一種極低功耗石英晶體振蕩電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石英晶體振蕩器電路的技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種低功耗高精度的石英晶體振蕩器電路，主要應(yīng)用于實(shí)時時鐘振蕩、時間計量電路、時鐘系統(tǒng)等與實(shí)時時鐘領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]石英實(shí)時時鐘是現(xiàn)實(shí)生活中普遍應(yīng)用的時間計量系統(tǒng)，具有時間精度高、一致性好、成本優(yōu)勢明顯等優(yōu)點(diǎn)。已廣泛的應(yīng)用與各種手表、時間顯示、計時收費(fèi)、標(biāo)準(zhǔn)時間、分時計量等領(lǐng)域。隨著石英成本的逐漸降低及半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，石英震蕩時鐘系統(tǒng)將逐漸取代傳統(tǒng)的時鐘系統(tǒng)成為主流的實(shí)時時鐘計量系統(tǒng)。目前采用鋁柵工藝制成的晶體諧振電路，其計時一致性差、電路調(diào)節(jié)能力不足、功耗較高，成為目前實(shí)時時鐘計量系統(tǒng)的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種減小石英晶體振蕩功耗的電路和方法，使石英晶體在納安級工作電流下穩(wěn)定振蕩。同時集成各種輔助的計時功能，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的集成度和一致性。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0005]一種極低功耗石英晶體振蕩電路，包括4個P型MOS管，4個N型MOS管，I個反相器，I個延遲單元，I個運(yùn)算放大器，2個電流源，兩個開關(guān)，所述的2個電流源包括維持電流源Ih和擎住電流源I y其特征在于，其電路連接方式為:
[0006]維持電流源Ih的下端與第一開關(guān)SI的上端連接；擎住電流源I亦下端與第二開關(guān)S2的上端連接；第一開關(guān)SI的下端與第二開關(guān)S2的下端、第一 N型MOS管匪I的漏極、第一 N型MOS管匪I的柵極、第二 N型MOS管匪2的柵極連接；第二 N型MOS管匪2的漏極與運(yùn)算放大器的反向輸入端、第一 P型MOS管PMl的漏極、第一 P型MOS管PMl的柵極、第二 P型MOS管PM2的柵極連接；第二 P型MOS管PM2的漏極與運(yùn)算放大器的偏置段連接；第三P型MOS管PM3的柵極與石英晶振的左端、第四N型MOS管NM4的柵極連接；第三P型MOS管PM3的漏極與石英晶振的右端、第四N型MOS管NM4的漏極、延遲單元左端連接；第四N型MOS管NM4的源級與運(yùn)算放大器的正向輸入端、第三N型MOS管匪3的漏級連接；第三N型MOS管匪3的柵極與運(yùn)算放大器的輸出端、第四P型MOS管PM4的漏級連接；第四P型MOS管PM4的柵極與延遲單元的右端、反相器的輸入端、第一開關(guān)SI的控制端連接；反相器的輸出端與第二開關(guān)S2的控制端連接；
[0007]維持電流源Ih的上端、擎住電流源I j勺上端、第一 P型MOS管PMl的源級、第二 P型MOS管PM2的源級、第三P型MOS管PM3的源級、第四P型MOS管PM4的源級與電源VDD連接；
[0008]第一 N型MOS管匪I的源級、第二 N型MOS管匪2的源級、第三N型MOS管匪3的源級與地GND連接。
[0009]所述運(yùn)算放大器為折疊式共源共柵放大器，包括3個P型MOS管、2個N型MOS管，其電路連接方式為:
[0010]第一 N型MOS管匪I的柵極與第一 N型MOS管匪I的漏級、第二 N型MOS管匪2的柵極、第二 P型MOS管PM2的漏極連接；第二 N型MOS管匪2的漏極與第三P型MOS管PM3的漏極、該運(yùn)算放大器的輸出端Vqut連接；第二 P型MOS管PM2的柵極與運(yùn)算放大器的正向輸入端VIP連接；第三P型MOS管PM3的柵極與運(yùn)算放大器的反向輸入端VIN連接；第二 P型MOS管PM2的源級與第三P型MOS管PM3的源級、第一 P型MOS管PMl的漏級連接；第一P型MOS管PMl的柵極與偏置電壓VBP連接；
[0011 ] 第一 P型MOS管MPl的源極電源VDD連接；
[0012]第一 N型MOS管匪I的源極、第二 N型MOS管匪2的源極地GND連接。
[0013]其工作原理如下:
[0014]石英晶體在起振階段以較大的電流工作。當(dāng)石英晶體穩(wěn)定振蕩一定時間后，通過減小石英晶體振蕩放大器的尾電流，使石英晶體在納安級工作電流下穩(wěn)定振蕩。
[0015]1.石英晶體的振蕩放大電路是由PM3和NM4管構(gòu)成，這兩個管子的工作電流是由NM3管的漏極電流和漏極電壓決定；
[0016]2.在石英晶體的起振階段，NMl管的漏極電流是由電流較大的電流源Ih供給；
[0017]3.在石英晶體的起振階段，VCl端為低電平，PM4管導(dǎo)通，這時匪3管的柵極電壓為VDD，從而使石英晶體的振蕩放大電路工作在較大工作電流下；
[0018]4.匪I管和匪2管以及PMl管和PM2管構(gòu)成電流鏡給運(yùn)算放大器OPA提供偏置電流；
[0019]5.運(yùn)算放大器OPA與匪3管構(gòu)成負(fù)反饋，運(yùn)算放大器OPA的輸出端接匪3管的柵極；
[0020]6.當(dāng)石英晶體穩(wěn)定振蕩一定時間后，VCl端變?yōu)楦唠娖剑琍M4管截止；NM3管的柵極電壓由運(yùn)算放大器OPA的輸出決定；
[0021]7.當(dāng)石英晶體穩(wěn)定振蕩一定時間后，NMl管的漏極電流是由電流很小的電流源込供給，從而使運(yùn)算放大器OPA的負(fù)極輸入端電壓升高，這導(dǎo)致匪3管的柵極電壓減小，漏極電壓升尚;
[0022]8.匪3管的漏極電壓升高導(dǎo)致振蕩放大電路PM3和NM4管的工作電流減小，從而使石英晶體振蕩電路在極低工作電流下工作。
[0023]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0024]結(jié)構(gòu)簡單，用于芯片制造時成本低的具有高階補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓源，能夠分別對基準(zhǔn)電壓的高溫、低溫部分進(jìn)行補(bǔ)償，得到一個低溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓，有效提高基準(zhǔn)電壓源的精度。
[0025]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0026]I)本實(shí)用新型所述的一種低功耗高精度的石英晶體振蕩器電路，提供了一種低功耗的控制技術(shù)，將電路的工作分為兩個階段，起振階段電路的功耗較大，完成電路在各種復(fù)雜條件下的起振，待電路正常工作之后，電路的功耗通過控制尾電流和振蕩器的振幅，減小電路功耗，可將振蕩器的工作電流降低到200nA以下，維持電路的正常工作；
[0027]2)本實(shí)用新型同時內(nèi)部集成運(yùn)算放大器，延遲單元，高精度電流源和石英起振電路大大減小了系統(tǒng)的器件開銷。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實(shí)用新型電路圖；
[0029]圖2為本實(shí)用新型所述的運(yùn)算放大器電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明:
[0031]如圖1所示，一種極低功耗石英晶體振蕩電路，包括4個P型MOS管，4個N型MOS管，I個反相器，I個延遲單元(Delay)，I個運(yùn)算放大器(0ΡΑ)