一種環形振蕩器的頻率控制方法及電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及控制電路技術領域，具體地，涉及一種環形振蕩器的頻率控制方法及 電路。
【背景技術】
[0002] 時鐘電路是現代芯片系統中必不可少的模塊，為系統提供精確的時鐘。時鐘電路 的實現方式主要有晶體振蕩器、鎖相環時鐘電路、弛張振蕩器、環形振蕩器等。環形振蕩器 因結構簡單和低功耗的特性，在頻率精度要求不高的場合得到了廣泛的應用。然而，普通的 環形振蕩器受電源、環境溫度等外部因素影響較大，同時受制造工藝的影響較大，因此，普 通的環形振蕩器的輸出頻率精度較差，影響芯片系統的性能。
[0003] 當前有多種方案對環形振蕩器進行了結構上的優化設計。其中，一種較為常見的 結構為通過電流受限的反相器組成環形振蕩器，因此振蕩器的振蕩頻率與電流相關，通過 對參考電流生成單元進行改進，從而提高了輸出頻率的環境溫度特性。
[0004] 然而這類方案最后輸出頻率的精度主要取決于參考電流生成單元設計是否能正 好抵消相應的溫度系數；同時因為振蕩器直接由電源電壓供電，輸出頻率受外部電源電壓 影響較大。
[0005] 如上所述，普通環形振蕩器的輸出頻率受制造工藝、電源電壓及環境溫度的影響 較大，致使輸出時鐘的頻率精度無法滿足系統的要求。
[0006] 對于通過電流受限的反相器組成的環形振蕩器方案來說，需要合理設計電流生成 電路，配置合適的溫度系數與后面的振蕩器的溫度特性進行補償。由于設計沒有考慮振蕩 器受電源電壓、器件制造工藝的影響，因此，環形振蕩器的輸出頻率的精度受到限制，不能 較好滿足系統對時鐘的要求。
【發明內容】
[0007] 本發明提供一種環形振蕩器的頻率控制方法及電路，用以解決現有環形振蕩器存 在的輸出頻率精度低等不足。
[0008] 為解決上述技術問題，本發明提供一種環形振蕩器的頻率控制方法，該方法包括 以下步驟：
[0009] 通過電流偏置電路得到一具有正溫度系數的電流；
[0010] 利用具有正溫度系數的電流得到一和具有正溫度系數的電流成設定比例的具有 正溫度系數的電壓；
[0011] 將具有正溫度系數的電壓施加到環形振蕩器上，得到穩定的輸出頻率。
[0012] 優選地，通過電流偏置電路得到一具有正溫度系數的電流具體為：
[0013] 電流偏置電路使得外部電源在電流偏置電路內產生的電流流過一具有正溫度系 數的器件；對具有正溫度系數的器件的參數進行設定，得到一具有正溫度系數的電流。
[0014] 優選地，電流偏置電路使得外部電源在電流偏置電路內產生的電流流過一具有正 溫度系數的器件具體為：
[0015] 電流偏置電路通過電流鏡電路使得外部電源在電流偏置電路內產生一路不受外 部電源控制的電流；將不受外部電源控制的電流通過一具有正溫度系數的器件。
[0016] 優選地，利用具有正溫度系數的電流得到一和具有正溫度系數的電流成設定比例 的具有正溫度系數的電壓具體為：
[0017] 將具有正溫度系數的電流接入電壓產生電路；對電壓產生電路內的器件參數進行 設定，得到一和具有正溫度系數的電流成設定比例的具有正溫度系數的電壓。
[0018] 本發明還提供了一種環形振蕩器的頻率控制電路，該電路包括：
[0019] 電流偏置電路，用于得到一具有正溫度系數的電流；
[0020] 電壓產生電路；用于利用具有正溫度系數的電流得到一和具有正溫度系數的電流 成設定比例的具有正溫度系數的電壓；
[0021] 環形振蕩器，用于利用具有正溫度系數的電壓得到穩定的輸出頻率。
[0022] 優選地，電流偏置電路包括：
[0023] 第一電流鏡電路、第二電流鏡電路和第一電阻Rl ;
[0024] 第一電流鏡電路包括第一晶體管MPl和第二晶體管MP2 ;第一晶體管MPl的源極 和第二晶體管MP2的源極分別與外部電源連接；第一晶體管MPl的柵極和第二晶體管MP2 的柵極連接；第二晶體管MP2的柵極和漏極連接；
[0025] 第二電流鏡電路包括第三晶體管麗1和第四晶體管麗2 ;第三晶體管麗1的柵極 和第四晶體管MN2的柵極連接；第三晶體管MNl的柵極和漏極分別與第一晶體管MPl的漏 極連接；三晶體管MNl的源極接地；所屬第四晶體管MN2的漏極和第二晶體管MP2的漏極連 接；所屬第四晶體管MN2的源極和第一電阻的一端連接；第一電阻的第二端接地。
[0026] 優選地，電壓產生電路包括：
[0027] 第五晶體管MP3、第六晶體管MP4、第七晶體管MP5、第八晶體管麗3、電流源和第二 電阻R2 ;
[0028] 第五晶體管MP3的柵極和第六晶體管MP4的柵極分別與第一晶體管MPl的柵極連 接；第五晶體管MP3的源極和第六晶體管MP4的源極分別與外部電源連接；第五晶體管MP3 的漏極分別與第七晶體管MP5的柵極和第二電阻的第一端連接；第二電阻的第二端接地； 第六晶體管MP4的漏極分別與第七晶體管MP5的源極和第八晶體管MN3的漏極連接；第七 晶體管MP5的漏極分別與第八晶體管麗3的柵極和電流源的正極連接；電流源的負極接地； 第八晶體管麗3的源極接地。
[0029] 優選地，環形振蕩器包括K個反相器，K為大于等于3的奇數；反相器的電源端分 別與第六晶體管MP4的漏極連接；反相器的接地端接地。
[0030] 本發明的上述技術方案的有益效果如下：
[0031] 上述技術方案中，通過電流偏置電路產生具有正溫度系數的電流，進而得到具有 正溫度系數的電壓，通過對器件參數的設定，能夠使得環形振蕩器的輸出頻率不受溫度影 響，極大地提供了輸出頻率的穩定性；通過電壓產生電路為環形振蕩器提供電壓，避免了外 部電源對環形振蕩器輸出頻率的影響，具有很好的電源抑制性；當電流偏置電路、電壓產生 電路和環形振蕩器的每個器件都采用同一制造工藝時，每個器件的閾值電壓的大小隨溫度 的變化也相同，能夠補償制造工藝對環形振蕩器輸出頻率的影響。
【附圖說明】
[0032] 附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實 施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0033] 圖1為實施例1的方法流程圖；
[0034] 圖2為實施例3的環形振蕩器頻率控制電路的原理圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面將結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實 施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0036] 為了解決現有環形振蕩器存在的輸出頻率精度低等不足，本發明提供了一種環形 振蕩器的頻率控制方法及電路。
[0037] 實施例1
[0038] 本實施例提供了一種環形振蕩器的頻率控制方法，本實施例方法的流程圖如圖1 所示，該方法包括以下步驟：
[0039] Sl :通過電流偏置電路得到一具有正溫度系數的電流；
[0040] S2:利用具有正溫度系數的電流得到一和具有正溫度系數的電流成設定比例的具 有正溫度系數的電壓；
[0041] S3:將具有正溫度系數的電壓施加到環形振蕩器上，得到穩定的輸出頻率。
[0042] 本實施例通過電流偏置電路產生具有正溫度系數的電流，進而得到具有正溫度系 數的電壓，通過對器件參數的設定，能夠使得環形振蕩器的輸出頻率不受溫度影響，極大地 提供了輸出頻率的穩定性；通過電壓產生電路為環形振蕩器提供電壓，避免了外部電源對 環形振蕩器輸出頻率的影響，具有很好的電源抑制性；當電流偏置電路、電壓產生電路和環 形振蕩器的每個器件都采用同一制造工藝時，每個器件的閾值電壓的大小隨溫度的變化也 相同，能夠補償制造工藝對環形振蕩器輸出頻率的影響。
[0043] 為了避免外部電源的電壓波動對本實施例中器件的影響，本實施例采用電流鏡實 現對電流的單獨控制。故步驟Sl通過電流偏置電路得到一具有正溫度系數的電流具體為：
[0044] 電流偏置電路通過電流鏡電路使得外部電源在電流偏置電路內產生一路不受外 部電源控制的電流；將不受外部電源控制的電流通過一具有正溫度系數的器件。正溫度系 數指的是隨著溫度的升高，器件的電學性能（電壓值、電流值或電阻值等）也升高；同理，負 溫度系數指的是隨著溫度的降低，器件的電學性能（電壓值、電流值或電阻值等）也降低。 如，環形振蕩器采用的CMOS反相器就具有負溫度系數。