地，如圖6所示，在第二反相器inv2的輸出端和開關管MP的柵極之間接 入兩個串聯(lián)的反相器inv3和inv4。也即環(huán)形諧振器還可包括第Ξ反相器inv3和第四反相器 inv4。第Ξ反相器inv3的輸入端連接第二反相器inv2的輸出端，第Ξ反相器inv3的輸出端 連接第四反相器inv4的輸入端，第四反相器inv4的輸出端連接開關管MP的控制端。運樣，反 相器在小信號等效上可W理解為放大器，通過兩級放大器，可W很快地放大信號，W來加速 柵極電壓化C由低電平變化至高電平V孤的時間?；疌由低電平變化至高電平VDD的時間長短 也是上升時間tciki長短的一個影響因素。因此，當增加兩個反相器inv3和inv4加速化C由低 電平變化至高電平VDD后，有助于縮短上升時間tciki，有助于使其遠遠小于時間常數(shù)RC，便 于在后續(xù)做簡化省略。
[0033] 第二階段:開關管MP關斷后，電容C與等效電阻組成放電回路。此時，開關管MP的關 斷電阻無窮大，不會與C組成放電回路。則等效電阻為電阻R，因此即為電阻R和電容C組成放 電回路。電容C兩端的電壓Vout由V孤開始下降，當Vout下降至(V孤-Vthp)時(Vthp為第一反 相器invl輸入信號下降沿的闊值電壓，也即PM0S開關管S2的闊值電壓Vthp)，第一反相器 invl輸出高電平，經(jīng)過第二反相器inv2后，輸出低電平，則柵極電壓Vpc很快變化至低電平。 振蕩器將進入下一個周期的第一階段，周而復始，最終電容C兩端的電壓Vout產(chǎn)生周期變化 的時鐘信號。在該電路中，開關管MP關斷后，第一反相器invl的輸入電容相對C很小，可W忽 略不計。在該放電過程中，放電回路由最簡單的電阻R和電容C組成，可W推算出，電容的瞬 態(tài)電壓Wt)滿足：
[0034] (2)
[0035] 其中，Vo表示電容的初始電壓，R為電阻R的阻值，C表示電容的容值。該電路中，電 容C的初始電壓為V孤，經(jīng)過時間tcik2后，電容電壓下降至(V孤-Vthp)，可W計算出：
[0036] tcik2 = RC · (ln(VDD/(VDD-Vthp)) (3)
[0037] 綜合第一階段和第二階段的分析，可得到振蕩器的時鐘周期為：
[003引 tcik = tciki+tcik2 * RC · ln(VDD/(VDD-Vthp)) (4)
[0039] 即振蕩器的時鐘周期依賴于電阻R、電容C、電源電壓VDD及第一反相器中PMOS開關 管S 2的闊值電壓V thp。
[0040] 電路中，振蕩器的電源電壓由具有高電源抑制比的線性穩(wěn)壓器化DO)來提供，所W 振蕩器的電源電壓VDD可W保持恒定。電容選用金屬-絕緣層-金屬(MIM)電容，因此電容C的 容值幾乎不隨溫度變化。而電阻R的阻值是隨溫度線性變化的，例如片上電阻，其溫度特性 可W近似表達為：
[0041 ] R(T)=Ro(l 巧 C(T-To)) (5)
[0042] 其中R(T)為電阻在不同溫度下的阻值，To為25°C，Ro為25°C時的電阻阻值，TC為電 阻的溫度系數(shù)，TC的數(shù)值一般在0.001量級左右。由不同材料制備的電阻會具備不同的溫度 系數(shù)TC，溫度系數(shù)可W為正值，也可W為負值，但其絕對值均在0.001量級左右。
[0043] 對于第一反相器中PM0S開關管S2的闊值電壓Vthp,其隨溫度的變化的表達式為：
[0044] Vthp = V化ρ〇_α . (Τ_Το) (6)
[0045] 其中，To為25°C，Vthpo為25°C時所述第一反相器中的PMOS開關管S2的闊值電壓，為 常數(shù)，在0.5V左右。α在(0.5~3)mV/°C的范圍內(nèi)。
[0046] 將公式(5)和(6)代入公式(4)中，可W推算得到如下表達式(7):
[0047]
[0048] 在上述環(huán)形諧振器中，第一反相器的輸入信號下降沿的闊值電壓隨溫度線性變 化，且線性變化的比例系數(shù)在(0.5~3)mV/°C的范圍內(nèi)，值很小，則在一定溫度范圍內(nèi)（如0 ~100°C)，可W近似計算得到如下表達式(8):
[0049]
[0050] 各器件加工制作后，上述表達式中的參數(shù)Vthp〇，a，TC都是常數(shù)，是固定的。如果運 Ξ個參數(shù)滿足：f'/了'為0，則該振蕩器的時鐘周期將不隨溫度變化。如果運Ξ個參數(shù) 滿足：
為非0,由于上述表達式中，Vthpo在0.5V左右，α在(0.5~3)mV/°C的范圍 內(nèi)，電阻的溫度系數(shù)TC在0.001量級，所巧經(jīng)過計算后也是一個接近0且遠小 于1的值，即此時振蕩器的時鐘周期將隨溫度小幅度地線性變化。
[0051] 綜上，圖3和圖6中設計的環(huán)形振蕩器的振蕩頻率主要由電阻、電容等的參數(shù)決定， 最終能產(chǎn)生穩(wěn)定或者隨溫度小幅度線性變化的參考時鐘，且結(jié)構(gòu)設計簡單，可作為參考時 鐘產(chǎn)生電路的優(yōu)選選擇方案，其產(chǎn)生的振蕩時鐘周期信號tclk即是作為參考時鐘信號 clkref〇
[(K)日2] 開關時鐘產(chǎn)生電路500
[0053] 為配合時間轉(zhuǎn)換電路中的兩路方案的設計，需產(chǎn)生兩個時鐘信號，因此基于參考 時鐘產(chǎn)生電路的參考時鐘信號clkref倍頻處理得到兩個時鐘信號。此處倍頻處理的放大倍 數(shù)根據(jù)數(shù)字電路中數(shù)字轉(zhuǎn)換時的比特位決定。數(shù)字轉(zhuǎn)換電路是η比特位的，則此處倍頻通過 2D+1倍頻電路進行擴展處理。
[0054] 如圖7所示，為本【具體實施方式】中開關時鐘產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)示意圖。本具體實施方 式中，數(shù)字轉(zhuǎn)換電路400中產(chǎn)生的量化輸出為12bit的，因此先將參考時鐘通過2"倍頻電路 進行擴展，得到倍頻信號clksc。圖中用級聯(lián)異步D觸發(fā)器來實現(xiàn)倍頻電路。然后，用任意傳 統(tǒng)的兩相非重疊時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生得到兩個開關時鐘信號Φ1和Φ2。
[0化日]溫度感測電路100
[0056] 本【具體實施方式】中溫度感測電路100包括第一感測電阻R1和第二感測電阻R2,用 于分別提取第一感測電阻R1上的第一電壓VI，第二感測電阻R2上的第二電壓V2,第一電流 信息值IclW及第二電流信息值Ic2,其中，Icl = Ic2 = W，I為第一感測電阻和第二感測電 阻上流過的電流，β為倍數(shù)系數(shù)。通過設置兩路感測電阻，從而實現(xiàn)后續(xù)的差分處理。
[0057] 感測電阻為片上電阻，不同的感測電阻具有不同溫度系數(shù)，本【具體實施方式】中，第 一感測電阻R1具有正溫度系數(shù)TC1、第二感測電阻R2具有負溫度系數(shù)(-TC2)。如均為正溫度 系數(shù)或者均為負溫度系數(shù)的方案也是可行的。本【具體實施方式】中，第一感測電阻R1和第二 感測電阻R2的溫度特性表示為：
[005引 Ri(T)=Ri0(l+TCi(T-T0)) (9)
[0059] R2(T)=I?20(1-TC2(T-T0)) (10)
[0060] 其中，Rio和R20分別為R1和R2在化。C時的電阻阻值。
[0061] 如圖8所示，本【具體實施方式】中溫度感測電路100提取第一感測電阻R1和第二感測 電阻R2的電流及電壓。電路中，第一感測電阻R巧日共源共柵晶體管M5和M6形成一條支路，支 路電流為I，R1的電壓為VI。第二感測電阻R2和共源共柵晶體管M7和M8形成一條支路，M7 (M8)與M5(M6)的晶體管尺寸相同，支路電流為I，R2的電壓為V2。此外，電流I通過兩個共源 共柵支路分別鏡像成Ic巧日Ic2。其中，M3(M4)和^(12)的柵極長度與17、15(18、16)相同，13 (M4)和Ml (M2)的柵極寬度是M7、M5(M8、M6)柵極寬度的β倍(β小于1)，從而電流鏡像倍數(shù)系 數(shù)為0。圖8中，晶體管Ml~Μ10的柵極電壓由常用的自偏置電路產(chǎn)生。
[0062] 圖8中，各支路電壓及電流關系可W表達為：
[0063] Vi = IRi = IRi〇(lWCi(T-To)) (11)
[0064] V2 = II?2 = IR20(1 巧 C2(T-To)) (12)
[00化]Ici =的（13)
[0066] Ic2 =的（14)
[0067] 圖8所示的電路圖中，還示意了參考電壓產(chǎn)生電路部分，同樣借助自偏置電路，通 過晶體管和電阻實現(xiàn)。電阻Rf和共源共柵晶體管M9和M10形成支路，電阻Rf的電壓VrW作為 參考電壓用于輸入后續(xù)的時間轉(zhuǎn)換電路中。參考電壓部分，電阻化的溫度系數(shù)不重要，故不 展開討論。
[0068] 時間轉(zhuǎn)換電路200
[0069] 時間轉(zhuǎn)換電路可W由電容充電及電壓比較電路來實現(xiàn)。優(yōu)選地，設置兩路進行差 分處理。具體地，基于前述提取兩路信號的溫度感測電路，時間轉(zhuǎn)換電路包括電容值相等的 第一充電電容C1和第二充電電容C2,用于接收所述第一電壓VI、第二電壓V2分別作為所述 第一充電電容C1、第二充電電容C2的初始電壓，并通過所述第一電流信息值IclW及第二電 流信息值Ic2對所述第一充電電容C1、第二充電電容C2進行充電，轉(zhuǎn)換得到所述第一充電電 容C1、第二充電電容C2分別充電到參考電壓Vf的第一時間信息、第二時間信息，所述第一時 間信息、第二時間信息在不同時刻產(chǎn)生電平的跳變。
[0070] 圖9示出了具體的電路結(jié)構(gòu)圖。時間轉(zhuǎn)換電路包括兩組轉(zhuǎn)換電路，分別完成第一時 間信息、第二時間信息的轉(zhuǎn)換。各組轉(zhuǎn)換電路包括第一開關SW1、第二開關SW2、一充電電容、 一比較器。第一開關SW1的控制端接收前述開關時鐘產(chǎn)生電路500產(chǎn)生的第一時鐘信號Φ1， 第一端接收相應電壓，第二端連接充電電