振荡器集成电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明与电子电路有关，特别与用于控制器的振荡器集成电路有关，其中还与应 用于超低功耗电池的控制器有关。
【背景技术】
[0002] (微）控制器电路中经常使用振荡器集成电路，此外，振荡器集成电路亦用以提供 波宽调变（PWM)系统中的时脉信号和斜坡信号（或锯齿波信号），另外如切换模式电源供应 器（SMPS)以及放大器电路中亦使用所述信号。
[0003] 图1绘示系统100的简化方块图，其中控制器用以频繁进行电源开关操作。于本 示例中，当（微）控制器电路110监控终端GPI01的状态时，为电源关闭状态，且终端GPI01 连接至一个在预设温度跳脱的热动开关120。根据控制器核心执行的操作，发光二极管 (LED) 130用以指示热动开关120是否跳脱。当热动开关120跳脱时，逻辑电路开启控制器。 如图1所示，GPI01信号通过去除抖动（debounce)滤波器112来传送，以确保开关状态已 完全转换状态来避免发光二极管130指示错误或浪费电力。去除抖动滤波器112耦接至一 用于去除抖动计时器的振荡器114。去除抖动滤波器112不间断地监控一般用途输入输出 (GPI0)，且振荡器114于控制器电源关闭时仍不间断地执行。因此，为延长电池寿命，亟需 超低功率的去除抖动滤波器以及振荡器。
[0004] 部分现有振荡器集成电路使用环式振荡器（ring oscillator)，其中包含电阻、电 容、电感、石英（crystal)以及金属氧化物半导体晶体管（M0S)反相器级。此类环式振荡器 通常使用精准外部参考电压和电流。另有部分现有振荡器集成电路使用电容充电电路，但 亦依赖外部参考电路和控制电路。
【发明内容】
[0005] 现有振荡器集成电路通常无法满足低功率电池操作的低功率要求，如上所述，现 有振荡器集成电路通常需要外部参考电流或电压以及复杂的电路，且部分现有振荡器集成 电路使用能带隙电路（Band gap circuit)来提供参考电压，而这类设计通常造成电路复杂 化并需要消耗高功率。
[0006] 于本发明的一些实施例中提供一种振荡器集成电路，振荡器集成电路中环型振荡 器的各振荡器级均包含一接收反向偏压的二极管装置，二极管装置与一晶体管串联耦接。 在使用PN结二极管和金属氧化物半导体晶体管的实施例中，振荡频率由二极管的反向漏 电流值以及金属氧化物半导体晶体管的临界电压值与栅极电容值决定。本发明的振荡器集 成电路架构简单且具高成本效益，且可通过上述的装置参数调整振荡频率。由于二极管具 备低反向漏电流，所以振荡器有低功率消耗的好处。于一特定实施例中，振荡器是使用在去 除抖动电路（Debounce circuit)的计时器中。然而，此振荡器是适用于使用较低振荡频率 的一般超低功率的应用。
[0007] 于本发明的一些实施例中，振荡器集成电路包含受反向偏压的第一二极管装置以 及第一金属氧化物半导体晶体管，两者串联耦接于电源和接地电压之间，第一二极管装置 的阴极耦接至电源，第一二极管装置的阳极耦接至第一金属氧化物半导体晶体管的漏极， 且第一金属氧化物半导体晶体管的源极耦接至接地电压。振荡器集成电路亦包含受反向偏 压的第二二极管装置以及一第二金属氧化物半导体晶体管，两者串联耦接于电源和接地电 压之间，第二二极管装置的阴极耦接至电源，第二二极管装置的阳极耦接至第二金属氧化 物半导体晶体管的漏极，第二金属氧化物半导体晶体管的源极耦接至接地电压，且第二金 属氧化物半导体晶体管的栅极耦接至第一金属氧化物半导体晶体管的漏极。振荡器集成电 路亦包含受反向偏压的第三二极管装置以及第三金属氧化物半导体晶体管，两者串联耦接 于电源和接地电压之间，第三二极管装置的阴极耦接至所述电源，第三二极管装置的阳极 耦接至第三金属氧化物半导体晶体管的漏极，第三金属氧化物半导体晶体管的栅极耦接至 第二金属氧化物半导体晶体管的漏极，第三金属氧化物半导体晶体管的源极耦接至接地电 压，且第三金属氧化物半导体晶体管的漏极耦接至第一金属氧化物半导体晶体管的栅极。
[0008] 于上述振荡器集成电路的一实施例中，振荡器用以提供振荡频率Fosc，振荡频率 Fosc与所述二极管装置的漏电流值成正比，且与所述金属氧化物半导体晶体管的栅极电容 值以及临界电压值成反比。于一些实施例中，第一二极管装置、第二二极管装置以及第三二 极管装置为PN结二极管。
[0009] 于另一实施例中，振荡器集成电路还包含输出缓冲电路，输出缓冲电路包含栅极 耦接至第三金属氧化物半导体晶体管的漏极的第四金属氧化物半导体晶体管、栅极耦接至 第一金属氧化物半导体晶体管的漏极的第五金属氧化物半导体晶体管以及组成电流镜的 第六金属氧化物半导体晶体管与第七金属氧化物半导体晶体管。第六金属氧化物半导体晶 体管耦接至第四金属氧化物半导体晶体管，且第七金属氧化物半导体晶体管耦接至第五金 属氧化物半导体晶体管。于一实施例中，第四金属氧化物半导体晶体管和第五金属氧化物 半导体晶体管为N型金属氧化物半导体晶体管，且第六金属氧化物半导体晶体管和第七金 属氧化物半导体晶体管为P型金属氧化物半导体晶体管。
[0010] 于一实施例中，振荡器集成电路还包含使能晶体管，使能晶体管的漏极耦接至第 一金属氧化物半导体晶体管的栅极，使能晶体管的栅极系接收一使能信号。
[0011] 根据发明的部分实施例，振荡器集成电路包含多个振荡器级，且包含一第一振荡 器级、奇数个中间振荡器级，以及一最后振荡器级，且所述振荡器级依序串联。于不同的实 施例中，中间振荡器级的数量可为任意奇数整数，例如1、3、5、7、9或依此类推。举例而言， 于一特定实施例中，振荡器集成电路包含一中间振荡器级，且所有振荡器级的数量为三。各 振荡器级包含受反向偏压的一二极管装置以及一晶体管，二极管装置与晶体管串联耦接于 电源和接地电压之间，各二极管装置包含阳极与阴极，且各晶体管包含一控制端，用以控制 自晶体管的第一端流至第二端的电流。于各振荡器级中，二极管的阳极与晶体管的第一端 于一内部节点耦接，各振荡器级的晶体管的控制端与前一振荡器级的内部节点耦接，另外， 第一振荡器级所包含晶体管的控制端耦接至最后振荡器级内的内部节点。
[0012] 于一些实施例中，二极管装置为PN结二极管。于其他实施例中，其他有明确定 义的反向漏电流的整流装置亦可被使用，例如肖特基（Schottky)二极管。于部分实施例 中，晶体管可为金属氧化物半导体晶体管，例如N型金属氧化物半导体晶体管或P型金 属氧化物半导体晶体管，且于这些实施例中，控制端为栅极端，用以控制自漏极端（第一 端）流至源极端（第二端）的电流。于其他实施例中，晶体管可为双极性晶体管（Bipolar transistor)，例如NPN型双极性晶体管或PNP型双极性晶体管，于这些实施例中，控制端为 基极端，用以控制自射极端（第一端）流至集极端（第二端）的电流。
[0013] 于一实施例中，振荡器集成电路用以提供振荡频率Fosc，振荡频率Fosc与所述二 极管装置的漏电流Id的数值成正比，且与改变晶体管的状态所需的电荷量