[发明专利]一种数字RC振荡器和自动校准方法

说明书

本发明公开了一种数字RC振荡器，包括比较器电路，电容充放电电路，参考电压产生模块、时钟校准模块和数字信号处理模块；时钟校准模块包括过零计数器。本发明具有以下优点：1、利用数字处理模块降低了电路功耗，减小输出频率随工艺角的变化；2、提出了一种数字校准算法，能够实现内部自动校准；3、使用自动校准提高了产生时钟的精度。

技术领域

本发明涉及集成电路的时钟源领域，尤其涉及一种数字RC振荡器和自动校准方法。

背景技术

对于片内RC(电阻电容)振荡器而言，由于CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺制作过程中存在工艺误差，制作出来的电容和电阻以及MOS(金属(metal)、氧化物(oxide)、半导体(semiconductor))管尺寸与设计值会有误差。现在CMOS工艺通常能将栅氧化物电容的精度控制在±20％以内，某些工艺可以保持在±10％以内，电阻的误差一般在±20％。由于工艺误差的影响，导致片内集成振荡器精度较低。另外，电源电压和温度的变化也会导致片内振荡器精度较低。

传统的数字RC振荡器采用可控电流源阵列或者电容阵列，实现数字校准。电路主要构成部分包括：比较器参考电压产生模块和电容充电可校准电流产生模块，比较器电路，RS整形电路，充放电电容电路。比较器参考电压产生模块和电容充电可校准电流产生模块由电流源和电流镜电路以及频率校准电路组成。数字RC振荡器的基本工作原理：通过电流源对电容充电，得到充电电压和参考电压比较，通过比较器的输出控制电容的充放电以产生振荡时钟。传统的数字RC振荡器，数字校准需要外部MCU控制，不能够实现自动校准，并且采用了差分结构，增加了电路功耗。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种数字处理模块替代外部MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)的数字RC振荡器及其自动校准方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提高数字RC振荡器的时钟精度及实现自动校准。

为实现上述目的，发明人经研究发现，在数字RC振荡器使用数字处理模块可以实现自动校准，并且能够降低电路的功耗。因而，在本发明的一个实施例中，提供了一种数字RC振荡器，包括比较器电路，电容充放电电路，参考电压产生模块、时钟校准模块和数字信号处理模块；时钟校准模块包括过零计数器，时钟信号CLK_OUT和参考时钟信号CLK_REF为时钟校准模块的输入，时钟校准模块的输出信号RC_calibration和RC_success信号分别作为参考电压产生模块和数字处理信号处理模块的输入，参考电压产生模块产生的参考电压Vref和电容充放电电路充电产生的电压Vc作为比较器电路的比较运放两端的输入电压，RC_success信号和比较器OP电路的输出信号作为数字处理信号模块的输入，数字处理信号模块输出MOS_SW信号与时钟信号CLK_OUT，MOS_SW信号控制所述电容充放电电路。

可选地，在上述实施例中的数字RC振荡器中，上述参考电压产生模块采用电阻分压结构，根据上述RC_calibration控制接入电阻的大小，动态控制参考电压Vref的大小。

可选地，在上述任一实施例中的数字RC振荡器中，上述时钟校准模块用于判断上述时钟信号CLK_OUT与上述参考时钟信号CLK_REF是否同步。

可选地，在上述任一实施例中的数字RC振荡器中，上述比较器电路当VrefVc时，输出高电平，当VrefVc时，输出低电平。

可选地，在上述任一实施例中的数字RC振荡器中，上述数字信号处理模块为数字逻辑电路。