專利名稱：高電源抑制比低溫飄振蕩器的制作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路，特別涉及集成振蕩電路。
背景技術：
振蕩電路也稱信號發生電路，是很多電子電路中經常使用的電路。例如為數字電路提供時鐘的就是這種電路，將無線電波等各種信號傳送到遠方的載波信號也是由振蕩電路產生的。振蕩電路產生的波形有很多種，如正弦波、方波、三角波、斜波等。振蕩頻率為恒定的振蕩電路稱為數字電路或系統的時鐘發生器，其輸出波形一般為方波。晶體振蕩電路是目前使用最廣泛的高精度、高穩定度的振蕩電路。晶體振蕩器是利用晶體的壓電效應制成的一種諧振器件。若在晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形；反之，若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，這種物理現象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現象稱為壓電諧振。晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關，而且可以做得很精確，因此晶體振蕩電路可獲得很高的頻率精度和穩定度。但也正是因為晶體振蕩電路本身的性質，使得其在可集成化方面存在巨大缺陷，無法和現有的集成電路加工制造工藝兼容，必須外接。使用晶振的電路必須提供兩個引腳連接晶振的兩端，除此以外還需要外接兩個瓷片電容，這樣就十分不利于減少電路板的尺寸，無法降低加工制造成本。RC振蕩器也是目前使用廣泛的一種振蕩電路，其具有結構簡單，便于集成的特點。 最基本的RC振蕩電路如圖1所示，由電容C、電阻R、由反向器I廣In (η為偶數)實現的延時單元以及放電管N1組成。假設初始時電容C上極板的電壓為0，電路的輸出信號OUT也為 0 ；電容C通過電阻R充電，當電容上的電壓超過I1的翻轉點時，I1的輸出變為低電平，經過 η個反向器的延時后，輸出信號OUT變為高電平，同時放電管N1打開，給電容C放電，當電容上的電壓低于I1的翻轉點時OUT變為低電平，放電管關斷，如此周而復始實現振蕩。從RC 振蕩電路的結構和其工作原理可以看出，輸出信號OUT的頻率不僅受到加工工藝的影響， 而且還隨電源電壓、環境溫度的變化而變化，因此其頻率的精度和穩定度較差，僅能用于對頻率精度要求不高的場合。因此，電容充放電電流在電源電壓和環境溫度變化的情況下如何保持恒定，如何保證比較器閾值電壓不隨電源電壓和環境溫度波動，以及如何通過結構優化降低集成電路加工制造過程中工藝波動對振蕩器頻率的影響，成為了擺在振蕩電路設計者們眼前的急需解決的難題。
發明內容
針對目前的振蕩電路不管是采用晶體振蕩電路實現，或是采用RC振蕩器實現均存在缺陷的問題，申請人經過研究改進，現提供一種高電源抑制比低溫飄振蕩器，在一定程度上可以替代晶體振蕩器，且具有一般RC振蕩器無法提供的頻率精度和穩定度，可以有效降低系統的加工制造成本，增加系統的可靠性。本發明的技術方案如下
一種高電源抑制比低溫飄振蕩器，由恒流恒壓產生模塊和振蕩模塊連接構成； 所述恒流恒壓產生模塊包括帶隙基準電路、跟隨器以及電流鏡；所述帶隙基準電路的輸出端與跟隨器的輸入端連接，所述跟隨器的輸出端與電流鏡的輸入端連接；所述帶隙基準電路的輸出端通過電阻分壓作為振蕩模塊中比較器的翻轉電平；所述電流鏡的輸出作為振蕩模塊中產生恒定電容充電電流的電壓偏置；
所述振蕩模塊包括電容、R-S觸發器以及兩個電壓比較器；所述電流鏡的輸出對所述電容充電并連接所述電壓比較器的反向端，帶隙基準電路輸出端的所述翻轉電平連接電壓比較器的同向端，所述兩個電壓比較器的輸出被送到所述R-S觸發器，所述R-S觸發器輸出振蕩波形。其進一步的技術方案為所述恒流恒壓產生模塊還包括偏置電路，所述偏置電路的偏置點連接所述帶隙基準電路和跟隨器中運放的可調端，為所述帶隙基準電路和跟隨器分別提供工作點。其進一步的技術方案為所述恒流恒壓產生模塊還包括復位電路，分別連接帶隙基準電路、跟隨器以及電流鏡中MOS管的基極或運放的可調端，用于控制恒流恒壓產生模塊中的各部分是否工作。其進一步的技術方案為所述振蕩模塊還包括多級反相器，分別連接在R-S觸發器的輸入端和輸出端。本發明的有益技術效果是
一、本發明通過振蕩器的結構設計，使振蕩器的振蕩頻率與電容的放電電流無關；再采用帶隙基準制造出和電源電壓、環境溫度無關的電流源，給電容充電，就可以保證電容充電電流恒定。頻率精度和穩定度高，振蕩頻率隨電路工作電壓和周圍環境溫度變化微小。二、進行比較的單元選用比較器，而不是反向器，其翻轉點是通過正負輸入端設定的不隨電源電壓和環境溫度變化。三、電路中的電阻基本上都是使用比例值，電阻絕對值的變化對電路的影響很小； 電容選用穩定的PIP電容，將工藝對電路的影響降到最低。四、采用CMOS加工工藝，易于集成；不需外加任何引腳和控制信號(可選的復位信號除外，該信號可以將本模塊關斷，以降低功耗)，電路上電后即可產生頻率精度和穩定度遠超傳統RC振蕩電路的脈沖波；在多數場合可以替代晶體振蕩電路，可以有效降低整機系統的加工制造成本，提高系統的可靠性。
圖1是傳統RC振蕩電路的原理示意圖。圖2是本發明的原理框圖。圖3是本發明中恒流恒壓產生模塊的電路圖。圖4是圖3中運放X310的電路圖。
圖5是圖3中運放X307的電路圖。圖6是恒流源偏置電壓的仿真波形圖。圖7是本發明中振蕩模塊的電路圖。圖8是振蕩頻率隨電源電壓變化的仿真波形圖。圖9是振蕩頻率隨環境溫度變化的仿真波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進一步說明。本發明的設計思路是產生一個和電源、溫度都無關的電流源Ikef，以及一個和電源、溫度都無關的電壓Vkef，通過電流Ikef對電容充電，與Vkef的分壓進行比較，由于充電電流Ikef和比較電壓都和電源以及溫度無關，因此產生的振蕩頻率也和電源、環境溫度無關。 具體見下面的詳細描述。如圖2所示，本發明由恒流恒壓產生模塊和振蕩模塊兩部分組成。如圖3所示，恒流恒壓產生模塊主要包括帶隙基準電路、跟隨器以及電流鏡。帶隙基準電路的輸出端與跟隨器的輸入端連接，跟隨器的輸出端與電流鏡的輸入端連接。帶隙基準電路的輸出端通過電阻分壓作為振蕩模塊中比較器的翻轉電平。電流鏡的輸出作為振蕩模塊中產生恒定電容充電電流的電壓偏置。還包括偏置電路和復位電路，偏置電路的偏置點連接帶隙基準電路和跟隨器中運放的可調端，分別為帶隙基準電路和跟隨器提供工作點；復位電路分別連接帶隙基準電路、跟隨器以及電流鏡中MOS管的基極或運放的可調端， 用于控制恒流恒壓產生模塊中的各部分是否工作。一、恒壓的產生
下面結合圖3、圖4以及圖5說明本發明電路中恒流和恒壓信號的產生。眾所周知，帶隙基準是電路中常用的不隨電壓和溫度變化的結構。根據帶隙基準的原理結合圖3的電路圖可知，運放X307的輸出電壓為
權利要求
1.一種高電源抑制比低溫飄振蕩器，其特征在于由恒流恒壓產生模塊和振蕩模塊連接構成；所述恒流恒壓產生模塊包括帶隙基準電路、跟隨器以及電流鏡；所述帶隙基準電路的輸出端與跟隨器的輸入端連接，所述跟隨器的輸出端與電流鏡的輸入端連接；所述帶隙基準電路的輸出端通過電阻分壓作為振蕩模塊中比較器的翻轉電平；所述電流鏡的輸出作為振蕩模塊中產生恒定電容充電電流的電壓偏置；所述振蕩模塊包括電容、R-S觸發器以及兩個電壓比較器；所述電流鏡的輸出對所述電容充電并連接所述電壓比較器的反向端，帶隙基準電路輸出端的所述翻轉電平連接電壓比較器的同向端，所述兩個電壓比較器的輸出被送到所述R-S觸發器，所述R-S觸發器輸出振蕩波形。
2.根據權利要求1所述高電源抑制比低溫飄振蕩器，其特征在于所述恒流恒壓產生模塊還包括偏置電路，所述偏置電路的偏置點連接所述帶隙基準電路和跟隨器中運放的可調端，為所述帶隙基準電路和跟隨器分別提供工作點。
3.根據權利要求1所述高電源抑制比低溫飄振蕩器，其特征在于所述恒流恒壓產生模塊還包括復位電路，分別連接帶隙基準電路、跟隨器以及電流鏡中MOS管的基極或運放的可調端，用于控制恒流恒壓產生模塊中的各部分是否工作。
4.根據權利要求1所述高電源抑制比低溫飄振蕩器，其特征在于所述振蕩模塊還包括多級反相器，分別連接在R-S觸發器的輸入端和輸出端。
全文摘要
本發明公開一種高電源抑制比低溫飄振蕩器，采用CMOS加工工藝制造，由恒流恒壓產生模塊和振蕩模塊兩部分組成，本發明除電源、地和一個可選的復位信號外不需外加任何信號和元件，就可以產生一個頻率穩定、占空比為50%的脈沖信號，并且該信號的頻率可以通過改變電路內部元器件的參數來進行調整。除了一些對頻率精度要求極高的場合外，本發明在一定程度上可以替代晶體振蕩器，可以方便的集成到其他電路內部使用，而不需要額外增加管腳。
文檔編號H03B5/04GK102347728SQ201110262060
公開日2012年2月8日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者沈克愈 申請人:無錫海威半導體科技有限公司