具有温度补偿的高频时钟振荡器及包括振荡器的微处理器制造技术

本申请涉及集成电路技术领域，公开了一种具有温度补偿的高频时钟振荡器及包括振荡器的微处理器。该振荡器包括：第一和第二比较器、电阻网络及触发器，第一和第二比较器连接正温度系数的电流源，其正输入端均连接参考电流源，第一比较器的负输入端通过第一控制开关连接镜像电流源并连接第一电容的一端，第二比较器的负输入端通过第二控制开关连接镜像电流源并连接第二电容的一端，第一和第二电容的两端分别并联第二和第一控制开关；电阻网络连接参考电流源以及第一和第二比较器的正输入端，并提供参考电压到第一和第二比较器；触发器分别连接第一和第二比较器的输出端并控制第一和第二控制开关。本申请可以在全温度范围内获得正负1.5％的精度。得正负1.5％的精度。得正负1.5％的精度。

【技术实现步骤摘要】
具有温度补偿的高频时钟振荡器及包括振荡器的微处理器


[0001]本申请涉及集成电路
，特别涉及具有温度补偿的高频时钟振荡器及包括振荡器的微处理器。

技术介绍

[0002]通常MCU的时钟系统会集成两种类型的晶体。一种是由片外OSC晶体振荡器来提供一个高精度的时钟，但是采用片外高精度的OSC晶体，不但需要晶体及外部的电容负载网络，还会占用两个管脚，且晶体的起振时间也比较长，晶体起振电路的功耗也比较大。另外一种就是集成在芯片中的RC振荡电路，此类电路时钟的精度虽然比片外OSC晶体振荡器精度低，但是其具有功耗小，起振时间短，成本低的优势。在某些对时钟质量要求不高的系统中得到了广泛的应用。
[0003]目前随着工业MCU芯片的发展，对于内部RC振荡器的要求也随之提高，通常我们采用校准方法可以得到常温下非常高的时钟精度，但是全温度范围内获得高精度的时钟仍然是个挑战。如果不进行温度补偿的考虑，内部RC振荡器的温度特性是非常差的，很难满足系统应用。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种具有温度补偿的高频时钟振荡器及包括振荡器的微处理器，提出一种带温度补偿的RC晶体振荡器，可以在全温度范围内获得正负1.5％的精度。
[0005]本申请公开了一种具有温度补偿的高频时钟振荡器，包括：
[0006]第一和第二比较器，所述第一和第二比较器连接正温度系数的电流源，所述第一和第二比较器的正输入端均连接参考电流源，所述第一比较器的负输入端通过第一控制开关连接镜像电流源并连接第一电容的一端，所述第二比较器的负输入端通过第二控制开关连接镜像电流源并连接第二电容的一端，所述第一和第二电容的另一端均连接地端，所述第一和第二电容的两端分别并联所述第二和第一控制开关；
[0007]电阻网络，所述电阻网络连接所述参考电流源以及所述第一和第二比较器的正输入端，并提供参考电压到所述第一和第二比较器；以及
[0008]触发器，所述触发器分别连接所述第一和第二比较器的输出端并根据所述第一和第二比较器的输出控制所述第一和第二控制开关。
[0009]在一个优选例中，所述电阻网络包括正温度系数电阻、第一负温度系数电阻以及第二负温度系数电阻，其中，所述正温度系数电阻和负温度系数电阻相并联后再与所述第二负温度系数电阻串联，其中所述第二负温度系数电阻的阻值小于所述第一负温度系数电阻的阻值。
[0010]在一个优选例中，所述第二负温度系数电阻与所述第一负温度系数电阻之间的比率范围为小于0.5。
[0011]在一个优选例中，当所述第一比较器翻转时，所述触发器控制所述第一控制开关断开且所述第二控制开关闭合，使得所述第一电容放电、所述第二电容充电；当所述第二比较器翻转时，所述触发器控制所述第二控制开关断开且所述第一控制开关闭合，使得所述第二电容放电、所述第一电容充电。
[0012]在一个优选例中，所述参考电流源已经过温度补偿。
[0013]在一个优选例中，所述触发器为RS触发器。
[0014]本申请还公开了一种微处理器，包括：如前文描述的具有温度补偿的高频时钟振荡器。
[0015]相对于现有技术，本申请至少具有以下有益效果：
[0016]1)电阻温度补偿网络引入正温度系数电阻和负温度电路串并组合的方式，降低了PTV下电阻的温度偏差。
[0017]2)在比较器设计中引入带补偿的电流，从而保证比较器在整个温度范围内延时变化比较小。
[0018]3)比较低的功耗代价下，就可以实现全温度范围内的高精度时钟设计。
[0019]本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述
技术实现思路
中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。
附图说明
[0020]图1是根据本申请一个实施例中的具有温度补偿的高频时钟振荡器的结构示意图。
[0021]图2是根据本申请一个实施例中的电阻网络的结构示意图。
[0022]图3是根据本申请一个实施例中的比较器的输入波形的示意图。
[0023]图4是根据本申请一个实施例中电阻网络的温度特性示意图。
[0024]图5是根据本申请一个实施例中不同延时和温度对时钟频率的影响。
具体实施方式
[0025]在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
[0026]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
[0027]本申请的第一实施方式涉及一种具有温度补偿的高频时钟振荡器，其结构如图1
所示，所述具有温度补偿的高频时钟振荡器，其包括：第一比较器200、第二比较器300、电阻网络(其阻值等效为R
ref
)100以及触发器400。
[0028]所述第一比较器200和第二比较器300耦合到正温度系数的电流源I
PTAT
，所述第一比较器200和第二比较器300的正输入端均耦合到参考电流源I
ref
，所述第一比较器200的负输入端通过第一控制开关SW1耦合到镜像电流源I
VCO
并连接第一电容C1的一端，所述第二比较器300的负输入端通过第二控制开关SW2耦合到镜像电流源I
VCO
并连接第二电容C2的一端，所述第一电容C1和第二电容C2的另一端均连接地端，所述第一电容C1的两端并联所述第二控制开关SW2，所述第二电容C2的两端并联所述第一控制开关SW1。
[0029]所述触发器400分别连接所述第一比较器200和第二比较器300的输出端，并且，根据所述第一比较器200和第二比较器300的输出控制所述第一控制开关SW1和第二控制开关SW2的断开和闭合，从而控制镜像电流源对第一电容C1和第二电容C2的充放电。例如，根据所述第一比较器200的输出控制所述第一控制开关SW1的断开和闭合，根据所述第二比较器300的输出控制所述第二控制开关SW2的断开和闭合。在一个实施例中，所述触发器400为RS触发器。
[0030]在一个实施例中，当所述第一比较器200翻转时，所述触发器400控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有温度补偿的高频时钟振荡器，其特征在于，包括：第一和第二比较器，所述第一和第二比较器连接正温度系数的电流源，所述第一和第二比较器的正输入端均连接参考电流源，所述第一比较器的负输入端通过第一控制开关连接镜像电流源并连接第一电容的一端，所述第二比较器的负输入端通过第二控制开关连接镜像电流源并连接第二电容的一端，所述第一和第二电容的另一端均连接地端，所述第一和第二电容的两端分别并联所述第二和第一控制开关；电阻网络，所述电阻网络连接所述参考电流源以及所述第一和第二比较器的正输入端，并提供参考电压到所述第一和第二比较器；以及触发器，所述触发器分别连接所述第一和第二比较器的输出端并根据所述第一和第二比较器的输出控制所述第一和第二控制开关。2.根据权利要求1所述的高频时钟振荡器，其特征在于，所述电阻网络包括正温度系数电阻、第一负温度系数电阻以及第二负温度系数电阻，其中，所述正温度系数电阻和负温度系数电阻相并联...

【专利技术属性】
技术研发人员：马侠，田也，代建宾，
申请(专利权)人：钜泉光电科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：