[发明专利]一种低功耗高精度RC振荡器电路

说明书

本发明提出一种低功耗高精度RC振荡器电路，其特征在于，包含基准源电路，充放电电路，SR锁存器和开关控制电路。使用本发明的有益效果是，输出时钟的频率只决定于充电电容C1,C2和电阻R0。该结构可大大减小电流校准部分的面积，并且会明显提高输出频率的精度，节约校准电路面积的同时，也减少了数字电路模块对校准部分的实现难度。在充放电电路中避免使用传统结构中的运算放大器和比较器，在面积和功耗方面都有改善。

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域。具体地说，属于RC振荡器电路设计领域。

背景技术

振荡器电路是一种基本电路，广泛应用于各种模拟，数模混合产品中。常用的振荡器分为环形振荡器，RC振荡器，LC振荡器等。这几种振荡器的特点和工作原理各有不同，设计时根据不同的应用条件和产品要求，选择适合的架构和实现方式。

RC振荡器电路在现有的芯片设计中使用较多，传统的RC振荡器电路需要两个比较器和一个基准比较电路，其中基准比较电路中包含一个运算放大器，结构复杂，功耗较大，而且其输出的时钟周期受温度和工艺的影响比较大，需要额外的校准电路才能达到足够的精度。

发明内容

基于对传统的RC振荡器的改进，本发明提出一种低功耗高精度RC振荡器电路。

一种低功耗高精度RC振荡器电路，其特征在于，如图1所示，包含：基准源电路，充放电电路，RS锁存器和开关控制电路。

如图2所示，所述基准源电路，其输出连接充放电电路，基准源电路输出三路信号，分别为偏置电流Ib及其两路镜像电流I3和I4。Ib，I3和I4连接充放电电路。基准源电路还有两路内部信号I1和I2，I1和I2和Ib，I3，I4同源。I1连接NMOS M1的Drain端和NMOS M2的Gate端，NMOS M1的Source端接地；I2连接NMOS M2的Drain端，NMOS M2的source端连接NMOS M1的gate端并通过电阻R0接地。

所述充放电电路，其输入端分为4路，其中3路连接至基准源电路，分别为偏置电流Ib，镜像电流I3和镜像电流I4，另一路输入连接开关控制电路的输出信号phase；其输出端连接至SR锁存器。充放电电路的主要作用是在开关控制电路的控制下完成充放电过程，产生物理延时。充放电电路中有4个开关：S1，S2，S3和S4，4个开关由phase信号来控制。S1与S4同时导通，定义为phase-1状态，S2与S3同时导通，定义为phase-2状态。当电路工作在phase-1时，Ib作为充电电流对C1充电，当C1上极板电压达到NMOS M4的阈值电压时，下拉电路导通，由于下拉电路设计的下拉能力远大于该节点的上拉，因此当其栅极达到阈值电压形成导电沟道后，会将节点n1电压拉低，并使后级的逻辑电路认出‘0’；同理，当电路工作状态切换到phase-2时，S1和S4断开，S2和S3闭合，Ib开始对C2充电，同时C1的电荷通过S2被快速放电。当C2上极板电压达到NMOS M3的阈值电压后，M3的导电沟道形成，同样的下拉能力强于I2的上拉，M3的drain端电压被拉低，使节点n2被后级逻辑电路认出‘0’。

所述SR锁存器，其输入分为两路，均连接至充放电电路，分别为n1和n2；其输出分为两路，连接至开关控制电路，并作为整个RC振荡器的输出信号。SR锁存器的主要作用是根据n1和n2的电压翻转产生开关控制电路的输入信号和整个RC振荡器的输出信号osc_out及其取反信号osc_out_bar。当n1点电压拉低并被认为是逻辑‘0’时，S-R锁存器被置位，其输出osc_out由‘0’变为‘1’；当n2点电压拉低并被认为是逻辑‘0’时，S-R锁存器被置位，其输出osc_out由‘1’变为‘0’。osc_out即为产生的周期时钟信号。

所述开关控制电路，其输入分为两路，均连接至SR锁存器；其输出为1路，连接至充放电电路。开关控制电路的主要作用是根据SR锁存器的输出信号，改变开关控制的相位，使整个环路形成正反馈，进而起振。