[发明专利]一种对温度不敏感的环形振荡器的电路的设计

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，具体涉及一种受温度不敏感的环形振荡器的电路设计。

背景技术

环形振荡器的应用很广泛，环形振荡器的结构也很多，实现的功能也越来越得到人们的重视。环形振荡器是大多数电子系统必不可少的组成部分，更是无线通信系统的核心组成部分之一，一直在通信、电子、航海航空以及医学等装备以及仪器仪表领域扮演着重要的角色。例如在无线电测量仪器中，环形振荡器可以产生各种频段的正弦信号电压；在热处理、热加工、超声波加工和某些医疗设备中，环形振荡器产生大频率的高频电流可对负载进行加热。在人们的日常生活中，环形振荡器的应用也是无处不在，例如：电视，微波炉，智能卡等等离不开环形振荡器的应用。环形振荡器是一种可以通过自激方式使自身信号按固定周期变化的电路，一般由奇数个反相器或者差分反相器组成，其振荡频率受各级反相器的延时大小控制，当然也受其他暂定因数的影响。环形振荡器的性能特点使其有利于设计高频、宽调节范围、高线性的振荡器。CMOS环形振荡器易与数字电路集成的优点使其在芯片系统中有着很好的应用前景；而且CMOS环形振荡器比电感占用的芯片面积小很多，有着更大的调节范围。CMOS环形振荡器在CMOS工艺中具有十分重要的意义。

环形振荡器因其结构简单易于集成而用于许多集成电路芯片的设计，人们提出并采用了许多关于环形振荡器的结构，但多数结构都存在着稳定性低的问题，其振荡频率受温度变化以及工艺的不确定因素的影响很大，由于这些暂态因素，相同的环形振荡器的结构可能在不同的条件下输出不同的结果，甚至使得某些输出给出错误的值。例如当温度变化50％时，频率可变化50％以上，而随着工艺参数从标准情况向最坏情况改变时，输出频率的变化可达到100％以上。在同时考虑温度和工艺参数影响的情况下，输出频率的漂移就会更大，从而给电路性能造成了很大的影响。因此，改进环形振荡器的频率稳定性就十分有意义。

环形振荡器的性能参数受到了诸多因素的影响，目前国内外在对振荡器的性能参数进行改进设计方面已有很多的研究，但总体上来说，还存在一些不足，例如电路复杂，不易实现。

发明内容

本发明的目的是为了解决环形振荡器的稳定性受温度影响的问题，提出一种对温度不敏感的环形振荡器的电路的设计，具有简单的结构，利用温度传感器、温度自适应模块和减法电路来减小环形振荡器的输出频率对温度的敏感性，从新的电路结构方面研究改进环形振荡器的输出稳定性。

一种对温度不敏感的环形振荡器的电路的设计，电路包括温度传感器、自适应模块、减法电路、汲取电流式环形振荡器；

温度传感器包括NMOS晶体管Ma和PMOS晶体管Mb，Mb的漏极和Ma的漏极相连，Mb的源极接电压Vdd，Mb的栅极连接直流稳定电压V_BG，Ma的栅极和漏极相连，Ma源极接地，Ma/Mb的漏极输出电压V_temp；

自适应模块包括NMOS晶体管Mc和PMOS晶体管Md，Md的漏极和Mc的漏极相连，Md的栅极与漏极相连，Md的源极接电压Vdd；Mc的源极接地，栅极连接温度传感器中Ma/Mb的漏极；温度传感器的输出电压V_temp通过Mc的栅极输入，由Mc/Md的漏极输出，电压记为V_out；

减法电路具体包括NMOS晶体管M1、NMOS晶体管M2、NMOS晶体管M3、NMOS晶体管M4、NMOS晶体管M5、NMOS晶体管M6、PMOS晶体管M7、PMOS晶体管M8、PMOS晶体管M9、PMOS晶体管M10；

M1和M2的栅极相连，源极接地，其中M1栅极和漏极相连，M1和M2构成镜像电流源；M3和M4以及M5和M6的源极分别接M1和M2的漏极，M3和M4的栅极分别接直流稳压输入V_BG1、V_BG2，M5的栅极和漏极相连，M6栅极与自适应模块2的输出V_out相连，M3、M4、M5、M6的漏极分别和M7、M8、M9、M10的漏极相连；M7、M8、M10的栅极和漏极都相连，M8的栅极和M9的栅极相连，M7～M10的源极都接电压Vdd；减法电路由M5的漏极输出V_sub；