一种带有温度补偿的张弛振荡器电路的制作方法

1.本发明涉及一种带有温度补偿的张弛振荡器电路，属于集成电路技术领域。


背景技术：

2.在模拟cmos集成电路领域，振荡器是最为常见的功能模块之一，例如lc振荡器、环形振荡器以及张弛振荡器等，其中，lc振荡器和环形振荡器常用在锁相环系统中，无法作为一个独立的功能模块为芯片提供稳定的时钟，因为无论是电感、电容还是环振单元都极易收到工艺、温度和工作电压的影响而导致振荡频率产生较大变化。相比较而言，张弛振荡器不仅结构简单，功耗较低，输出频率的精度容易控制，同时，也比较容易根据工艺、温度和工作电压的变化进行相应的补偿，因此，张弛振荡器在低功耗便携式芯片设计领域越来越受到关注。
3.专利“申请号：201810086194.x”公开了一种新型张弛振荡器电路，虽然该结构已将张弛振荡器结构做了比较有针对性的优化，但是该结构振荡器不可避免的会用到一个差分输入的比较器，而振荡器可以工作的最大频率以及准确性将严重受限于比较器的速度，而如果想要提高比较器的速度，就必须增加功耗，这也限制了该振荡器在某些领域的应用。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种带有温度补偿的张弛振荡器电路。
5.为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种带有温度补偿的张弛振荡器电路，包括14个mos管，分别为，m1、m2、m3
……
m14，两个电阻r1、r2，一个电容c1以及三个反相器inv1、inv2和inv3；m1、m2、m3、m9、m10和m11的源端均与电源连接；m5、m7、m13、m14的源端均接地；m1的栅端与m1的漏端相连并与m2的栅端、m3的栅端、m4的漏端相连；m2的漏端连接有m5的漏端、m5的栅端及m4的栅端；m3的漏端连接有m6的漏端、m6的栅端及m8的栅端；m4的源端通过电阻r1接地；m6的源端接m7的漏端和m7的栅端；m8的漏端连接有m9的漏端、m9的栅端及m10的栅端，m8源端通过r2接地；m10的漏端连接有电容c1一端、m12的栅端及m14的漏端，电容c1另一端接地；m11的漏端连有m12的源端和inv1的输入端；m12的漏端连有m13的漏端和m13的栅端；m14的栅端和inv3的输出端均接时钟输出端；inv1的输出端接inv2的输入端，inv2的输出端接inv3的输入端。
6.本发明的有益效果是：本发明通过一个充放电电容并配合着一个非常典型的ptat电流产生电路和一个ctat电流产生电路即完成了温度补偿，降低了芯片功耗，节省面积开销；本发明未使用传统张弛振荡器结构中的差分输入比较器，降低了电路的设计难度，节省了功耗；本电路可广泛应用于张弛振荡器模块中，且使用的均为cmos工艺的常规器件，非常便于集成。
附图说明
7.图1是本发明是实施例的一种带有温度补偿且结构简单的张弛振荡器电路原理分
析示意图。
具体实施方式
8.实施例一
9.本实施例的一种带有温度补偿的张弛振荡器电路，如图1所示，包括14个mos管，分别为，m1、m2、m3
……
m14，两个电阻r1、r2，一个电容c1以及三个反相器inv1、inv2和inv3；m1、m2、m3、m9、m10和m11的源端均与电源连接；m5、m7、m13、m14的源端均接地；m1的栅端与m1的漏端相连并与m2的栅端、m3的栅端、m4的漏端相连；m2的漏端连接有m5的漏端、m5的栅端及m4的栅端；m3的漏端连接有m6的漏端、m6的栅端及m8的栅端；m4的源端通过电阻r1接地；m6的源端接m7的漏端和m7的栅端；m8的漏端连接有m9的漏端、m9的栅端及m10的栅端，m8源端通过r2接地；m10的漏端连接有电容c1一端、m12的栅端及m14的漏端，电容c1另一端接地；m11的漏端连有m12的源端和inv1的输入端；m12的漏端连有m13的漏端和m13的栅端；m14的栅端和inv3的输出端均接时钟输出端；inv1的输出端接inv2的输入端，inv2的输出端接inv3的输入端。
10.其中，mos管m1、m2、m4、m5以及电阻r1构成了一个偏置电流产生电路，假设偏置电流的大小为i1且等比例镜像到m3和m11所在电流通路上，再假设m6、m7与m12、m13的尺寸相等，那么m6的栅极电压v
g6
，m12的栅极电压v
g12
一定相等并满足如下表达式，
[0011]vg6
＝v
g12
＝v
gs6
+v
gs7
ꢀꢀꢀ
(1)
[0012]
假设通过选取适当的电阻阻值r2使得vgs6≈vgs7≈vgs8，所以，流过r2的电流i
r2
可以表示为，
[0013][0014]
假设m9和m10的镜像比例为1:1，那么给电容c1充电的电流即为流过r2的电流，当电容c1的上极板电压大于v
g12
时，m12的漏端电压vd12将会被拉低，经过inv1、inv2和inv3后m14的栅端电压为高，m14导通，将会把电容c1存储的电荷泄放掉，上极板电压v
g12
拉低，这样m12的漏端电压会被m11管充高，经过inv1、inv2和inv3后m14的栅端电压为低，m14管关闭，m10管将再次为电容c1充电，这样周而复始，反相器inv3的输出端将会产生时钟clk。在cmos集成电路中，电容受温度影响较小，电阻会受温度影响，也就是说，该振荡器完成一次充电时间，将会受到电阻r2随温度变化的影响，而从事集成电路的专业人员知道，mos管m1、m2、m4、m5以及电阻r1构成了偏置电流产生电路，通过调整适当的尺寸，其偏置电流i1将表现出ptat特性，而mos管m3、m6、m7、m8、m9以及电阻r2构成了偏置电流产生电路，通过调整适当的尺寸，其偏置电流i
r2
将表现出ctat特性，因此，该结构通过适当的电流调整，即可以实现电阻r2随温度变化导致的clk的频率偏差，从而表现出与温度无关的特性。
[0015]
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种带有温度补偿的张弛振荡器电路，其特征在于：该电路包括14个mos管，分别为，m1、m2、m3
……
m14，两个电阻r1、r2，一个电容c1以及三个反相器inv1、inv2和inv3；m1、m2、m3、m9、m10和m11的源端均与电源连接；m5、m7、m13、m14的源端均接地；m1的栅端与m1的漏端相连并与m2的栅端、m3的栅端、m4的漏端相连；m2的漏端连接有m5的漏端、m5的栅端及m4的栅端；m3的漏端连接有m6的漏端、m6的栅端及m8的栅端；m4的源端通过电阻r1接地；m6的源端接m7的漏端和m7的栅端；m8的漏端连接有m9的漏端、m9的栅端及m10的栅端，m8源端通过r2接地；m10的漏端连接有电容c1一端、m12的栅端及m14的漏端，电容c1另一端接地；m11的漏端连有m12的源端和inv1的输入端；m12的漏端连有m13的漏端和m13的栅端；m14的栅端和inv3的输出端均接时钟输出端；inv1的输出端接inv2的输入端，inv2的输出端接inv3的输入端。

技术总结
本发明涉及一种带有温度补偿的张弛振荡器电路，属于集成电路技术领域。该电路包括14个MOS管，分别为，M1、M2、M3


技术研发人员：王志鹏
受保护的技术使用者：山东芯慧微电子科技有限公司
技术研发日：2021.12.14
技术公布日：2022/4/1