[发明专利]具有温度补偿的振荡器

说明书

技术领域

本发明属于电路设计领域，特别是集成电路上具有温度补偿的振荡器。

背景技术

在很多应用，例如随机存储器刷新/通讯系统的时基，温度特性相关的器件驱动等中需要高稳定的振荡器，例如其输出频率相对于电源电压/温度/时间需稳定等。通常频率相对于温度的变化在-40℃到80℃之间超过了20％，因此温度补偿设计变成了片上振荡器设计的一大关键.

片上振荡器的设计通常的架构是控制电流对电容进行充放电来实现，当电容一端的电压达到上限时，控制逻辑控制放电；当电容一端的电压达到下限时，控制逻辑控制充电。频率则取决于上下限电压差和充放电电流，可以表示成温度的方程表达式(1)：

Freq(T)＝(1/(1/I_U(T)+1/I_L(T)))/(V_SWING(T)*C)，                    (1)

其中I_U是充电电流，I_L是放电电流，V_SWING是电压差，C是电容。

[0001]充放电电流一般是设计成相等.因此方程(1)可以表示为(2)：

Freq(T)＝I(T)/(2*V_SWING(T)*C)，                                   (2)

V_SWING(T)＝V_UPPER(T)-V_LOWER(T)，                                  (3)

其中I_U＝I_L＝I，V_SWING是上限电压V_UPPER，和下限电压V_LOWER之差，如方程(3)所示。因此频率的温度特性受到V_SWING和电流I温度特性的影响。为了获得频率的温度补偿，我们可以分别对V_SWING和I进行补偿，或者两者一起。

参见图1，在先技术(US 7,227,422)通过偏置电流流经电阻来获得上下限电压；偏置电流和充放电电流具有相同的温度系数，因为它们是通过电流镜产生的；其中频率Freq＝I/[2*I*(R1-R2)*C]＝1/[2*(R1-R2)*C]。通常电容C的温度系数远小于电阻，因此，为了获得温度无关的频率，R1-R2需和温度无关。该在先技术中，通过使用大阻值小温度系数的R1，和小阻值大温度系数的R2使得R1-R2与温度无关。但是不同种类的电阻在工艺上难以匹配，而且电阻阻值随工艺的变化较大，因此这种方法在集成电路上不容易实现.

参见图2，在先技术(US 5,870,345)通过一个具有正温度系数的电流和一个具有负温度系数的电路来实现一个与温度无关的电流，i_c＝i₁+i₂；同时具有一个与温度无关的参考电压VREF；温度无关的频率通过温度无关的电流和电压获得。电流i₁是通过压控的FET来实现，具有正温度系数；电流i₂通过电源电压流经电阻来实现，具有负温度系数。为了实现恰好的补偿来获得温度无关的i_c，需要精确地控制FET电压和电阻，但这两者通常是随工艺变化而不利实现的。并且i₂需要考虑电容上的电压变化，实现稳定的i₂将非常困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现温度补偿功能的振荡器，其温度补偿采用了更少的温度特性器件，降低了其对于工艺的依赖度，具有更好的健壮性。

为了实现以上目的，本发明一方面提供一种振荡器温度补偿的方法，所述振荡器包括充放电电流对一电容在上下限电压之间充放电，所述方法包括：

使用具有相同一阶温度系数K_I的充电电流I_U和放电电流I_L；

使用一个上限电压V_UPPER，其温度特性取决于上述的电流之温度系数K_I和另一个电路器件之一阶温度系数K_R；

以及使用一个下限电压V_LOWER，并由以下方程所决定：