一種高線性度的張弛振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種顯著提高線性度的張弛振蕩器，包括振蕩電路，參考電平自調(diào)節(jié)電路和傳輸門選擇信號(hào)產(chǎn)生電路，通過(guò)檢測(cè)振蕩電路中充放電電容的電壓峰值，求出由于控制電路的延時(shí)導(dǎo)致的電容電壓過(guò)充量，從而把振蕩電路中的比較器參考電平減小相應(yīng)的量作為新的參考電平來(lái)使得充放電電容的振蕩幅度剛好為理論值，在新的參考電平大于零時(shí)，張弛振蕩器消除了充放電電容由于控制電路的延時(shí)導(dǎo)致的電容電壓過(guò)充對(duì)輸出頻率產(chǎn)生的影響，顯著地提高了張弛振蕩器的頻率-控制電路的線性度，傳輸門選擇信號(hào)產(chǎn)生電路通過(guò)控制傳輸門為比較器提供起始參考電平，在新的參考電平生成后，將其傳送到比較器的反相端，而將初始參考電平與比較器反相端隔離。
【專利說(shuō)明】一種高線性度的張弛振蕩器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及CMOS集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種高線性度的張弛振蕩器，通過(guò)比較器參考電平自調(diào)節(jié)從而顯著提高頻率-控制電流線性度。
【背景技術(shù)】
[0002]在大規(guī)模集成電路中，時(shí)鐘信號(hào)一般由振蕩器產(chǎn)生的。張弛振蕩器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，易于集成，而且功耗也相對(duì)較小，是振蕩器里面應(yīng)用最廣的時(shí)鐘產(chǎn)生電路。
[0003]在信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)恢復(fù)等的應(yīng)用中，要求所使用的張弛振蕩器的頻率-控制電流具有很高的線性度，從而減小失真，同時(shí)也可以增大該張弛振蕩器的頻率范圍。在張弛振蕩器中，頻率-控制電流的線性度和充放電電容振蕩幅度的控制電路的延時(shí)有關(guān)。因此，要提高振蕩器的線性度，最大化振蕩器的頻率就必須將控制電路的延時(shí)影響降到最小。而在時(shí)鐘恢復(fù)電路中，為了獲得更大的動(dòng)態(tài)范圍，要求張弛振蕩器電路具有小的抖動(dòng)，張弛振蕩器電路的抖動(dòng)是由于電路本身的噪聲引起的在翻轉(zhuǎn)閾值電平處存在的微小擾動(dòng)，而具有小的抖動(dòng)的張弛振蕩器電路要求增大其充放電電容的振蕩幅度。
[0004]在現(xiàn)有的技術(shù)中，張弛振蕩器有許多不同的結(jié)構(gòu)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的張弛振蕩器的共同要求就是精度高和在高頻時(shí)頻率-控制電流仍具有良好的線性度。但現(xiàn)有的張弛振蕩器都存在著一些不足。
[0005]圖1示出了單個(gè)定時(shí)電容的電流控制張弛振蕩器，包括充電電流源Ictog^放電電流源Idi— PMOS管MUNMOS管M2，定時(shí)電容C，第一比較器COMPl、第二比較器C0MP2，RS觸發(fā)器。RS觸發(fā)器的輸出端Q接PMOS管Ml和NMOS管M2的柵端。根據(jù)RS觸發(fā)器輸出端Q的信號(hào)的不同，PMOS管Ml和NMOS管M2交替導(dǎo)通和關(guān)斷，充電電流源Idmge、放電電流源Idischarge交替地給定時(shí)電容C充電和放電。
[0006]單個(gè)定時(shí)電容的電流控制張弛振蕩器的工作過(guò)程如下:
[0007]過(guò)程1:當(dāng)RS觸發(fā)器的輸出端Q為低電平，PMOS管Ml開(kāi)啟、NMOS管M2關(guān)斷，充電電流源Ictoge給定時(shí)電容C充電，當(dāng)定時(shí)電容C上的電壓上升超過(guò)上閾值電壓VH時(shí)，第一比較器COMPl輸出高電平，RS觸發(fā)器處于置位狀態(tài)，輸出端Q輸出高電平；
[0008]過(guò)程2:當(dāng)RS觸發(fā)器的輸出端Q輸出高電平，PMOS管Ml關(guān)斷、NMOS管M2開(kāi)啟，放電電流源Idisdmge開(kāi)始給定時(shí)電容C放電，C上的電壓下降，當(dāng)定時(shí)電容C上的電壓下降到小于下閾值電壓VL時(shí),第二比較器C0MP2輸出高電平,RS觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài),輸出端Q輸出低電平；
[0009]RS觸發(fā)器輸出端Q為低電平，回到初始狀態(tài)，然后依次重復(fù)上面兩個(gè)過(guò)程。
[0010]單個(gè)定時(shí)電容的電流控制張弛振蕩器的電容上的電壓在上閾值電壓VH和下閾值電壓VL之間來(lái)回振蕩。如果控制電路(圖1中的C0MP1、C0MP2和RS觸發(fā)器)的延時(shí)可以被忽略，且設(shè)Idmge=Itiisdmge=I,則振蕩器的周期和頻率為
【權(quán)利要求】
1.一種高線性度的張弛振蕩器，其特征是:包括振蕩電路、參考電平自調(diào)節(jié)電路和傳輸門選擇信號(hào)產(chǎn)生電路，其中: 振蕩電路包括電流源I，四個(gè)控制開(kāi)關(guān)S1、S2、S3、S4，兩個(gè)充放電電容Cl、C2，兩個(gè)比較器COMPl、C0MP2和一個(gè)RS觸發(fā)器，電流源I的負(fù)極連接電源VDD，電流源I的正極分別連接控制開(kāi)關(guān)SI及S3的一端，控制開(kāi)關(guān)SI的另一端連接控制開(kāi)關(guān)S2的一端、充放電電容Cl的一端以及比較器COMPl的同相端，充放電電容Cl的另一端及控制開(kāi)關(guān)S2的另一端均接地GND，控制開(kāi)關(guān)S1、S2的控制端互連并與RS觸發(fā)器的輸出端Q連接；控制開(kāi)關(guān)S3的另一端連接控制開(kāi)關(guān)S4的一端、充放電電容C2的一端以及比較器C0MP2的同相端，充放電電容C2的另一端及控制開(kāi)關(guān)S4的另一端均接地GND，控制開(kāi)關(guān)S3、S4的控制端互連并與RS觸發(fā)器的輸出端Q連接；比較器COMPl的輸出端連接RS觸發(fā)器的S輸入端，比較器C0MP2的輸出端連接RS觸發(fā)器的R輸入端，比較器COMPl的反相端與比較器C0MP2的反相端互連；參考電平自調(diào)節(jié)電路包括峰值檢測(cè)與保持電路、減法器及一對(duì)傳輸門TGl和TG2，峰值檢測(cè)與保持電路的輸入端連接振蕩電路中充放電電容Cl與比較器COMPl同相端的連接端，峰值檢測(cè)與保持電路的輸出連接減法器的一個(gè)輸入端，減法器另一個(gè)輸入端連接2倍的起始參考電平2Vref，傳輸門TGl和TG2結(jié)構(gòu)相同，傳輸門TGl包括PMOS管M9及NMOS管MlO，PMOS管M9的源極與NMOS管MlO的漏極互連并連接起始參考電平Vref，PMOS管M9的漏極與NMOS管MlO的源極互連，傳輸門TG2包括PMOS管Mll及NMOS管M12，PMOS管Mll的源極與NMOS管M12的漏極互連并連接減法器的輸出端，PMOS管Mll的漏極與NMOS管M12的源極互連并與PMOS管M9的漏極與NMOS管MlO的源極互連端連接后連接至振蕩電路中比較器COMPl的反相端與比較器C0MP2的反相端的互連端，傳輸門TGl中PMOS管M9的柵極與傳輸門TG2中PMOS管Mll的柵極互連； 傳輸門選擇信號(hào)產(chǎn)生電路包括PMOS管M7、M8，電容C3及反相器INV，PMOS管M7的源極連接電源VDD，PM0S管M7的漏極連接PMOS管M8的源極，PMOS管M8的漏極與電容C3的一端及反相器INV的輸入端連接，電容C3的另一端接地，PMOS管M71的柵極與PMOS管M8的柵極互連并連接偏置信號(hào)VB，電容C3的非接地端的信號(hào)為Vlil，該信號(hào)分別連接到參考電平自調(diào)節(jié)電路中傳輸門TGl和TG2中PMOS管M9及NMOS管M12的柵極，反相器INV的輸出信號(hào)為5，該信號(hào)連接到參考電平自調(diào)節(jié)電路中傳輸門TGl中PMOS管M9的柵極與傳輸門TG2中PMOS管Mll的柵極互連端； 上述電路通過(guò)峰值檢測(cè)與保持電路來(lái)檢測(cè)振蕩電路中充放電電容Cl的電壓峰值，求出由于比較器COMPl、C0MP2和RS觸發(fā)器構(gòu)成的控制電路的延時(shí)導(dǎo)致的電容Cl上的電壓過(guò)充量，由于電容Cl的充電電流和理論參考電平與電容C2都相同，所以電容Cl和C2上的電壓過(guò)充量也相同，因此把振蕩電路中的比較器參考電平COMPl和C0MP2減小相應(yīng)的過(guò)充量作為新的參考電平來(lái)使得充放電電容Cl和C2的振蕩幅度剛好為理論值，傳輸門選擇信號(hào)產(chǎn)生電路通過(guò)控制傳輸門TGl和TG2為比較器COMPl和C0MP2提供起始參考電平，在新的參考電平生成后，將其傳送到比較器COMPl和C0MP2的反相端，而將初始參考電平與比較器COMPl和C0MP2的反相端隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高線性度的張弛振蕩器，其特征是:所述參考電平自調(diào)節(jié)電路中的峰值檢測(cè)與保持電路包括運(yùn)算放大器AMPl和AMP2、三極管BJT及電容C4，運(yùn)算放大器AMPl的正輸入端連接振蕩電路中充放電電容Cl與比較器COMPl同相端的連接端，運(yùn)算放大器AMPl的負(fù)輸入端連接三極管BJT的發(fā)射極、運(yùn)算放大器AMP2的正輸入端以及電容C4的一端，電容C4的另一端接地GND，三極管BJT的基極與集電極互連并連接運(yùn)算放大器AMPl的輸出端，運(yùn)算放大器AMP2的負(fù)輸入端與運(yùn)算放大器AMP2的輸出端互連； 所述減法器包括運(yùn)算放大器AMP3和電阻Rl、R2、R3及R4，電阻Rl的一端連接峰值檢測(cè)與保持電路中運(yùn)算放大器AMP2的輸出端，電阻Rl的另一端連接電阻R2的一端和運(yùn)算放大器AMP3的負(fù)輸入端，電阻R3的一端連接2倍的起始參考電平2Vref，電阻R3的另一端連接電阻R4的一端和運(yùn)算放大器AMP3的正輸入端，電阻R4的另一端接地，電阻R2的另一端與運(yùn)算放大器AMP3的輸出端以及傳輸門TG2中PMOS管Mll的源極與NMOS管M12的漏極的互連端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高線性度的張弛振蕩器，其特征是:所述振蕩電路中的電流源I用兩個(gè)電流源Ip I2替換，電流源Ip I2的負(fù)極均連接電源VDD，電流源Ip I2的正極分別連接控制開(kāi)關(guān)SI及S3的一端；增設(shè)一個(gè)結(jié)構(gòu)相同的包括峰值檢測(cè)與保持電路、減法器及一對(duì)傳輸門TGl和TG2的參考電平自調(diào)節(jié)電路，一個(gè)參考電平自調(diào)節(jié)電路中的峰值檢測(cè)與保持電路的輸入端連接振蕩電路中比較器COMPl的同相端，一對(duì)傳輸門TGl和TG2的輸出端連接比較器COMPl的反相端，另一個(gè)參考電平自調(diào)節(jié)電路中的峰值檢測(cè)與保持電路的輸入端連接振蕩電路中比較器C0MP2的同相端，一對(duì)傳輸門TGl和TG2的輸出端連接比較器C0MP2的反相端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高線性度的張弛振蕩器，其特征是:所述振蕩電路中的兩個(gè)比較器COMPl、C0MP2均采用具有正反饋的遲滯比較器，兩個(gè)比較器COMPl、C0MP2均包括 PMOS 管 Ml 7、M18、M25、M26、M27，NMOS 管 M19、M20、M21、M22、M23、M24，其中 PMOS 管 Ml 7、M18的柵極分別為比較器的同 相Vin+及反向Vin-輸入端，PMOS管M17、M18的源極互連并與PMOS管M27的漏極連接，PMO S管M27的柵極連接偏置電壓Vb，PMOS管M27、M25、M26的源極均連接電源VDD，PMOS管M25、M26的柵極互連，PMOS管M25的漏極與柵極互連并連接NMOS管M23的漏極，PMOS管M26的漏極與NMOS管M24的漏極連接作為比較器的輸出端Vo，NMOS管M23、M20、M22的柵極互連并與NMOS管M20、PMOS管M17的漏極、NMOS管M21的漏極連接在一起，NMOS管M22的漏極與PMOS管M18的漏極、NMOS管M19的漏極以及NMOS管M21、M19、M24的柵極連接在一起，NMOS管M19、M20、M21、M22、M23、M24的源極均接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高線性度的張弛振蕩器，其特征是:所述參考電平自調(diào)節(jié)電路中的峰值檢測(cè)與保持電路和減法器中的三個(gè)運(yùn)算放大器AMPl、AMP2、AMP3均采用具有電阻R、電容C進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，三個(gè)運(yùn)算放大器AMP1、AMP2、AMP3均包括PMOS管M28、M29、M32、M34，NMOS 管 M30、M31、M33，電阻 R、電容 C ;其中 PMOS 管 M28、M29 的柵極分別為運(yùn)算放大器的負(fù)V-、正V+輸入端，PMOS管M28、M29的源極互連并連接PMOS管M32的漏極，PMOS管M32、M34的柵極互連并連接偏置電壓VB，PMOS管M32、M34的源極互連并連接電源VDD, PMOS管M28、M29的漏極分別連接NMOS管M30、M31的漏極，NMOS管M30、M31的柵極互連并連接NMOS管M30的漏極，PMOS管M34的漏極與NMOS管M33的漏極以及電容C的一端連接在一起并作為運(yùn)算放大器的輸出端0UT，電容C的另一端通過(guò)電阻R連接NMOS管M33的柵極、NMOS管M31的漏極及PMOS管M29的漏極，NMOS管M30、M31、M33的源極均接地。
【文檔編號(hào)】H03K3/023GK103546123SQ201310536184
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】孫偉鋒, 張?jiān)饰? 林吉勇, 祝靖, 錢欽松, 陸生禮, 時(shí)龍興 申請(qǐng)人:東南大學(xué)