[发明专利]一种自适应温度和电源电压的环形振荡器

说明书

本发明公开了一种自适应温度和电源电压的环形振荡器，包括：电源电压－电流转换器、CATA电流发生器和电流控制振荡器；电源电压－电流转换器，用于对电路中产生的负温度特性和正温度特性进行抵消，输出与电源电压成正比的第一电流；CATA电流发生器，用于使预设阈值电压MOS管的宽长比大于常规阈值电压MOS管的宽长比，输出与温度成负斜率线性关系的第二电流；电流控制振荡器，用于获取第一电流和第二电流相减之后的总电流作为输入，输出振荡频率。与现有技术相比，该器件电路结构简单，实现对温度和电源电压的双重补偿，可广泛应用于SoC系统中，提高了器件的适用性。

技术领域

本发明涉及振荡器的技术领域，特别是涉及一种自适应温度和电源电压的环形振荡器。

背景技术

开环的片上环形振荡器是SoC芯片的重要模块，SoC芯片要求其系统程序工作于稳定的时钟频率上，理想情况下不随外界环境变化而变化，其中，影响电路工作的环境因素指温度和电源电压。

片上环形振荡器的通用结构为电流源偏置的单端或差分的奇数级反相器链，其振荡频率由环路的总延时决定。假设反相器链上的每一级的结构相同，则总的延时大小由单级延时决定。单级反相器的延时由其尺寸、偏置电流、阈值电压、载流子迁移率及负载电容等决定。假设尺寸固定，则负载电容固定，反相器的延时主要取决于偏置电流、载流子迁移率及阈值电压。对于电流源偏置的反相器来说，其对负载电容的充放电时间与载流子迁移率相关度较小，因此可以忽略载流子迁移率对延时的影响。阈值电压直接影响翻转电平，且阈值电压随着温度增大而线性减小，因此恒定电流偏置环形振荡器谐振频率随着温度升高而线性增大，使得恒定电流偏置环形振荡器无法直接应用于SoC设计中。

如果需要得到与温度和电源无关的谐振频率，环形振荡器的偏置电流需要满足与温度成负斜率线性函数关系。且由于存在电流源电路沟道长度调制效应等非线性效应，偏置电流随着电源电压增大而增大，因此需要电源电压自适应补偿电路。基于上述分析可知，开环环形振荡器的谐振频率随着温度升高而增大，因此为了在全温度范围内获得恒定的谐振频率，需要设计特定的电流偏置电路，且满足与温度呈负斜率线性关系，并对沟道长度调制效应进行补偿。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种自适应温度和电源电压的环形振荡器，该器件电路结构简单，实现对温度和电源电压的双重补偿，可广泛应用于SoC系统中，提高了器件的适用性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自适应温度和电源电压的环形振荡器，包括：电源电压－电流转换器、CATA电流发生器和电流控制振荡器；

其中，所述电源电压－电流转换器，用于对电路中产生的负温度特性和正温度特性进行抵消，输出与电源电压成正比的第一电流；

所述CATA电流发生器，用于通过设置预设阈值电压MOS管和常规阈值电压MOS管，以使所述预设阈值电压MOS管的宽长比大于所述常规阈值电压MOS管的宽长比，输出与温度成负斜率线性关系的第二电流；

所述电流控制振荡器，用于获取所述第一电流和所述第二电流相减之后的总电流作为所述电流控制振荡器的输入，输出振荡频率。

进一步地，所述电源电压－电流转换器，包括：

第一电源电压、第二电源电压、第一接地、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管和第一电阻；