一种适用于mems应用的高精度振荡器结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种适用于MEMS应用的高精度振荡器结构电路。
【背景技术】
[0002]目前集成电路内置振荡器多采用简单的线路结构，用电阻电容充放电时间常数作为振荡周期定时，由于集成电路内部的电阻电容值随电压、温度都会发生改变，导致振荡频率随着电源电压、环境温度而改变。一般情况下，RC振荡器通过对电阻电容的充放电延时来产生振荡频率，所产生的频率容易受到电源电压、温度的影响，为了克服电源电压和温度对RC振荡器输出频率的影响，众多设计和发明提出了高精度的RC振荡器。
[0003]在传统的应用场合中，对振荡器频率精度要求高的场合往往采用片外分立的晶振作为时钟源，而有些应用场合不仅对时钟的精度有较高的要求，而且不适宜集成外接的晶振，比如MEMS (Micro-Electro Mechanical system,微电子机械系统)应用等,本发明针对该应用开发了一款可以片内集成的高精度振荡器，该振荡器的精度和功耗均适中，可以应用于MEMS相关的场合。
[0004]如图1所示，为传统的弛豫(relaxat1n)振荡器结构100，振荡器结构100由电源电压输入端101、时钟信号产生模块102、电流充放电电路103。所述时钟信号产生模块102包括分压电路104、比较器电路105、振荡电路106和D触发器电路107。其中，分压电路104包括电阻梯1041、开关1042、开关1043，振荡电路106包括开关1061、开关1062和电容1063，D触发器电路107包括D触发器1071。
[0005]在正常条件下，电源电压输入端101提供的电压通过电阻梯1041分压得到乂4和Vb两个电压值，当比较器电路105输出为低电平的时候，开关1042和开关1061导通，电流充放电电路103开始提供Iptat (正温度系数校正电流)对电容1063进行充电，电容1063上的电压值达到Va时，振荡电路105的输出变为高电平；当比较器电路105输出为高电平的时候，开关1042和开关1061断开，开关1043和开关1062导通，电流充放电电路103开始提供Iptat (正温度系数校正电流)电容1063进行放电，当电容1063上的电压下降到Vb时，比较器电路105再次输出低电平，从而完成了一个振荡周期。通过D触发器电路107输出信号，具体地，D触发器1071对电容1063上的电压波形进行整形和分频最终得到一个空占比很好的方波信号作为振荡器的最终输出信号，由D触发器电路107的输出端输出高信号。振荡器结构100的输出频率为f=l/T=Iptat/ (2*C* (Va-Vb))0
[0006]然而，由于电源电压提供的电压值是变化的，将导致VA-VB这个电压差值也随着电源电压提供的电压值的变化而变化，从而使得振荡器的输出频率也会随着电源电压提供的电压值的变化而变化，影响了振荡器输出频率的精度。振荡器中用于给电容充放电的电流充放电电路一般是由一个带隙基准电路产生，该电流充放电电路的电流的大小与温度相关，当温度变化时该电流也会变化，当温度从_40°C变化到100°C时，该电流的变化一般能超过50%，严重影响了振荡器输出频率的精度。
[0007]因此，目前急需一种适用于MEMS应用的高精度振荡器结构，以解决现有振荡器结构中存在的问题。
【发明内容】
[0008]在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本发明的
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0009]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种适用于MEMS应用的高精度振荡器结构，包括:基准电压产生模块、基准电流产生模块和时钟信号产生模块；所述基准电压产生模块与所述时钟信号产生模块相连，用以提供与电源电压和温度无关的基准电压Veef ;所述基准电流产生模块与所述时钟信号产生模块相连；用以提供稳定的与电源电压和温度无关的基准电流Ikef ;所述时钟信号产生模块包括分压电路、比较器电路、振荡电路和D触发器电路；所述分压电路的输入端与所述基准电压产生模块相连，所述分压电路的输出端与所述比较器电路的第一输入端相连；所述比较器电路的输出端和与所述D触发器电路相连；所述振荡电路的输入端与所述基准电流产生模块相连，所述振荡电路的输出端与所述比较器电路的第二输入端相连。
[0010]优选地，所述基准电压产生模块包括带隙基准电路电路、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻，第二电阻，第三电阻、第四电阻、第一电压输出端和第二电压输出端。
[0011]优选地，所述带隙基准电路与所述第一运算放大器同相输入端相连，所述带隙基准电路与所述第二运算放大器同相输入端相连。
[0012]优选地，所述第一运算放大器的输出端与所述第一电压输出端相连，所述第一运算放大器的输出端与所述第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端与所述第三运算放大器的同相输入端相连，所述第三运算放大器的输出端与所述第二电压输出端相连，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端接地。
[0013]优选地，所述第二运算放大器的输出端与所述第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与所述第三运算放大器的反相输入端相连，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端相连，所述第四电阻的第一端与所述第三运算放大器的反相输入端相连，所述第四电阻的第二端与所述第三运算放大器的输出端相连。
[0014]优选地，所述带隙基准电路产生与电源电压和温度无关的电压Vkefi以及与电源电压无关但是负温度系数特定的电压Vbel,所述第一电压输出端输出与电源电压和温度无关的基准电压Vkef，所述第二电压输出端输出温度系数可调的电压Vbe2。
[0015]优选地，调整所述第三电阻和所述第四电阻的比值来变化所述电压Vbe2的温度系数和极性，调整所述第一电阻和所述第二电阻的比值调整所述电压Vbe2的中心点的电压值
[0016]优选地，所述基准电流产生模块包括:第一电压输入端、第二电压输入端、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第四运算放大器、第五运算放大器、MOS管、电流镜电路、电流输出端。
[0017]优选地，所述第二电压输入端与所述第四运算放大器的同相输入端相连，所述第一电压输入端与所述第五电阻的第一端相连，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端相连，所述第五电阻的第二端与所述第四运算放大器的反相输入端相连，所述第六电阻的第一端与所述第四运算放大器的反相输入端相连，所述第六电阻的第二端与所述第四运算放大器的输出端相连，所述第六电阻的第二端和所述第四运算放大器的输出端与所述第五运算放大器的同相输入端相连。
[0018]优选地，所述第七电阻的第一端与所述第五运算放大器的反相输入端相连，所述第七电阻的第一端与所述MOS管的源极相连，所述第七电阻的第二端接地，所述第五运算放大器的输出端与所述MOS管的栅极相连，所述MOS管的漏极与所述电流镜电路相连，所述电流镜电路和所述电流输出端相连，所述电流输出端用于输出与电源电压和温度无关的基准电流IKEF。
[0019]优选地，所述第一电压输入端输入温度系数可调的电压Vbe2，所述第二电压输入端输入与电源电压和温度无关的基准电压VKEF。
[0020]优选地，通过所述第一电压输入端输入的温度系数可调的电压Vbe2、所述