振荡装置、振荡器及电子设备的制作方法

本实用新型涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种振荡装置、振荡器及电子设备。

背景技术：

片上rc振荡器一般在芯片内部产生用于数字逻辑电路的低频时钟信号。如图1所示，传统的rc振荡器包含两个比较器。两个比较器的输入电压相同，均为电容上极板电压，比较器分别将输入电压与自身的阈值电压进行比较。通过控制两个比较器的阈值电压，以使两个比较器按照一定的先后顺序翻转，进而控制电容进行充电或放电，产生一定周期的振荡信号，最后经rs触发器整形并输出方波信号。

传统的rc振荡器结构需要两个高性能的比较器电路，以及两个稳定的参考电压作为比较器的阈值电压。振荡器所需的外围配套电路较为复杂。同时，输出信号若要实现50％的占空比，则需要控制充电电流和放电电流严格一致，以确保电容充电和放电时间一致。这提高了电路设计难度且不易实现。

技术实现要素：

技术问题

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是，提供一种振荡装置，无需提供额外的参考电压，简化rc振荡器的电路结构，实现50％的占空比，而无需额外控制充放电电流。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本实用新型的一实施例，提供了一种振荡装置，所述装置包括：

振荡单元，用于产生第一电压信号及第二电压信号，所述第一电压信号及所述第二电压信号的波形相同、相位相反；

比较单元，电连接于所述振荡单元，用于对所述第一电压信号及所述第二电压信号进行比较，输出比较信号；

整形单元，电连接于所述比较单元，用于对所述比较信号进行整形，得到振荡信号。

在一种可能的实施方式中，所述振荡单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管及第一电容，其中，

所述第一电阻的第一端电连接于所述第二电阻的第一端，用于接收电源电压，

所述第一电阻的第二端电连接于所述第一晶体管的源极，所述第二电阻的第二端电连接于所述第二晶体管的源极，

所述第一晶体管的栅极电连接于所述第三晶体管的漏极、所述第三电阻的第一端、所述比较单元的第一输入端及所述第四晶体管的栅极，所述第一晶体管的漏极电连接于所述第三晶体管的源极及所述第一电容的第一端，

所述第三晶体管的栅极电连接于所述比较单元的第二输入端、所述第四晶体管的漏极、所述第二晶体管的栅极及所述第四电阻的第一端，

所述第二晶体管的漏极电连接于所述第一电容的第二端及所述第四晶体管的源极，

所述第三电阻的第二端电连接于所述第四电阻的第二端，

所述第三晶体管的栅极用于输出所述第一电压信号，

所述第四晶体管的栅极用于输出所述第二电压信号。

在一种可能的实施方式中，所述第三电阻及所述第四电阻为可调电阻，

其中，

所述装置还包括控制单元，电连接于所述第三电阻及所述第四电阻的控制端，用于调整所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，以调整所述振荡信号的振荡周期。

在一种可能的实施方式中，所述调整所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，以调整所述振荡信号的振荡周期，包括：

增加所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，以增大所述振荡信号的振荡周期；或

减小所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，以减小所述振荡信号的振荡周期。

在一种可能的实施方式中，所述比较单元包括比较器，所述比较器的第一输入端用于接收所述第一电压信号，所述比较器的第二输入端用于接收所述第二电压信号，所述比较器的输出端电连接于所述整形单元，用于输出所述比较信号。

在一种可能的实施方式中，所述整形单元包括一个或多个反相器。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：

偏置电流产生模块，电连接于所述振荡单元，用于产生零温度系数的偏置电流，并输出至所述振荡单元，其中，所述偏置电流作为所述振荡单元的尾电流。

在一种可能的实施方式中，所述偏置电流产生模块包括带隙基准源、误差放大器、第七晶体管、第八晶体管、第五电阻、第六电阻，其中，

所述带隙基准源的输出端电连接于所述误差放大器的负向输入端，用于输出基准电压，

所述误差放大器的正向输入端电连接于所述第五电阻的第一端及第七晶体管的漏极，所述第五电阻的第二端电连接于所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端接地，所述第五电阻为正温度系数电阻，所述第六电阻为负温度系数电阻，

所述误差放大器的输出端电连接于所述第七晶体管的栅极、所述第八晶体管的栅极，

所述第七晶体管的源极电连接于所述第八晶体管的源极，用于接收电源电压，

所述第八晶体管漏极用于输出第一偏置电流。

在一种可能的实施方式中，所述偏置电流产生模块还包括电流镜单元，所述电流镜单元用于输入所述第一偏置电流，输出所述偏置电流。

在一种可能的实施方式中，所述电流镜单元包括第五晶体管、第六晶体管，

所述第五晶体管的漏极电连接于所述第八晶体管的漏极、所述第五晶体管的栅极及所述第六晶体管的栅极，用于输入所述第一偏置电流，

所述第五晶体管的源极电连接于所述第六晶体管的源极并接地，

所述第六晶体管的漏极电连接于所述振荡单元，用于输出所述偏置电流。

在一种可能的实施方式中，所述振荡信号的占空比为50％。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种振荡器，所述振荡器包括所述的振荡装置。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括所述的振荡器。

对于上述装置，在一种可能的实施方式中，

有益效果

本实用新型实施例的振荡装置，通过比较单元对振荡单元产生的第一电压信号及第二电压信号进行比较，比较结果经整形后得到振荡信号，无需提供额外的参考电压，有效简化了rc振荡器的电路结构，相对于传统的rc振荡器，本实用新型实施例的振荡装置的输出信号可以实现50％的占空比，无需额外控制充放电电流。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本实用新型的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本实用新型的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本实用新型的原理。

图1示出了相关技术中rc振荡器结构示意图。

图2示出了根据本实用新型一实施例的振荡装置的框图。

图3示出了根据本实用新型一实施例的振荡装置的示意图。

图4示出了根据本实用新型一实施例的偏置电流产生模块的示意图。

图5示出了根据本实用新型一实施例的振荡装置的仿真示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。

请参阅图2，图2示出了根据本实用新型一实施例的振荡装置的框图。

如图2所示，所述装置包括：

振荡单元10，用于产生第一电压信号及第二电压信号，所述第一电压信号及所述第二电压信号的波形相同、相位相反；

比较单元20，电连接于所述振荡单元10，用于对所述第一电压信号及所述第二电压信号进行比较，输出比较信号；

整形单元30，电连接于所述比较单元，用于对所述比较信号进行整形，得到振荡信号。

本实用新型实施例的振荡装置，通过比较单元对振荡单元产生的第一电压信号及第二电压信号进行比较，比较结果经整形后得到振荡信号，无需提供额外的参考电压，有效简化了rc振荡器的电路结构，相对于传统的rc振荡器，本实用新型实施例的振荡装置的输出信号可以实现50％的占空比，无需额外控制充放电电流。

根据本实用新型实施例的振荡装置，可以实现振荡器，并应用电子设备中，电子设备可以包括用户设备(userequipment，ue)、移动台(mobilestation，ms)、移动终端(mobileterminal，mt)等，是一种向用户提供语音和/或数据连通性的设备，例如，具有无线连接功能的手持式设备、车载设备等。目前，一些终端的举例为：手机(mobilephone)、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(mobileinternetdevice，mid)、可穿戴设备，虚拟现实(virtualreality，vr)设备、增强现实(augmentedreality，ar)设备、工业控制(industrialcontrol)中的无线终端、无人驾驶(selfdriving)中的无线终端、远程手术(remotemedicalsurgery)中的无线终端、智能电网(smartgrid)中的无线终端、运输安全(transportationsafety)中的无线终端、智慧城市(smartcity)中的无线终端、智慧家庭(smarthome)中的无线终端、车联网中的无线终端等。

请参阅图3，图3示出了根据本实用新型一实施例的振荡装置的示意图。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述振荡单元10可以包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3、第四晶体管m4及第一电容c1，其中，

所述第一电阻r1的第一端电连接于所述第二电阻r2的第一端，用于接收电源电压vdd，

所述第一电阻r1的第二端电连接于所述第一晶体管m1的源极，所述第二电阻r2的第二端电连接于所述第二晶体管m2的源极，

所述第一晶体管m1的栅极电连接于所述第三晶体管m3的漏极、所述第三电阻r3的第一端、所述比较单元20的第一输入端及所述第四晶体管m4的栅极，所述第一晶体管m1的漏极电连接于所述第三晶体管m3的源极及所述第一电容c1的第一端(c点)，

所述第三晶体管m3的栅极电连接于所述比较单元20的第二输入端、所述第四晶体管m4的漏极、所述第二晶体管m2的栅极及所述第四电阻r4的第一端，

所述第二晶体管m2的漏极电连接于所述第一电容c0(d点)的第二端及所述第四晶体管m4的源极，

所述第三电阻r3的第二端电连接于所述第四电阻r4的第二端，

所述第三晶体管m3的栅极用于输出所述第一电压信号，

所述第四晶体管的栅极用于输出所述第二电压信号。

在一个示例中，第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3、第四晶体管m4都可以为金属场效应晶体管mosfet。

本实用新型实施例通过将第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3、第四晶体管m4的栅极两两相连，可以实现振荡单元，第一晶体管m1和第二晶体管m4的栅端作为振荡单元的输出out1以输出第二电压信号，第二晶体管m2和第三晶体管m3的栅端作为振荡单元的输出out0以输出第一电压信号。

在一种可能的实施方式中，所述第三电阻r3及所述第四电阻r4可以为可调电阻。

在一个示例中，如图4所示，可以利用多个电阻及多个开关实现可调电阻，例如，对于第三电阻r3，可以将多个电阻并联连接，并通过在各个并联路设置开关(如s0、s1…等)，通过控制各个开关的导通状态调整并联电阻的电阻(即第三电阻的大小)。

当然，以上描述是示例性的，也可以设置多个电阻串联，并在每个电阻上并联开关，通过控制开关的导通状态调整串联电阻的阻值。

在一个示例中，第三电阻r3、第四电阻r4也可以被设置为滑动变阻器或其他可以根据需要调整阻值的电阻。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述装置还可以包括控制单元50，控制单元50电连接于所述第三电阻及所述第四电阻的控制端，用于调整所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，以调整所述振荡信号的振荡周期。

在一个示例中，当第三电阻及第四电阻是通过多个电阻及多个开关实现时，第三电阻及第四电阻的控制端可以为各个开关的控制端，控制单元50可以根据第三电阻、第四电阻的目标阻值确定需要导通的开关数目，并控制该开关数目的开关导通，以达到调整第三电阻、第四电阻的阻值的目的。

在一个示例中，当第三电阻及第四电阻是通过可调电阻器实现的情况下，控制单元可以根据第三电阻、第四电阻的目标阻值确定调整指令，并根据调整指令控制可调变阻器的电阻达到目标阻值。

在一种可能的实施方式中，所述调整所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，以调整所述振荡信号的振荡周期，可以包括：

增加所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，以增大所述振荡信号的振荡周期。

在一个示例中，本实用新型实施例通过增加第三电阻、第四电阻的大小，可以降低第三晶体管、第四晶体管的放电电流，在这种情况下，第一电压信号、第二电压信号的电压翻转时间增加，可以增大振荡信号的振荡周期，减小振荡信号的频率。

在一种可能的实施方式中，所述调整所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，以调整所述振荡信号的振荡周期，可以包括：

减小所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，以减小所述振荡信号的振荡周期。

在一个示例中，本实用新型实施例通过减小第三电阻、第四电阻的大小，可以抬升第三晶体管、第四晶体管的放电电流，在这种情况下，第一电压信号、第二电压信号的电压翻转时间减少，可以减少振荡信号的振荡周期，增加振荡信号的频率。

本实用新型实施例通过调整第三电阻、第四电阻的电阻，可以调整第三晶体管m3、第四晶体管m4的放电电流的大小，从而实现振荡信号的振荡周期、频率的调整，以提高振荡装置的灵活性和环境适应性。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述比较单元20可以包括比较器comp，所述比较器comp的第一输入端(例如为负向输入端)用于接收所述第一电压信号，所述比较器comp的第二输入端(例如为正向输入端)用于接收所述第二电压信号，所述比较器comp的输出端电连接于所述整形单元30，用于输出所述比较信号。

本实用新型实施例通过一个比较器便可完成振荡信号的输出，相较于相关技术的双比较器实现方式，可以精简振荡器结构，节约成本。

在一种可能的实施方式中，所述整形单元30可以包括一个或多个反相器。

在一个示例中，如图3所示，整形单元30可以包括反相器inv1及反相器inv2，其中，反相器inv1的输入端电连接于比较器comp的输出端连接。反相器inv1的输出端与反相器inv2的输入端相连接，反相器inv2的输出端作为rc振荡器最终的输出端，输出生成的周期振荡信号，例如方波信号。

本实用新型里通过整形单元，可以对比较信号进行整形。

在一种可能的实施方式中，振荡单元的尾电流可以由零温度系数的偏置电流产生，下面进行示例性介绍。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述装置还可以包括：

偏置电流产生模块40，电连接于所述振荡单元10，用于产生零温度系数的偏置电流，并输出至所述振荡单元10，其中，所述偏置电流作为所述振荡单元的尾电流。

请参阅图4，图4示出了根据本实用新型一实施例的偏置电流产生模块的示意图。

在一种可能的实施方式中，如图4所示，所述偏置电流产生模块40可以包括带隙基准源bp、误差放大器op、第七晶体管m7、第八晶体管m8、第五电阻r5、第六电阻r6，以组成零温度系数电流源，其中，

所述带隙基准源bp的输出端电连接于所述误差放大器op的负向输入端，用于输出基准电压vref，

所述误差放大器op的正向输入端电连接于所述第五电阻r5的第一端及第七晶体管m7的漏极，所述第五电阻r5的第二端电连接于所述第六电阻r6的第一端，所述第六电阻r6的第二端接地，所述第五电阻r5为正温度系数电阻(temperaturecoefficient,tc>0)，所述第六电阻r6为负温度系数电阻(temperaturecoefficient,tc<0)，

所述误差放大器op的输出端电连接于所述第七晶体管m7的栅极、所述第八晶体管m8的栅极，

所述第七晶体管m7的源极电连接于所述第八晶体管m8的源极，用于接收电源电压vdd，

所述第八晶体管m8漏极用于输出第一偏置电流ibias。

在一个示例中，第七晶体管m7及第八晶体管m8可以为mosfet(例如为pmos场效应管)。

本实用新型实施例对带隙基准有的实现方式不做限定，本领域技术人员可以利用相关技术实现。

在一个示例中，带隙基准源可以产生稳定的参考电压vref，经误差放大器op控制在第五电阻r5、第六电阻r6通路上产生零温度系数的第一偏置电流ibias：

其中，r5表示第五电阻的电阻，r6表示第六电阻的电阻。

其中，基准电压vref受温度影响很小，近似零温度系数，第一偏置电流ibias的温度系数主要取决于第五电阻r5、第六电阻r6。通过两个正负温度系数电阻的叠加，实现近似零温度系数，进而得到零温度系数电流。ibias的温度系数如下式所示：

其中，实现ibias的零温度系数。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述偏置电流产生模块还可以包括电流镜单元，所述电流镜单元用于输入所述第一偏置电流ibias，输出所述偏置电流ib。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述电流镜单元可以包括第五晶体管m5、第六晶体管m6，

所述第五晶体管m5的漏极电连接于所述第八晶体管m8的漏极、所述第五晶体管m5的栅极及所述第六晶体管m6的栅极，用于输入所述第一偏置电流，

所述第五晶体管m5的源极电连接于所述第六晶体管m6的源极并接地，

所述第六晶体管m6的漏极电连接于所述振荡单元10，用于输出所述偏置电流ib。

本实用新型实施例通过电流镜单元对第一偏置电流进行处理得到偏置电流，可以提高偏置电流的稳定性。

下面对振荡装置的工作原理进行介绍。

振荡装置在工作过程中，第三晶体管m3、第四晶体管m4构成闭合电压正反馈环路，振荡单元的输出端out0或输出端out1上的细微噪声经第三晶体管m3、第四晶体管m4放大后，以相反的相位叠加在输出端out0或输出端out1上，振荡装置起振。输出端out0和输出端out1控制第二晶体管m2、第三晶体管m3和第一晶体管m1、第四晶体管m4两组场效应管，对第一电容c0交替充电和放电。

请一并参阅图5，图5示出了根据本实用新型一实施例的振荡装置的仿真示意图。

如图5所示，当振荡装置上电后，振荡装置起振，输出端out0，输出端out1间的差值经第三晶体管m3、第四晶体管m4构成闭合电压正反馈环路放大后，逐渐增加。

随着输出端out1输出的第二电压信号降低，第一晶体管m1、第四晶体管m4的栅源电压增大，驱动能力增强；随着输出端out0输出的第一电压信号增加，第二晶体管m2、第三晶体管m3的栅源电压减小，驱动能力减弱，因此电容c0左端c点被充电，第三晶体管m3的栅源电压升高，右端d点被放电，第四晶体管m4的栅源电压降低。这一过程持续到第三晶体管m3的驱动能力强于第一晶体管m1，c点开始通过第三晶体管m3放电。同时，随着第三晶体管m3放电电流增加，输出端out1输出的第二电压信号被拉高，再经第三晶体管m3、第四晶体管m4正反馈放大，输出端out0的输出信号(第一电压信号)被拉低，至此，输出端out0和输出端out1的输出信号实现翻转，产生周期性的振荡信号。本实用新型实施例的振荡装置左右完全对称，输出端out0和输出端out1信号的波形形状完全一致，相位近似相差180度。在比较器上升下降时延相同的情况下，保证了输出信号50％的占空比，而无需严格控制电容的充放电电流。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。