一种具有温度补偿的振荡器电路及温度补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种具有温度补偿的振荡器电路，包括有振荡器电路，在振荡器电路的充放电电容底部加入一个传输门开关作为随温度变化的电阻，振荡器输出频率会随着温度变化可以通过调节电流Itc的温度系数以及传输门开关尺寸将振荡器的频率调节在对整个温度范围内稳定。该电路及方法能够解决振荡器输出时钟频率对温度/电压变化较大的问题，使振荡器的输出频率变化保存在很小的范围内。

【技术实现步骤摘要】
一种具有温度补偿的振荡器电路及温度补偿方法
本专利技术属于振荡器
，特别涉及一种具有温度补偿的振荡器电路。
技术介绍
随着物联网时代的到来智慧家居和智能健康产业势必催生出对于MCU芯片更大的需求。随着单片机技术(MCU芯片)的发展，半导体技术和工艺的快速发展使得MCU产品性能得到大幅度提高以满足当下物联网发展趋势的要求。作为其中的核心技术，时钟产生电路作为MCU芯片的里面的重要组成模块对MCU芯片的性能起着至关重要的作用，第一：振荡器给内部CPU做主时钟分频后作为MCU的定时器/计数器时钟信号，第二：给外部电路提供时钟信号例如PWM等这类应用比如在雾化器产品上应用。这势必对于时钟的稳定性以及电压温度特性要求较高。专利申请201410601633.8公开了一种温度补偿振荡器和包括温度补偿振荡器的装置。所述温度补偿振荡器包括：振荡单元，被配置为使用操作电流和操作电压产生振荡信号；偏置电路，被配置为控制操作电流，使得振荡信号的频率随着温度升高而增加；电压产生单元，被配置为产生随着温度变化的操作电压。该专利申请中，是通过电压产生单元控制操作电压使得振荡信号的频率随着温度升高而减小，从而与偏置电路互补地补偿振荡信号的频率相对于温度改变的改变，以达到具有温度补偿的效果。该电路中虽然也设置有开关电路，但是开关电路只是用来调节电压产生单元操作电压产生晶体管的衬底电压电平，并不具备温度补偿的效果。目前MCU振荡器电路最主要性能瓶颈在于振荡器输出频率对温度和电源变化比较敏感所以导致在很多领域无法应用或者应用效果不如人意。例如作为雾化器产品应用的MCU芯片如果的输出频率随温度电压变化比较大那么在不同的温度下雾化器雾化效果会很差无法控制。并且作为计数器/定时器的输入时钟信号的会因为时钟电路较差的温度/电压特性而计时不准等问题。如图1所示，电流I流过电阻R产生参考电压VREF,电流NI通过反相器控制对电容C1和C2充电放电其中充电电流大小NI，充电时间可以计算。放电是直接对地放电，放电时间可以忽略。假设起始状态G1＝0，G2＝1电流NI对电容C1充电，电容C2对地快速放电，V1和V2均小于电压VREF其中V1电压以上升速度逼近电压VREF，同时电压V2电压为0(接近地电位)当电压V1上升略超过VREF电压时候，比较器1翻转输出由1变0根据电路可知G1翻转至1，G2翻转至0此时电流NI对电容C2充电，电容C1对地快速放电。从上述分析可知：理论上振荡器的周期时间只跟电阻值R以及电容值C以及电流倍数N有关，但是实际电路存在很多非理想因素导致振荡器输出频率对温度变化非常敏感。目前温度对振荡器输出频率影响的非理想因素包括有：1)比较器延迟：比较器有限带宽、摆率等。2)逻辑门延迟：mos管载流子迁移率寄生电容电阻产生的延迟。3)充放电开关延迟：开关沟道电阻、寄生电容产生的延迟。以上三个非理想因素对温度变化特别敏感，这使得振荡器输出频率在不同的温度下变化非常大。
技术实现思路
基于此，因此本专利技术的首要目地是提供一种具有温度补偿的振荡器电路及温度补偿方法，该电路及方法能够解决振荡器输出时钟频率对温度/电压变化较大的问题，使振荡器的输出频率变化保存在很小的范围内。本专利技术的另一个目地在于提供一种具有温度补偿的振荡器电路及温度补偿方法，该电路及方法实现简易，便于控制，能够大大提升振荡器的温度特性，同时使得MCU芯片的应用范围以及性能得到极大提升。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种具有温度补偿的振荡器电路，包括有振荡器电路，其特征在于在振荡器电路的充放电电容底部加入一个传输门开关作为随温度变化的电阻，振荡器输出频率会随着温度变化可以通过调节电流Itc的温度系数以及传输门开关尺寸将振荡器的频率调节在对整个温度范围内稳定。进一步，所述充放电电容具有C1和C2，所述传输门开关为S1，S2，分别对应于C1和C2。进一步，充放电电容的下极板和地之间串接一个N管P管并联的传输门，该传输门等效导通电阻与温度成正相关关系。一种具有温度补偿的振荡器电路的温度补偿方法，其特征在于该方法包括有传输门开关模拟温控电阻和温度补偿电流Itc双补偿方式。进一步，通过振荡器电路充放电电容底部的传输门开关作为随温度变化的电阻，来实现模拟温控的方式进行温度补偿。更进一步，所述传输门开关模拟温控电阻，是通过调节传输门开关尺寸实现频率在整改温度范围内温度。所述温度补偿电流Itc，是通过调节电流Itc的温度系数将振荡器的频率调节在整个温度范围内稳定。更进一步，高温下逻辑门等非理想延迟时间增加，导致振荡器输出时钟周期时间延长，那么可以调节充电电流至正温度系数，在高温下减小电容充电时间保证振荡器时钟周期时间不会增加；低温时逻辑门延迟时间变短，正温度系数的电流值变小，所以充电时间变大整个时钟周期时间不变。本专利技术所实现的振荡器电路，经过仿真验证16M时钟频率在-40～85deg范围内输出频率变化变化范围0.5％，而不采用上述温度补偿电路的振荡器16M时钟输出频率只能做到4％。可见引入上述补偿电路之后振荡器的温度特性得到极大提升，作为MCU芯片的重要组成部分使得MCU芯片的应用范围以及性能得到极大提升。附图说明图1是现有技术实施的电路图。图2是本专利技术所实施的振荡器电路图。图3是本专利技术所实施的振荡器温度补偿原理等效图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参见图2所示，为本专利技术所实施的振荡器电路，在振荡器电路的充放电电容C1和C2底部加入一个传输门开关S1、S2作为随温度变化的电阻，振荡器输出频率会随着温度变化可以通过调节电流Itc的温度系数以及传输门开关尺寸将振荡器的频率调节在对整个温度范围内稳定。经研究发现，因温度变化而产生延迟时间主要在逻辑门比如与非门、反相器等以及作为充电放电支路的MOS管的沟道电阻。当振荡器工作频率较高时一个时钟周期时间,振荡器的RC时间，是电路中的逻辑门比较器等非理想因素产生的延迟时间。由此可知随着振荡器频率升高即越来越小，非理想时间占周期比重越大，当非理想时间随温度变化时那么整个时钟周期时间也会随温度变化。因此，本专利技术采用传输门开关模拟温控电阻和温度补偿电流Itc双补偿方式来实现振荡器在全温度范围内的输出频率稳定。其中，传输门开关模拟温控电阻补偿原理如图3所示。在电容的下极板和地之间串接一个N管P管并联的传输门，该传输门等效导通电阻与温度成正相关关系。当固定电流I_ch对电容C0充电至参考电压VREF时充电时间：tch＝C0*(VREF/Ich-Ron)(1)式(1)表述振荡器电容从零电位充电电压VREF值时的充电时间，式中tch为充电时间，Ich对电容C0的充电电流，电容下极板接入传输门等效沟道电阻Ron，该电阻表达式如式(2)所示：式(2)表示传输门开关的等效沟道电阻，因为载流子迁移率随温度变化，所以也是一个随温度变化阻值增加的电阻。根据式(1)所示随着温度升高电阻变大充电时间变小，补偿因为温度上升导致非理想因素造成的延迟时间增加，这样整个时钟周期时间在全温度范围内保持不变。采用温度补偿电流Itc的补偿频率方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有温度补偿的振荡器电路，包括有振荡器电路，其特征在于在振荡器电路的充放电电容底部加入一个传输门开关作为随温度变化的电阻，振荡器输出频率会随着温度变化可以通过调节电流Itc的温度系数以及传输门开关尺寸将振荡器的频率调节在对整个温度范围内稳定。

【技术特征摘要】
1.一种具有温度补偿的振荡器电路，包括有振荡器电路，其特征在于在振荡器电路的充放电电容底部加入一个传输门开关作为随温度变化的电阻，振荡器输出频率会随着温度变化可以通过调节电流Itc的温度系数以及传输门开关尺寸将振荡器的频率调节在对整个温度范围内稳定。2.如权利要求1所述的具有温度补偿的振荡器电路，其特征在于所述充放电电容具有C1和C2，所述传输门开关为S1，S2，分别对应于C1和C2。3.如权利要求1所述的具有温度补偿的振荡器电路，其特征在于充放电电容的下极板和地之间串接一个N管P管并联的传输门，该传输门等效导通电阻与温度成正相关关系。4.一种具有温度补偿的振荡器电路的温度补偿方法，其特征在于该方法包括有传输门开关模拟温控电阻和温度补偿电流Itc双补偿方式。5.如权利要求4所述的具有温度补...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘威，
申请(专利权)人：芯海科技深圳股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44