CN217216500U - 一种频率补偿的rc振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及集成电路领域，具体涉及一种频率补偿的RC振荡器；包括电容、电阻以及两个比较器，第一比较器的正相输入端设置有高阈值电压VH，第二比较器的反相输入端设置有低阈值电压VL；第一比较器的反相输入端和第二比较器的正相输入端连接有电容和电阻的一端，电阻的另一端连接两个比较器的输出端；电容的另一端接地，其中，在所述第一比较器的正相输入端和所述第二比较器的反相输入端分别设置有一个阈值电压微调电路。本实用新型将比较器失调电压等效为输入串联电压，由于该值在生产时是随机量，本实用新型利用可调的阈值电压微调电路来抵消比较器失调电压，从而实现准确的阈值电压，消除该比较器失调电压所带来的频率误差。

Description

一种频率补偿的RC振荡器

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，涉及一种芯片内RC振荡器的频率温度补偿技术，具体涉及一种频率补偿的RC振荡器。

背景技术

对于MCU芯片，各模块需要工作时钟，RC振荡器是一种产生时钟的电路。振荡器由比较器、电容和电阻组成，构成一个环路。电阻和电容对输入电压产生一定的延时，输出电压经过比较器，与固定电压阈值比较，得到比较器输出，经过逻辑单元后反馈到电阻和电容的输入端，构成闭环。电阻、电容和比较器的阈值决定了振荡器频率。

比较器在振荡器中是一个关键模块。比较器的阈值不仅与外部设置电压阈值有关，还与比较器自身的非理想特性有关，即比较器输入失调电压。比较器的失调电压会影响振荡器频率，在芯片大规模生产时，比较器输入失调电压是一个随机变量，对振荡器频率影响是随机的，同时，失调电压随温度变化，给输出工作时钟带来了频率误差。一般电阻和电容的温度系数较小，而比较器引起的温度系数较大，对频率的温度特性影响大。

现有技术中实现频率校准需要附加一个作为参考的***时钟，例如中国专利CN102857197A提出了一种提高内置RC振荡器频率精度的校准方法，该方法在不同温度校准始终基于一个参考***时钟和计数器，但这种方式在低功耗应用时将额外引入功耗。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于实现频率补偿，即在不同温度下校准振荡器中比较器输入失调电压，来消除该因素对振荡器输出时钟的影响。

本实用新型提供如下技术方案：

一种频率补偿的RC振荡器，包括电容、电阻以及两个比较器，第一比较器的正相输入端设置有高阈值电压VH，第二比较器的反相输入端设置有低阈值电压VL；第一比较器的反相输入端和第二比较器的正相输入端连接有电容和电阻的一端，电阻的另一端连接两个比较器的输出端；电容的另一端接地，其中，在所述第一比较器的正相输入端和所述第二比较器的反相输入端分别设置有一个阈值电压微调电路。

进一步的，所述阈值电压微调电路包括多个串联电阻构成的电阻阵列以及一多路选择器，其中所述电阻阵列中，第一个电阻连接有电源电压，最后一个电阻接地，并通过数字控制字控制多路选择器与对应的电阻连接，选择出阈值电压。

进一步的，两个比较器的输出端各自连接有一个与门电路。

本实用新型的有益效果：

本实用新型将比较器失调电压等效为输入串联电压，由于该值在生产时是随机量，本实用新型利用可调的阈值电压微调电路来抵消比较器失调电压，从而实现准确的阈值电压，消除该比较器失调电压所带来的频率误差。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种频率补偿的RC振荡器结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的阈值电压微调电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型实施例中一种频率补偿的RC振荡器，如图1所示，该RC振荡器包括电容、电阻以及两个比较器。

两个比较器分别设置高低两个阈值电压，即VH和VL；

其中，第一比较器Comp1的正相输入端+设置有高阈值电压VH，第二比较器Comp2的反相输入端-设置有低阈值电压VL；第一比较器Comp1的反相输入端-和第二比较器Comp2的正相输入端+连接有电容和电阻的一端，电阻的另一端连接两个比较器的输出端；电容的另一端接地，在所述第一比较器Comp1的正相输入端+和所述第二比较器Comp2的反相输入端-分别设置有一个阈值电压微调电路。

在本实施例中，将第一比较器Comp1和第二比较器Comp2的失调电压等效为输入了两个串联电压Vos1和Vos2；这两个电压在实际生产时是不确定的，属于一种随机量；而本实施例通过阈值电压微调电路对这两个电压进行抵消，消除电压Vos1和Vos2对器件的影响，获得一个准确的阈值电压，并消除该失调电压所导致的频率误差影响。

图2是本实用新型实施例中阈值电压微调电路结构示意图，如图2所示，所述阈值电压微调电路包括多个串联电阻构成的电阻阵列以及一多路选择器，其中所述电阻阵列中，第一个电阻连接有电源电压，最后一个电阻接地，并通过数字控制字控制多路选择器与对应的电阻连接，阈值电压精度由电阻值决定，所选择出的不同的阈值电压经过多路选择器可以分别产生VH和VL。

作为本实用新型的进一步解释，本实施例中，所述阈值电压微调电路包括N+1个电阻和一个能由N位数字控制字信号控制的多路选择器，sel1和sel2分别作为第一比较器Comp1和第二比较器Comp2数字控制字输入到多路选择器中，假设这里的N＝8，输入00110100数字控制字后，多路选择器中与第三个、四个以及第六个电阻连接，并产生相应的分压电压作为当前数字控制字的阈值电压Vth1或/和Vth2输出，这里多路选择器的具体实现电路属于本领域技术人员熟知的公知常识，本实用新型对此不做具体的限定。

在本实用新型实施例中，为了抵消上述失调电压所导致的频率误差，本实施例中可以通过数字控制字来确定多路选择器与对应的串联电阻之间的连接，例如，在振荡器工作之前，将固定电压输入到比较器，通过控制字微调阈值电压，测量比较器输出，直到阈值电压到达预设值，存储数字控制字。用上述存储的数字控制字设置阈值电压，振荡器开始工作。

另外，本实施例中可以给出本实用新型的一种频率补偿的RC振荡器的具体工作方式，首先，某一温度下，振荡器先不工作，分别对两个比较器校准，两个比较器校准过程相同，以第一比较器Comp1为例。A点输入高阈值电压VH，用二分查找法调节阈值电压Vth1产生电路的控制字，测量Comp1输出电平，如果输出电平为高，说明阈值产生电路输出电压过高，需要减小控制字，反之增加控制字，最终找到最接近VH的阈值电压Vth1，记录控制字sel1。同理找到最接近VL的阈值电压Vth2，记录控制字sel2。设置校准后的sel1和sel2，振荡器正常工作。

可以理解的是，二分查找法又称折半查找法或者逐次逼近扫描法，其广泛应用于数字器件的输入阈值电压以及传输延迟等交流电参数的测试中，本领域技术人员应该可以基于现有技术来找出最适合本实用新型的RC振荡器的相应阈值电压。

比较器阈值精度由电阻值决定，电阻值越小，阈值精度越高，可根据实际频率精度要求决定电阻值。在所要求的温度范围内分别校准比较器，使用时根据不同温度选择对应的控制字。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种频率补偿的RC振荡器，包括电容、电阻以及两个比较器，其特征在于，第一比较器的正相输入端设置有高阈值电压VH，第二比较器的反相输入端设置有低阈值电压VL；第一比较器的反相输入端和第二比较器的正相输入端连接有电容和电阻的一端，电阻的另一端连接两个比较器的输出端；电容的另一端接地，其中，在所述第一比较器的正相输入端和所述第二比较器的反相输入端分别设置有一个阈值电压微调电路。

2.根据权利要求1所述的一种频率补偿的RC振荡器，其特征在于，所述阈值电压微调电路包括多个串联电阻构成的电阻阵列以及一多路选择器，其中所述电阻阵列中，第一个电阻连接有电源电压，最后一个电阻接地，并通过数字控制字控制多路选择器与对应的电阻连接，选择出阈值电压。

3.根据权利要求1所述的一种频率补偿的RC振荡器，其特征在于，两个比较器的输出端各自连接有一个与门电路。

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