一种具有温度和工艺自补偿特性的cmos松弛振荡器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，包括基准源、电容充放电电路、第一比较器、第二比较器和SR锁存器；所述基准源的基准电流与电容充放电电路连接，基准源的基准电压分别与第一比较器的同相输入端和第二比较器的同相输入端连接；第一比较器的反相输入端和第二比较器的反相输入端，分别与电容充放电电路连接；第一比较器的输出端与SR锁存器的R端连接，第二比较器的输出端与SR锁存器的S端连接。本发明所述具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，可以克服现有技术中成本高、可靠性低和工艺偏差大等缺陷，以实现成本低、可靠性高和工艺偏差小的优点。
【专利说明】一种具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路设计【技术领域】，具体地，涉及一种具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器。
【背景技术】
[0002]振荡器是许多电子系统的主要模块，应用范围从微处理器中的时钟产生到无线通信系统中的载波合成。最通用的振荡器是石英晶体振荡器，晶体振荡器的性能很稳定，精度很高，但是由于采用了石英晶体，使得它不能与标准的集成电路工艺兼容，成本较高。利用标准CMOS工艺实现的片上振荡器来取代片外的晶振，对于降低系统成本，提高系统的集成度将有很大帮助。
[0003]对于标准的CMOS集成电路工艺，当环境为温度变化时，MOS晶体管的许多参数都都随之发生变化，导致振荡器的频率也随温度变化；而且在芯片加工制造过程中，批次与批次之间、芯片与芯片之间，晶体管的参数具有一定的离散性，导致了振荡器频率较大的工艺偏差。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在成本高、可靠性低和工艺偏差大等缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，以实现成本低、可靠性高和工艺偏差小的优点。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，包括基准源、电容充放电电路、第一比较器、第二比较器和SR锁存器；
[0007]所述基准源的基准电流Iref与电容充放电电路连接,基准源的基准电压Vref分别与第一比较器的同相输入端和第二比较器的同相输入端连接；第一比较器的反相输入端和第二比较器的反相输入端，分别与电容充放电电路连接；第一比较器的输出端与SR锁存器的R端连接，第二比较器的输出端与SR锁存器的S端连接。
[0008]进一步地，所述电容充放电电路，包括对称设置、且分别与基准源的基准电流Iref连接的第一充放电支路和第二充放电支路；
[0009]所述第一充放电支路与第一比较器的反相输入端连接，第二充放电支路与第二比较器的反相输入端连接。
[0010]进一步地，所述第一充放电支路，包括第一开关Q1、第二开关Q2和第一电容Cl，其中:
[0011]所述第一开关Ql的第一端与基准源的基准电流Iref连接，第一开关Ql的第二端分别与第二开关Q2的第一端、第一电容Cl的上极板和第一比较器的反相输入端连接；第二开关Q2的第二端和第一电容Cl的下极板连接、并接地。
[0012]进一步地，所述第一开关Ql包括PMOS管M13，第二开关Q2包括NMOS管M15，第一电容Cl由NMOS管构成；
[0013]所述PMOS管M13和NMOS管M15构成反相器，反相器的输入端接SR锁存器的输出端QB，反相器的输出端接第一电容Cl的上极板。需要说明的是，PMOS和NMOS是构成开关的一种形式，用其他形式构成的开关应该也在专利保护的范围之内。
[0014]进一步地，所述第二充放电支路，包括第三开关Q3、第四开关Q4和第二电容C2，其中:
[0015]所述第三开关Q3的第一端与基准源的基准电流Iref连接，第三开关Q3的第二端分别与第四开关Q4的第一端、第二电容C2的上极板和第二比较器的反相输入端连接；第四开关Q4的第二端和第二电容C2的下极板连接、并接地。
[0016]进一步地，所述第三开关Q3包括PMOS管M14，第四开关Q4包括NMOS管M16，第二电容C2由NMOS管构成；
[0017]所述PMOS管M14和NMOS管M16构成反相器，反相器的输入端接SR锁存器的输出端Q，反相器的输出端接第二电容C2的上极板。需要说明的是，PMOS和NMOS是构成开关的一种形式，用其他形式构成的开关应该也在专利保护的范围之内。
[0018]进一步地，所述基准源，包括NMOS管M1-M7和PMOS管M8-M12，所有NMOS管的衬底均接地，所有PMOS管的衬底和源级连接在一起，并接至电源VDD，所有PMOS管的栅极连接在一起并与PMOS管M9的漏极相连；
[0019]所述NMOS管Ml、NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5和NMOS管M7的源级均接地；NMOS管Ml的栅极和漏极连接在一起并与NMOS管M2的栅极和PMOS管M8的漏极相连，NMOS管M2的漏极与PMOS管M9的漏极相连，NMOS管M2的源级与NMOS管M3的漏极相连，NMOS管M4的栅极与漏极连接在一起并与NMOS管M3和NMOS管M7的栅极和PMOS管MlO的漏极相连，NMOS管M5和NMOS管M6的栅极和漏极都连接在一起并与PMOS管Mll的漏极相连，NMOS管M6的源级与NMOS管M7的漏极相连作为基准电压的输出端，PMOS管M12的漏极作为基准电流的输出端。
[0020]进一步地，所述NMOS管Ml和NMOS管M2工作在亚阈值区，NMOS管M3工作在深线性区，NMOS管M4工作在饱和区，则流过NMOS管M3的电流表示为:
【权利要求】
1.一种具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，其特征在于，包括基准源、电容充放电电路、第一比较器、第二比较器和SR锁存器； 所述基准源的基准电流Tre/与电容充放电电路连接，基准源的基准电压Pie/分别与第一比较器的同相输入端和第二比较器的同相输入端连接；第一比较器的反相输入端和第二比较器的反相输入端，分别与电容充放电电路连接；第一比较器的输出端与SR锁存器的R端连接，第二比较器的输出端与SR锁存器的S端连接。
2.根据权利要求1所述的具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，其特征在于，所述电容充放电电路，包括对称设置、且分别与基准源的基准电流ire/连接的第一充放电支路和第二充放电支路； 所述第一充放电支路与第一比较器的反相输入端连接，第二充放电支路与第二比较器的反相输入端连接。
3.根据权利要求2所述的具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，其特征在于，所述第一充放电支路，包括第一开关Q1、第二开关Q2和第一电容Cl，其中: 所述第一开关Ql的第一端与基准源的基准电流连接，第一开关Ql的第二端分别与第二开关Q2的第一端、第一电容Cl的上极板和第一比较器的反相输入端连接；第二开关Q2的第二端和第一电容Cl的下极板连接、并接地。
4.根据权利要求3所述的具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，其特征在于，所述第一开关Ql包括PMOS管M13，第二开关Q2包括NMOS管M15，第一电容Cl由匪OS管构成； 所述PMOS管M13和NMOS管M15构成反相器，反相器的输入端接SR锁存器的输出端QB,反相器的输出端接第一电容Cl的上极板。
5.根据权利要求2所述的具有`温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，其特征在于，所述第二充放电支路，包括第三开关Q3、第四开关Q4和第二电容C2，其中: 所述第三开关Q3的第一端与基准源的基准电流连接，第三开关Q3的第二端分别与第四开关Q4的第一端、第二电容C2的上极板和第二比较器的反相输入端连接；第四开关Q4的第二端和第二电容C2的下极板连接、并接地。
6.根据权利要求5所述的具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，其特征在于，所述第三开关Q3包括PMOS管M14，第四开关Q4包括NMOS管M16，第二电容C2由匪OS管构成； 所述PMOS管M14和NMOS管M16构成反相器，反相器的输入端接SR锁存器的输出端Q，反相器的输出端接第二电容C2的上极板。
7.根据权利要求1所述的具有温度和工艺自补偿特性的CMOS松弛振荡器，其特征在于，所述基准源，包括NMOS管M1-M7和PMOS管M8-M12，所有NMOS管的衬底均接地，所有PMOS管的衬底和源级连接在一起，并接至电源VDD，所有PMOS管的栅极连接在一起并与PMOS管M9的漏极相连； 所述NMOS管MUNMOS管M3、NM0S管M4、NM0S管M5和NMOS管M7的源级均接地；NM0S管Ml的栅极和漏极连接在一起并与NMOS管M2的栅极和PMOS管M8的漏极相连，NMOS管M2的漏极与PMOS管M9的漏极相连，NMOS管M2的源级与NMOS管M3的漏极相连，NMOS管M4的栅极与漏极连接在一起并与NMOS管M3和NMOS管M7的栅极和PMOS管MlO的漏极相连，NMOS管M5和NMOS管M6的栅极和漏极都连接在一起并与PMOS管Ml I的漏极相连，NMOS管M6的源级与NMOS管M7的漏极相连作为基准电压的输出端，PMOS管M12的漏极作为基准电流的输出端。`
【文档编号】H03B5/04GK103701411SQ201310690674
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】刘佳欣, 文光俊, 王耀 申请人:电子科技大学, 无锡成电科大科技发展有限公司