五開關(guān)的源極接地，所述第五開關(guān)的柵極連接所述第二輸出端。
[0011]依照本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RC振蕩器，所述第二電阻一端連接電源，另一端連接所述第四開關(guān)的漏極、所述第四開關(guān)的源極連接所述第二電容的一端，所述第二電容另一端接地，所述第四開關(guān)的柵極連接所述第二輸出端，所述第六開關(guān)的漏極連接在所述第二電容和所述第四開關(guān)的連接點(diǎn)，所述第六開關(guān)的源極接地，所述第六開關(guān)的柵極連接所述第一輸出端。
[0012]依照本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RC振蕩器，所述第二電阻通過第三開關(guān)連接到所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，所述第一電阻通過第二開關(guān)所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，當(dāng)所述第一輸出端輸出有效電平時(shí)，所述第三開關(guān)導(dǎo)通，所述第二開關(guān)截止，當(dāng)所述第二輸出端輸出有效電平時(shí)，所述第三開關(guān)截止，所述第二開關(guān)導(dǎo)通。
[0013]依照本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RC振蕩器，所述開關(guān)選擇電路進(jìn)一步包括:
[0014]第七開關(guān)，其柵極連接所述第一輸出端，漏極連接所述第一充電電路、其源極連接所述比較器的正輸入端；
[0015]第八開關(guān)，其柵極連接所述第二輸出端，漏極連接所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、其源極連接所述比較器的正輸入端；
[0016]第九開關(guān)，其柵極連接所述第一輸出端，漏極連接所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、其源極連接所述比較器的負(fù)輸入端；
[0017]第十開關(guān)，其柵極連接所述第二輸出端，漏極連接所述第二充電電路、其源極連接所述比較器的負(fù)輸入端。
[0018]依照本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RC振蕩器，所述第一輸出端和所述第二輸出端的電壓在高電平時(shí)為有效電平。
[0019]依照本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RC振蕩器，所述第一電阻和第二電阻的阻值相同，所述第一電容和所述第二電容的電容量相同。
[0020]依照本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RC振蕩器，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九第十開關(guān)均為NMOS晶體管。
[0021]采用本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RC振蕩器，通過電阻替代電流源給電容充電，可以減少器件的噪聲。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種RC振蕩器的原理圖；
[0024]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種RC振蕩電路的原理圖；
[0025]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RC振蕩電路的時(shí)序圖；
[0026]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中的比較器的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中的噪聲頻譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0029]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種低功耗RC振蕩器，其包括比較器205、兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路206，第一充電電路201、第二充電電路202、開關(guān)選擇電路203、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路204。
[0030]所述兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路206根據(jù)所述比較器205的輸出端的輸出電壓，周期性生成兩相不交疊的高、低電平時(shí)鐘信號(hào)，其具有第一、第二兩個(gè)輸出端(Φ 1、Φ2)，所述兩個(gè)輸出端分別控制所述第一充電電路201和所述第二充電電路202，所述比較器優(yōu)選高速比較器，例如圖4所述的實(shí)施例，不多贅述。
[0031]其中，所述第一充電電路201包括第一電阻R1、第一電容Cl、第一、第五開關(guān)(S1、S5)，所述第二充電電路202包括第二電阻R2、第二電容C2、第四、第六開關(guān)(S4、S6);所述比較器205具有正輸入端P0S、負(fù)輸入端NEG以及輸出端，輸出端作為兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路206的輸入，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路204包括第三電阻R3和第三電容C3，兩者并聯(lián)。
[0032]在第一充電電路201中，所述Rl —端連接電源，另一端連接所述SI的漏極、所述SI的源極連接所述Cl的一端，所述Cl另一端接地，所述SI的柵極連接所述兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路206的第一輸出端φ 1，所述S5的漏極連接在Cl和SI的連接點(diǎn)，所述S5的源極接地，所述S5的柵極連接所述兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路206D第二輸出端Φ2。
[0033]在第二充電電路202中，R2 一端連接電源，另一端連接S4的漏極、S4的源極連接C2的一端，C2另一端接地，S4的柵極連接兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路206的第二輸出端Φ2，S6的漏極連接在C2和S4的連接點(diǎn)，S6的源極接地，柵極連接兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路206的第一輸出端Φ I。
[0034]所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路204包括第三電阻R3和第三電容C3，C3與R3并聯(lián)，R3 —端接地，另一端連接到所述開關(guān)選擇電路203，當(dāng)?shù)谝惠敵龆甩?為有效電平時(shí)，接入所述比較器205的負(fù)輸入端NEG，當(dāng)所述第二輸出端Φ2為有效電平時(shí)，接入所述比較器205的正輸入端POS。
[0035]開關(guān)選擇電路206進(jìn)一步包括第七開關(guān)S7，其柵極連接所述第一輸出端Φ I，漏極連接所述第一充電電路201、其源極連接所述比較器205的正輸入端POS ;第八開關(guān)S8，其柵極連接所述第二輸出端Φ2，漏極連接所述基準(zhǔn)電壓采集電路204、其源極連接所述比較器205的正輸入端POS ;第九開關(guān)S9，其柵極連接所述第一輸出端Φ1，漏極連接所述基準(zhǔn)電壓采集電路204、其源極連接所述比較器205的負(fù)輸入端NEG ;第十開關(guān)S10，其柵極連接所述第二輸出端Φ2，漏極連接所述第二充電電路202、其源極連接所述比較器205的負(fù)輸入端NEG。
[0036]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所有的開關(guān)均為NMOS晶體管，但是，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以將全部的匪OS晶體管替換為PMOS晶體管，并通過有效電平的控制，完成相同的工作，或者同時(shí)采用PMOS和NMOS晶體管作為開關(guān)。
[0037]當(dāng)Φ1為有效電平時(shí)，所述電源通過所述第一充電電路201為Cl充電，所述開關(guān)選擇電路203控制所述比較器205的正輸入端P0S，采集Cl的電壓，所述比較器205的負(fù)輸入端NEG，從所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路204采集基準(zhǔn)電壓Vref，當(dāng)Cl的電壓達(dá)到所述基準(zhǔn)電壓Vref的閾值時(shí)，經(jīng)過所述比較器205的延時(shí)，所述比較器205的輸出電壓反轉(zhuǎn)；
[0038]所述比較器205的輸出電壓反轉(zhuǎn)后，所述兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路206的第二輸出端Φ2輸出有效電平，所述電源通過所述第二充電電路202為C2充電，所述開關(guān)選擇電路控制所述比較器205的負(fù)輸入端NEG，采集C2的電壓，所述比較器205的正輸入端P0S，從所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路204采集基準(zhǔn)電壓Vref，當(dāng)所述C2的電壓達(dá)到所述基準(zhǔn)電壓的閾值時(shí)，經(jīng)過所述比較器205的延時(shí)，所述比較器205的輸出電壓反轉(zhuǎn)，Φ I輸出有效電平。
[0039]R2通過S3連接到所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路204，Rl通過S2所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路204，當(dāng)Φ I輸出有效電平時(shí)，S3導(dǎo)通，S2截止，當(dāng)Φ I輸出有效電平時(shí)，S3截止，S2導(dǎo)通。
[0040]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，Φ1和Φ2均為高電平有效，低電平無效，在采用不同的MOS管等器件時(shí)，也有可能Φ1和Φ2均為高電平無效，低電平有效。
[0041]在一種理想的情況下，所`述第一電阻和第二電阻的阻值相同，所述第一電容和所述第二電容的電容量相同，也就是說R1=R2，C1=C2。
[0042]當(dāng)Φ I為高，Φ2為低時(shí)，圖2中與Φ I連接的NMOS管導(dǎo)通，與Φ2連接的NMOS管關(guān)斷，電源通過Rl給Cl充電，當(dāng)電容Cl電壓Vl充至基準(zhǔn)電壓的閾值R3/(R2+R3)時(shí)，經(jīng)過比較器205的延時(shí)td，比較器205輸出翻轉(zhuǎn)，Φ2為高，Φ I為低；所有與Φ 2連接的NMOS管導(dǎo)通，與Φ I連接的的NMOS管截止，電源通過R2給C2充電，當(dāng)電容C2電壓V2充至基準(zhǔn)閾值R3/(R1+R3)時(shí)，經(jīng)過比較器的延時(shí)td，比較器再次翻轉(zhuǎn)，完成一個(gè)周期。其輸出電平狀態(tài)，如圖2所示。
[0043]兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路206根據(jù)由比較器205輸出產(chǎn)生Φ1和Φ 2兩個(gè)不交疊的時(shí)鐘信號(hào)，如果沒有兩相不交疊時(shí)鐘，這樣Vl (或V2)在充電開始時(shí)會(huì)受干擾，Vl電壓在開始時(shí)會(huì)受上下兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通電阻的影響，引入噪聲(或V2)不是由O開始上升，也會(huì)造成振蕩頻率的偏差。開關(guān)s7~SlO是為減少s2、s3寄生電阻的影響，直接從Vref處取電壓。
[0044]在理想的情況下，R1=R2，C1=C2，電阻不存在失配。忽略比較器205延時(shí)，在Φ I為高電平時(shí)，電容Cl的充電時(shí)間為:
[0045]h = ln(l +

A0
[0046]在Φ2為高電平時(shí)，電容C2充電時(shí)間為:

R
[0047]h = R0Cr1 ln(l + -lJ
[0048]則一個(gè)時(shí)鐘周期長(zhǎng)度為:[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種RC振蕩器,其特征在于,包括比較器、兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路，第一充電電路、第二充電電路、開關(guān)選擇電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，其中，所述第一充電電路包括第一電阻、第一電容、第一、第五開關(guān)，所述第二充電電路包括第二電阻、第二電容、第四、第六開關(guān)；所述比較器具有正輸入端、負(fù)輸入端以及輸出端； 所述兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路根據(jù)所述比較器的輸出端的輸出電壓，周期性生成兩相不交疊的高、低電平時(shí)鐘信號(hào)，其具有第一、第二兩個(gè)輸出端，所述兩個(gè)輸出端分別控制所述第一充電電路和所述第二充電電路； 當(dāng)所述第一輸出端為有效電平時(shí)，所述電源通過所述第一充電電路為所述第一電容充電，所述開關(guān)選擇電路控制所述比較器的正輸入端，采集所述第一電容的電壓，所述比較器的負(fù)輸入端，從所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路采集基準(zhǔn)電壓，當(dāng)所述第一電容的電壓達(dá)到所述基準(zhǔn)電壓時(shí)，經(jīng)過所述比較器的延時(shí)，所述比較器的輸出電壓反轉(zhuǎn)； 所述比較器的輸出電壓反轉(zhuǎn)后，所述兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路的第二輸出端為有效電平，所述電源通過所述第二充電電路為所述第二電容充電，所述開關(guān)選擇電路控制所述比較器的負(fù)輸入端，采集所述第二電容的電壓，所述比較器的正輸入端，從所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路采集基準(zhǔn)電壓，當(dāng)所述第二電容的電壓達(dá)到所述基準(zhǔn)電壓時(shí)，經(jīng)過所述比較器的延時(shí)，所述比較器的輸出電壓反轉(zhuǎn)，所述第一輸出端輸出有效電平。
2.如權(quán)利要求1所述的RC振蕩器，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路包括第三電阻和第三電容，所述第三電容與所述第三電阻并聯(lián)，所述第三電阻一端接地，另一端連接到所述開關(guān)選擇電路，當(dāng)?shù)谝惠敵龆藶橛行щ娖綍r(shí)，接入所述比較器的負(fù)輸入端，當(dāng)所述第二輸出端為有效電平時(shí)，接入所述比較器的正輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的RC振蕩器，其特征在于，所述第一電阻一端連接電源，另一端連接所述第一開關(guān)的漏極、所述第一開關(guān)的源極連接所述第一電容的一端，所述第一電容另一端接地，所述第一開關(guān)的柵極連接所述第一輸出端，所述第五開關(guān)的漏極連接在所述第一電容和所述第一開關(guān)的連接點(diǎn)，所述第五開關(guān)的源極接地，所述第五開關(guān)的柵極連接所述第二輸出端。`
4.如權(quán)利要求1所述的RC振蕩器，其特征在于，所述第二電阻一端連接電源，另一端連接所述第四開關(guān)的漏極、所述第四開關(guān)的源極連接所述第二電容的一端，所述第二電容另一端接地，所述第四開關(guān)的柵極連接所述第二輸出端，所述第六開關(guān)的漏極連接在所述第二電容和所述第四開關(guān)的連接點(diǎn)，所述第六開關(guān)的源極接地，所述第六開關(guān)的柵極連接所述第一輸出端。
5.如權(quán)利要求1所述的RC振蕩器，其特征在于，所述第二電阻通過第三開關(guān)連接到所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，所述第一電阻通過第二開關(guān)連接到所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，當(dāng)所述第一輸出端輸出有效電平時(shí)，所述第三開關(guān)導(dǎo)通，所述第二開關(guān)截止，當(dāng)所述第二輸出端輸出有效電平時(shí)，所述第三開關(guān)截止，所述第二開關(guān)導(dǎo)通。
6.如權(quán)利要去I至5任一項(xiàng)所述的RC振蕩器，其特征在于，所述開關(guān)選擇電路進(jìn)一步包括: 第七開關(guān)，其柵極連接所述第一輸出端，漏極連接所述第一充電電路、其源極連接所述比較器的正輸入端； 第八開關(guān)，其柵極連接所述第二輸出端，漏極連接所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、其源極連接所述比較器的正輸入端； 第九開關(guān)，其柵極連接所述第一輸出端，漏極連接所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、其源極連接所述比較器的負(fù)輸入端； 第十開關(guān)，其柵極連接所述第二輸出端，漏極連接所述第二充電電路、其源極連接所述比較器的負(fù)輸入端。
7.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的RC振蕩器，其特征在于，所述第一輸出端和所述第二輸出端的電壓在高電平時(shí)為有效電平。
8.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的RC振蕩器，其特征在于，所述第一電阻和第二電阻的阻值相同，所述第一電容和所述第二電容的電容量相同。
9.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的RC振蕩器，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、 第九第十開關(guān)均為NMOS晶體管。
【文檔編號(hào)】H03K3/013GK203590176SQ201320666646
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】吳曉雷, 王釗, 王才寶 申請(qǐng)人:無錫中星微電子有限公司