集成电路与自偏压电阻电容振荡器和斜坡产生器电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种电子电路，特别是本发明的实施例是关于用在控制器的集成振荡器电路的领域，此控制器特别是超低功率电池应用的控制器。
【背景技术】
[0002]图1是绘示系统100的简化方块图，其中控制器是用以在频繁的通电与断电操作。在这个例子中，当监视端点GP101的状态时，(微)控制器电路是在断电状态。在这个例子中，端点GP101是连接至温度驱动开关110，其会在一预设的温度下被触发。基于控制器核心所执行的操作，发光二极管120是用来指示温度驱动开关110什么时候被触发。当温度驱动开关110被触发时，逻辑单元会对控制器通电并且致能振荡器，其中振荡器会提供信号给核心逻辑单元，以计算发光二极管120的驱动器功能。当完成计算时，控制器会回到断电状态，并且关闭振荡器。由于上述的功能需要频繁地对振荡器通电和断电，因此需要快速的通电与断电时间来减少功率消耗。更进一步来说，振荡器电路需要成为一个低功率的电路来节省电力并且延长电池的寿命。
[0003]此外，集成电路振荡器也会使用在以脉冲宽度调变(pulse width modulat1n,PWM)为基础的系统中，用以提供时脉信号与斜坡信号(或锯齿信号)。上述的系统例如是用在切换式电源供应器(Switch Mode Power Supplies，SMPS)与放大器电路中的系统。
[0004]—些现有的集成电路振荡器会用环形振荡器(ring oscillator)，并搭配精准的外部参考电压与电流。其他现有的集成电路振荡器则会用电容充电电路，但也会依赖外部的参考电路与控制电路。
【发明内容】
[0005]本发明的发明人已经发现了，对于低功率的电池运作，现有的集成电路振荡器通常不满足低功率电池操作的快速启动与低功耗要求。如上所述，现有的集成电路振荡器通常需要外部的参考电流与电压，连带着有复杂的电路。一些现有的集成电路振荡器可能会利用带隙(bandgap)电路来提供参考电压。这些设计容易导致复杂的电路并且需要高功率消耗。
[0006]在本发明的实施例中，精准的自偏压电阻电容(resistor-capacitor，RC)振荡器与斜坡产生器电路具有结合电流与电压参考电路，其具有电路支路。此电路支路包括了单一 N型金属氧化物半导体(N-type Metal-Oxide-Semiconductor,M0S)晶体管、单一 P型金属氧化物半导体(PM0S)晶体管与电阻。通过将参考电压与参考电流结合为电路支路，该参考电路会被简化。进一步地，在给定的一个时间点，部分的自偏压RC振荡器和斜坡产生器电路会被禁能。此电路是用以提供低的功率消耗并且能够快速的启动。此外，振荡器频率可以由一个电阻值与一个电容值来精准地决定。
[0007]本发明一实施例提出一种集成电路，该集成电路包括自偏压RC振荡器和斜坡产生器电路，该自偏压RC振荡器和斜坡产生器电路包括了结合式电流和电压参考电路以提供参考电流、第一参考电压与第二参考电压。此结合式电流和电压参考电路包括一电路支路，此电路支路由彼此串联耦接的第一 PMOS晶体管，电阻与第一 NMOS晶体管所组成，并且第一 PMOS晶体管与第一 NMOS晶体管是分别使用二极管接法。自偏压RC振荡器和斜坡产生器电路也包括一信号产生电路，其包括电容。信号产生电路是用以将上述的电容从第一参考电压充电至第二参考电压，并且将电容从第二参考电压放电至第一参考电压。自偏压RC振荡器和斜坡产生器电路是用以在电容的节点提供斜坡(或锯齿)信号，并在信号产生电路的输出端提供振荡器输出信号。
[0008]在一实施例中，结合式电流和电压参考电路与信号产生电路是实作在单一个集成电路中。
[0009]在一实施例中，自偏压RC振荡器和斜坡产生器电路是用以提供1/(2RqC。)的振荡频率，其中R。为上述电阻的电阻值，C。为上述电容的电容值。
[0010]在另一实施例中，在结合式电流和电压参考电路中，第一 PM0S晶体管的源极是耦接至电源，第一 PM0S晶体管的栅极与漏极是耦接至第一节点，第一节点耦接至电阻的第一端。第一 NM0S晶体管的源极是耦接至接地端，第一 NM0S晶体管的栅极与漏极是耦接至第二节点，第二节点是耦接至该电阻的第二端。结合式电流和电压参考电路是用以在第一节点提供第一参考电压，在第二节点提供第二参考电压，并且提供参考电流，其中参考电流流经在第一节点与第二节点之间的电阻。
[0011]在另一实施例中，自偏压RC振荡器和斜坡产生器电路还包括一温度系数补偿电路，其耦接在第一节点与第二节点之间。在一个具体的实施例中，温度系数补偿电路包括串联耦接在电源与接地端之间的第一晶体管、第二晶体管与电阻。温度系数补偿电路还包括了串联耦接在电源与接地端之间的第三晶体管与第四晶体管。第一晶体管与第三晶体管具有相同的通道宽长比，且形成第一电流镜。第二晶体管比第四晶体管具有更大的通道宽长比，并且第二晶体管与第四晶体管形成第二电流镜。温度系数补偿电路还包括第五晶体管，其源极耦接至电源。第五晶体管的栅极耦接至第一晶体管与第三晶体管的栅极，该第五晶体管的漏极用以耦接至结合式电流和电压参考电路的第一节点。温度系数补偿电路还包括第六晶体管，其源极耦接至接地端。第六晶体管的栅极耦接至第二晶体管与第四晶体管的栅极，第六晶体管的漏极用以耦接至结合式电流和电压参考电路的第二节点。
[0012]在另一实施例中，信号产生电路包括第二 PM0S晶体管，第二 PM0S晶体管耦接至第一 PM0S晶体管以形成第一电流镜。信号产生电路也包括第二 NM0S晶体管，第二 NM0S晶体管耦接至第一 NM0S晶体管以形成第二电流镜。信号产生电路还包括耦接至第二 PM0S晶体管的第一差动对电路以接收参考电流，以及耦接至第二 NM0S晶体管的第二差动对电路以接收参考电流。第一差动对电路包括第三PM0S晶体管与第四PM0S晶体管，并且第二差动对电路包括第三NM0S晶体管与第四NM0S晶体管。第三PM0S晶体管的漏极和第三NM0S晶体管的漏极耦接至第三节点，此第三节点耦接至上述的电容以对电容充电与放电，第三节点也用以提供斜坡信号。
[0013]在另一实施例中，信号产生电路也包括第一比较器与第二比较器。第一比较器的正输入端是耦接至第三节点以感测电容上的电压，第一比较器的偏压端是耦接至信号产生电路中第四NM0S晶体管的漏极。第二比较器的负输入端是耦接至第三节点以感测电容上的电压，第二比较器的偏压端是耦接至信号产生电路中第四PM0S晶体管的漏极。其中第三PMOS晶体管、第四PMOS晶体管、第三NMOS晶体管、与第四NM0S晶体管的栅极电压是关联至第一比较器与第二比较器的输出。
[0014]在另一实施例中，信号产生电路还包括锁存器。锁存器的设定输入端是耦接至第一比较器的输出端，锁存器的重置输入端是耦接至第二比较器的输出端，锁存器的正输出端是耦接至第三PM0S晶体管的栅极与第三NM0S晶体管的栅极，锁存器的负输出端是耦接至第四PM0S晶体管的栅极与第四NM0S晶体管的栅极。其中正输出端是用以提供振荡器输出信号，并且负输出端是用以提供互补振荡器输出信号。
[0015]在另一实施例中，信号产生电路用以在上述的电容被充电时，致能第一比较器并禁能第二比较器。信号产生电路也用以在电容被放电时，禁能第一比较器并致能第二比较器。在一实施例中，第一比较器包括耦接至电源的电流源、耦接至电流源的差动对、以及耦接至差动对的偏压节点。第二比较器包括耦接至接地端的电流源、耦接至电流源的差动对、以及耦接至差动对的偏压节点。在另一实施例中，第一比较器包括第一晶体管，其源极是耦接至该电源节点，栅极是耦接至第一比较器的正输入端，漏极是用以提供该第一比较器的输出，偏压节点是耦接至第一晶体管的漏极。第二比较器包括第一晶体管，其源极是耦接至接地端，栅极是耦接至第二比较器的负输入端，漏极是用以提供第二比较器的输出，偏压节点是耦接至第一晶体管的漏极。
[0016]本发明的另一实施例提出一种自偏压RC振荡器和斜坡产生器电路，其包括了一结合式电流和电压参考电路，用以提供参考电流、第一参考电压与第二参考电压。此结合式电流和电压参考电路包括一电路支路，此电路支路具有彼此串联親接的第一 NM0S晶体管、第一 PM0S晶体管与电阻。自偏压RC振荡器和斜坡产生器电路也包括信号产生电路，其包括一电容，并且用以在第一参考电压与第二参考电压之间对电容充电与放电。
[0017]在上述电路的一实施例中，信号产生电路是用以提供充电电流与放电电流，其中充电电流与放电电流的大小相同于一电流值，此电流值是由第一参考电压与第二参考电压之间的差值再除以电阻的电阻值所决定出。
[0018]在一实施例中，在该结合式电流和电压参考电路中，第一 PM0S晶体管的栅极与漏极是耦接至第一节点，第一节点是耦接至电阻的第一端。第一 NM0S晶体管的栅极与漏极是耦接至第二节点，第二节点是耦接至电阻的第二端。结合式电流和电压参考电路是用以在第一节点提供第一参考电压，在第二节点提供第二参考电压，并且提供参考电流。此参考电流系流经在第一节点与第二节点之间的电阻。
[0019]在另一实施例中，第一 NM0S晶体管是使用二极管接法，第一 NM0S晶体管的栅极与漏极是彼此耦接。第一 PM0S晶体管