CN107317567A - 低温度系数输出频率的rc振荡电路 - Google Patents

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叶飞
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/01—Details
    • H03K3/011—Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. voltage, temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/20—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator

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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低温度系数输出频率的RC振荡电路，包括第一电流源、第二电流源、第三电流源、与所述第一电流源相连的场效应管、与所述场效应管相连的可调电阻、与所述可调电阻相连的电阻、与所述场效应管及所述可调电阻相连的第一双向开关、与所述第一双向开关相连的比较器、连接于所述第二电流源与所述第三电流源之间的第二双向开关、与所述第二双向开关相连的电容及时钟信号输出端，所述时钟信号输出端与所述第一双向开关、所述比较器、所述第二双向开关及所述电容共同连接，并产生一个输出频率不随温度变化而变化的时钟信号。本发明产生的时钟信号的输出频率精准且不随温度变化而变化。

Description

低温度系数输出频率的RC振荡电路
技术领域
本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种低温度系数输出频率的RC振荡电路。
背景技术
在集成电路领域，往往需要提供一个频率很精准且温度系数很低的时钟信号至电路***中，此时通常使用RC振荡电路来产生该时钟信号。
现有的RC振荡电路产生的时钟信号的输出频率往往随着温度的变化而变化，很难提供一个频率很精准且温度系数很低的时钟信号至电路***，即现有的RC振荡电路产生的时钟信号的输出频率的温度补偿一直是个难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够产生一个频率很精准且温度系数很低的时钟信号的低温度系数输出频率的RC振荡电路。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低温度系数输出频率的RC振荡电路，包括第一电流源、第二电流源、第三电流源、与所述第一电流源相连的场效应管、与所述场效应管相连的可调电阻、与所述可调电阻相连的电阻、与所述场效应管及所述可调电阻相连的第一双向开关、与所述第一双向开关相连的比较器、连接于所述第二电流源与所述第三电流源之间的第二双向开关、与所述第二双向开关相连的电容及时钟信号输出端，所述时钟信号输出端与所述第一双向开关、所述比较器、所述第二双向开关及所述电容共同连接，并产生一个输出频率不随温度变化而变化的时钟信号。
所述第二电流源及所述第三电流源产生的电流大小均相等。
所述第一电流源的一端连接电源端，另一端连接所述场效应管的一端，所述场效应管的另一端连接所述可调电阻的一端，所述可调电阻的另一端连接所述电阻的一端，所述电阻的另一端接地。
所述第一双向开关的一连接端连接至所述第一电流源与所述场效应管的连接点处，所述第一双向开关的另一连接端连接至所述可调电阻与所述电阻的连接点处，所述第一双向开关的控制端与所述比较器的正向输入端相连。
所述比较器的反相输入端与所述第二双向开关的控制端及所述电容的一端相连，所述比较器的输出端、所述第一双向开关的控制端及所述第二双向开关的控制端共同连接至所述时钟信号输出端。
所述第二电流源的一端连接电源端，另一端与所述第二双向开关的一连接端相连，所述第二双向开关的另一连接端与所述第三电流源的一端相连，所述第三电流源的另一端与所述电容的另一端接地。
本发明的有益效果是：RC振荡电路产生的时钟信号的输出频率精准、不随温度变化而变化且温度系数很低。
附图说明
图1为本发明低温度系数输出频率的RC振荡电路的电路图；
图2为本发明低温度系数输出频率的RC振荡电路的波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，图1为本发明低温度系数输出频率的RC振荡电路的电路图，其包括第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、与第一电流源I1相连的场效应管M0、与场效应管M0相连的可调电阻R1、与可调电阻R1相连的电阻R0、第一双向开关K1、与第一双向开关K1相连的比较器COM1、连接于第二电流源I2与第三电流源I3之间的第二双向开关K2、与第二双向开关K2相连的电容C0及时钟信号输出端CLK。其中，第二电流源I2及第三电流源I3产生的电流大小相等，均为I0。
第一电流源I1的一端连接电源端VDD，另一端连接场效应管M0的一端，连接点的电压为VH；场效应管M0的另一端连接可调电阻R1的一端，可调电阻R1的另一端连接电阻R0的一端，连接点的电压为VL，电阻R0的另一端接地。第一双向开关K1的一连接端1连接至第一电流源I1与场效应管M0的连接点处，第一双向开关K1的另一连接端0连接至可调电阻R1与电阻R0的连接点处，第一双向开关K1的控制端T1与比较器COM1的正向输入端相连，连接点的电压为VTH；比较器COM1的反相输入端与第二双向开关K2的控制端T1及电容C0的一端相连，连接点的电压为VC；比较器COM1的输出端、第一双向开关K1的控制端T1、第二双向开关K2的控制端T1共同连接至时钟信号输出端CLK，且比较器COM1的输出端产生的电压为VS。第二电流源I2的一端连接电源端VDD，另一端与第二双向开关K2的一连接端1相连，第二双向开关K2的另一连接端0与第三电流源I3的一端相连，第三电流源I3的另一端与电容C0的另一端接地。
其中，在其他实施例中，场效应管M0可以为其他结构可以实现相同功能的元器件，并不限于此；例如，三极管。
请同时参阅图2，图2为本发明低温度系数输出频率的RC振荡电路的波形示意图。本发明低温度系数输出频率的RC振荡电路的工作原理如下所述：
在场效应管M0没有接入时：当VC小于VTH时，VS为高电平电压，第一双向开关K1的连接端1连通，VTH＝VH；第二双向开关K2的连接端1连通，电流I0注入电容C0，VC随着电流的注入而增大；当VC大于VTH时，VS为低电平电压，第一双向开关K1的连接端0连通，VTH＝VL，第二双向开关K2的连接端0连通，电容C0上的电荷以I0的速度下降，直到VC下降到VTH以下，VS翻转到1，继续重新开始。波形如图2所示。
其中，ΔV＝VH-VL；
输出频率
由此可以看出，RC振荡电路产生的时钟信号的输出频率与电流I0大小无关，只与可调电阻R1和电容C0的乘积有关。
在集成电路中，可调电阻R1会随着温度变化而变化，电容C0也会随着温度变化而变化，其变化公式如下：
C0＝C00×(1+CTC1×PT)；
其中，R10为可调电阻R1在25℃时的阻值；C00为电容C0在25℃时的容值；RTC1、RTC2分别为可调电阻R1的一阶、二阶温度系数；CTC1为电容C0的一阶温度系数；PT＝T-25，即片上温度T与室温(25℃)的差。
RC振荡电路产生的时钟信号的输出频率随温度的变化为：
忽略高次项及影响较小的项，可以得到：
一般情况下，RTC1为负温度系数，CTC1为正温度系数，RTC2为正温度系数，在上式中，RTC1占主要作用，故输出频率Frc随着温度的上升而上升。
在场效应管M0接入后：
其中，场效应管M0的阻抗温度系数为正温度系数，假设其随温度变化公式为：
RM0＝RM0×(1+RMTC1×PT)；
其中，RM0为场效应管M0在25℃时的阻值；RMTC1为场效应管M0的一阶温度系数。
则RC振荡电路产生的时钟信号的输出频率为：
忽略高次项及影响较小的项，可以得到：
该式分母中第二项的正温度系数能够较好的抵消第一项的负温度系数，使得Frc不随温度变化而变化。
另外，在本发明中，可以通过调整可调电阻R1的大小，得到一个频率很精准的、温度系数很低的时钟信号。
本发明低温度系数输出频率的RC振荡电路能够产生一个输出频率很精准且温度系数很低的时钟信号，使得时钟信号的输出频率不会随着温度的变化而变化。
综上所述，本发明低温度系数输出频率的RC振荡电路具有以下特点：产生的时钟信号的输出频率精准、不随温度变化而变化且温度系数很低。

Claims (6)

1.一种低温度系数输出频率的RC振荡电路，其特征在于：所述低温度系数输出频率的RC振荡电路包括第一电流源、第二电流源、第三电流源、与所述第一电流源相连的场效应管、与所述场效应管相连的可调电阻、与所述可调电阻相连的电阻、与所述场效应管及所述可调电阻相连的第一双向开关、与所述第一双向开关相连的比较器、连接于所述第二电流源与所述第三电流源之间的第二双向开关、与所述第二双向开关相连的电容及时钟信号输出端，所述时钟信号输出端与所述第一双向开关、所述比较器、所述第二双向开关及所述电容共同连接，并产生一个输出频率不随温度变化而变化的时钟信号。
2.根据权利要求1所述的低温度系数输出频率的RC振荡电路，其特征在于：所述第二电流源及所述第三电流源产生的电流大小均相等。
3.根据权利要求1所述的低温度系数输出频率的RC振荡电路，其特征在于：所述第一电流源的一端连接电源端，另一端连接所述场效应管的一端，所述场效应管的另一端连接所述可调电阻的一端，所述可调电阻的另一端连接所述电阻的一端，所述电阻的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的低温度系数输出频率的RC振荡电路，其特征在于：所述第一双向开关的一连接端连接至所述第一电流源与所述场效应管的连接点处，所述第一双向开关的另一连接端连接至所述可调电阻与所述电阻的连接点处，所述第一双向开关的控制端与所述比较器的正向输入端相连。
5.根据权利要求4所述的低温度系数输出频率的RC振荡电路，其特征在于：所述比较器的反相输入端与所述第二双向开关的控制端及所述电容的一端相连，所述比较器的输出端、所述第一双向开关的控制端及所述第二双向开关的控制端共同连接至所述时钟信号输出端。
6.根据权利要求5所述的低温度系数输出频率的RC振荡电路，其特征在于：所述第二电流源的一端连接电源端，另一端与所述第二双向开关的一连接端相连，所述第二双向开关的另一连接端与所述第三电流源的一端相连，所述第三电流源的另一端与所述电容的另一端接地。
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