低功耗振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低功耗振蕩器，包括時鐘發(fā)生單元和頻率反饋控制單元；時鐘發(fā)生單元，包括產(chǎn)生時鐘信號的可調(diào)振蕩器和根據(jù)時鐘信號生成第一控制信號、第二控制信號和第三控制信號的時鐘發(fā)生器；頻率反饋控制單元，包括積分器、比較器和數(shù)字處理器；積分器由接收到的第一控制信號觸發(fā)，對帶隙基準(zhǔn)電流進(jìn)行積分，將可調(diào)振蕩器的輸出頻率轉(zhuǎn)換為輸出電壓輸出至比較器的一個輸入端，比較器的另一個輸入端接入帶隙基準(zhǔn)電壓，根據(jù)第三控制信號的觸發(fā)鎖定輸出的比較信號；數(shù)字處理器根據(jù)比較信號生成頻率調(diào)制比特，用以使可調(diào)振蕩器根據(jù)頻率調(diào)制比特改變可調(diào)振蕩器中的電容值或電阻值，從而改變低功耗振蕩器的振蕩頻率。
【專利說明】低功耗振蕩器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種低功耗振蕩器。

【背景技術(shù)】
[0002] 低功耗振蕩器（low power oscillator,LP0)在無線通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。 由于無線傳感節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交互稀少，可以在很短的時間內(nèi)完成，因此可以通過周期性 的喚醒傳感節(jié)點，而在其它時間讓節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)的方式來達(dá)到降低功耗的目的。LP0通 常在休眠或其它省電模式下提供系統(tǒng)時鐘來控制關(guān)鍵時序，如保持系統(tǒng)同步或用來喚醒系 統(tǒng)。所以LP0需要有較為精確的振蕩頻率。
[0003] 雖然有源的片外晶振，如溫度補償石英晶振能達(dá)到很高的精度，但是為了節(jié)省成 本和功耗，LP0電路很少采用片外晶振的解決方案。片上集成的LC振蕩器也可以達(dá)到較高 的精度，然而由于其方案需要高頻的振蕩，功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出無線傳感節(jié)點的功耗預(yù)算。而LP0 通常工作在較低頻率以節(jié)省功耗，因此LC類振蕩器也不適用。
[0004] 所以目前的LP0的多采用由RC常數(shù)決定頻率的弛張振蕩器（relaxation oscillator)或是由偏置控制的環(huán)形振蕩器（ring oscillator)。但是，采用RC常數(shù) 或偏置控制來實現(xiàn)的LP0的振蕩頻率會隨工藝、電源電壓、溫度（Process，Voltage and Temperature，PVT)，偏置以及其它電路參數(shù)的變化而波動，造成LP0的時間或頻率的準(zhǔn)確 性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種低功耗振蕩器，具有數(shù)字化的頻率檢測反饋控制功能， 可以大大提高低功耗振蕩器輸出振蕩頻率的精度，降低低功耗振蕩器的功耗和成本，同時 為進(jìn)一步的進(jìn)行數(shù)字信號處理、提高低功耗振蕩器的性能提供了可能。
[0006] 第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種低功耗振蕩器，所述低功耗振蕩器包括：
[0007] 時鐘發(fā)生單元，包括可調(diào)振蕩器和時鐘發(fā)生器，所述可調(diào)振蕩器用于產(chǎn)生時鐘信 號CLK ;所述時鐘發(fā)生器用于根據(jù)所述時鐘信號CLK產(chǎn)生第一控制信號Φ 1、第二控制信號 Φ2和第三控制信號Φ3 ;
[0008] 參考生成單元，用于生成帶隙基準(zhǔn)電壓和帶隙基準(zhǔn)電流；
[0009] 頻率反饋控制單元，包括積分器、比較器和數(shù)字處理器；
[0010] 其中，所述積分器由接收到的所述第一控制信號Φ1觸發(fā)，對所述帶隙基準(zhǔn)電流 進(jìn)行積分，將所述可調(diào)振蕩器的輸出頻率轉(zhuǎn)換為輸出電壓，輸出至所述比較器的一個輸入 端，所述比較器的另一個輸入端接入所述帶隙基準(zhǔn)電壓，所述比較器根據(jù)所述第三控制信 號Φ3的觸發(fā)鎖定輸出的比較信號；所述數(shù)字處理器根據(jù)所述比較信號生成電容值調(diào)制比 特，用以使所述可調(diào)振蕩器根據(jù)所述電容值調(diào)制比特改變可調(diào)振蕩器中的電容值，從而改 變所述低功耗振蕩器的振蕩頻率。
[0011] 在第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述積分器具體包括：第一開關(guān)Ki、第二開關(guān)K2和第 一電容CINT ;
[0012] 根據(jù)第一控制信號Φ1控制第一開關(guān)Ki的導(dǎo)通和關(guān)斷，根據(jù)第二控制信號控制 Φ2第二開關(guān)1(2的導(dǎo)通和關(guān)斷；設(shè)置所述第一控制信號Φ1和第二控制信號Φ2使得第一 開關(guān)I和第二開關(guān)K 2不同時導(dǎo)通；
[0013] 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)導(dǎo)通時，所述帶隙基準(zhǔn)電流對所述第一電容CINT充電得到電容積分電 壓；當(dāng)?shù)诙_關(guān)導(dǎo)通時，對第一電容C INT放電以對所述電容積分電壓進(jìn)行復(fù)位；
[0014] 所述帶隙基準(zhǔn)電流對所述第一電容CINT充電的時長大于所述時鐘信號CLK的時鐘 周期的N倍；其中N為正整數(shù)；
[0015] 所述比較器在所述帶隙基準(zhǔn)電流對所述第一電容CINT充電N個所述時鐘信號CLK 的時鐘周期后，比較所述電容積分電壓和所述帶隙基準(zhǔn)電壓，輸出比較信號。
[0016] 結(jié)合第一方面或第一種可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一 電容CINT為金屬間電容，具體為Mim電容或Mom電容。
[0017] 在第三種可能的實現(xiàn)方式中，當(dāng)所述第三控制信號Φ3的正向脈沖上升沿鎖定所 述比較器輸出的比較信號時，所述積分器完成對所述帶隙基準(zhǔn)電流的積分，此時積分器的

【權(quán)利要求】
1. 一種低功耗振蕩器，其特征在于，所述低功耗振蕩器包括： 時鐘發(fā)生單元，包括可調(diào)振蕩器和時鐘發(fā)生器，所述可調(diào)振蕩器用于產(chǎn)生時鐘信號 CLK ;所述時鐘發(fā)生器用于根據(jù)所述時鐘信號CLK產(chǎn)生第一控制信號Φ1、第二控制信號Φ2 和第三控制信號Φ3 ; 參考生成單元，用于生成帶隙基準(zhǔn)電壓和帶隙基準(zhǔn)電流； 頻率反饋控制單元，包括積分器、比較器和數(shù)字處理器； 其中，所述積分器由接收到的所述第一控制信號Φ1觸發(fā)，對所述帶隙基準(zhǔn)電流進(jìn)行 積分，將所述可調(diào)振蕩器的輸出頻率轉(zhuǎn)換為輸出電壓，輸出至所述比較器的一個輸入端，所 述比較器的另一個輸入端接入所述帶隙基準(zhǔn)電壓，所述比較器根據(jù)所述第三控制信號Φ 3 的觸發(fā)鎖定輸出的比較信號；所述數(shù)字處理器根據(jù)所述比較信號生成頻率調(diào)制比特，用以 使所述可調(diào)振蕩器根據(jù)所述頻率調(diào)制比特改變可調(diào)振蕩器中的電容值或電阻值，從而改變 所述低功耗振蕩器的振蕩頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗振蕩器，其特征在于，所述積分器具體包括：第一開關(guān) I、第二開關(guān)κ2和第一電容CINT ; 根據(jù)第一控制信號Φ1控制第一開關(guān)Ki的導(dǎo)通和關(guān)斷，根據(jù)第二控制信號Φ2控制第 二開關(guān)K2的導(dǎo)通和關(guān)斷；設(shè)置所述第一控制信號Φ1和第二控制信號Φ2使得第一開關(guān)& 和第二開關(guān)K 2不同時導(dǎo)通； 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)導(dǎo)通時，所述帶隙基準(zhǔn)電流對所述第一電容CINT充電得到電容積分電壓； 當(dāng)?shù)诙_關(guān)導(dǎo)通時，對第一電容CINT放電以對所述電容積分電壓進(jìn)行復(fù)位； 所述帶隙基準(zhǔn)電流對所述第一電容CINT充電的時長大于所述時鐘信號CLK的時鐘周期 的N倍；其中N為正整數(shù)； 所述比較器在所述帶隙基準(zhǔn)電流對所述第一電容CINT充電N個所述時鐘信號CLK的時 鐘周期后，比較所述電容積分電壓和所述帶隙基準(zhǔn)電壓，輸出比較信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗振蕩器，所述第一電容CINT為金屬間電容，具體為Mim 電容或Mom電容。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗振蕩器，其特征在于，當(dāng)所述第三控制信號Φ3的正 向脈沖上升沿鎖定所述比較器輸出的比較信號時，所述積分器完成對所述帶隙基準(zhǔn)電流的 積分，此時積分器的輸出電壓為：匕ντ 其中，VINT為輸出電壓，IMf為帶隙基準(zhǔn)電 流，f為所述可調(diào)振蕩器的輸出頻率，CINT為第一電容的電容值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗振蕩器，其特征在于，所述可調(diào)振蕩器包括可調(diào)電容； 所述比較信號為數(shù)字信號； 當(dāng)所述比較器輸出的比較信號為第一電平時，所述數(shù)字處理器根據(jù)所述第一電平，將 存儲的電容初始調(diào)制比特增加后輸出電容值調(diào)制比特，用以所述可調(diào)振蕩器根據(jù)所述電容 值調(diào)制比特增大可調(diào)振蕩器中的電容值； 當(dāng)所述比較器輸出的比較信號為第二電平時，所述數(shù)字處理器根據(jù)所述第二電平，將 存儲的電容初始調(diào)制比特減小后輸出電容值調(diào)制比特，用以所述可調(diào)振蕩器根據(jù)所述電容 值調(diào)制比特減小可調(diào)振蕩器中的電容值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低功耗振蕩器，其特征在于，所述可調(diào)振蕩器包括電容陣列； 所述電容陣列由多個電容陣列單元組成； 所述電容值調(diào)制比特用于控制所述電容陣列中實際接入所述可調(diào)振蕩器的電容陣列 單元的數(shù)量；所述可調(diào)振蕩器中的電容值為所述電容陣列中實際接入所述可調(diào)振蕩器的電 容陣列單元的電容值； 所述數(shù)字處理器還用于：將電容值調(diào)制比特存儲為電容初始調(diào)制比特。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗振蕩器，其特征在于，所述可調(diào)振蕩器包括可調(diào)電阻； 所述比較信號為數(shù)字信號；所述頻率調(diào)制比特具體為電阻值調(diào)制比特； 當(dāng)所述比較器輸出的比較信號為第一電平時，所述數(shù)字處理器根據(jù)所述第一電平，將 存儲的電阻初始調(diào)制比特增加后輸出電阻值調(diào)制比特，用以所述可調(diào)振蕩器根據(jù)所述電阻 值調(diào)制比特增大可調(diào)振蕩器中的電阻值； 當(dāng)所述比較器輸出的比較信號為第二電平時，所述數(shù)字處理器根據(jù)所述第二電平，將 存儲的電容初始調(diào)制比特減小后輸出電阻值調(diào)制比特，用以所述可調(diào)振蕩器根據(jù)所述電阻 值調(diào)制比特減小可調(diào)振蕩器中的電阻值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的低功耗振蕩器，其特征在于，所述可調(diào)振蕩器包括電阻陣列； 所述電阻陣列由多個電阻陣列單元組成； 所述電阻值調(diào)制比特用于控制所述電阻陣列中實際接入所述可調(diào)振蕩器的電阻陣列 單元的數(shù)量；所述可調(diào)振蕩器中的電阻值為所述電阻陣列中實際接入所述可調(diào)振蕩器的電 阻陣列單元的電阻值； 所述數(shù)字處理器還用于：將電阻值調(diào)制比特存儲為電阻初始調(diào)制比特。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗振蕩器，其特征在于，所述第一控制信號與所述時鐘 信號具有相同相位的正向脈沖上升沿于，所述第二控制信號的上升沿的相位滯后于所述第 一控制信號的下降沿的相位。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗振蕩器，其特征在于，所述數(shù)字處理器包括數(shù)字低通 濾波器。
【文檔編號】H03B5/20GK104065344SQ201410228855
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】夏波, 吳悅 申請人:無錫中星微電子有限公司