双比较器控制的低功耗松弛振荡器及工作方法技术

本申请提供了一种双比较器控制的低功耗松弛振荡器及工作方法，该振荡器包括：电流产生电路、主比较器、辅助比较器、缓冲电路、MOS开关管和充电电容。利用辅助比较器提前反转，产生使能信号，控制主比较器工作。由于辅助比较器自身功耗很小，主比较器仅在周期内部分时间开启，达到降低系统功耗的目的。达到降低系统功耗的目的。达到降低系统功耗的目的。

【技术实现步骤摘要】
双比较器控制的低功耗松弛振荡器及工作方法


[0001]本专利技术涉及集成电路设计
，具体涉及一种双比较器控制的低功耗松弛振荡器及工作方法。

技术介绍

[0002]在电源管理芯片、数模混合集成电路系统中，振荡器是必不可少的电路。振荡器电路能够为超大规模集成电路系统提供时钟信号，同时也可以作为电源模块同步驱动的核心单元。
[0003]晶体振荡器可以产生高精度的时钟信号，但是由于体积较为庞大，无法集成在芯片上，所以多用于PCB板级的时钟信号供给。由于市面上的消费类电子产品追求低功耗，超长的使用寿命，较低的成本，所以系统通常采用高度集成，功耗较低且频率稳定的振荡器。松弛振荡器的电路架构较为简单，可在芯片系统上高度集成，在电源管理信号和数模混合电路中广泛应用。
[0004]图1为传统的松弛振荡器结构示意图。该电路主要由基准电压产生电路，恒流源充电模块，比较器判别模块以及缓冲电路组成。该系统电路模块均处于持续工作的状态，使得系统损耗较大。如图1所示，在典型的松弛振荡器结构中比较器CMP会一直比较VREF和VRAMP信号并输出结果。由于比较器具有较快的速度和较高的精度，使得比较器的电流消耗在整个系统中的占比很大，比较器持续工作的状态导致其电流没有达到合理的利用，使振荡器功耗提升。因此，急需解决比较器持续进行信号比较而造成系统功耗很大的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，提供一种双比较器控制的低功耗松弛振荡器电路，在电容充电电压上升的过程中，先采用一个低功耗的辅助比较器电路产生使能信号，来决定主比较器的导通或关断，由于主比较器只在整个周期的部分区间内产生电流损耗，使得单位周期内的电流平均值降低，最终实现低功耗的目的。
[0006]本专利技术提供一种双比较器控制的低功耗松弛振荡器，包括：电流产生电路、主比较器、辅助比较器、缓冲电路、NMOS开关管和充电电容；
[0007]所述电流产生电路的输出电流为电容充电，产生电压VRAMP。VRAMP信号连接到主比较器和辅助比较器的正向输入端；所述主比较器和辅助比较器的反相输入端连接参考电平VREF；所述辅助比较器的输出端连接主比较器的使能端，当使能信号为高电平时，主比较器才开始工作。整个周期主比较器仅在较短时间内导通，可以有效减小总体的电流损耗，达到低功耗的目的；所述主比较器的输出端连接缓冲电路的输入端，所述缓冲电路的输出端连接NMOS开关管的栅极；所述NMOS开关管的源极和漏极分别连接充电电容的上下极板。
[0008]优选的，所述辅助比较器包括一个非对称性输入对管和多组电流镜。
[0009]进一步优选的，所述辅助比较器输入对管中正端输入管的宽长比大于负端输入管。
[0010]进一步优选的，所述主比较器包括一个输入对管、多组电流镜以及与电流镜相连接的多个MOS开关管。
[0011]进一步优选的，所述主比较器的多组所述电流镜包括第一MOS管(MC9)和第二MOS管(MC10)组成的第一组电流镜；第三MOS管(MC3)和第四MOS管(MC4)组成的第二组电流镜、第五MOS管(MC5)和第六MOS管(MC6)组成的第三组电流镜；第七MOS管(MC7)和第八MOS管(MC8)组成的第四组电流镜。
[0012]进一步优选的，主比较器具有多个MOS开关管，包括分别与第二组电流镜中第三MOS管(MC3)源极连接的第一MOS开关管(MC11)、与第四MOS管(MC4)源极连接的第三MOS开关管(MC13)、与第三组电流镜中第五MOS管(MC5)源极连接的第二MOS开关管(MC12)以及与第六MOS管(MC6)源极连接的第四MOS开关管(MC14)。
[0013]本专利技术还提供一种双比较器控制的低功耗松弛振荡器工作方法，应用于上述双比较器控制的低功耗松弛振荡器。电流产生电路为电容充电产生VRAMP信号，该信号分别输入到辅助比较器和主比较器的正向输入端，所述VRAMP信号的电压逐渐增大；
[0014]辅助比较器输入对管具有失调电压，当VRAMP信号的电压逐渐增大时，辅助比较器先于主比较器翻转，输出使能信号VOA由低电平转为高电平，触发主比较器工作；
[0015]当主比较器的正向输入信号VRAMP大于反向输入信号VREF时，主比较器开始翻转，主比较器输出的VOM信号由低电平翻转为高电平；VOM为高电平使NMOS开关管闭合，充电电容放电，VRAMP信号电压下降；
[0016]VRAMP下降直至小于VREF时，主比较器输出的VOM信号由高电平翻转为低电平；
[0017]VRAMP继续下降，辅助比较器输出使能信号VOA由高电平翻转为低电平。
[0018]在上述任意一项实施例中优选的，所述辅助比较器的输出使能信号VOA由低电平转为高电平时，采用如下方式触发主比较器工作；
[0019]辅助比较器的输出使能信号VOA为高电平时，控制主比较器中的四个NMOS开关管同步开启，形成从VDD到VSS的通路，主比较器工作。
[0020]在上述任意一项实施例中优选的，所述电流产生电路的输出电流向内部电容充电，产生关键信号VRAMP的持续上升阶段；一旦触发参考电平VREF，VRAMP由于开关控制迅速放电，VRAMP信号迅速下降，由此产生一个完整的信号周期。
[0021]本专利技术提供的双比较器控制的低功耗松弛振荡器，相比于传统比较器至少具有以下优点：
[0022]1、利用辅助比较器提前反转，产生使能信号，控制主比较器工作。由于辅助比较器自身功耗很小，主比较器仅在周期内部分时间开启，达到降低系统功耗的目的。
[0023]2、利用辅助比较器中输入对管的尺寸不同产生失调电压，辅助比较器提前反转，输出主比较器的使能信号，该创新点易于实施，电路结构简单；
[0024]3、本电路比较器各支路下端放置NMOS开关，利用辅助比较器A输出使能信号VOA控制开关的通断，主比较器最终输出电路的控制波形。辅助比较器功耗很小，主比较器仅在整个周期范围内部分时间消耗电流，使得系统电流均值大幅下降，达到低功耗的目的。
附图说明
[0025]图1所示为本申请
技术介绍
中提供的传统振荡器结构示意图。
[0026]图2所示为本申请一实施例提供的一种双比较器控制的低功耗松弛振荡器结构简图；
[0027]图3所示为本申请一实施例提供的双比较器控制的低功耗松弛振荡器中电流产生电路的结构图。
[0028]图4所示为本申请一实施例提供的双比较器控制的低功耗松弛振荡器中辅助比较器的结构图。
[0029]图5所示为本申请一实施例提供的双比较器控制的低功耗松弛振荡器中主比较器的结构图。
[0030]图6所示为本申请一实施例提供的双比较器控制的低功耗松弛振荡器工作方法的时序图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双比较器控制的低功耗松弛振荡器，其特征在于，包括：电流产生电路、主比较器、辅助比较器、缓冲电路、NMOS开关管和充电电容；所述电流产生电路的输出电流为电容充电，产生电压VRAMP，VRAMP信号连接到主比较器和辅助比较器的正向输入端；所述主比较器和辅助比较器的反相输入端连接参考电平VREF；所述辅助比较器的输出端连接主比较器的使能端，当使能信号为高电平时，主比较器开始工作，所述主比较器的输出端连接缓冲电路的输入端，所述缓冲电路的输出端连接NMOS开关管的栅极；所述NMOS开关管的源极和漏极分别连接充电电容的上下极板。2.根据权利要求1所述的双比较器控制的低功耗松弛振荡器，其特征在于，所述辅助比较器包括一个非对称性输入对管和多组电流镜。3.根据权利要求1所述的双比较器控制的低功耗松弛振荡器，其特征在于，所述辅助比较器输入对管中正端输入管的宽长比大于负端输入管。4.根据权利要求1所述的双比较器控制的低功耗松弛振荡器，其特征在于，所述主比较器包括一个输入对管、多组电流镜以及与电流镜相连接的多个MOS开关管。5.根据权利要求4所述的双比较器控制的低功耗松弛振荡器，其特征在于，所述主比较器的多组电流镜包括第一MOS管(MC9)和第二MOS管(MC10)组成的第一组电流镜；第三MOS管(MC3)和第四MOS管(MC4)组成的第二组电流镜、第五MOS管(MC5)和第六MOS管(MC6)组成的第三组电流镜；第七MOS管(MC7)和第八MOS管(MC8)组成的第四组电流镜。6.根据权利要求5所述的双比较器控制的低功耗松弛振荡器，其特征在于，主比较器具有多个MOS开关管，包括分别与第二组电流镜中第三MOS管(MC3)源极连接的第一MOS开关管(MC11)、与第四MOS管(MC4)源极连接的第三MOS开关管(MC13)、与第三组电流镜中第五MOS管(MC5)源极连接的第二MOS开关管(MC12)以及与第六MOS管(MC6...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟波，王宇，国千崧，冯景彬，肖知明，王美玉，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：