环形振荡器的制作方法

本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种环形振荡器。

背景技术：

环形振荡器在微控制器(mcu)等产品中可以作为系统时钟。

现有的传统环形振荡器，通常由首尾相连的n个反向器组成，其中，n为奇数，每一个反向器延时为td，振荡频率f＝1/(2*n*td)。

图1所示是一种现有的传统环形振荡器，由三个首尾相连的反向器组成。

这种传统环形振荡器存在的缺点是，振荡频率f随电压、温度变化大，不稳定。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种环形振荡器，能够减小振荡频率f随电压、温度的变化，使振荡频率更稳定。

为解决上述技术问题，本发明的环形振荡器，包括：三个pmos晶体管，三个nmos晶体管，一电阻，三个反相器；

第一pmos晶体管～第三pmos晶体管的源极与电源电压vdd端相连接，第一pmos晶体管的漏极与第一nmos晶体管的栅极和漏极、第二nmos晶体管的栅极和第三nmos晶体管的栅极相连接，其连接的节点记为nbias；

第二pmos晶体管的栅极和漏极与第三pmos晶体管的栅极和第二nmos晶体管的漏极相连接，其连接的节点记为pbias；

第一pmos晶体管的栅极与第三pmos晶体管的漏极和第三nmos晶体管的漏极相连接，其连接的节点记为pb2；

第一nmos晶体管的源极与三个反相器的电源输入端相连接，其连接的节点记为vring，三个反相器的地端接地；

第二nmos晶体管的源极与第三nmos晶体管的源极和第一电阻的一端相连接，其连接的节点记为vres，第一电阻的另一端接地；

三个反相器首尾依次相连接。

采用本发明的环形振荡器，振荡频率随电压、温度变化小，更稳定。

图3是仿真结果，表示电源电压与频率的关系。仿真结果表明频率的电压系数非常小，即频率随电压变化不大，达到了基本不随电压变化的效果。其中e6表示10的6次方。

图4是仿真结果，表示温度与频率的关系。仿真结果表明频率的温度系数非常小，即频率随温度变化不大，达到了基本不随温度变化的效果。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有的传统环形振荡器原理图；

图2是改进的环形振荡器一实施例原理图；

图3是仿真结果图(一)；

图4是仿真结果图(二)。

具体实施方式

结合图2所示，改进的环形振荡器在下面的实施例中，包括：三个pmos晶体管mp1～mp3，三个nmos晶体管mn1～mn3，一个电阻r1，三个反相器inv1～inv3。

pmos晶体管mp1～mp3的源极与电源电压vdd端相连接，pmos晶体管mp1的漏极与nmos晶体管mn1的栅极和漏极、nmos晶体管mn2的栅极和nmos晶体管mn3的栅极相连接，其连接的节点记为nbias。

pmos晶体管mp2的栅极和漏极与pmos晶体管mp3的栅极和nmos晶体管mn2的漏极相连接，其连接的节点记为pbias。

pmos晶体管mp1的栅极与pmos晶体管mp3的漏极和nmos晶体管mn3的漏极相连接，其连接的节点记为pb2。

nmos晶体管mn1的源极与三个反相器inv1～inv3的电源输入端相连接，其连接的节点记为vring，三个反相器inv1～inv3的地端接地。

nmos晶体管mn2的源极与nmos晶体管mn3的源极和电阻r1的一端相连接，其连接的节点记为vres，电阻r1的另一端接地。

三个反相器inv1～inv3首尾依次相连接。

pmos晶体管mp1～mp3和nmos晶体管mn1～mn3形成反馈系统。当节点vres的电压降低，电阻r1上的电流下降，节点pb2电压下降，pmos晶体管mp1电流上升，节点nbias电压上升，使得节点vres的电压上升，形成负反馈，使得节点vres和节点vring的电压相等，即节点电压vres＝vring。环形振荡器作为开关电容，r＝1/(f*c)，f是频率，c是所有反相器输出节点的等效电容，r是环形振荡器的等效电阻，“*”表示乘号。

pmos晶体管mp1～mp3可以采用具有比例关系的尺寸或是相同尺寸，在此假设pmos晶体管mp1的宽长比是pmos晶体管mp2的两倍，pmos晶体管mp2和pmos晶体管mp3尺寸相同。所以流经pmos晶体管mp1的电流是pmos晶体管mp2和pmos晶体管mp3之和，pmos晶体管mp1的电流流入环形振荡器，pmos晶体管mp2和pmos晶体管mp3的电流流入电阻r1。由于环形振荡器两端的电压等于电阻两端的电压，环形振荡器两端的电流等于电阻两端的电流，所以环形振荡器的等效电阻r等于电阻r1。所以f＝1/(r1*c)，达到了频率与电源电压以及工艺参数无关的效果。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种环形振荡器，包括：三个PMOS晶体管，三个NMOS晶体管，一电阻，三个反相器；所述三个PMOS晶体管，三个NMOS晶体管形成反馈系统，节点VRES＝VRING，环形振荡器作为开关电容，R＝1/(F*C)，F是频率，C是振荡器所有电容，“*”表示乘号。本发明能够减小振荡频率f随电压、温度变化，使振荡频率更稳定。

技术研发人员：邵博闻
受保护的技术使用者：上海华虹宏力半导体制造有限公司
技术研发日：2018.09.29
技术公布日：2019.01.25