一种输出频率随电源电压成线性变化的频率振荡器的制作方法

本发明涉及一种频率振荡器，特别是涉及一种输出频率随电源电压成线性变化的频率振荡器。

背景技术：

在flaship里面，往往需要使用大量的电荷泵，设计电荷泵往往要求在最坏的情况保证能够工作，比如125c/sscorner/1.35v。这样在较好的情况下面，电荷泵的能力往往超出实际的需要。

在某些领域的运用，对flaship读写擦功耗的要求很高，比如在各种情况下读写擦的功耗要求都是1ma.这样在电路里面需要做很多处理，在电荷泵建立的时候对振荡器的频率分频处理，降低频率达到读写擦的功耗为1ma在-40℃/ffcorner/1.65v情况下.当内部高压建立好之后再将振荡器频率恢复到高频的状态，这种做法的不好的地方是在125℃/sscorner/1.35v情况下，高压的建立就会很慢，很多setup的时间就会很长。

一般地，电荷泵的能力随电源电压成正比，随时钟(clock)频率成正比。

由于电源电压为外部变量，无法控制。所以大家都希望设计一种随电源电压变化的频率振荡器，电源高的时候输出频率低，电源低的时候输出频率高。以达到在不同电压下面，电荷泵的能力一致，不同电压下面消耗的功耗一致。

图1为现有技术中频率振荡器的结构示意图。如图1所示，现有技术应用于闪存内核的的频率振荡器包括振荡器模块10和偏置电压模块20。其中，振荡器模块10有多个反相器和多个移相电容组成，用于在第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias的控制下产生持续振荡输出s0；偏置电压模块20由固定偏置电流ifix产生电路201和输出恒流源204组成，用于产生输出偏置电流ibias和第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias，固定偏置电流ifix产生电路201一般用带隙电压和电阻产生，用于产生稳定的固定偏置电流ifix，输出恒流源204由nmos管nm2、nmos管nm3和pmos管pm0组成，用于将固定偏置电流ifix转换为输出偏置电流ibias并产生第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias。

pmos管p15、pmos管p9、nmos管n51、nmos管n21组成第一反相器，pmos管p16、pmos管p10、nmos管n39、nmos管n22组成第二反相器，pmos管p17、pmos管p11、nmos管n40、nmos管n23组成第三反相器，pmos管p18、pmos管p12、nmos管n66、nmos管n24组成第四反相器，pmos管p19、pmos管p13、nmos管n74、nmos管n25组成第五反相器，mos电容n2、n54、n63和n76依次为为第一、第二、第三和第四移相电容，第一反相器和第一移相电容组成第一级移相电路，第二反相器和第二移相电容组成第二级移相电路，第三反相器和第三移相电容组成第三级移相电路，第四反相器和第四移相电容组成第四级移相电路，移相电路用于产生相位偏移，多次移相后的缓冲输出即振荡输出s0再反馈至第一移相电路的输入端以形成正反馈来实现振荡，第五反相器为缓冲电路，用于将第四移相输出s4缓冲得到振荡输出s0。

pmos管p16、pmos管p17、pmos管p18、pmos管p19的源极和衬底接电源vdd，nmos管n21、nmos管n22、nmos管n23、nmos管n24、nmos管n25的源极和衬底接地gnd，pmos管p9、pmos管p10、pmos管p11、pmos管p12、pmos管p13的衬底接电源vdd，nmos管n51、nmos管n39、nmos管n40、nmos管n66、nmos管n74的衬底接地gnd；pmos管p15的漏极连接pmos管p9的源极，pmos管p16的漏极连接pmos管p10的源极，pmos管p17的漏极连接pmos管p11的源极，pmos管p18的漏极连接pmos管p12的源极，pmos管p19的漏极连接pmos管p13的源极；nmos管n51的源极连接nmos管n21的漏极，nmos管n39的源极连接nmos管n22的漏极，nmos管n40的源极连接nmos管n23的漏极，nmos管n66的源极连接nmos管n24的漏极，nmos管n74的源极连接nmos管n25的漏极；pmos管p9、pmos管p10、pmos管p11、pmos管p12、pmos管p13的连接第一偏置电压vpbias，nmos管n21、nmos管n22、nmos管n23、nmos管n24、nmos管n25的栅极连接第二偏置电压vnbias；pmos管p9的漏极与nmos管n51的漏极、mos电容n2的一端以及pmos管p10、nmos管n39栅极相连组成节点s1，pmos管p10的漏极与nmos管n39的漏极、mos电容n54的一端以及pmos管p11、nmos管n40的栅极相连组成节点s2，pmos管p11的漏极与nmos管n40的漏极、mos电容n63的一端以及pmos管p12、nmos管n66的栅极相连组成节点s3，pmos管p12的漏极与nmos管n66的漏极、mos电容n76的一端以及pmos管p13、nmos管n74的栅极相连组成节点s4，pmos管p13的漏极与nmos管n74的漏极以及pmos管p9、nmos管n51的栅极相连组成节点s0；

对目前应用于闪存内核的现有技术振荡器，振荡周期其中，c为mos电容n2、n54、n63和n76的容值(一般设计为相等)，vdd为电源电压，输出偏置电流ibias为外部提供的恒定电流ifix。根据公式可以看出振荡周期t随电压vdd变化，可是变化幅度太小(vdd不会变化很大)。。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种输出频率随电源电压成线性变化的频率振荡器，以实现一种随电源电压变化的频率振荡器，电压高时输出频率低，电压低时输出频率高。

为达上述及其它目的，本发明提出一种输出频率随电源电压成线性变化的频率振荡器，包括：

偏置电压模块，用于产生一随电源电压线性变化的输出偏置电流ibias和第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias；

振荡器模块，用于在所述第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias的控制下产生持续振荡输出s0。

优选地，所述偏置电压模块包括：

固定偏置电流ifix产生电路，用于产生稳定的固定偏置电流ifix；

镜像恒流源，用于将固定偏置电流ifix连转换为上偏置电流i1；

线性恒流源，用于产生一与电源电压成线性关系的下偏置电流i2；

输出恒流源，用于将所述上偏置电流i1与下偏置电流i2的差即偏置电流ibias输出并产生所述第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias。

优选地，所述固定偏置电流ifix产生电路利用带隙电压和电阻产生所述固定偏置电流ifix。

优选地，所述镜像恒流源包括pmos管pm1和pmos管nm1。

优选地，所述固定偏置电流ifix连接至所述pmos管nm1以及pmos管pm1的栅极和漏极，pmos管nm1和pmos管pm1的源极和衬底接电源电压vdd，pmos管nm1的漏极与所述线性恒流源、输出恒流源连接形成第二偏置电压vnbias节点。

优选地，所述线性恒流源包括pmos管pm2、nmos管nm4、nmos管nm5和第一电阻r1以及第二电阻r2。

优选地，所述nmos管nm5的漏极连接所述第二偏置电压vnbias节点，电源电压vdd通过所述第一电阻r1连接至所述nmos管nm4和nmos管nm5的栅极以及pmos管pm2的源极和衬底，所述pmos管pm2的栅极接地gnd，所述nmos管nm5的源极通过所述第二电阻r2接地gnd，nmos管nm5的衬底以及nmos管nm4的源极和衬底接地gnd。

优选地，所述输出恒流源包括pmos管pm0、nmos管nm2和nmos管nm3。

优选地，所述nmos管nm3的漏极与pmos管pm0的栅极和漏极组成第一偏置电压vpbias节点，pmos管pm0的源极和衬底接电源电压vdd，所述nmos管nm2的栅极和漏极与nmos管nm3的栅极连接并连接所述第二偏置电压vnbias节点，所述nmos管nm3、nmos管nm2的源极和衬底接地gnd。

优选地，所述上偏置电流i1＝ifix为外部提供的稳定电流，下偏置电流i2为随电源电压变化而变化的电流，输出偏置电流ibias为上偏置电流i1与下偏置电流i2的差，即ibias＝i1-i2，vt为所述nmos管nm5的阈值。

与现有技术相比，本发明一种输出频率随电源电压成线性变化的频率振荡器通过利用偏置电压模块产生一随电源电压线性变化的输出偏置电流ibias和第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias，使振荡器模块在第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias的控制下产生持续振荡输出s0，以实现一种随电源电压变化的频率振荡器，电压高时输出频率低，电压低时输出频率高。

附图说明

图1为现有技术中频率振荡器的结构示意图；

图2为本发明一种输出频率随电源电压成线性变化的频率振荡器的系统结构图；

图3为本发明实施例的平滑曲线图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种输出频率随电源电压成线性变化的频率振荡器的系统结构图。如图2所示，本发明一种输出频率随电源电压成线性变化的频率振荡器，包括：包括振荡器模块10和偏置电压模块20。

其中，振荡器模块10有多个反相器和多个移相电容组成，用于在第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias的控制下产生持续振荡输出s0；偏置电压模块20由固定偏置电流ifix产生电路201、镜像恒流源202、线性恒流源203和输出恒流源204组成，用于产生一随电源电压线性变化的输出偏置电流ibias和第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias，固定偏置电流ifix产生电路201一般用带隙电压和电阻产生，用于产生稳定的固定偏置电流ifix，镜像恒流源202由pmos管pm1和pmos管nm1组成，用于将固定偏置电流ifix连转换为上偏置电流i1，线性恒流源203由pmos管pm2、nmos管nm4、nmos管nm5和电阻r1以及电阻r2组成，用于产生一与电源电压成线性关系的下偏置电流i2，输出恒流源204由nmos管nm2和nmos管nm3组成，用于将上偏置电流i1与下偏置电流i2的差即输出偏置电流ibias并产生第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias。

具体来说，固定偏置电流ifix产生电路201产生的固定偏置电流ifix连接至pmos管nm1的栅极以及pmos管pm1的栅极和漏极，pmos管nm1和pmos管pm1的源极和衬底接电源电压vdd，pmos管nm1的漏极与nmos管nm5的漏极、nmos管nm3的栅极以及nmos管nm2的栅极和漏极相连组成第二偏置电压vnbias节点，电源电压vdd通过电阻r1连接至nmos管nm4的栅极、nmos管nm5的栅极以及pmos管pm2的源极和衬底，pmos管pm2的栅极接地gnd，nmos管nm5的源极通过电阻r2接地gnd，nmos管nm5的衬底以及nmos管nm4的源极和衬底接地gnd，nmos管nm3、nmos管nm2的源极和衬底接地gnd，nmos管nm3的漏极与pmos管pm0的栅极和漏极组成第一偏置电压vpbias节点，pmos管pm0的源极和衬底接电源电压vdd。

第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias与振荡器模块10的连接关系以及振荡器模块10的内部连接关系与背景技术相同，

由左边电路(镜像恒流源202、线性恒流源203)产生一个输出偏置电流ibias提供给振荡器(osc)模块10。上偏置电流i1＝ifix为外部提供的稳定电流，下偏置电流i2为随电源电压变化而变化的电流，式中vt为nm5的阈值，输出偏置电流ibias为上偏置电流i1与下偏置电流i2的差，即ibias＝i1-i2。

图3为本发明实施例的平滑曲线图。从图3仿真数据看，电源电压vdd从1.3v变化到1.7v，变化率为1.31倍，而输出各工艺角下最小为1.875倍(sf，slownmosfastpmos)，最高为2.87倍(tt、fs，typicalnmostypicalpmos、fastnmosslowpmos)，明显优于现有技术。可见，随着电压线性升高，输出频率与电压基本成线性关系。

综上所述，本发明一种输出频率随电源电压成线性变化的频率振荡器通过利用偏置电压模块产生一随电源电压线性变化的输出偏置电流ibias和第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias，使振荡器模块在第一偏置电压vpbias和第二偏置电压vnbias的控制下产生持续振荡输出s0，以实现一种随电源电压变化的频率振荡器，电压高时输出频率低，电压低时输出频率高。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。