专利名称：快速启动片上振荡器的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟集成电路时钟技术领域，涉及一种快速启动片上振荡器的设计实现方法。
背景技术：
常用的振荡器主要分为晶体振荡器和片上振荡器。片上振荡器因为体积小，成本低，方便使用等优点广泛应用于消费级电子产品中。
在使用振荡器时钟给电荷泵产生高低压的系统中，需要实现电荷泵的快速启动。常见的振荡器输出一个稳定值频率。为了实现电荷泵的快速启动，本文通过增加了振荡器的快速启动电路实现在电荷泵启动时间内提高振荡器的输出频率，在电荷泵启动完毕后频率恢复正常值，从而实现电荷泵的快速启动。振荡器电路快速启动电路为设置数字电路来检测振荡器的时钟输出周期个数，并在时钟周期数达到设置数N之前给出一个一次性的时间长度为前N个周期的开关信号，利用这个临时存在的一次性开关信号来增加初始的充放电电流，提高振荡器的频率，实现电荷泵的快速启动。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种快速启动片上振荡器的装置，它可以在启动前N个周期内提供增加的充放电电流，提高启动时振荡器频率，实现电荷泵的快速启动。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种快速启动片上振荡器的装置，包括:电流镜晶体管NI，N2，N3，N4，MT，PI，P2，P3T，其中N2为电流调节部分，N2包含固定电流和电流开关两部分，P3T和MT为增加的电流部分，分别为增加的充电电流和放电电流；switchp和switchn分别为P3T和MT的控制开关,快速启动电路的ctrl_p和ctrl_n分别连接到开关switchtp、switchtn的控制端。
本发明的有益效果在于:振荡器电路上设置与振荡器输出时钟相结合的快速启动电路，通过使用RS触发器和N个D触发器组合可以在启动前N个周期内提供增加的充放电电流，提高启动时振荡器频率，实现电荷泵的快速启动。
外加基准电流经过NI，产生镜像电流经过N2，Pl由P2，P3，P3T以及N3，N4, N4T输出；P2，P3，P3T为Pl的镜像，N4, MT为N3的镜像；其中N4电流作为关键的电容放电电流，MT为增加的启动电流，P3电流作为关键的电容充电电流，P3T为增加的启动电流；两个比较器的偏置电流也由Pl镜像输出；P3，N4通过两个开关连接到电容正端，电容另一端则接地；电容正端分别连接到比较器I和2的正端和负端，比较器I和2的输出分别连接到RS触发器的S端和R端，比较器的输出Q为CLK0UT，输出(Γ经过反相器同时连接到开关switchl和2的控制端；输出时钟CLKOUT连接到快速启动电路的输入端，快速启动电路输出两个控制信号Ctrl_P,Ctrl_N,分别连接到开关switchtp、switchtn的控制端,该两个开关用于控制P3T，MT里面的电流是否分别增加到充放电电流中。
所述快速启动电路中，Fast_en为快速启动电路使能信号，Reset用于内部D触发器清零，CLKOUT为来自振荡器的时钟信号，快速启动电路输出两个控制信号Ctrl_p，Ctrl_n ；PD信号经过反相器连接到RS触发器的R端，RS触发器的输出Q连接到D触发器I的D端，D触发器2的D端连接到D触发器I的输出端Q ；以此类推，D触发器N的D端连接到D触发器N-1的输出端Q ；D触发器N的输出端Q连接到RS触发器的S端；RS触发器的Q输出信号Clk_QB和使能信号Fast_en作为2输入与门的输入，与门输出信号为Ctrl_n，Ctrl_n经过反相器即为Ctrl_p ；Reset连接到所有D触发器的CLR端，CLKOUT连接到所有D触发器的L端。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1是振荡器结构图2是振荡器快速启动电路图3是电荷泵的快速启动效果图。
具体实施方式
本发明设计实现了 一个实现电荷泵快速启动的振荡器电路。该振荡器具有一个和自身输出时钟相连接的快速启动电路，在启动后会输出N个周期比正常频率较高的时钟，该较高频率时钟用于后面的电荷泵，可以实现电荷泵的快速启动。振荡器电路主要由电流部分，充放电部分，快速启动部分组成。电流部分提供比较器用偏置电流和电容用充放电电流，且该电流可调节，通过调节电流大小来调节振荡器输出频率到中心频率；充放电部分实现振荡功能；快速启动部分在启动前N个周期内有效，打开增加的初始充放电电流，加快时钟频率，实现电荷泵快速启动。同时该快速启动电路具有使能开关。电路结构图如图1和2所示。
如图3所示的电荷泵的快速启动效果，本发明与振荡器输出时钟相结合的快速启动方法，通过使用RS触发器和N个D触发器组合可以在启动前N个周期内提供增加的充放电电流，提高输出时钟频率，快速启动电荷泵。N周期结束后关闭增加的充放电电流，恢复正常电流充放电，其中D触发器的个数决定了增加的充放电电流存在的时钟周期数。
该快速启动方法可以调节增加的充放电电流的大小和存在的时钟周期数。
在图1中，外加基准电流经过NI，产生镜像电流经过N2，Pl由P2，P3，P3T以及N3，N4, MT输出。P2，P3，P3T为Pl的镜像，N4, MT为N3的镜像。其中N4电流作为关键的电容放电电流，MT为增加的启动电流，P3电流作为关键的电容充电电流，P3T为增加的启动电流。两个比较器的偏置电流也由Pl镜像输出(非主要连接关系，未画出)。P3，N4通过两个开关连接到电容正端，电容另一端则接地。电容正端分别连接到比较器I和2的正端和负端，比较器I和2的输出分别连接到RS触发器的S端和R端，比较器的输出Q为CLK0UT，输出Q 经过反相器同时连接到开关switchl和2的控制端。输出时钟CLKOUT连接到快速启动电路的输入端，快速启动电路输出两个控制信号Ctrl_P，Ctrl_N，分别连接到开关switchtp, switchtn的控制端,该两个开关用于控制P3T, MT里面的电流是否分别增加到充放电电流中。
图2为中H)信号经过反相器连接到RS触发器的R端，RS触发器的输出Q连接到D触发器I的D端，D触发器2的D端连接到D触发器I的输出端Q。以此类推，D触发器N的D端连接到D触发器N-1的输出端Q。D触发器N的输出端Q连接到RS触发器的S端。RS触发器的Q输出信号Clk_QB和使能信号Fast_en作为2输入与门的输入，与门输出信号为Ctrl_n，Ctrl_n经过反相器即为Ctrl_p。Reset连接到所有D触发器的CLR端，CLKOUT连接到所有D触发器的L端。
两个开关受同一个信号控制，但是轮流导通和关闭，电容上的电压在比较器的两个设定电压之间翻转来触发R-S触发器不断切换充放电过程，形成振荡。充放电时间加上比较器、数字电路、开关等的反应时间即为时钟周期，振荡信号经选择器后输出。
工作过程为:Η)和Reset信号从高变为低，振荡器开始工作，cap从高电压开始放电，N4先导通。在图3中此时H)为低，RS触发器Reset有效，输出Clk_QB为高，在fast_en有效信号下，Ctrl_n为高，Ctrl_p为低，P3T和MT同时导通，P3T和P3 一起充电，N4T和N4 —起放电。
经过3 (N)个周期之后，最后一个D触发器输出1，RS触发器Set有效，输出Clk_QB为低，Ctrl_n为低，Ctrl_p为高，P3T和MT同时关闭，从此D触发器输出一直为0，RS触发器一直保持状态，Ctrl_n 一直为低，Ctrl_p 一直为高，P3T和MT —直保持关闭。
这样，增加的电流在N个周期之后不再存在，振荡器在快速启动之后在正常充放电电流下振荡。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式
的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式
用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。
权利要求
1.一种快速启动片上振荡器的装置，其特征在于，包括: 电流镜晶体管NI，N2，N3，N4，MT，PI，P2，P3T，其中N2为电流调节部分，N2包含固定电流和电流开关两部分，P3T和MT为增加的电流部分，分别为增加的充电电流和放电电流；P3T和MT的控制开关分别为switchp和switchn,快速启动电路的ctrl_p和ctrl_n分别连接到开关switchtp、switchtn的控制端。
2.如权利要求1所述的快速启动片上振荡器的装置，其特征在于，外加基准电流经过NI，产生镜像电流经过N2，Pl由P2，P3，P3T以及Ν3，Ν4，MT输出； Ρ2，Ρ3，Ρ3Τ为Pl的镜像，Ν4, MT为Ν3的镜像； 其中Ν4电流作为关键的电容放电电流，MT为增加的启动电流，Ρ3电流作为关键的电容充电电流，Ρ3Τ为增加的启动电流； 两个比较器的偏置电流也由Pl镜像输出； Ρ3，Ν4通过两个开关连接到电容正端，电容另一端则接地； 电容正端分别连接到比较器I和2的正端和负端，比较器I和2的输出分别连接到RS触发器的S端和R端，比较器的输出Q为CLKOUT，输出(Γ经过反相器同时连接到开关switchl和2的控制端； 输出时钟CLKOUT连接到快速启动电路的输入端，快速启动电路输出两个控制信号Ctrl_P,Ctrl_N,分别连接到开关switchtp、switchtn的控制端,该两个开关用于控制P3T,MT里面的电流是否分别增加到充放电电流中。
3.如权利要求1所述的快速启动片上振荡器的装置，其特征在于，所述快速启动电路中，Fast_en为快速启动电路使能信号，Reset用于内部D触发器清零，CLKOUT为来自振荡器的时钟信号，快速启动电路输出两个控制信号Ctrl_p，Ctrl_n ； PD信号经过反相器连接到RS触发器的R端，RS触发器的输出Q连接到D触发器I的D端，D触发器2的D端连接到D触发器I的输出端Q ； 以此类推，D触发器N的D端连接到D触发器N-1的输出端Q ； D触发器N的输出端Q连接到RS触发器的S端； RS触发器的Q输出信号Clk_QB和使能信号Fast_en作为2输入与门的输入，与门输出信号为Ctrl_n, Ctrl_n经过反相器即为Ctrl_p ； Reset连接到所有D 触发器的CLR端，CLKOUT连接到所有D触发器的L端。
全文摘要
本发明公开了一种快速启动片上振荡器的装置，包括电流镜晶体管N1，N2，N3，N4，N4T，P1，P2，P3T，其中N2为电流调节部分，N2包含固定电流和电流开关两部分，P3T和N4T为增加的电流部分，分别为增加的充电电流和放电电流；switchp和switchn分别为P3T和N4T的控制开关，快速启动电路的ctrl_p和ctrl_n分别连接到开关switchtp、switchtn的控制端。本发明振荡器电路上设置与振荡器输出时钟相结合的快速启动电路，通过使用RS触发器和N个D触发器组合可以在启动前N个周期内提供增加的充放电电流，提高启动时振荡器频率，实现电荷泵的快速启动。
文档编号H03B5/20GK103138678SQ20111038351
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者袁志勇 申请人:上海华虹Nec电子有限公司