本發(fā)明涉及集成電路(IC)，更具體而言，涉及變頻張弛振蕩器.

背景技術：

圖1是傳統(tǒng)張弛振蕩器100的簡化示意性電路圖.振蕩器100接收決定輸出振蕩頻率的頻率控制信號100i，并且輸出振蕩信號100o，輸出振蕩信號100o的頻率取決于接收的頻率控制信號100i并且輸出振蕩信號100o可以用作時鐘信號.振蕩器100具有置位/復位(SR)鎖存器101和兩個振蕩器子電路102.SR鎖存器101具有置位(S)輸入、復位(R)輸入、Q輸出和互補QB輸出.

每一個振蕩器子電路102都接收(i)頻率控制信號100i，(ii)漏極電源電壓VDD，(iii)源極電源電壓VSS，和(iv)參考電壓VREF.振蕩器100使用兩個基本上相同的振蕩器子電路102，而不是僅僅使用單個振蕩器子電路，因為這兩個子電路102的對稱性可以使得更易于匹配得到的振蕩器輸出信號100o的高低段的特性.

每一個振蕩器子電路102輸出各自的輸出信號102o，其中，子電路102(1)的輸出信號102o(1)被施加到SR鎖存器101的R輸入，子電路102(2)的輸出信號102o(2)被施加到SR鎖存器101的S輸入.SR鎖存器101操作以使得如果S輸入信號102o(2)為高且R輸入信號102o(1)為低，則Q輸出100o為高且QB輸出101a為低，如果R輸入信號102o(1)為高且S輸入信號102o(2)為低，則Q輸出100o為低且QB輸出101a為高.

每一個振蕩器子電路102都包括電流源103、具有漏極端、源極端和柵極端的n溝道場效應晶體管(FET)104、具有第一和第二端及控制輸入的可變電容器105、以及具有正輸入和負輸入及輸出的比較器106.

電流源103接收漏極電源電壓VDD，將電流輸出到節(jié)點107，節(jié)點107連接到(i)FET 104的漏極端，(ii)可變電容器105的第一端，及(iii)比較器106的正輸入.源極電源電壓VSS連接到FET 104的源極和電容器105的第二端。比較 器106的負輸入連接到參考電壓VREF.可變電容器105的電容由輸入信號100i控制，輸入信號100i連接到可變電容器105的控制輸入.每一個FET 104的柵極端連接到SR鎖存器101的相應輸出，其中，F(xiàn)ET 104(1)的柵極由QB輸出101a控制，F(xiàn)ET 104(2)的柵極由Q輸出100o控制.

圖2是圖1的振蕩器100的一些信號的時序圖，即頻率控制信號100i、兩個節(jié)點107(1)和107(2)處的電壓、及輸出信號100o.在時間t₀，Q輸出100o為高，QB輸出101a為低.結果，由Q輸出100o控制的FET 104(2)導通，由QB輸出101a控制的FET 104(1)截止。因此，節(jié)點107(2)處的電壓V₁₀₇₍₂₎借助導通的FET 104(2)保持在零伏的源極電源電壓VSS或附近.由于電容器105(2)沒有充電，可以認為子電路102(2)此時處于空閑狀態(tài).同時，由于電流源103(1)將電流提供給電容器105(1)的第一端，所以節(jié)點107(1)處的電壓V₁₀₇₍₁₎穩(wěn)定上升.

圖2中的參考電壓VREF約為0.4伏。在時間t₁，當電壓V₁₀₇₍₁₎增大到參考電壓VREF以上時，比較器106(1)的輸出102o(1)(提供給SR鎖存器101的R輸入)從低變?yōu)楦?注意，提供給SR鎖存器101的S輸入的比較器106(2)的輸出102o(2)保持為低，因為電壓V₁₀₇₍₂₎在時間t₁保持低于參考電壓VREF。作為在時間t₁比較器106(1)的輸出102o(1)中的切換的結果，Q輸出100o從高變?yōu)榈?，相應地，QB輸出101a從低變?yōu)楦?由于在QB輸出101a從低變?yōu)楦邥rFET 104(1)導通，所以電容器105(1)放電，并且節(jié)點107(1)處的電壓V₁₀₇₍₁₎基本上下降到源極電源電壓VSS.結果，由于電壓V₁₀₇₍₁₎返回到小于參考電壓VREF，所以比較器106(1)的輸出102o(1)相應地返回到低.

在時間t₁與時間t₂之間，F(xiàn)ET 104(2)截止，F(xiàn)ET 104(1)導通。因此，類似于上述操作，當節(jié)點107(1)處的電壓V_107（1）保持在源極電源電壓VSS或附近的同時，節(jié)點107(2)處的電壓V₁₀₇₍₂₎穩(wěn)定上升.在這個時間期間，可以認為子電路102(1)處于空閑狀態(tài).隨后在時間t₂，類似于上述操作，電壓V₁₀₇₍₂₎超過參考電壓VREF，結果，比較器106(2)的輸出102o(2)(提供給SR鎖存器101的S輸入)從低變?yōu)楦摺＝Y果，SR鎖存器101的Q輸出100o從低變?yōu)楦撸琎B輸出101a從高變?yōu)榈?，F(xiàn)ET104(2)導通，電容器105(2)放電，F(xiàn)ET 104(1)截止，隨后重復上述的循環(huán)。

在時間t₃，頻率空制信號100i改變，為可變電容器105的電容設定新的更高值.因為可變電容器105的充電速率取決于其各自的電容，所以增大可變電容器105的電容值延長了循環(huán)周期，相應地，降低了輸出信號100o的循環(huán)頻率.因為在操作中改變了可變電容器105的電容，所以在時間t₃與時間t₄之間出現(xiàn)毛刺，在該毛刺處電壓V₁₀₇₍₁₎短暫地上沖到參考電壓VREF以上，在時間t₄恢復正常操作(現(xiàn)在在新的更低頻率)之前，輸出信號100o的周期被截短.

本文使用的毛刺指的是振蕩器輸出的半個循環(huán)(正或負)，其周期比在前和在后的相應半個循環(huán)短。毛刺也可以由與在前和在后的相應半個循環(huán)不同的不規(guī)則形狀和/或電壓電平來表征.在時間t₄與時間t₅之間，振蕩器100按照以上針對時間t₁與時間t₂所述的操作，但是可變電容器105具有新電容值.在時間t₅，振蕩器100按照以上針對時間t₂所述的操作.在時間t₅與時間t₆之間，振蕩器100按照以上針對時間t₀所述的操作。在時間t₆之后，時間t₄至時間t₆的循環(huán)重復。

在時間t₃與時間t₄之間的毛刺可能不利地影響部件取決于輸出信號100o的操作.因此，獲得無毛刺的張弛振蕩器是有利的.

附圖說明

依據(jù)以下的具體實施方式、所附權利要求書和附圖，本發(fā)明的其他方面、特征和優(yōu)點會變得更清楚，在附圖中，相似的參考標記標明相似或相同的要素.注意，沒有按比例繪制附圖中的要素.

圖1是傳統(tǒng)張弛振蕩器的簡化示意性電路圖；

圖2是圖1的振蕩器的一些信號的時序圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的張弛振蕩器的簡化示意性電路圖；

圖4是圖3的振蕩器的一些信號的示例性時序圖；及

圖5是圖3的FC單元的示例性實現(xiàn)方式的簡化示意圖.

具體實施方式

本文公開了本發(fā)明的詳細示例性實施例。但本文公開的具體結構和功能細節(jié)僅是為了說明本發(fā)明的示例性實施例的代表。本發(fā)明的實施例可以以許多替代形式來體現(xiàn)，并且不應解釋為僅局限于本文闡述的實施例。此外，本文使用 的術語僅是為了說明特定實施例，并非旨在限制本發(fā)明的示例性實施例。

本文使用的單數(shù)形式“一”和“這個”旨在還包括復數(shù)形式，除非上下文明確地以其他方式指出。會進一步理解，術語“包括”、“具有”、“包含”指定表述的特征、步驟或部件的存在，但并不排除一個或多個其他特征、步驟或部件的存在或添加.還應注意，在一些替代實現(xiàn)方式中，記錄的功能/動作可以不按照附圖中記錄的順序來發(fā)生.

參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的張弛振蕩器系統(tǒng)308的簡化示意性電路圖.振蕩器系統(tǒng)308(i)接收決定振蕩器系統(tǒng)308的輸出振蕩頻率的n位頻率控制信號309i，(ii)輸出振蕩信號300o，振蕩信號300o的頻率取決于頻率控制信號309i，并且可以被其他部件(未示出)用作時鐘信號.振蕩器系統(tǒng)308包括頻率控制(FC)單元309和振蕩器300。FC單元309接收輸入309i和300o，輸出兩個n位控制信號309o(1)和309o(2)。振蕩器300基本上類似于圖1的振蕩器100，類似地標記了與振蕩器100的類似元件對應的振蕩器300的元件，但具有不同的前綴。

與其中可變電容器105的電容由單頻控制信號100i控制的振蕩器100不同，振蕩器300的可變電容器305被獨立地控制，并且具有各自對應的輸入控制信號。即，(i)可變電容器305(1)的電容由從FC單元309接收的控制信號309o(1)決定，(ii)可變電容器305(2)的電容由從FC單元309接收的控制信號309o(2)決定。FC單元309使用輸出信號300o來決定傳送控制信號309o的新值的定時.具體而言，當相應振蕩器子電路302處于空閑狀態(tài)以避免導致如上參考圖1的傳統(tǒng)振蕩器100所述的毛刺時，經(jīng)由每一個控制信號309o發(fā)送新值.

在一個可能的實現(xiàn)方式中，每一個可變電容器305都是包括多個組成電容器(未示出)，的數(shù)字可調、開關電容器組，其中，控制信號309o表示二進制數(shù)，該二進制數(shù)確定多少、哪些或多少百分比的組成電容器被激活并連接到相應的電流源CF和源極電源電壓VSS.本領域普通技術人員將領會，存在許多方式來編碼控制信號309o上的值以具有相應可變電容器305的希望的結果電容.例如，如果可變電容器305具有最大電容C_MAX，控制信號309o是2位信號，那么控制信號309o上的00、01、10和11可以分別表示C_MAX的25％、50％、75％和100％。

響應于借助頻率控制信號309i接收到新的或變化的值，F(xiàn)C單元309基于輸出信號300o確定每一個振蕩器子電路302的空閑時段，隨后在相應的空閑時段中更新每一個可變電容器305的電容，以防止如振蕩器100發(fā)生的輸出毛刺.在更新了可變電容器305中的一個的電容值后，優(yōu)選地在輸出300o的隨后緊接著的半個循環(huán)中更新另一個可變電容器的電容值，以便在輸出信號300o上提供新頻率的規(guī)則的方波。

圖4是圖3的振蕩器系統(tǒng)308的一些信號的示例性時序圖，即頻率控制信號309i、兩個控制信號309o、兩個節(jié)點307處的電壓、和輸出信號300o.從時間t₀至時間t₃(包括在時間t₁與時間t₂)，Q輸出300o、QB輸出301a、節(jié)點307(2)處的電壓V₃₀₇₍₂₎和節(jié)點307(1)處的電壓V₃₀₇₍₁₎的表現(xiàn)與以上對于其在圖2中的相應信號(分別為Q輸出100o、QB輸出101a、電壓V₁₀₇₍₂₎和電壓V₁₀₇₍₁₎)所述的基本上相同。另外注意，示例性參考電壓VREF(圖4中末示出)與圖2中一樣約為0.4伏。

隨后，在時間t₃，頻率控制信號309i改變以便為可變電容器305的電容設定新的更高值，如上解釋的，這會導致輸出信號300o的循環(huán)周期的延長(循環(huán)頻率的相應降低)。在與輸出信號300o的下一個上升重合的時間t₄，控制信號309o(2)將新的更高電容值傳送到可變電容器305(2)，可變電容器305(2)剛剛在時間t₄放電并因此將在輸出信號300o的隨后半個循環(huán)中處于空閑直至時間t₅為止.

在與輸出信號300o的下一個下降重合的時間t₅，控制信號309o(1)將新的更高電容值傳送到可變電容器305(1)，可變電容器305(1)剛剛在時間t₅放電并因此將在輸出信號300o的隨后半個循環(huán)中處于空閑直至時間t₆為止。在時間t₅與時間t₆之間，F(xiàn)ET 304(2)截止，因此電壓V₃₀₇₍₂₎隨著可變電容器305(2)(現(xiàn)在為其新的更高電容值)被相應的電流源CF(2)充電而穩(wěn)定上升。

在時間t₆，電壓V₃₀₇₍₂₎超過參考電壓VREF，類似于上述的過程(但涉及比較器306(2)、FET 304和SR鎖存器301)這使得可變電容器305(2)放電，可變電容器305(1)(現(xiàn)在也為其新的更高電容值)開始穩(wěn)定地充電。在時間t₆后，輸出信號300o繼續(xù)以新的更低頻率振蕩。

FC單元309可以根據(jù)在任何特定時間哪個可變電容器305處于空閑來控制其輸出309o.可以基于Q輸出信號300o的瞬時值和/或Q輸出信號300o的上 升與下降確定哪個子電路處于空閑.具體而言，(i)如果輸出信號300o在上升后為高，那么可變電容器305(2)處于空閑，(ii)如果輸出信號300o在下降后為低，那么可變電容器305(1)處于空閑。

FC單元309延遲控制輸入309i上的新值到控制信號309o(1)和/或309o(2)的傳送，以使得可變電容器305的電容值在可變電容器305充電時不改變.相反，新值經(jīng)由每一個控制輸出309o的傳送被定時為使得在可變電容器305處于空閑時可變電容器305的電容值被改變。在一個實現(xiàn)方式中，F(xiàn)C單元309可以利用邊沿觸發(fā)觸發(fā)器來確保新值經(jīng)由控制輸出信號309o的上述受控傳送.

圖5是FC單元309的示例性實現(xiàn)方式的簡化示意圖.FC單元309包括n個數(shù)據(jù)處理子電路501，每一個用于處理n位頻率控制信號309i的相應位.具體而言，n個子電路501中的每一個處理頻率控制信號309i的相應位309i(j)，其中，i是從1到n的整數(shù).子電路501包括兩個傳送電路502.每一個傳送電路502包括一個D觸發(fā)器503、一個時鐘門控元件504、一個異或門505和兩個與門506和507.

D觸發(fā)器503具有(i)D輸入、時鐘輸入、置位輸入和復位輸入，及(ii)Q輸出.D觸發(fā)器503的D輸入接收數(shù)據(jù)位309i(j)。注意，D觸發(fā)器503(1)具有負邊沿觸發(fā)的時鐘輸入，而D觸發(fā)器503(2)具有正邊沿觸發(fā)的時鐘輸入。D觸發(fā)器503在借助其時鐘輸入觸發(fā)時經(jīng)由其Q輸出傳送數(shù)據(jù)位309i(j)，否則保持以前的Q輸出。

時鐘門控元件504具有使能輸入和時鐘輸入及門控時鐘輸出.注意，時鐘門控元件504(1)的時鐘輸入是正邊沿觸發(fā)的，而時鐘門控元件504(2)的時鐘輸入是負邊沿觸發(fā)的。時鐘門控元件504的門控時鐘輸出504o被提供給相應D觸發(fā)器503的時鐘輸入.時鐘門控元件504運行以：(i)當使能輸入為高時經(jīng)由其門控時鐘輸出504o傳遞接收的時鐘輸入300o，(ii)當使能輸入為低時，經(jīng)由其門控時鐘輸出504o提供穩(wěn)定輸出.注意，當相應的使能輸入為低時，時鐘門控元件504(1)提供穩(wěn)定的低輸出，而當相應的使能輸入為低時，時鐘門控元件504(2)提供穩(wěn)定的高輸出.

異或門505起到比較器的作用，以確定數(shù)據(jù)位309i(j)的值是否已改變。具體而言，異或門505比較(i)數(shù)據(jù)位309i(j)與(ii)D觸發(fā)器503的Q輸出，如果二者不同則輸出1(高)，或者如果二者相同則輸出0(低)。異或門505的輸出505o 被提供給時鐘門控元件504的使能輸入.因此，如果數(shù)據(jù)位309i(j)與D觸發(fā)器503的Q輸出不同，則時鐘門控元件504(i)進入傳遞狀態(tài)，(ii)如果數(shù)據(jù)位309i(j)與D觸發(fā)器503的Q輸出相同，則時鐘門控元件504(j)進入時鐘阻塞狀態(tài)。時鐘阻塞狀態(tài)對于限制由D觸發(fā)器503使用的能量是有用的，因為如果不觸發(fā)D觸發(fā)器503的時鐘輸入則它使用的能量較少。

D觸發(fā)器503、異或門505和時鐘門控元件504一起工作以使得：(i)在數(shù)據(jù)位309i(j)保持不變時(換句話說，在數(shù)據(jù)位309i(j)與D觸發(fā)器503的Q輸出相同時)時鐘門控元件504防止時鐘信號300o到達D觸發(fā)器503的時鐘輸入，由于不觸發(fā)D觸發(fā)器503的時鐘輸入所以其處于省電模式，(ii)如果數(shù)據(jù)位309i(j)改變(換句話說，如果數(shù)據(jù)位309i(j)與D觸發(fā)器503的Q輸出不同)那么時鐘門控元件504將時鐘信號300o傳送到D觸發(fā)器503的時鐘輸入，這然后導致D觸發(fā)器503的Q輸出更新為數(shù)據(jù)位309i(j)的新值.D觸發(fā)器503的Q輸出的更新進而導致異或門505的輸出(它還是時鐘門控元件504的使能輸入)返回低，因此使得時鐘門控元件504再次阻塞時鐘信號300o到D觸發(fā)器503的時鐘輸入的傳送.這導致D觸發(fā)器503返回省電模式.

如上所述，由于在相應的傳送電路502(1)與502(2)中使用不同的邊沿觸發(fā)設置，所以控制輸入309i的新值在第一時間經(jīng)由控制輸出309o(1)傳送，并且在第二不同時間經(jīng)由控制輸出309o(2)傳送，如圖4中可見的.

與門506和507用于控制相應D觸發(fā)器503的置位和復位輸入，及控制芯片復位信號502r的傳送，芯片復位信號502r例如在為包含振蕩器系統(tǒng)308的集成電路器件(未示出)通電時被使用.注意，替代實施例可以無需與門506和507.

已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，其中，可變電容器是電容器組，所述電容器組的電容通過改變電容器組中連接的和/或有效的電容器的數(shù)量來控制。但本發(fā)明不限于此.在一些替代實施例中，使用了不同類型的數(shù)字可調電容器，諸如例如數(shù)字可調變容二極管。在一些替代實施例中，可變電容器可以由模擬信號來調節(jié)。本領域普通技術人員將領會，替代實施例將對控制信號的類型進行相應的修改以設定替代可變電容器的電容。

已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，其中，通過控制張弛振蕩器的可變電容器部件的電容來控制張弛振蕩器的頻率(即，F(xiàn)C單元接收單頻控制信號，并且將兩 個相應的電容控制信號輸出到所述兩個振蕩器子電路).但本發(fā)明不限于此。在本發(fā)明的替代實施例中，通過控制除了張弛振蕩器的可變電容器部件的電容以外的性質來控制張弛振蕩器的頻率.注意，在這些替代實施例中，可以使用固定電容器來代替上述的可變電容器.

例如，在一些替代實施例中，通過改變參考電壓的值來控制頻率，其中，F(xiàn)C單元接收單頻控制信號，并且將兩個相應的參考電壓控制信號輸出到所述兩個振蕩器子電路.注意，升高參考電壓延長了振蕩器輸出的周期并降低了振蕩器輸出的頻率。在一些其他替代實施例中，通過改變由電流源提供給電容器的電流來控制頻率，其中，F(xiàn)C單元接收單頻控制信號，并且將兩個相應的電流源電流控制信號輸出到所述兩個振蕩器子電路.注意，增大電流縮短了振蕩器輸出的周期并增大了振蕩器輸出的頻率。

已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，其中，F(xiàn)C單元實質上分離并延遲由FC單元接收的頻率控制信號，并將輸出控制信號提供給相應的可變電容器.但本發(fā)明不限于此.在替代實施例中，F(xiàn)C單元可以進一步改變接收的頻率控制信號，以便提供給可變電容器.例如，F(xiàn)C單元可以：(i)接收串行頻率控制信號并且提供并行控制信號，或者反之亦然；(ii)接收一種分辨率的頻率控制信號并且提供不同分辨率的輸出控制信號，以便增大或減小信號中的位的數(shù)量；(iii)將控制信號從模擬轉換為數(shù)字，或者反之亦然；或者(iv)接收一種類型的頻率控制信號(例如，變化的電容、電壓、電流、頻率或周期)并且提供不同類型的輸出控制信號。

已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，其中，F(xiàn)C單元延遲新接收的輸入控制值到兩個振蕩器子電路的傳送。但本發(fā)明不限于此.在替代實施例中，當FC單元接收到新值時，F(xiàn)C單元將新頻率控制值立即傳送到處于空閑的振蕩器子電路，隨后當另一個振蕩器子電路變?yōu)榭臻e時，將該新值傳送到另一個振蕩器子電路。

已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，其中，每一個FC單元包括時鐘門控元件。但注意，時鐘門控元件是可選的，替代實施例可以無需時鐘門控元件.

已經(jīng)描述了使用SR鎖存器的本發(fā)明的實施例。但本發(fā)明不限于此。在本發(fā)明的替代實施例中，將不同類型的鎖存器用于振蕩器電路.注意，本文使用的術語鎖存器通常指代適于接收至少兩個輸入并提供至少一個輸出的雙穩(wěn)態(tài)數(shù)字電路，.

已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，其中，F(xiàn)C單元從振蕩器的鎖存器接收Q輸出，用于確定振蕩器子電路的空閑/非空閑狀態(tài)。但本發(fā)明不限于此。在替代實施例中，使用不同邏輯的FC單元從振蕩器的鎖存器接收互補QB輸出，用于確定振蕩器子電路的空閑/非空閑狀態(tài)。注意，Q輸出或互補QB輸出可以用作提供給FC單元的反饋信號.此外注意，Q輸出或互補QB輸出可以用作振蕩器系統(tǒng)的時鐘信號輸出.

已經(jīng)描述了使用特定邏輯部件的本發(fā)明的實施例。但本發(fā)明不限于所述的特定邏輯部件.替代實施例可以使用替代邏輯部件以及另外的部件(諸如例如反相器)來反轉多個信號，而仍然實現(xiàn)相同的功能。

盡管以具有相應標記的特定順序表述了在以下的方法權利要求中的步驟，除非權利要求表述另外暗示了用于實施這些步驟中的部分或全部的特定順序，否則這些步驟不必局限于以該特定順序來實施。