一种环形振荡器的频率控制方法及电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及控制电路技术领域，具体地，涉及一种环形振荡器的频率控制方法及 电路。
【背景技术】
[0002] 时钟电路是现代芯片系统中必不可少的模块，为系统提供精确的时钟。时钟电路 的实现方式主要有晶体振荡器、锁相环时钟电路、弛张振荡器、环形振荡器等。环形振荡器 因结构简单和低功耗的特性，在频率精度要求不高的场合得到了广泛的应用。然而，普通的 环形振荡器受电源、环境温度等外部因素影响较大，同时受制造工艺的影响较大，因此，普 通的环形振荡器的输出频率精度较差，影响芯片系统的性能。
[0003] 当前有多种方案对环形振荡器进行了结构上的优化设计。其中，一种较为常见的 结构为通过电流受限的反相器组成环形振荡器，因此振荡器的振荡频率与电流相关，通过 对参考电流生成单元进行改进，从而提高了输出频率的环境温度特性。
[0004] 然而这类方案最后输出频率的精度主要取决于参考电流生成单元设计是否能正 好抵消相应的温度系数；同时因为振荡器直接由电源电压供电，输出频率受外部电源电压 影响较大。
[0005] 如上所述，普通环形振荡器的输出频率受制造工艺、电源电压及环境温度的影响 较大，致使输出时钟的频率精度无法满足系统的要求。
[0006] 对于通过电流受限的反相器组成的环形振荡器方案来说，需要合理设计电流生成 电路，配置合适的温度系数与后面的振荡器的温度特性进行补偿。由于设计没有考虑振荡 器受电源电压、器件制造工艺的影响，因此，环形振荡器的输出频率的精度受到限制，不能 较好满足系统对时钟的要求。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种环形振荡器的频率控制方法及电路，用以解决现有环形振荡器存 在的输出频率精度低等不足。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明提供一种环形振荡器的频率控制方法，该方法包括 以下步骤：
[0009] 通过电流偏置电路得到一具有正温度系数的电流；
[0010] 利用具有正温度系数的电流得到一和具有正温度系数的电流成设定比例的具有 正温度系数的电压；
[0011] 将具有正温度系数的电压施加到环形振荡器上，得到稳定的输出频率。
[0012] 优选地，通过电流偏置电路得到一具有正温度系数的电流具体为：
[0013] 电流偏置电路使得外部电源在电流偏置电路内产生的电流流过一具有正温度系 数的器件；对具有正温度系数的器件的参数进行设定，得到一具有正温度系数的电流。
[0014] 优选地，电流偏置电路使得外部电源在电流偏置电路内产生的电流流过一具有正 温度系数的器件具体为：
[0015] 电流偏置电路通过电流镜电路使得外部电源在电流偏置电路内产生一路不受外 部电源控制的电流；将不受外部电源控制的电流通过一具有正温度系数的器件。
[0016] 优选地，利用具有正温度系数的电流得到一和具有正温度系数的电流成设定比例 的具有正温度系数的电压具体为：
[0017] 将具有正温度系数的电流接入电压产生电路；对电压产生电路内的器件参数进行 设定，得到一和具有正温度系数的电流成设定比例的具有正温度系数的电压。
[0018] 本发明还提供了一种环形振荡器的频率控制电路，该电路包括：
[0019] 电流偏置电路，用于得到一具有正温度系数的电流；
[0020] 电压产生电路；用于利用具有正温度系数的电流得到一和具有正温度系数的电流 成设定比例的具有正温度系数的电压；
[0021] 环形振荡器，用于利用具有正温度系数的电压得到稳定的输出频率。
[0022] 优选地，电流偏置电路包括：
[0023] 第一电流镜电路、第二电流镜电路和第一电阻Rl ;
[0024] 第一电流镜电路包括第一晶体管MPl和第二晶体管MP2 ;第一晶体管MPl的源极 和第二晶体管MP2的源极分别与外部电源连接；第一晶体管MPl的栅极和第二晶体管MP2 的栅极连接；第二晶体管MP2的栅极和漏极连接；
[0025] 第二电流镜电路包括第三晶体管丽1和第四晶体管丽2 ;第三晶体管丽1的栅极 和第四晶体管MN2的栅极连接；第三晶体管MNl的栅极和漏极分别与第一晶体管MPl的漏 极连接；三晶体管MNl的源极接地；所属第四晶体管MN2的漏极和第二晶体管MP2的漏极连 接；所属第四晶体管MN2的源极和第一电阻的一端连接；第一电阻的第二端接地。
[0026] 优选地，电压产生电路包括：
[0027] 第五晶体管MP3、第六晶体管MP4、第七晶体管MP5、第八晶体管丽3、电流源和第二 电阻R2 ;
[0028] 第五晶体管MP3的栅极和第六晶体管MP4的栅极分别与第一晶体管MPl的栅极连 接；第五晶体管MP3的源极和第六晶体管MP4的源极分别与外部电源连接；第五晶体管MP3 的漏极分别与第七晶体管MP5的栅极和第二电阻的第一端连接；第二电阻的第二端接地； 第六晶体管MP4的漏极分别与第七晶体管MP5的源极和第八晶体管MN3的漏极连接；第七 晶体管MP5的漏极分别与第八晶体管丽3的栅极和电流源的正极连接；电流源的负极接地； 第八晶体管丽3的源极接地。
[0029] 优选地，环形振荡器包括K个反相器，K为大于等于3的奇数；反相器的电源端分 别与第六晶体管MP4的漏极连接；反相器的接地端接地。
[0030] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0031] 上述技术方案中，通过电流偏置电路产生具有正温度系数的电流，进而得到具有 正温度系数的电压，通过对器件参数的设定，能够使得环形振荡器的输出频率不受温度影 响，极大地提供了输出频率的稳定性；通过电压产生电路为环形振荡器提供电压，避免了外 部电源对环形振荡器输出频率的影响，具有很好的电源抑制性；当电流偏置电路、电压产生 电路和环形振荡器的每个器件都采用同一制造工艺时，每个器件的阈值电压的大小随温度 的变化也相同，能够补偿制造工艺对环形振荡器输出频率的影响。
【附图说明】
[0032] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0033] 图1为实施例1的方法流程图；
[0034] 图2为实施例3的环形振荡器频率控制电路的原理图。
【具体实施方式】
[0035] 下面将结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实 施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0036] 为了解决现有环形振荡器存在的输出频率精度低等不足，本发明提供了一种环形 振荡器的频率控制方法及电路。
[0037] 实施例1
[0038] 本实施例提供了一种环形振荡器的频率控制方法，本实施例方法的流程图如图1 所示，该方法包括以下步骤：
[0039] Sl :通过电流偏置电路得到一具有正温度系数的电流；
[0040] S2:利用具有正温度系数的电流得到一和具有正温度系数的电流成设定比例的具 有正温度系数的电压；
[0041] S3:将具有正温度系数的电压施加到环形振荡器上，得到稳定的输出频率。
[0042] 本实施例通过电流偏置电路产生具有正温度系数的电流，进而得到具有正温度系 数的电压，通过对器件参数的设定，能够使得环形振荡器的输出频率不受温度影响，极大地 提供了输出频率的稳定性；通过电压产生电路为环形振荡器提供电压，避免了外部电源对 环形振荡器输出频率的影响，具有很好的电源抑制性；当电流偏置电路、电压产生电路和环 形振荡器的每个器件都采用同一制造工艺时，每个器件的阈值电压的大小随温度的变化也 相同，能够补偿制造工艺对环形振荡器输出频率的影响。
[0043] 为了避免外部电源的电压波动对本实施例中器件的影响，本实施例采用电流镜实 现对电流的单独控制。故步骤Sl通过电流偏置电路得到一具有正温度系数的电流具体为：
[0044] 电流偏置电路通过电流镜电路使得外部电源在电流偏置电路内产生一路不受外 部电源控制的电流；将不受外部电源控制的电流通过一具有正温度系数的器件。正温度系 数指的是随着温度的升高，器件的电学性能（电压值、电流值或电阻值等）也升高；同理，负 温度系数指的是随着温度的降低，器件的电学性能（电压值、电流值或电阻值等）也降低。 如，环形振荡器采用的CMOS反相器就具有负温度系数。