本實用新型涉及一種高穩(wěn)定度低功耗片上OSC電路，屬于振蕩器電路技術領域。

背景技術：

振蕩器作為一種頻率源在大多數(shù)電子系統(tǒng)中是必不可少的組成部分，更是通信系統(tǒng)的核心。振蕩器類型主要有四種：環(huán)形振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器和張弛振蕩器。環(huán)形振蕩器的電路較為簡單，易發(fā)生振蕩，也較容易集成，但是延時網(wǎng)絡的頻率不利于做出靈活的選擇，功耗較高、相位噪聲大。電感電容振蕩器由于電感在集成電路中不易集成，因此很少被使用。晶體振蕩器相對于環(huán)形振蕩器和電感電容振蕩器而言輸出頻率精度最高且不受溫度和電源電壓影響，性能指標最優(yōu)。但是由于晶體振蕩器的成本很高而且功耗也比環(huán)形振蕩器和電感電容振蕩器更大，故沒有廣泛應用于市場各種電子產(chǎn)品，只在一些對于振蕩器頻率精度要求非常高的領域內(nèi)使用。張弛振蕩器的原理則是利用電流周期性地對電容進行充放電完成振蕩，這種振蕩器具有結構簡單、容易控制、線性度高、能產(chǎn)生鋸齒波和方波等優(yōu)點。

一種傳統(tǒng)振蕩器的結構如圖1所述，電路主要由PMOS管M1和NMOS管M2，開關SW1和SW2、高位比較器和低位比較器以及控制部分組成。其工作過程如下：由PMOS管M1提供電流I1，由NMOS管M2提供電流I2。電源剛上電時，電容電壓V_C為低電平，此電平經(jīng)過比較器產(chǎn)生一個邏輯，從而控制SW1導通，SW2斷開，則電流I1對電容C充電，使得V_C不斷升高，當V_C高于高位比較器閾值電壓V_H時，輸出邏輯發(fā)生跳變，進而使得SW1關斷，SW2導通，即電流I2對電容放電，使得V_C不斷降低，直到V_C降低到低于低位比較器的閾值電壓V_L時，輸出邏輯再次發(fā)生跳變，此時又進入充電狀態(tài)，這樣不斷反復就可以在電容器上輸出連續(xù)不斷的振蕩波形。振蕩周期由電流I1、I2，電容C以及閾值差V_H-V_L決定。這種傳統(tǒng)的結構需要兩個比較器，結構較為復雜，且面積較大，消耗功率較大，另外電流源由外部偏置形成的普通電流源，電流的穩(wěn)定度不高。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種高穩(wěn)定度低功耗片上OSC電路，結構簡單、占用芯片面積小、功耗小、高穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定，應用于計時電路中，具有良好的實用價值。

為達到上述目的，本實用新型提供一種高穩(wěn)定度低功耗片上OSC電路，包括充放電電路和控制電路；

所述充放電電路，由電流源對電容進行充放電，開關管控制電容的充放電；

所述控制電路，將所述充放電電路輸出的電平狀態(tài)進行轉換，產(chǎn)生振蕩器最終的輸出信號，所述振蕩器輸出信號又控制所述充放電電路中開關管的開關；

所述充放電電路包括電流源I1、電流源I2、NMOS管M1、PMOS管M2、電容C1、電容C2；所述電流源I1的負極、所述PMOS管M2的源極和所述電容C2的下極板均連接直流電源VDD，所述電流源I1的正極與所述NMOS管M1的漏極相連接于節(jié)點D1，所述電容C1的上極板連接節(jié)點D1，所述電容C1的下極板、所述NMOS管M1的源極和所述電流源I2的正極連接地GND，所述PMOS管M2的柵極與所述NMOS管M1的柵極相連接于節(jié)點D3，所述電容C2的下極板與所述PMOS管M2的漏極相連接于節(jié)點D2，所述電流源I2的負極連接節(jié)點D2；

所述控制電路的輸入端連接節(jié)點D1、節(jié)點D2，所述控制電路的輸出端連接節(jié)點D3。

優(yōu)先地，所述控制電路包括反相器INV1、反相器INV2、反相器INV3、反相器INV4、二輸入或非門NOR1以及RS觸發(fā)器；所述反相器INV1的輸入端連接所述充放電電路中的節(jié)點D1，所述反相器INV1的輸出端連接所述RS觸發(fā)器的S端，所述反相器INV2的輸入端連接節(jié)點D2，所述反相器INV2的輸出端連接所述反相器INV3的輸入端，所述反相器INV3的輸出端連接所述RS觸發(fā)器的R端，所述RS觸發(fā)器的輸出端Q接所述二輸入或非門NOR1的其中一個輸入端，所述二輸入或非門NOR1的另一個輸入端連接外部信號IN1，所述二輸入或非門NOR1的輸出端OSC接所述反相器INV4的輸入端，所述反相器INV4的輸出端連接節(jié)點D3。

優(yōu)先地，所述電流源I1包括PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、PMOS管M6、NMOS管M7和NMOS管M8，所述PMOS管M3的源極、所述PMOS管M4的源極均連接直流電源VDD，所述PMOS管M3的漏極連接所述PMOS管M5的源極，所述PMOS管M3的柵極連接所述PMOS管M4的柵極，所述PMOS管M3的柵極連接所述PMOS管M3的漏極，所述PMOS管M4的漏極連接所述PMOS管M6的源極，所述PMOS管M5的柵極連接所述PMOS管M5的漏極，所述PMOS管M5的漏極連接所述NMOS管M7的漏極，所述PMOS管M5的柵極連接所述PMOS管M6的柵極，所述PMOS管M6的漏極與所述電容C1的上極板連接于節(jié)點D1，所述NMOS管M1的漏極連接所述節(jié)點D1,所述NMOS管M7的源極與所述NMOS管M8的漏極連接，所述NMOS管M8的源極連接到地GND。

優(yōu)先地，所述電流源I2包括NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11和NMOS管M12，所述NMOS管M9的漏極與所述電容C2的上極板連接于節(jié)點D2，所述NMOS管M10的柵極連接所述NMOS管M10的漏極，所述NMOS管M10的漏極連接所述NMOS管M7的柵極，所述NMOS管M10的柵極連接所述NMOS管M9的柵極，所述NMOS管M9的源極與所述NMOS管M11的漏極連接，所述NMOS管M12的柵極連接所述NMOS管M12的漏極，所述NMOS管M12的漏極連接所述NMOS管M10的源極，所述NMOS管M12的柵極連接所述NMOS管M11的柵極，所述NMOS管M12的柵極連接所述NMOS管M8的柵極，所述NMOS管M11的源極、所述NMOS管M12的源極均連接到地GND。

優(yōu)先地，包括NMOS管M13，所述NMOS管M13的柵極連接直流電源VDD，所述NMOS管M13的源極和所述NMOS管M13的漏極均連接到地GND。

優(yōu)先地，電流源I1、電流源I2均采用共源共柵電流鏡方式鏡像電流。

本實用新型所達到的有益效果：

本實用新型提供了一種改進的OSC電路，電路結構簡單，功耗低，能夠實現(xiàn)輸出振蕩功能；所述電流源由共源共柵電流鏡來鏡像電流，因此產(chǎn)生的電流I1、I2穩(wěn)定度高，從而使得OSC電路的振蕩頻率穩(wěn)定；所述NMOS管M13為去耦電容，可以穩(wěn)定電源電壓，使得產(chǎn)生的電流穩(wěn)定，同時提高OSC電路的振蕩頻率穩(wěn)定性，噪聲低；本實用新型省卻了原有技術中的比較器和控制部分，而采用反相器、二輸入或非門和RS觸發(fā)器，占用芯片面積小。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術中一種傳統(tǒng)振蕩器結構示意圖；

圖2為本實用新型的電路圖；

圖3為本實用新型的具體實施實例；

圖4為本實用新型中RS觸發(fā)器的具體實施實例。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

本實用新型提供一種高穩(wěn)定度低功耗片上OSC電路，包括充放電電路和控制電路；

所述充放電電路，由電流源對電容進行充放電，開關管控制電容的充放電；

所述控制電路，將所述充放電電路輸出的電平狀態(tài)進行轉換，產(chǎn)生振蕩器最終的輸出信號，所述振蕩器輸出信號又控制所述充放電電路中開關管的開關；

所述充放電電路包括電流源I1、電流源I2、NMOS管M1、PMOS管M2、電容C1、電容C2；所述電流源I1的負極、所述PMOS管M2的源極和所述電容C2的下極板均連接直流電源VDD，所述電流源I1的正極與所述NMOS管M1的漏極相連接于節(jié)點D1，所述電容C1的上極板連接節(jié)點D1，所述電容C1的下極板、所述NMOS管M1的源極和所述電流源I2的正極連接地GND，所述PMOS管M2的柵極與所述NMOS管M1的柵極相連接于節(jié)點D3，所述電容C2的下極板與所述PMOS管M2的漏極相連接于節(jié)點D2，所述電流源I2的負極連接節(jié)點D2；

所述控制電路的輸入端連接節(jié)點D1、節(jié)點D2，所述控制電路的輸出端連接節(jié)點D3。

進一步地，所述控制電路包括反相器INV1、反相器INV2、反相器INV3、反相器INV4、二輸入或非門NOR1以及RS觸發(fā)器；所述反相器INV1的輸入端連接所述充放電電路中的節(jié)點D1，所述反相器INV1的輸出端連接所述RS觸發(fā)器的S端，所述反相器INV2的輸入端連接節(jié)點D2，所述反相器INV2的輸出端連接所述反相器INV3的輸入端，所述反相器INV3的輸出端連接所述RS觸發(fā)器的R端，所述RS觸發(fā)器的輸出端Q接所述二輸入或非門NOR1的其中一個輸入端，所述二輸入或非門NOR1的另一個輸入端連接外部信號IN1，所述二輸入或非門NOR1的輸出端OSC接所述反相器INV4的輸入端，所述反相器INV4的輸出端連接節(jié)點D3。

進一步地，所述電流源I1包括PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、PMOS管M6、NMOS管M7和NMOS管M8，所述PMOS管M3的源極、所述PMOS管M4的源極均連接直流電源VDD，所述PMOS管M3的漏極連接所述PMOS管M5的源極，所述PMOS管M3的柵極連接所述PMOS管M4的柵極，所述PMOS管M3的柵極連接所述PMOS管M3的漏極，所述PMOS管M4的漏極連接所述PMOS管M6的源極，所述PMOS管M5的柵極連接所述PMOS管M5的漏極，所述PMOS管M5的漏極連接所述NMOS管M7的漏極，所述PMOS管M5的柵極連接所述PMOS管M6的柵極，所述PMOS管M6的漏極與所述電容C1的上極板連接于節(jié)點D1，所述NMOS管M1的漏極連接所述節(jié)點D1,所述NMOS管M7的源極與所述NMOS管M8的漏極連接，所述NMOS管M8的源極連接到地GND。

進一步地，所述電流源I2包括NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11和NMOS管M12，所述NMOS管M9的漏極與所述電容C2的上極板連接于節(jié)點D2，所述NMOS管M10的柵極連接所述NMOS管M10的漏極，所述NMOS管M10的漏極連接所述NMOS管M7的柵極，所述NMOS管M10的柵極連接所述NMOS管M9的柵極，所述NMOS管M9的源極與所述NMOS管M11的漏極連接，所述NMOS管M12的柵極連接所述NMOS管M12的漏極，所述NMOS管M12的漏極連接所述NMOS管M10的源極，所述NMOS管M12的柵極連接所述NMOS管M11的柵極，所述NMOS管M12的柵極連接所述NMOS管M8的柵極，所述NMOS管M11的源極、所述NMOS管M12的源極均連接到地GND。

進一步地，包括NMOS管M13，所述NMOS管M13的柵極連接直流電源VDD，所述NMOS管M13的源極和所述NMOS管M13的漏極均連接到地GND。

進一步地，電流源I1、電流源I2均采用共源共柵電流鏡方式鏡像電流。

一種高穩(wěn)定度低功耗片上OSC電路的控制方法，包括以下步驟：

狀態(tài)0：控制電路中二輸入或非門NOR1的一個輸入端所接的外部信號IN1初始狀態(tài)輸入為1，持續(xù)時間為A，則初始狀態(tài)時振蕩器的輸出OSC為0；

狀態(tài)1：反相器INV4的輸出為1，反饋到所述充放電電路中NMOS管M1的柵極、PMOS管M2的柵極，使得NMOS管M1導通、PMOS管M2關斷，則NMOS管M1的漏極即節(jié)點D1為低電平，PMOS管M2的漏極即節(jié)點D2為低電平，電容C2處于充電狀態(tài)；根據(jù)此時節(jié)點D1、節(jié)點D2的狀態(tài)判斷RS觸發(fā)器的S輸入端為1、R輸入端為0，在經(jīng)過RS觸發(fā)器后的輸出端Q為0；所述控制電路中二輸入或非門NOR1的一個輸入端所接的外部信號IN1輸入變?yōu)?，持續(xù)時間為B,此時振蕩器的輸出OSC為1，輸出信號為高電平1，反相器INV4的輸出為0；

狀態(tài)2：反相器INV4的輸出為0，反饋到所述充放電電路中NMOS管M1的柵極、PMOS管M2的柵極，使得NMOS管M1關斷、PMOS管M2導通，則PMOS管M2的漏極即節(jié)點D2為高電平，NMOS管M1的漏極即節(jié)點D1為高電平，電容C1處于充電狀態(tài)；由此時節(jié)點D1、節(jié)點D2的狀態(tài)判斷RS觸發(fā)器的S輸入端為0、R輸入端為1，在經(jīng)過RS觸發(fā)器后的輸出端Q為1；由于所述控制電路中二輸入或非門NOR1的IN1輸入端為0，則此時振蕩器的輸出OSC為0，輸出信號變?yōu)榈碗娖?；

狀態(tài)3：重復狀態(tài)1、狀態(tài)2的過程。

進一步地，A、B分別為振蕩器振蕩頻率的1/2。

RS觸發(fā)器的四種輸入與輸出的關系：

1.當R端有效(0)，S端無效時(1)，則Q=0,Q’=1，觸發(fā)器置0；

2.當R端無效(1)、S端有效時(0)，則Q=1,Q’=0，觸發(fā)器置1。

輸出信號反復在高低平、低電平中切換，振蕩頻率由電流源、電容C1、C2的大小決定。

本實用新型的高穩(wěn)定度低功耗片上OSC電路克服現(xiàn)有傳統(tǒng)技術中OSC電路結構較為復雜、面積較大、功耗較大、穩(wěn)定性差的問題，本實用新型結構簡單、占用芯片面積小、功耗小、高穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定，應用于計時電路中，具有良好的實用價值。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本實用新型的保護范圍。