CN110190814A - 一种振荡电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种振荡电路及电子设备，该振荡电路包括电容充放电电路单元、电压比较电路单元以及阈值电压产生电路单元，该振荡电路在电压比较电路单元和阈值电压产生电路单元构成的负反馈调节基础上，利用电容充放电电路单元的电容充放电和迟滞效应实现振荡，不同于传统的基于电容电感的振荡电路，该振荡电路没有采用电感，具有较低的功耗，且振荡信号的输出频率与可变电流相关，调节可变电流的大小即可调节控制输出频率；同时，该振荡电路仅利用电容充放电和迟滞效应实现振荡，没有采用电感，便于微型化与集成化，用该振荡电路为传感器提供时钟信号时，能将其与传感器信号处理电路集成在一起，以实现传感器***的微型化与集成化。

Description

一种振荡电路及电子设备
技术领域
本发明涉及集成电路/传感器技术领域，特别是涉及一种振荡电路及电子设备。
背景技术
随着传感器向集成化、微型化的方向发展，把传感器信号处理电路与传感器集成在一起以实现微型传感***是现今传感器技术发展的一个趋势，而微型传感***对传感器信号处理电路提出了低功耗、较少的外部信号条件等要求。因此，这类传感器信号处理电路大多集成了振荡电路，不需要外部时钟信号。
而传统的振荡电路(基于电容电感)的功耗较高，输出频率不稳定，波形较差。有鉴于此，目前亟需一种功耗较低、输出频率稳定可调的振荡电路。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种新的振荡电路的技术方案，使得该振荡电路的功耗较低、输出频率稳定可调。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种振荡电路，包括：电容充放电电路单元、电压比较电路单元以及阈值电压产生电路单元；
所述电容充放电电路单元包括可变电流源、负极性电流镜、正极性电流镜、第一开关管、第二开关管以及电容，所述可变电流源提供可变电流，所述电容一端接地、另一端接第一节点；所述负极性电流镜和所述第一开关管将所述可变电流镜像到所述第一节点，对所述电容进行充电；所述正极性电流镜和所述第二开关管将所述可变电流镜像到所述第一节点，对所述电容进行放电；所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端耦接，并接第二节点；
所述电压比较电路单元对第三节点与所述第一节点的电压差进行比较放大，并转换成单端信号；所述单端信号接入所述阈值电压产生电路单元，对所述阈值电压产生电路单元输出端的输出电压进行调节控制，所述阈值电压产生电路单元输出端接所述第三节点；所述单端信号经过反相处理后接入所述第二节点，循环交替打开所述第一开关管和所述第二开关管中的一个，使得所述电容周期性地充电和放电，在所述第一节点处得到锯齿波电压。
可选地，所述电容充放电电路单元包括第一正极性电流镜、第二正极性电流镜和第一负极性电流镜，所述第一正极性电流镜的输入端接所述电流源，所述第一正极性电流镜的输出端接所述第一负极性电流镜的输入端，所述第一负极性电流镜的输出端接所述第一开关管的输入端，所述第一开关管的输出端接所述第一节点；所述第二正极性电流镜的输入端接所述电流源，所述第二正极性电流镜的输出端接所述第二开关管的输出端，所述第二开关管的输入端接所述第一节点。
可选地，所述电容充放电电路单元包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管以及第三PMOS管，所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的漏极接所述可变电流源，所述第一NMOS管的栅极与漏极耦接；
所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的栅极接所述第一NMOS管的栅极，所述第二NMOS管的漏极接所述第一PMOS管的漏极；所述第一PMOS管的源极接工作电压，所述第一PMOS管的栅极与漏极耦接；所述第二PMOS管的源极接所述工作电压，所述第二PMOS管的栅极接所述第一PMOS管的栅极，所述第二PMOS管的漏极接所述第三PMOS管的源极；所述第三PMOS管的栅极接所述第二节点，所述第三PMOS管的漏极接所述第一节点；
所述第三NMOS管的源极接地，所述第三NMOS管的栅极接所述第一NMOS管的栅极，所述第三NMOS管的漏极接所述第四NMOS管的源极；所述第四NMOS管的栅极接所述第二节点，所述第四NMOS管的漏极接所述第一节点；
其中，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管组成所述第一正极性电流镜，将所述可变电流镜像到所述第二NMOS管上，使得所述可变电流同时流过所述第一PMOS管，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管组成所述第一负极性电流镜，将所述可变电流镜像到所述第二PMOS管上，所述可变电流通过所述第三PMOS管到达所述第一节点，所述第三PMOS管作为所述第一开关管；所述第一NMOS管和所述第三NMOS管组成所述第二正极性电流镜，将所述可变电流镜像到所述第三NMOS管上，所述可变电流通过所述第四NMOS管到达所述第一节点，所述第四NMOS管作为所述第二开关管。
可选地，所述第二NMOS管的宽长比是所述第一NMOS管的宽长比的1倍，所述第三NMOS管的宽长比是所述第一NMOS管的宽长比的1倍，所述第二PMOS管的宽长比是所述第一PMOS管的宽长比的1倍。
可选地，所述电压比较电路单元包括差分放大器和差分转单端电路单元，所述差分放大器对所述第三节点与所述第一节点的电压差进行比较放大，并在第四节点和第五节点处进行输出，所述第一节点相对于所述第五节点是正相端，所述第三节点相对于所述第四节点是正相端；所述差分转单端电路单元将所述第四节点与所述第五节点的电压差放大，并转换成所述单端信号，在所述第六节点出进行输出。
可选地，所述差分放大器包括第五NMOS管、第六NMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管和第一尾电流源，所述第四PMOS管与所述第五PMOS管组成差分对；
所述第四PMOS管的源极接所述第一尾电流源，所述第四PMOS管的栅极接所述第一节点，所述第四PMOS管的漏极接所述第四节点；所述第五NMOS管的漏极接所述第四节点，所述第五NMOS管的栅极与漏极耦接，所述第五NMOS管的源极接地；
所述第五PMOS管的源极接所述第一尾电流源，所述第五PMOS管的栅极接所述第三节点，所述第五PMOS管的漏极接所述第五节点；所述第六NMOS管的漏极接所述第五节点，所述第六NMOS管的栅极与漏极耦接，所述第六NMOS管的源极接地。
可选地，所述差分转单端电路单元包括第七NMOS管、第八NMOS管、第六PMOS管及第七PMOS管；
所述第六PMOS管的源极接所述工作电压，所述第六PMOS管的栅极与漏极耦接，所述第六PMOS管的漏极接所述第七NMOS管的漏极；所述第七NMOS管的栅极接所述第四节点，所述第七NMOS管的源极接地；
所述第七PMOS管的源极接所述工作电压，所述第七PMOS管的栅极接所述第六PMOS管的栅极，所述第七PMOS管的漏极接所述第六节点；所述第八NMOS管的源极接地，所述第八NMOS管的栅极接所述第五节点，所述第八NMOS管的漏极接所述第六节点；
其中，所述第六PMOS管与所述第七PMOS组成第二负极性电流镜，通过所述第二负极性电流镜将所述第四节点与所述第五节点的电压差放大并转换成所述单端信号。
可选地，所述阈值电压产生电路单元包括第八PMOS管、第九PMOS管、第九NMOS管、反相器、电阻、第二尾电流源及电流源，所述第八PMOS管与所述第九PMOS管组成差分对；
所述第八PMOS管的源极接所述第二尾电流源，所述第八PMOS管的栅极接所述第六节点，所述第八PMOS管的漏极接所述第九NMOS管的漏极，所述第九NMOS管的栅极与漏极耦接，所述第九NMOS管的源极接地；
所述第九PMOS管的源极接所述第二尾电流源，所述第九PMOS管的栅极接所述第二节点，所述第九PMOS管的漏极接所述第三节点；
所述反相器的输入端接所述第六节点，所述反相器的输出端接所述第二节点；
所述电阻的一端接地，所述电阻的另一端通过所述第三节点接所述电流源。
可选地，所述振荡电路还包括频率调节电路单元，所述频率调节电路单元提供所述可变电流，通过所述频率调节电路单元调节控制所述可变电流的大小，从而调节控制所述锯齿波电压的频率。
可选地，所述频率调节电路单元包括第十NMOS管、第十一NMOS管、第十二NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管、第十五NMOS管、第十六NMOS管、第十七NMOS管、第十八NMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管以及参考电流源，所述参考电流源提供参考电流；
所述第十NMOS管的源极接地，所述第十NMOS管的漏极接所述参考电流源，所述第十NMOS管的栅极与漏极耦接，且所述第十NMOS管的栅极接第七节点；
所述第十一NMOS管的源极接地，所述第十一NMOS管的栅极接所述第七节点，所述第十一NMOS管的漏极接所述第十五NMOS管的源极；所述第十五MMOS管的栅极接第一控制信号，所述第十五MMOS管的漏极接第八节点；
所述第十二NMOS管的源极接地，所述第十二NMOS管的栅极接所述第七节点，所述第十二NMOS管的漏极接所述第十六NMOS管的源极；所述第十六MMOS管的栅极接第二控制信号，所述第十六MMOS管的漏极接所述第八节点；
所述第十三NMOS管的源极接地，所述第十三NMOS管的栅极接所述第七节点，所述第十三NMOS管的漏极接所述第十七NMOS管的源极；所述第十七MMOS管的栅极接第三控制信号，所述第十七MMOS管的漏极接所述第八节点；
所述第十四NMOS管的源极接地，所述第十四NMOS管的栅极接所述第七节点，所述第十四NMOS管的漏极接所述第十八NMOS管的源极；所述第十八MMOS管的栅极接第四控制信号，所述第十八MMOS管的漏极接所述第八节点；
所述第十PMOS管的源极接所述工作电压，所述第十PMOS管的栅极与漏极耦接，所述第十PMOS管的漏极接所述第八节点；所述第十一PMOS管的源极接所述工作电压，所述第十一PMOS管的栅极接所述第十PMOS管的栅极，所述第十一PMOS管的漏极输出所述可变电流。
可选地，所述第十一NMOS管的宽长比是所述第十NMOS管的宽长比的1倍，所述第十二NMOS管的宽长比是所述第十NMOS管的宽长比的2倍，所述第十三NMOS管的宽长比是所述第十NMOS管的宽长比的4倍，所述第十四NMOS管的宽长比是所述第十NMOS管的宽长比的8倍。
此外，为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备搭载有上述任意一项所述的振荡电路。
如上所述，本发明的振荡电路具有以下有益效果：
1、该振荡电路在电压比较电路单元和阈值电压产生电路单元的负反馈调节的基础上，利用电容充放电电路单元的电容充放电和迟滞效应实现了振荡，不同于传统的基于电容电感的振荡电路，该振荡电路没有采用电感，具有较低的功耗，且振荡信号的输出频率与可变电流相关，调节可变电流的大小即可调节控制输出频率；
2、该振荡电路仅利用电容充放电和迟滞效应实现了振荡，没有采用电感，从而便于微型化与集成化，可用硅集成工艺来实现，能与传感器信号处理电路集成在一起，消除了传感器信号处理电路对外部时钟信号的需求。
附图说明
图1显示为本发明实施例一的振荡电路的结构示意图。
图2显示为本发明实施例的振荡电路的工作时序图。
图3显示为本发明实施例二的振荡电路的结构示意图
N1 第一NMOS管
N2 第二NMOS管
N3 第三NMOS管
N4 第四NMOS管
N5 第五NMOS管
N6 第六NMOS管
N7 第七NMOS管
N8 第八NMOS管
N9 第九NMOS管
N10 第十NMOS管
N11 第十一NMOS管
N12 第十二NMOS管
N13 第十三NMOS管
N14 第十四NMOS管
N15 第十五NMOS管
N16 第十六NMOS管
N17 第十七NMOS管
N18 第十八NMOS管
P1 第一PMOS管
P2 第二PMOS管
P3 第三PMOS管
P4 第四PMOS管
P5 第五PMOS管
P6 第六PMOS管
P7 第七PMOS管
P8 第八PMOS管
P9 第九PMOS管
P10 第十PMOS管
P11 第十一PMOS管
C 电容
R 电阻
T 反相器
I1 可变电流源提供的可变电流
I2 第一尾电流源提供的电流
I3 第二尾电流源提供的电流
I4 电流源提供的电流
Iref 参考电流源提供的电流
D0 第一控制信号
D1 第二控制信号
D2 第三控制信号
D3 第四控制信号
VCC 工作电压
GND 地
a 第一节点
b 第二节点
c 第三节点
d 第四节点
e 第五节点
f 第六节点
g 第七节点
h 第八节点
101 电容充放电电路单元
102 电压比较电路单元
1021 差分放大器
1022 差分转单端电路单元
103 阈值电压产生电路单元
104 频率调节电路单元
具体实施方式
如前述在背景技术中所提及的，传统的振荡电路大多都是基于电容和电感的结构设计，其功耗较高、输出频率不稳定且波形较差，同时，采用电感不利于其结构小型化与集成化，用其为传感器提供时钟信号时，不利于传感器结构的微型化与集成化。
基于此，本发明提出一种振荡电路，该振荡电路在负反馈调节的基础上，利用电容充放电和迟滞效应实现振荡，该振荡电路没有采用电感，具有较低的功耗，且振荡信号的输出频率可调节控制；同时，该振荡电路仅利用电容充放电和迟滞效应实现振荡，没有采用电感，用该振荡电路为传感器提供时钟信号时，能将其与传感器信号处理电路集成在一起，以实现传感器***的微型化与集成化。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
实施例一
图1显示为本发明实施例的振荡电路的结构示意图，请参见图1，本发明实施例提供一种振荡电路，该振荡电路包括：电容充放电电路单元101、电压比较电路单元102以及阈值电压产生电路单元103；
电容充放电电路单元101包括可变电流源、负极性电流镜、正极性电流镜、第一开关管、第二开关管以及电容C，所述可变电流源提供可变电流I1，电容C一端接地GND、另一端接第一节点a；所述负极性电流镜和所述第一开关管将可变电流I1镜像到第一节点a，对电容C进行充电；所述正极性电流镜和所述第二开关管将可变电流I1镜像到第一节点a，对电容C进行放电；所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端耦接，并接第二节点b；
电压比较电路单元102对第三节点c与第一节点a的电压差进行比较放大，并转换成单端信号；所述单端信号接入阈值电压产生电路单元103，对阈值电压产生电路单元103输出端的输出电压进行调节控制，阈值电压产生电路单元103输出端接第三节点c；所述单端信号经过反相处理后接入第二节点b，循环交替打开所述第一开关管和所述第二开关管中的一个，使得电容C周期性地充电和放电，在第一节点a处得到锯齿波电压，作为振荡信号。
详细地，电容充放电电路单元101包括第一正极性电流镜、第二正极性电流镜和第一负极性电流镜，所述第一正极性电流镜的输入端接所述电流源，所述第一正极性电流镜的输出端接所述第一负极性电流镜的输入端，所述第一负极性电流镜的输出端接所述第一开关管的输入端，所述第一开关管的输出端接第一节点a；所述第二正极性电流镜的输入端接所述电流源，所述第二正极性电流镜的输出端接所述第二开关管的输出端，所述第二开关管的输入端接第一节点a。
更详细地，如图1所示，电容充放电电路单元101具体包括第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第一PMOS管P1、第二PMOS管P2以及第三PMOS管P3，第一NMOS管N1的源极接地GND，第一NMOS管N1的漏极接所述可变电流源，第一NMOS管N1的栅极与漏极耦接；
第二NMOS管N2的源极接地GND，第二NMOS管N2的栅极接第一NMOS管N1的栅极，第二NMOS管N2的漏极接第一PMOS管P1的漏极；第一PMOS管P1的源极接工作电压VCC，第一PMOS管P1的栅极与漏极耦接；第二PMOS管P2的源极接工作电压VCC，第二PMOS管P2的栅极接第一PMOS管P1的栅极，第二PMOS管P2的漏极接第三PMOS管P3的源极；第三PMOS管P3的栅极接第二节点b，第三PMOS管P3的漏极接第一节点a；
第三NMOS管N3的源极接地GND，第三NMOS管N3的栅极接第一NMOS管N1的栅极，第三NMOS管N3的漏极接第四NMOS管N4的源极；第四NMOS管N4的栅极接第二节点b，第四NMOS管的漏极接第一节点a；
其中，第一NMOS管N1和第二NMOS管N2组成所述第一正极性电流镜，将可变电流I1镜像到第二NMOS管N2上，使得可变电流I1同时流过第一PMOS管P1，第一PMOS管P1和第二PMOS管P2组成所述第一负极性电流镜，将可变电流I1镜像到第二PMOS管P2上，可变电流I1通过第三PMOS管P3到达第一节点a，第三PMOS管P3作为所述第一开关管；第一NMOS管N1和第三NMOS管N3组成所述第二正极性电流镜，将可变电流I1镜像到第三NMOS管N3上，可变电流I1通过第四NMOS管N4到达第一节点a，第四NMOS管N4作为所述第二开关管。
可选地，第二NMOS管N2的宽长比是第一NMOS管N1的宽长比的1倍，第三NMOS管N3的宽长比是第一NMOS管N1的宽长比的1倍，第二PMOS管P2的宽长比是第一PMOS管P1的宽长比的1倍，即所述第一正极性电流镜、所第二正极性电流镜以及第一负极性电流镜的电流镜像比例均为1，电容C的充电电流及放电电流均为可变电流I1。
详细地，电压比较电路单元102包括差分放大器1021和差分转单端电路单元1022，差分放大器1021对第三节点c与第一节点a的电压差进行比较放大，并在第四节点d和第五节点e处进行输出，第一节点a相对于第五节点e是正相端，第三节点c相对于第四节点d是正相端；差分转单端电路单元1022将第四节点d与第五节点e的电压差放大，并转换成所述单端信号，在第六节点f出进行输出。
更详细地，如图1所示，差分放大器1021包括第五NMOS管N5、第六NMOS管N6、第四PMOS管P4、第五PMOS管P5和第一尾电流源，第四PMOS管P4与第五PMOS管P5组成差分对；第四PMOS管P4的源极接所述第一尾电流源，第四PMOS管P4的栅极接第一节点a，第四PMOS管P4的漏极接第四节点d；第五NMOS管N5的漏极接第四节点d，第五NMOS管N5的栅极与漏极耦接，第五NMOS管N5的源极接地GND；第五PMOS管P5的源极接所述第一尾电流源，第五PMOS管P5的栅极接第三节点c，第五PMOS管P5的漏极接第五节点e；第六NMOS管N6的漏极接第五节点e，第六NMOS管N6的栅极与漏极耦接，第六NMOS管N6的源极接地GND。
更详细地，差分转单端电路单元1022包括第七NMOS管N7、第八NMOS管N8、第六PMOS管P6及第七PMOS管P7；第六PMOS管P6的源极接工作电压VCC，第六PMOS管P6的栅极与漏极耦接，第六PMOS管P6的漏极接第七NMOS管N7的漏极；第七NMOS管N7的栅极接第四节点d，第七NMOS管N7的源极接地GND；第七PMOS管P7的源极接工作电压VCC，第七PMOS管P7的栅极接第六PMOS管P6的栅极，第七PMOS管P7的漏极接第六节点f；第八NMOS管N8的源极接地，第八NMOS管N8的栅极接第五节点e，第八NMOS管的漏极接第六节点f；其中，第六PMOS管P6与第七PMOS管P7组成第二负极性电流镜，通过所述第二负极性电流镜将第四节点d与第五节点e的电压差放大并转换成所述单端信号，并在第六节点f出进行放大输出。
如图1所示，在电压比较电路单元102中，当第一节a的电压高于第三节点c的电压时，第六节点f输出的所述单端信号为低电平；当第一节a的电压低于第三节点c的电压时，第六节点f输出的所述单端信号为高电平。
详细地，如图1所示，阈值电压产生电路单元103包括第八PMOS管P8、第九PMOS管P9、第九NMOS管N9、反相器T、电阻R、第二尾电流源及电流源，第八PMOS管P8与第九PMOS管P9组成差分对；第八PMOS管P8的源极接所述第二尾电流源，第八PMOS管P8的栅极接第六节点f，第八PMOS管P8的漏极接第九NMOS管N9的漏极，第九NMOS管N9的栅极与漏极耦接，第九NMOS管N9的源极接地GND；第九PMOS管P9的源极接所述第二尾电流源，第九PMOS管P9的栅极接第二节点b，第九PMOS管P9的漏极接第三节点c；反相器T的输入端接第六节点f，反相器T的输出端接第二节点b；电阻R的一端接地GND，电阻R的另一端通过第三节点c接所述电流源。
如图1所示，当第六节点f输出的所述单端信号为高电平时，反相器T的输出为低电平，使得第八PMOS管P8截止、第九PMOS管P9开启，所述第二尾电流源提供的电流I3通过第九PMOS管P9流到电阻R上，电阻R上流过所述第二尾电流源提供的电流I3和所述电流源提供的电流I4，在第三节点c产生第一阈值电压V1，
V1＝R1(I3+I4) (1)；
当第六节点f输出的所述单端信号为低电平时，反相器T的输出为高电平，使得第八PMOS管P8开启、第九PMOS管P9截止，所述第二尾电流源提供的电流I3通过第八PMOS管P8流到第九NMOS管N9上，电阻R上仅流过所述电流源提供的电流I4，在第三节点c产生第二阈值电压V2，
V2＝R1I4 (2)。
式(1)和式(2)中，R1表示电阻R的电阻值。
更具体地，如图1所示的振荡电路的工作原理如下：
如图2所示，图2显示为本发明实施例振荡电路的工作时序图，并结合图1，假设0时刻第一节点a的电压Va为地电位(零电平)，由于第三节点c的电压Vc只取第一阈值电压V1和第二阈值电压V2中的一个，则第一节点a的电压Va明显低于第三节点c的电压Vc，第六节点f输出的所述单端信号为高电平，第三节点c的电压Vc取第一阈值电压V1；同时，反相器T输出低电平，并作用于第二节点b，使得第三PMOS管P3开启、第四NMOS管N4截止，第三PMOS管P3以大小等于可变电流I1的电流对电容C充电，第一节点a的电压Va以斜率K1上升。
当第一节点a的电压Va超过第一阈值电压V1时，如图2所示的t1时刻，第一节点a的电压Va明显高于第三节点c的电压Vc，此后，第六节点f输出的所述单端信号由高电平变为低电平，第三节点c的电压Vc取第二阈值电压V2；同时，反相器T输出高电平，并作用于第二节点b，使得第三PMOS管P3截止、第四NMOS管N4开启，第四NMOS管N4以大小等于可变电流I1的电流对电容C放电，第一节点a的电压Va以斜率K2下降。
当第一节点a的电压Vc下降到第二阈值电压V2以下时，如图2所示的t2时刻，第一节点a的电压Va低于第三节点c的电压Vc，此后，第六节点f输出的所述单端信号由低电平变为高电平，第三节点c的电压Vc取第一阈值电压V1；同时，反相器T输出低电平，第三PMOS管P3开启、第四NMOS管N4截止，第三PMOS管P3以大小等于可变电流I1的电流对电容C充电，第一节点a的电压Va以斜率K1上升。此后，第一节点a的电压Va以斜率K1和K2在第二阈值电压V2与第一阈值电压V1之间交叠地上升和下降，形成如图2所示的锯齿波。同时，如图2所示，第二节点b的电压Vb与第六节点f输出的所述单端信号Vf的波形近似为矩形波。
根据上述分析可知，本发明实施例中的振荡电路在负反馈的基础上利用电容充放电和迟滞效应实现了振荡，没有采用电感，整体功耗较低，基于其结构设计可以在第一节点a处得到锯齿波形的振荡信号，该振荡信号的振荡周期为：
式(3)-式(5)中，T表示该振荡信号的振荡周期，C1表示电容C的电容值。由式(5)可知，改变调节可变电流I1的大小就可以改变振荡周期T或者振荡频率，该振荡信号的输出频率可调控。
可选地，在本发明实施例中，还可以通过调节所述第一正极性电流镜、所第二正极性电流镜以及第一负极性电流镜的电流镜像比例，以改变电容C的充电电流和放电电流，进而调节第一节点a处的锯齿波电压的波形和频率。
此外，本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备搭载有所述振荡电路。如利用所述振荡电路为所述电子设备上的传感器信号处理电路提供时钟信号，由于该振荡电路仅利用了MOS管、电容和电阻等元器件，没有采用电感，所以可以利用硅集成工艺将该振荡电路与所述传感器信号处理电路集成在一起，以实现传感器***的微型化与集成化，同时实现所述电子设备的小型化结构设计。
实施例二
基于“通过改变可变电流I1的大小来改变振荡周期T”这一设计理念，在本发明实施例中，对实施例一的振荡电路进行补充扩展，如图3所示，图3显示为本发明实施例的振荡电路的结构示意图，在实施例一的基础上，本发明实施例提供的振荡电路还包括频率调节电路单元104，频率调节电路单元104作为所述可变电流源，提供大小可调的可变电流I1，通过频率调节电路单元104调节控制可变电流I1的大小，从而调节控制第一节点a处的锯齿波电压的频率，即调节振荡信号的输出频率。
详细地，如图3所示，频率调节电路单元104包括第十NMOS管N10、第十一NMOS管N11、第十二NMOS管N12、第十三NMOS管N13、第十四NMOS管N14、第十五NMOS管N15、第十六NMOS管N16、第十七NMOS管N17、第十八NMOS管N18、第十PMOS管P10、第十一PMOS管P11以及参考电流源，所述参考电流源提供参考电流Iref，参考电流Iref可通过芯片上的精确基准电路和偏置电路产生；
第十NMOS管N10的源极接地GND，第十NMOS管N10的漏极接所述参考电流源，第十NMOS管N10的栅极与漏极耦接，且第十NMOS管N10的栅极接第七节点g；
第十一NMOS管N11的源极接地GND，第十一NMOS管N11的栅极接第七节点g，第十一NMOS管N11的漏极接第十五NMOS管N15的源极；第十五MMOS管N15的栅极接第一控制信号D0，第十五MMOS管N15的漏极接第八节点h；
第十二NMOS管N12的源极接地GND，第十二NMOS管N12的栅极接第七节点g，第十二NMOS管N12的漏极接第十六NMOS管N16的源极；第十六MMOS管N16的栅极接第二控制信号D1，第十六MMOS管N16的漏极接第八节点h；
第十三NMOS管N13的源极接地GND，第十三NMOS管N13的栅极接第七节点g，第十三NMOS管N13的漏极接第十七NMOS管N17的源极；第十七MMOS管N17的栅极接第三控制信号D2，第十七MMOS管N17的漏极接第八节点h；
第十四NMOS管N14的源极接地GND，第十四NMOS管N14的栅极接第七节点g，第十四NMOS管N14的漏极接第十八NMOS管N18的源极；第十八MMOS管N18的栅极接第四控制信号D3，第十八MMOS管N18的漏极接第八节点h；
第十PMOS管P10的源极接工作电压VCC，第十PMOS管P10的栅极与漏极耦接，第十PMOS管P10的漏极接所述第八节点h；第十一PMOS管P11的源极接工作电压VCC，第十一PMOS管P11的栅极接第十PMOS管P10的栅极，第十一PMOS管P11的漏极输出可变电流I1。
其中，第十NMOS管N10分别与第十一NMOS管N11、第十二NMOS管N12、第十三NMOS管N13及第十四NMOS管N14组成正极性电流镜，把参考电流Iref按比例镜像到第十一NMOS管N11、第十二NMOS管N12、第十三NMOS管N13及第十四NMOS管N14上；再通过第一控制信号D0、第二控制信号D1、第三控制信号D2及第四控制信号D3分别控制第十五MMOS管N15、第十六MMOS管N16、第十七MMOS管N17及第十八MMOS管N18的开启和截止，进而控制提供给第十PMOS管P10的电流；第十PMOS管P10与第十一PMOS管P11组成负极性电流镜，将该电流镜像到第十一PMOS管P11，作为可变电流I1，对电容C进行充电或者放电。
可选地，第十一NMOS管N11的宽长比是第十NMOS管N10的宽长比的1倍，第十二NMOS管N12的宽长比是第十NMOS管N10的宽长比的2倍，第十三NMOS管N13的宽长比是第十NMOS管N10的宽长比的4倍，第十四NMOS管N14的宽长比是第十NMOS管N10的宽长比的8倍。
需要说明的是，本发明实施例中各个电流镜的电流镜像比例(即电流镜中两个MOS管的宽长比的比值)可按需要进行调节设置，在此不再赘述。
在本发明实施例中，通过多个电流镜及多个控制信号(第一控制信号D0、第二控制信号D1、第三控制信号D2及第四控制信号D3)的调节控制可以按照需要将参考电流Iref进行多种倍数地放大输出，作为可变电流I4，即可变电流I4的大小可调控，进而本发明实施例中振荡电路的输出频率可调。
综上所述，本发明实施例的振荡电路在电压比较电路单元和阈值电压产生电路单元构成的负反馈调节的基础上，利用电容充放电电路单元的电容充放电和迟滞效应实现了振荡，不同于传统的基于电容电感的振荡电路，该振荡电路没有采用电感，具有较低的功耗，且振荡信号的输出频率与可变电流相关，调节可变电流的大小即可调节控制输出频率；同时，本发明实施例的振荡电路仅利用电容充放电和迟滞效应实现振荡，没有采用电感，便于微型化与集成化，用该振荡电路为传感器提供时钟信号时，能将其与传感器信号处理电路集成在一起，以实现传感器***的微型化与集成化。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种振荡电路，其特征在于，包括：电容充放电电路单元、电压比较电路单元以及阈值电压产生电路单元；
所述电容充放电电路单元包括可变电流源、负极性电流镜、正极性电流镜、第一开关管、第二开关管以及电容，所述可变电流源提供可变电流，所述电容一端接地、另一端接第一节点；所述负极性电流镜和所述第一开关管将所述可变电流镜像到所述第一节点，对所述电容进行充电；所述正极性电流镜和所述第二开关管将所述可变电流镜像到所述第一节点，对所述电容进行放电；所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端耦接，并接第二节点；
所述电压比较电路单元对第三节点与所述第一节点的电压差进行比较放大，并转换成单端信号；所述单端信号接入所述阈值电压产生电路单元，对所述阈值电压产生电路单元输出端的输出电压进行调节控制，所述阈值电压产生电路单元输出端接所述第三节点；所述单端信号经过反相处理后接入所述第二节点，循环交替打开所述第一开关管和所述第二开关管中的一个，使得所述电容周期性地充电和放电，在所述第一节点处得到锯齿波电压。
2.根据权利要求1所述的振荡电路，其特征在于，所述电容充放电电路单元包括第一正极性电流镜、第二正极性电流镜和第一负极性电流镜，所述第一正极性电流镜的输入端接所述电流源，所述第一正极性电流镜的输出端接所述第一负极性电流镜的输入端，所述第一负极性电流镜的输出端接所述第一开关管的输入端，所述第一开关管的输出端接所述第一节点；所述第二正极性电流镜的输入端接所述电流源，所述第二正极性电流镜的输出端接所述第二开关管的输出端，所述第二开关管的输入端接所述第一节点。
3.根据权利要求2所述的振荡电路，其特征在于，所述电容充放电电路单元包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管以及第三PMOS管，所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的漏极接所述可变电流源，所述第一NMOS管的栅极与漏极耦接；
所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的栅极接所述第一NMOS管的栅极，所述第二NMOS管的漏极接所述第一PMOS管的漏极；所述第一PMOS管的源极接工作电压，所述第一PMOS管的栅极与漏极耦接；所述第二PMOS管的源极接所述工作电压，所述第二PMOS管的栅极接所述第一PMOS管的栅极，所述第二PMOS管的漏极接所述第三PMOS管的源极；所述第三PMOS管的栅极接所述第二节点，所述第三PMOS管的漏极接所述第一节点；
所述第三NMOS管的源极接地，所述第三NMOS管的栅极接所述第一NMOS管的栅极，所述第三NMOS管的漏极接所述第四NMOS管的源极；所述第四NMOS管的栅极接所述第二节点，所述第四NMOS管的漏极接所述第一节点；
其中，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管组成所述第一正极性电流镜，将所述可变电流镜像到所述第二NMOS管上，使得所述可变电流同时流过所述第一PMOS管，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管组成所述第一负极性电流镜，将所述可变电流镜像到所述第二PMOS管上，所述可变电流通过所述第三PMOS管到达所述第一节点，所述第三PMOS管作为所述第一开关管；所述第一NMOS管和所述第三NMOS管组成所述第二正极性电流镜，将所述可变电流镜像到所述第三NMOS管上，所述可变电流通过所述第四NMOS管到达所述第一节点，所述第四NMOS管作为所述第二开关管。
4.根据权利要求3所述的振荡电路，其特征在于，所述第二NMOS管的宽长比是所述第一NMOS管的宽长比的1倍，所述第三NMOS管的宽长比是所述第一NMOS管的宽长比的1倍，所述第二PMOS管的宽长比是所述第一PMOS管的宽长比的1倍。
5.根据权利要求3所述的振荡电路，其特征在于，所述电压比较电路单元包括差分放大器和差分转单端电路单元，所述差分放大器对所述第三节点与所述第一节点的电压差进行比较放大，并在第四节点和第五节点处进行输出，所述第一节点相对于所述第五节点是正相端，所述第三节点相对于所述第四节点是正相端；所述差分转单端电路单元将所述第四节点与所述第五节点的电压差放大，并转换成所述单端信号，在所述第六节点出进行输出。
6.根据权利要求5所述的振荡电路，其特征在于，所述差分放大器包括第五NMOS管、第六NMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管和第一尾电流源，所述第四PMOS管与所述第五PMOS管组成差分对；
所述第四PMOS管的源极接所述第一尾电流源，所述第四PMOS管的栅极接所述第一节点，所述第四PMOS管的漏极接所述第四节点；所述第五NMOS管的漏极接所述第四节点，所述第五NMOS管的栅极与漏极耦接，所述第五NMOS管的源极接地；
所述第五PMOS管的源极接所述第一尾电流源，所述第五PMOS管的栅极接所述第三节点，所述第五PMOS管的漏极接所述第五节点；所述第六NMOS管的漏极接所述第五节点，所述第六NMOS管的栅极与漏极耦接，所述第六NMOS管的源极接地。
7.根据权利要求6所述的振荡电路，其特征在于，所述差分转单端电路单元包括第七NMOS管、第八NMOS管、第六PMOS管及第七PMOS管；
所述第六PMOS管的源极接所述工作电压，所述第六PMOS管的栅极与漏极耦接，所述第六PMOS管的漏极接所述第七NMOS管的漏极；所述第七NMOS管的栅极接所述第四节点，所述第七NMOS管的源极接地；
所述第七PMOS管的源极接所述工作电压，所述第七PMOS管的栅极接所述第六PMOS管的栅极，所述第七PMOS管的漏极接所述第六节点；所述第八NMOS管的源极接地，所述第八NMOS管的栅极接所述第五节点，所述第八NMOS管的漏极接所述第六节点；
其中，所述第六PMOS管与所述第七PMOS组成第二负极性电流镜，通过所述第二负极性电流镜将所述第四节点与所述第五节点的电压差放大并转换成所述单端信号。
8.根据权利要求7所述的振荡电路，其特征在于，所述阈值电压产生电路单元包括第八PMOS管、第九PMOS管、第九NMOS管、反相器、电阻、第二尾电流源及电流源，所述第八PMOS管与所述第九PMOS管组成差分对；
所述第八PMOS管的源极接所述第二尾电流源，所述第八PMOS管的栅极接所述第六节点，所述第八PMOS管的漏极接所述第九NMOS管的漏极，所述第九NMOS管的栅极与漏极耦接，所述第九NMOS管的源极接地；
所述第九PMOS管的源极接所述第二尾电流源，所述第九PMOS管的栅极接所述第二节点，所述第九PMOS管的漏极接所述第三节点；
所述反相器的输入端接所述第六节点，所述反相器的输出端接所述第二节点；
所述电阻的一端接地，所述电阻的另一端通过所述第三节点接所述电流源。
9.根据权利要求1或8所述的振荡电路，其特征在于，所述振荡电路还包括频率调节电路单元，所述频率调节电路单元提供所述可变电流，通过所述频率调节电路单元调节控制所述可变电流的大小，从而调节控制所述锯齿波电压的频率。
10.根据权利要求9所述的振荡电路，其特征在于，所述频率调节电路单元包括第十NMOS管、第十一NMOS管、第十二NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管、第十五NMOS管、第十六NMOS管、第十七NMOS管、第十八NMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管以及参考电流源，所述参考电流源提供参考电流；
所述第十NMOS管的源极接地，所述第十NMOS管的漏极接所述参考电流源，所述第十NMOS管的栅极与漏极耦接，且所述第十NMOS管的栅极接第七节点；
所述第十一NMOS管的源极接地，所述第十一NMOS管的栅极接所述第七节点，所述第十一NMOS管的漏极接所述第十五NMOS管的源极；所述第十五MMOS管的栅极接第一控制信号，所述第十五MMOS管的漏极接第八节点；
所述第十二NMOS管的源极接地，所述第十二NMOS管的栅极接所述第七节点，所述第十二NMOS管的漏极接所述第十六NMOS管的源极；所述第十六MMOS管的栅极接第二控制信号，所述第十六MMOS管的漏极接所述第八节点；
所述第十三NMOS管的源极接地，所述第十三NMOS管的栅极接所述第七节点，所述第十三NMOS管的漏极接所述第十七NMOS管的源极；所述第十七MMOS管的栅极接第三控制信号，所述第十七MMOS管的漏极接所述第八节点；
所述第十四NMOS管的源极接地，所述第十四NMOS管的栅极接所述第七节点，所述第十四NMOS管的漏极接所述第十八NMOS管的源极；所述第十八MMOS管的栅极接第四控制信号，所述第十八MMOS管的漏极接所述第八节点；
所述第十PMOS管的源极接所述工作电压，所述第十PMOS管的栅极与漏极耦接，所述第十PMOS管的漏极接所述第八节点；所述第十一PMOS管的源极接所述工作电压，所述第十一PMOS管的栅极接所述第十PMOS管的栅极，所述第十一PMOS管的漏极输出所述可变电流。
11.根据权利要求10所述的振荡电路，其特征在于，所述第十一NMOS管的宽长比是所述第十NMOS管的宽长比的1倍，所述第十二NMOS管的宽长比是所述第十NMOS管的宽长比的2倍，所述第十三NMOS管的宽长比是所述第十NMOS管的宽长比的4倍，所述第十四NMOS管的宽长比是所述第十NMOS管的宽长比的8倍。
12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备搭载有权利要求1-11中任意一项所述的振荡电路。
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