一種與電源和溫度無關(guān)的高精度時鐘發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種時鐘發(fā)生器，特別是一種與電源和溫度無關(guān)的高精度時鐘發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展，各種通信系統(tǒng)迅速發(fā)展起來，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)內(nèi)部模塊間的通信都需要時鐘，為了使通信系統(tǒng)不沖突，國家出臺了各種標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范各種系統(tǒng)的時鐘，同時為了使通信準(zhǔn)確，都要求系統(tǒng)有高精度的時鐘。然而，一般集成電路中的時鐘發(fā)生器輸出的時鐘頻率會隨著電源和溫度的變化而變化，并且偏差比較大、精度不夠高，通常偏差在(20%)左右。這樣的精準(zhǔn)度已經(jīng)不能滿足一些系統(tǒng)對時鐘的要求。另外，由于集成電路工藝的偏差較大，大部分情況下都是芯片外部外加高精度晶振，從而使系統(tǒng)時鐘達到精準(zhǔn)。由晶體振蕩器的工作原理可知，外加晶體振蕩器的同時會引入片外電容元器件，同時也需要芯片內(nèi)部模塊電路與之匹配，才能起振;并且一般晶振的頻率較低，需要倍頻電路或者PLL電路才能得到想要的時鐘頻率。除此之外，晶振和片外電容會增加系統(tǒng)面積，影響集成度，并且會增加成本；內(nèi)部倍頻電路或者PLL電路有一定難度，并且片內(nèi)片外的匹配性不好，如果系統(tǒng)布局不好，易受干擾，影響時鐘的精準(zhǔn)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種與電源和溫度無關(guān)的高精度時鐘發(fā)生器。本發(fā)明解決其問題所采用的技術(shù)方案是:
一種與電源和溫度無關(guān)的高精度時鐘發(fā)生器，包括:
充放電網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置有兩個，所述兩個充放電網(wǎng)絡(luò)分別輪流處于充電、放電狀態(tài)，并根據(jù)其充放電狀態(tài)輪流輸出翻轉(zhuǎn)信號，所述兩個充放電網(wǎng)絡(luò)的充電時間相同；所述充放電網(wǎng)絡(luò)包括在指定時間內(nèi)完成充電的RC充放電單元，所述RC充放電單元由溫度系數(shù)相反的充放電電阻模塊和充放電電容模塊組成;數(shù)字觸發(fā)器處理模塊，根據(jù)翻轉(zhuǎn)信號控制所述兩個充放電網(wǎng)絡(luò)分別輪流處于充電、放電狀態(tài)，根據(jù)所述兩個充放電網(wǎng)絡(luò)的充電、放電狀態(tài)輸出時鐘信號。所述數(shù)字觸發(fā)器處理模塊為所述時鐘發(fā)生器產(chǎn)生精確50%占空比時鐘信號所需要的數(shù)字控制邏輯。
[0004]進一步地，所述充放電網(wǎng)絡(luò)還包括用于控制RC充放電單元充電的充電開關(guān)和用于控制RC充放電單元放電的放電開關(guān)，所述RC充放電單元還包括一個充電電壓輸出端，所述充電電壓輸出端放置于所述充放電電阻模塊和所述充放電電容模塊中間。
[0005]進一步地，所述充放電網(wǎng)絡(luò)還包括比較器，所述比較器包括用于連接VA參考電壓的參考電壓輸入端和用于連接RC充放電單元充電電壓輸出端的比較電壓輸入端;所述比較器通過比較RC充放電單元充電電壓和VA參考電壓輸出翻轉(zhuǎn)信號，當(dāng)所述RC充放電單元充電電壓和VA參考電壓相等時，所述比較器輸出翻轉(zhuǎn)信號;所述數(shù)字觸發(fā)器處理模塊的輸入端分別與所述兩個充放電網(wǎng)絡(luò)連接獲取其翻轉(zhuǎn)信號，所述數(shù)字觸發(fā)器處理模塊還包括兩個開關(guān)控制輸出端，所述的兩個開關(guān)控制輸出端分別交叉控制其中一個充放電網(wǎng)絡(luò)的充電開關(guān)和另一個充放電網(wǎng)絡(luò)的放電開關(guān)，所述數(shù)字觸發(fā)器處理模塊根據(jù)翻轉(zhuǎn)信號交替切換兩個開關(guān)控制輸出端的控制信號，使兩個充放電網(wǎng)絡(luò)交替處于充電狀態(tài)和放電狀態(tài)，根據(jù)充放電狀態(tài)，所述時鐘信號從所述數(shù)字觸發(fā)器處理模塊的時鐘信號輸出端輸出。
[0006]進一步地，所述充放電網(wǎng)絡(luò)還包括輸入電源電壓端口和地端口，所述輸入電源電壓端口、充電開關(guān)、充放電單元和地端口依次串聯(lián)連接，所述放電開關(guān)并聯(lián)設(shè)置在充放電電容模塊的兩端，所述充電電壓輸出端設(shè)置于充放電電阻模塊和充放電電容模塊之間。
[0007]進一步地，還包括VA參考電壓產(chǎn)生電路，所述輸入電源電壓端口、兩個分壓電阻和地端口依次串聯(lián)，穩(wěn)壓電容與接地的電阻并聯(lián)，所述VA參考電壓輸入端設(shè)置于兩個分壓電阻之間，所述VA參考電壓產(chǎn)生1/2 Vdd輸入電源電壓。
[0008]進一步地，所述充放電電阻模塊由兩個以上的電阻串聯(lián)組成，所述電阻為負溫度系數(shù)電阻，所述的每個電阻設(shè)置有與其并聯(lián)的電阻控制開關(guān);所述充放電電容模塊由兩個以上的電容并聯(lián)組成，所述電容為正溫度系數(shù)電容，所述的每個電容設(shè)置有與其串聯(lián)的電容控制開關(guān)。所述充放電電阻模塊中各個串聯(lián)的電阻其阻值依次呈級數(shù)遞增，所述充放電電容模塊中各個并聯(lián)的電容其容值依次呈級數(shù)遞增。還包括寄存器，連接所述充放電電阻模塊、充放電電容模塊的每個電阻控制開關(guān)和電容控制開關(guān)。所述充放電電阻模塊的電阻值和充放電電容模塊的電容值通過配置寄存器來調(diào)節(jié)大小及其精度。
[0009 ]因為所述充放電網(wǎng)絡(luò)的充電時間t=2iiRC，通過調(diào)整所述充放電電阻模塊的電阻值和充放電電容模塊的電容值即能決定所述充放電網(wǎng)絡(luò)的充電時間而不受電源電壓影響；另夕卜，設(shè)計所述充放電電阻模塊的阻值和充放電電容模塊的電容值，使得它們的乘積一定，溫度系數(shù)相互抵消，使得時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘大小與溫度無關(guān)。
[0010]進一步地，所述充放電網(wǎng)絡(luò)還包括測試開關(guān)和測試輸入電流源端，所述測試輸入電流源端、所述測試開關(guān)與所述充放電單元依次串聯(lián)。所述時鐘發(fā)生器生產(chǎn)完成后，根據(jù)以下方法修調(diào)所述充放電網(wǎng)絡(luò):先調(diào)節(jié)所述充放電電阻模塊，再調(diào)節(jié)所述充放電電容模塊。修調(diào)所述充放電電阻模塊時，斷開所述充電開關(guān)，閉合所述測試開關(guān)和所述放電開關(guān)，所述測試輸入電流源端外加恒電流，測試所述電流源端的電壓，通過配置所述寄存器的值改變所述充放電電阻模塊的阻值，使所述測試電流源端的電壓達到設(shè)定值，以確定充放電電阻模塊的阻值，然后根據(jù)所述時鐘信號輸出端的信號，配置所述寄存器的值，修調(diào)所述充放電電容模塊的電容值。通過修調(diào)過的時鐘信號與電源和溫度無關(guān)，在零下40攝氏度到85攝氏度范圍內(nèi)，精度可達0.5%甚至更高。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明采用的一種負溫度系數(shù)電阻和正溫度系數(shù)的電容組成的零溫度系數(shù)RC充電時鐘結(jié)構(gòu)，各個器件都能集成在芯片內(nèi)部，匹配性好，不易受外界信號干擾，通過修調(diào)校準(zhǔn)后，時鐘大小與電源和溫度變化無關(guān)，不易受外界環(huán)境影響，做到了真正的高精度，具有現(xiàn)有其它時鐘發(fā)生器無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步說明。
[0013]圖1是本發(fā)明一種與電源和溫度無關(guān)的高精度時鐘發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明一種與電源和溫度無關(guān)的高精度時鐘發(fā)生器的可配置大小的充放電電阻模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明一種與電源和溫度無關(guān)的高精度時鐘發(fā)生器的可配置大小的充放電電容模塊電容的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明一種與電源和溫度無關(guān)的高精度時鐘發(fā)生器的VA參考電壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]參照圖1-圖4，本發(fā)明的一種與電源和溫度無關(guān)的高精度時鐘發(fā)生器，其特征在于，包括:
充放電網(wǎng)絡(luò)2，設(shè)置有兩個，所述兩個充放電網(wǎng)絡(luò)2分別輪流處于充電、放電狀態(tài)，并根據(jù)其充放電狀態(tài)輪流輸出翻轉(zhuǎn)信號，所述兩個充放電網(wǎng)絡(luò)2的充電時間相同；所述充放電網(wǎng)絡(luò)2包括在指定時間內(nèi)完成充電的RC充放電單元1，所述RC充放電單元1由溫度系數(shù)相反的充放電電阻模塊4和充放電電容模塊5組成；
數(shù)字觸發(fā)器處理模塊3，根據(jù)翻轉(zhuǎn)信號控制所述兩個充放電網(wǎng)絡(luò)2分別輪流處于充電、放電狀態(tài)，根據(jù)所述兩個充放電網(wǎng)絡(luò)2的充電、放電狀態(tài)輸出時鐘信號。
[0015]進一步地，所述充放電網(wǎng)絡(luò)2還包括用于控制RC充放電單元1充電的充電開關(guān)K1/K4和用于控制RC充放電單元1放電的放電開關(guān)K3/K6，所述RC充放電單元1還包括一個充電電壓輸出端VB/VC，所述充電電壓輸出端VB/VC放置于所述充放電電阻模塊4和所述充放電電容模塊5中間。
[0016]進一步地，所述充放電網(wǎng)絡(luò)2還包括比較器，所述比較器包括用于連接VA參考電壓的參考電壓輸入端和用于連接RC充放電單元1充電電壓輸出端VB/VC的比較電壓輸入端，所述比較器通過比較RC充放電單元1充電電壓VB/VC和VA參考電壓輸出翻轉(zhuǎn)信號。
[0017]進一步地，所述數(shù)字觸發(fā)器處理模塊3的輸入端分別與所述兩個充放電網(wǎng)絡(luò)2連接獲取其翻轉(zhuǎn)信號，所述數(shù)字觸發(fā)器處理模塊3還包括兩個開關(guān)控制輸出端Ctrll、Ctrl2，所述的開關(guān)控制輸出端ctrll控制所述充電開關(guān)K1和放電開關(guān)K6，所述的開關(guān)控制輸出端ctrl2控制所述充電開關(guān)K4和放電開關(guān)K3;當(dāng)充電開關(guān)K1和放電開關(guān)K6閉合，而放電開關(guān)K3和充電開關(guān)K4斷開時，一側(cè)的RC充電網(wǎng)絡(luò)2充電，當(dāng)充電電壓輸出端VB電壓達到VA參考電壓值時，該側(cè)比較器輸出翻轉(zhuǎn)，進而所述數(shù)字觸發(fā)器處理模塊3根據(jù)翻轉(zhuǎn)信號交替切換兩個開關(guān)控制輸出端ctrll、ctrl2的控制信號，使得放電開關(guān)K3和充電開關(guān)K4閉合，充電開關(guān)K1和放電開關(guān)K6斷開，另一側(cè)RC充電網(wǎng)絡(luò)2充電，當(dāng)充電電壓輸