[发明专利]一种具有温度补偿的低功耗流控环形振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及模拟集成电路领域，特别是指一种具有温度补偿的低功耗流控环形振荡器。

背景技术

物联网及人体传感器网络的出现和不断发展，对集成电路的低功耗设计提出了新的要求和挑战，集成电路系统芯片需要从模拟、数字、射频三个方面完全解决低功耗的科学问题。时钟源作为系统芯片中必不可少的电路模块，其频率稳定性直接影响系统芯片的性能，所以研究低功耗、高稳定性的集成化时钟源电路已经成为国内外重要的研究课题。

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的特性，能够稳定地工作，但是难以集成到芯片内部，且附加了器件成本，阻碍了芯片的高度集成化。在标准CMOS工艺中，振荡器的实现方式主要有环形振荡器，张弛振荡器和LC振荡器，环形振荡器因其结构简单而用于许多集成电路芯片的设计，但其振荡频率受温度和工艺的变化影响很大。2012年A.Shrivastava用0.13μm工艺实现了一种150nW,5ppm/℃的时钟源，但是需要补偿振荡器，非补偿振荡器，锁存电路以及数字校准技术，电路结构复杂。目前的技术方案在电路结构、功耗和稳定性方面不能很好的满足性能要求，特别是在低功耗的要求下实现一个高精度的时钟源还存在很大困难，所以有必要采取一种新的电路结构来实现高精度的时钟源。

发明内容

本发明实施例提供了一种具有温度补偿的低功耗流控环形振荡器，能够在满足低功耗的前提下具有良好的温度特性。

一种具有温度补偿的低功耗流控环形振荡器包括：补偿电流源电路，五级电流饥饿反相器级电路和由两级反相器级构成的缓冲级电路，其中：

所述补偿电流源电路用于产生负温度系数的电流，为振荡器的频率漂移提供温度补偿；

所述五级电流饥饿反相器级电路构成五级环形振荡器，用于产生振荡信号；

所述由两级反相器级构成的缓冲级电路用于对所述振荡信号整形，产生一个满摆幅的占空比为1:1的方波信号。

进一步地，上述方案中，所述补偿电流源电路包括：第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第四NMOS晶体管、第五NMOS晶体管、第六NMOS晶体管、第七NMOS晶体管、第二十NMOS晶体管、第二十一NMOS晶体管、第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第三PMOS晶体管、第四PMOS晶体管、第五PMOS晶体管、第六PMOS晶体管、第二十PMOS晶体管、第二十一PMOS晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻，其中

所述第一NMOS晶体管的源极和所述第一电阻的负极接地，所述第一NMOS晶体管的栅极和所述第二NMOS晶体管的栅极连接，所述第一NMOS晶体管的栅极和所述第一NMOS晶体管的漏极短接，所述第二NMOS晶体管的源极与第一电阻的正极连接，所述第二NMOS晶体管的漏极与所述第二PMOS晶体管的漏极连接，所述第一PMOS晶体管的源极与所述第二PMOS晶体管的源极接电源电压，所述第一PMOS晶体管的栅极与所述第二PMOS晶体管的栅极连接，所述第一PMOS晶体管的漏极与所述第一NMOS晶体管的漏极连接，所述第二PMOS晶体管的栅极与所述第二PMOS晶体管的漏极短接；

所述第三PMOS晶体管的源极与所述第四PMOS晶体管的源极接电源电压，所述第三PMOS晶体管的栅极、所述第四PMOS晶体管的栅极与所述第二PMOS晶体管的栅极连接，所述第三PMOS晶体管的漏极与所述第二电阻的正极连接，所述第三NMOS晶体管的源极与所述第四NMOS晶体管的源极接地，所述第三NMOS晶体管的栅极与所述第四NMOS晶体管的栅极连接，所述第三NMOS晶体管的栅极与第三NMOS晶体管的漏极短接，所述第四NMOS晶体管的漏极与所述第四PMOS晶体管的漏极连接，所述第二电阻的正极与第三PMOS晶体管的漏极连接，所述第二电阻的负极与第三NMOS晶体管的漏极连接，所述第三电阻的正极与第三PMOS晶体管的漏极连接，所述第三电阻的负极接地，所述第四PMOS晶体管的漏极与所述第四NMOS晶体管的漏极连接，所述第五NMOS晶体管的源极接地，所述第五NMOS晶体管的栅极与所述第五NMOS晶体管的漏极短接；