CN101951223A - 一种低功耗振荡器电路 - Google Patents

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赵鹤鸣
李富华
王汉祥
谢卫国
黄秋萍
江石根
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Abstract

本发明公开了一种低功耗振荡器电路，包括检测部分和整形控制部分，检测部分具有两个参考电压，整形控制部分包括整形电路、电容、充电恒流源和放电恒流源，其特征在于：在放电恒流源回路中，串联有电子开关；检测部分设有一个比较器和一个选通开关，选通开关一端连接比较器的同相端，电容的波形输出端连接至比较器的反相端，比较器的输出端连接至整形电路的输入端；所述电子开关和选通开关由整形电路的输出端同步控制，当电子开关闭合时，选通开关连通低的参考电压，当电子开关断开时，选通开关连通高的参考电压；对电容放电的恒流源的电流值大于对电容充电的恒流源的电流值。本发明通过一个比较器的复用，简化了电路，降低了振荡器的功耗。

Description

一种低功耗振荡器电路
技术领域
本发明涉及一种振荡器电路，特别涉及一种低功耗的适于集成电路使用的振荡器电路。
背景技术
振荡器是许多电子***的重要组成部分，已经被广泛用于诸如PHS(个人手持电话***)、无线LAN(局域网)和收发器等移动通信设备中；模拟集成电路中也常常需要一些低频的周期信号，比如时钟信号，具有一定占空比的脉冲信号等。其中，RC振荡器由于其结构相对简单，***元件少，是CMOS工艺中常用到的振荡器。
传统的RC振荡器等效简化图如附图1所示，它由两部分组成，一部分是检测部分，另一部分为整形控制部分。检测部分由两个参考电压(VH、VL)和两个比较器组成，检测恒流源对电容充电上限电压和放电下限电压；整形部分控制两个恒流源(I1、I2)对电容充放电的循环往复。
随着便携式的电子产品的飞速发展，电子产品的低功耗成为关注的热点。如图1所示的传统的RC振荡器中需要设置两个比较器，电路结构相对比较复杂，功耗较高，具有进一步改进的必要。
发明内容
本发明目的是通过简化电路结构，提供一种低功耗的振荡器电路，以适于集成电路小体积、低功耗的需求。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低功耗振荡器电路，包括检测部分和整形控制部分，所述检测部分具有两个参考电压，所述整形控制部分包括整形电路、电容、对电容充电的恒流源和对电容放电的恒流源，在所述整形控制部分对电容放电的恒流源回路中，串联有电子开关；所述检测部分设有一个比较器和一个选通开关，选通开关一端连接比较器的同相端，电容的波形输出端连接至比较器的反相端，比较器的输出端连接至整形电路的输入端；所述电子开关和选通开关由整形电路的输出端同步控制，当电子开关闭合时，选通开关连通低的参考电压，当电子开关断开时，选通开关连通高的参考电压；对电容放电的恒流源的电流值大于对电容充电的恒流源的电流值。
本发明的工作原理是，参见附图2所示，设电容C上初始电压为高电平，选通开关S1选择低的参考电压VL，电子开关S2闭合导通，由于对电容放电的恒流源I2的电流值大于对电容充电的恒流源I1的电流值，电容C放电，电容C上电压线性减少，当电容上电压低于VL时，比较器输出电平翻转，选通开关S1选择高的参考电压VH，电子开关S2断开，电容C开始充电，电容上电压开始线性增加，当电容C上电压高于VH时比较输出电平翻转，选通开关S1选择低的参考电压VL，电子开关S2闭合导通，电容放电，如此反复。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明通过一个比较器的复用，实现传统RC振荡器两个比较器的功能，简化了电路，当应用于集成电路时，可以使设计版图面积减少；
2.由于本发明减少了一个比较器，降低了振荡器的功耗，有利于在便携式电子产品中的应用。
附图说明
图1是传统的RC振荡器等效简化图；
图2是本发明振荡器的结构示意框图；
图3是本发明实施例的振荡器电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图2所示，一种低功耗振荡器电路，包括检测部分和整形控制部分，所述检测部分具有两个参考电压，所述整形控制部分包括整形电路、电容C、对电容充电的恒流源I1和对电容放电的恒流源I2，在所述整形控制部分对电容放电的恒流源回路I2中，串联有电子开关S2；所述检测部分设有一个比较器和一个选通开关S1，选通开关S1一端连接比较器的同相端，电容C的波形输出端连接至比较器的反相端，比较器的输出端连接至整形电路的输入端；所述电子开关S2和选通开关S1由整形电路的输出端同步控制，当电子开关S2闭合时，选通开关S1连通低的参考电压VL，当电子开关S2断开时，选通开关S1连通高的参考电压VH；对电容放电的恒流源I2的电流值大于对电容充电的恒流源I1的电流值。
本实施例的具体电路参见附图3所示，图3的左面为一个比较器，由NMOS晶体管MN1、MN2、MN3和MN4，PMOS晶体管MP1、MP2和MP3组成，低的参考电压产生电路由NMOS晶体管MN5和PMOS晶体管MP11组成，高的参考电压产生电路由NMOS晶体管MN6和PMOS晶体管MP12、MP13组成，整形控制部分由NMOS晶体管MN5、MN7和反相器INV1构成，充电恒流源I1由PMOS晶体管MP8构成，放电恒流源I2由NMOS晶体管MN10构成，MP9和MP4、MP5、MP6、MP7、MP8组成镜像电流镜，振荡器的使能控制电路由NMOS晶体管MN11、PMOS晶体管MP10、反相器INV2构成，储能元件为电容C1。
下面对振荡器的工作原理进行详细叙述：EN为振荡器电路的使能端，当EN为逻辑低电平时，PMOS晶体管MP10导通，NMOS晶体管MN11导通，作为恒流源I1的PMOS晶体管MP8工作在深线性区，作为恒流源I2的NMOS晶体管MN10关断，此时电容上电压近似等于电源电压。当EN为逻辑高电平时，PMOS晶体管MP10关断，NMOS晶体管MN10关断，充电恒流源I1工作。NMOS晶体管MN1的栅极是二级比较器的同相端，NMOS晶体管MN2的栅极是二级比较器的反相端，PMOS晶体管MP1和MP2构成电流镜，作为差动输入的负载，实现双端变单端的输出。PMOS晶体管MP3的栅极是比较器第二级的输入端，NMOS晶体管MN4作为其有源负载。因为此时同相端近似电源电压，比较器输出为逻辑高电平，NMOS晶体管MN5导通，二极管连接的PMOS晶体管MP11为比较器的反相端提供相对低的参考电平|Vgs(MP11)|，同时比较器输出信号通过NMOS晶体管MN5，NMOS晶体管MN7，反相器INV1整形变换，变为逻辑低电平，开关管NMOS晶体管MN8关断，放电恒流源I2工作，取I2＞I1，则电容C1通过NMOS晶体管MN10放电，放电电流大小为I2-I1。电容C1一直在放电，电容C1上的电压线性减小，只有当电压减小到反相端的低参考电平|Vgs(MP11)|时，比较器输出状态发生变化，变为逻辑低电平。NMOS晶体管MN5关端，则PMOS晶体管MP11关断，则NMOS晶体管MN6、PMOS晶体管MP13和PMOS晶体管MP12导通，为比较器反相输入端提供相对高的参考电平，大小为|Vgs(MN6)|+|Vgs(MP13)|+|Vgs(MP12)|。比较器输出信号通过NMOS晶体管MN5，NMOS晶体管MN7，反相器INV1整形变换，变为逻辑高电平，开关管NMOS晶体管MN8导通，恒流源I2关闭，恒流源I1为电容C1充电，充电电流大小为I1。电容C1一直充电，电容C1上电压线性增加，只有当电压增加到反相端的高参考电平|Vgs(MN6)|+|Vgs(MP13)|+|Vgs(MP12)|时，比较输出状态发生变化，变为逻辑高电平，开始放电，上述过程不断循环往复。

Claims (1)

1.一种低功耗振荡器电路，包括检测部分和整形控制部分，所述检测部分具有两个参考电压，所述整形控制部分包括整形电路、电容(C)、对电容充电的恒流源(I1)和对电容放电的恒流源(I2)，其特征在于：在所述整形控制部分对电容放电的恒流源回路(I2)中，串联有电子开关(S2)；所述检测部分设有一个比较器和一个选通开关(S1)，选通开关(S1)一端连接比较器的同相端，电容(C)的波形输出端连接至比较器的反相端，比较器的输出端连接至整形电路的输入端；所述电子开关(S2)和选通开关(S1)由整形电路的输出端同步控制，当电子开关(S2)闭合时，选通开关(S1)连通低的参考电压(VL)，当电子开关(S2)断开时，选通开关(S1)连通高的参考电压(VH)；对电容放电的恒流源(I2)的电流值大于对电容充电的恒流源(I1)的电流值。
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