[发明专利]一种用于MCU高频时钟的频率温度补偿电路及其实现方法

说明书

本申请实施例提供了一种用于MCU高频时钟的频率温度补偿电路及其实现方法，电路包括电压限制电路、电流源电路、逻辑电路以及时钟信号输出电路；逻辑电路包括第一电容模组、第二电容模组、第一开关、第二开关、第一NMOS管、第二NMOS管以及第三NMOS管；第一电容模组包括并联连接的第一金属电容和第一MOS可变电容，第二电容模组包括并联连接的第二金属电容和第二MOS可变电容；本申请实施例通过在振荡器的电容中设置具有负温度系数的MOS可变电容，从而使得振荡器对其主电容充放电的时间带有负温度系数，抵消逻辑电路延迟的正温度系数，减小MCU高频主时钟输出频率随温度的变化，并且简化了MCU的高频主振荡器的结构，减小了高频主振荡器的面积以及降低成本。

技术领域

本发明涉及张弛型振荡器领域，尤其涉及一种用于MCU高频时钟的频率温度补偿电路及其实现方法。

背景技术

MCU，即微控制单元，MCU是把中央处理器(CPU)的工作频率与规格进行适当缩减，并将内存、计数器、接口、探测电路以及LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。MCU能够在不同的应用场合中执行不同的控制功能。近年来，随着物联网技术和人工智能技术的发展，消费电子产品与计算机的之间的功能差异越来越小，很多消费电子产品都选用MCU作为其控制核心，而由于消费电子产品自身电池容量的限制，为了提高消费电子产品的续航能力，对低功耗低成本的MCU的研究成为了目前主要的研究方向。

在MCU的电路中，MCU的时钟控制网络一般如图1所示，MCU的高频主时钟为CPU、内存、接口电路、存储器和ADC以及其他外设电路提供工作时钟。目前主流的32位低成本MCU的主频都大于50MHz，并且MCU的高频主振荡器由低频张弛振荡器通过锁相环倍频来实现。但是在张弛型振荡器中，逻辑单元的延迟会使振荡器的频率降低，并且逻辑单元延迟的影响会随着振荡器输出频率的升高而变大。当振荡器输出频率比较低时，逻辑延迟所占比例可以忽略，振荡器的输出频率基本不随电压温度变化。而当振荡器输出频率比较高时，振荡周期较短，逻辑延迟所占整个振荡周期比例较高，逻辑单元的延迟会随电压和温度变化，导致振荡器输出频率随电压和温度变化。

对于振荡器输出频率随电压的变化的问题，如图1所示，可以通过增加LDO供电稳定振荡器的工作电压，但是增加LDO供电并不能解决振荡器输出频率随温度变化的问题。当MCU主振荡器频率的偏离随温度变化超过一定值时，会限制MCU的应用环境，例如在UART通讯中，协议要求时钟的偏差不能超过2％，否则就会出现大量的误码。现有技术中，虽然锁相环加低频振荡器可以减小振荡器输出频率的变化，但是锁相环电路存在着电路复杂、面积大、功耗大以及成本高的问题。

综上所述，现有技术中MCU的高频主振荡器采用低频张弛振荡器以及锁相环倍频来实现的技术方案，存在着电路复杂、面积大、功耗大以及成本高的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于MCU高频时钟的频率温度补偿电路及其实现方法，用于解决现有技术中高频主振荡器采用的锁相环电路，存在着电路复杂、面积大、功耗大以及成本高的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种用于MCU高频时钟的频率温度补偿电路，包括：电压限制电路、电流源电路、逻辑电路以及时钟信号输出电路；

所述逻辑电路包括第一电容模组、第二电容模组、第一开关、第二开关、第一NMOS管、第二NMOS管以及第三NMOS管；所述第一电容模组包括并联连接的第一金属电容和第一MOS可变电容，所述第二电容模组包括并联连接的第二金属电容和第二MOS可变电容；

所述第一NMOS管的漏极与所述电流源电路的第一输出端口相连接，所述第一NMOS管的栅极分别与所述第一NMOS管的漏极、第二NMOS管的栅极以及第三NMOS管的栅极相连接，所述第一NMOS管的源极与所述电压限制电路的输出端口相连接；

所述第二NMOS管的漏极与所述电流源电路的第二输出端口相连接，所述第二NMOS管的源极与所述第一电容模组的第一端口相连接；