温度补偿振荡器和包括温度补偿振荡器的装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求于2013年10月30日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0130436 号韩国专利申请的优先权，该申请的公开通过引用全部包含于此。
技术领域
[0002] 本发明构思的实施例涉及一种电子电路，更具体地讲，涉及一种用于产生时钟信 号的振荡器和包括所述振荡器的装置。
【背景技术】
[0003] 环形振荡器通常用于产生参考时钟信号。为了使频率改变相对于温度改变最小 化，在环形振荡器设计中通常使用与在带隙参考（BGR)电路中产生的电流相同的温度补偿 电流。然而，用于产生温度补偿电流的电路通常包括单个运算放大器和多个电阻器，因此， 其难以在诸如待机模式（或停止模式）的超低电流（例如，纳米电流）操作的设计中实现。
[0004] 超低电流参考时钟发生器需要相对于温度改变的稳定的频率特性以及最小操作 电流。然而，需要具有范围从几到几十MQ的电阻的若干电阻元件的传统设计方法难 以满足这些需求。
【发明内容】
[0005] 本总体发明构思提供一种用于产生相对于温度改变而稳定的振荡信号的振荡器 以及具有所述振荡器的电子装置。
[0006] 本总体发明构思的其它特征和效用将在下面的描述中部分地阐明，并且从描述中 部分将是显然的，或者可通过本总体发明构思的实施而得知。
[0007] 可通过提供一种温度补偿振荡器来实现本总体发明构思的前述和/或其它特征 和效用，所述温度补偿振荡器包括：振荡单元，被配置为使用操作电流和操作电压产生振荡 信号；偏置电路，被配置为控制操作电流，使得振荡信号的频率随着温度升高而增加；电压 产生单元，被配置为产生随着温度变化的操作电压。电压产生单元通过控制操作电压使得 振荡信号的频率随着温度升高而减小，与偏置电路互补地补偿振荡信号的频率相对于温度 改变的改变。
[0008] 振荡单元可包括：奇数个反相器，以环形形状串联连接；第一电流源和第二电流 源中的至少一个电流源，第一电流源连接在操作电压中的第一操作电压和反相器之间并由 偏置电路控制，第二电流源连接到反相器和操作电压中的第二操作电压并由偏置电路控 制。
[0009] 偏置电路可包括与绝对温度成正比的（PTAT)电流源，其中，所述PTAT电流源被配 置为产生随着温度升高而增加的操作电流。
[0010] 电压产生单元可包括连接在电源电压和第一操作电压之间并具有二极管连接的 操作电压产生晶体管。
[0011] 电压产生单元还可包括连接在地电压和第二操作电压之间并具有二极管连接的 操作电压产生晶体管。
[0012] 电压产生单元还可包括衬底电压控制器，所述衬底电压控制器被配置为响应于包 括至少两比特的数字控制信号而控制操作电压产生晶体管的衬底电压。
[0013] PTAT电流源可包括：第一晶体管，具有共同连接到第一节点的栅极和漏极；第四 晶体管，具有共同连接到第三节点的栅极和漏极；第五晶体管，具有连接到第三节点的栅极 和连接到第四节点的漏极；第六晶体管，具有连接到电源电压的源极、连接到第四节点的栅 极和连接到第三节点的漏极；第七晶体管，具有共同连接到第四节点的栅极和漏极以及连 接到电源电压的源极；第八晶体管，具有连接到第四节点的栅极、连接到电源电压的源极和 连接到第一节点的漏极。
[0014] 第一节点可连接到第二电流源。
[0015] PTAT电流源还可包括：第二晶体管，具有连接到第一节点的栅极和连接到第二节 点的漏极；第三晶体管，具有共同连接到第二节点的栅极和漏极以及连接到第一操作电压 的源极。第二节点可连接到第一电流源。
[0016] 还可通过提供一种温度补偿振荡器来实现本总体发明构思的前述和/或其它特 征和效用，所述温度补偿振荡器包括：振荡单元，被配置为使用以环形形状串联连接的奇数 个反相器产生振荡信号；偏置电路，被配置为随着温度升高而增加每个反相器的操作电流； 第一操作电流产生晶体管和第二操作电流产生晶体管中的至少一个晶体管，第一操作电流 产生晶体管连接在电源电压和第一操作电压之间并具有二极管连接，第二操作电流产生晶 体管连接在地电压和第二操作电压之间并具有二极管连接。所述温度补偿振荡器根据温度 的升高而增加或减小反相器的操作电压。
[0017] 振荡单元可包括第一电流源和第二电流源中的至少一个电流源，其中，第一电流 源连接在第一操作电压和反相器之间并由偏置电路控制，第二电流源连接到反相器和第二 操作电压并由偏置电路控制。
[0018] 还可通过提供一种电子装置来实现本总体发明构思的前述和/或其它特征和效 用，所述电子装置包括：温度补偿振荡器，被配置为产生具有对温度改变不敏感的输出频率 的振荡信号；逻辑电路，被配置为响应于所述振荡信号而操作。温度补偿振荡器包括：振荡 单元，被配置为使用以环形形状串联连接的奇数个反相器产生振荡信号；偏置电路，被配置 为随着温度升高而增加每个反相器的操作电流；电压产生单元，被配置为随着温度升高而 增加横跨每个反相器两端的操作电压。
[0019] 还可通过提供一种能够用于电子装置的温度补偿振荡器来实现本总体发明构思 的前述和/或其它特征和效用，所述能够用于电子装置的温度补偿振荡器包括：振荡单元， 具有作为环形振荡器的反相器以被提供有可根据温度改变而变化的操作电压和操作电流 并输出振荡信号，使得操作电流的特性和操作电压的特性能够被抵消以保持振荡信号的频 率稳定而不管温度改变如何。
[0020] 所述温度补偿振荡器还可包括：具有晶体管的偏置电路，用于产生当温度升高时 增加的操作电流；和电压产生单元，用于产生将随着温度改变的操作电压。
[0021] 可变操作电压和可变操作电流可被同时施加到振荡单元的相应反相器。
[0022] 在所述温度补偿振荡器中，可变操作电压和可变操作电流的联合可减小振荡信号 的频率的变化。
[0023] 振荡单元可根据操作电压或操作电流产生具有可用在相应不同模式下的频率的 振荡信号，其中，操作电压可根据温度改变和进一步调节而变化，操作电流可根据温度改变 和进一步调节而变化。
[0024] 可在操作电压和相应反相器之间提供操作电流。
[0025] 在温度在20°C和80°C之间改变时，振荡信号可具有相对于参考频率在大约2%的 范围内变化的频率。
[0026] 还可通过提供一种包括以上或以下描述的温度补偿振荡器和逻辑电路的电子装 置来实现本总体发明构思的前述和/或其它特征和效用，其中，逻辑电路用于从温度补偿 振荡器接收振荡信号以执行电子装置的功能。
【附图说明】
[0027] 从以下结合附图对实施例进行的描述，本总体发明构思的这些和/或其它特征和 效用将变得清楚且更容易被理解，在附图中：
[0028] 图1是示出根据本发明构思的实施例的温度补偿振荡器的示意性框图；
[0029] 图2是示出根据本总体发明构思的实施例的图1的振荡单元的示意性电路图；
[0030] 图3是图2的振荡单元的等效电路图；
[0031] 图4是示出根据本发明构思的实施例的温度补偿振荡器的电路图；
[0032] 图5是示出根据本发明构思的实施例的温度补偿振荡器的电路图；
[0033] 图6是示出根据本发明构思的实施例的温度补偿振荡器的电路图；
[0034] 图7是示出根据本发明构思的实施例的可与图4的偏置电路一起使用的偏置调节 电路的电路图；
[0035] 图8是示出根据本发明构思的实施例的可与图5的电压产生单元一起使用的衬底 电压（bulkvoltage)控制电路的电路图；
[0036] 图9是示出根据本发明构思的实施例的温度补偿振荡器的电路图；
[0037] 图10是示出根据本发明构思的实施例的温度补偿振荡器的电路图；
[0038] 图11是示出根据本发明构思的实施例的温度补偿振荡器的电路图；
[0039] 图12是示出根据本发明构思的实施例的温度补偿振荡器的电路图；
[0040] 图13是示出根据本发明构思的实施例的温度补偿振荡器的输出频率的仿真结果 和根据比较示例的振荡器的输出频率的仿真结果的曲线图；
[0041] 图14是示出根据本发明构思的实施例的电子装置的示意性框图。
【具体实施方式】
[0042] 现在将详细参考本总体发明构思的实施例，在附图中示出实施例的示例，其中，相 同的标号始终表示相同的元件。以下参照附图的同时描述实施例以解释本总体发明构思。 然而，本发明可以以许多不同的形式来实现，而不应被解释为限于这里阐述的实施例。相 反，提供这些实施例，使得本公开将是全面和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本 总体发明构思的范围。在附图中，为了清楚，可以夸大层和区域的大小和相对大小。
[0043] 将理解，当元件被称为"连接"或"结合"到另一元件时，所述元件可直接连接或结 合到所述另一元件，或者可存在中间元件。相反，当元件被称为"直接连接"或"直接结合" 到另一元件时，不存在中间元件。如这里所使用的，术语"和/或"包括相关列出的项中的 一个或更多个项的任何组合和所有组合，并可被缩写为"/"。
[0044] 将理解，虽然术语"第一"、"第二"等在这里可被用于描述各种元件，但是这些元件 不应该被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件进行区分。例如，在不 脱离本公开的教导的情况下，第一信号可被命名为第二信号，类似地，第二信号可被命名为 第一信号。
[0045] 这里使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不意图对本发明进行限制。 如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也