[发明专利]用于低功率张弛振荡器的方法和装置

说明书

在所描述的示例中，装置(200)包括：电容器(230)，其具有经耦合以接收电流的第一端子并且具有耦合到接地的第二端子；第一比较器(240)，其耦合到电容器(230)的第一端子处的电压并且耦合到第一参考电压(260)；第二比较器(242)，其耦合到电容器(230)的第一端子处的电压并且耦合到不同于第一参考电压(260)的第二参考电压(262)，并且具有耦合到第一比较器(240)的输出的使能输入；放电电路(216)，其耦合到电容器(230)并由第二比较器(242)的输出使能；以及切换电路(246)，其耦合到第二比较器(242)的输出。

技术领域

本发明总体涉及振荡器电路，更具体地涉及用于精确的、温度稳定的低功率RC振荡器的方法和装置。

背景技术

振荡器是通常将能量转换为周期信号的电子电路。振荡器通常提供重复恒定或高度规则的频率信号，例如时钟信号。振荡器的输出可以是各种波形，包括正弦波、三角波或方波。振荡器的品质由占空比、热稳定性以及最近由功耗来描述。占空比涉及信号高于阈值的时间量。热稳定性指示振荡器在其操作温度范围内经历多少频率漂移。功耗是功率管理的一部分，在当今电池供电的移动设备时代，振荡器的功耗非常重要。振荡器趋向于连续运行，即使在电路的其它部分处于休眠模式时，也会消耗功率，使振荡器的功耗对电路中的功率降低至关重要。

振荡器至少包括以下两种类型：调谐振荡器；以及张弛振荡器。虽然调谐振荡器在高功率和高精度应用中具有它们的用途，但是张弛振荡器电路是集成电路中振荡器的良好候选者，因为张弛振荡器需要很小的硅面积，可以完全在集成电路上制造，并且既不需要晶体也不需要电感器来操作。

张弛振荡器通过将电容器充电到阈值电压V_T来工作。当电容器充电到电压V_T时，电容器放电，并且该过程重复。电容器通常从通过电阻器耦合的DC电压源充电。RC时间常数确定张弛振荡器输出的频率。使用RC网络确定其频率的简单张弛振荡器可能容易发生频率漂移，因为电阻和电容值随温度而变化。集成电路过程中常用的组件是正温度系数电阻器(RTP)和负温度系数电阻器(RTN)。通过使用串联或并联的RTN电阻器和RTP电阻器，可以使总电阻值的温度偏差在温度范围内更加稳定。

图1示出了传统张弛振荡器的框图。低功率振荡器(LPO)100是张弛设计，其使用电容器104和电阻器108来产生斜坡电压。比较器110以节点115上的电压触发，并且比较器的输出耦合到一对NAND门并且耦合到最终反相缓冲器120。基于无缓冲的LPO输出，由电阻器R3和R2的值设置节点115的比较器参考电压。通电开关(PWD)102通常断开，允许LPO振荡。在开路状态下，这对NAND门作为反相器工作。当PWD被断言时，NAND门输出都变低，迫使LPO的最终输出由于反相缓冲器120而变为恒定的高。

在张弛振荡器100中，比较器110基于电阻器R2和R3的比率提供可靠的触发。当电阻器R2和R3在集成电路上彼此非常接近时，该比率可以很好地跟踪过程和温度变化。通过由一对电阻器并联，第一电阻器作为RTN并且第二电阻器作为RTP电阻器来制成电阻器，可以进一步改善斜坡电压的RC时间常数的稳定性，这些电阻器通常可用于各种半导体制造过程。从触发事件到比较器输出改变的延迟(delay)时间也随功率和温度而变化。增加功率可以缩短比较器延迟(减少等待时间(latency))并降低对温度的依赖性。然而，这种方法增加了功耗。需要具有改善的热稳定性和降低的电流消耗的振荡器。

发明内容

在所描述的示例中，一种装置包括：电容器，其具有经耦合以接收电流的第一端子，并且具有耦合到接地的第二端子；第一比较器，其耦合到电容器的第一端子处的电压并且耦合到第一参考电压；第二比较器，其耦合到电容器的第一端子处的电压，并且耦合到大于第一参考电压的第二参考电压，并且具有耦合到第一比较器的输出的使能输入；放电电路，其耦合到电容器并由第二比较器的输出使能；以及切换电路(toggle circuit)，其耦合到第二比较器的输出。

附图说明

图1是传统张弛振荡器的框图。