[发明专利]一种无晶振时钟电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种时钟电路，尤其是涉及一种无需晶振可单片集成的高精度低温漂时钟产生电路。

背景技术

数字系统中，时钟源的质量好坏直接决定了该系统性能的稳定与否。通常数字系统利用片外石英晶体振荡器来得到时钟源信号，石英晶振拥有优越的电压和温度特性，能够稳定地工作，但是难以集成到芯片内部，且增加了器件成本，阻碍了芯片的高度集成化。利用标准的CMOS工艺实现片内的时钟振荡器来取代片外的晶振，对于降低系统的成本，提高系统的集成度将很有帮助。

在标准CMOS工艺中，实现高精度时钟产生电路主要面临的问题是时钟频率会随温度的变化而变化，故实现片内时钟产生电路主要面临的挑战是如何保证时钟频率的稳定性，使振荡频率不随温度的变化而改变。

Krishnakumar Sundaresan，Phillip E.Allen等(Krishnakumar Sundaresan，Phillip E.Allen et al.Process and Temperature Compensation in a 7-MHz CMOS Clock Oscillator.IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，2006，41(2)：433-442)利用双极型晶体管的正向导通电压的温度特性来产生温度补偿电压，从而保证振荡频率的稳定性。

虞晓凡等(虞晓凡，林平分.一种带温度和工艺补偿的片上时钟振荡器.微电子学与计算机，2009，26(1)：16-20)利用类似带隙基准的电路结构来产生温度补偿电压，从而保证振荡频率的稳定性。

Chao-Fang Tsai，Wan-Jing Li等(Chao-Fang Tsai，Wan-Jing Li等.On-Chip Reference Oscillators with Process，Supply Voltage and Temperature Compensation.International Symposium on Next-Generation Electronics(ISNE)，2010，108-111)利用亚阈值区的NMOS管栅源电压的温度特性产生温度补偿电压，从而保证振荡频率的稳定性。

但是上述文献中提及的补偿思路都是基于PN结的正向导通电压与温度的一阶线性关系来补偿温度产生的影响，其补偿效果有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效地提高时钟电路所产生的时钟信号的温度稳定性，使时钟电路产生的时钟信号频率不随外界温度的变化而变化，具有很低的温漂系数的无晶振时钟电路。

本发明的技术方案是利用MOS管的I-V特性曲线，采用叠加的原理产生高阶的温度补偿电压，作用于时钟电路中的环形振荡模块。

本发明设有线性稳压模块、高阶温度补偿模块和环形振荡模块；

所述线性稳压器模块外接供电电压，线性稳压器模块的两个同样输出电压输出端分别接高阶温度补偿模块的输入端和环形振荡模块的输入端，线性稳压器模块的基准输出电压接高阶温度补偿模块的输入端，高阶温度补偿模块的输出端接环形振荡模块的输入端，环形振荡器模块输出最终的时钟信号。

所述线性稳压模块可设有带隙基准电路、误差放大器、调整管和反馈电阻；所述环形振荡模块可设有至少一级差分延时单元和双端转单端电路；所述带隙基准电路的带隙电压输出端接高阶温度补偿模块的输入端和误差放大器的输入端，误差放大器的另一输入端接反馈电阻，误差放大器的输出端接调整管，反馈电阻的反馈电压输出端接误差放大器的一个比较信号输入端，带隙基准电路的带隙电压输出端分别接误差放大器的另一个比较信号输入端和高阶温度补偿模块的输入端，误差放大器的调整电压输出端接调整管的栅极(控制端)，高阶温度补偿模块温度补偿电压输出端接环形振荡模块的差分延时单元输入端，差分延时单元的输出端接双端转单端电路的输入端，双端转单端电路的时钟信号输出端输出时钟信号。

所述高阶温度补偿模块可设有至少1个基本单元电路和叠加电路，其输入输出口包括：线性稳压模块提供的稳定的电源电压、线性稳压模块提供的带隙基准电压、接地端、高阶温度补偿电压。所述至少1个基本单元电路的输出端通过组合产生的电流流经电阻，产生叠加电路所需的电压波形，叠加电路接受基本单元产生的电压波形，通过电压叠加的方式，将至少两个用于叠加的电压做叠加处理，产生最终的温度补偿电压。