一种电流源及利用所述电流源的振荡电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号处理技术，尤其涉及一种电流源及利用所述电流源的振荡电路。
【背景技术】
[0002] 在电路设计中，经常会采用外置的晶体振荡器（晶振）和内部的晶振电路来产生 频率，其中晶振可以是例如精密地切割的石英晶体并用于产生原始的时钟频率，而晶振电 路对该原始的时钟频率进行缩放以产生所需的时钟频率信号。随着电子电路应用中对体 积、空间的要求越来越高，以及出于对成本控制的考虑，希望去掉外置的晶体振荡器，以减 小PCB (印刷电路板）的体积和整个电子电路的成本。
[0003] 因此，本领域需要设计一种不需要外置晶振的振荡电路。对于这些去掉外置晶振 的应用，对于频率的要求一般都比较高，例如需要将频率信号在各种条件下的总漂移量控 制在± 1 %以内，因此还希望设计一种不需要外置晶振的高精度振荡电路。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种振荡电路。该振荡电路不需要任何外置晶 振，其采用内置稳压电路以减小电压系数，并且可以采用数字修调的方式修正CMOS工艺中 RC偏差带来的频率绝对值上的误差，还可以进一步采用温度补偿得到零温度系数的电阻从 而实现小温度系数的时钟频率信号。
[0005] 本发明提供了一种电流源，其包括：第一运算放大器，其正相输入端接收第一参考 电压；修调电阻，其连接在所述第一运算放大器的反相输入端与地之间作为反馈电阻，所 述修调电阻具有可调的电阻值大小；输出晶体管，所述输出晶体管的源极连接至第三参考 电压，其漏极连接至所述第一运算放大器的反相输入端，并且其栅极连接至所述第一运算 放大器的输出端；以及匹配晶体管，其与所述输出晶体管相匹配并且所述匹配晶体管的源 极连接至所述第三参考电压，其栅极连接至所述第一运算放大器的输出端，从而在所述匹 配晶体管的漏极提供所述电流源的电流，所述电流源的电流等于所述修调电阻上流经的电 流。
[0006] 在一个实施例中，所述电流源还包括电流镜，其连接至所述匹配晶体管的漏极以 将所述修调电阻上流经的电流进行镜像，从而提供所述电流源的电流。
[0007] 在一个实施例中，所述电流源还包括串联的补偿电阻和电容，所述补偿电阻和电 容跨接在所述输出晶体管的栅极和漏极之间以进行相位补偿。
[0008] 在一个实施例中，所述修调电阻包括：多个串联电阻；以及开关阵列，所述开关阵 列选择性地接通所述多个串联电阻以调节所述修调电阻的大小。
[0009] 在一个实施例中，，所述多个串联电阻包括：多个串联的单元电阻，其中每个单元 电阻包括串联的正温度系数电阻和负温度系数电阻，所述正温度系数电阻和负温度系数电 阻对相应的单元电阻进行温度补偿。
[0010] 在一个实施例中，每个单元电阻的一阶温度系数h UNIT为：
[0011] ti UNIT - R O Tptrlp+Ro ratrln - 〇......(29)，
[0012] 其中Rq tp和Rq tn分别为所述正温度系数电阻和负温度系数电阻在室温25°C的电 阻值，和t &分别指一阶正温度系数和一阶负温度系数。
[0013] 在一个实施例中，所述多个串联电阻包括：至少一个经过温度补偿的常数电阻，所 述常数电阻总是接通的。
[0014] 在一个实施例中，所述电流源的电流Iref为：
[0015]
[0016] 其中Vrefl是所述第一参考电压，Rt是所述修调电阻的电阻值。
[0017] 在一个实施例中，本发明提供了一种振荡电路，包括：
[0018] 电流源，所述电流源包括第一运算放大器，其正相输入端接收第一参考电压；修调 电阻，其连接在所述第一运算放大器的反相输入端与地之间作为反馈电阻，所述修调电阻 具有可调的电阻值大小；输出晶体管，所述输出晶体管的源极连接至第三参考电压，其漏极 连接至所述第一运算放大器的反相输入端，并且其栅极连接至所述第一运算放大器的输出 端；以及匹配晶体管，其与所述输出晶体管相匹配并且所述匹配晶体管的源极连接至所述 第三参考电压，其栅极连接至所述第一运算放大器的输出端，从而在所述匹配晶体管的漏 极提供所述电流源的电流，所述电流源的电流等于所述修调电阻上流经的电流；
[0019] 第一电容器，其第一端经由第一开关连接至第三参考电压并经由第二开关连接至 所述电流源，所述第一电容器的第二端耦合接地；
[0020] 第二电容器，其第一端经由第三开关连接至所述第三参考电压并经由第四开关连 接至所述电流源，所述第二电容器的第二端耦合接地；
[0021 ] 第一比较器，其将所述第一电容器上的电压与第二参考电压作比较并在所述第一 电容器上的电压小于第二参考电压时产生第一触发信号；
[0022] 第二比较器，其将所述第二电容器上的电压与所述第二参考电压作比较并在所述 第二电容器上的电压小于第二参考电压时产生第二触发信号；以及
[0023] RS触发器，其接收所述第一触发信号和所述第二触发信号以产生时钟信号，并且 所述RS触发器在接收到所述第一触发信号时闭合所述第一开关和第四开关且断开所述第 二开关和第三开关，所述RS触发器在接收到所述第二触发信号时闭合所述第二开关和第 三开关且断开所述第一开关和第四开关。
[0024] 在一个实施例中，所述电流源还包括：电流镜，其连接至所述匹配晶体管的漏极以 将所述修调电阻上流经的电流进行镜像，从而提供所述电流源的电流。
[0025] 在一个实施例中，所述电流源还包括：串联的补偿电阻和电容，所述补偿电阻和电 容跨接在所述输出晶体管的栅极和漏极之间以进行相位补偿。
[0026] 在一个实施例中，所述修调电阻包括：多个串联电阻；以及开关阵列，所述开关阵 列选择性地接通所述多个串联电阻以调节所述修调电阻的大小，从而补偿所述振荡电路产 生的时钟信号的频率漂移误差。
[0027] 在一个实施例中，所述多个串联电阻中接通的电阻增多，则所述振荡电路产生的 时钟信号的频率减小；所述多个串联电阻中接通的电阻减少，则所述振荡电路产生的时钟 信号的频率增大。
[0028] 在一个实施例中，所述多个串联电阻包括：多个串联的单元电阻，其中每个单元电 阻包括串联的正温度系数电阻和负温度系数电阻，所述正温度系数电阻和负温度系数电阻 对相应的单元电阻进行温度补偿。
[0029] 在一个实施例中，所述多个串联电阻包括：至少一个经过温度补偿的常数电阻，所 述常数电阻总是接通的。
[0030] 在一个实施例中，所述第一开关和第四开关闭合时，所述第三参考电压对所述第 一电容器充电，并且所述第二电容器经由所述电流源放电；所述第二开关和第三开关闭合 时，所述第三参考电压对所述第二电容器充电，并且所述第一电容器经由所述电流源放电。
[0031] 在一个实施例中，所述振荡电路还包括：偏置电流产生模块，用于产生多个偏置电 流；参考电压产生模块，用于根据所述多个偏置电流来产生所述第一参考电压、所述第二参 考电压和所述第三参考电压。
[0032] 在一个实施例中，所述参考电压产生模块包括：稳压电路，用于基于所述参考电压 产生模块产生的第四参考电压来产生所述第三参考电压，所述第三参考电压大于所述第二 参考电压。
[0033] 在一个实施例中，所述稳压电路包括：第二运算放大器，其正相输入端接收所述第 四参考电压；连接在所述第二运算放大器的反相输入端与地之间的第一反馈电阻；以及连 接在所述第二运算放大器的反相输入端与输出端之间的第二反馈电阻，以在所述稳压电路 的输出端产生所述第三参考电压。
[0034] 在一个实施例中，所述第一参考电压、所述第二参考电压、以及所述第四参考电压 彼此相等，并且所述第三参考电压大于所述第二参考电压。
[0035] 在一个实施例中，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器分别是由晶体管形 成的运算放大器。
[0036] 在一个实施例中，所述电流源中的第一运算放大器由所述第三参考电压供电，以 确保所述电流源产生的电流具有较小的电压系数。
[0037] 在一个实施例中，所述第一电容器和所述第二电容器的电容相等。
[0038] 在一个实施例中，所述第一开关和第三开关是PMOS晶体管，且所述第二开关和第 四开关是NMOS晶体管。
[0039] 在一个实施例中，所述振荡电路产生的所述时钟信号的频率f表示为：
[0040]
[0041] 其中Iref是所述电流源的电流，所述第一电容器和所述第二电容器的电容皆为 CT，Vref 2是所述第二参考电压，并且Vref 3是所述第三参考电压。
[0042] 在一个实施例中，所述参考电压产生模块包括多个晶体管，以分别根据所述偏置 电流产生模块产生的偏置电流]^来产生参考电压V τ:
[0043]
[0044] Vrefl = V ref2= V τ......(4)，
[0045] 其中Vtis是所述多个晶体管中每一者的栅源电压，μ η是所述多个晶体管中每一