一种张弛振荡器电路pdf

  本发明涉及一种张弛振荡器电路，包括无源器件网络电路、比较器电路和输出控制电路，无源器件网络电路包括两个电流源、开关网络电路和无源器件电路，所述无源器件网络电路分别为所述比较器电路提供两路偏置电压，所述比较器电路用于将两路偏置电压的电压差转换为直流电压信号，所述输出控制电路用于将直流电压信号转换为方波信号并生成反馈控制信号，所述开关网络电路可以依据反馈控制信号交替将两个与所述无源器件网络连通，从而控制两路偏置电压。本发明大大降低了电路失配对振荡频率精度的影响，无需复杂处理即可直接输出高精度、低失调

  1.一种张弛振荡器电路，其特征是，包括：无源器件网络电路（11）、比较器电路（12）

  和输出控制电路（13），所述无源器件网络电路（11）包括：第一电流源I1、第二电流源I2、开

  关网络电路和无源器件电路，所述比较器电路（12）的输出端与所述输出控制电路（13）的输

  入端连接，所述第一电流源I1、第二电流源I2分别与所述比较器电路（12）的输入端以及开

  关网络电路的输入端连接，所述开关网络电路的输出端与所述无源器件电路的输入端连

  所述无源器件网络电路（11）分别为所述比较器电路提供两路偏置电压，所述比较器电

  路用于将两路偏置电压的电压差转换为直流电压信号，所述输出控制电路（13）用于将直流

  电压信号转换为方波信号并生成反馈控制信号，所述开关网络电路可以依据反馈控制信

  号，交替将第一电流源I1和第二电流源I2与所述无源器件网络连通，从而控制两路偏置电

  2.如权利要求1所述的张弛振荡器电路，其特征是，所述开关网络电路包括：第一MOS

  管M1的漏级连接第一电流源I1，所述第一MOS管M1的源极连接第五MOS管M5的漏级，所述第

  一MOS管M1的栅极分别连接第二MOS管M2的栅极、第三MOS管M3的栅极和输出控制电路（13），

  所述第二MOS管M2的源极连接公共地，所述第二MOS管M2的漏级连接第六MOS管M6的源极，所

  述第三MOS管M3的漏极连接第二电流源I2，所述第四MOS管M4的漏级连接第一电流源I1，所

  述第四MOS管M4的上级连接第六MOS管M6的栅极、第五MOS管M5的栅极和输出控制电路（13），

  所述第六MOS管M6的漏级连接第二电流源I2，所述第五MOS管M5的源极连接公共地。

  3.如权利要求2所述的张弛振荡器电路，其特征是，所述无源器件电路包括第一电容

  C1、电阻R和第二电容C2，所述第一电容C1的一端连接第二MOS管M2的漏级，所述第一电容C1

  的另一端连接公共地，所述电阻R的一端连接第三MOS管M3的源极和第四MOS管M4的源极，所

  述电阻R的另一端连接公共地，所述第二电容C2的一端连接第五MOS管M5的漏级，所述第二

  4.如权利要求1所述的张弛振荡器电路，其特征是，所述比较器电路（12）包括第七

  源极连接工作电压，所述第七MOS管M7栅极连接第七MOS管M7的漏级以及第八MOS管M8的栅

  极，所述第九MOS管M9的漏级连接第七MOS管M7的漏级，所述第九MOS管M9的栅极连接第二电

  流源I2，所述第九MOS管M9的源极连接第三电流源I3的一端，所述第三电流源I3的另一端连

  接公共地，所述第八MOS管M8的源极连接工作电压，所述第八MOS管M8的漏级连接第十MOS管

  M10的漏级和输出控制电路（13），所述第十MOS管M10的栅极连接第一电流源I1，所述第十

  5.如权利要求1所述的张弛振荡器电路，其特征是，所述输出控制电路（13）包括：第

  一MOS管M21、第二十二MOS管M22；所述十一MOS管M11的源极连接工作电压，所述十一MOS管

  M11的栅极连接比较器电路（12）的输出端和第十二MOS管M12的栅极，所述第十一MOS管M11

  的漏级连接第十二MOS管M12的漏级、第十三MOS管M13的栅极、第十四MOS管M14的栅极、第十

  六MOS管M16的栅极；所述第十二MOS管M12的源极连接公共地，所述第十三MOS管M13的源极

  连接工作电压，所述第十三MOS管M13的漏级连接第十四MOS管M14的漏级、第二十MOS管M20

  的栅极和第二十一MOS管M21的栅极，所述第十四MOS管M14的源极连接公共地；所述第十五

  MOS管M15的源极连接工作电压，所述第十五MOS管M15的栅极连接第十九MOS管M19的漏级、

  第十八MOS管M18的栅极和开关网络电路，所述第十五MOS管M15的漏级连接第十六MOS管的

  漏级；所述第十六MOS管M16的源极连接工作电压，所述第十六MOS管M16的漏级连接第十九

  MOS管M19的栅极和第十七MOS管M17的漏级、第二十二MOS管M22的栅极和开关网络电路，所

  述第十七MOS管M17的源极连接第十八MOS管M18的漏级，第十八MOS管M18的的源极连接公共

  地；所述第十九MOS管M19的源极连接工作电压，所述第十九MOS管M19的漏级连接第二十MOS

  管M20的漏级和第二十一MOS管M21的漏级，所述第二十MOS管M20的源极连接工作电压，所述

  第二十一MOS管M21的源极连接第二十二MOS管M22的漏级，所述第二十二MOS管M22源极连接

  [0001]本发明属于模拟集成电路技术领域，尤其涉及一种张弛振荡器电路。

  [0002]张弛振荡器在各种系统中都非常非常重要，通常用于产生固定的频率来作为系统的核

  心频率生成元件。采用CMOS工艺实现的张弛振荡器一直被不断地进行精度上的优化。

  [0003]传统的张弛振荡器电路如图1所示，电路通过电阻和电容时间常数网络以实现周

  期性的电压切换。在这样的一个过程中，比较器监测并控制电容上电压与电阻上电压之间的关系，

  进而驱动电容反复充放电，从而得到稳定的输出频率。但是该电路结构有缺点，该电路由反

  相器直接输出的不是方波信号。若是实现方波信号，要求后续电路额外引入整形电路以生

  成标准的方波输出。此外，比较器自身的失调电压会导致振荡频率出现不可忽视的偏差，这

  [0004]本发明提供了一种张弛振荡器电路，以解决背景技术中存在的比较器自身的失调

  [0005]本发明的技术方案如下：一种张弛振荡器电路，包括：无源器件网络电路、比较器

  电路和输出控制电路，所述无源器件网络电路包括：第一电流源I1、第二电流源I2、开关网

  络电路和无源器件电路，所述比较器电路的输出端与所述输出控制电路的输入端连接，所

  述第一电流源I1、第二电流源I2分别与所述比较器电路的输入端以及开关网络电路的输入

  端连接，所述开关网络电路的输出端与所述无源器件电路的输入端连接，所述输出控制电

  路用于将两路偏置电压的电压差转换为直流电压信号，所述输出控制电路用于将直流电压

  信号转换为方波信号并生成反馈控制信号，所述开关网络电路可以依据反馈控制信号交替

  将第一电流源I1和第二电流源I2与所述无源器件网络连通，从而控制两路偏置电压。

  [0006]进一步地，所述开关网络电路包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第

  四MOS管M4、第五MOS管M5和第六MOS管M6，所述第一MOS管M1的漏级连接第一电流源I1，所述

  第一MOS管M1的源极连接第五MOS管M5的漏级，所述第一MOS管M1的栅极分别连接第二MOS管

  M2的栅极、第三MOS管M3的栅极和输出控制电路，所述第二MOS管M2的源极连接公共地，所述

  第二MOS管M2的漏级连接第六MOS管M6的源极，所述第三MOS管M3的漏极连接第二电流源I2，

  所述第四MOS管M4的漏级连接第一电流源I1，所述第四MOS管M4的上级连接第六MOS管M6的

  栅极、第五MOS管M5的栅极和输出控制电路，所述第六MOS管M6的漏级连接第二电流源I2，所

  [0007]进一步地，所述无源器件电路包括第一电容C1、电阻R和第二电容C2，所述第一电

  容C1的一端连接第二MOS管M2的漏级，所述第一电容C1的另一端连接公共地，所述电阻R的

  一端连接第三MOS管M3的源极和第四MOS管M4的源极，所述电阻R的另一端连接公共地，所述

  第二电容C2的一端连接第五MOS管M5的漏级，所述第二电容C2的另一端连接公共地。

  [0008]进一步地，所述比较器电路包括第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十

  MOS管M10和第三电流源I3，所述第七MOS管M7的源极连接工作电压，所述第七MOS管M7栅极

  连接第七MOS管M7的漏级以及第八MOS管M8的栅极，所述第九MOS管M9的漏级连接第七MOS管

  M7的漏级，所述第九MOS管M9的栅极连接第二电流源I2，所述第九MOS管M9的源极连接第三

  电流源I3的一端，所述第三电流源I3的另一端连接公共地，所述第八MOS管M8的源极连接工

  作电压，所述第八MOS管M8的漏级连接第十MOS管M10的漏级和输出控制电路，所述第十MOS

  管M10的栅极连接第一电流源I1，所述第十MOS管M10源极连接第三电流源I3的一端。

  [0009]进一步地，所述输出控制电路包括：第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS

  MOS管M11的源极连接工作电压，所述十一MOS管M11的栅极连接比较器电路的输出端和第十

  二MOS管M12的栅极，所述第十一MOS管M11的漏级连接第十二MOS管M12的漏级、第十三MOS管

  M13的栅极、第十四MOS管M14的栅极、第十六MOS管M16的栅极；所述第十二MOS管M12的源极

  连接公共地，所述第十三MOS管M13的源极连接工作电压，所述第十三MOS管M13的漏级连接

  第十四MOS管M14的漏级、第二十MOS管M20的栅极和第二十一MOS管M21的栅极，所述第十四

  MOS管M14的源极连接公共地；所述第十五MOS管M15的源极连接工作电压，所述第十五MOS管

  M15的栅极连接第十九MOS管M19的漏级、第十八MOS管M18的栅极和开关网络电路，所述第十

  五MOS管M15的漏级连接第十六MOS管的漏级；所述第十六MOS管M16的源极连接工作电压，所

  述第十六MOS管M16的漏级连接第十九MOS管M19的栅极和第十七MOS管M17的漏级、第二十二

  MOS管M22的栅极和开关网络电路，所述第十七MOS管M17的源极连接第十八MOS管M18的漏

  级，第十八MOS管M18的的源极连接公共地；所述第十九MOS管M19的源极连接工作电压，所述

  第十九MOS管M19的漏级连接第二十MOS管M20的漏级和第二十一MOS管M21的漏级，所述第二

  十MOS管M20的源极连接工作电压，所述第二十一MOS管M21的源极连接第二十二MOS管M22的

  [0010]本发明的有益效果：本发明大大降低了电路失配对振荡频率精度的影响，本发明

  无需复杂处理即可直接输出高精度、低失调影响的方波信号，从而为各类系统提供稳定且

  [0013]为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附

  图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一

  部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

  [0014]在本发明的一个实施例中，图2是根据本发明一种张弛振荡器电路的具体结构提

  [0015]无源器件网络电路11、比较器电路12和输出控制电路13，所述无源器件网络电路

  11包括：第一电流源I1、第二电流源I2、开关网络电路和无源器件电路，所述比较器电路12

  的输出端与所述输出控制电路13的输入端连接，所述第一电流源I1、第二电流源I2分别与

  所述比较器电路12的输入端以及开关网络电路的输入端连接，所述开关网络电路的输出端

  与所述无源器件电路的输入端连接，所述输出控制电路13与所述开关网络电路的控制端连

  [0016]所述无源器件网络电路11分别为所述比较器电路提供两路偏置电压，所述比较器

  电路用于将两路偏置电压的电压差转换为直流电压信号，所述输出控制电路13用于将直流

  电压信号转换为方波信号并生成反馈控制信号，所述开关网络电路可以依据反馈控制信号

  交替将第一电流源I1和第二电流源I2与所述无源器件网络连通，从而控制两路偏置电压。

  [0017]所述开关网络电路包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、

  第五MOS管M5和第六MOS管M6，所述第一MOS管M1的漏级连接第一电流源I1，所述第一MOS管

  M1的源极连接第五MOS管M5的漏级，所述第一MOS管M1的栅极分别连接第二MOS管M2的栅极、

  第三MOS管M3的栅极和输出控制电路13，所述第二MOS管M2的源极连接公共地，所述第二MOS

  管M2的漏级连接第六MOS管M6的源极，所述第三MOS管M3的漏极连接第二电流源I2，所述第

  四MOS管M4的漏级连接第一电流源I1，所述第四MOS管M4的上级连接第六MOS管M6的栅极、第

  五MOS管M5的栅极和输出控制电路13，所述第六MOS管M6的漏级连接第二电流源I2，所述第

  五MOS管M5的源极连接公共地。其中，第一电流源I1的一端连接工作电压，另一端连接第一

  MOS管M1的漏级，第二电流源I2的一端连接工作电压，另一端连接第三MOS管M3的漏极。

  [0018]所述无源器件电路包括第一电容C1、电阻R和第二电容C2，所述第一电容C1的一端

  连接第二MOS管M2的漏级，所述第一电容C1的另一端连接公共地，所述电阻R的一端连接第

  三MOS管M3的源极和第四MOS管M4的源极，所述电阻R的另一端连接公共地，所述第二电容C2

  [0019]所述比较器电路12将输入对管的电压差转换到输出端，所述比较器电路12包括第

  的源极连接工作电压，所述第七MOS管M7栅极连接第七MOS管M7的漏级以及第八MOS管M8的

  栅极，所述第九MOS管M9的漏级连接第七MOS管M7的漏级，所述第九MOS管M9的栅极连接第二

  电流源I2，所述第九MOS管M9的源极连接第三电流源I3的一端，所述第三电流源I3的另一端

  连接公共地，所述第八MOS管M8的源极连接工作电压，所述第八MOS管M8的漏级连接第十MOS

  管M10的漏级和输出控制电路13，所述第十MOS管M10的栅极连接第一电流源I1，所述第十

  [0020]所述输出控制电路13最后整形输出方波信号并控制无源器件网络11。所述输出控

  制电路13包括：第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14、第十

  MOS管M20、第二十一MOS管M21、第二十二MOS管M22；所述十一MOS管M11的源极连接工作电

  压，所述十一MOS管M11的栅极连接比较器电路12的输出端和第十二MOS管M12的栅极，所述

  第十一MOS管M11的漏级连接第十二MOS管M12的漏级、第十三MOS管M13的栅极、第十四MOS管

  M14的栅极、第十六MOS管M16的栅极；所述第十二MOS管M12的源极连接公共地，所述第十三

  MOS管M13的源极连接工作电压，所述第十三MOS管M13的漏级连接第十四MOS管M14的漏级、

  第二十MOS管M20的栅极和第二十一MOS管M21的栅极，所述第十四MOS管M14的源极连接公共

  地；所述第十五MOS管M15的源极连接工作电压，所述第十五MOS管M15的栅极连接第十九MOS

  管M19的漏级、第十八MOS管M18的栅极和开关网络电路，所述第十五MOS管M15的漏级连接第

  十六MOS管的漏级；所述第十六MOS管M16的源极连接工作电压，所述第十六MOS管M16的漏级

  连接第十九MOS管M19的栅极和第十七MOS管M17的漏级、第二十二MOS管M22的栅极和开关网

  络电路，所述第十七MOS管M17的源极连接第十八MOS管M18的漏级，第十八MOS管M18的的源

  极连接公共地；所述第十九MOS管M19的源极连接工作电压，所述第十九MOS管M19的漏级连

  接第二十MOS管M20的漏级和第二十一MOS管M21的漏级，所述第二十MOS管M20的源极连接工

  作电压，所述第二十一MOS管M21的源极连接第二十二MOS管M22的漏级，所述第二十二MOS管

  [0021]本发明的工作过程如下：无源器件网络电路11用于产生比较器电路12的两个输入

  对管的偏置电压。第一电流源I1和第二电流源I2分别由第一MOS管M1、第四MOS管M4与第三

  MOS管M3、第六MOS管M6组成的开关网络调控，交替流入电阻R、第一电容C1或第二电容C2。其

  中，第一电流源I1经由第一MOS管M1、第四MOS管M4动态分配至电阻R和第二电容C2，而电流

  源I2则由第三MOS管M3、第六MOS管M6对应地作用于电阻R和第一电容C1。电阻或电容上压降

  的连续时间变化交替作用于比较器电路12中的输入对管第九MOS管M9和第十MOS管M10，从

  而驱动M8管和M10管的漏端产生电压变化。输出控制电路13接收相应的电压变化，经过整形

  处理后在OUT输出端呈现稳定的方波，同时反馈到第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管

  M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5和第六MOS管M6的栅端电压，形成自适应控制回路，调节无源

  器件网络11中电流源I1和电流源I2的选通以及电容C1和电容C2的充放电过程。

  [0022]与传统结构相比，该结构利用对称的思想，其核心优点是减弱了由电流镜元件

  潜在的不匹配引发的电流波动对系统频率准确度的消极效应。具体来说，即使，第一电流源

  I1与第二电流源I2存在失配问题，但本专利的电路中第一电流源I1与第二电流源I2分别作

  用于同一电阻R，并同步驱动第一电容C1与第二C2进行充电和放电，这种对称的电流分配路

  径使得失配引起的电流差异能够在互补过程中相互抵消，从而实质性地减少了对系统频率

  精度的影响。其次，比较器电路12中的第九MOS管M9和第十MOS管M10交替接受来自电阻R、电

  容C1和电容C2上的压降变化，该压降变化是基于对称的电流源调控产生的。当比较器存在

  失调电压时，由于本发明结构的对称性，失调电压在两个通道中影响的程度相对均衡，因此

  在最终输出的电压变化及由此产生的频率信号中，失调电压的影响被明显降低。最后，输出

  控制电路13通过反馈机制形成的自适应控制回路，进一步确保了第一电流源I1和第二电流

  源I2的精确切换以及第一电容C1和第二电容C2充放电过程的稳定性。经此改进，整体系统

  的精确度与鲁棒性获得了明显地增强，从而确保了即便面临元件失配或比较器失调等不利条

  [0023]最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，

  尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明

  的技术方案做修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖

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