CN110168934A - 振荡器设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于环形振荡器(1)的振荡器设备(1，2)。通过匹配所述环形振荡器的供给电压可以补偿环形振荡器的节拍信号的频率中的与温度相关的波动。为此，借助电压供给电路(2)根据周围环境温度来匹配所述环形振荡器(1)的供给电压。

Description

振荡器设备

技术领域

本发明涉及一种振荡器设备。本发明尤其涉及一种具有环形振荡器的快速启动的振荡器设备。

背景技术

文献EP 1347575 A1公开一种用于产生振荡信号的方法，该方法具有以下步骤：将偶数个彼此联接(verketten)的反相器(Inverter)初始化，从而反相器的输出交替地具有第一逻辑值和第二逻辑值；并且将激励脉冲输入到反相器的联接中以激励振荡，其中，激励脉冲的长度小于通过反相器的联接的运行时间。

已知环形振荡器。环形振荡器通常包括奇数个环状地彼此连接的进行反相的构件。由于各个反相构件中的有限的运行时间，在施加供给电压后出现至少近似恒定的振荡。在此，传统的“自振荡的”环形振荡器由于生产过程波动和周围环境温度而具有非常大的频率分散(Streuung der Frequenz)并且因此通常不适用于具有预给定的节拍速率的应用。

此外，也已知不同结构类型的经温度补偿的精确节拍发生器。然而，这种精确节拍发生器通常具有大于10μs的相对较大的接通时间。

对于特别节省能量的应用(例如传感器接口)，需要稳定的节拍速率用于输入/输出寄存器同步。为此，在激活后立即需要在预给定的频率范围内的稳定的节拍信号。

发明内容

本发明公开一种具有权利要求1的特征的振荡器设备。

因此提出：

一种振荡器设备，该振荡器设备具有环形振荡器和电压供给电路。环形振荡器设计用于输出节拍信号。环形振荡器尤其设计用于当在环形振荡器处提供输入电压时输出节拍信号。电压供给电路设计用于在环形振荡器处提供预给定的输入电压。电压供给电路尤其设计用于根据振荡器设备的周围环境温度来匹配在环形振荡器处所提供的输入电压。

本发明的优点

本发明基于以下认识：在施加供给电压后，环形振荡器可以非常快速地输出稳定的节拍信号。在此，由环形振荡器输出的节拍信号的频率除了与周围环境温度相关以外也与环形振荡器的所施加的输入电压相关。

因此，本发明的构思在于考虑该认识并且通过匹配在环形振荡器处的供给电压来补偿环形振荡器的与温度相关的频率波动。为此设置如下：借助合适的电压供给电路如此改变在环形振荡器处的输入电压，使得可以在最大程度上补偿由温度波动或必要时由生产过程引起的波动导致的环形振荡器中的频率变化。

如果如此补偿环形振荡器的输入电压，使得可以在宽的范围内补偿温度波动，那么由此可以实现温度稳定的电路，该电路可以在接通后在非常短的时间间隔(几纳秒)内提供稳定的节拍信号。

由此能够实现在非常短的时间间隔内激活需要节拍信号的电子电路并且给该电子电路供给稳定的节拍信号。这能够实现非常快速地激活相应的电子电路。

根据一种实施方式，环形振荡器包括多个环状地彼此耦合的反相器或反相构件。环形振荡器尤其可以包括奇数个环状地彼此耦合的反相构件或反相器。由于这些反相器的有限的运行时间，可以相应于环状地彼此耦合的反相器的数量来产生相应的振荡频率。在施加供给电压后，这种环形振荡器可以非常快速地提供稳定的节拍速率。

根据一种实施方式，电压供给电路包括可级联的源极跟随器电路。这样的源极跟随器电路可以相应于在输入端侧提供的电压非常快速地匹配输出端侧的电压。

根据一种实施方式，源极跟随器电路包括自导通耗尽型晶体管。源极跟随器电路尤其包括所谓的“Natural VT”NMOS晶体管(“Natural VT”＝自导通耗尽型NMOS)。具有这种晶体管的源极跟随器电路可以由所提供的电压以非常低的阻抗产生对于环形振荡器所需要的供给电压。由于低的阻抗和低的(寄生)电容，以这种方式可以在几纳秒内非常快速地接通环形振荡器。因此，环形振荡器的相应的输出信号是几乎立即可用的。

根据一种实施方式，电压供给电路包括温度传感器元件。温度传感器元件与源极跟随器电路的输入端耦合。以这种方式可以立即地调节(即补偿)振荡器设备的温度中的变化，从而振荡器设备可以产生温度稳定的输出信号。

根据一种实施方式，温度传感器元件包括模拟环形振荡器的构件的串联电路。温度传感器元件尤其可以包括如下晶体管的串联电路：所述晶体管类似于环形振荡器中的晶体管地实现。以这种方式可以在电压供给电路中模拟并且因此补偿环形振荡器的与温度相关的效应。

根据一种实施方式，振荡器设备包括其他的节拍发生器。其他的节拍发生器设计用于提供其他的节拍信号。其他的节拍信号尤其可以包括如下的节拍信号：该节拍信号具有准确地或者至少大致地相应于环形振荡器的频率的频率。在此，振荡器设备设计用于由环形振荡器至少一直提供节拍信号，直至其他的节拍发生器完成瞬态振荡(einschwingen)。其他的节拍发生器尤其可以涉及例如任意的结构类型的经温度补偿的精确节拍发生器。以这种方式能够实现首先借助环形振荡器在非常短的接通时间后已经提供节拍信号，而其他的节拍发生器还未完成瞬态振荡并且因此不能够提供稳定的节拍信号。

上述的构型和扩展方案可以——只要有意义——任意地彼此组合。本发明的其他的构型、扩展方案和实现方案也包括本发明的先前或以下参照实施例所描述的特征的未明确提及的组合。在此，本领域技术人员尤其也添加单个方面作为对于本发明的相应的基本形式的改进或补充。

附图说明

以下根据在附图的示意图中说明的实施例更详细地阐述本发明。在此示出：

图1示出根据振荡器设备的一种实施方式的环形振荡器的示意图；

图2示出根据一种实施方式的振荡器设备的示意图；并且

图3示出用于根据一种实施方式的振荡器设备的温度传感器元件的示意图。

具体实施方式

图1示出根据一种实施方式的环形振荡器1的示意图。在这里所示出的实施方式中，环形振荡器1包括三个反相器11、12和13，所述三个反相器环状地彼此连接。在此，“环状”意味着反相器11或12的输出端与后续的反相器12或13的输出端连接。最后的反相器13的输出端又与第一反相器11的输入端连接。在此所示出的仅具有三个反相器11、12和113的变型方案仅用于更好地理解。此外，也能够实现任意其他数量的反相器、尤其任意奇数个反相器。由于各个反相器11、12和13的有限的运行时间，在环形振荡器1处施加供给电压后将出现振荡。可以影响(angreifen)在环形振荡器1内部的这种振荡并且将这种振荡向外引导，从而可以在输出端out处提供所述振荡。

在此，环形振荡器1的各个反相器11、12和13可以例如借助晶体管(例如场效应晶体管)来实现。在此，环形振荡器1中的运行时间根据环形振荡器1的温度而变化，从而环形振荡器1的输出信号的频率与环形振荡器1的温度非常强烈地相关。

此外，除了环形振荡器1的输出信号的频率的温度相关性以外，输出信号的频率也与环形振荡器1的供给电压的大小相关。因此能够实现通过匹配供给电压完全或至少部分地补偿环形振荡器1的输出信号的频率的与温度相关的波动。为此，可以借助合适的电压供给电路根据温度来匹配用于环形振荡器1的供给电压。

图2示出根据一种实施方式的振荡器设备的示意图。振荡器设备包括环形振荡器1以及电压供给电路2。环形振荡器1例如可以涉及如先前已经描述的那样的环形振荡器1。此外，明显地也能够实现环形振荡器的任意的其他配置。电压供给电路2向环形振荡器1提供供给电压，其中，可以匹配供给电压的大小。电压供给电路2尤其可以根据振荡器设备的周围环境温度(例如在其上实现振荡器设备的衬底的衬底温度)来匹配用于环形振荡器1的供给电压的大小。

在此，电压供给电路2的特征是：在激活振荡器设备后，在环形振荡器1处可以快速地准备好(bereitlegen)经温度补偿的输入电压。例如可以通过在振荡器设备处提供合适的输入电压来实现激活振荡器设备。这在图2中例如通过闭合开关3来说明。

在激活振荡器设备后——即例如在已经闭合所述开关3并且在振荡器设备处已经提供合适的电压后——通过所谓的源极跟随器电路(Source Follower-Schaltung)21在环形振荡器1处提供经温度补偿的供给电压。源极跟随器电路21可以例如包括由多个晶体管(例如两个晶体管211和212)构成的级联的源极跟随器电路。源极跟随器电路21的晶体管211和212尤其可以涉及NVT NMOS晶体管(“Natural VT”＝自导通耗尽型NMOS)。这种晶体管的源极连接端可以例如经由合适的电流源与参考电位进行耦合。以这种方式能够实现在环形振荡器1处以低的阻抗产生供给电压。由于低的阻抗和低的寄生电容，在此可以在非常短的时间内(即例如在几纳秒内)在环形振荡器1处提供供给电压。因此，环形振荡器1可以立即提供节拍信号。

为了进行温度补偿，可以在源极跟随器电路21的输入端处提供与温度相关的电压信号。这种与温度相关的电压信号可以例如借助温度传感器元件22来产生。在此，温度传感器元件22尤其可以借助模拟环形振荡器1的相应构件的构件来实现。如果例如借助晶体管来实现环形振荡器1，那么可以在温度传感器元件22中模拟这些晶体管。尤其可以在温度传感器元件22中例如分别模拟如也使用在环形振荡器1中那样的晶体管。例如为此可以将用于温度传感器元件的PMOS晶体管和NMOS晶体管(如其也在环形振荡器1中实现的那样)进行串联连接。在图3中示例性地示出PMOS晶体管221和NMOS晶体管222的相应的串联电路。

如果在共同的衬底上实现环形振荡器1和电压供给电路2，那么温度传感器元件22的构件具有与环形振荡器1的构件相同的波动。因此，以这种方式必要时也可以补偿在生产技术上的变化和公差。

在源极跟随器电路21的输入端处可以提供在温度传感器元件22上的电压降。在此，尤其能够实现在源极跟随器电路21的输入端处提供在合适的分压器23上的电压降。为此，例如可以在用于电压供给电路2的输入电压的连接端与温度传感器元件22之间设置分压器23，该分压器的中心抽头与源极跟随器电路21的输入端耦合。如果分压器23在此涉及可变的分压器，那么必要时也可以借助该分压器23进行调节，以例如补偿其他的生产技术上的波动或其他的变化并且由此将用于环形振荡器1的供给电压的大小调节到合适的大小。

先前描述的振荡器设备能够实现在激活振荡器设备后在非常短的时间内提供稳定的节拍信号。尤其能够实现通过匹配在环形振荡器1处的输入电压来抵消节拍信号的频率中由温度效应导致的波动并且在最大程度上补偿所述波动。

这种振荡器设备例如可以用于在激活电子电路后能够立即提供合适的节拍信号。以这种方式例如可以为如下接口提供节拍信号：该接口在激活后需要节拍信号，以例如对输入-输出-寄存器进行同步或者实施其他的节拍相关的操作。

如果要在激活后运行这样的电路更长的时间段，那么除了先前描述的经温度补偿的环形振荡器1以外可以设置其他的节拍发生器(在图中未示出)。这样的其他的节拍发生器可以例如涉及任意的经温度补偿的且必要时经调整(trimmen)的精确节拍发生器。然而，这种精确节拍发生器通常需要非常大的接通时间，该接通时间可以是几十微秒。在这个相对较大的接通时间后，这样的精确节拍发生器才可以提供稳定的节拍信号。在这种情况下，可以通过先前描述的具有电压供给电路的环形振荡器在激活后立即提供节拍信号。通过环形振荡器1可以一直产生该节拍信号，直至其他的节拍发生器完成瞬态振荡并且提供稳定的节拍信号。

总之，本发明涉及一种基于环形振荡器的振荡器设备。通过匹配环形振荡器的供给电压可以补偿环形振荡器的节拍信号频率中的与温度相关的波动。为此，借助电压供给电路根据周围环境温度来匹配环形振荡器的供给电压。

Claims (8)

1.一种振荡器设备，所述振荡器设备具有：

环形振荡器(1)，所述环形振荡器设计用于当在所述环形振荡器(1)处提供输入电压时输出节拍信号；和

电压供给电路(2)，所述电压供给电路设计用于在所述环形振荡器(1)处提供预给定的输入电压，其中，所述电压供给电路(2)设计用于根据所述振荡器设备的周围环境温度来匹配所述输入电压。

2.根据权利要求1所述的振荡器设备，其中，所述环形振荡器(1)包括多个环状地彼此耦合的反相器(11，12)。

3.根据权利要求1或2所述的振荡器设备，其中，所述电压供给电路(2)包括级联的源极跟随器电路(21)，其中，所述源极跟随器电路(21)的输出端与所述环形振荡器(1)的电压供给连接端耦合。

4.根据权利要求3所述的振荡器设备，其中，所述源极跟随器电路(21)包括自导通耗尽型晶体管(211，212)。

5.根据权利要求3或4所述的振荡器设备，其中，所述源极跟随器电路(21)的输入端与温度传感器(22)耦合。

6.根据权利要求5所述的振荡器设备，其中，所述温度传感器(22)包括模拟所述环形振荡器(1)的构件的串联电路。

7.根据权利要求5或6所述的振荡器设备，其中，所述温度传感器(22)包括多个晶体管(221，222)，所述晶体管类似于所述环形振荡器(1)中的晶体管地构造。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的振荡器设备，所述振荡器设备具有其他的节拍发生器，所述其他的节拍发生器设计用于提供其他的节拍信号；其中，所述振荡器设备设计用于由所述环形振荡器(1)提供节拍信号，直至所述其他的节拍发生器完成瞬态振荡。