低溫漂頻率穩(wěn)定時(shí)鐘產(chǎn)生電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種低溫漂頻率穩(wěn)定時(shí)鐘產(chǎn)生電路。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。集成電路上的時(shí)鐘頻率已達(dá)GHz以上。高性能電路特別是高度、低功耗芯片已成為集成電路發(fā)展的熱點(diǎn)。這對(duì)于驅(qū)動(dòng)整個(gè)電路工作的時(shí)鐘信號(hào)提出了更高的要求。因此，精準(zhǔn)的時(shí)鐘產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)是十分重要的。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)可編程增益放大器和高性能傳感器芯片斬波時(shí)鐘降低失調(diào)電壓和閃爍噪聲的溫漂，需要設(shè)計(jì)一種低溫漂頻率穩(wěn)定的4MHz主頻時(shí)鐘源。許多研究人員提出了一些技術(shù)以實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘，有些是使用外部參考源，例如非專利文獻(xiàn)I和非專利文獻(xiàn)2中介紹的，這與全集成的解決方案有沖突的。而有效的方法是工藝補(bǔ)償，通過對(duì)多個(gè)工藝角的仿真以預(yù)測(cè)最壞情況下的系統(tǒng)性能。工藝角的定義通常是基于氧化層厚度、閾值電壓、晶體管的寬度和長(zhǎng)度的偏差(dWD和dLD)等變化。然而，這種方法不能解釋為對(duì)在線參數(shù)的調(diào)整(如氧化層厚度和摻雜濃度)，以確保一定的線下參數(shù)(如線端固定閾值電壓)的固化，這意味著多個(gè)工藝角的仿真結(jié)果可能是不準(zhǔn)確。
[0004]非專利文獻(xiàn)I 'Frequency tuning loop for VCOs，，(B.L.Barranco，A.R.Vazquez? E.S.Sinenc1? and J.L.Huertas? Sympoisum on Circuits and Systems，1991:2617-2620.
[0005]非專利文獻(xiàn)2:“A 2GHz VCO with process and temperature compensat1n，，?.Chen，E.Lee，and R.Geiger，Sympoisum on Circuits and Systems，1999:569-572.)
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型目的是:提供一種低溫漂頻率穩(wěn)定時(shí)鐘產(chǎn)生電路，采用閾值電壓敏感電路，在基本工藝和溫度補(bǔ)償偏置電路的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)現(xiàn)有級(jí)中的兩個(gè)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的補(bǔ)償電路，確保了可以通過取控制電壓隨工藝更大的變化而取得更好的補(bǔ)償。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種低溫漂頻率穩(wěn)定時(shí)鐘產(chǎn)生電路，其包括:帶隙參考電壓調(diào)節(jié)器、與帶隙參考電壓調(diào)節(jié)器輸出相連的溫度和工藝補(bǔ)償電路、與溫度和工藝補(bǔ)償電路相連的負(fù)反饋偏置電路、與負(fù)反饋偏置電路相連的差分緩沖延遲環(huán)形振蕩器、與差分緩沖延遲環(huán)形振蕩器輸出相連并與帶隙參考電壓調(diào)節(jié)器輸出相連的電壓比較器。
[0008]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步包括如下附屬技術(shù)方案:
[0009]所述溫度和工藝補(bǔ)償電路采用閾值電壓敏感電路，并包括被設(shè)計(jì)成在多個(gè)工藝角下能滿足控制電壓的電阻和晶體管。
[0010]所述溫度和工藝補(bǔ)償電路包括自偏置基準(zhǔn)電路、運(yùn)算放大器緩沖級(jí)和控制電壓產(chǎn)生器，其中自偏置基準(zhǔn)電路提供了一個(gè)與溫度無關(guān)的電流源，僅受限于電阻的匹配；運(yùn)算放大器緩沖級(jí)提高參考電平VTref，并對(duì)閾值電壓漂移敏感，控制電壓產(chǎn)生器采用一個(gè)二極管連接的PNP晶體管，提供一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)。
[0011]上述的低溫漂頻率穩(wěn)定時(shí)鐘產(chǎn)生電路，通過對(duì)工藝和溫度變化的同時(shí)補(bǔ)償，采用了閾值電壓敏感電路，在基本工藝和溫度補(bǔ)償偏置電路的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)現(xiàn)有級(jí)中的兩個(gè)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的補(bǔ)償電路，其中，電阻Rl與R2和晶體管M2與M3是被設(shè)計(jì)成在多個(gè)工藝角下能滿足控制電壓的表達(dá)式。
[0012]上述的增強(qiáng)的補(bǔ)償電路，增強(qiáng)的補(bǔ)償電路通過適當(dāng)選擇M2和Rl的尺寸，Vx可以調(diào)整以適應(yīng)所需的各種溫度和工藝條件的斜率。
[0013]上述的增強(qiáng)的補(bǔ)償電路，控制電壓Vctr^ M3和R2有兩個(gè)額外的控制參數(shù)。對(duì)比一個(gè)簡(jiǎn)單的方案，增強(qiáng)的補(bǔ)償方案具有四個(gè)參數(shù)去適應(yīng)所需％1的溫度特性。
[0014]上述的增強(qiáng)的補(bǔ)償電路，增強(qiáng)方案通過引入一個(gè)附加的工藝依賴項(xiàng)VT2，從而使補(bǔ)償技術(shù)更加有效。這里使用的補(bǔ)償技術(shù)可以在任何的CMOS工藝中實(shí)現(xiàn)，且其電阻都是有效的。在補(bǔ)償方案中，襯底PNP晶體管可以由一個(gè)簡(jiǎn)單的PN結(jié)二極管取代。
[0015]上述的低溫漂頻率穩(wěn)定時(shí)鐘產(chǎn)生電路，工藝和溫度變化的同時(shí)補(bǔ)償，采用了閾值電壓敏感電路，并通過檢測(cè)工藝角為溫度補(bǔ)償電路生成工藝相關(guān)的參考電壓源信息。完整的補(bǔ)償電路，包括自偏置基準(zhǔn)電路、運(yùn)算放大器緩沖級(jí)和控制電壓產(chǎn)生器。其中，自偏置基準(zhǔn)電路提供了一個(gè)與溫度無關(guān)的電流源，僅受限于電阻的匹配；運(yùn)算放大器緩沖級(jí)提高了這個(gè)參考電平VTref，但對(duì)M6的閾值電壓漂移很敏感。控制電壓產(chǎn)生器％1是使用一個(gè)二極管連接的PNP晶體管Q3，提供了一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)，的溫度斜率可以通過調(diào)節(jié)Μ9的W/L比例。
[0016]本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是:
[0017]本實(shí)用新型通過對(duì)工藝和溫度變化的同時(shí)補(bǔ)償，采用了閾值電壓敏感電路，并通過檢測(cè)工藝角為溫度補(bǔ)償電路生成工藝相關(guān)的參考電壓源信息。在基本工藝和溫度補(bǔ)償偏置電路的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)現(xiàn)有級(jí)中的兩個(gè)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的補(bǔ)償電路，確保了可以通過取控制電壓隨工藝更大的變化而取得更好的補(bǔ)償，從而獲得了精確的時(shí)鐘產(chǎn)生電路。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0019]圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2是本實(shí)用新型中三級(jí)環(huán)形振蕩器的原理圖；
[0021]圖3是本實(shí)用新型中對(duì)稱負(fù)載延遲級(jí)的電路圖；
[0022]圖4是本實(shí)用新型中鏡像偏置電路的原理圖；
[0023]圖5是本實(shí)用新型中工藝和溫度補(bǔ)償?shù)碾娐吩韴D；
[0024]圖6是本實(shí)用新型中增強(qiáng)的補(bǔ)償電路的原理圖；
[0025]圖7是本實(shí)用新型中室溫條件時(shí)鐘電路測(cè)試結(jié)果圖；
[0026]圖8是本實(shí)用新型中時(shí)鐘電路的輸出頻率隨溫度的變化情況圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例:在以下描述中，為了說明的目的，對(duì)特定細(xì)節(jié)進(jìn)行了闡述，以方便提供本發(fā)明的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，可以在沒有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到以所述的本發(fā)明的實(shí)施方案可以以各種方式并且使用各種裝置來執(zhí)行。
[0028]另外，附圖中的部件之間的連接并不限于通過直接的方式器作用的連接，在不脫離本發(fā)明知道的情況下，附圖中圖示說明的部件之間的連接可以被修改或者通過添加或者減少其中的中間部件而改變。
[0029]以下將結(jié)合圖1?圖8對(duì)本實(shí)用新型專利的低溫漂頻率穩(wěn)定時(shí)鐘產(chǎn)生電路作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其包括帶隙參考電壓調(diào)節(jié)器、與帶隙參考電壓調(diào)節(jié)器輸出相連的溫度和工藝補(bǔ)償電路、與溫度和工藝補(bǔ)償電路相連的負(fù)反饋偏置電路、與負(fù)反饋偏置電路相連的差分緩沖延遲環(huán)形振蕩器、與差分緩沖延遲環(huán)形振蕩器輸出相連并與帶隙參考電壓調(diào)節(jié)器輸出相連的電壓比較器。
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