专利名称：中频频率基准源的制作方法
技术领域：
本发明涉及频率源，尤其涉及一种用于集成电路中的中频频率基准源。
背景技术：
在许多集成电路中，一般都集成了许多各种电路，频率源是较为常见的一种电路。以前，只是将部分频率源电路制作于集成电路中，而其中体积较大的电容器等元件以外接元件的形式设置。随着集成电路工艺的发展进步以及对体积要求的提高，人们设置出了一种全部集成在一块集成电路内部的(即在集成电路内部实现的)、不需要外接元器件的频率基准源。
图1示出了一种传统的在集成电路内部实现的频率基准源的方框图。它包括两个部分组成，标号11为带隙基准源，用于产生一个基准电压，其为一个零温度系数的电路。也就是说，其输出的基准电压与其工作温度无关。标号12为一个环形振荡器，该环形振荡器的控制极与带隙基准源11的输出端相连，用于接收带隙基准源11的基准电压，作为其控制电压。环形振荡器12的振荡频率受到该控制电压的控制。但由于环形振荡器12本身一般有负温度系数，而且环形振荡器的集成工艺本身的偏差也会造成输出频率的变化。最终导致传统的基准频率源在不同的温度下、不同批次生产的芯片，其基准频率变化较大。包含这种基准频率源的芯片在实际使用时环境条件比较苛刻，或者造成成品率明显降低。而且，带隙基准源要用到CMOS工艺中的寄生PNP晶体管，造成面积和功耗增大。
发明内容
基于上述的背景技术，本发明的目的在于提供一种具有温度补偿的中频频率基准源。
为实现上述目的，本发明提供的中频频率基准源包括基准电压源，用于输出基准电压，其具有正温度系数；环形振荡器，与所述基准电压源相连，接收所述基准电压源输出的基准电压，产生振荡信号，所述环形振荡器具有负温度系数。
在如上所述的中频频率基准源中，所述基准电压源包括一个电流源电路和一个偏置电路。
在如上所述的中频频率基准源中，所述电流源电路包括四个MOS管和一个电阻器R40构成；所述四个MOS管中其中两个为PMOS管(P40和P41)，另两个为NMOS管(N40和N41)；所述两个PMOS管(P40和P41)的栅极相连；所述两个NMOS管(N40和N41)的栅极相连；所述两个PMOS管中的一个PMOS管(P40)的漏极与所述两个NMOS中的一个NMOS管(N40)的漏极相连，所述两个PMOS管中的另一个PMOS管(P41)的漏极与所述两个NMOS管中的另一个NMOS管(N41)的漏极相连；所述两个PMOS管(P40和P41)的源极与电源Vdd相连，所述两个NMOS管中的一个NMOS管(N40)的源极接地；所述两个NMOS中的另一个NMOS管(N41)的源极通过一电阻器(R40)接地。
在如上所述的中频频率基准源中，所述偏置电路包括两个PMOS管(P42和P43)；所述两个PMOS管(P42和P43)的漏极相连，该连接点作为基准电压信号输出。
下面将结合附图详细描述本发明的实施例，本发明的上述和其它目的、特征以及优点将通过下面的实施例得以进一步体现。附图中图1是传统的频率基准源的方框图；图2是本发明的频率基准源的方框图；图3是图2所示的本发明的频率基准源中环形振荡器的电路图；图4是图2所示的本发明的频率基准源中基准电压源的电路图。
具体实施例方式
如图2所示，本发明的中频频率基准源与传统的频率基准源在组成相似，包括一个基准电压源21和环形振荡器22。两者之间的差别在于，本发明的基准电压源21是一个具有正温度系数的电压源，也就是说，其输出的基准电压与温度成正比例关系，即，工作温度升高，其输出的基准电压也升高；工作温度降低，其输出的基准电压也降低。
由于如前所述，环形振荡器22一般都具有负温度系数，因此，采用正温度系数的基准电压源21正好能补偿环形振荡器22的负温度系数特性。也就是说，当芯片的工作温度升高时，环形振荡器22由于其负温度系数特征，其输出的信号源的频率将降低；此时，由于基准电压源21具有正温度系数特征，其输出的基准电压将随温度的升高而提高。从而使环形振荡器22输出的信号源的频率提高，补偿由于温度变化而产生的频率变化。
图3示出了图2所示的本发明的频率基准源中环形振荡器的电路图。如图3所示，该环形振荡器是由五个反相器组成的五阶环形振荡器。其中PMOS管P60和NMOS管N60构成第一反相器PMOS管P61和NMOS管N61构成第二反相器；PMOS管P62和NMOS管N62构成第三反相器；PMOS管P63和NMOS管N60构成第四反相器PMOS管P64和NMOS管N64构成第五反相器。各反相器之间串接构成一个环形链路。在各反相器的串接点与接地点之间，连接一个NMOS电容器nc0-nc4。基准电压源21提供的基准电压从图中的Vosc点输入，作为环形振荡器的控制电压。环形振荡器的振荡频率受该控制电压的控制。
由于反相器的工作频率具有负温度系数，由反相器构成的环形振荡器也就具有负温度系数。即当温度降低时，频率升高；温度升高时，频率降低。同时，该电路的振荡频率在工艺参数偏差的情况下，受pmos的影响大于nmos的影响。即当pmos处于fast model时，振荡频率加快；当pmos处于slow model时，振荡频率减慢。
图4示出了图2所示的本发明的频率基准源中基准电压源的电路图。如图4所示，该基准电压源由两部分组成电流源电路和偏置电路。电流源电路是四个MOS管和一个电阻器R40构成。四个MOS管中其中两个为PMOS管P40和P41，另两个为NMOS管N40和N41。两个PMOS管P40和P41的栅极相连；两个NMOS管N40和N41的栅极相连。一个PMOS管P40的漏极与一个NMOS管N40的漏极相连，另一个PMOS管P41的漏极与另一个NMOS管N41的漏极相连；两个PMOS管P40和P41的源极与电源Vdd相连，一个NMOS管N40的源极接地；另一个NMOS管N41的源极通过电阻器R40接地。
这种结构的电流源电路的特点是b2点的电压随电源电压Vdd的影响较小。同时当温度上升时，工作电流减小，使b2点电压增大，即b2点的电压具有正温度系数。但这种结构存在的问题是在集成工艺变化时，b2点的电压受nmos的影响很大。
为解决这一问题，本发明的基准电压源再加一级偏置电路。它由两个PMOS管P42和P43组成。两个PMOS管P42和P43的漏极相连，该连接点作为基准电压信号输出。该偏置电路利用PMOS管P42作恒流源，根据器件的尺寸按比例复制流经PMOS管P41和NMOS管N41的电流，传递过来正温度系数，PMOS管P43按二极管接法，在这里类似于一个电阻，提供参考电压。在pmos处于fast model时阻值减小，使参考电压降低，slow model时电阻增大，使参考电压上升。这样，用该参考电压对环形振荡器供电，可进行温度补偿和工艺补偿，使环形振荡器输出稳定的频率。
本发明与传统的频率基准源相比，具有如下特点1.频率稳定度高，基本不随温度、电源电压、工艺偏差而变化；2.成品率高，应用范围宽；3.面积小。传统的带隙基准源要用到双极型器件，在同样的工艺条件下，本发明的MOS工艺面积要更小一些；4.功耗低，由于全用CMOS电路实现，工作电流可以作得较小。
权利要求
1.一种中频频率基准源，包括基准电压源，用于输出基准电压，其具有正温度系数；环形振荡器，与所述基准电压源相连，接收所述基准电压源输出的基准电压，产生振荡信号，所述环形振荡器具有负温度系数。
2.如权利要求1所述的中频频率基准源，其特征在于，所述基准电压源包括一个电流源电路和一个偏置电路。
3.如权利要求2所述的中频频率基准源，其特征在于，所述电流源电路包括四个MOS管和一个电阻器R40构成；所述四个MOS管中其中两个为PMOS管(P40和P41)，另两个为NMOS管(N40和N41)；所述两个PMOS管(P40和P41)的栅极相连；所述两个NMOS管(N40和N41)的栅极相连；所述两个PMOS管中的一个PMOS管(P40)的漏极与所述两个NMOS中的一个NMOS管(N40)的漏极相连，所述两个PMOS管中的另一个PMOS管(P41)的漏极与所述两个NMOS管中的另一个NMOS管(N41)的漏极相连；所述两个PMOS管(P40和P41)的源极与电源Vdd相连，所述两个NMOS管中的一个NMOS管(N40)的源极接地；所述两个NMOS中的另一个NMOS管(N41)的源极通过一电阻器(R40)接地。
4.如权利要求2所述的中频频率基准源，其特征在于，所述偏置电路包括两个PMOS管(P42和P43)；所述两个PMOS管(P42和P43)的漏极相连，该连接点作为基准电压信号输出。
全文摘要
本发明提供一种用于集成电路中的中频频率基准源。传统的频率基准源由于采用无温度系数的带隙基准源提供基准电压，而环状振荡器一般都具有负温度系数，因此，传统的频率源存在着基准频率变化较大的问题。本发明的目的在于提供一种具有温度补偿的中频频率基准源。其中频频率基准源包括基准电压源，用于输出基准电压，其具有正温度系数；环形振荡器，与所述基准电压源相连，接收所述基准电压源输出的基准电压，产生振荡信号，所述环形振荡器具有负温度系数。
文档编号H03B5/04GK1494207SQ02137769
公开日2004年5月5日 申请日期2002年10月31日 优先权日2002年10月31日
发明者任建军 申请人:上海华虹集成电路有限责任公司