一种低压宽频超低功耗环形振荡器的制作方法

1.本发明涉及集成电路设计技术领域，尤其涉及一种低压宽频超低功耗环形振荡器。

背景技术：

2.数字电路的工作需要时钟。对精确时间的需求如通信需求等使得高精度的时钟成为必需。多年来，使用锁相环电路和参考外部晶振来产生高精度时钟是许多电路的标准配置。然而锁相环电路面积和功耗较大。同时，电路板上的参考外部晶振增加了电路系统的成本。为节省电路系统的成本和功耗，高精度环形振荡器多年来一直是众多电路设计人员的研究方向。
3.然而，环形振荡器的基本原理是通过奇数个串联的反相器产生振荡信号。反相器的延时受电源电压，温度和工艺偏差的影响很大，导致环形振荡器的频率随芯片工艺、电源电压和温度的漂移而有很大的偏差，导致环形振荡器的频率随芯片工艺、电源电压和温度的漂移而漂移，因此，稳定环形振荡器的频率的技术至关重要。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种低压宽频超低功耗环形振荡器，用以实现稳定环形振荡器的频率，满足低压低功耗，且调频范围较宽。
5.第一方面，本发明提供了一种低压宽频超低功耗环形振荡器，包括：电流发生电路、与所述电流发生电路电连接的低压调节电路、与低压调节电路的输出端电连接的rc环形振荡电路；其中，电流发生电路和低压调节电路连接电源电压：电流发生电路，用于产生不受温度和电源电压影响的基准电流；低压调节电路，用于对所述电源电压进行调整，并将调整电压输出至环形振荡电路；环形振荡电路，用于根据所述低压调节电路的调整电压生成时钟信号。
6.本发明提供的低压宽频超低功耗环形振荡器的有益效果在于：能够降低电源电压对环形振荡器的影响，降低输出抖动，另外该环形振荡器的可以工作在低压，所以可以降低功耗，另外，该环形振荡器的振荡信号的频率范围相对较宽。
7.可选地，所述低压调节电路包括电流源、三个nmos管和一个pmos管，其中，第一nmos管的漏极通过电流源连接电流发生电路，第一nmos管的栅极和第二nmos管的栅极互连，第一nmos管的源极和第二nmos管的源极互连，pmos管的栅极和第二nmos管的栅极互连，pmos管的漏极和第二nmos管的漏极互连，第三nmos管的栅极通过电流源连接电流发生电路的输出端，第三nmos管的漏极接电源电压，第三nmos管的源极连接pmos管的漏极，第三nmos管连接负载电容并输出调整电压。
8.可选地，所述rc环形振荡器包括以可变电容作负载的反相器，以及与所述电容和数个反相器并联的可变电阻。
9.可选地，所述反相器包括一pmos管和一nmos管；所述反相器的pmos管与低压调节
电路的pmos管为等比例尺寸；所述反相器的nmos管与低压调节电路的nmos管为等比例尺寸。
10.可选的，还包括与所述rc环形振荡电路的输出端电连接的升压电路。
附图说明
11.图1为现有技术提供的一种环形振荡器示意图；图2为本发明实施例提供的一种低压宽频超低功耗环形振荡器示意图；图3为本发明实施例提供的一种低压调整电路的电路结构示意图；图4为本发明实施例提供的一种rc环形振荡电路的电路结构示意图；图5为本发明实施例提供的一种gm-c电流发生器的电路结构示意图。
实施方式
12.现有技术中，如图1所示，环形振荡器包括低压差线性稳压电路（low dropout linear regulator，ldo）、环形振荡电路和升压电路。因为电源电压avdd的信号可能发生抖动，所以导致环形振荡电路输出的振荡信号也随之抖动，因此发生环形振荡电路的频率随电源电压的抖动而漂移，另外环形振荡电路工作时是由nmos和pmos交替震荡实现信号传输，因此影响环形振荡电路性能的因素有很多，比如nmos和pmos自身的电容、电阻以及后段连线的电容电阻、芯片工艺和温度，多重因素的影响加剧了环形振荡器性能提升的难度。
13.为此，本发明提供一种低压宽频超低功耗环形振荡器，该环形振荡器通过将传统环形振荡器电路中的ldo替换为电流发生电路和低压调节电路，可以使得环形振荡电路输出的振荡信号不再受电源电压波动的影响，降低振荡信号的抖动，稳定环形振荡器的频率。
14.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
15.针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种低压宽频超低功耗环形振荡器，图2示例性示出了该低压宽频超低功耗环形振荡器的电路结构框图，包括：电流发生电路、与所述电流发生电路的输出端电连接的低压调节电路、与低压调节电路的输出端电连接的rc环形振荡电路和与所述rc环形振荡电路的输出端电连接的升压电路。其中，电流发生电路、低压调节电路和升压电路共同连接电源电压avdd。其中：电流发生电路，用产生不受温度和电源电压影响的基准电流。示例性的，电流发生电路为gm-c电流发生电路。
16.低压调节电路（lv regulator），用于对所述电源电压进行调整，并将调整电压输出至环形振荡电路。
17.rc环形振荡电路（rc ring osc），用于根据所述低压调节电路的调整电压生成时钟信号。其中，环形振荡电路包括以电容作负载的反相器，以及与所述电容和数个反相器并
联的可变电阻。
18.升压电路，用于将rc环形振荡器从vout电压域抬高到avdd电压域。
19.下文分别对低压调节电路、环形振荡电路和电流发生电路作进一步的示例性说明。
20.如图3所示，低压调节电路包括电流源ip、三个nmos管和一个pmos管，其中，第一nmos管m1的漏极通过电流源ip连接电流发生电路的输出端，第一nmos管m1的栅极和第二nmos管m2的栅极互连，第一nmos管m1的源极和第二nmos管m2的源极互连，pmos管m4的栅极和第二nmos管m2的栅极互连，pmos管的漏极和第二nmos管m2的漏极互连，第三nmos管m3的栅极连接通过电流源ip连接电流发生电路的输出端，第三nmos管m 3的漏极连接电源电压avdd，第三nmos管m 3的源极连接pmos管m 4的漏极，第三nmos管m3连接负载电容c并输出调整电压vout。从图3可见，第三nmos管m3和pmos管m4作为源跟随器，第一nmos管m1作为共模放大器，vout=vthn+vthp，其中vthp为pmos管m4的阈值电压，vthn为第三nmos管m3的阈值电压。本实施例中，vout的取值范围约大于等于0.5v小于等于0.8v，可见输入至rc环形振荡电路的调整电压vout为低压信号。
21.值得说明的是，半导体工艺对逻辑运算速度的影响多以工艺角(corner)表征，根据工艺角类型的不同，半导体器件可以分为tt corner器件、ss corner器件和ff corner器件。其中，在标准温度下，tt corner器件具有标准的时延和标准的逻辑运算速度，ss corner器件具有较大的时延和较慢的逻辑运算速度，ff corner器件具有较小的时延和较快的逻辑运算速度。标准温度指的是半导体器件的常规工作温度，一般为30℃。相应的，对于包括一个或多个半导体器件的逻辑电路、模块、逻辑路径等，其工艺角也可以整体上分为tt corner、ss corner和ff corner三种类型。以低压调节电路为例，低压调节电路的工艺角类型是低压调节电路整体上表现出的特征，由于低压调节电路中的半导体器件是经过相同的工艺条件得到的，因此可以认为，低压调节电路中的一个或多个半导体器件皆具有与该低压调节电路一致的工艺角类型。所以低压调节电路中nmos管和pmos管具有根据不同工艺角类型阈值电压随之发生变化的特点，例如，在低压调节电路的工艺角类型为ss corner时，nmos管和pmos管的阈值电压均上浮15%至20%，在低压调节电路的工艺角类型为ff corner时，nmos管和pmos管的阈值电压均下浮15%至20%，所以可以根据低压调节电路的工艺角类型可以估算出调整电压vout的值。
22.本技术实施例中，低压调节电路可以针对不同工艺角类型的环形振荡电路来调节输出电压vout。具体来说，在环形振荡电路为ss corner时，低压调节电路可以增大输出电压vout；在环形振荡电路为ff corner时，低压调节电路可以降低输出电压vout。也就是说，因环形振荡电路中的反相器的输入电压均为调整电压vout，当设计低压调节电路的nmos管的尺寸和环形振荡电路中的反相器中的nmos管的尺寸为等比例关系，以及设计低压调节电路的pmos管的尺寸和环形振荡电路中的反相器中的pmos管的尺寸为等比例关系时，这样就能够实现在不同的工艺角类型下电压均同方向变化，例如，在工艺角类型为ss corner时，环形振荡电路的输出电压也随着调整电压vout上浮，在工艺角类型为ff corner时，环形振荡电路的输出电压也随着调整电压vout下浮。所以环形振荡电路判决门限可以随着环形振荡电路的输出电压变化，因此不会影响环形振荡电路输出的振荡信号的频率。
23.本技术实施例还提供的rc环形振荡电路的电路结构图。其中，rc环形振荡电路的
输入电压为调整电压vout，rc环形振荡电路的输出端与调升压电路的输入端连接。rc环形振荡电路包括以可变电容c1作负载的反相器，以及与所述可变电容和数个反相器并联的可变电阻。示例性的，如图4所示，八个反相器组成的环形振荡器被可变电阻、可变电容分成了两组，一组是通过电阻短接的三个反相器构成的闭环，另一组是由五个反相器构成的闭环。本技术实施例中，因rc环形振荡电路中的可变电容和可变电阻能够根据实际需要进行调整，所以能够实现宽频，例如调频范围为400khz至40mhz。另外，rc环形振荡电路所输出的时钟信号clk的频率主要受调整电压vout的控制，而不再受电源电压avdd的控制。因rc环形振荡电路具有与低压调节电路相同的工艺角类型，环形振荡电路判决门限可以随着环形振荡电路的输出电压变化，所以rc环形振荡电路的工艺角类型不再会对时钟信号clk产生影响。应理解，图4中的反相器个数是一种示例，本实施例对此并不作限定。
24.另外，本技术实施例还提供了如图5所示的gm-c电流发生器，该电流发生器的控制电压为电源电压avdd，三个共模的pmos管和一电阻，以及三个nmos管，该gm-c电流发生形成一带负反馈的环路，所以gm-c电流发生器的输出电流iout不受电源电压的波动的影响，这样输出电流iout就具有较高的电源抑制比(powersupplyrejectionratio，psrr)，所以低压调整电路的输入电流就比较稳定，继而调整电压vout也不受电源电压的波动的影响，可以降低电源电压对环形振荡器的影响，降低输出抖动。
25.本发明所提供的低压宽频超低功耗环形振荡器能够降低电源电压对环形振荡器的影响，降低输出抖动，另外该环形振荡器的可以工作在低压，所以可以降低功耗，另外，该环形振荡器的振荡信号的频率范围相对较宽。
26.以上对本发明所提供的控制器的电路、芯片及通信终端进行了详细的说明。虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

技术特征：

1.一种低压宽频超低功耗环形振荡器，其特征在于，包括：电流发生电路、与所述电流发生电路电连接的低压调节电路、与低压调节电路的输出端电连接的rc环形振荡电路；其中，电流发生电路和低压调节电路连接电源电压：电流发生电路，用于产生不受温度和电源电压影响的基准电流；低压调节电路，用于对所述电源电压进行调整，并将调整电压输出至环形振荡电路；环形振荡电路，用于根据所述低压调节电路的调整电压生成时钟信号。2.根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于，所述低压调节电路包括电流源、三个nmos管和一个pmos管，其中，第一nmos管的漏极通过电流源连接电流发生电路，第一nmos管的栅极和第二nmos管的栅极互连，第一nmos管的源极和第二nmos管的源极互连，pmos管的栅极和第二nmos管的栅极互连，pmos管的漏极和第二nmos管的漏极互连，第三nmos管的栅极通过电流源连接电流发生电路的输出端，第三nmos管的漏极接电源电压，第三nmos管的源极连接pmos管的漏极，第三nmos管连接负载电容并输出调整电压。3.根据权利要求2所述的环形振荡器，其特征在于，所述rc环形振荡器包括以可变电容作负载的反相器，以及与所述电容和数个反相器并联的可变电阻。4.根据权利要求3所述的环形振荡器，其特征在于，所述反相器包括一pmos管和一nmos管；所述反相器的pmos管与低压调节电路的pmos管为等比例尺寸；所述反相器的nmos管与低压调节电路的nmos管为等比例尺寸。5.根据权利要求1至4任一项所述的环形振荡器，其特征在于，还包括与所述rc环形振荡电路的输出端电连接的升压电路。

技术总结

本发明提供了一种低压宽频超低功耗环形振荡器，包括电流发生电路、与所述电流发生电路电连接的低压调节电路、与低压调节电路的输出端电连接的RC环形振荡电路；其中，电流发生电路和低压调节电路连接电源电压：电流发生电路，用于产生不受温度和电源电压影响的基准电流；低压调节电路，用于对所述电源电压进行调整，并将调整电压输出至环形振荡电路；环形振荡电路，用于根据所述低压调节电路的调整电压生成时钟信号，该环形振荡器用以稳定环形振荡器的频率，满足低压低功耗，且调频范围较宽。且调频范围较宽。且调频范围较宽。