用于产生振荡信号的方法和振荡器电路的制作方法

专利名称：用于产生振荡信号的方法和振荡器电路的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种振荡器和用于产生振荡信号的方法。
背景技术：
振荡器被广泛应用于用于产生时钟信号的电子电路中。那些时钟信号例如被应用在用于限定脉冲宽度调制(PWM)信号的频率的开关变换器中、应用在用于使数字电路中各个装置的工作同步化的数字电路中、或者应用在用于耦接至传输通道的发射器 和接收器同步化的通信装置中。已知有不同类型的振荡器，例如石英振荡器、微机械振荡器、或者驰张振荡器(relaxation oscillator)。驰张振荡器包括通过恒定电流被周期性充电和放电的电容部件以产生三角形振荡信号。在此类振荡器中，将电容部件上的电压与至少一个参考电压相比较，以限定振荡器在电容部件的充电和放电之间变换的时间，反之亦然。这要求采用至少一个比较器。但是，比较器具有传播延迟，该传播延迟取决于多个不同因素并且其影响振荡信号的频率。比较器的传播延时能够取决于在它的生产过程中的变化，但也取决于在它的工作期间的外部因素，例如环境温度。能够随着时间改变的那些外部因素能够导致具有时变频率的振荡信号。需要提供一种驰张振荡器，其产生具有稳定频率的振荡信号并且其能够被集成在集成电路中，并且需要提供一种产生具有固定频率的振荡信号的方法。

发明内容
本发明的第一方面涉及一种用于产生振荡信号的方法。该方法包括提供η个电容存储元件，其中η > 2。这些电容存储元件中的每一个能够呈现第一充电状态和第二充电状态，提供至少两个阈值检测器。每一个电容存储元件具有一个与其关联的阈值检测器。每一个阈值检测器被连接成以检测至少一个相关联的电容存储元件的充电状态。产生振荡信号的一个振荡周期，使得其包括至少η个相继的子周期。产生每一个子周期包括将一个电容存储元件的充电状态从由相关联的阈值检测器检测的第一充电状态改变至由相关联的阈值检测器检测的第二充电状态。改变充电状态包括向电容存储元件提供恒定的充电电流。产生每一个子周期进一步包括在子周期后将一个电容存储元件的充电状态往回设定至第一充电状态。第二方面涉及一种用于产生具有相继的振荡器信号周期的振荡信号的方法。该方法包括提供η个振荡器单元，其中n ^ 2，其中振荡器单元中的每一个被构造成交替地呈现激活模式和预设模式。每一个振荡器单元具有能够呈现第一状态和第二状态的内部状态，并且具有内部运行时间并且包括电容存储元件。产生振荡器信号的一个振荡器信号周期来作为一序列的至少η个子周期，每一个子周期具有由处于激活模式的一个振荡器单元限定的子周期持续时间，其中两个直接相继的子周期的持续时间由两个不同的振荡器单元限定。每一个振荡器单元在激活模式中将它的内部状态从第一状态改变至第二状态，并且在预设状态中被预设至第一状态。第一状态和第二状态是由相应的电容存储元件的充电状态限定，且充电状态由存储在电容存储元件中的电荷的量限定。在电容存储元件中，第一和第二状态包括取决于内部运行时间的相同的偏置电荷(offset charge)，使得在第一状态中存储在电容存储元件中的电荷的量与在第二状态中存储在电容存储元件中的电荷的量之间的电荷差不取决于内部运行时间。第三方面涉及用于产生时钟信号的一个子时钟信号的持续时间的方法。该方法包括对电容存储元件预充电，直到阈值检测器检测到电容存储元件的第一端子处的电压已经超过阈值。当阈值检测器检测到电容存储元件的第一端子处的电压已经超过第一阈值时，对电容存储元件的充电停止。当用于产生子时钟的时间间隔开始时，对电容存储元件的充电继续进行。当阈值检测器检测到电容存储元件的第一端子处的电压已经超过第二阈值时，终止该子时钟。第四方面涉及一种振荡器，其包括η个振荡器单元，其中n>2。振荡器单元中的每一个被构造成交替地呈现激活模式和预设模式。每一个振荡器单元具有能够呈现第一状态和第二状态的内部状态，并且具有内部运行时间并且包括电容存储元件。振荡器电路被构造成产生振荡器信号的一个振荡器信号周期作为一序列的至少η个子周期，每一个子周 期具有由处于激活模式的一个振荡器单元限定的子周期持续时间。两个直接相继的子周期的持续时间由两个不同的振荡器单元限定。每一个振荡器单元在激活模式中将它的内部状态从第一状态改变至第二状态，并且在预设状态中被预设至第一状态。第一状态和第二状态由相应的电容存储元件的充电状态限定，且充电状态由存储在电容存储元件中的电荷的量确定的。处于第一和第二状态中的电容存储元件包括取决于内部运行时间的相同的偏置电荷，因而在第一状态中存储在电容存储元件中的电荷的量与在第二状态中存储在电容存储元件中的电荷的量之间的电荷差不取决于内部运行时间。另一方面涉及一种包括至少两个振荡器单元的振荡器电路。该至少两个振荡器单元被构造成以交替顺序产生确定子周期的频率，其中产生子周期包括将电容存储元件从第一充电状态充电到第二充电状态。通过在之前的子周期期间对电容存储元件预先充电至第一充电状态来对第二充电状态的检测的运行时间误差进行补偿，所述第一充电状态取决于运行时间误差。


现将结合附图解释实例。附图用来示出基本原理，因此仅示出了理解基本原理的必要方面。附图不是成比例的。在附图中，相同的标号表示相似的特征。图I示出了振荡器电路的第一实施例；图2示出了充电电路的实施例；图3示出了放电电路的第一实施例；图4示出了放电电路的第二实施例；图5示出了振荡器电路的第二个实施例，其为图I的振荡器电路的变型；图6不出了描述图5的振荡器电路的工作原理的时序图；图7示出了描述根据第一实施例的输出电路的工作原理的时序图；图8示出了描述根据第二实施例的输出电路的工作原理的时序图9示出了图I和2的振荡器电路的输出电路的实施例；图10不出了振荡器电路的另一实施例；以及图11示出了描述图10的振荡器电路的工作原理的时序图。
具体实施例方式图I示出了振荡器电路的第一实施例。振荡器电路包括η个(其中η >2)电容存储元件Il1Uln,诸如例如电容器。图I的振荡器电路包括η=2个电容存储元件。但这仅仅是示例。可以提供比η=2更多的电容存储元件，这将在本文中结合图10在下面进行进一步详细描述。电容存储元件特别地实施为使得它们具有线性电容，这意味着当存储在电容存储元件中的电荷线性增加时每一个电容存储元件上的电压线性增加。电容电荷存储元件能够被实施为传统的电容器(例如平板电容器)作为线之间的耦合电容，或者作为MOS电容器。
电容存储元件Il1Uln中的每一个都被包括在振荡器单元1(V IOn中。振荡器单元IO1UOn每一个均产生由控制和输出电路2接收的时钟子信号CLKp CLKn。控制和输出电路2在输出处提供时钟信号CLK并且以接下来将进一步详细描述的方式控制各个振荡器单元IO1UO1JA工作。振荡器单元IO1、IOn中的每一个包括连接至相应的电容存储元件11、I In的第一端子的充电电路12ρ12η。充电电路12ρ12η是可控制的充电电路，其受到由控制和输出电路2提供的控制信号S12i、S12n控制。充电电路I够由它们的控制信号5121、51211激活和禁用，其中处于激活状态的充电电路12ρ12η向相应的电容存储元件Il1Uln提供非零的恒定充电电流而在禁用状态下充电电流是零。充电电路121、12 每一个均被连接在用于电源电势V+的一端子与相应的充电存储元件Il1Uln的第一端子之间。对于每一个充电电路12pl22，电源电势V+可以是相同的。但是，还可为各个充电电路12pl22提供不同的电源电势。参考图2，充电电路12ρ12η中的每一个均可实施为具有恒定电流源121和与电流源121串联的开关122，其中开关通过相应的控制信号S12p S12n接通和切断。在图2中，充电电路Ui代表图I中所示出的充电电路12ρ12η*的一个，并且控制信号SUi代表图I中所示出的一相应的控制信号S12i、S12n。各个充电存储元件Il1Uln的电容能够相同或者不同。另外，由充电电路12ρ12η提供的充电电流能够相同或者不同。但是，应当注意到，完全相同的电容和完全相同的充电电流难于实现，因为在各个充电存储元件Il1Uln和充电电路12i、12n的生产过程中存在不可避免的公差。因此，“相同”在这一点上意思是电容和充电电流中存在高达2%或者甚至高达5%的差。振荡器单元IO1UOn中的每一个进一步包括可控制的放电电路13ρ13η。放电电路O1USn能够被由控制和输出电路2提供的控制信号S13p S13n激活和禁用。在激活状态下，放电电路^卩口^吏相应的电容存储元件Il1Uln放电。为此，放电电路131、13 连接在相应的电容存储元件Il1Uln的第一端子与用于公共参考电势GND (例如接地)的一端子之间。图3示出了放电电路第一实施例。图3中示出的放电电路Ui代表图I中的放电电路13i、13n中的一个，并且图3中的控制信号SUi代表图I的控制信号S13pS13n中的一个。参考图3，放电电路Ui可实施为具有电流源131和与电流源131串联的开关132。开关132由控制信号SUi控制。当控制信号SUi接通开关132时放电电路Ui被激活，并且当控制信号SUi断开开关132时放电电路Ui被禁用。在激活状态下，图3的放电电路13i从相应的电容存储元件11i、I In中引出放电电流，其中放电电流由电流源131所提供的电流限定。图4示出了放电电路Ui的另一实施例。在此实施例中，放电电路Ui仅包括由控制信号SUi控制的开关132。当开关132被接通(关闭)时此类型的放电电路被激活，并且当开关132被断开(切断)时被禁用。在图4中的放电电路中，从相应的电容存储元件IlpIln中引出的放电电流取决于相应的电容存储元件Il1Uln的第一端子处的电势与参考电势GND之间的电势差，而在图3的放电电路中放电电流是由电流源131限定的。可以不同方式实施放电电路13^13#根据一个实施例，放电电路13ρ13η中的一个如图3中所示出地实施，同时放电电路中的另一个如图4中所示出地实施。 参考图1，振荡器单兀中的每一个包括用于第一参考电势REFlpREFln的一端子和用于第二参考电势REF2i、REF2n的一端子。根据由控制和输出电路2提供的电势控制信号
电容存储元件第二端子或者被连接至用于第一参考电势REFl^REFln的相应端子或者被连接至用于第二参考电势REF2i、REF2n的相应端子。为此，振荡器单元IO1UOn每一个均包括耦接至相应的电容存储元件Il1Uln的第二端子的开关H1UV开关中的每一个被构造成在控制信号S14p S14n的控制下在用于第一参考电势REFlp REFln的端子与第二参考电势REF2i、REF2n的端子之间切换相应电容存储元件Il1Uln的第二端子。根据一个实施例，在每一个振荡器单元IO1UOn中的第一端子处可获得的第一参考电势REFlpREFln高于在第二端子处可获得的第二参考电势REF2i、REF2n。第一参考电势REFl1, REFln例如是由第一电压源15” 15n提供的，其中这些第一电压源中的每一个均被连接至用于第一参考电势REFlp REFln的端子中的一个与公共参考电势GND之间。第二参考电势REF2i、REF2n例如是由第二电压源16p 16n提供的，这些第二电压源中的每一个均被连接至用于第二参考电势REF2i、REF2n的端子中的一个与公共参考电势GND之间。第二电压源是可选的。当这些第二参考电压源被省略时，各个振荡器单元的第二参考电势REF2p REF2n对应于公共参考电势GND。另外，振荡器单元IO1UOn每一个均包括阈值检测器17i、17n，阈值检测器被构造成将电容存储元件Il1Uln的第一端子处的电势VllpVlln、或者第一端子与公共参考电势GND之间的电压由另一个参考电压源…、…提供的参考电压V18i、V18n进行比较。每一个阈值检测器17i、17n均特别地构造成检测它监测的电势Vllp Vlln何时达到相关的参考电压V18i、V18n并且提供指示何时被监测的电势VllpVlln达到相关的参考电压V18pV18n的输出信号。由各个振荡器单元IO1UO2提供的时钟子信号CLKp CLKn可在这些阈值检测器17i、17n的输出端处得到。阈值检测器171、17 可实施为比较器，如图I中所示出的。但是，这只是一个示例。每一个阈值检测器17i、17n还可实施为Schmitt触发器、反相器(inverter，逆变器)、或者具有至少两个串联的反相器的反相器链。在Schmitt触发器或者反相器中，参考电压在内部产生，其中Schmitt触发器或者反相器的输出信号每次均改变，输出信号达到在内部所产生的阈值。
各个振荡器单元IO1UOn的第一参考电势REFlpREFln能够互不相同，各个振荡器单元IO1UO1J^第二参考电势REF2i、REF2n能够互不相同，并且参考电压ν 8^ V18n能够互不相同。但是，这仅是一个示例。根据图5中示出的另一个实施例，各个振荡器单元IO1UOn具有由第一参考电势源15产生的公共第一参考电势REF1，具有由第二参考电势源16产生的公共第二参考电势REF2，并且具有由公共的参考电势源18产生的公共参考电势V18。现将结合图6解释图I和5中所示出的振荡器电路的工作原理。图6示出了第一电容存储元件Il1的第一端子处的电压Vll1、第二电容存储元件Iln的第一端子处的电压Vlln、第一电容存储元件Il1的第二端子处的电压VR1、和第二电容存储元件Iln的第二端子处的电压VRn的时序图。这些电压是相对于公共参考电势GND参考的电压。另外，图6分别示出了第一和第二振荡器单元IO1UOn的充电电流IU1UUn和放电电流I13i、I13n的时序图。另外，图6示出了第一和第二时钟子信号CLKpCLKn的时序图。出于解释的目的，如图5中示出地，假设第一参考电势REF11、REFln是相同的，因此 REFl1=REFln=REF1，第二参考电势 REF2P REF2n 是相同的，因此 REFZ1=REFZn=REFZ,并且参考电压乂…^…是相同的，因此VlS1=VlSn=VlStj但是，如果使用互不相同的第一参考电势 REFl I、REFln、互不相同的第二参考电势REF2P REF2n和互不相同的参考电压ν 8^ V18n，图6中所示出的时序图还表示了图I中所示出的振荡器电路的工作原理。在由图I和5中所示出的振荡器电路实现的方法中，时钟信号CLK被产生为使得它包括相继的振荡周期，且每一个振荡周期包括至少η个相继的子周期。这些子周期中的每一个均使用电容存储元件Il1Uln中的一个产生。在图6中，T表示振荡器信号CLK的一个周期的持续时间，T1表示使用第一电容存储元件Il1产生的子周期的持续时间，并且1；表示使用第二电容存储元件Iln产生的子周期的持续时间。第一和第二电容存储元件Il1Uln中的每一个能够呈现第一充电状态和第二充电状态。第一和第二子周期的持续时间1\、Tn是那些将相应的电容存储元件Il1Uln的充电状态从由相关的阈值检测器17i、17n检测的第一充电状态改变至由相关的阈值检测器17i、17n检测的第二充电状态所需的时间周期，其中改变充电状态包括从相应的充电电路12ρ12η提供固定的电流至相应的电容存储元件IH将电容存储元件Il1Uln的充电状态从第一充电状态改变至第二充电状态、以及将充电状态从第二充电状态往回设定第一充电状态的工作原理对于两个电容存储元件Il1Uln都是相同的。在接下来的解释中，Ili表示η个电容存储元件Il1Uln中的一个。因而，REFli表示相应的第一参考电势，REF2,表示相应的第二参考电势，VRi表示电容存储元件Ili的第二端子处的电压，并且VlSi表示相应的阈值电压，其接下来也被称为阈值检测器参考电势。出于解释目的，假设REFli=REFUREFZi=REFZ,并且V18i=V18。在下文中，Ti表示使用电容存储元件Ili产生的子周期的持续时间。当第二端子处的电势VRi对应于第一参考电势REFli并且当在其第一端子处的电势Vlli对应于由相应的阈值检测器17i检测的阈值检测器参考电势V18i时，电容存储元件Ili处于第一充电状态。参考图6，在每一个子周期Ti的起始处，电容存储元件Ili的第二端子处的电势VRi从第一参考电势REFli切换至较低的第二参考电势REF2i，从而使得第一端子处的电势Vl Ii在每一个子周期的起始处迅速降低。在子周期期间，第一端子处的电势Vlli由于被提供至电容存储元件Ili的充电电流I12i而随后升高。在图6中示出的实施例中，电容存储元件11、I In被驱动，使得它们从第一充电状态至第二充电状态交替地改变它们的充电状态，使得一旦电容存储元件中的一个已经达到其第二充电状态，则电容存储元件的另一个的充电过程立即开始。结果，时钟信号CLK的一个周期或者时钟循环包括两个相继的子周期I\、T2，其中这些子周期中的每一个均由电容存储元件Il1Uln中的一个的充电过程限定。在电容存储元件Il1Uln中的一个已经达到其第二充电状态后，在由这个电容存储元件确定的新的子周期开始之前，充电状态必须被往回设定至第一充电状态。在图6中所示出的实施例中，在子周期期间(其中另一个电容存储元件是“激活的”)，每一个电容存储元件Il1Uln被往回设定。电容存储元件当它将它的充电状态从第一充电状态改变至第二充电状态时是激活的。在图6中所示出的实施例中，第一电容存储元件Il1在子周期Tn期间(其中第二电容存储元件Iln是激活的)被往回设定，并且第二电容存储元件Iln在子周期T1期间(其中第一电容存储元件Il1是激活的)被往回设定。将电容存储元件Ili从第二充电状态往回设定第一充电状态包括将在第二端子处的参考电势VRi从较低的第二参考电势REF2i切换至较高的第一参考电势REFli ;使电容存储元件Ili放电直到第一端子处的 电势VRi达到或者下降到阈值检测器参考电势VlSi以下；以及使用充电电流1123寸电容存储元件Ili再次充电直到第一端子处的电势Vlli达到由相应的阈值检测器Hi检测的阈值检测器参考电压V18”将参考在子周期Tn期间将其充电状态从第二充电状态改变回至第一充电状态的第一电容存储元件Ili对这进行解释。参考图6，在子周期Tn的起始处，电容存储元件Il1的第二端子处的电势VR1从较低的第二参考电势REF21=REF2改变至较高的第一参考电势REFI1=REFi,使得第一端子处的电势Vll1迅速升高。借助于放电电流IU1，第一端子处的电势Vll1随后降低直到该电势达到或者降到阈值检测器参考电势VlS1=VlS以下。在第一端子处的电势Vll1已经达到或者降到阈值检测器参考电势VlS1以下后，第一电容存储元件Il1使用充电电流I^1再次被充电，直到第一端子处的电压Vll1达到由阈值检测器H1检测到的阈值检测器参考电压VlSp当第一端子处的电势Vll1达到阈值检测器参考电压VlS1时，充电电流IU1停止。在下一个子周期T1的起始处(其中第一电容存储元件Il1将它的充电状态从第一充电状态改变至第二充电状态以限定子周期T1，或者，更精确地，以限定该子周期的持续时间T1),此充电电流IU1再次开始流动。参考图6，在一个电容存储元件Ili的第一端子处的电势Vlli达到阈值检测器参考电势VlSi时的那些时间与相应的时钟子信号CLKi改变其信号电平时的那些时间周期之间存在时延。那些时延发生在电容存储元件Ili将它的充电状态从第一充电状态改变至第二充电状态、和发生在电容存储元件Ili被往回设定第一充电状态时。这些时延将参考那些在第一电容存储元件Il1的充电和放电过程期间发生的时延进行解释。在由第一电容存储元件限定的第一子周期T1中，电势Vll1在第一时间tl处达到阈值检测器参考电势VlS1，而第一阈值检测器的输出端处的第一时钟子信号改变其信号电平以指不电势Vll1在后一时间t2处已经达到阈值检测器参考电势。第一与第二时间tl、t2之间的时差是由于第一阈值检测器H1中的传播延迟或者运行时间产生。此传播延迟能够取决于不同的因素，例如阈值检测器的生产工艺的改变、或者外部因素，例如环境温度。虽然此传播延迟在阈值检测器的寿命期间可能改变，但可假设传播延迟在时钟信号CLK的一个时钟循环内是恒定的。
发生在第一子周期T1中的传播延迟Td1具有的影响为第一电容存储元件Il1的第一端子处的电势Vll1高于第一子周期结束时的阈值检测器参考电势V18i。在第二子周期Tn中，当第一电容存储元件Il1的充电状态从第二充电状态往回设定第一充电状态时，阈值检测器H1的传播延迟发生两次，当电容存储元件Il1被放电时发生第一次，并且然后此第一电容存储元件Il1被再次充电时发生第二次。在第三时间t3处，逐渐降低的电势Vll1达到阈值检测器参考电势V181;同时由于阈值检测器H1的传播延迟,第一阈值检测器的输出信号CLK1在第四时间t4处改变它的信号电平。第三和第四时间t3、t4之间的时间差对应于阈值检测器H1的传播延迟Td115取决于所使用的阈值检测器的类型，当电势Vll1升高至高于阈值VlS1时发生的传播延迟Td1 (tl和t2之间的传播延迟)能够与当电势Vll1降至低于阈值VlS1的传播延迟不同。因此，发生在电势Vll1的波形的上升沿处的传播延迟Td1将在下文中被称为第一传播延迟，同时因此，发生在电势Vll1的波形的下降沿处的传播延迟将在下文中被称为第二传播延迟Td2。
此后，在第二子周期Tn中，当第一电容存储元件Il1被充电时，电势Vll1在第五时间t5处达到阈值检测器参考电势V181;同时第一阈值检测器H1的输出信号CLK1在第六时间t6处改变它的信号电平。第五和第六时间t5、t6之间的延时对应于第一阈值检测器17ι的第一传播延迟Td115电势Vll1的波形的上升沿的斜率在时间tl和t5处相同。虽然在阈值检测器17i、17n中存在传播延迟，这些传播延迟并不影响子周期T1, Tn的持续时间，并且因此并不影响时钟信号CLK的频率f，其中f = 1八=1/(1\+1；)。在下文中，第一子周期的持续时间T1将被推导出。由此可见，第一子周期的持续时间T1不依赖于第一阈值检测器H1的传播延迟。应当注意到，参照第一子周期T1将解释的任何内容均相应地适用于第二子周期Tn。参考图6，第一时钟子信号CLK1指示在时间t2处第一电容存储元件Il1已经达到它的第二充电状态。在此时间处，电荷Q2已经被存储在第一电容存储元件Il1中，其中Q2 = Cll1 · (V181-REF21)+Td1 · I^1(I)。其中，Cll1是第一电容存储元件的电容，VlS1是阈值检测器参考电势，REF2i是第二参考电势，Td1是第一阈值检测器的传播延迟，并且112i是第一充电电流。在等式(I)中，Cll1 · (VlS1-REFZ1)表示当电容存储器存储元件Il1上的电压等于VlS1-REFZ1时存储在第一电容存储元件Il1中的电荷，并且Td1 · 112!表示在第一阈值检测器H1的传播延迟期间附加地流入电容存储元件Il1的电荷。当第一电容存储元件Il1处于第一充电状态时，电荷Ql已经被存储在第一电容存储元件Il1中，其中Ql = Cll1 · (VlS1-REFl1HTd1 · 112!(2)。其中，REFl1是第一参考电势。在等式(2)中，Cll1 .(VlS1-REFl1)是当电容存储元件Il1上的电压等于VlS1-REFl1时存储在第一电容存储元件Il1中的电荷，并且Td1 · I^1表示在第一阈值检测器H1的传播延迟期间在电容存储元件Il1的第一端子处的电势Vll1已经达到阈值检测器参考电势VlS1后附加地流入第一电容存储元件Il1中的电荷。在图6的时序图中，附加电荷被存储在第一电容存储元件Il1中的时间是处于t5和t6之间的时间。为了将第一电容存储兀件Il1的充电状态从由第一阈值检测器H1检测的第一充电状态改变至由第一阈值检测器H1检测的第二充电状态，电荷差Λ Q必须被存储在第一电容存储元件Il1中。此电荷差是通过在时间周期T1期间通过恒定充电电流I12i向第一电容存储元件Il1充电而提供的，使得Δ Q=Q2-Q1 = T1 · 112! (3)。使用等式(1)-(3)，第一子周期的持续时间T1可表达为
Jdl1 #18t - REFl^Td1 -I12J - [Ql1 *(￥18t - IffiFl1)+ Td1 -I12J __
X·
J12,
Cll1 4gEFlx - SEF2J
(4)从等式(4)中能够看出，第一子周期的持续时间T1仅取决于第一电容存储兀件Il1的电容Cll1、第一和第二参考电势REFlp REF2i、和充电电流112-结果，第二子周期的持续时间Tn可表达为
Cilrt iREF2 - REFlr)Ta =^=-=-L
叫(5)。因此，第二子周期的持续时间Tn仅取决于第二电容存储元件Iln的电容Clln、第二振荡器电路的第一和第二参考电势REFln、REF2n、和第二充电电流I12n。时钟信号CLK的一个时钟循环的持续时间T等于两个子周期的和，即Τ= \+Τη。参考等式(4)和(5)，各个子周期的持续时间不依赖于阈值检测器参考电势，并且同样不依赖于充电电流113^ Ι13η。时钟信号CLK能够从第一和第二时钟子信号以很多不同的方式产生。根据一个实施例，时钟信号CLK仅来自于时钟子信号中的一个并且具有上升沿，每次相应的子信号的上升沿发生在子周期的结束时。图7示出了来自于第一子信号CLK1的时钟信号CLK的时序图。参考图6，时钟信号CLK在每一个第一子周期T1结束时具有上升沿或者时钟脉冲。时钟脉冲的持续时间是任意的。在图7中所示出的实施例中，时钟信号CLK的时钟脉冲对应于在每一个第一子周期T1结束后发生的第一子信号CLK1的脉冲。根据另一实施例，如图8中所示出的，时钟信号CLk在子周期中的每一个中具有时钟脉冲。在此情况下，如果第一和第二子周期！\、Tn并不相同，两个相继的时钟脉冲至今啊的持续时间不同。但是，平均频率(其给定为2/(1\+1；)并且其能够通过等式(4)和(5)计算)是恒定的。在很多应用中，相继的时钟脉冲之间的变化的时差可被接受，只要平均频率是恒定的即可。图9示出了控制和输出电路2的一个实施例，其接收时钟子信号CLK1XLKn并且其产生时钟信号CLK，用于充电电路12ρ12η的控制信号S12i、S12n、用于放电电路
控制信号S13i、S13n、、和用于设定电容存储元件的第二端子处的参考电势的控制信号SI+、S14n。图9中示出的控制电路2根据图8中示出的时序图产生时钟信号CLK。控制电路2包括具有第一输出端子QN和第二输出端子Q的输出触发器(双稳态多谐振荡器，flip-flop) 21，其中在本实例中第一输出端子QN是反相输出端子并且第二输出端子Q是非反相输出端子。第一振荡器单兀的电势控制信号SH1可在第一输出端子QN处获得，并且第二振荡器单元的电势控制信号S14n可在触发器21的第二输出端子Q处获得。因此，这两个电势控制信号S14i、S14n具有互补的信号电平，使得当电容存储元件Il1Uln*的一个的第二端子处的电势是第一电势时，则另一个电容存储元件的第二端子处的电势是第二参考电势。用于充电电路的控制信号放电电路的控制信号S13i、S13n根据时钟子信号CLKpCLKdP电势控制信号SH1JHn产生。控制电路2包括产生这些控制信号S12。S12n、S13p S13n的第一和第二逻辑单元2(V20n。这些逻辑单元2(^2(^中的每一个在共输入端处均包括或非门22^22#第一单元20i的或非门22p22n接收第一时钟子信号CLK1和第一电势控制信号SH1，并且第二单元20 的或非门22n接收第二时钟子信号CLK1^P第二电势控制信号S14n。这些或非门22p22n中的每一个的输出信号在触发器24p24n的设置-输入端处被接收，其中每一个触发器24^2^的输出信号与电势控制信号S14p S14n —起限定一个放电电路的一个控制信号S13p S13n。第一放电单元U1的控制信号SU1可在另一或非门25i的输出端处获得，该另一或非门在第一输入端处接收触发器21的输出信号并在第二输入端处接收第一电势控制信号SH1。第二放电单元13n的控制信号S13n能够在或非门25n的输出端处获得,该或非门在第一输入端处接收触发器24n的输出信号并在第二输入端处接收第二电势控制信号S14n。 触发器24p24n通过相应的电势控制信号S14p S14n重设。充电电路12ρ12η的控制信号S12i、S12n可在或非门23ρ23η的输出端处获得。这些或非门23i、23n*的每一个在第一输入端处接收输入或非门22p22n的输出信号并且在第二输入端处接收电势控制信号S14p S14n。时钟信号CLK可在又一或非门27的输出端处获得,该又一或非门在第一输出端处接收第一单元20i的触发器21的输出信号并且在第二输入端处接收第二单元20n的触发器24n的输出信号。输出触发器21根据第一时钟子信号CLK1和第二单兀20n的触发器24n的输出信号设定。这些信号通过第一与门261而“与”连接。输出触发器21根据第二时钟子信号CLKn和第二单元20i的触发器21的输出信号重设。这些信号通过第二与门26 而“与”连接。应当注意到，采用如图9中所示出的控制电路2仅作为一个示例。本领域技术人员将意识到，由图9中所示出的控制电路2所提供的相同的功能也可由其它逻辑电路实现。参照此前所解释的，控制和输出电路2被构造成通过提供恒定充电电流112^112^使电容存储元件Il1Uln的充电状态从第一充电状态至第二状态交替地改变，其中改变一个电容存储元件的充电状态所需要的时间限定了子周期 \、τη中的一个。在子周期中(其中一个电容存储元件是激活的)，另一个电容存储元件的充电状态通过将电容存储元件放电至低于第一充电状态并且然后使用恒定充电电流对电容存储元件再次充电而从第二充电状态往回设定第一充电状态。在此前描述的振荡器电路每一个均包括两个振荡器单元IOp IOn，每一个振荡器单元均包括一个电容存储元件11i、I In,其中这些电容存储元件被交替激活以产生时钟子信号CLKpCLKn，从所述时钟子信号产生时钟信号CLK。结果，此前所描述的方法包括产生时钟信号CLK的每一个周期或者时钟循环，使得每一个周期T包括两个子周期 \、Τη或者仅一个子周期，其中这些子周期中的每一个均使用一个电容存储元件Il1Uln产生。但是，应当注意至IJ，具有η=2个的振荡器的振荡器电路仅为一示例。η > 2个的任何数量的振荡器单元同样能够被应用。图10示出了振荡器电路的示例性实施例，其包括n=3个振荡器单元IO1UO2UOnt5这些振荡器单元中的每一个均被用作图5中示出的振荡器单元中的一个，并且包括电容存储元件Ili、充电电路Ui、放电电路Ui和用于改变电容存储元件Ili的第二端子处的参考电势VRi的电路14it)这些振荡器单元IO1UO2UOn中的每一个均产生由控制和输出电路2接收的时钟子信号CLKp CLK2, CLKn。控制和输出电路2产生用于充电电路Ui的控制信号SUi、用于放电电路Ui的控制信号SUi、和用于改变电容存储元件Ili的第二端子处的参考电势的控制信号SHi。将参照图11解释图10中所示出的振荡器电路的工作原理，其中电容存储元件Ili的第一端子处的电势Vlli的、电容存储元件Ili的第二端子处的参考电势VRi的、时钟子信号CLKi和时钟信号CLK的时序图被示出。参考图10，各个电容存储元件Ili在时钟信号CLK的一个时钟循环内以给定的顺序被激活。在图10中所示出的实施例中，此给定顺 序是=Il1-Il2-Iln-Il1-Il2-...，使得时钟信号CLK的每一个时钟循环均包括子周期的序列T1-T2-Tn-T1-T2-,其中这些子周期中的每一个均通过提供恒定充电电流I12i将电容存储元件Ili中的一个的充电状态从第一充电状态改变至第二充电状态来产生。在那些时间周期内(在所述时间周期中一个电容存储元件不是激活的)，通过将电容存储元件放电至低于第一充电状态并且然后将通过提供恒定充电电流将电容存储元件充电至第一充电状态而将此电容存储元件的充电状态从第二充电状态往回设定至第一充电状态。在根据图10的振荡器电路中，将一个电容存储元件的充电状态往回设定可能需要比图I和5中所示出的实施例中更长的时间，因为在图10的振荡器电路中，将一个电容存储元件的充电状态往回设定可能需要其它两个电容存储元件的两个子周期，而在图I和5的实施例中，往回设定一个电容存储元件仅需要一个子周期。时钟信号CLK可被产生为使得它在一个时钟循环T内仅包括一个时钟脉冲，或者它在每一个子周期或者子循环中均包括时钟脉冲。在后一情况中，两个相继的时钟脉冲之间的时差可由于各个子周期1\、T2, Tn的不同持续时间而改变。但是，平均频率(其给定为3/(1^+1^+1;))是恒定的并且不依赖于阈值检测器17i、172、17n的传播延迟。应当注意到，在时钟信号CLK的每一个时钟循环内并不需要以相同的顺序激活各个电容存储元件。也可改变各个电容存储元件在一个时钟循环内被激活的顺序。进一步，并不需要在时钟信号CLK的一个时钟循环内仅将每一个电容器存储元件激活一次。根据一个实施例，也可在时钟信号CLK的一个时钟循环T内将电容存储元件中的至少一个激活不
止一次。在此前解释的实施例中，每一个振荡器单元IOi包括一个提供时钟子信号的阈值检测器。但是，这只是一个示例。根据另一个实施例(未示出)，存在比电容存储元件少的阈值检测器，因此至少两个电容存储元件“共享”一个阈值检测器，其中每一个电容存储元件均具有指定给它的阈值检测器，阈值检测器检测电容存储元件何时已经达到第一或者第二充电状态。特别地，这在包括n=3个或者更多个振荡器单元的振荡器中是有用的。这将被简要地解释。参照此前已经解释的，需要阈值检测器用来检测指定的电容存储元件何时已经达到处于激活状态的第二充电状态和用来检测该电容存储元件在当另一个电容存储元件被激活时的时间周期中何时已经被往回设定至第一充电状态。假设由于n=3个或者更多个电容存储元件的存在，在一个电容存储元件达到其第一充电状态与当此电容存储元件被激活时的下一时间之间存在较长的时间周期。在此时间周期期间，被指定给此电容存储元件的阈值检测器能够被用于检测另一个电容存储元件的充电状态。在此前解释的实施例中，将电容存储元件Ili中的任一个的充电状态从第一充电状态改变至第二充电状态包括提供充电电流至电容存储元件以对电容存储元件充电。在此情况中，电容存储元件中所存储的电荷在第二充电状态下比在第一充电状态下多。但是，这仅是一个示例。也可将该方法实施为使得电容存储元件Iii中所存储的电荷在第二充电状态下比在第一充电状态下少。在此情况中，第二参考电势REF2i低于第一参考电势REFlit5将电容存储元件的充电状态从第一充电状态改变至第二充电状态包括施加第二参考电势REF2i，并且通过恒定放电电流将电容存储元件放电(其等同于向电容存储元件提供恒定的负充电电流)，直到电压VlIi达到阈值检测器参考电势VlSi。将充电状态从第二充电状态改变至第一充电状态包括施加第一参考电势REFli,并且通过恒定充电电流将电容存储元件充电(其向电容存储元件等同于提供恒定负放电电流)，直到电压Vlli达到阈值检测器参考电势；以及提供恒定充电电流(恒定的负放电电流)，直到电压Vlli达到阈值检测器参 考阈值。在此前解释的振荡器中，阈值检测器参考电势是恒定的，但在电容存储元件IlpIln的第二端子处的参考电势是可变的使得此参考电势可呈现第一或者第二参考值。但是，这只是多个可能实例中的一个。根据另一个未示出的实施例，第二端子处的参考电势是固定的，但阈值检测器参考电势是可变的以检测第一或者第二充电状态。虽然已公开了本发明的多个实例性实施例，但对于本领域普通技术人员显而易见的是可在不离开本发明的精神和范围的情况下进行多种改变和变型，这些改变和变型将实现本发明的优点中的一些。显然对于本领域技术人员来说明显的是，执行相同功能的其它部件可被适当地替代。应当注意，参照特定附图描述的特征能够与其它图的特征组合，即使是在这种组合并未被明确提及的情况中。另外，本发明的方法可使用合适的处理器指令而以全部为软件的方式实现、或者可以利用硬件逻辑和软件逻辑的组合的混合方式实现，以达到相同的结果。这些对发明性构思的变型将被所附权利要求涵盖。使用例如“下面”、“以下”，“下部”，“上方”、“上部”等的空间相对术语来方便描述一个元件相对第二个元件的位置。这些术语旨在还包括装置的除了附图中所描绘的不同定向之外的其它不同定向。另外，还使用例如“第一”、“第二”等的术语来描述多个元件、区域、部分等，并且也旨在不是限制性的。在整个说明书中，相同的术语指代相同的元件。如此处应用的，术语“具有”、“包括”、“包含”、“含有”等是开放式术语，其表示所声明的元件或者特征的存在，但并不排除包括其它元件或者特征。冠词“一”、和“该”将包括复数和单数，除非文中另有清晰表示。虽然在此已经示出和描述了特定实施例，但本领域技术人员将认识到，在不离开本发明的范围的情况下，多种替换和/或等效实施方式可替代所示出和描述的特定实施例。本申请将涵盖对此处所描述的特定实施例的改变或变型。因此，本发明将仅受权利要求及其等同物的限定。
权利要求
1.一种用于产生振荡信号的方法，所述方法包括 提供η个电容存储元件，其中n ^ 2，其中所述电容存储元件中的每一个能够呈现第一充电状态和第二充电状态； 提供至少两个阈值检测器，每一个电容存储元件具有与其相关联的一个阈值检测器，并且每个阈值检测器被连接成用于检测至少一个相关联的电容存储元件的充电状态；产生所述振荡信号的一个振荡周期，使得所述振荡周期包括至少η个相继的子周期，其中，产生每一个子周期包括 将一个电容存储元件的充电状态从由相关联的阈值检测器检测的所述第一充电状态改变至由相关联的阈值检测器检测的所述第二充电状态，其中，改变所述充电状态包括向所述电容存储元件提供恒定的充电电流，以及 在所述子周期后将所述一个电容存储元件的充电状态往回设定至所述第一充电状态。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，将所述一个电容存储元件的充电状态往回设定至所述第一充电状态包括 将所述电容存储元件放电至所述第一充电状态以下；以及 使用所述恒定充电电流对所述电容存储元件充电，直到所述电容存储元件达到所述第一充电状态。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，检测一个电容存储元件的充电状态包括估算所述电容存储元件上的电压。
4.根据权利要求I所述的方法， 其中，每一个电容存储元件包括第一端子和第二端子，并且 其中，检测一个电容存储元件的充电状态包括估算所述第一端子或者所述第二端子处的电势、或者估算所述电容存储元件的所述第一端子和所述第二端子之间的电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，对所述充电状态进行估算包括将所述第一端子和所述第二端子中的一个端子处的电势与阈值检测器参考电势进行比较，或者将所述电容存储元件上的电压与一阈值电压进行比较。
6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括 当将所述一个电容存储元件的充电状态从所述第一充电状态往回设定至所述第二充电状态时，向所述一个电容存储元件的所述第二端子施加第一参考电势；以及 当将所述充电状态从所述第一充电状态改变至所述第二充电状态时，向所述一个电容存储元件的所述第二端子施加第二参考电势。
7.根据权利要求6所述的方法， 其中，所述第一参考电势高于所述第二参考电势，并且 其中，所述充电电流是正电流。
8.根据权利要求7所述的方法， 其中，所述第一参考电势低于所述第二参考电势，并且 其中，所述充电电流是负电流。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述一个电容存储元件的所述充电状态往回设定至所述第一充电状态包括 将所述电容存储元件放电，直到所述第一端子和所述第二端子中的一个端子处的电势达到阈值检测器参考电势，或者直到所述电容存储元件上的电压达到由相关联的阈值检测器检测的一阈值电压；以及 使用所述恒定充电电流对所述电容存储元件充电，直到所述第一端子和所述第二端子中的一个端子处的电势达到所述阈值检测器参考电势，或者直到所述电容存储元件上的电压达到由所述相关联的阈值检测器检测的所述阈值电压。
10.根据权利要求I所述的方法，其中，将所述一个电容存储元件的所述充电状态在子周期后往回设定至所述第一充电状态包括在往回设定所述充电状态完成时的时间与新的子周期的起始的时间之间存在时差，在所述新的子周期的起始的时间中，所述一个电容存储元件的所述充电状态从所述第一充电状态改变至所述第二充电状态。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述一个电容存储元件的所述充电状态在所述时差期间保持不变。
12.根据权利要求I所述的方法，其中，产生时钟信号，使得所述时钟信号在每一个子周期中包括信号脉冲。
13.根据权利要求I所述的方法，其中，产生时钟信号，使得所述时钟信号在一个振荡周期内包括一个信号脉冲。
14.根据权利要求I所述的方法，其中，n=2或者n=3。
15.一种用于产生具有多个相继的振荡器信号周期的振荡信号的方法，所述方法包括 提供η个振荡器单元，其中n ^ 2，其中所述振荡器单元中的每一个均被构造成交替地呈现激活模式和预设模式，具有能够呈现第一状态和第二状态的内部状态，具有内部运行时间并且包括电容存储元件； 产生所述振荡器信号的一个振荡器信号周期作为一序列的至少η个子周期，每一个子周期均具有由处于所述激活模式的一个振荡器单元限定的子周期持续时间，其中两个直接相继的子周期的持续时间由两个不同的振荡器单元限定； 其中，每一个振荡器单元在所述激活模式中被使得将它的内部状态从所述第一状态改变至所述第二状态，并且在预设模式中被预设至所述第一状态，并且 其中，所述第一状态和所述第二状态由相应的电容存储元件的充电状态限定，且所述充电状态由存储在所述电容存储元件中的电荷的量限定，并且 其中，处于所述第一状态和处于所述第二状态的所述电容存储元件包括取决于所述内部运行时间的相同偏置电荷，使得处于所述第一状态的所述电容存储元件中存储的电荷的量与处于所述第二状态的所述电容存储元件中存储的电荷的量之间的电荷差不取决于内部运行时间。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,在每一个子周期中产生时钟信号的时钟脉冲。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述振荡器信号周期中仅产生一次时钟信号的时钟脉冲。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，η=2或者η=3。
19.一种用于产生时钟信号的一个子时钟信号的持续时间的方法，所述方法包括 对电容存储元件预充电，直到阈值检测器检测到所述电容存储元件的第一端子处的电压已经超过阈值，并且当所述阈值检测器检测到所述电容存储元件的所述第一端子处的电压已经超过第一阈值时停止对所述电容存储元件充电； 当用于产生子时钟的时间间隔开始时，继续对所述电容存储元件充电；以及当所述阈值检测器检测到所述电容存储元件的所述第一端子处的电压已经超过第二阈值时终止所述子时钟。
20.—种振荡器电路,包括 η个振荡器单元，其中n ^ 2，其中所述振荡器单元中的每一个均被构造成交替地呈现激活模式和预设模式，具有能够呈现第一状态和第二状态的内部状态，具有内部运行时间并且包括电容存储元件； 其中，所述振荡器电路被构造成产生振荡器信号的一个振荡器信号周期作为一序列的至少η个子周期，每一个子周期均具有由处于所述激活模式的一个振荡器单元限定的子周期持续时间，其中两个直接相继的子周期的持续时间由两个不同的振荡器单元限定； 其中，每一个振荡器单元在激活模式中被使得将它的内部状态从所述第一状态改变至所述第二状态，并且在预设模式中被预设至所述第一状态，并且 其中，所述第一状态和所述第二状态由相应的电容存储元件的充电状态确定，且所述充电状态由存储在所述电容存储元件中的电荷的量限定，并且 其中，处于所述第一状态和处于所述第二状态的所述电容存储元件包括取决于所述内部运行时间的相同偏置电荷，使得处于所述第一状态的所述电容存储元件中存储的电荷的量与处于所述第二状态的所述电容存储元件中存储的电荷的量不取决于所述内部运行时间。
21.根据权利要求20所述的振荡器电路，进一步包括可操作以检测至少一个电容存储元件的所述第一状态和所述第二状态的至少一个阈值检测器。
22.根据权利要求20所述的振荡器电路，其中，每一个振荡器单元包括 阈值检测器，构造成检测所述振荡器单元的所述电容存储元件的所述第一状态和所述第二状态。
23.根据权利要求20所述的振荡器电路，包括控制电路，所述控制电路被构造成控制每一个振荡器单元，使得其通过使所述电容存储元件将它的充电状态从第一充电状态改变至第二充电状态而限定时钟周期中的至少一个时钟子周期。
24.根据权利要求23所述的振荡器电路，其中，所述控制电路被构造成使每一个振荡器单元中的所述电容存储元件在子周期结束时或者在所述子周期结束之后被往回设定至所述第一充电状态。
25.—种包括至少两个振荡器单元的振荡器电路， 所述至少两个振荡器单元被构造成以交替的顺序来产生确定子周期的频率， 其中，产生所述子周期包括将电容存储元件从第一充电状态充电至第二充电状态， 其中，通过在之前的子周期期间将所述电容存储元件预充电至第一充电状态来对所述第二充电状态的检测的运行时间误差进行补偿，所述第一充电状态取决于所述运行时间误差。
全文摘要
本发明公开了一种用于产生振荡信号的方法和振荡器电路。用于产生振荡信号的方法包括提供n个电容存储元件，n≥2，电容存储元件中的每一个能呈现第一和第二充电状态；提供至少两个阈值检测器，每一个电容存储元件具有与其相关联的一个阈值检测器，且每个阈值检测器被连接成用于检测至少一个相关联的电容存储元件的充电状态；产生振荡信号的一个振荡周期，使得振荡周期包括至少n个相继的子周期。产生每一个子周期包括将一个电容存储元件的充电状态从第一充电状态改变至第二充电状态，改变充电状态包括向电容存储元件提供恒定充电电流，及在子周期后将一个电容存储元件的充电状态往回设定至第一充电状态。
文档编号H03B5/04GK102820852SQ20121019128
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月11日 优先权日2011年6月9日
发明者马丁·费尔德特克勒 申请人:英飞凌科技奥地利有限公司