专利名称：内置振荡电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及振荡电路设备，尤其涉及一种内置振荡电路。
背景技术：
科学技术的日新月异，使得各种设备的发展趋向低功耗，面积小以及低成本，精准的时钟发生电路也趋向于全片上集成，高精度，高频率的方向发展。振荡器电路通常用于给各种集成电路芯片提供时钟信号。一般给各种电路芯片提供时钟信号的振荡器电路有以下几种:一种是基于环形振荡器的产生电路。环形振荡器产生电路使用较为广泛，但是在CMOS工艺中，由于存在温度、工艺和电源电压的不稳定性，使得所述片内集成时钟电路的输出频率稳定性较差。再一种是RC松弛(Relaxation)振荡器，由于其频率精度较高，目前的发展较为迅速，但由于RC松弛振荡器的工作频率较低，因此不适合较高频率的时钟信号应用。另一种，也是较为常见的是时钟信号是采用石英晶体(Crystal)振荡器电作为时
钟基准。目前对于消费类电子产品，比如27/49M，315/433M频段的射频发射系统，作为产生时钟基准的振荡器电路一般采用的都是第三种结构，
图1为现有技术中时钟信号产生电路的结构示意图，如图1所示，晶振通过振荡器产生信号，并通过PLL/DLL锁定来获得时钟信号。在芯片内部(即片上)需要用锁相环(PLL)或延时锁相环(DLL)来获得合适的时钟信号。这种振荡器电路能实现很高的精度(I IOOppm)，但是这种方案需要额外增加的外部晶振，不仅极大地提高了产品的成本，且需要占用较大的芯片面积和功耗，并降低了整个芯片的竞争能力，因此影响在一些对成本比较敏感的消费类产品中的应用，例如玩具遥控产品、无线控制产品及红外遥控产品等。
实用新型内容本实用新型的目的是解决现有技术的不足，提供一种新型的内置振荡电路，解决由于工艺、电源电压和温度的变化产生的频率偏移，并且成本低廉，频率范围更大的的内置振荡电路。为解决上述问题，本实用新型提供一种内置振荡电路，包括基本电流产生电路、环形振荡器、频率-电压转化电路以及差分放大电路；所述基本电流产生电路包括第一运算放大器、第一放大管、可修调电阻和镜像电路，所述第一运算放大器接收一参考电压，经所述可修调电阻修调后由第一放大管输出一中间电流，所述中间电流经所述镜像电路输出参考电流；所述环形振荡器产生频率信号；所述频率-电压转化电路包括开关管模块、充放电容和输出电容，所述开关管模块接收所述参考电流和频率信号，并在所述频率信号的控制下，进行使所述参考电流对所述充放电容进行充电、以及在充放电容和输出电容之间进行电荷重新分配和对所述充放电容进行放电的过程，以使所述输出电容输出反馈电压；所述差分放大电路比较所述反馈电压和参考电压并产生控制电压，所述控制电压对所述环形振荡器的频率信号进行反馈校正，直至频率信号稳定输出。进一步的，所述环形振荡器的频率信号稳定输出时，所述频率信号的值与修调电阻的电阻值和充放电容的电容值有关。进一步的，所述内置振荡器的输出频率为:
权利要求1.一种内置振荡电路，其特征在于，包括基本电流产生电路、环形振荡器、频率-电压转化电路以及差分放大电路； 所述基本电流产生电路包括第一运算放大器、第一放大管、可修调电阻和镜像电路，所述第一运算放大器接收一参考电压，经所述可修调电阻修调后由第一放大管输出一中间电流，所述中间电流经所述镜像电路输出参考电流； 所述环形振荡器产生频率信号； 所述频率-电压转化电路包括开关管模块、充放电容和输出电容，所述开关管模块接收所述参考电流和频率信号，并在所述频率信号的控制下，进行使所述参考电流对所述充放电容进行充电、以及在充放电容和输出电容之间进行电荷重新分配和对所述充放电容进行放电的过程，以使所述输出电容输出反馈电压； 所述差分放大电路比较所述反馈电压和参考电压并产生控制电压，所述控制电压对所述环形振荡器的频率信号进行反馈校正，直至频率信号稳定输出。
2.如权利要求1所述的内置振荡电路，其特征在于，所述环形振荡器的频率信号稳定输出时，所述频率信号的值与修调电阻的电阻值和充放电容的电容值有关。
3.如权利要求2所述的内置振荡电路，其特征在于，所述内置振荡器的输出频率为:
4.如权利要求1所述的内置振荡电路，其特征在于，在所述基本电流产生电路中，所述第一运算放大器的两输入端分别接所述参考电压和第一放大管的第一连接端、输出端接所述第一放大管的控制端；所述可修调电阻一端接地、另一端接所述第一放大管的第一连接端，所述镜像电路的输入端接所述第一放大管的第二连接端、输出端输出所述参考电流。
5.如权利要求4所述的内置振荡电路，其特征在于，所述镜像电路包括第一镜像输出管，所述第一镜像输出管的控制端接所述第一放大管的控制端、所述第一镜像输出管的第一连接端输出所述参考电流、所述第一镜像输出管的第二连接端接所述电源电压。
6.如权利要求4所述的内置振荡电路，其特征在于，所述镜像电路包括第一镜像输入管、第二镜像输入管、第一镜像输出管和第二镜像输出管，所述第一镜像输入管的控制端接所述第一放大管的第二连接端、所述第一镜像输入管的第一连接端接所述第二镜像输入管的第二连接端、所述第一镜像输入管的第二连接端接一电源电压，所述第二镜像输入管的第二连接端接所述第一放大管的第二连接端，所述第一镜像输出管的控制端接所述第一镜像输入端的控制端、所述第一镜像输出管的第一连接端接所述第二镜像输出管的第二连接端，所述第一镜像输出管的第二连接端接所述电源电压，所述第二镜像输出管的控制端接所述第二镜像输入管的控制端，所述第二镜像输出管的第一连接端输出所述参考电流、所述第二镜像输出管的第二连接端与一第一镜像输出管的第一连接端连接。
7.如权利要求4所述的内置振荡电路，其特征在于，所述镜像电路为多路可修调镜像电路，所述可修调电阻对所述参考电流实现低位频率偏差调节，所述多路可修调镜像电路实现高位低位频率选择以及所述参考电流实现高位频率偏差调节。
8.如权利要求1所述的内置振荡电路，其特征在于，所述镜像电路为多路可修调镜像电路，所述可修调镜像电路为共源共栅电流镜结构。
9.如权利要求8所述的内置振荡电路，其特征在于，所述多路可修调镜像电路包括第一镜像输入管、第二镜像输入管、多个第一镜像输出管和多个第二镜像输出管，所述第一镜像输入管的控制端接所述第一放大管的第二连接端、所述第一镜像输入管的第一连接端接所述第二镜像输入管的第二连接端、所述第一镜像输入管的第二连接端接一电源电压，所述第二镜像输入管的第二连接端接所述第一放大管的第二连接端，每一所述第一镜像输出管的控制端均接所述第一镜像输入管的控制端、每一所述第一镜像输出管的第二连接端接所述电源电压，每一所述第二镜像输出管的控制端均接所述第二镜像输入管的控制端，所述第二镜像输出管的相连后输出所述参考电流，每一所述第二镜像输出管的第二连接端与一第一镜像输出管的第一连接端连接。
10.如权利要求9所述的内置振荡电路，其特征在于，所述内置振荡电路包括M个第一镜像输出管，所述基本电流产生电路接收一多位控制信号，所述多位控制信号包括频率选择位、镜像电路调节位和电阻调节位，所述频率选择位控制N个所述第一镜像输出管与所述第一镜像输入管的比例值，所述镜像电路调节位控制L个所述第一镜像输出管与所述第一镜像输入管的比例值，所述电阻调节位控制所述可修调电阻的电阻值，其中，N、L及M均为正整数，所述N个第一镜像输出管和L个第一镜像输出管均为不同的第一镜像输出管，且N+L=M。
11.如权利要求4所述的内置振荡电路，其特征在于，所述频率-电压转化电路还包括脉冲信号产生电路和寄生电容消除电路，所述脉冲信号产生电路根据所述频率信号产生多个控制开关模块的脉冲信号，所述寄生消除电路包括第一寄生消除电路和第二寄生消除电路，所述充放电容包括第一充放电容和第二充放电容，所述开关管模块包括第一开关管、第一充电管、第一放电管、第二开关管、第二充电管、第二放电管、第一防串扰管和第二防串扰管； 所述第一开关管的控制端接所述频率信号、第一连接端接所述参考电流、第二连接端接第一节点，所述第二开关管的控`制端接所述频率信号的反相信号、第一连接端接所述参考电流、第二连接端接第二节点， 所述第一充放电容一端接所述第一节点、另一端接地，所述第二充放电容一端接所述第二节点、另一端接地， 所述第一充电管的控制端接脉冲信号，两连接端分别接第一节点和输出电容之间，所述第二充电管的控制端接脉冲信号，两连接端分别接第二节点和输出电容之间，所述第一放电管的控制端接脉冲信号，两连接端分别接地和第一节点，所述第二放电管的控制端接脉冲信号，两连接端分别接地和第二节点， 所述第一寄生电容消除电路输入端接所述脉冲信号、输出端接所述第一节点，所述第二寄生消除电路输入端接所述脉冲信号、输出端接所述第二节点； 所述第一防串扰管的控制端接脉冲信号、两连接端连接于所述第一充电管和输出电容之间，所述第二防串扰管的控制端接脉冲信号、两连接端连接于第二充电管和输出电容之间。
12.如权利要求11所述的内置振荡电路，其特征在于，所述开关模块还包括第三放电管和第四放电管，所述第三放电管的控制端接脉冲信号、两连接端接所述第一充放电容和地之间，所述第四放电管的控制端接脉冲信号、两连接端接所述第二充放电容之间。
13.如权利要求12所述的内置振荡电路，其特征在于，所述第一开关管、第一充电管、第一放电管、第二开关管、第二充电管、第二放电管、第一防串扰管、第二防串扰管、第三放电管和第四放电管接收不同的脉冲信号，所述第一开关管、第一充电管、第一放电管、第二开关管、第二充电管、第二放电管、第一防串扰管、第二防串扰管、第三放电管和第四放电管均为MOS管。
14.如权利要求11所述的内置振荡电路，其特征在于，所述第一寄生消除电路和所述第二寄生消除电路的结构相同。
15.如权利要求14所述的内置振荡电路，其特征在于，所述第一寄生消除电路具有第三节点，所述第三节点的寄生电容与所述第一节点的寄生电容相等。所述第一寄生消除电路包括第十一 MOS管至第十七MOS管，所述第十一 MOS管的源极和栅极相接、漏极接所述第三节点，所述第十三MOS管的栅极接脉冲信号、漏极接所述第三节点、源极接所述第十二MOS管的源极，所述第十二 MOS管的栅极接脉冲信号、源极和漏极相接并接所述参考电压，所述第十四MOS管和第十五MOS管的漏极均接所述第三节点、栅极和源极均接地，所述第十六MOS管的漏极接所述第三节点、栅极接脉冲信号、源极接所述第十七MOS管的源极，所述第十七MOS管的栅极接所述脉冲信号、源极和漏极相接并接所述第二节点。
16.如权利要求14所述的内置振荡电路，其特征在于，在所述频率-电压转化电路中，所述第二寄生消除电路具有第四节点，所述第四节点的寄生电容与所述第二节点的寄生电容相等。所述第二寄生消除电路包括第十八MOS管至第二十四MOS管，所述第十八MOS管的源极和栅极相接、漏极接所述第四节点，所述第二十MOS管的栅极接脉冲信号、漏极接所述第四节点、源极接所述第十九MOS管的源极，所述第十九MOS管的栅极接脉冲信号、源极和漏极相接并接所述参考电压，所述第二十一 MOS管和第二十二 MOS管的漏极均接所述第四节点、栅极和源极均接地，所述第二十三MOS管的漏极接所述第四节点、栅极接脉冲信号、源极接所述第二十四MOS管的源极，所述第二十四MOS管的栅极接所述脉冲信号、源极和漏极相接并接所述第二节点。
17.如权利要求1所述的内置振荡电路，其特征在于，所述频率-电压转化电路还包括脉冲信号产生电路，所述脉冲信号产生电路根据所述频率信号产生多个控制开关模块的脉冲信号，所述开关管模块包括第一开关管、第一充电管、第一放电管和第一防串扰管； 所述第一开关管的控制端接所述频率信号、第一连接端接所述参考电流、第二连接端接第一节点，所述充放电容一端接所述第一节点、另一端接地，所述第一充电管的控制端接脉冲信号，两连接端分别接第一节点和输出电容之间，所述第一放电管的控制端接脉冲信号，两连接端分别接地和第一节点，所述第一防串扰管的控制端接脉冲信号、两连接端连接于所述第一充电管和输出电容之间。
18.如权利要求17所述的内置振荡电路，其特征在于，所述开关模块还包括第三放电管，所述第三放电管的控制端接脉冲信号、两连接端接所述充放电容之间以对所述充电电容进行进一步放电。
19.如权利要求18所述的内置振荡电路，其特征在于，所述第一开关管、第一充电管、第一放电管、第一防串扰管和第三放电管接收不同的脉冲信号，所述第一开关管、第一充电管、第一放电管、第一防串扰管和第三放电管均为MOS管。
20.如权利要求1所述的内置振荡电路，其特征在于，所述内置振荡电路还包括多倍分频器，所述多倍分频器设置于所述环形振荡器和频率-电压转化电路之间，所述多倍分频器对所述频率信号进行分频后，输出至所述频率-电压转化电路，以使所述频率-电压转化电路稳定工作。
21.如权利要求20所述的内置振荡电路，其特征在于，当所述频率信号稳定输出时，所述频率信号为:
22.如权利要求20所述的内置振荡电路，其特征在于，所述多倍分频器包括多个级联的两倍分频器。
23.如权利要求1所述的内置振荡电路，其特征在于，所述差分放大电路包括第二运算放大器、电阻和电容，所述第二运算放大器的一输入端分别接所述参考电压、另一输入端通过所述电阻接所述反馈电压之间、输出端接所述环形振荡器，所述电容一端连接于所述第一运算放大器和所述电阻之间，另一端连接于所述第一运算放大器和所述环形振荡器之间。
24.如权利要求1至23中任意一项所述的内置振荡电路，其特征在于，所述内置振荡电路设置于频率范围在27MHZ 49MHZ的玩具遥控设备。
25.如权利要求1至23中任意一项所述的内置振荡电路，其特征在于，频率范围315MHz或433MHZ的无线控制设备。
26.如权利要求1至23中任意一项所述的内置振荡电路，其特征在于，频率范围在38KHz的红外遥控设备中。
专利摘要本实用新型提供一种内置振荡电路，本实用新型所述内置振荡电路采用负反馈闭环路形式，利用频率-电压转化方式，使内置振荡电路能够在芯片中全部集成，省略了需要外部额外设置的晶振，节约了工艺成本，并且通过将环形振荡器产生的振荡频率转化为反馈电压，并与参考电压进行比较，然后将比较结果反馈到环形振荡器的控制端，改变环形振荡器的频率，从而通过对输出频率的偏差进行补偿，从而使环路稳定输出低温漂的工作频率，产生高精度的输出频率。
文档编号H03L7/099GK203039669SQ201220748799
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者褚云飞, 蔡康康, 胡铁刚 申请人:杭州士兰微电子股份有限公司