[发明专利]一种基于电容极板交换的无电阻张弛振荡器

说明书

本发明公开一种基于电容极板交换的无电阻张弛振荡器，包括：PTAT电流源电路、双PTAT电压产生电路、极板交换电容充放电电路和脉冲产生电路；所述PTAT电流源电路的输出端分别与所述双PTAT电压产生电路的输入端、所述极板交换电容充放电电路的第一输入端相连；所述双PTAT电压产生电路的第一输出端与所述极板交换电容充放电电路的第二输入端相连，所述双PTAT电压产生电路的第二输出端与所述脉冲产生电路的第一受控端相连；所述极板交换电容充放电电路的第一受控端、第二受控端分别与所述脉冲产生电路的第一控制端、第二控制端相连。采用本发明实施例，在无电阻的电容极板交换电路结构下实现一种张弛振荡器，在保证低延同时节约了生产成本。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种基于电容极板交换的无电阻张弛振荡器。

背景技术

片上系统中，数字电路的系统时钟来源通常为晶体振荡器、全片上环形振荡器或者全片上张弛振荡器。晶体振荡器常用于带有无线通信或者高速接口的系统中，其频率稳定度高，同时其功耗和成本较高；环形振荡器通常应用于高频数字系统中，其谐振频率高，但是频率稳定度较差，功耗也较高；张弛振荡器通常应用于低频数字系统中，虽然其频率稳定度较低，但是其具有功耗低、结构简单、频率-温度稳定度高及成本低等优点，尤其适用于超低功耗SoC芯片。

现有的张弛振荡器的电路结构如图1所示，图1给出了张弛振荡器的主流电路结构，其谐振频率基本由电阻R和电容C决定。电流源I_B经过电流镜给电阻R和电容C提供相同的电流，如果忽略电流镜的失配，电阻R和电容C上的电流相同。当f_CLK1＝1时，开关闭合，泄放电容C上的电荷；当f_CLK1＝0时，开关断开，电容C开始由电流I_B充电。假设初始时V_C为0，则f_CLK＝0，开关断开，电容C上的电压V_C线性增大，当电容上极板的电压V_C接近并超过V_R＝I_B×R时，比较器COMP1翻转，f_CLK1＝1，该段时间长度为T_C＝RC。f_CLK1＝1的瞬间，SW开关闭合，假设开关闭合后的阻抗无穷小，SW瞬间泄放电容C的电荷，即瞬间将V_C拉低到V_SS1。由于比较器有延时，拉低的瞬间比较器还未来得及翻转；当比较器经过延时T_r后，f_CLK1重新等于0，开关SW重新断开，至此完成一个时钟周期。由上述分析可知，一个时钟周期内，比较器经过一个上升沿T_r和一个下降沿T_r，因此一个时钟周期T1＝2T_r+T_C＝2T_r+RC。由于电阻R和电容C的温度系数和电压系数都比较小，忽略比较器的延时T_r，输出时钟的频率-温度稳定度和频率-电源稳定度都比较好。