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一种对于PVT不敏感的高精度 振荡器

阅读：1021发布：2020-06-25

专利汇可以提供一种对于PVT不敏感的高精度振荡器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种对于PVT不敏感的高精度振荡器，包括，第一金属- 氧化物半导体场效应管M1、第二金属-氧化物半导体场效应管M2、第三金属-氧化物半导体场效应管M3、第一双极型晶体管Q1、第一电阻 R1、第二电阻R2、第四金属-氧化物半导体场效应管M4和第一比较器。本发明的对于PVT不敏感的高精度振荡器在电路架构中引入正反温度系数，并且可以近似相互抵消，并且消除输出时钟与电源电压之间的关系，从而在各工艺角，各电源电压下，保证整个温度范围内，都可以输出精度较为精准的时钟。，下面是一种对于PVT不敏感的高精度振荡器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种对于PVT不敏感的高精度振荡器，包括，第一金属-氧化物半导体场效应管、第二金属-氧化物半导体场效应管、第三金属-氧化物半导体场效应管、第一双极型晶体管、第一电阻、第二电阻、第四金属-氧化物半导体场效应管和第一比较器，其特征在于，第一金属-氧化物半导体场效应管的漏极与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端与第一双极型晶体管的集电极相连接，第一双极型晶体管的发射极与第二电阻相连接，第二电阻的另一端接地，
第二金属-氧化物半导体场效应管的漏极和第四金属-氧化物半导体场效应管的栅极与第一比较器的输入脚相连接，第二金属-氧化物半导体场效应管的漏极与第三金属-氧化物半导体场效应管的漏极相连接，第一比较器的输出脚与第三金属-氧化物半导体场效应管的栅极相连接，第三金属-氧化物半导体场效应管的源极接地。
2.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第一金属-氧化物半导体场效应管沟道的宽长比大于10。
3.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第二金属-氧化物半导体场效应管沟道的宽长比小于1。
4.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第三金属-氧化物半导体场效应管实现开关功能。
5.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第四金属-氧化物半导体场效应管，提供充放电电容的作用，并与第二金属-氧化物半导体场效应管相同的沟道的宽长比。
6.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第一比较器是具有迟滞功能的比较器。
7.根据权利要求1所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第一金属-氧化物半导体场效应管的电流I1＝(VREF0-Vbe,1)/R2，其中，VREF0为第一双极型晶体管的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管的基极与发射极结电压。
8.根据权利要求7所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第二金属-氧化物半导体场效应管的过驱动电压Vdsat,2＝I1*R1＝(R1/R2)*(VREF0-Vbe,1)，其中，VREF0为第一双极型晶体管的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管的基极与射极结电压。
9.根据权利要求8所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述第二金属-氧化物半导体场效应管的电流的计算公式为I2＝(W2/L2/2)*up*Cox,p*V2dsat,2，其中，W2为第二金属-氧化物半导体场效应管的沟道的宽度，L2为第二金属-氧化物半导体场效应管的沟道的长度，up为场效应管电子迁移率，Cox,p为单位面积的栅极电容量，Vdsat,2为第二金属-氧化物半导体场效应管的过驱动电压。
10.根据权利要求9所述的对于PVT不敏感的高精度振荡器，其特征在于，所述对于PVT不敏感的高精度的周期T＝VREF1*C/I2，其中，C是由第四金属-氧化物半导体场效应管提供的电容量，VREF1为第一比较器的参考电压，I2为第二金属-氧化物半导体场效应管的电流。

说明书全文

一种对于PVT不敏感的高精度 振荡器

技术领域

[0001] 本发明属于集成电路设计领域，尤其涉及一种对于PVT不敏感的高精度振荡器。

背景技术

[0002] 振荡器作为一个基础模块，一直用在SoC和MCU等系统当中。有的系统要求振荡器的时钟精度较低，有的系统要求振荡器的时钟精度较高，在有较高精度需求的场合，常需要加入寄存器进行调整了。若一上电就需要较高精度时钟，则需要加入OTP或者EFUSE模块在芯片出厂之前就要校准好。这无疑会增加芯片成本。所以一个高精度的振荡器，直接影响系统的成本和时钟精度等指标。

[0003] 相较于其他振荡器，一个可以提供高精度时钟振荡器，不需要OTP或者EFUSE等模块来做出厂前调整，节省了系统成本。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术中存在的不足，本发明提出了一种对于PVT不敏感的高精度振荡器，在电路架构中引入正反温度系数，并且可以近似相互抵消，并且消除输出时钟与电源电压之间的关系，从而各工艺角，各电源电压下，保证整个温度范围内，都可以输出精度较为精准的时钟。

[0005] 本发明提供了一种对于PVT不敏感的高精度振荡器，包括，第一金属-氧化物半导体场效应管、第二金属-氧化物半导体场效应管、第三金属-氧化物半导体场效应管、第一双极型晶体管、第一电阻、第二电阻、第四金属-氧化物半导体场效应管和第一比较器，其中，[0006] 第一金属-氧化物半导体场效应管的漏极与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端与第一双极型晶体管的集电极相连接，第一双极型晶体管的发射极与第二电阻相连接，第二电阻的另一端接地，

[0007] 第二金属-氧化物半导体场效应管的漏极和第四金属-氧化物半导体场效应管的栅极与第一比较器的输入脚相连接，第二金属-氧化物半导体场效应管的漏极与第三金属-氧化物半导体场效应管的漏极相连接，第一比较器的输出脚与第三金属-氧化物半导体场效应管的栅极相连接，第三金属-氧化物半导体场效应管的源极接地。

[0008] 进一步地，该第一金属-氧化物半导体场效应管沟道的宽长比大于10。

[0009] 进一步地，该第二金属-氧化物半导体场效应管沟道的宽长比小于1。

[0010] 进一步地，该第三金属-氧化物半导体场效应管实现开关功能。

[0011] 进一步地，该第四金属-氧化物半导体场效应管提供充放电电容的作用，并提供与第二金属-氧化物半导体场效应管相同的沟道的宽长比。

[0012] 进一步地，该第一比较器是具有迟滞功能的比较器。

[0013] 进一步地，该第一金属-氧化物半导体场效应管M1的电流I1＝(VREF0-Vbe,1)/R2，其中，VREF0为第一双极型晶体管Q1的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管Q1的基极与发射极结电压。

[0014] 更进一步地，该第一金属-氧化物半导体场效应管的电流I1＝(VREF0-Vbe,1)/R2，其中，VREF0为第一双极型晶体管的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管的基极与发射极结电压。

[0015] 进一步地，该第二金属-氧化物半导体场效应管的过驱动电压Vdsat,2＝I1*R1＝(R1/R2)*(VREF0-Vbe,1)，其中，VREF0为第一双极型晶体管的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管的基极与射极结电压。

[0016] 进一步地，该第二金属-氧化物半导体场效应管的电流I2的计算公式为I2＝(W2/2
L2/2)*up*Cox,p*Vdsat,2，其中，W2为第二金属-氧化物半导体场效应管的沟道的宽度，L2为第二金属-氧化物半导体场效应管的沟道的长度，up为场效应管电子迁移率，Cox,p为单位面积的栅极电容量，Vdsat,2为第二金属-氧化物半导体场效应管的过驱动电压。

[0017] 进一步地，该对于PVT不敏感的高精度的周期T＝VREF1*C/I2，其中，C是由第四金属-氧化物半导体场效应管提供的电容量，VREF1为第一比较器的参考电压，I2为第二金属-氧化物半导体场效应管的电流。

[0018] 第一金属-氧化物半导体场效应管、第二金属-氧化物半导体场效应管、第一双极型晶体管、第一电阻、第二电阻，共同提供一个与温度、工艺以及供电电压偏离相对无关的充放电流；第四金属-氧化物半导体场效应管提供充放电电容，亦可抵消一部分工艺偏离。

[0019] 利用场效应管电子迁移率up正比于温度的负2.2次方以及双极型晶体管结电压Vbe,1正比于温度的2次方特性，可以抵消温度变化特性。从而实现对于PVT不敏感的振荡器，可以在无校准下提供高精度时钟。

[0020] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。附图说明

[0021] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0022] 图1为根据本发明的对于PVT不敏感的高精度振荡器的电路示意图。

具体实施方式

[0023] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0024] 图1为根据本发明的对于PVT不敏感的高精度振荡器的电路示意图，如图1所示，本发明的对于PVT不敏感的高精度振荡器，包括，第一金属-氧化物半导体场效应管M1、第二金属-氧化物半导体场效应管M2、第三金属-氧化物半导体场效应管M3、第一双极型晶体管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第四金属-氧化物半导体场效应管M4和第一比较器。

[0025] 其中，第一金属-氧化物半导体场效应管M1的漏极与第一电阻R1的一端相连接，第一电阻R1的另一端与第一双极型晶体管Q1的集电极相连接，第一双极型晶体管Q1的发射极与第二电阻R2相连接，第二电阻R2的另一端接地。

[0026] 其中，第二金属-氧化物半导体场效应管M2的漏极和第四金属-氧化物半导体场效应管M4的栅极与第一比较器的输入脚相连接，第二金属-氧化物半导体场效应管M2的漏极与第三金属-氧化物半导体场效应管M3的漏极相连接，第一比较器的输出脚与第三金属-氧化物半导体场效应管M3的栅极相连接，第三金属-氧化物半导体场效应管M3的源极接地。

[0027] 第一金属-氧化物半导体场效应管M1沟道的宽长比大于10，因此该第一金属-氧化物半导体场效应管M1的过驱动电压很小，可近似忽略。

[0028] 第一双极型晶体管Q1的基极与发射极结电压为Vbe,1，基极电压VREF0减去结电压Vbe,1得到与第一双极型晶体管Q1相连接的第二电阻R2一端的电压，第二电阻R2的另一端接地，所以流过第一电阻R1、第二电阻R2以及第一金属-氧化物半导体场效应管M1的电流I1＝(VREF0-Vbe,1)/R2，其中，VREF0为第一双极型晶体管Q1的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管Q1的基极与发射极结电压。

[0029] 第二金属-氧化物半导体场效应管M2沟道的宽长比小于1，因此该第二金属-氧化物半导体场效应管M2的过驱动电压较大。

[0030] 由于该第二金属-氧化物半导体场效应管M2的过驱动电压等于第一金属-氧化物半导体场效应管M1的过驱动电压加上流过第一金属-氧化物半导体场效应管M1的电流乘以第一电阻R1的值，又由于第一金属-氧化物半导体场效应管M1的过驱动电压可近似忽略，所以第二金属-氧化物半导体场效应管M2的过驱动电压就近似等于流过第一金属-氧化物半导体场效应管M1的电流乘以第一电阻R1的值。

[0031] 因此，第二金属-氧化物半导体场效应管M2的过驱动电压Vdsat,2＝I1*R1＝(R1/R2)*(VREF0-Vbe,1)，其中，VREF0为第一双极型晶体管Q1的基极电压，Vbe,1为第一双极型晶体管Q1的基极与射极结电压。

[0032] 流过第二金属-氧化物半导体场效应管M2的电流I2的计算公式为I2＝(W2/L2/2)*up*Cox,p*V2dsat,2，其中，W2为第二金属-氧化物半导体场效应管M2的沟道的宽度，L2为第二金属-氧化物半导体场效应管M2的沟道的长度，up为场效应管电子迁移率，Cox,p为单位面积的栅极电容量。

[0033] 故I2＝(W2/L2/2)*up*Cox,p*[(R1/R2)*(VREF0-Vbe,1)]2。

[0034] 根据振荡器的周期公式T＝VREF1*C/I2，本发明的电容C是由第四金属-氧化物半导体场效应管M4提供，VREF1为第一比较器的参考电压，第四金属-氧化物半导体场效应管M4与第二金属-氧化物半导体场效应管M2取相同的沟道宽度和长度。从而得到T＝W2*L2*Cox,p*VREF1/{(W2/L2/2)*up*Cox,p*[(R1/R2)*(VREF0-Vbe,1)]2}＝2*L22*VREF1/[up*(R1/R2)2*(VREF0-Vbe,1)2]，在此公式中周期不依赖于供电电压。

[0035] 第三金属-氧化物半导体场效应管M3实现一个开关功能。

[0036] 第四金属-氧化物半导体场效应管M4提供一个充放电电容的作用，并提供与第二金属-氧化物半导体场效应管M2一样的沟道的宽长比，从而可以彼此相互抵消金属氧化物效应。

[0037] 第一比较器是一个具有迟滞功能的比较器，输出时钟信号CLK，避免电路以及环境扰动形成的不稳定因素造成次高频时钟。

[0038] 场效应管电子迁移率up正比于温度的负2.2次方，双极型晶体管结电压Vbe,1正比于温度的2次方，所以这两个因子随温度的变化可近似抵消，因此时钟频率随着工艺变化而变化的因素也被弱化到近乎没有。这样整个时钟产生电路实现了一个对于PVT不敏感的振荡器。

[0039] 本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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