一种高精度高频振荡器的制作方法

本发明涉及集成电路设计，尤其涉及一种高精度高频振荡器。

背景技术：

1、在mcu中，振荡器起着非常重要的作用，产生稳定的时钟信号，用于同步和控制数字电路中的各种操作，如cpu的时钟信号、数据采样、定时器计数等。虽然晶体振荡器具有较高的频率稳定性，即较小的电压系数和温度系数。但因为成本高、难以集成到芯片内部，且需要模拟功能辅助晶体起振。因此，在部分芯片应用环境中可采用高精度的rc振荡器来替换晶体振荡器；

2、rc振荡器除可实现全内部集成之外，还具有结构简单，成本低，功耗低，频率可调等优点，其最基础的原理为对电容进行充放电，其实现公式为：it＝cv，由频率与时间的关系：最终可推导出频率公式：首先是产生一个基准电流和一个基准电压，基准电流对电容充电，当电容电压达到vref时，这段时间为半个周期，由于充电电流和参考电压具有较好的温度系数和电压系数，因此可以实现较高精度；

3、对上述电容充放电方案进行进一步优化，vref的产生方式为基准电流i*电阻r，此时如果充放电电流icharge和产生vref的电流都来自同一个源头，仅存在一个电流系数k,即icharge＝k*i，即从公式中可以看出频率不随电压变化而变化，这种方法的优点是不需要一个高精度的vref；

4、但是上述方案没有考虑到电路内部比较器的延时，随着频率越高，比较器延时占比越来越大，并且电路中的比较器延时会受到温度的影响，从而影响频率的精度。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种高精度高频振荡器，其解决了现有技术中存在的问题。

2、根据本发明的实施例，一种高精度高频振荡器，包括：

3、偏置电流模块、振荡器模块和ldo模块，所述偏置电流模块、振荡器模块和ldo模块集成于同一半导体模块上，所述ldo模块分别与偏置电流模块和振荡器模块连接，用于对偏置电流模块和振荡器模块提供用电；所述振荡器模块用于产生时钟信号；

4、所述偏置电流模块与振荡器模块连接，所述偏置电流模块包括：正温电流电路和负温电流电路，用于控制振荡器中比较器的工作电流中正温电流和负温电流的大小，使得比较器延时受工作电流的影响可以忽略不计，视为一个固定值。

5、作为本发明的一个实施例，所述振荡器模块包括：门限比较电路、充电电路和控制单元sr，门限比较电路和充电电路均与控制单元sr电连接，所述门限比较电路和充电电路均与偏置电流模块连接，门限比较电路与充电电路连接。

6、作为本发明的一个实施例，所述偏置电流模块还包括：可调电流源iref1和第四电流源iref2；

7、正温电流电路的第一输出端和负温电流电路的第一输出端均与可调电流源iref1连接；

8、正温电流电路的第二输出端和负温电流电路的第二输出端均与第四电流源iref2连接，所述第四电流源iref2分别与门限比较电路和充电电路连接；

9、其中，所述正温电流电路产生正温电流ip，所述负温电流电路产生负温电流in。

10、作为本发明的一个实施例，所述门限比较电路包括：

11、第一电流源ivref的一端与第四电流源iref2连接，所述第一电流源ivref的另一端分别与电阻r0的一端和第一比较器cmp1与第二比较器cmp2的负相输入端连接，所述电阻r0的另一端接地，所述第一比较器cmp1和第二比较器cmp2均与控制单元sr电连接；

12、所述第一比较器cmp1和第二比较器cmp2均通过第三电流源icmp与可调电流源iref1连接。

13、作为本发明的一个实施例，所述充电电路包括：

14、第二电流源icharge的一端与第四电流源iref2连接，所述第二电流源icharge的另一端分别与第一开关s1的输入端和第三开关s2的输入端连接，所述第一开关s1的输出端分别与第一电容c1的一端和第二开关s1’的输入端连接，所述第三开关s2的输出端分别与第二电容c2的一端和第四开关s2’的输入端连接，所述第一电容c1的另一端、第二开关s1’的输出端、第二电容c2的另一端和第四开关s2’的输出端均接地；

15、所述第一开关s1连接的输出端与第一比较器cmp1的正向输入端连接；

16、所述第三开关s2连接的输出端与第二比较器cmp2的正向输入端连接；

17、所述第一开关s1、第二开关s1’、第三开关s2和第四开关s2’均与控制单元sr电连接。

18、作为本发明的一个实施例，所述可调电流源iref1的电流为第一输出电流iref1，所述第一输出电流的计算公式如下：

19、iref1＝a·ip+b·in

20、所述第一输出电流iref1经过第三电流源icmp后变为工作电流icmp，工作电流icmp的计算公式如下：

21、icmp＝k1iref1

22、其中，a，b和k1为常数，a+b＝1。

23、作为本发明的一个实施例，包括：

24、所述第四电流源iref2电流为第二输出电流iref2，所述第二输出电流iref2经过第一电流源ivref后变为第一电流ivref，第一电流ivref的计算公式如下：

25、ivref＝k2iref2

26、所述第二输出电流iref2经过第二电流源icharge后变为第二电流icharge，第二电流icharge的计算公式如下：

27、icharge＝k3iref2

28、其中，k2和k3为常数。

29、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：通过偏置电流电路控制振荡器模块中比较器的工作电流中正温电流和负温电流的大小，使得比较器延时tcmp受工作电流的影响可以忽略不计，即比较器延时tcmp随温度变化的变化量可忽略不计，视为一个固定值，避免电路内部比较器延时tcmp影响振荡器的频率的精度。

技术特征：

1.一种高精度高频振荡器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种高精度高频振荡器，其特征在于，

3.如权利要求1所述的一种高精度高频振荡器，其特征在于，

4.如权利要求2所述的一种高精度高频振荡器，其特征在于，

5.如权利要求2所述的一种高精度高频振荡器，其特征在于，

6.如权利要求3所述的一种高精度高频振荡器，其特征在于，

7.如权利要求3所述的一种高精度高频振荡器，其特征在于，

技术总结本发明提供了一种高精度高频振荡器，偏置电流模块、振荡器模块和LDO模块，所述偏置电流模块、振荡器模块和LDO模块集成于同一半导体模块上，所述LDO模块分别与偏置电流模块和振荡器模块连接，用于对偏置电流模块和振荡器模块提供用电；所述振荡器模块用于产生时钟信号；所述偏置电流模块与振荡器模块连接，所述偏置电流模块包括：正温电流电路和负温电流电路，用于控制振荡器中比较器的工作电流中正温电流和负温电流的大小，使得比较器延时受工作电流的影响可以忽略不计，视为一个固定值。技术研发人员：文钧,苗小雨,李振华,黄科受保护的技术使用者：中微半导体（深圳）股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18