時鐘發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種時鐘發(fā)生器，包括：內(nèi)置振蕩電路；與所述內(nèi)置振蕩電路耦合的鎖相環(huán)電路，該鎖相環(huán)電路與所述內(nèi)置振蕩電路共用振蕩器電路和濾波電路；其中，在使能信號的控制下，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號為該內(nèi)置振蕩電路的輸出信號或該鎖相環(huán)電路的輸出信號。本實用新型的時鐘發(fā)生器能夠針對應用的不同要求有針對性地提供適當?shù)臅r鐘信號，以到達性能和成本的最優(yōu)化。
【專利說明】時鐘發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及時鐘發(fā)生器，尤其涉及一種二合一時鐘發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]科學技術(shù)的日新月異，使得各種設備的發(fā)展趨向低功耗、小面積以及低成本，精準的時鐘發(fā)生電路也趨向于全片上集成、高精度、高頻率。現(xiàn)有技術(shù)中，一般給各種電路芯片提供時鐘信號的電路有以下幾種:
[0003]一種是基于環(huán)形振蕩器的時鐘產(chǎn)生電路?；诃h(huán)形振蕩器的時鐘產(chǎn)生電路使用較為廣泛，但是在CMOS工藝中，由于存在溫度、工藝和電源電壓的不穩(wěn)定性等問題，使得集成在片內(nèi)的時鐘電路的輸出頻率穩(wěn)定性較差。
[0004]再一種是RC松弛(Relaxation)振蕩器，由于其頻率精度較高，目前的發(fā)展較為迅速，但是，RC松弛振蕩器的工作頻率通常較低，不適合較高頻率的時鐘信號應用。
[0005]第三種電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，其使用基準晶振102通過晶體振蕩器電路101產(chǎn)生信號，并通過鎖相環(huán)(PLL)/延時鎖相環(huán)(DLL)IOO鎖定來獲得時鐘信號。其中，鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括鑒頻鑒相電路12、電荷泵電路13、環(huán)形振蕩器14、分頻器電路16，晶振的輸出信號經(jīng)由晶體振蕩器電路10以及該鎖相環(huán)得到穩(wěn)定的時鐘輸出。
[0006]第四種為內(nèi)置振蕩器電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括基本電流產(chǎn)生電路
11、電流比較器17、環(huán)形振蕩器13、非重疊信號產(chǎn)生電路14、頻率-電流轉(zhuǎn)化電路15，該內(nèi)置振蕩器電路在一定的精度范圍內(nèi)能實現(xiàn)時鐘信號的穩(wěn)定輸出。
[0007]目前對于消費類電子產(chǎn)品，用于產(chǎn)生時鐘基準的振蕩器電路一般采用的都是第三種結(jié)構(gòu)。仍然參考圖1，晶振102通過晶體振蕩器電路101產(chǎn)生信號，并通過PLL/DLL1100鎖定來獲得時鐘信號，在芯片內(nèi)部(即片上)需要用鎖相環(huán)(PLL)或延時鎖相環(huán)(DLL)來獲得合適的時鐘信號。圖1所示的振蕩器電路能實現(xiàn)很高的精度，通常為I?lOOppm。但是，圖1所示的方案需要額外增加的外部晶振102，不僅極大地提高了產(chǎn)品的成本，且需要占用較大的芯片面積和功耗，并降低了整個芯片的競爭能力。在一些對成本比較敏感的消費類產(chǎn)品中的應用中，例如玩具遙控產(chǎn)品、無線控制產(chǎn)品及紅外遙控等產(chǎn)品，在保證時鐘信號輸出精度的情況下，還需要一個相對低成本的時鐘信號產(chǎn)生電路。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種時鐘發(fā)生器，能夠針對應用的不同要求有針對性地提供適當?shù)臅r鐘信號，以到達性能和成本的最優(yōu)化。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種時鐘發(fā)生器，包括:
[0010]內(nèi)置振蕩電路；
[0011 ] 與所述內(nèi)置振蕩電路耦合的鎖相環(huán)電路，該鎖相環(huán)電路與所述內(nèi)置振蕩電路共用振蕩器電路和濾波電路；
[0012]其中，在使能信號的控制下，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號為該內(nèi)置振蕩電路的輸出信號或該鎖相環(huán)電路的輸出信號。
[0013]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述內(nèi)置振蕩電路包括:
[0014]基本電流產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生基準電流；
[0015]電流比較器，其第一輸入端與所述基本電流產(chǎn)生電路的輸出端相連；
[0016]所述濾波電路，其輸入端連接所述電流比較器的輸出端，該濾波電路對所述電流比較器輸出的比較信號進行濾波以產(chǎn)生控制電壓；
[0017]所述振蕩器電路，其輸入端連接所述濾波電路的輸出端，該振蕩器電路在所述控制電壓的控制下產(chǎn)生輸出信號；
[0018]非重疊信號產(chǎn)生電路，其輸入端連接所述振蕩器電路的輸出端，該非重疊信號產(chǎn)生電路根據(jù)所述振蕩器電路的輸出信號產(chǎn)生非重疊的至少兩路時鐘信號；
[0019]頻率-電流轉(zhuǎn)化電路，其輸入端連接所述非重疊信號產(chǎn)生電路的輸出端，其輸出端連接所述電流比較器的第二輸入端，該頻率-電流轉(zhuǎn)化電路將所述非重疊信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的至少兩路時鐘信號轉(zhuǎn)化為反饋電流，該電流比較器將該反饋電流與所述基本電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的基準電流做比較。
[0020]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述內(nèi)置振蕩電路還包括:分頻器電路，所述振蕩器電路的輸出端經(jīng)由所述分頻器電路連接所述非重疊信號產(chǎn)生電路的輸入端，該分頻器對所述振蕩器電路的輸出信號進行分頻。
[0021]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述基本電流產(chǎn)生電路包括:
[0022]第一運算放大器，其第一輸入端接收預設的第一參考電壓；
[0023]第一放大管，其控制端連接所述第一運算放大器的輸出端，其第一端連接電源，其第二端連接所述第一運算放大器的第二輸入端；
[0024]可修調(diào)電阻，所述第一放大管的第二端經(jīng)由所述可修調(diào)電阻接地；
[0025]鏡像電路，對流經(jīng)所述第一放大管的電流做鏡像，該鏡像電路的輸出端作為所述基本電流產(chǎn)生電路的輸出端。
[0026]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述可修調(diào)電阻包括串聯(lián)的正溫度系數(shù)電阻和負溫度系數(shù)電阻。
[0027]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述鏡像電路包括一個或多個鏡像管，該一個或多個鏡像管的控制端連接所述第一放大管的控制端，該一個或多個鏡像管的第一端連接所述第一放大管的第一端，該一個或多個鏡像管的第二端作為所述鏡像電路的輸出端。
[0028]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述頻率-電流轉(zhuǎn)化電路包括:
[0029]第二運算放大器，其第一輸入端接收預設的第二參考電壓；
[0030]第二放大管，其控制端連接所述第二運算放大器的輸出端，其第二端連接所述第二運算放大器的第二輸入端；
[0031]第一開關(guān)，其第一端連接所述第二放大管的第二端，其控制端接收所述非重疊信號產(chǎn)生電路輸出的第一時鐘信號；
[0032]充放電電容，其第一端連接所述第一開關(guān)的第二端，其第二端接地；
[0033]第二開關(guān)，其第一端連接所述充放電電容的第一端，其第二端接地；
[0034]電流輸出模塊，連接所述第二放大管的第一端，所述第二放大管的第一端經(jīng)由該電流輸出模塊輸出反饋電流。[0035]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述頻率-電流轉(zhuǎn)化電路還包括:濾波電容，其第一端連接所述第二運算放大器的第二端，其第二端接地。
[0036]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述電流輸出模塊包括:
[0037]第一輸出管，其第一端連接電源，其控制端連接所述第二放大管的第一端；
[0038]第二輸出管，其第一端連接所述第一輸出管的第二端，其第二端連接所述第二放大管的第一端。
[0039]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述電流比較器包括:
[0040]第一鏡像管，其第一端連接電源，其控制端連接所述第一輸出管的控制端；
[0041]第二鏡像管，其第一端連接所述第一鏡像管的第二端，其控制端連接所述第一鏡像管的控制端，其第二端作為所述電流比較器的輸出端；
[0042]極點電容，其第一端連接電源，其第二端連接所述第二鏡像管的第二端；
[0043]鏡像模塊，其第一鏡像輸入端連接所述第二鏡像管的第二端，其第二鏡像輸入端接收所述基本電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的基準電流。
[0044]根據(jù)本實用新型的一個實施例，該時鐘發(fā)生器還包括:穩(wěn)壓產(chǎn)生器，用于提供所述第二參考電壓。
[0045]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述振蕩器電路的輸出信號的頻率受環(huán)境影響，溫度上升時，該控制電壓瞬間未改變，所述振蕩器電路的輸出信號的頻率下降，所述非重疊信號產(chǎn)生電路輸出的至少兩路時鐘信號的頻率下降，該頻率-電流轉(zhuǎn)化電路輸出的反饋電流開始降低，而所述基準電流保持不變，所以該電流比較器輸出的比較信號幅度下降，所述控制電壓相應下降，則所述振蕩器電路的輸出信號的頻率隨所述控制電壓的下降而增大，所述頻率-電流轉(zhuǎn)化電路輸出的反饋電流隨之增大；由此，負反饋調(diào)節(jié)持續(xù)進行，直至所述反饋電流和基準電流相等，即所述內(nèi)置振蕩電路的環(huán)路再次穩(wěn)定為止。
[0046]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述鎖相環(huán)電路包括:
[0047]鑒頻鑒相電路，其第一輸入端接收參考頻率信號，將該參考頻率信號與所述振蕩器電路的輸出信號進行比較并產(chǎn)生輸出信號，該鑒頻鑒相電路的輸出信號正比于所述參考頻率信號與所述振蕩器電路的輸出信號的相位差；
[0048]電荷泵電路，其輸入端連接所述鑒頻鑒相電路的輸出端，該電荷泵電路根據(jù)所述鑒頻鑒相電路的輸出信號產(chǎn)生電流信號；
[0049]所述濾波電路，其輸入端連接所述電荷泵電路的輸出端，所述濾波電路濾波產(chǎn)生控制信號；
[0050]所述振蕩器電路，其輸入端連接所述濾波電路的輸出端，其輸出端連接所述鑒頻鑒相電路的第二輸入端，該振蕩器電路在所述控制電壓的控制下產(chǎn)生輸出信號。
[0051]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述鎖相環(huán)電路還包括:分頻器電路，所述振蕩器電路的輸出端經(jīng)由所述分頻器電路連接所述鑒頻鑒相電路的第二輸入端。
[0052]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述振蕩器電路的輸出信號頻率受環(huán)境影響，溫度上升時，所述控制電壓瞬間未改變，所述振蕩器電路的輸出信號的頻率下降，所述電荷泵電路的電流信號受所述鑒頻鑒相電路的調(diào)節(jié)，當所述振蕩器電路的輸出信號的頻率比該參考頻率信號的頻率大時，該電荷泵電路的電流信號流出所述濾波電路，該控制電壓下降，該振蕩器電路的輸出信號的頻率增加；當所述振蕩器電路的輸出信號的頻率比該參考頻率信號的頻率小時，該電荷泵電路的電流信號流入該濾波電路，該控制電壓上升，該振蕩器電路的輸出信號的頻率降低；上述比較過程持續(xù)進行，直到該振蕩器電路的輸出信號的頻率和該參考頻率信號的頻率相同為止。
[0053]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述濾波電路包括:
[0054]第一電容，其第一端連接所述濾波電路的輸入端，其第二端接地；
[0055]第一電阻，其第一端連接所述濾波電路的輸入端；
[0056]第二電容，其第一端連接所述第一電阻的第二端，其第二端接地；
[0057]第三開關(guān)，其第一端連接所述第一電阻的第一端，其第二端連接所述第一電阻的第二端，其控制端接收與所述使能信號相關(guān)聯(lián)的控制信號，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號為該內(nèi)置振蕩電路的輸出信號時，所述控制信號控制所述第三開關(guān)閉合，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號為該鎖相環(huán)電路的輸出信號時，所述控制信號控制所述第三開關(guān)斷開。
[0058]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述振蕩器電路為環(huán)形振蕩器，包括多個壓控振蕩器，所述多個壓控振蕩器的輸入端和輸出端依次串聯(lián)形成環(huán)狀，所述多個壓控振蕩器的控制端連接在一起作為所述振湯器電路的輸入端。
[0059]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述內(nèi)置振蕩電路和鎖相環(huán)電路集成在同一芯片內(nèi)。
[0060]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述使能信號為邏輯低電平時，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號為該內(nèi)置振蕩電路的輸出信號；當所述使能信號為邏輯高電平時，所述時鐘信號發(fā)生器的輸出信號為所述鎖相環(huán)電路的輸出信號。
[0061]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號的頻率范圍設置為27MHZ?49MHZ，以用于遙控玩具；或者，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號的頻率范圍設置為315MHZ?433MHZ，以用于無線控制設備；或者，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號的頻率范圍設置為IMHZ?10MHZ，以用于紅外遙控設備或MEMS設備。
[0062]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0063]本實用新型實施例的時鐘發(fā)生器中集成有內(nèi)置振蕩電路和鎖相環(huán)電路，二者共用同一振蕩器電路和濾波電路，其中，內(nèi)置振蕩電路能偶在芯片中全部集成，無需額額外設置外部晶振，節(jié)約了工藝成本，而且內(nèi)置振蕩電路在溫度偏差和電源偏差等情況下具有較高的穩(wěn)定性，可以輸出穩(wěn)定的時鐘信號；而鎖相環(huán)電路能夠產(chǎn)生精度極高的時鐘信號，因此，本實施例的時鐘發(fā)生器兼具內(nèi)置振蕩電路和鎖相環(huán)電路的優(yōu)點，可以滿足不同應用領(lǐng)域、不同系統(tǒng)的要求，而且兩種電路之間通過部件共享減小了占用面積，節(jié)約了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0064]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種利用晶振的時鐘信號產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中一種內(nèi)置振蕩器電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中一種鎖相環(huán)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0067]圖4是本實用新型第一實施例的時鐘發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0068]圖5是圖4中基本電流廣生電路的詳細電路圖；
[0069]圖6是圖4中頻率-電流轉(zhuǎn)化電路和電流比較器的詳細電路圖；
[0070]圖7是圖4中的振蕩器電路的詳細電路圖；[0071]圖8是圖本實用新型第二實施例的時鐘發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0072]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應以此限制本實用新型的保護范圍。
[0073]第一實施例
[0074]參考圖4，第一實施例的時鐘發(fā)生器主要包括內(nèi)置振蕩器和鎖相環(huán)電路，其中，內(nèi)置振蕩器可以包括:基本電流產(chǎn)生電路41、電流比較器42、濾波電路21、振蕩器電路43、非重疊信號產(chǎn)生電路44以及頻率-電流轉(zhuǎn)化電路45 ;鎖相環(huán)電路可以包括:鑒頻鑒相電路49、電荷泵電路48、濾波電路21以及振蕩器電路43。
[0075]本實施例的時鐘發(fā)生器的頻率范圍可以設置為27MHZ?49MHZ，以用于遙控玩具之類的設備；或者，其頻率范圍也可以設置為315MHz?433MHZ，以用于無線控制設備；或者，其頻率范圍也可以設置為1MHZ-10MHZ，再分頻后以用于38KHz的紅外遙控設備和MEMS設備所需要的頻段范圍。
[0076]第一實施例中，內(nèi)置振蕩器和鎖相環(huán)電路共用同一振蕩器電路43以及濾波電路21，以減小芯片面積。時鐘發(fā)生器的輸出信號fout在使能信號En的控制下，在內(nèi)置振蕩電路的輸出信號和鎖相環(huán)電路的輸出信號之間切換。例如，使能信號En可以作為內(nèi)置振蕩電路和鎖相環(huán)電路中的一個或多個模塊的使能信號，以控制相應模塊的工作與否，從而控制內(nèi)置振蕩器和鎖相環(huán)電路的工作與否。
[0077]作為一個非限制性的例子，使能信號En可以經(jīng)由反相器50和反相器51緩沖后得到緩沖后的使能信號En_buf，之后使用緩沖后的使能信號En_buf來控制切換內(nèi)置振蕩器和鎖相環(huán)電路。例如，當使能信號En為邏輯高電平時，緩沖后的使能信號En_buf也為邏輯高電平，該時鐘發(fā)生器被配置為鎖相環(huán)電路，也就是內(nèi)置振蕩電路并不工作，該時鐘發(fā)生器的輸出信號為鎖相環(huán)電路的輸出信號；當使能信號En為邏輯低電平時，緩沖后的使能信號En_buf也為邏輯低電平，該時鐘發(fā)生器被配置為內(nèi)置振蕩電路，也就是鎖相環(huán)電路并不工作，該時鐘發(fā)生器的輸出信號為內(nèi)置振蕩電路的輸出信號。
[0078]作為一個優(yōu)選的實施例，該內(nèi)置振蕩電路和鎖相環(huán)電路可以集成在同一芯片上，也就是整個時鐘發(fā)生器為片上時鐘發(fā)生器。其中，內(nèi)置振蕩電路采用負反饋閉環(huán)的形式，利用頻率-電流轉(zhuǎn)化方式來實現(xiàn)時鐘生成功能，使得內(nèi)置振蕩電路能夠在芯片中全部集成，無需外部額外設置晶振，可以節(jié)約工藝成本，并且通過將振蕩器電路43產(chǎn)生的振蕩頻率轉(zhuǎn)化為直流電流，并與基本電流產(chǎn)生電路41產(chǎn)生的電流Ib進行比較，然后將比較結(jié)果反饋到振蕩器電路43的控制輸入端，以改變振蕩器電路43的頻率，從而通過對頻率信號的偏差進行補償，使環(huán)路穩(wěn)定輸出低溫漂的工作頻率，產(chǎn)生一定精度的頻率信號。該內(nèi)置振蕩電路不僅在工藝、溫度偏差和電源電壓偏差的情況下有較高的穩(wěn)定性，可以輸出一個穩(wěn)定的時鐘信號，而且其頻率信號范圍廣，可以適用于多種應用場合。而在一些對成本控制要求不高、時鐘精度要求很高的系統(tǒng)中，可以利用鎖相環(huán)電路來產(chǎn)生精度極高的時鐘信號，以滿足不同客戶和系統(tǒng)的要求。
[0079]下面對各個模塊及該時鐘發(fā)生器的工作過程做詳細描述。
[0080]基本電流廣生電路41用于廣生基準電流Ib。圖5不出了基本電流廣生電路41的一個非限制性實例，包括:第一運算放大器Al，其第一輸入端接收預設的第一參考電壓Vref ;第一放大管Ml,其控制端連接第一運算放大器Al的輸出端,其第一端連接電源VDDA,其第二端連接第一運算放大器Al的第二輸入端，該第一放大管Ml例如可以是MOS晶體管，其控制端為MOS晶體管的柵極，其第一端和第二端分別為MOS晶體管的源極和漏極；可修調(diào)電阻Rp+Rn，該第一放大管Ml的第二端經(jīng)由可修調(diào)電阻Rp+Rn接地；鏡像電路，對流經(jīng)第一放大管Ml的電流做鏡像，該鏡像電路的輸出端作為基本電流產(chǎn)生電路的輸出端，該鏡像電路可以包括一個或多個鏡像管Mpl，該一個或多個鏡像管Mpl的控制端連接第一放大管Ml的控制端，該一個或多個鏡像管Mpl的第一端連接第一放大管Ml的第一端，該一個或多個鏡像管Mpl的第二端作為鏡像電路的輸出端。
[0081 ] 作為一個優(yōu)選的實施例，圖5所示的實例中，可修調(diào)電阻Rp+Rn包括串聯(lián)的正溫度系數(shù)電阻和負溫度系數(shù)電阻；該鏡像電路包括一個鏡像管Mpl，其控制端連接第一放大管Ml的控制端，其第一端連接第一放大管Ml的第一端，其第二端作為鏡像電路的輸出端，用于輸出基準電流lb。其中，鏡像管Mpl可以是MOS晶體管，但并不限于此。
[0082]另外，鏡像電路還可以包括級聯(lián)的鏡像電路結(jié)構(gòu)，從而進一步減少鏡像電流的溫度系數(shù)，使得輸出的電流基本上與溫度無關(guān)。
[0083]此外，鏡像電路還可以包括多個鏡像管Mpl，采用多路可修調(diào)鏡像電路，從而增加控制位，以增加輸出頻率粗調(diào)的范圍，達到要求的輸出頻率。
[0084]再者，因為工藝偏差帶來的電阻阻值的偏差，可修調(diào)電阻Rp+Rn也可以由多位控制位控制，從而增加電阻的調(diào)節(jié)范圍，控制輸出頻率精調(diào)范圍，以達到要求的輸出頻率。
[0085]仍然參考圖4，頻率-電流轉(zhuǎn)化電路45將非重疊信號產(chǎn)生電路44產(chǎn)生的兩路非重疊的時鐘信號CLKl和CLK2轉(zhuǎn)化為反饋電流1ut ;電流比較器42用于將頻率-電流轉(zhuǎn)化電路45產(chǎn)生的反饋電流1ut與基本電流產(chǎn)生電路41產(chǎn)生的基準電流Ib做比較。
[0086]參考圖6，圖6示出了頻率-電流轉(zhuǎn)化電路和電流比較器的一個非限制性實例。其中，頻率-電流轉(zhuǎn)化電路包括45包括:第二運算放大器A2，其第一輸入端接收預設的第二參考電壓Vb ;第二放大管M4，其控制端連接第二運算放大器A2的輸出端，其第二端連接第二運算放大器A2的第二輸入端；第一開關(guān)K1，其第一端連接第二放大管M4的第二端，其控制端接收非重疊信號產(chǎn)生電路輸出的第一時鐘信號CLKl ;充放電電容Ce，其第一端連接第一開關(guān)Kl的第二端，其第二端接地；第二開關(guān)K2，其第一端連接充放電電容Ce的第一端，其第二端接地；電流輸出模塊，連接第二放大管M4的第一端，第二放大管M4的第一端經(jīng)由該電流輸出模塊輸出反饋電流1ut ;濾波電容Cb，其第一端連接第二運算放大器A2的第二端，其第二端接地，該濾波電容Cb可以減小內(nèi)置振蕩電路的相位噪聲。其中，第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2用于控制充放電電容Ce進行充電或放電，以形成等效電阻模塊。
[0087]其中，作為一個非限制性的例子，電流輸出模塊可以包括:第一輸出管M6，其第一端連接電源VDDA，其控制端連接第二放大管M4的第一端；第二輸出管M5，其第一端連接第一輸出管M6的第二端，其第二端連接第二放大管M4的第一端。第二放大管M4、第一輸出管M6以及第二輸出管M5都可以是MOS晶體管，但并不限于此。
[0088]電流比較器42可以包括:第一鏡像管M7，其第一端連接電源VDDA，其控制端連接第一輸出管M6的控制端；第二鏡像管M8，其第一端連接第一鏡像管M7的第二端，其控制端連接第一鏡像管M7的控制端，其第二端作為電流比較器42的輸出端；極點電容C10，其第一端連接電源VDDA，其第二端連接第二鏡像管M8的第二端；鏡像模塊，其第一鏡像輸入端連接第二鏡像管M8的第二端，其第二鏡像輸入端接收基本電流產(chǎn)生電路輸出的基準電流Ib0其中，第一鏡像管M7和第二鏡像管M8與第二輸出管M5和第一輸出管M6形成鏡像電流結(jié)構(gòu)。第一鏡像管M7、第二鏡像管M8例如都可以是MOS晶體管。
[0089]作為一個非限制性的例子，鏡像模塊可以包括第九MOS晶體管M9、第十MOS晶體管M10、第十一 MOS晶體管至第十二 MOS晶體管M12，第九MOS晶體管M9的漏極連接第二鏡像管M8的第二端，第九MOS晶體管M9的源極接第十MOS晶體管MlO的漏極，第九MOS晶體管M9的柵極接第十一 MOS晶體管Mll的柵極，第十MOS晶體管MlO的源極接地，第十MOS晶體管MlO的柵極接第十二 MOS晶體管M12的柵極和第十一 MOS晶體管Mll的源極，第十二MOS晶體管M12的漏極接地，第十一 MOS晶體管Mll的漏極接收基準電流lb。其中，極點電容ClO使得電流比較器42輸出的控制電壓Vctr產(chǎn)生一個極點，從而穩(wěn)定整個內(nèi)置振蕩電路。
[0090]仍然參考圖4，濾波電路21對電流比較器42的輸出信號進行濾波，以得到控制電壓Vctr?？梢园?第一電容Cl,其第一端連接濾波電路的輸入端,其第二端接地；第一電阻R，其第一端連接濾波電路的輸入端；第二電容C2，其第一端連接第一電阻Rl的第二端，其第二端接地；第三開關(guān)K3，其第一端連接第一電阻Rl的第一端，其第二端連接第一電阻Rl的第二端，其 控制端接收與使能信號En相關(guān)聯(lián)的控制信號(例如，該控制信號可以是使能信號En經(jīng)過反相后的反相信號K3_c)，該時鐘發(fā)生器的輸出信號fout為該內(nèi)置振蕩電路的輸出信號時，該控制信號控制第三開關(guān)K3閉合，時鐘發(fā)生器的輸出信號fout為該鎖相環(huán)電路的輸出信號時，控制信號控制第三開關(guān)K3斷開。換言之，當該時鐘發(fā)生器用作內(nèi)置振蕩電路時，鎖相環(huán)電路的相關(guān)模塊關(guān)斷，第三開關(guān)K3閉合，使得濾波電路21的有效元件為第一電容Cl和第二電容C2 ;當該時鐘發(fā)生器用作鎖相環(huán)電路時，內(nèi)置振蕩電路的相關(guān)模塊關(guān)斷，第三開關(guān)K3斷開，使得濾波電路21的有效元件為第一電容Cl、第二電容C2以及第一電阻Rl，濾波電路21等效為RC低通濾波器。采用這樣的濾波電路21，濾波電路21在用于內(nèi)置振蕩電路和鎖相環(huán)電路時其頻率響應曲線具有較為均衡的零極點分布。
[0091]當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，圖4所示的濾波電路21僅是優(yōu)選的實例，該濾波電路21還可以采用其他適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)，例如常規(guī)的低通濾波器，其在用于內(nèi)置振蕩電路和鎖相環(huán)電路時可以具有固定的結(jié)構(gòu)。
[0092]仍然參考圖4，該振蕩器電路43在控制電壓Vctr的控制下產(chǎn)生輸出信號fout，控制電壓Vctr對振蕩器電路43產(chǎn)生的輸出信號fout的頻率進行反饋矯正，直至該輸出信號fout的頻率穩(wěn)定。作為一個非限制性的例子，該振蕩器電路43可以是環(huán)形振蕩器，該振蕩器電路43的輸出信號fout作為整個時鐘發(fā)生器的輸出信號，另外，該振蕩器電路43的另一輸出信號foutl通常可以和輸出信號fout相同,但另一輸出信號foutl也可以是與輸出信號fout相關(guān)聯(lián)的一個頻率信號。該振蕩器電路43例如可以是環(huán)形振蕩器，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，該環(huán)形振蕩器包括多個壓控振蕩器71 (例如，圖7所示的例子中包括4個壓控振蕩器71)，多個壓控振蕩器71的輸入端和輸出端依次串聯(lián)形成環(huán)狀，多個壓控振蕩器71的控制端連接在一起作為整個環(huán)形振蕩器的控制輸入端，該控制輸入端接收控制電壓Vctr。環(huán)形振蕩器的輸出的頻率受控制電壓Vctr控制，例如，隨著控制電壓Vctr的減小，輸出信號的頻率增加。通過選擇環(huán)形振蕩器的結(jié)構(gòu)以及通過適當?shù)膮?shù)設計，環(huán)形振蕩器可以在不同溫度下工作在相同的頻率。例如，環(huán)形振蕩器中的延時單元可以采用正反饋技術(shù)來調(diào)節(jié)延遲單元的延遲時間，從而改變電路的頻率信號。
[0093]進一步而言，結(jié)合圖4、圖6和圖7，在內(nèi)置振蕩電路穩(wěn)定工作時，其輸出頻率可以是:
[0094](out =-
L 」Cc-(RprRn)
[0095]其中，fout為內(nèi)置振蕩電路的輸出頻率，Ce為充放電電容Ce的電容值，(Rp+Rn)為可修調(diào)電阻Rp+Rn的電阻值，K為比例系數(shù),對于確定的電路結(jié)構(gòu)，K為常數(shù)。
[0096]非重疊信號產(chǎn)生電路44根據(jù)振蕩器電路43的輸出信號foutl產(chǎn)生非重疊的時鐘信號CLKl和CLK2，例如，該時鐘信號CLKl和CLK2可以是同頻不同相的兩路信號。
[0097]繼續(xù)參考圖4，該時鐘發(fā)生器中的鎖相環(huán)電路可以包括:鑒頻鑒相電路49，其第一輸入端接收參考頻率信號fref ;電荷泵電路48，其輸入端連接鑒頻鑒相電路49的輸出端；濾波電路21，其輸入端連接電荷泵電路48的輸出端；振蕩器電路43，其輸入端連接濾波電路21的輸出端，其輸出端連接鑒頻鑒相電路49的第二輸入端。
[0098]其中，參考頻率信號fref可以通過晶振以及晶體振蕩器電路20來提供。通常，晶振和晶體振蕩器電路20可以設置在片外，也就是和時鐘發(fā)生器并非集成在同一個芯片上。鑒頻鑒相電路49、電荷泵電路48可以采用現(xiàn)有技術(shù)中任何適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)，這里不再贅述。
[0099]所述鑒頻鑒相電路49將輸入基準信號fref與振蕩器電路43的輸出信號fout進行比較，并且輸出用于控制電荷泵電路48的信號。電荷泵電路48根據(jù)鑒頻鑒相電路49的輸出信號輸出在流入方向或者流出方向上的電流，濾波電路21接收來自電荷泵電路48的電流信號，并且移除包括在電流信號中的高頻噪聲，產(chǎn)生用于控制振蕩器電路43的控制電壓Vctr。控制電壓Vctr控制振蕩器電路43產(chǎn)生輸出信號foutl和fout。輸出信號foutl和輸入基準信號fref再次進行比較，該比較過程反復進行，直到輸出信號foutl和輸入基準信號fref兩個信號相等為止。
[0100]為了得到高精度、高穩(wěn)定性的時鐘輸出信號，鎖相環(huán)電路將振蕩器電路43產(chǎn)生的輸出信號foutl與輸入基準信號fref在相位和頻率上實現(xiàn)同步，該輸入基準信號可以具有低噪聲和高精度(一般為Ι-lOOppm)，因而鎖相環(huán)電路產(chǎn)生的時鐘為高精度、低噪聲的輸出信號。在鎖相環(huán)電路的工作過程中，振蕩器電路43的輸出信號foutl可能受到溫度、工藝偏差和電源電壓等環(huán)境的影響，例如假設溫度上升時，控制電壓Vctr瞬間未改變，振蕩器電路43的輸出信號fout的頻率下降，那么鑒頻鑒相電路49的輸出信號控制電荷泵電路48的電流。當輸出信號foutl的頻率比輸入基準信號fref的頻率大時，電荷泵電路48的電流流出濾波電路21，控制電壓Vctr下降，振蕩器電路43的輸出信號foutl的頻率增加；當輸出信號foutl的頻率比輸入基準信號fref的頻率小時，電荷泵電路48的電流流入濾波電路21，控制電壓Vctr上升，振蕩器電路43的輸出信號foutl的頻率降低；上述比較過程一直進行，直到振蕩器電路43的輸出信號foutl和輸入基準信號fref的頻率相同為止。如上所述，輸出信號foutl可以和整個時鐘發(fā)生器的輸出信號fout相同，也可以具有某種適當?shù)年P(guān)聯(lián)關(guān)系。
[0101]鑒頻鑒相電路49將輸入基準信號fref與振蕩器電路43的輸出信號fout進行比較，并且輸出用于控制電荷泵電路48的信號。電荷泵電路48根據(jù)鑒頻鑒相電路49的輸出信號輸出在流入方向或者流出方向上的電流，濾波電路21接收來自電荷泵電路48的電流信號，并且移除包括在電流信號中的高頻噪聲，產(chǎn)生用于控制振蕩器電路43的控制電壓Vctr0控制電壓Vctr控制振蕩器電路43產(chǎn)生輸出信號foutl和fout。輸出信號foutl和輸入基準信號fref再次進行比較，該比較過程反復進行，直到輸出信號foutl和輸入基準信號fref兩個信號相等為止。
[0102]進一步而言，在內(nèi)置振蕩電路的工作過程中，為了穩(wěn)定輸出信號的頻率、降低成本，本實施例采用閉環(huán)電路結(jié)構(gòu)，全片上集成，對頻率信號的這些偏差進行補償，產(chǎn)生高精度的頻率信號。環(huán)形振蕩器13的頻率信號的受到溫度、工藝偏差和電源電壓等環(huán)境的影響，例如假設溫度上升時，控制電壓Vctr瞬間未改變，則振蕩器電路43的輸出信號foutl的頻率下降，那么非重疊信號產(chǎn)生電路44輸出的時鐘信號CLKl和CLK2的頻率下降，故頻率-電流轉(zhuǎn)化電路45輸出的反饋電流1ut開始降低，而基準電流Ib保持不變，所以電流比較器42的輸出信號幅度下降,相應地,控制電壓Vctr下降,則振蕩器電路43的輸出信號foutl的頻率隨控制電壓Vctr的下降而增大，頻率-電流轉(zhuǎn)化電路45輸出的反饋電流1ut隨之增大，由此，負反饋調(diào)節(jié)一直進行，直到輸出的反饋電流1ut和基準電流Ib相等，即內(nèi)置振蕩電路的環(huán)路再次穩(wěn)定為止；同樣，當溫度下降時，也發(fā)生相同的負反饋調(diào)節(jié)過程，直至內(nèi)置振蕩電路的環(huán)路再次穩(wěn)定為止。
[0103]第二實施例
[0104]第二實施例的時鐘發(fā)生器的結(jié)構(gòu)如圖8所示，其結(jié)構(gòu)與圖4的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于增設了分頻器電路47以及穩(wěn)壓產(chǎn)生器46。其中，分頻器電路47的輸入端連接振蕩器電路43的輸出端，分頻器電路47的輸出端連接非重疊信號產(chǎn)生電路44的輸入端以及鑒頻鑒相電路49的第二輸入端。穩(wěn)壓產(chǎn)生器46接收一外部電源VDD,將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定輸出的電源信號VDDA以供時鐘發(fā)生器中的各個模塊使用。另外，穩(wěn)壓產(chǎn)生器46還可以利用外部電源VDD產(chǎn)生穩(wěn)定的參考電壓,例如第一參考電壓Vref、第二參考電壓Vb等。其中，第一參考電壓Vref、第二參考電壓Vb可以相同，也可以不同。
[0105]在內(nèi)置振蕩電路工作時，分頻器電路47對振蕩器電路43的輸出信號foutl進行分頻后，將分頻后的信號fd傳輸至非重疊信號產(chǎn)生電路44。進一步而言，非重疊信號產(chǎn)生電路44產(chǎn)生的時鐘信號CLKl和CLK2經(jīng)過頻率-電流轉(zhuǎn)化電路45，增加設置分頻器電路47能夠使頻率-電壓轉(zhuǎn)化電路45穩(wěn)定工作。
[0106]在鎖相環(huán)電路工作時，分頻器電路47對振蕩器電路43的輸出信號foutl進行分頻后，將分頻后的信號fd傳輸至鑒頻鑒相電路49的第二輸入端。增加分頻器電路47，能夠使鑒頻鑒相電路49穩(wěn)定工作。
[0107]更加具體地，在實際工藝生產(chǎn)過程中，內(nèi)置振蕩電路的輸出信號fout的頻率的溫度偏差取主要決于環(huán)路鎖定以后電阻和電容的溫度特性。通常，實際工藝中電容的溫度系數(shù)在每攝氏度10_6次量級，而單個電阻的溫度系數(shù)在10_3次量級，所以溫度系數(shù)主要由電阻溫度特性決定。為了在-20°C?85°C溫度范圍內(nèi)達到1%以內(nèi)偏差，需要對電阻溫度系數(shù)進行補償，因此，本實施例的基本電流產(chǎn)生電路中的可修調(diào)電阻選用正溫度系數(shù)電阻和負溫度系數(shù)電阻串聯(lián)互補，使得可修調(diào)電阻不受溫度的影響。
[0108]對于圖8所不的時鐘發(fā)生器,在內(nèi)置振蕩電路工作時，當輸出信號fout穩(wěn)定時,輸出信號fout的頻率為:
【權(quán)利要求】
1.一種時鐘發(fā)生器,其特征在于,包括: 內(nèi)置振蕩電路； 與所述內(nèi)置振蕩電路I禹合的鎖相環(huán)電路，該鎖相環(huán)電路與所述內(nèi)置振蕩電路共用振蕩器電路和濾波電路； 其中，在使能信號的控制下，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號為該內(nèi)置振蕩電路的輸出信號或該鎖相環(huán)電路的輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述內(nèi)置振蕩電路包括: 基本電流產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生基準電流； 電流比較器，其第一輸入端與所述基本電流產(chǎn)生電路的輸出端相連； 所述濾波電路，其輸入端連接所述電流比較器的輸出端，該濾波電路對所述電流比較器輸出的比較信號進行濾波以產(chǎn)生控制電壓； 所述振蕩器電路，其輸入端連接所述濾波電路的輸出端，該振蕩器電路在所述控制電壓的控制下產(chǎn)生輸出信號； 非重疊信號產(chǎn)生電路，其輸入端連接所述振蕩器電路的輸出端，該非重疊信號產(chǎn)生電路根據(jù)所述振蕩器電路的輸出信號產(chǎn)生非重疊的至少兩路時鐘信號； 頻率-電流轉(zhuǎn)化電路 ，其輸入端連接所述非重疊信號產(chǎn)生電路的輸出端，其輸出端連接所述電流比較器的第二輸入端，該頻率-電流轉(zhuǎn)化電路將所述非重疊信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的至少兩路時鐘信號轉(zhuǎn)化為反饋電流，該電流比較器將該反饋電流與所述基本電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的基準電流做比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述內(nèi)置振蕩電路還包括:分頻器電路，所述振蕩器電路的輸出端經(jīng)由所述分頻器電路連接所述非重疊信號產(chǎn)生電路的輸入端，該分頻器對所述振蕩器電路的輸出信號進行分頻。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述基本電流產(chǎn)生電路包括: 第一運算放大器，其第一輸入端接收預設的第一參考電壓； 第一放大管，其控制端連接所述第一運算放大器的輸出端，其第一端連接電源，其第二端連接所述第一運算放大器的第二輸入端； 可修調(diào)電阻，所述第一放大管的第二端經(jīng)由所述可修調(diào)電阻接地； 鏡像電路，對流經(jīng)所述第一放大管的電流做鏡像，該鏡像電路的輸出端作為所述基本電流產(chǎn)生電路的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述可修調(diào)電阻包括串聯(lián)的正溫度系數(shù)電阻和負溫度系數(shù)電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述鏡像電路包括一個或多個鏡像管，該一個或多個鏡像管的控制端連接所述第一放大管的控制端，該一個或多個鏡像管的第一端連接所述第一放大管的第一端，該一個或多個鏡像管的第二端作為所述鏡像電路的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述頻率-電流轉(zhuǎn)化電路包括: 第二運算放大器，其第一輸入端接收預設的第二參考電壓； 第二放大管，其控制端連接所述第二運算放大器的輸出端，其第二端連接所述第二運算放大器的第二輸入端；第一開關(guān)，其第一端連接所述第二放大管的第二端，其控制端接收所述非重疊信號產(chǎn)生電路輸出的第一時鐘信號； 充放電電容，其第一端連接所述第一開關(guān)的第二端，其第二端接地； 第二開關(guān)，其第一端連接所述充放電電容的第一端，其第二端接地； 電流輸出模塊，連接所述第二放大管的第一端，所述第二放大管的第一端經(jīng)由該電流輸出模塊輸出反饋電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述頻率-電流轉(zhuǎn)化電路還包括:濾波電容，其第一端連接所述第二運算放大器的第二端，其第二端接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述電流輸出模塊包括: 第一輸出管，其第一端連接電源，其控制端連接所述第二放大管的第一端； 第二輸出管，其第一端連接所述第一輸出管的第二端，其第二端連接所述第二放大管的第一端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述電流比較器包括: 第一鏡像管，其第一端連接電源，其控制端連接所述第一輸出管的控制端； 第二鏡像管，其第一端連接所述第一鏡像管的第二端，其控制端連接所述第一鏡像管的控制端，其第二端作為所述電流比較器的輸出端； 極點電容，其第一端連接電源，其第二端連接所述第二鏡像管的第二端； 鏡像模塊，其第一鏡像輸入端連接所述第二鏡像管的第二端，其第二鏡像輸入端接收所述基本電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的基準電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，還包括:穩(wěn)壓產(chǎn)生器，用于提供所述第二參考電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述鎖相環(huán)電路包括: 鑒頻鑒相電路，其第一輸入端接收參考頻率信號，將該參考頻率信號與所述振蕩器電路的輸出信號進行比較并產(chǎn)生輸出信號，該鑒頻鑒相電路的輸出信號正比于所述參考頻率信號與所述振蕩器電路的輸出信號的相位差； 電荷泵電路，其輸入端連接所述鑒頻鑒相電路的輸出端，該電荷泵電路根據(jù)所述鑒頻鑒相電路的輸出信號產(chǎn)生電流信號； 所述濾波電路，其輸入端連接所述電荷泵電路的輸出端，所述濾波電路濾波產(chǎn)生控制信號; 所述振蕩器電路，其輸入端連接所述濾波電路的輸出端，其輸出端連接所述鑒頻鑒相電路的第二輸入端，該振蕩器電路在所述控制電壓的控制下產(chǎn)生輸出信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述鎖相環(huán)電路還包括:分頻器電路，所述振蕩器電路的輸出端經(jīng)由所述分頻器電路連接所述鑒頻鑒相電路的第二輸入端。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述濾波電路包括: 第一電容，其第一端連接所述濾波電路的輸入端，其第二端接地； 第一電阻，其第一端連接所述濾波電路的輸入端； 第二電容，其第一端連接所述第一電阻的第二端，其第二端接地；第三開關(guān)，其第一端連接所述第一電阻的第一端，其第二端連接所述第一電阻的第二端，其控制端接收與所述使能信號相關(guān)聯(lián)的控制信號，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號為該內(nèi)置振蕩電路的輸出信號時，所述控制信號控制所述第三開關(guān)閉合，所述時鐘發(fā)生器的輸出信號為該鎖相環(huán)電路的輸出信號時，所述控制信號控制所述第三開關(guān)斷開。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述振蕩器電路為環(huán)形振蕩器，包括多個壓控振蕩器，所述多個壓控振蕩器的輸入端和輸出端依次串聯(lián)形成環(huán)狀，所述多個壓控振蕩器的控制端連接在一起作為所述振蕩器電路的輸入端。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述內(nèi)置振蕩電路和鎖相環(huán)電路集成在同一芯片內(nèi)。
【文檔編號】H03L7/18GK203775188SQ201420152063
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】褚云飛, 胡鐵剛, 陳明潔 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司