[发明专利]振荡频率波动减小的环形振荡电路及具有该电路的IC芯片

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成芯片(IC)，更具体而言，涉及一种具有较稳定振荡频率的环形振荡电路(Ring Oscillator)，以及具有该环形振荡电路的IC芯片。

背景技术

多谐振荡器是一种自激振荡电路。因为没有稳定的工作状态，多谐振荡器也称为无稳态电路。具体地说，如果一开始多谐振荡器处于0状态，那么它在0状态停留一段时间后将自动转入1状态，在1状态停留一段时间后又将自动转入0状态，如此周而复始，输出矩形波。多谐振荡器用来产生一定频率和幅值的矩形波，可以作为时钟发生器等应用于微控制电路等中。

图1示出了相关技术中的一种对称式多谐振荡器的电路图，其是一个正反馈振荡电路。

在图1中，G₁和G₂是两个反相器，G₁和G₂是两个耦合电容，R_F1和R_F2是两个反馈电阻。只要恰当地选取反馈电阻的阻值，就可以使反相器的静态工作点位于电压传输特性的转折区。上电时，电容器两端的电压v_c1和v_c2均为0。假设某种扰动使v_I1有微小的正跳变，那么经过一个正反馈过程，v_I1迅速跳变为V_OH，v_o1迅速跳变为V_OL，v_I2迅速跳变为V_OL，v_o2迅速跳变为V_OH，电路进入第一个暂稳态。电容C₁和C₂开始充电。C₁的充电电流方向与参考方向相同，v_c1正向增加；C₂的充电电流方向与参考方向相反，v_c2负向增加。随着v_c1的正向增加，v_I2从V_OL逐渐上升；随着v_c2的负向增加，v_I1从V_OH逐渐下降。因为C₁经R₁和R_F2两条支路充电而C₂经R_F1一条支路充电，所以C₁充电速度较快，v_I2上升到V_TH时v_I1还没有下降到V_TH。v_I2上升到V_TH使v_o2跳变为V_OL。理论上，v_o2向下跳变V_OH-V_OL，v_I1也将向下跳变V_OH-V_OL。考虑到G₁输入端钳位二极管的影响，v_I1最多跳变到V_IK。v_I1下降到V_IK使v_o1跳变为V_OH，这又使v_I2从V_TH向上跳变V_OH-V_OL，即v_I2变成V_TH+V_OH-V_OL，电路进入第二个暂稳态。C₁经R_F2一条支路反向充电(实际上先放电再反向充电)，v_I2逐渐下降。C₂经R₁和R_F1两条支路反向充电(实际上先放电再反向充电)，v_I1逐渐上升。v_I1的上升速度大于v_I2的下降速度。当v_I1上升到V_TH时，电路又进入第一个暂稳态。此后，电路将在两个暂稳态之间来回振荡。

石英晶体具有优越的选频性能。将石英晶体引入普通多谐振荡器就能构成具有较高频率稳定性的石英晶体多谐振荡器。

图2示出了相关技术中的一种石英晶体对称式多谐振荡器的电路图。