专利名称：用于带有温度补偿的精密弛张振荡器集成电路的校准技术的制作方法
技术领域：
本发明一般地说涉及产生时钟频率的集成电路。具体地说，本发明提供用于精密弛张振荡器的相互关联的一些校准技术，该精密弛张振荡器在环境温度、制造方法和电压很宽的变化范围内产生稳定的时钟频率。在一单片集成电路中即可实现本发明。
2.在先技术的介绍本技术领域的当前状态主要根据两种方案中的一种RC弛张振荡器。在
图1中所示的第一实例中，将单一的比较器连接到脉冲发生器，以便将一电容交替地充电和放电以产生用于“D型”触发器的时钟。在这种设计中存在几种误差根源。电阻和电容通常具有不可预见的电压和温度系数。充电电流和比较器输入摆动是电源电压的函数，而电源电压也会产生漂移。此外，脉冲发生器输出可以随温度和电源电压变化。这些因素导致时钟频率随温度变化。
在图2中所示的第二实例中，RC电路向两个比较器中的每一个提供公共的输入。将各独立的基准电压提供到每一个比较器中的另一输入端。两个比较器中的每一个的输出连接到“置位-复位型”触发器的输入端。触发器的输出用于使电容充电和放电。虽然，这种电路消除了上面讨论的在图1中所示的脉冲发生器的不精确，但本身存在其它问题。由于其不太可能使电容按照相同的速率充电和放电，特别是由于温度变化可产生占空比误差。此外，由于难于在温度变化范围内彼此跟踪协调一致地提供两个基准电压故引起误差。
因此，需要提供一种与温度无关能够维持稳定的时钟频率的弛张振荡器。此外，需要提供一种用于微调(trimming)弛张振荡器的目标时钟频率以补偿过程变化量的校准技术。
本发明的概要本发明的目的是提供几种校准技术，它们的共同目标是提供用于达到目标时钟频率和优化弛张振荡器电路的温度系数的电容充电电流。
本发明的一个目的是提供一种独立的电流校准技术，其独立将绝对温度互补型电流设定到一预定值并将绝对温度比例型电流设定到零或近于零。在至少一个实施例中，可以从电路中全部省去绝对温度比例型电流发生器。在这种技术的一种改型方案中，本发明的目的是提供一种将绝对温度比例型电流独立设定到一预定值，并将绝对温度比例型电流设定到零或近于零。在这种改型方案中，可以省去绝对温度互补型电流电流发生器。另外该独立电流校准技术的目的是将绝对温度互补型(或绝对温度比例型)校准值存储在非易失性存储器中。
本发明的另一个目的是提供一种固定补偿的校准技术，其根据一群(populatior)的随机样本(sample)计算用于一群器件的平均绝对温度比例型电流；计算用于确定在一呈现平均功能的器件(device)中的平均绝对温度比例型电流的绝对温度比例型校准值，和将这些绝对温度比例型校准值应用于一整群器件。另外该固定补偿的校准技术的目的是将绝对温度互补型校准值存储在非易失性存储器中并将绝对温度比例型校准值硬连线(hardwire)到适当的逻辑电平。
本发明的再一个目的是提供一种可变补偿的校准技术，用于带有温度补偿的精密振荡器，其根据该群的随机样本计算用于一群器件的平均绝对温度比例型电流；计算用于确定在该群的每个器件中的平均绝对温度比例型电流的绝对温度比例型校准值和将这些独立计算的绝对温度比例型校准值应用于该群的每个器件。另外，该可变补偿的校准技术的目的是将绝对温度互补型和绝对温度比例型校准值存储在非易失性存储器中。
本发明的再一个目的是提供一种固定比的校准技术，用于带有温度补偿的精密振荡器，其根据一群的随机样本计算用于一群器件的平均绝对温度比例型绝对温度互补型电流比；计算用于确定在呈现平均功能的器件中的平均绝对温度比例型电流的绝对温度比例型和绝对温度互补型的校准值和将这些绝对温度比例型和绝对温度互补型校准值应用于整群器件。另外该固定比的校准技术的目的是将绝对温度互补型校准值存储在非易失性存储器中并将根据绝对温度互补型校准值将绝对温度比例型校准值解码。
本发明的再一个目的是提供一种可变比的校准技术，用于带有温度补偿的精密振荡器，其通过对于该群的每个器件在两个不同的温度下取电流测量值，计算关于绝对温度比例型电流发生器和绝对温度互补型电流发生器的温度系数，根据温度系数的比产生绝对温度比例型绝对温度互补型电流比；计算用于确定在每个器件中的绝对温度比例型和绝对温度互补型电流的绝对温度比例型和绝对温度互补型的校准值，和将独立计算的绝对温度比例型和绝对温度互补型校准值应用于该群的每个器件。另外，该可变比的校准技术的目的是将绝对温度互补型和绝对温度比例型校准值存储在非易失性存储器中。
根据本发明的一个实施例，公开一种在很宽的环境温度变化范围内产生稳定的时钟频率的精密弛张振荡器。该精密弛张振荡器包含振荡发生器、用于产生第一输出电流的第一电流发生器和用于产生第二输出电流的第二电流发生器。在一单片集成电路中即可实现本发明。
根据本发明的独立电流校准方法，将绝对温度互补型电流设定到正常温度下的一预定值并将绝对温度比例型电流设定到零或近于零。或者另外将绝对温度比例型电流设定到正常温度下的一预定值，并将CTA T电流设定到零或近于零。
根据本发明的固定补偿方法，计算用于一群器件的随机样本的正常温度下的平均绝对温度比例型电流。计算用于设定绝对温度比例型校准选择开关的校准值，用于设定在这些呈现平均功能的器件的中的平均绝对温度比例型电流。将计算的校准值存储在该群的每个器件非易失性存储器中。按逐个器件的方式计算绝对温度互补型校准值，用于达到一绝对温度互补型电流使绝对温度互补型电流与绝对温度比例型电流的和对应于用于目标时钟频率的电容充电电流。
根据本发明的可变补偿方法，计算用于一群器件的随机样本的正常温度下的平均绝对温度比例型电流。独立地计算计算用于设定绝对温度比例型校准选择开关的校准值，用于设定在该群的每个器件的中的平均绝对温度比例型电流。按逐个器件的方式计算绝对温度互补型校准值，用于达到一绝对温度互补型电流使绝对温度比例型电流与绝对温度互补型电流的和对应于用于目标时钟频率的电容充电电流。
根据本发明的固定比方法，计算用于一群器件的随机样本的正常温度下的绝对温度互补型绝对温度比例型电流的平均比。独立地计算用于设定绝对温度比例型校准选择开关的校准值，用于设定在该群的每个器件中的绝对温度比例型绝对温度互补型电流的平均比。
根据本发明的可变比方法，通过对于该群的每个器件在两个不同的温度下取电流测量值，计算用于绝对温度比例型电流发生器和绝对温度互补型电流发生器的温度系数。根据温度系数的比产生对于每个器件的绝对温度比例型绝对温度互补型电流比。计算用于确定在每个器件中的绝对温度比例型和绝对温度互补型电流的绝对温度比例型和绝对温度互补型的校准值并应用于该群的每个器件。
根据如下对在附图中所表示的本发明的各实施例的更具体的介绍，将使本发明的上述和其它目的、特征及优点变得更明显。
附图的简要说明图1是表示在先技术的带有脉冲发生器的RC弛张振荡器示意图。
图2是表示在先技术的双比较器的RC弛张振荡器示意图。
图3是表示本发明的方块图。
图4是表示本发明中绝对温度互补型电流发生器的方块图。
图5是表示本发明中绝对温度比例型电流发生器的方块图。
图6是表示本发明中具体参数的时间关系图。
图7是表示本发明中用于独立电流校准方法的可选绝对温度比例型电流电流发生器的方块图。
图8是表示本发明中用于可供选择硬连线的绝对温度比例型校准选择开关的方块图。
图9是表示本发明中两组存储在非易失性存储器中的校准值的方块图，一组校准值用于设定绝对温度互补型校准选择开关，第二组校准值用于设定绝对温度比例型校准选择开关。
图10是表示本发明中按照解码的绝对温度比例型校准选择开关选择的一组存储在非易失性存储器中的校准值的方块图。
表1表示对于影响振荡频率的独立过程变化参数的平均值、最小值和最大值。在这一个表中所得到的数值是对于目标时钟频率为4兆赫的典型情况。
表2鉴别几种校准技术和用于利用多晶硅电阻制造的弛张振荡器相关的相依参数。该表表示对于各相依参数的平均值、最小值和最大值。在这一个表中所得到的数值是对于目标时钟频率为4兆赫的典型情况。
表3鉴别几种校准技术和用于利用扩散电阻制造的弛张振荡器相关的相依参数。该表表示对于各相依参数的平均值、最小值和最大值。在这一个表中所得到的数值是对于目标时钟频率为4兆赫的典型情况。
本发明的详细描述参照图3，该图表示在很宽的环境温度变化范围内产生稳定的时钟频率的精密弛张振荡器1。最好，精密弛张振荡器1产生在约为1千赫到8兆赫的范围内的稳定的时钟频率。然而，本技术领域的技术人员会理解，本发明并不局限在特定的频率范围内。
精密弛张振荡器1包含振荡发生器100、第一电流发生器200和第二电流发生器300，第一电流发生器200通常是一种绝对温度互补型(Complementary to Absolute Temperature)(CTAT)电流发生器，第二电流发生器300通常是一种绝对温度比例型(Proportional to AbsoluteTemperature)(PTAT)电流发生器。在本发明的本实施例中，在一单片集成电路中即可实现本发明。
CTAT电流发生器200和PTAT电流发生器300独立地实现，并对于本发明来说提供几种重要的功能。CTAT电流发生器200和PTAT电流发生器300通过提供偏移电流CTAT电流220和PTAT电流320，(即相对于温度具有相反的斜率的电流)，补偿温度变化对于器件中的内部组件例如电阻、电容和比较器的影响。将CTAT电流290和PTAT电流390(图4和5)综合形成电容充电电流Iccc 190(Iccc 190＝CTAT电流290+PTAT电流390)。当引入到用于对第一电容110和第二电容120的振荡发生器100时，形成CTAT电流290与PTAT电流390的综合或求和。由于CTAT电流290与PTAT电流390近于线性并相对于温度具有相反的斜率，所以作为求和结果的Iccc 190几乎与温度无关。
在该优选实施例中，振荡发生器100包含置位-复位触发器160、由两个比较器182和184组成的比较器电路180、两个电容器110和120、4个晶体管开关130、132、134和136、两个反相器140和142以及一个用于产生基准电压152的带隙基准电压电路150。
晶体管开关130和134分别为第一电容110和第二电容120提供充电通道。晶体管开关132和136分别为第一电容110和第二电容120提供放电通道。在该优选实施例中，晶体管开关130、132、134和136是MOSFET晶体管，然而，本技术领域的技术人员会理解本发明并不局限于这些晶体管。
通过使一个电容充电而使其它电容放电运行振荡发生器100。用于第一电容110的放电通道经过晶体管开关132连接到比较器182的一个输入端。用于第二电容120的放电通道经过晶体管开关136连接到比较器184的一个输入端。
在该优选实施例中，为了达到最佳性能，利用一个稳定基准电压源例如带隙基准电压电路150。带隙基准电压电路150连接到比较器182和184的第二输入端并提供单一的基准电压152，用于设定在每个比较器182和184处以及CTAT电流发生器200的共模电压。对于带隙基准电压电路150的PBIAS输入325是由下文将介绍的PTAT偏置发生器310输出的。带隙基准电压电路150具有的稳定电容充电电流和将由于比较器输入摆动的变化和传播延迟引起的误差最小化的优点。此外，为了抵消或者至少最小化基准电压漂移的影响，CTAT电流发生器200像比较器182和184一样依据同一基准电压152。例如，如果基准电压152增加，等于VREF/R的CTAT电流290(图4)也增加。由于在别处没有补偿，这一增加的CTAT电流290将导致时钟频率166更快，因为会产生更大的Iccc190，而更大的Iccc190将导致使第一电容110和第二电容120充电更快。然而，第一电容110和第二电容120必须为比较器182和184充电到更高的电平，以便相对于增加的基准电压152跳变(trip)。因此，本发明实现稳定的时钟频率仅需要一较简单的很低成本的基准电压源。有各种各样带隙基准电压电路150以及其它基准电压源例如分压器的实施例，这些对于本技术领域的技术人员来说是公知的。然而，在先技术并未公开在本发明中实现带隙基准电压电路150的新颖方法。
比较器182的输出端连接到触发器160的置位输入端162。比较器184的输出端连接到触发器160的复位输入端164。因此，当电容110和电容120交替地充电和放电时，比较器182和比较器184将触发器160交替地置位和复位，因此产生时钟输出。
触发器160的Q输出端166提供与温度变化无关的稳定的时钟频率。在该优选实施例中，Q输出端166还通到晶体管开关132以及经过反相器140通到晶体管开关130。因此，Q输出端166提供该控制晶体管开关130和132的信号，晶体管开关130和132又开闭对于电容110的充电和放电通道。
触发器160的互补Q输出端168提供与温度变化无关的及与Q输出端166互补的第二稳定的时钟频率。互补Q输出端168通到晶体管开关132以及经过反相器140通到晶体管开关130。因此，互补Q输出端168提供该控制晶体管开关134和136的信号，晶体管开关134和136又开闭对于电容120的充电和放电通道。
参照图4，其中相似的标号代表相似的元件，CTAT电流发生器200包含CTAT偏置发生器210以及用于产生CTAT电流290的电流镜250。CTAT偏置发生器210包含放大器电路220、至少一个具有小的正温度系数用于调节放大器输入电流的电阻232和234，以及用于向放大器220提供输入电流的晶体管240。放大器220属于级联结构用于供电和消除噪声。基准电压152连接到放大器220的一个输入端。本发明可实现利用用于控制发送到电流镜250的电流并因此用于产生与温度无关的稳定的时钟频率的选择位(bit)236可以选择在内部电阻232之上的一外部电阻234。
电流镜250包含多个(从1到n)晶体管252。CTAT偏置发生器放大器220连接到电流镜晶体管252。通过经校准选择开关254选择或启用一个或多个晶体管252求和，以数字方式对用于实现CTATPTAT适当均衡的CTAT电流290的微调进行编程，以便获得期望的电流。在该优选实施例中，电流镜250用作分流器，这在本技术领域的技术人员来说是公知的。在其它实施例中，电流镜250可以按照电流放大器构成。CTAT电流290是从各电流镜晶体管252中所选择的输出的和。
参照图5其中相似的标号代表相似的元件，对于本技术领域的技术人员公知的作为一种ΔVBE电路的PTAT电流发生器300包含PTAT偏置发生器310和用于产生PTAT电流390的PTAT电流镜350。PTAT偏置发生器310包含放大器电路320、产生第一偏置电压的第一偏置电路330和用于产生第二偏置电压的第二偏置电路340，第一偏置电压加在具有小温度系数的可选择电阻332或334上。第一偏置电压和第二偏置电压提供到放大器320的输入端。放大器320的输出为PBIAS325，该输出端连接到第一偏置电路330、第二偏置电路340、PTAT电流镜350和带隙基准电压电路150(图1)。与CTAT电流发生器200相似，本发明可实现利用用于控制发送到电流镜350的电流并因此用于产生与温度无关的稳定的时钟频率的控制位(bit)336可以选择在内部电阻332之上的一外部电阻334。
电流镜350包含多个(从1到n)晶体管352。通过对经校准选择开关354选择或启用一个或多个晶体管352进行编程，以数字方式执行微调以便得到所需的PTAT电流390。在该优选实施例中，电流镜350用作分流器，这在本技术领域的技术人员来说是公知的。在其它实施例中，电流镜350可以按照电流放大器构成。PTAT电流390是从各电流镜晶体管352中所选择的输出的和。
参照图6其中相似的标号代表相似的元件，图中表示关于弛张振荡器1的时间关系示意图。V1 112代表电容110的充电和放电(图1)。应注意，V1 112的正斜率(充电)等于Iccc190除以电容110的电容值。V1 112的最大幅值等于基准电压152。CMP1代表比较器182的输出，其连接到触发器160的置位输入端162。
V2 122代表电容120的充电和放电。在这种情况下，V2 122的正斜率(充电)等于Iccc190除以电容120的电容值。CMP2代表比较器184的输出，其连接到触发器160的置位输入端164。CLK是触发器160的Q输出端166。
对于50％的占空比，电容110和电容120的数值是相同的，从而为V1112和V2 122形成相似的斜率。当电容电压超过基准电压152时，比较器182和比较器184向低跳变(pulse low)，使触发器160改变状态。RST(复位)用于将比较器182和比较器184初始化并将触发器160置于已知的状态。
有几种校准技术可用于图3、4和5中所示的本发明设定ICTAT290、ICTAT290以及因此设定ICCC190。在表1-3中表示了各种校准技术以及与每种技术相关的参数。表1表示一些独立的过程参数，这些过程参数影响时钟频率和对于温度的频率稳定性。此外，在表1中可以找到通常一群器件中的这些参数的平均值、最小值和最大值。这些独立的参数包含由本发明的带隙基准电压发生器提供的基准电压、CTAT电流发生器的温度系数和PTAT电流发生器的温度系数以及电容C1和C2(图3)的数值。
表2和3表示各种校准技术、对于时钟频率为4兆赫的所需电容充电电流、对于每种校准技术的相关校准参数以及形成的PTAT电流和器件的温度系数。在表2和3中还表示从一群器件的随机样本中所取的对于每种参数的平均值、最小值和最大值。在表2中，对于这些参数的数值代表多晶硅电阻的情况。表3中包含的这些参数的数值代表扩散电阻的情况。在表2和3中包含的参数的数值是用于产生4兆赫的目标时钟频率的典型值。另外的时钟频率将需要相关校准参数的不同数值，然而，对于每种校准技术的基本概念仍然是有效的。
在1998.12.4申请的名称为“带有温度补偿的精密弛张振荡器和各种运行模式”的序号为09/205,758的美国专利申请中更详细地公开了电阻型即多晶硅电阻对扩散电阻的对于温度系数的重要性。该专利申请是1998.3.19申请的名称为“带有温度补偿的精密弛张振荡器”的序号为09/044,361的美国专利申请的部分继续。如上面对目标时钟频率所述的那样，对于每种电阻类型各相关校准参数的数值是各不相同的。然而，对于下面讨论的每种校准技术，其基本概念与电阻类型无关。此外，在该优选实施例中，CTAT电流发生器200和PTAT电流发生器300具有共同的电阻类型即为多晶硅电阻或扩散电阻。
参照图7-10，概括地说，其中相似的标号代表相似的元件，对用于设定CTAT校准选择开关254的校准值以及因此ICTAT290、在该优选实施例中的ICCC190的主要部分按照逐个器件的方式进行编程并存储在非易失性存储器800中。在其它实施例中，CTAT和PTAT的作用可以是相反的。即，在另外实施例中，IPTAT390 ICCC190的主要部分。该非易失性存储器利用地址总线(AB)、数据总线(DB)和控制总线(CS)连接到集成电路中的CPU部分900。
可以与CTAT校准值一样，按照逐个器件的方式计算用于设定PTAT校准选择开关354的校准值以及因此IPTAT390。另外，或者通过硬连线PTAT校准选择开关354或者通过将PTAT校准值存储在非易失性存储器800中，可以根据器件的随机样本从该群器件产生PTAT校准值，计算用于特定技术的PTAT校准参数的平均值或预期值，有助于形成在该群中的每个器件预期值。根据从该群的随机样本计算平均值的计算法，得到特性的正态分布函数。然而，至少在其中一种技术中，计算按照逐个器件的方式PTAT校准值。这是更耗时的，因此是一个成本更高的计算法。然而，在使一群器件的时钟频率变化最小化方面器件的性能增强了。
参照图7，最简单的和最低成本的但是最有效的技术是微调ICTAT290的独立电流法，其在正常工作温度下产生目标频率。利用这种方法不会影响PTAT电流发生器300并因此消除IPTAT390或设定为零。通过取消PTAT电流发生器300的要求，将电路简化。图7中的PTAT电流发生器300中的虚线部分代表其对于独立电流法是可供选择的组成部分。
独立电流计算法的不利方面在于，实际上没有温度补偿，因为弛张振荡器完全取决于电阻232和234的温度系数。由于没有温度补偿，根据电阻温度系数对于温度变化将使ICCC190和时钟频率166中将含有明显的和不希望的脉动。如在表2中所表示的，对于一器件的对于多晶硅电阻的频率误差预期值为-300百万分率(ppm)/℃。按照最小偏移的器件仍然有为-240百万分率/℃的频率误差。按照最大偏移的器件仍然有为-360百万分率/℃的频率误差。如表3中所示，由于扩散电阻的温度系数大，频率误差甚至更大。
称为固定补偿法的第二校准技术添加了PTAT电流发生器300，其具有可熔的或硬连线的PTAT校准选择开关354，如图8中所示。在该优选实际例中，将PTAT校准选择开关354硬连线到逻辑0(通常地电位)或逻辑1(通常VDD)。
按照固定补偿法，根据一随机样本计算在正常温度(25℃)下的对于该群的PTAT的预期值。然后，确定用于PTAT校准选择开关354的设定值，以便产生对于这些呈现平均PTAT电流性能的器件所需的IPTAT390。将用于PTAT校准选择开关354的相同设定值应用于该群的每个器件。
这种技术的优点是向ICCC190添加一稳定电流IPTAT390，因此，比利用独立电流法形成对于温度更稳定的时钟频率。此外，这种技术是一种成本低的温度校准解决方案，这是因为将一组PTAT校准值应用于该群所有的器件。利用这一方案可避免对于各个器件的唯一设定值的耗时的操作过程。此外，通过回避对于非易失性存储器的要求以及对在其它技术中求得的PTAT校准值的解码逻辑，还可以实现降低成本。
这一方案的缺点在于，将PTAT校准选择开关354的相同设定值应用于该群中的所有器件，与独立过程参数无关。即用于PTAT校准选择开关354的相同设定值可能在不同器件的中产生不同的电流，这是因为过程变化，如在表1和2中所示。因此，要对某些器件比其它的器件更精确地编程。
本发明提供的另一种校准技术是可变补偿法，如图9中所示。可变补偿法其特征在于，对于该群中的所有器件通过改变PTAT校准选择开关的设定值，能够维持IPTAT390(通常为微安级)。与利用固定补偿法一样，根据一随机样本计算在正常温度下的对于该群的PTAT的预期值。然而，与固定补偿法不同，按照逐个器件的方式确定用于PTAT校准选择开关354的设定值，以产生在每个器件中的平均PTAT电流390。因此，图9中所示的每个器件将具有用于PTAT校准选择开关354的惯用的校准值，这些校准值与用于CTAT校准选择开关254的校准值分开存储在非易失性存储器800中。
可变补偿法的优点是超过固定补偿法的优异的频率稳定性，因为将该群中的每个器件独立地校准，产生平均IPTAT390。然而，由于每个器件必须独立地校准以设定平均IPTAT390以及PTAT校准值必须分别存储在非易失性存储器800中，这种技术增加了成本和使弛张振荡器复杂化。
能保证比可变补偿法对于温度有更高的时钟频率稳定性的是如图10中所示的固定比方法。利用这种方法，根据一随机样本计算在正常温度下的对于该群的IPTAT∶ICTAT电流比的预期值。与上面讨论的其中相关参数是IPTAT390的幅值的方法不同，对于固定比方法的相关参数是IPTAT∶ICTAT电流比。
按照该固定比方法，CTAT电流发生器200和PTAT电流发生器300共用存储在非易失性存储器800中的公用的一组校准值，如图10中所示的。根据CTAT校准值的简单逻辑编码370产生PTAT校准选择开关设定值354，以得到平均IPTAT∶ICTAT电流比。因此，每个器件将CTAT校准值唯一地解码，用以得到适当的PTAT校准值。通过共用在CTAT电流镜250和PTAT电流镜350之间的公用的一组校准值，使得节省非易失性存储器。因此，按照逐个器件的方式计算PTAT校准选择开关设定值354，使得对于在正常温度下的IPTAT∶ICTAT预期值将该群的每个器件编程，如表1和2中所示。
最后一种最有效的校准技术称为可变比方法。用于可变比方法的硬件结构与图9中所示的可变补偿法相同。然而，可变比方法包含的步骤与可变补偿法包含的步骤是不同的。按照可变比方法，以在两个温度下的最佳IPTAT∶ICTAT电流比校准弛张振荡器，这与在正常单一工作温度下相反。按照逐个的方式执行如下的顺序操作。
建立两个温度数据点，以按照如下公式计算CTAT电流对于温度的斜率
斜率ICTAT＝ΔICTAT/ΔT其中T是以℃计的温度。
在计算ICTAT290的斜率之后，按照如下公式计算ICTAT的温度系数温度系数(Temo)＝斜率ICTAT/ICTAT.NM其中ICTAT.NM＝CTAT电流(25℃)进行类似的计算，以得到对于IPTAT的温度系数。接着计算对于每个器件的Temo(IPTAT)∶Temo(ICTAT)电流比。最后计算校准值，以产生IPTAT和ICTAT，其中IPTAT∶ICTAT电流比与温度系数的比是一致的。将这些校准值分别存储在非易失性存储器，如图9中所示。虽然可变比方法最精确和有效，但也最复杂和该校准技术成本最高，这是因为需要在两个温度下校准以及需要与器件相关的一系列复杂的计算。
本发明将由于制造方法、电源电压和温度变化引起的时钟频率漂移降到最小。通过提供偏移偏置电流实现这一点，该偏移偏置电流当求和时与温度变化无关，经过可编程电流镜250和350微调，以消除过程变化，利用稳定电压基准例如带隙基准电压电路150和双电容双比较器振荡发生器100。用于微调偏置电流的优化性能的校准技术包含独立的ICTAT，固定补偿、恒定值、恒定比和最佳比。此外，在本技术领域的技术人员来说是公知的模拟设计技术例如组件匹配和级联电流源，增强了电路稳定性。
虽然参照一优选实施例表示和介绍了本发明，本技术领域的技术人员会理解，在不脱离本发明的构思和范围的前提下可以对结构和细节进行改变。
表1影响振荡频率的参数的预期的过程变化
表2频率温度稳定性与过程变化的函数关系以及利用多晶硅电阻按4兆赫的补偿方法
表3频率温度稳定性与过程变化的函数关系以及利用LDD电阻按4兆赫的补偿方法
权利要求
1.一种用于带有温度补偿电路的精密弛张振荡器的校准技术，包含的步骤有在该电路内提供一电容充电电流(Iccc)，用于产生目标时钟频率，其中该电容充电电流是由绝对温度互补型电流组成的；计算用于目标时钟频率的绝对温度互补型电流；确定用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；存储用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；读取用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；以及设定多个与绝对温度互补型校准值一致的绝对温度互补型校准选择开关。
2.根据权利要求1所述的校准技术，其中将用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值存储在非易失性存储器中。
3.根据权利要求1所述的校准技术，还包含的步骤有提供一绝对温度比例型电流，其中电容充电电流(Iccc)还包含绝对温度比例型电流，以及其中电容充电电流(Iccc)等于绝对温度互补型电流与绝对温度比例型电流的和。
4.根据权利要求3所述的校准技术，还包含的步骤有设定多个绝对温度互补型校准选择开关，其中绝对温度比例型电流近似为零。
5.一种用于带有温度补偿电路的精密弛张振荡器的校准技术，包含的步骤有在该电路内提供一用于产生目标时钟频率的电容充电电流(Iccc)，其中该电容充电电流由绝对温度互补型电流与绝对温度比例型电流的和组成。
6.根据权利要求5所述的校准技术，还包含的步骤有提供多个电路，以形成该电路群；以及由该群中选择电路的随机样本。
7.根据权利要求6所述的校准技术，还包含的步骤有计算在正常的温度下关于电路的随机样本的平均绝对温度比例型电流，用于达到目标时钟频率和用于优化电路的温度系数；根据具有平均绝对温度比例型电流性能的电路的随机样本确定绝对温度比例型校准值，用于设定电路中的多个绝对温度比例型校准选择开关；存储绝对温度比例型校准值，用于设定在该群的每个电路中的多个绝对温度比例型校准选择开关；读取用于设定多个绝对温度比例型校准选择开关的绝对温度比例型校准值；以及设定多个与绝对温度比例型校准值一致的绝对温度比例型校准选择开关。
8.根据权利要求7所述的校准技术，还包含的步骤有计算用于近似目标时钟频率的绝对温度互补型电流；确定用于设定电路中的多个绝对温度比例型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；存储用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；读取用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；以及设定多个与绝对温度互补型校准值一致的绝对温度互补型校准选择开关。
9.根据权利要求8所述的校准技术，其中将用于设定多个绝对温度比例型校准选择开关的绝对温度比例型校准值硬连线到一逻辑电平；以及将用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值存储到非易失性存储器中。
10.根据权利要求6所述的校准技术，还包含的步骤有计算在正常的温度下关于电路的随机样本的平均绝对温度比例型电流，用于达到目标时钟频率和用于优化电路的温度系数；确定绝对温度比例型校准值，用于设定在该群的每个电路中的多个绝对温度比例型校准选择开关，其中多个绝对温度比例型校准选择开关的设定产生关于在该群的每个电路的平均绝对温度比例型电流；存储用于设定多个绝对温度比例型校准选择开关的绝对温度比例型校准值；读取用于设定多个绝对温度比例型校准选择开关的绝对温度比例型校准值；以及设定多个与绝对温度比例型校准值一致的绝对温度比例型校准选择开关。
11.根据权利要求10所述的校准技术，还包含的步骤有计算用于近似目标时钟频率的绝对温度互补型电流；确定用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；存储用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；读取用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；以及设定多个与绝对温度互补型校准值一致的绝对温度互补型校准选择开关。
12.根据权利要求11所述的校准技术，其中将用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值存储到第一非易失性存储器中；以及将用于设定多个绝对温度比例型校准选择开关的绝对温度比例型校准值存储到第二非易失性存储器中。
13.根据权利要求6所述的校准技术，还包含的步骤有计算在正常温度下关于电路的随机样本的平均IPTAT∶ICTAT电流比，用于达到目标时钟频率和用于优化电路的温度系数；确定绝对温度比例型校准值，用于设定关于在该群的每个电路的多个绝对温度比例型校准选择开关，其中多个绝对温度比例型校准选择开关的设定对应于在该群的每个电路的平均IPTAT∶ICTAT电流比；根据绝对温度互补型校准值解码绝对温度比例型校准值，用于设定多个绝对温度比例型校准选择开关；以及设定多个与绝对温度比例型校准值一致的绝对温度比例型校准选择开关。
14.根据权利要求13所述的校准技术，还包含的步骤有计算用于近似目标时钟频率的绝对温度互补型电流；确定用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；存储用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；读取用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；以及设定多个与绝对温度互补型校准值一致的绝对温度互补型校准选择开关。
15.根据权利要求14所述的校准技术，其中将用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值存储到非易失性存储器存储单元中；以及将用于设定多个绝对温度比例型校准选择开关的绝对温度比例型校准值存储到非易失性存储器存储单元中。
16.一种用于带有温度补偿电路的精密弛张振荡器的校准技术，包含的步骤有在该电路内提供一用于产生目标时钟频率的电容充电电流(Iccc)，其中该电容充电电流是由绝对温度互补型电流与绝对温度比例型电流的和组成的；计算绝对温度互补型电流相对于温度的变化斜率；根据绝对温度互补型电流的变化斜率计算绝对温度互补型电流的绝对温度互补型温度系数；计算绝对温度比例型电流相对于温度的变化斜率；计算绝对温度比例型电流的绝对温度比例型温度系数；计算绝对温度比例型温度系数与绝对温度互补型温度系数的比；计算绝对温度比例型电流与绝对温度互补型电流的比；确定绝对温度互补型校准值，用于设定用于产生绝对温度互补型电流的多个绝对温度互补型校准选择开关，确定绝对温度比例型校准值，用于设定用于产生绝对温度比例型电流的多个绝对温度比例型校准选择开关，其中绝对温度比例型电流与绝对温度互补型电流的比约等于绝对温度比例型温度系数与绝对温度互补型温度系数的比；存储用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；存储用于设定多个绝对温度比例型校准选择开关的绝对温度比例型校准值；读取用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值；读取用于设定多个绝对温度比例型校准选择开关的绝对温度比例型校准值；设定多个与绝对温度互补型校准值一致的绝对温度互补型校准选择开关；以及设定多个与绝对温度比例型校准值一致的绝对温度比例型校准选择开关。
17.根据权利要求16所述的校准技术，其中将用于设定多个绝对温度互补型校准选择开关的绝对温度互补型校准值存储到第一非易失性存储器中；以及将用于设定多个绝对温度比例型校准选择开关的绝对温度比例型校准值存储到第二非易失性存储器中。
全文摘要
用于带有温度补偿的几种精密弛张振荡器的校准技术在很宽的环境温度变化范围内产生稳定的时钟频率。这些校准技术提供确定绝对温度互补型电流、绝对温度比例型电流或绝对温度比例型电流与绝对温度互补型电流的比的不同的方法。这些校准技术为确定绝对温度互补型和绝对温度比例型校准值以及设定为绝对温度互补型和绝对温度比例型校准选择开关提供不同的方法。
文档编号H03B5/04GK1535499SQ00801090
公开日2004年10月6日 申请日期2000年4月26日 优先权日1999年4月26日
发明者詹姆斯·B·诺兰, 瑞安·S·埃利森, S 埃利森, 詹姆斯 B 诺兰 申请人:密克罗奇普技术公司