一種具有高穩(wěn)定度的超低功耗時鐘電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于時鐘電路領(lǐng)域，具體地涉及一種時鐘頻率高度穩(wěn)定的超低功耗時鐘電路。
【背景技術(shù)】
[0002]時鐘電路就是產(chǎn)生像時鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路。時鐘電路應(yīng)用十分廣泛，如電腦的時鐘電路、電子表的時鐘電路以及MP 3、MP4的時鐘電路。數(shù)字系統(tǒng)中，時鐘源的質(zhì)量好壞直接決定了該系統(tǒng)性能的穩(wěn)定與否。而時鐘源的質(zhì)量好壞主要取決于當(dāng)電源電壓、溫度和工藝角等環(huán)境因素變化時，時鐘頻率是否穩(wěn)定。
[0003]利用石英晶體振蕩器來得到的時鐘源信號，如公開專利:CN201607626 U，由于石英晶振擁有優(yōu)越的電壓和溫度特性，能夠穩(wěn)定地工作，所以時鐘源信號的質(zhì)量好，但是其成本高，功耗大，且難以集成到芯片內(nèi)部，阻礙了芯片的高度集成化。而現(xiàn)在的集成電路設(shè)計趨向于高集成度、芯片面積小、功耗低等特點(diǎn)，因此，要求設(shè)計者使用結(jié)構(gòu)更加簡單的電路來獲得時鐘信號，利用開關(guān)管和電容組成時鐘電路，對于降低系統(tǒng)的成本和功耗，提高系統(tǒng)的集成度將很有幫助，但其對電源電壓、溫度和工藝變化較敏感，時鐘頻率不穩(wěn)定，無法獲得廣泛應(yīng)用，而為了獲得穩(wěn)定的時鐘頻率，現(xiàn)有的做法是增加各種輔助電路，如公開專利:CN101443666 B，其根據(jù)集成電路上的溫度傳感器檢測的溫度，通過調(diào)節(jié)控制字實現(xiàn)開環(huán)溫度補(bǔ)償，通過針對工藝和溫度來調(diào)節(jié)控制字可以實現(xiàn)更高的時鐘精度。雖然得到頻率穩(wěn)定，精度高的時鐘信號，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元器件多，使得成本和功耗高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于為解決上述問題而提供一種對電源、工藝角和溫度變化不敏感，結(jié)構(gòu)簡單，成本低的具有高穩(wěn)定度的超低功耗時鐘電路。
[0005]為此，本發(fā)明公開了一種具有高穩(wěn)定度的超低功耗時鐘電路，包括時鐘振蕩電路和供電電路，所述供電電路為時鐘振蕩電路供電，所述供電電路包括N型第一晶體管和第二晶體管、P型第三晶體管和第一電容，所述N型第一晶體管和P型第三晶體管串聯(lián)后接在電源V_DD與地之間，所述N型第一晶體管的偏置電壓加載端接時鐘振蕩電路的電源輸入端，所述P型第三晶體管的偏置電壓加載端接基準(zhǔn)電壓，所述電源V_DD與N型第一晶體之間接入第三基準(zhǔn)電流，所述第一電容與N型第一晶體管和P型第三晶體管并聯(lián)，所述N型第二晶體管接在電源V_DD與N型第一晶體管的偏置電壓加載端之間，構(gòu)成負(fù)反饋電路，所述N型第二晶體管的偏置電壓加載端接在第三基準(zhǔn)電流和N型第一晶體管之間的節(jié)點(diǎn)。
[0006]進(jìn)一步的，所述N型第一晶體管為N型MOS管或NPN三極管。
[0007]進(jìn)一步的，所述N型第二晶體管為N型MOS管或NPN三極管。
[0008]進(jìn)一步的，所述P型第三晶體管為P型MOS管或PNP三極管。
[0009]進(jìn)一步的，所述時鐘振蕩電路包括充放電電路和與充放電電路連接的遲滯電路，所述充放電電路包括第一基準(zhǔn)電流IBIASl、第二基準(zhǔn)電流IBIAS2、第二電容、第四N型MOS管和第五P型MOS管，所述第一基準(zhǔn)電流IBIASl、第五P型MOS管、第四N型MOS管和第二基準(zhǔn)電流IBIAS2依次串聯(lián)后接在N型第一晶體管的偏置電壓加載端與地之間，所述第二電容的上極板接在第四N型MOS管和第五P型MOS管之間的節(jié)點(diǎn)上，所述第二電容的下極板接地，所述第四N型MOS管和第五P型MOS管的柵極接時鐘信號輸出端。
[0010]進(jìn)一步的，所述時鐘振蕩電路包括充放電電路和與充放電電路連接的遲滯電路，所述充放電電路包括第一基準(zhǔn)電流IBIASl、電阻Rl、第二電容、第四N型MOS管和第五P型MOS管，所述第一基準(zhǔn)電流IBIASl、第五P型MOS管、第四N型MOS管和電阻Rl依次串聯(lián)后接在N型第一晶體管的偏置電壓加載端與地之間，所述第二電容的上極板接在第四N型MOS管和第五P型MOS管之間的節(jié)點(diǎn)上，所述第二電容的下極板接地，所述第四N型MOS管和第五P型MOS管的柵極接時鐘信號輸出端。
[0011]本發(fā)明的有益技術(shù)效果:
[0012]本發(fā)明充分利用半導(dǎo)體器件的特性進(jìn)行設(shè)計，使得電源電壓從1.2V到3V，同時溫度從-40°C變化到120°C，功率低于幾個W下均能保證時鐘頻率穩(wěn)定輸出，頻率變化小于12%，即對電源、工藝角和溫度變化不敏感，電路結(jié)構(gòu)簡單，無需外部器件，功耗和成本低，應(yīng)用方便，且覆蓋的頻率范圍廣，從幾KHz到20M左右均適用，適用范圍廣。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例一的電路原理圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實施例一的供電電壓隨電源電壓的變化圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實施例一的供電電壓隨溫度變化圖；
[0016]圖4為本發(fā)明實施例二的電路原理圖；
[0017]圖5為本發(fā)明實施例三的電路原理圖；
[0018]圖6為本發(fā)明實施例四的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0019]現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020]實施例一:
[0021]如圖1所示，一種具有高穩(wěn)定度的超低功耗時鐘電路，包括時鐘振蕩電路和供電電路，所述供電電路為時鐘振蕩電路提供電源V_sup，所述供電電路包括N型第一晶體管和第二晶體管、P型第三晶體管和電容Cl(第一電容)，本實施例中，N型第一晶體管和N型第二晶體管為N型MOS管MNl和麗7，P型第三晶體管為P型MOS管MPl，所述N型MOS管麗I和P型MOS管MPl的源極相連接，N型MOS管麗I的漏極接電源V_DD，P型MOS管MPl的漏極接地，所述N型MOS管MNl的柵極(偏置電壓加載端)接時鐘振蕩電路的電源輸入端￥_8即，為時鐘振蕩電路提供電源V_sup，P型MOS管MPl的柵極(偏置電壓加載端)接基準(zhǔn)電壓V_BIAS，通過調(diào)整基準(zhǔn)電壓V_BIAS可以得到不同大小的電源V_sup，所述電源￥_00與N型MOS管麗I的漏極之間接入第三基準(zhǔn)電流IBIAS3，所述電容Cl與N型MOS管MNl和P型MOS管MPl并聯(lián)，作用是使電路穩(wěn)定，所述N型MOS管麗7的漏極接電源V_DD，N型MOS管麗7的源極接N型MOS管麗I的柵極，N型MOS管麗7的柵極(偏置電壓加載端)接N型MOS管MNl的漏極，構(gòu)成負(fù)反饋電路，使得電源V_DD變化時，電源V_sup基本保持不變。
[0022]所述時鐘振蕩電路包括充放電電路和與充放電電路連接的遲滯電路，其包括第一基準(zhǔn)電流IBIAS1、第二基準(zhǔn)電流IBIAS2、電容C2(第二電容)、N型MOS管麗2-MN6和P型MOS管MP2-MP6，所述第一基準(zhǔn)電流181六51、？型顯5管1032(第五?型顯5管)4型顯5管麗2(第四~型MOS管)和第二基準(zhǔn)電流IBIAS2依次串聯(lián)后接在N型MOS管麗I的柵極與地之間，所述電容C2的上極板接在P型MOS管MP2和N型MOS管麗2之間的節(jié)點(diǎn)V_1上，所述電容C2的下極板接地，所述N型MOS管MN2和P型MOS管MP2的柵極(控制端)接時鐘信號輸出端clock，構(gòu)成充放電電路，P型MOS管MP3、MP4和N型MOS管MN3、MN4依次串聯(lián)后接在電源V_sup與地之間，P型MOS管MP3、MP4和N型MOS管MN3、MN4的柵極接電容C2的上極板，P型MOS管MP5的源極接電源V_sup，P型MOS管MP5的漏極接P型MOS管MP3的漏極，P型MOS管MP5的柵極接時鐘信號輸出端clock，N型MOS管麗5的源極接地，N型MOS管麗5的漏極接N型MOS管麗4的漏極，N型MOS管麗5的柵極接時鐘信號輸出端clock，N型MOS管麗6和P型MOS管麗6的漏極相連接，P型MOS管MP6的源極接電源￥_8即小型皿)3管1^6的源極接地小型皿)3管1^6和？型皿)3管1036的柵極接在？型皿)3管1034和N型MOS管麗3的漏極之間的節(jié)點(diǎn)V_2上，N型MOS管MN6和P型MOS管MP6的漏極之間的節(jié)點(diǎn)為時鐘信號輸出端c lock構(gòu)成遲滯電路。
[0023]工作原理簡述:
[0024]當(dāng)￥_1為低電平時，V_2為高電平，時鐘信號輸出端clock為低電平，此時P型MOS管MP2打開，N型MOS管MN2關(guān)斷，第一基準(zhǔn)電流IBIASl對電容C2充電。而由于時鐘信號輸出端clock為低電壓，P型MOS管MP5打開并將P型MOS管MP3源極和漏極短路，N型MOS管麗5關(guān)斷，此時P型MOS管MP4、P型MOS管MP5、N型MOS管麗3和N型MOS管MN4的管子大小決定了此時鐘振蕩電路的正向閾值電壓V+。當(dāng)￥_1為高電平時，V_2為低電平，時鐘信號輸出端clock為高電平，此時P型MOS管MP2關(guān)斷，N型MOS管MN2打開，第二基準(zhǔn)電流IBIAS2對電容C2放電。而由于時鐘信號輸出端clock電壓為高電平，N型MOS管MN5打開并將N型MOS管MN4源極和漏極短路，P型MOS管MP5關(guān)斷，此時P型MOS管MP3、P型MOS管MP4、N型MOS管MN3和N型