专利名称：比较器以及张弛振荡器的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种振荡器，且特别有关于一种比较器以及张弛振荡器。
背景技术：
对低成本的单芯片系统来说，芯片内振荡器可取代外部晶体。在对抗温度以及供应电压之变化上，芯片内振荡器的频率稳定度是重要的规格。当由电池进行供电时，芯片内振荡器能工作在宽范围的供应电压下亦较佳，以便得到更多的操作时间。一般而言，具有典型频率稳定度的宽供应范围之振荡器能考虑到温度的变化。此夕卜，具有平均电压反馈(voltage averaging feedback,VAF)或是偏移量抵消技术的张弛振荡器(relaxation oscillator)在温度方面具有好的稳定度,其中张弛振荡器能操作在有限的供应电压范围下。再者，在宽供应电压范围以及温度变化下，具有频率追踪回路之振荡器能提供稳定的输出时钟。但是所述振荡器需要高准确度的能带隙(bandgap)电路，其将增加制造成本。因此，需要一种具有·适应性供应电压产生方式(adaptive supply voltagegeneration)的张弛振荡器，以便在宽供应电压变化下获得较佳的频率稳定度以及固定输出时钟。而为了获得所述具有适应性供应电压产生方式，需要提出一种具有相变临界值追踪能力的比较电路。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种比较器以及采用该比较器的张弛振荡器，以解决所述技术问题。本发明提供一种比较器。所述比较器包括:一电压产生器，具有一输出端，用以根据一固定电流而提供一参考电压；一缓冲单兀，用以根据一第一输入信号以及一偏压信号而提供一输出信号；以及一临界控制回路，用以根据一第二输入信号而提供所述偏压信号至所述缓冲单元，以便调整所述缓冲单元的一相变临界值，使所述相变临界值接近所述第二输入信号。所述输出信号表不所述第一输入信号以及所述第二输入信号的一比较结果。所述缓冲单元以及所述临界控制回路由所述参考电压提供电源。再者，本发明提供另一种比较器，包括:一缓冲单元，用以根据一第一输入信号以及一偏压信号而提供一输出信号；以及一临界控制回路，用以根据一第二输入信号而提供所述偏压信号至所述缓冲单元，以便调整所述缓冲单元的一相变临界值，使所述相变临界值接近所述第二输入信号。再者，本发明另提供一种张弛振荡器，其采用上述的比较器，以根据所述输出信号而提供一时钟信号。由于本发明的比较器以及张弛振荡器能够调整所述缓冲单元的一相变临界值，使所述相变临界值接近所述第二输入信号，从而提供相变临界值追踪能力，以获得适应性供应电压产生方式。
图1显示本发明一实施例的张弛振荡器；图2显示图1的张弛振荡器的切换单元；图3显示本发明另一实施例的张弛振荡器；图4显示图3的张弛振荡器的切换单元的示意图；图5显示图3的张弛振荡器的时序图；图6显示 图3的NMOS晶体管之间存在着明显的不匹配的示意图；图7显示图3的张弛振荡器的比较器；以及图8显示图3的张弛振荡器的时钟产生器。
具体实施例方式为使本发明之所述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。图1显示根据本发明一实施例所述的张弛振荡器100。张弛振荡器100包括电流源110与120、切换单元130、比较器140、时钟产生器150、电阻性组件(例如电阻Rc)、电容性组件(例如电容Cc)以及开关SW。电阻Rc耦接于电流源110以及接地端GND之间，而电容C。耦接于电流源120以及接地端GND之间。电流源110耦接于供应电压VDD，其用来提供电流仁至电阻Rc，以便产生电压\至切换单元130的端点T2。电流源120耦接于供应电压VDD，其用来提供电流I。至电容Cc，以便产生电压V。至切换单元130的端点Tl。比较器140的非反相输入端以及反相输入端分别耦接于切换单元130的端点T3与端点T4。比较器140的输出端耦接于时钟产生器150。根据来自时钟产生器150的输出时钟Vtjut,切换单元130会经由其端点T3来交替地提供电压V。或电压\至比较器140的非反相输入端，以及经由其端点T4来交替地提供电压\或电压V。至比较器140的反相输入端。例如，当输出时钟Vtjut在第一电压位准(例如高逻辑位准HIGH)时，切换单元130分别提供电压V。与电压I至比较器140的非反相输入端以及反相输入端，而当输出时钟Vrat在第二电压位准(例如低逻辑位准LOW)时，切换单元130分别提供电压V,与电压V。至比较器140的非反相输入端以及反相输入端。比较器140会对电压I与电压V。进行比较而得到重置脉波V t，并提供重置脉波Vret至时钟产生器150以及开关SW。开关SW以并联方式耦接于电容Cc，并根据重置脉波Vret对电容C。进行放电。在一实施例中，当比较结果(重置脉波Vret)指示电容性组件C。的跨压V。大体上达到电阻性组件R。的跨压 ' 时，时钟产生器150会对时钟信号(输出时钟Vtjut)进行转相(flip)。因此，当时钟信号Vwt转相(例如从高逻辑位准转变为低逻辑位准或是从低逻辑位准转变为高逻辑位准)时或是当比较结果指示电压V。大体上达到电压I时，电容C。会被放电。在图1中，通过将比较器140之非反相输入端以及反相输入端上的输入信号进行交换，可忽略比较器140中由组件不匹配所引起的偏移电压。于是，输出时钟Iut的时钟频率是稳定的。图2显示根据本发明一实施例所述的图1的切换单元130。切换单元130包括两开关SWl与SW2。根据输出时钟Vtjut,开关SWl选择性地耦接端点T3至端点Tl或端点T2，而开关SW2选择性地耦接端点T4至端点Tl或端点T2。举例来说，当输出时钟Vtjut在第一电压位准时，端点T3与端点T4分别耦接于端点Tl与端点T2，而当输出时钟Vtjut在第二电压位准时，端点T3与端点T4分别耦接于端点T2与端点Tl。图3显示根据本发明另一实施例提供的张弛振荡器200。所述张弛振荡器200包括电流镜210、切换单元220与230、N型金氧半导体(NMOS)晶体管NI与N2、电阻R。、电容C。、NMOS晶体管Msw、比较器240以及时钟产生器250。在此实施例中，NMOS晶体管Msw可当作开关。电流镜210包括偏压电路260以及镜像晶体管丽I与丽2。镜像晶体管丽I耦接于供应电压Vdd以及节点n3之间，而镜像晶体管丽2耦接于供应电压Vdd以及节点n4之间。镜像晶体管的栅极均稱接于节点nl。偏压电路260可以是固定跨导(transconductance,gm)偏压电路，用以产生偏压电流Ib。偏压电路260包括镜像晶体管丽3与MM4、NM0S晶体管N3与N4以及电阻R。镜像晶体管丽3耦接于供应电压Vdd以及节点η I之间，且具有耦接于节点nl之栅极。镜像晶体管MM4耦接于供应电压Vdd以及节点n2之间，且具有耦接于节点nl之栅极。NMOS晶体管N3耦接于节点nl以及电阻R之间，且具有耦接于节点n2之栅极。NMOS晶体管N4耦接于节点n2以及接地端GND之间，且具有耦接于节点n2之栅极。电阻R耦接于NMOS晶体管N3以及接地端GND之间。相应于偏压电流Ib，镜像晶体管丽I会提供电流Ir至节点n3，而镜像晶体管丽2会提供电流I。至节点n4。切换单元220的端点Tl与T2分别经由节点n3、n4耦接于镜像晶体管丽I与丽2，而切换单元220的端点T3与T4分别耦接于NMOS晶体管NI与N2。根据来自时钟产生器250的截波时钟(chopper clock)Vchp与Vdipb,切换单元220交替地耦接NMOS晶体管NI与NMOS晶体管N2至节点n3与节点n4。此外，切换单元230的端点Tl与T2分别耦接于NMOS晶体管NI与N2，而切换单元230的端点T3与T4分别耦接于电阻R。与电容C。。根据来自时钟产生器250的截波时钟Vehp与Vchpb,切换单元230交替地耦接NMOS晶体管NI与N2至电阻R。与电容C。。比较器240具有耦接于节点n3的第二输入端IN2以及耦接于节点n4的第一输入端INl。比较器240对节点n3上的电压Vbn以及节点n4上的电压V-进行比较，而得到重置派波Vret。然而，此仅作为说明而非用以限定本发明。例如，比较器240可对电阻Rc的电压\与电容C。的电压V。进行比较，而得到比较结果。NMOS晶体管Msw以并联方式耦接于电容Cc，并可根据重置派波Vret来对电容Cc进行放电。时钟产生器250根据重置派波V t产生输出时钟Vwt以及截波时钟Vehp与Vehpb。如此一来，通过在输出时钟Vwt的每半个周期来切换比较器240的不同输入，可减少由比较器2 40的偏移量所引起的频率漂移。在图3中，由NMOS晶体管NI与N2所形成的电流模式比较器会在电压V,与电压Vc之间进行电压比较，其中电压V。是电容Cc的跨压。在一实施例中，电容CC为金属层间(metal-over-metal, MoM)电容。通过使用电流，电流模式比较器理想上是可省电的，而振荡频率可由下列算式(I)得到:~7~+ τ
人(I )，其中R。为参考产生电阻、I。为电容Cc的充电电流、Ir为电阻R。的偏压电流，而τ表示由电流模式比较器以及比较器240所引起的延迟，其中τ远小于张弛振荡器200的振荡周期，所以可忽略。因此，因为电流仁与电流I。之间的比例与温度无关，而电容Cc的温度变化亦可以被忽略，所以温度稳定度由电阻Rc的变化所影响。然而，若将NMOS晶体管NI与Ν2的组件不匹配的结果考虑进来，则算式(I)可改写成下列算式(2):
权利要求
1.一种比较器，包括: 一电压产生器，用以根据一固定电流提供一参考电压； 一缓冲单兀，用以根据一第一输入信号以及一偏压信号而提供一输出信号；以及一临界控制回路，用以根据一第二输入信号而提供所述偏压信号至所述缓冲单元，以便调整所述缓冲单元的一相变临界值，使所述相变临界值接近所述第二输入信号， 其中所述输出信号表示所述第一输入信号以及所述第二输入信号的一比较结果，且所述缓冲单元以及所述临界控制回路由所述参考电压提供电源。
2.如权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述缓冲单元包括: 一第一 P型金氧半导体晶体管，耦接于所述参考电压以及一第一节点之间，具有一栅极用以接收所述第一输入 信号； 一第一 N型金氧半导体晶体管，耦接于一接地端，具有一栅极用以接收所述偏压信号；一第二 N型金氧半导体晶体管，耦接于所述第一 N型金氧半导体晶体管以及所述第一节点之间，具有一栅极用以接收所述第一输入信号； 一第二 P型金氧半导体晶体管，耦接于所述参考电压所述以及一第二节点之间，具有一栅极耦接于所述第一节点； 一第三N型金氧半导体晶体管，耦接于所述接地端，具有一栅极用以接收所述偏压信号；以及 一第四N型金氧半导体晶体管，耦接于所述第三N型金氧半导体晶体管以及所述第二节点之间，具有一栅极用以耦接所述第一节点， 其中所述第二节点的电压表示所述第一输入信号以及所述第二输入信号的所述比较结果。
3.如权利要求2所述的比较器，更包括: 一第一反相器，耦接于所述缓冲单元所述的第二节点；以及 一第二反相器，I禹接于所述第一反相器，用以输出所述输出信号， 其中所述第一反相器以及所述第二反相器由所述参考电压提供电源。
4.如权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述临界控制回路包括: 一第三P型金氧半导体晶体管，耦接于所述参考电压所述以及一第三节点之间，具有一栅极用以接收所述第二输入信号； 一第五N型金氧半导体晶体管，耦接于一接地端，具有一栅极耦接于所述第三节点；以及 一第六N型金氧半导体晶体管，耦接于所述第三节点以及所述第五N型金氧半导体晶体管之间，具有一栅极用以接收所述第二输入信号， 其中所述偏压信号是所述第三节点之信号。
5.如权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述电压产生器包括: 一电流源，用以提供所述固定电流；以及 一反相器，耦接于所述电流源，具有一端点用以接收所述第二输入信号， 其中所述反相器由所述固定电流所偏压，并产生所述参考电压。
6.如权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述电压产生器包括: 一电流源，用以提供所述固定电流；一第四P型金氧半导体晶体管，耦接于所述电流源，具有一栅极用以接收所述第二输入信号； 一第七N型金氧半导体晶体管，耦接于一接地端，具有一栅极用以接收所述第二输入信号; 一第八N型金氧半导体晶体管，耦接于所述第四P型金氧半导体晶体管以及所述第七N型金氧半导体晶体管之间，具有一栅极用以接收所述第二输入信号；以及 一放大器，具有一非反相输入端、一反相输入端以及一输出端，其中所述非反相输入端耦接于所述电流源及所述第四P型金氧半导体晶体管，以及所述输出端耦接于所述反相输入端，用以提供所述参考电压。
7.—种比较器,包括: 一缓冲单兀，用以根据一第一输入信号以及一偏压信号而提供一输出信号；以及一临界控制回路，用以根据一第二输入信号而提供所述偏压信号至所述缓冲单元，以便调整所述缓冲单元的一相变临界值，使所述相变临界值接近所述第二输入信号。
8.如权利要求7所述的比较器，其特征在于，所述临界控制回路包括: 一第一 P型金氧半导体晶体管，耦接一第一节点，具有一栅极用以接收所述第二输入信号; 一第一 N型金氧半导体晶体管，耦接于一接地端，具有一栅极耦接于所述第一节点；以及 一第二 N型金氧半导体晶体管，耦接于所述第一节点以及所述第一 N型金氧半导体晶体管之间，具有一栅极用以接收所述第二输入信号，其中所述偏压信号是所述第一节点之信号， 其中所述输出信号表示所述第一输入信号以及所述第二输入信号的一比较结果。
9.如权利要求8所述的比较器，其特征在于，所述缓冲单元包括: 一第二 P型金氧半导体晶体管，耦接于一第二节点，具有一栅极用以接收所述第一输入信号； 一第三N型金氧半导体晶体管，耦接于所述接地端，具有一栅极用以接收所述偏压信号; 一第四N型金氧半导体晶体管，耦接于所述第三N型金氧半导体晶体管以及所述第二节点之间，具有一栅极用以接收所述第一输入信号； 一第三P型金氧半导体晶体管，耦接于一第三节点，具有一栅极耦接于所述第二节点；一第五N型金氧半导体晶体管，耦接于所述接地端，具有一栅极用以接收所述偏压信号；以及 一第六N型金氧半导体晶体管，耦接于所述第五N型金氧半导体晶体管以及所述第三节点之间，具有一栅极用以接收所述第一输入信号， 其中所述第二节点的电压表示所述第一输入信号以及所述第二输入信号的所述比较结果。
10.一种张弛振荡器，采用如权利要求1 10项任一项所述的比较器，以根据所述输出信号而提供一时 钟信号。
全文摘要
本发明提供一种比较器。所述比较器包括一电压产生器、一缓冲单元以及一临界控制回路。所述电压产生器用以根据一固定电流而提供一参考电压。所述缓冲单元根据一第一输入信号以及一偏压信号而提供一输出信号。所述临界控制回路根据一第二输入信号而提供所述偏压信号至所述缓冲单元，以便调整所述缓冲单元的一相变临界值，使所述相变临界值接近所述第二输入信号。所述输出信号表示所述第一输入信号以及所述第二输入信号的一比较结果。所述缓冲单元以及所述临界控制回路由所述参考电压提供电源。
文档编号H03K5/22GK103248340SQ201310018378
公开日2013年8月14日 申请日期2013年1月17日 优先权日2012年2月8日
发明者萧耕然 申请人:联发科技股份有限公司