一种低功耗低温度系数的环形振荡器

摘要

振荡器被广泛应用于各种开关电路、数字电路等需要内部时钟的集成电路；在低功耗集成电路设计中，振荡器的功耗是衡量振荡器优劣的重要指标，振荡器输出时钟的温度系数决定了振荡器的频率随温度变化的偏差，较低的温度系数有利于提高系统的稳定性；在通常的低温度系数振荡器设计中，采用温度检测电路，根据检测的温度，调整电路，从而实现降低振荡器温度系数的目的，但是该结构需要增加温度检测电路，增加了振荡器的功耗和面积；针对这个问题，本发明公开了一种在低功耗条件下，具有低温度系数的环形振荡器；本发明中的电路由环形振荡电路和偏置电路组成。

主权项

一种电路结构，包括：环形振荡器核心电路中，利用电流对电容的充放电延时，但由于反相器的翻转电平随温度变化，导致振荡器输出时钟的温度系数较高；利用该发明的结构，偏置电路提供的电流温度系数可以与翻转电平的温度系数相互补偿，获得低温度系数的时钟信号；具体电路形式包含偏置电路、反相器电路、环形振荡电路三个部分；偏置电路（a）由3个NMOS管、1个PMOS管和1个电阻构成，NMOS偏置管（M_NB1）的源级接地，NMOS偏置管（M_NB1）的栅极、漏极和NMOS偏置管（M_NB2）的源级相连，NMOS偏置管（M_NB2）的栅极、漏极与NMOS偏置管（M_NB3）的栅极相连并连接到外部偏置电流输入端I_B，NMOS偏置管（M_NB3）的源级连接到电阻（R）的一端，电阻（R）的另一端接地，NMOS偏置管（M_NB3）的的漏极连接到PMOS偏置管（M_PB0）的漏极和栅极，并连接到环形振荡电路反相器的偏置电压V_PB，PMOS偏置管（M_PB0）的源级接电源；反相器电路（b）由PMOS电流源管（M_PBn）、PMOS开关管（M_PKn）、NMOS开关管（M_NKn）、延时电容（C_n）组成，PMOS电流源管（M_PBn）的源极接电源，PMOS电流源管（M_PBn）的栅级连接到偏置电路（a）提供的偏置电压V_PB，PMOS电流源管（M_PBn）的漏极连接到PMOS开关管（M_PKn）的源级，PMOS开关管（M_PKn）的栅极连接到NMOS开关管（M_NKn）的栅极作为反相器的输入端V_{IN_n}，PMOS开关管（M_PKn）的漏极连接到NMOS开关管（M_NKn）的漏极，并连接到延时电容（C_n）的一端作为反相器的输出端V_{O_n}，延时电容（C_n）的另一端接地或者电源，NMOS开关管（M_NKn）的源级接地；环形振荡电流（b）由2k+1（k=1、2、3…）级首尾相连的反相器连接而成，第n级（X_n）反相器的输入连接到第n‑1级（X_n‑1）反相器的输出，第n级（X_n）反相器的输出连接到第n+1的（X_n+1）反相器输入，最后第2k+1级（X_2k+1）反相器的输出连接到第1级（X₁）反相器的输入，同时作为振荡器的输出CLK。