本發(fā)明涉及時鐘發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度自偏置時鐘電路及相應(yīng)的自偏置電路。

背景技術(shù)：

在集成電路領(lǐng)域，需要時鐘電路給數(shù)字電路提供時鐘。傳統(tǒng)的時鐘電路通常使用石英振蕩器以提供一正確的參考時鐘信號，但高精確性及低噪聲的石英振蕩器卻非常昂貴，另外，基于石英晶體的時鐘電路需要一個外接石英晶體，不利于系統(tǒng)集成。

為了使得時鐘電路能夠適應(yīng)于系統(tǒng)集成，公開號為cn1614893、名稱為“一種時鐘發(fā)生器及相關(guān)的偏置電路”的中國專利申請?zhí)岢隽艘环N時鐘發(fā)生器，參見圖1，該時鐘發(fā)生器由二極管228、電流源230、電阻224和運算放大器226構(gòu)成電流源產(chǎn)生電路。利用二極管228的低噪聲特性提供合適的控制電流。然而，該振蕩器的時鐘頻率由二極管228的溫度特性決定，受溫度影響較大，導(dǎo)致其精度不高。

因此，在高精度系統(tǒng)應(yīng)用中，無法使用圖1的時鐘發(fā)生器。需要設(shè)計一種新型時鐘電路，產(chǎn)生高精度時鐘。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高精度自偏置時鐘電路及相應(yīng)的自偏置電路，以提高時鐘電路的溫度穩(wěn)定性，提高其產(chǎn)生的時鐘信號的精度。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種高精度自偏置時鐘電路，包括啟動電路、自偏置電路以及振蕩器電路；

所述啟動電路用于輸出一控制信號給所述自偏置電路，使其產(chǎn)生一啟動電流；

所述自偏置電路在所述啟動電流的作用下輸出一控制電流給所述振蕩器電路，所述振蕩器電路中包括第一電容，所述控制電流對所述第一電容進行充電，且所述第一電容上的第一電壓反饋至所述啟動電路；

所述振蕩器電路在所述控制電流的作用下輸出一時鐘信號，當所述第一電壓達到第一預(yù)設(shè)值后，所述啟動電路在所述第一電壓的作用下關(guān)閉；且在所述第一電壓達到第二預(yù)設(shè)值后，所述振蕩器電路產(chǎn)生的時鐘信號保持穩(wěn)定；

所述自偏置電路具體包括：

一電流鏡像電路，其包含一第一電流輸出端、一第二電流輸出端以及一控制端，所述第二電流輸出端電連接于所述振蕩器電路的輸入端用于輸出所述控制電流；所述第一電流輸出端輸出所述啟動電流；所述第二電流輸出端輸出的該控制電流為映射所述第一電流輸出端的電流信號；所述控制端與所述啟動電路的輸出端電連接，用于接受所述啟動電路輸出的控制信號；

一電阻，其一端電連接至所述第一電流輸出端，其另一端接地；

一運算放大器，包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述第一輸入端電連接至所述第一電流輸出端，所述第二輸入端電連接至所述第二電流輸出端，且所述第二輸入端電連接至所述啟動電路；

一穩(wěn)壓電容，其一端電連接至所述第二電流輸出端，另一端接地；

其中，所述振蕩器電路產(chǎn)生的時鐘信號的頻率僅與所述電阻及所述第一電容相關(guān)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述電流鏡像電路包括第一pmos管以及第二pmos管；其中：

所述第一pmos管的源極與所述第二pmos管的源極均電連接至一電壓源；

所述第一pmos管的漏極電連接至所述運算放大器的第一輸入端,所述第一pmos管的漏極作為所述第一電流輸出端；

所述第二pmos管的漏極電連接于所述振蕩器電路的輸入端,所述第二pmos管的漏極作為所述第二電流輸出端；

所述第一pmos管的柵極與所述第二pmos管的柵極共接，作為所述電流鏡像電路的控制端，且電連接至所述運算放大器的輸出端。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述啟動電路具體包括第三pmos管、第一nmos管以及第二nmos管，其中：

所述第三pmos管的源極電連接至一電壓源，其柵極接地，其漏極電連接至所述第一nmos管的漏極以及所述第二nmos管的柵極；

所述第一nmos管的源極接地，其柵極電連接至所述運算放大器的第二輸入端；

所述第二nmos管的源極接地，其漏極作為所述啟動電路的輸出端電連接至所述電流鏡像電路的控制端。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述振蕩器電路包括一正交環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述正交環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)包括兩個反相器環(huán)以及多個第一電容，每個反相器環(huán)包括多級反相器，前一級反相器的輸出接下一級反相器的輸入，且前一級反相器的輸出連接一第一電容的一端，該第一電容的另一端接地，依此類推，最后一級反相器的輸出接第一級反相器的輸入；其中，所有反相器的電流由所述控制電流提供。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述振蕩器電路還包括一緩沖器，所述緩沖器的輸入端與所述正交環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)的輸出端電連接，所述緩沖器的輸出端用于輸出時鐘信號。

一種自偏置電路，用于控制振蕩器電路，包括：

一電流鏡像電路，其包含一第一電流輸出端、一第二電流輸出端以及一控制端，所述第二電流輸出端電連接于所述振蕩器電路的輸入端用于輸出所述控制電流；所述第二電流輸出端輸出的該控制電流為映射所述第一電流輸出端的電流信號；所述控制端用于接受一控制信號；

一電阻，其一端電連接至所述第一電流輸出端，其另一端接地；

一運算放大器，包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述第一輸入端電連接至所述第一電流輸出端，所述第二輸入端電連接至所述第二電流輸出端；

一穩(wěn)壓電容，其一端電連接至所述第二電流輸出端，另一端接地。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述電流鏡像電路包括第一pmos管以及第二pmos管；其中：

所述第一pmos管的源極與所述第二pmos管的源極均電連接至一電壓源；

所述第一pmos管的漏極電連接至所述運算放大器的第一輸入端,所述第一pmos管的漏極作為所述第一電流輸出端；

所述第二pmos管的漏極電連接于所述振蕩器電路的輸入端,所述第二pmos管的漏極作為所述第二電流輸出端；

所述第一pmos管的柵極與所述第二pmos管的柵極共接，作為所述電流鏡像電路的控制端，且電連接至所述運算放大器的輸出端。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：

1)本發(fā)明的提供的高精度自偏置時鐘電路，其自偏置電路包括一運算放大器，該運算放大器的第一輸入端與一電阻的一端電連接，該電阻的另一端接地；該運算放大器的第二輸入端與振蕩器電路的輸入端電連接；因而可保證整個電路穩(wěn)定后，該電阻上的電壓與加載在振蕩器電路上的電壓相等；從而使得該自偏置電路不需要額外的基準電路，避免了額外的電路面積和功耗開銷；

2)本發(fā)明的提供的高精度自偏置時鐘電路，其輸出的時鐘信號的頻率僅與電阻及第一電容相關(guān)，由于電阻和電容的溫度系數(shù)很小，因而產(chǎn)生的時鐘信號與溫度無關(guān)，精度高，特別適用于高精度系統(tǒng)的應(yīng)用。

當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的時鐘發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的高精度自偏置時鐘電路的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的正交環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)的示意圖。

符號說明：

100-啟動電路，200-自偏置電路，300-振蕩器電路，vdd-高電平參考電壓，p0-第三pmos管,n1-第一nmos管,n2-第二nmos管孔，i0-啟動電流，i1-控制電流，p1-第一pmos管，p2-第二pmos管，opa-運算放大器，r-電阻，c0-穩(wěn)壓電容，inv-反相器，c-第一電容，buf-緩沖器，clk0-時鐘信號，vr-運算放大器的第一輸入端的電壓，vddi-第二預(yù)設(shè)電壓值

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的高精度自偏置時鐘電路及相應(yīng)的自偏置電路作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

請參考圖2，如圖2所示，本發(fā)明實施例提供的高精度自偏置時鐘電路包括啟動電路100、自偏置電路200以及振蕩器電路300；其中：

啟動電路100用于輸出一控制信號給自偏置電路200，使其產(chǎn)生一啟動電流i0；自偏置電路100在啟動電流i0的作用下輸出一控制電流i1給振蕩器電路300，振蕩器電路300中包括第一電容c，控制電流i1對第一電容c進行充電，且第一電容c上的第一電壓反饋至啟動電路100；振蕩器電路300在控制電流i1的作用下輸出一時鐘信號clk0，當所述第一電壓達到第一預(yù)設(shè)值后，所述啟動電路100在所述第一電壓的作用下關(guān)閉；且在所述第一電壓達到第二預(yù)設(shè)值vddi后，所述振蕩器電路300產(chǎn)生的時鐘信號clk0保持穩(wěn)定。其中，自偏置電路200具體包括：

一電流鏡像電路，其包含一第一電流輸出端、一第二電流輸出端以及一控制端，第二電流輸出端電連接于振蕩器電路300的輸入端用于輸出控制電流i1；第一電流輸出端輸出啟動電流i0；第二電流輸出端輸出的該控制電流i1為映射第一電流輸出端的電流信號；控制端與啟動電路100的輸出端電連接，用于接受啟動電路輸出的控制信號；

一電阻r，其一端電連接至第一電流輸出端，其另一端接地；

一運算放大器opa，包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述第一輸入端電連接至第一電流輸出端，第二輸入端電連接至第二電流輸出端，且第二輸入端電連接至啟動電路100；

一穩(wěn)壓電容c0，其一端電連接至第二電流輸出端，另一端接地；

其中，振蕩器電路300產(chǎn)生的時鐘信號clk0的頻率僅與電阻r及第一電容c相關(guān)。由于電阻和電容的溫度系數(shù)很小，因而產(chǎn)生的時鐘信號與溫度無關(guān)，精度高，特別適用于高精度系統(tǒng)的應(yīng)用。

此外，由于自偏置電路200包括一運算放大器opa，該運算放大器opa的第一輸入端與一電阻r的一端電連接，該電阻r的另一端接地；該運算放大器opa的第二輸入端與振蕩器電路300的輸入端電連接；因而可保證整個電路穩(wěn)定后，該電阻上的電壓vr與加載在振蕩器電路上300的電壓相等；從而使得該自偏置電路200不需要額外的基準電路，避免了額外的電路面積和功耗開銷。

作為一具體實施例，該電流鏡像電路具體包括第一pmos管p1以及第二pmos管p2；其中,所述第一pmos管p1的源極與所述第二pmos管p2的源極均電連接至一電壓源vdd；所述第一pmos管p1的漏極電連接至所述運算放大器opa的第一輸入端,所述第一pmos管p1的漏極作為所述第一電流輸出端，輸出啟動電流i0；所述第二pmos管p2的漏極電連接于所述振蕩器電路300的輸入端,所述第二pmos管p2的漏極作為所述第二電流輸出端，輸出控制電流i1；所述第一pmos管p1的柵極與所述第二pmos管p2的柵極共接，作為所述電流鏡像電路的控制端，且電連接至所述運算放大器opa的輸出端。

需要注意的是，上述給出的僅是電流鏡像電路的一種實施方式，其它形式的電流鏡像電路也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

作為一具體實施例，該啟動電路具體包括第三pmos管p0、第一nmos管n1以及第二nmos管n2，其中,所述第三pmos管p0的源極電連接至一電壓源vdd，其柵極接地，其漏極電連接至所述第一nmos管n1的漏極以及所述第二nmos管n2的柵極；所述第一nmos管n1的源極接地，其柵極電連接至所述運算放大器opa的第二輸入端；所述第二nmos管n2的源極接地，其漏極作為所述啟動電路100的輸出端電連接至所述電流鏡像電路的控制端。

需要注意的是，上述給出的僅是啟動電路的一種實施方式，其它形式的啟動電路也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

作為本發(fā)明的一個實施例，所述振蕩器電路300包括一正交環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，如圖3所示。具體地，所述正交環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)包括兩個反相器環(huán)以及多個第一電容c，每個反相器環(huán)包括多級反相器inv，前一級反相器的輸出接下一級反相器的輸入，且前一級反相器的輸出連接一第一電容c的一端，該第一電容c的另一端接地，依此類推，最后一級反相器的輸出接第一級反相器的輸入；其中，所有反相器的電流由所述控制電流i1提供。在本實施例中，每個反相器環(huán)包括4級反相器，然而本發(fā)明并不以此為限，其還可以包括其它級的反相器，例如3級、5級等。

作為優(yōu)選的方式，所述振蕩器電路300還包括一緩沖器buf，所述緩沖器buf的輸入端與所述正交環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)的輸出端電連接，所述緩沖器buf的輸出端用于輸出時鐘信號。緩沖器buf的作用為對正交環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)輸出的時鐘信號進行波形整形，使時鐘信號的特性更好(上升沿與下降沿圖形特性更好)。

同時，如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種自偏置電路，用于控制振蕩器電路，包括：

一電流鏡像電路，其包含一第一電流輸出端、一第二電流輸出端以及一控制端，第二電流輸出端電連接于振蕩器電路300的輸入端用于輸出控制電流i1；第一電流輸出端輸出啟動電流i0；第二電流輸出端輸出的該控制電流i1為映射第一電流輸出端的電流信號；控制端與啟動電路100的輸出端電連接，用于接受啟動電路輸出的控制信號；

一電阻r，其一端電連接至第一電流輸出端，其另一端接地；

一運算放大器opa，包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述第一輸入端電連接至第一電流輸出端，第二輸入端電連接至第二電流輸出端，且第二輸入端電連接至啟動電路100；

一穩(wěn)壓電容c0，其一端電連接至第二電流輸出端，另一端接地；

由于自偏置電路200包括一運算放大器opa，該運算放大器opa的第一輸入端與一電阻r的一端電連接，該電阻r的另一端接地；該運算放大器opa的第二輸入端與振蕩器電路300的輸入端電連接；因而可保證整個電路穩(wěn)定后，該電阻上的電壓vr與加載在振蕩器電路上300的電壓相等；從而使得該自偏置電路200不需要額外的基準電路，避免了額外的電路面積和功耗開銷。

以下對本發(fā)明的原理進行具體說明：

如圖2所示，當電壓源上電后(即接高電平參考電壓vdd后)，由于第三pmos管p0的源極接高電壓，其柵極接地，因此，第三pmos管p0開啟；第三pmos管p0將第二nmos管n2的柵極電壓拉高至vdd，使得第二nmos管n2開啟；由于第二nmos管n2的漏極接第一pmos管p1的柵極，而第一pmos管p1的源極接高電壓，因而第一pmos管p1開啟，輸出啟動電流i0，同理，第二pmos管p2開啟，輸出控制電流i1，基于電流鏡的原理，i1＝k×i0,其中k為電流鏡的比例系數(shù)。

控制電流i1對振蕩器電路300中的第一電容c進行充電，當?shù)谝浑娙輈上加載的第一電壓達到第一預(yù)設(shè)電壓值后，第一nmos管n1開啟，使得所述第一nmos管n1的漏極電壓拉低，從而使第二nmos管n2關(guān)閉，也即使所述啟動電路100關(guān)閉。其中第一預(yù)設(shè)電壓值為第一nmos管n1的閾值電壓。也即啟動電路100在自偏置電路200啟動后自動退出，確保啟動電路100不會對整個電路的正常工作有影響。

當?shù)谝浑娙輈上加載的第一電壓達到第二預(yù)設(shè)電壓值vddi后，充電完成，振蕩器電路輸出穩(wěn)定的時鐘信號clk0。由于運算放大器opa的負反饋作用，第二預(yù)設(shè)電壓值vddi與電阻上加載的電壓vr相等，而vr＝i0×r，故vddi＝i0×r。第一電容c的充電時間t＝vddi×c/i1，時鐘周期t＝n×t，可以得到t＝4r×c/k。因而可知，時鐘信號的周期只與r和c相關(guān)，由于集成電路的r和c溫度系數(shù)很小，從而可以得到不隨溫度變化的高精度時鐘。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。