[发明专利]一种高精度自适应的张弛振荡器

说明书

一种高精度的自适应张弛振荡器，利用电容预充电原理抵消设于振荡电路中的充放电控制电路产生的延时，包括振荡电路、第一电容预充电电路和第二电容预充电电路，电容预充电电路用于给振荡器充放电电容预充电，振荡电路在电容预充电电路预充电电平的基础上进行充放电，电容两次充电产生的误差延时抵消，使振荡器工作在预设的频率上，实现显著提高频率‑控制电流线性度，且本发明不是直接通过提升比较器或者RS触发器的速度来减小延时，而是通过两次充电过程抵消控制电路产生的延时以及随外界环境变化的失调的影响，显著地提高了振荡器的精度，并且具有很强的温度稳定性和电源电压抑制即自适应性。

技术领域

本发明涉及张弛振荡器，尤其涉及一种高精度自适应的张弛振荡器，属于CMOS集成电路技术领域。

背景技术

在大规模集成电路中，时钟信号一般由振荡器产生的。张弛振荡器具有结构简单，成本较低，易于集成，功耗相对较小，是振荡器里面应用最为广泛的时钟产生电路。

在信号的调制与解调、存储系统的数据恢复等的应用中，要求所使用的张弛振荡器的控制电流—频率具有很高的线性度，从而减小失真，同时也可以增大该张弛振荡器的频率范围。在张弛振荡器中，控制电流—频率的线性度和充放电电容振荡幅度的控制电路的延时有关。因此，要提高振荡器的线性度，最大化振荡器的频率就必须将控制电路的延时影响降到最小。而在时钟恢复电路中，为了获得更大的动态范围，要求张弛振荡器电路具有小的抖动，张弛振荡器电路的抖动是由于电路本身的噪声引起的在翻转阈值电平处存在的微小扰动，而具有小的抖动的张弛振荡器电路要求增大其充放电电容的振荡幅度。

在现有的技术中，张弛振荡器有许多不同的结构，对不同结构的张弛振荡器的共同要求就是精度高和在高频时频率-控制电流仍具有良好的线性度。但现有的张弛振荡器仍存在着一些不足。

图1示出了单个定时电容的电流控制张弛振荡器，包括充电电流源I_charge、放电电流源I_discharge，PMOS管M1、NMOS管M2，定时电容C，两个比较器COMP1和COMP2，RS触发器。RS触发器的输出端Q接PMOS管M1和NMOS管M2的栅端。根据RS触发器输出端Q的信号的不同，PMOS管M1和NMOS管M2交替导通和关断，充电电流源I_charge、放电电流源I_discharge交替地给定时电容C充电和放电。

单个定时电容的电流控制张弛振荡器的工作过程如下：

S1)当RS触发器的输出端Q为低电平，PMOS管M1开启、NMOS管M2关断，充电电流源I_charge给定时电容C充电，当定时电容C上的电压上升超过上参考电平V_H时，比较器COMP1输出高电平，RS触发器处于置位状态，输出端Q输出高电平；

S2)当RS触发器的输出端Q输出高电平，PMOS管M1关断、NMOS管M2开启，放电电流源I_discharge开始给定时电容C放电，C上的电压下降，当定时电容C上的电压下降到小于下参考电平V_L时，比较器COMP2输出高电平，RS触发器处于复位状态，输出端Q输出低电平；

RS触发器输出端Q为低电平，回到初始状态，然后依次重复上面两个过程。

单个定时电容的电流控制张弛振荡器的电容上的电压在上参考电平V_H和下参考电平V_L之间来回振荡。如果控制电路(图1中的COMP1、COMP2和RS触发器)的延时可以被忽略，且设I_charge＝I_discharge＝I，则振荡器的周期和频率为