张驰振荡器的制作方法

本发明涉及张驰振荡器，尤其涉及适合于快速切换、低噪声和低电流消耗很重要的应用的张驰振荡器。

背景技术：

通常用反馈回路和切换装置(例如比较器或继电器)实施的张驰振荡器生成周期性输出信号。这些装置产生诸如方波的非线性输出信号。原理是用反馈回路和切换装置先将诸如电容器或电感器的能量存储装置充电到阈值水平，然后将其放电并且重复充电放电循环。充电放电行为会产生周期性的不连续波形，这个周期性的不连续波形于是可以被视为输出。

通常在常规张驰振荡器中在电流消耗与切换速度之间和电流消耗与噪声之间存在权衡。维持快速切换速度和低噪声对于张驰振荡器的低抖动操作(即离期望频率只有较小的偏差)很重要，但是通常需要较高的电流。这一点与现代的电池供电的装置的要求有冲突，因为在这类装置中减少电流消耗非常重要。本发明旨在解决这个问题。

技术实现要素：

从第一方面，本发明提供一种张驰振荡器，其包括：

比较器，其包括：

晶体管差分对；

静态电流源；以及

动态电流源；以及

至少一个能量存储组件；

其中所述比较器布置成提供输出信号，所述输出信号触发能量存储组件的充电或放电，所述动态电流源在充电或放电被触发之前启用，并且在预定时间之后停用。

所属领域的技术人员将发现，根据本发明，当为能量存储装置充电时，张驰振荡器可以先用第一低静态电流操作，然后在比较器触发充电或放电之前启用第二动态高电流源。与常规张驰振荡器相比，这个临时较高电流可以有利地提供更精确的时序，减少噪声效应并且整体电流消耗更低。

本发明可以用单一能量存储组件实施。但是，在一组实施例中，提供多个能量存储组件-例如两个。在此类实施例中，可以使用输出信号在能量存储组件之间切换，从而使得一个能量存储组件可以在充电，同时另一个能量存储组件在放电。这样容许更高频率的输出。

静态或动态电流源可以采用本领域中本身已知的任何形式。然而，在一组实施例中，电流源中的任一个或两个是电流反射镜。申请人理解，在这个背景下使用电流镜特别有利，因为电流镜的功率效率高，而且会产生更精确的输出频率，其中输出频率与电流除以电容成比例。

在一组实施例中，振荡器布置成在能量存储组件两端使用电压以启用动态电流源。这样可能便于就在触发充电/放电之前启用动态电流源，或者在提供多个能量存储组件的情况下在能量存储组件之间切换。在一组实施例中，动态电流源包括至少一个开关晶体管，其布置成启用和停用动态电流源。在一组实施例中，所述开关晶体管的栅极导线连接到能量存储组件。在提供多个能量存储组件的情况下，可以提供分开的开关晶体管，其中每个开关晶体管可以具有栅极导线连接到相应能量存储组件。通过提供晶体管，晶体管的栅极连接到能量存储装置并且源极导线连接使得它能启用或停用动态电流源，这样可以有利地使动态电流源就在比较器触发任何充电或放电之前的时间接通。

存在多种不同的晶体管技术可供用于半导体装置制造。然而，对于低功率应用，场效应晶体管(fet)是最合适的技术，原因在于它的低电流操作要求。因而，在一组实施例中差分对和/或开关晶体管包括场效应晶体管。

本发明可以使用本领域中本身已知的任何能量存储组件实施。然而，优选地，该能量存储组件或每一能量存储组件包括电容器。电容器尤其非常适合用于切换速度和功率消耗很重要的应用。

可以使用来自比较器的输出信号控制在任何给定时刻多个能量存储组件中的哪个能量存储组件正在充电。在有些组实施例中，张驰振荡器包括能量存储充电控制模块，当从比较器接收到合适的信号时，该能量存储充电控制模块在能量存储组件之间切换。

当从第二方面看时，本发明提供一种电池供电的集成电路，其包括如上文所述的张驰振荡器。

附图说明

现将仅借助于实例且参考附图描述本发明的实施例，在这些附图中：

图1是本发明的示例性实施例的电路图；

图2是本发明的示例性实施例的时序图；

图3是现有技术的电路图；以及

图4是包括本发明的示例性实施例的一部分的比较器的电路图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的张驰振荡器2的示例性实施例的电路图。张驰振荡器2包括比较器4、两个电容器8、14、四个开关10、12、16、18和充电控制模块6。

比较器4是三个输入的比较器，其中所述三个输入是电容器电压20、22和参考电压24。比较器产生输出信号26，输出信号26被充电控制模块6用作输入。充电控制模块产生两个致动信号28、30，其控制开关10、12、16、18。

第一电流源32产生流经固定电阻器34的恒定电流，由于欧姆定律的作用，恒定电流在电阻器34两端产生固定电势差。这个电势差被用作电压参考24，接着如上所述，电压参考24用作比较器4的输入之一。

第二电流源36产生恒定电流，该恒定电流用于根据在任何给定时间的电路状态和开关10、12、16、18中哪些开关闭合，为第一电容器8或第二电容器14充电。

比较器4将两个电容器电压20、22与参考电压24比较，并且判断两个电容器电压20、22中的任一个电容器电压是否大于参考电压24。如果电容器电压20、22之一超出参考电压24，则输出电压26设置成逻辑高；否则输出电压26保持在逻辑低。

充电控制模块6布置成使得在任何给定时间第一致动信号28和第二致动信号30中的一个是高态，另一个是低态。控制模块6监视输出信号26，每当输出信号26上发生正沿时，充电控制模块6就切换信号28、30中的哪一个是高态、哪一个是低态。

当第一致动信号28变高时，第一开关对10、12闭合，并且第二开关对16、18断开，从而将第一电容器8连接到第二电流源36并且使第二电容器14短路。当第二致动信号30变高时，第一开关对10、12断开，并且第二开关对16、18闭合，从而将第二电容器14连接到第二电流源36并且使第一电容器8短路。

现在将参看图2描述振荡器的基本操作，图2是图1的实施例的时序图。在初始时间t0，第二开关对16、18闭合，因而第二电容器14连接到第二电流源36。这样使得第二电容器14充电，因此使第二电容器电压22上升。

一旦第二电容器电压22超出参考电压24，比较器输出信号26变为逻辑高。随后，充电控制单元6检测输出信号26上的逻辑高，改变两个开关对10、12、16、18的状态，使得第一电容器8开始充电，第二电容器14放电。因此，第一电容器电压20开始上升，而第二电容器电压22快速降低。一旦第二电容器电压22不再超出参考电压24，比较器输出电压26就变回逻辑低。

该循环继续，每个电容器8、14先充电到其超出参考电压24为止，然后输出信号26被脉冲为高态，并且电容器的作用交换。这个反复的充电放电循环模式会产生周期性的非线性输出信号26。

图3是包括可能已经用于图1的张驰振荡器的静态电流源的比较器104的现有技术电路图，这里仅仅出于参考目的描述比较器104。比较器104将以两个电容器电压120、122和参考电压124作为输入并且提供输出电压126。

图3的比较器包括三个nmos晶体管140、142、144，其相应的栅极引线分别连接到两个电容器电压120、122和参考电压124。这三个晶体管140、142、144布置成差分对电路的变型。参考晶体管144形成差分对的一半，而与电容器连接的晶体管140、142并联布置并且共同地形成差分对的另一半。这个布置准许比较器将两个电容器电压120、122中的任一个电容器电压与参考电压124比较。这个差分对布置经由电流反射镜或包括两个晶体管146、148的有源负载布置连接到正电源轨vdd40。

包括与电容器和参考连接的晶体管140、142、144的差分对布置成长尾对。通过拖尾晶体管150在这个布置中设置提供偏压电流的长尾对的拖尾。这个拖尾晶体管150提供用于差分对操作的恒定的静态电流源。

单侧输出从差分对获得并且连接到pmos晶体管152的栅极导线，其与nmos晶体管154形成推挽式输出级。根据在任何给定时间来自差分对的单侧输出，这个推挽式输出级使比较器输出信号126始终饱和到逻辑高或逻辑低。

图4是根据本发明的替代比较器204的电路图。这个布置的拓扑类似于图3中的布置(并且对于相似部分使用相似的参考标号，区别是去掉了前面的1)。但是有利地在差分对布置中添加额外的电流源，采用与第一拖尾晶体管50并联的第二拖尾64的形式。

两个nmos动态电流源晶体管60、62并联布置，其相应的源极和漏极导线连接在一起，其中漏极导线进一步连接到差分对晶体管40、42、44的源极导线，并且动态电流源晶体管60、62的源极导线连接到第二拖尾晶体管64。动态电流源晶体管60、62的每个栅极导线分别连接到第一和第二电容器电压20、22。

这个有利的布置容许选择性地启用和停用包括动态电流源晶体管60、62和第二拖尾晶体管64的第二动态电流源以在需要时向差分对提供额外的电流。当电容器电压20、22中的任一个电容器电压充分高时，就在比较器将输出信号26改变成逻辑高之前，相应的动态电流源晶体管60、62会接通并且将差分对连接到提供额外电流的额外拖尾晶体管64。这样能确保具有准确时序的清晰的脉冲并且减少噪声效应，同时保持较低的平均功率消耗。

因而将发现已经描述了一种尤其适合于时序、噪声和功率因素尤其重要的应用的张驰振荡器。尽管已详细地描述特定实施例，但在本发明的范围内，许多变化和修改是可能的。