一種高精度環形振蕩器及其頻率校準電路和頻率校準方法
【專利摘要】一種高精度環形振蕩器及其頻率校準電路和頻率校準方法。該高精度環形振蕩器包含帶隙基準電路、基準電流電路、電流調節電路、環形振蕩電路、輸出緩沖電路。頻率校準電路包含分頻器、計數器、比較器、寄存器、非易失性存儲器。頻率校準電路快速定位高精度環形振蕩器需要的調節電流并將該調整設置存儲于非易失性存儲器中。本發明通過高精度環形振蕩器與頻率校準電路的配合，能夠補償溫度，電壓和工藝偏差對振蕩頻率的影響來達到振蕩頻率的高精度。通過高精度環形振蕩器與頻率校準電路的配合，獲得高精度的振蕩頻率，同時避免了復雜的電路，減小了芯片的面積和功耗，模擬比較電路的非線性、誤差和噪聲，提高了頻率精度，節省了芯片的測試時間和成本。
【專利說明】一種高精度環形振蕩器及其頻率校準電路和頻率校準方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高精度環形振蕩器及其頻率校準電路和頻率校準方法。
【背景技術】
[0002]數字電路的工作需要時鐘。對精確時間的需求如通信需求等使得高精度的時鐘成為必需。多年來，使用鎖相環電路和參考外部晶振來產生高精度時鐘是許多電路的標準配置。然而鎖相環電路面積和功耗較大。同時，電路板上的參考外部晶振增加了電路系統的成本。為節省電路系統的成本和功耗，高精度環形振蕩器多年來一直是眾多電路設計人員的研究方向。
[0003]然而，環形振蕩器的基本原理是通過奇數個串聯的反相器產生振蕩信號。反相器的延時受電源電壓，溫度和工藝偏差的影響很大，導致環形振蕩器的頻率隨芯片工藝、電源電壓和溫度的漂移而有很大的偏差。
[0004]為了克服環形振蕩器的頻率隨芯片工藝、電源電壓和溫度的漂移而漂移。多年來，眾多電路設計人員通過很多方法來減輕環形振蕩器的頻率隨芯片工藝、電源電壓和溫度的漂移而漂移。然而，這些方法如專利“內置振蕩電路”申請號201210592614.4均是采用如圖1所示的環形振蕩器電路，該環形振蕩器電路包含電路連接的基準電流電路101、電流比較器102、環形振蕩電路103和頻率電流轉化電路104，利用將環形振蕩電路的頻率轉換為電壓/電流信號后與基準電壓/基準電流比較，再用比較的結果來控制環形振蕩器的頻率。然而，頻率電壓/頻率電流轉換電路和電壓比較器/電流比較器需要額外的面積和功耗。更重要的是，頻率電壓/頻率電流轉換電路和電壓比較器/電流比較器都是模擬電路，其本身的非線性、誤差和噪聲都會對電路產生影響從而影響最終的頻率精度。

【發明內容】

[0005]本發明提供一種高精度環形振蕩器及其頻率校準電路和頻率校準方法，通過高精度環形振蕩器與頻率校準電路的配合，獲得高精度的振蕩頻率，同時避免了復雜的電路，減小了芯片的面積和功耗，模擬比較電路的非線性、誤差和噪聲，提高了頻率精度，節省了芯片的測試時間和成本。
[0006]為了達到上述目的，本發明提供一種高精度環形振蕩器，該高精度環形振蕩器包含帶隙基準電路、連接該帶隙基準電路的基準電流電路、連接該基準電流電路的電流調節電路、連接該電流調節電路的環形振蕩電路、連接該環形振蕩電路的輸出緩沖電路；
帶隙基準電路用于產生不受溫度和電源電壓影響的精準電壓vb，基準電流電路使用帶隙基準電路產生的精準電壓Vb產生大小為I的精準電流，電流調節電路使用基準電流電路產生的精準電流并根據來自頻率校準電路的調整設置來產生調節電流輸出給環形振蕩電路，以調節環形振蕩電路的頻率，輸出緩沖電路包含差分轉單端電路和逐級增大的反相器串，差分轉單端電路將環形振蕩電路的差分輸出轉換為單端輸出，逐級增大的反相器串將差分轉單端電路的單端輸出進一步放大提高驅動能力來輸出整個高精度環形振蕩器輸出的時鐘信號。
[0007]所述的基準電流電路包含運算放大器、MOS晶體管MP和精準電阻R，運算放大器的反相輸入端接帶隙基準電路產生的精準電壓Vb，運算放大器的輸出連接MOS晶體管MP的柵極，MOS晶體管MP的源極連接運算放大器的同相輸入端和精準電阻R的一端，精準電阻R的另一端接地，MOS晶體管MP的漏極提供大小為I的精準電流輸出。
[0008]所述的電流調節電路包含電路連接的第一 PMOS晶體管MPl，以及電流源電路和調節電流控制電路；所述的電流源電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)，所述的調節電流控制電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)；
基準電流電路產生的電流大小為I的精準電流Il的一端接地，另一端接第一 PMOS晶體管MPl的柵極和漏極，第一 PMOS晶體管MPl的源極接電源VDD，第一 PMOS晶體管MPl的柵極還分別連接電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的柵極，為N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)提供參考電壓，N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的源極均連接電源VDD，N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的漏極分別對應連接調節電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP (2N)的源極，即，PMOS晶體管MP2的源極接PMOS晶體管MP3的漏極，PMOS晶體管MP4的源極接PMOS晶體管MP5的漏極，…，PMOS晶體管MP (2N)的源極接PMOS晶體管MP (2N+1)的漏極，N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP(2N)的柵極分別連接N個控制信號K1，K2，…，KN，這N個控制信號Kl，K2，-,KN來自頻率校準電路，N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的漏極連接在一起提供調節電流；電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的尺寸均與第一 PMOS晶體管MPl相同，電流源電路中MP3，MP5，…，MP(2N+1)共N個晶體管作為N個電流源，均能提供與第一 PMOS晶體管MPl提供的一樣的大小為I的電流，調節電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…,MP (2N)為相應的電流源電路中的N個電流源提供導通控制，隨著N個控制信號Kl，K2，…，KN所控制的導通的電流源數目的線性增加，輸出的調節電流也線性增加。
[0009]N為2的指數，即，N=2m小和111由調節電流的大小和所要求的精度決定:設N=I，m=0時調節電流的大小為I，此時有無調節電流即電流調節電路的開關Kl導通與否對環形振蕩電路頻率的影響為X%，若對高精度環形振蕩器輸出頻率的精度要求為Y%，如果X < Y，則N=I, m=0,電流調節電路Kl控制的電流源的大小為I ;如果X>Y，則N和m的取值由cTHY≤2m，N=2m決定，此時由N個控制信號K1，K2，…，KN所控制的電流源的電流大小為I/N0
[0010]本發明還提供一種用于高精度環形振蕩器的電流調節電路，該電流調節電路包含電路連接的第一 PMOS晶體管MP1，以及電流源電路和調節電流控制電路；所述的電流源電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)，所述的調節電流控制電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP (2N)；
基準電流電路產生的電流大小為I的精準電流Il的一端接地，另一端接第一 PMOS晶體管MPl的柵極和漏極，第一 PMOS晶體管MPl的源極接電源VDD，第一 PMOS晶體管MPl的柵極還分別連接電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的柵極，為N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)提供參考電壓，N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的源極均連接電源VDD，N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的漏極分別對應連接調節電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP (2N)的源極，即，PMOS晶體管MP2的源極接PMOS晶體管MP3的漏極，PMOS晶體管MP4的源極接PMOS晶體管MP5的漏極，…，PMOS晶體管MP (2N)的源極接PMOS晶體管MP (2N+1)的漏極，N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP(2N)的柵極分別連接N個控制信號K1，K2，…，KN，這N個控制信號Kl，K2，-,KN來自頻率校準電路，N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的漏極連接在一起提供調節電流；電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的尺寸均與第一 PMOS晶體管MPl相同，電流源電路中MP3，MP5，…，MP(2N+1)共N個晶體管作為N個電流源，均能提供與第一 PMOS晶體管MPl提供的一樣的大小為I的電流，調節電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)為相應的電流源電路中的N個電流源提供導通控制，隨著N個控制信號Kl，K2，…，KN所控制的導通的電流源數目的線性增加，輸出的調節電流也線性增加。
[0011]N為2的指數，即，N=2m小和111由調節電流的大小和所要求的精度決定:設N=I，m=0時調節電流的大小為I，此時有無調節電流即電流調節電路的開關Kl導通與否對環形振蕩電路頻率的影響為X%，若對高精度環形振蕩器輸出頻率的精度要求為Y%，如果X < Y，則N=I, m=0,電流調節電路Kl控制的電流源的大小為I ;如果X>Y，則N和m的取值由mY≤2m，N=2m決定，此時由N個控制信號K1，K2，…，KN所控制的電流源的電流大小為I/N0
[0012]本發明還提供一種用于高精度環形振蕩器的頻率校準電路，該頻率校準電路包含連接高精度環形振蕩器的分頻器、連接外部晶振和分頻器的計數器、連接計數器的比較器、連接比較器和高精度環形振蕩器的寄存器、以及連接寄存器的非易失性存儲器。
[0013]本發明還提供一種用于頻率校準電路的頻率校準方法，使用頻率校準電路對高精度環形振蕩器進行頻率校準，該頻率校準方法包含以下步驟:
步驟1、高精度環形振蕩器輸出的時鐘信號CK。,。經過分頻器產生一個頻率很低的時鐘信號CKdiv ；
步驟2、計數器使用外部晶振提供的參考時鐘CKray對時鐘信號CKdiv為高電平的時間進行計數，獲得計數值CNT_E，計數器具有期望值M，設分頻器的值為N，且分頻后的信號占空比是百分之五十，參考時鐘CKray的頻率為fray，期望高精度環形振蕩器輸出時鐘的頻率為fE，則其關系為fE/N=fray/2M，故計數器期望值M= N fcry/2fE ；
步驟3、比較器對計數值CNT_E和期望值M進行比較，并根據比較結果采用二分查找法調整用于控制高精度環形振蕩器的調節電流大小的寄存器的值；
當計數值CNT_E低于預設的期望值M時，表明高精度環形振蕩器輸出的時鐘信號過快，需要降低調節電流，當計數值CNT_E高于預設的期望值M時，表明高精度環形振蕩器輸出的時鐘信號CK_過慢，需要增加調節電流；
步驟4、將寄存器的數值寫入非易失性存儲器中；
步驟5、上電后，從非易失性存儲器中讀取調整設置數值到寄存器中，來控制高精度環形振蕩器產生精準的振蕩頻率。
[0014]步驟3中，使用二分查找法調整調節電流的方法包含以下步驟:
步驟3.1、使用中間值N/2，N為高精度環形振蕩器中的電流調節電路中的電流源的數量，使N/2個電流源導通，N/2個電流源關閉；
步驟3.2、當發現需要減小電流時，則使用N/4值，即僅有N/4個電流源導通來進行進一步測試，當發現需要增加電流時，則使用3N/4值，即有3N/4個電流源導通來進行進一步測試，以此類推，直到找到合適的寄存器的數值。
[0015]本發明通過高精度環形振蕩器與頻率校準電路的配合，該高精度環形振蕩器能夠補償溫度，電壓和工藝偏差對振蕩頻率的影響來達到振蕩頻率的高精度。該高精度環形振蕩器的電流調節電路相對簡單，避免了復雜的調節電路從而節省了芯片的面積和功耗。另夕卜，高精度環形振蕩器的電流調節電路為線性電路，頻率校準電路為數字電路，使得比較和反饋電路在數字電路中實現，減小了芯片的面積和功耗，避免了模擬比較電路的非線性、誤差和噪聲，提高了頻率精度。該高精度環形振蕩器通過與頻率校準電路的配合避免了非線性模擬電路的噪聲和誤差。同時，二分查找定位法能快速產生調整配置，節省了芯片的測試時間和成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是【背景技術】中的環形振蕩器電路的電路框圖；
圖2是本發明提供的高精度環形振蕩器的電路框圖；
圖3是本發明提供的高精度環形振蕩器的基準電流電路的電路圖；
圖4是本發明提供的高精度環形振蕩器的電流調節電路的電路圖；
圖5是用于本發明提供的高精度環形振蕩器的頻率校準電路的電路框圖。
【具體實施方式】
[0017]以下根據圖2?圖5，具體說明本發明的較佳實施例。
[0018]如圖2所示，本發明提供一種高精度環形振蕩器，該振蕩器包含帶隙基準電路201、連接該帶隙基準電路201的基準電流電路202、連接該基準電流電路202的電流調節電路203、連接該電流調節電路203的環形振蕩電路204、連接該環形振蕩電路204的輸出緩沖電路205。
[0019]帶隙基準電路201用于產生不受溫度和電源電壓影響的精準電壓Vb，基準電流電路202使用帶隙基準電路201產生的精準電壓Vb產生大小為I的精準電流，電流調節電路203使用基準電流電路202產生的精準電流并根據來自頻率校準電路的調整設置來產生調節電流輸出給環形振蕩電路204，以調節環形振蕩電路204的頻率，輸出緩沖電路205包含差分轉單端電路和逐級增大的反相器串，差分轉單端電路將環形振蕩電路204的差分輸出轉換為單端輸出，逐級增大的反相器串將差分轉單端電路的單端輸出進一步放大提高驅動能力來輸出整個高精度環形振蕩器輸出的時鐘信號。
[0020]如圖3所示,所述的基準電流電路202包含運算放大器2011、MOS (metal oxidesemiconductor金屬氧化物半導體)晶體管MP和精準電阻R,運算放大器2011的反相輸入端接帶隙基準電路201產生的精準電壓Vb，運算放大器2011的輸出連接MOS晶體管MP的柵極，MOS晶體管MP的源極連接運算放大器2011的同相輸入端和精準電阻R的一端，精準電阻R的另一端接地，MOS晶體管MP的漏極提供大小為I的精準電流輸出。
[0021]如圖4所示，所述的電流調節電路203包含電路連接的第一 PM0S(P溝道金屬氧化物半導體P_channel Metal Oxide Semiconductor)晶體管MPl,以及電流源電路和調節電流控制電路；所述的電流源電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)，所述的調節電流控制電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP(2N);
基準電流電路202產生的電流大小為I的精準電流Il的一端接地，另一端接第一 PMOS晶體管MPl的柵極和漏極，第一 PMOS晶體管MPl的源極接電源VDD，第一 PMOS晶體管MPl的柵極還分別連接電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的柵極，為N個PMOS晶體管MP3，MP5,…，MP(2N+1)提供參考電壓，N個PMOS晶體管MP3，MP5,…，MP (2N+1)的源極均連接電源VDD, N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的漏極分別對應連接調節電流控制電路 中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的源極，即，PMOS晶體管MP2的源極接PMOS晶體管MP3的漏極，PMOS晶體管MP4的源極接PMOS晶體管MP5的漏極，…，PMOS晶體管MP (2N)的源極接PMOS晶體管MP (2N+1)的漏極，N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP(2N)的柵極分別連接N個控制信號Kl，K2，…，KN，這N個控制信號K1，K2，…，KN來自頻率校準電路，N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的漏極連接在一起提供調節電流；電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的尺寸均與第一 PMOS晶體管MPl相同，電流源電路中MP3，MP5，…，MP (2N+1)共N個晶體管作為N個電流源，均能提供與第一 PMOS晶體管MPl提供的一樣的大小為I的電流，調節電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)為相應的電流源電路中的N個電流源提供導通控制，隨著N個控制信號Kl，K2，…，KN所控制的導通的電流源數目的線性增加，輸出的調節電流也線性增加，為方便控制，一般建議N為2的指數，即，N=2m。N和m由調節電流的大小和所要求的精度決定。具體為，設N=l，m=0時調節電流的大小為I，此時有無調節電流即電流調節電路的開關Kl導通與否對環形振蕩電路頻率的影響為X%，若對高精度環形振蕩器輸出頻率的精度要求為Y%，如果X≤Y，則N=l，m=0,電流調節電路Kl控制的電流源的大小為I ;如果X>Y，則N和m的取值由T'm ( 2W, N=2m決定，此時由N個控制信號K1，K2，…，KN所控制的電流源的電流大小為I/N。
[0022]如圖5所示，本發明還提供一種用于高精度環形振蕩器的頻率校準電路，該頻率校準電路包含連接高精度環形振蕩器406的分頻器402、連接外部晶振401和分頻器402的計數器403、連接計數器403的比較器404、連接比較器404和高精度環形振蕩器406的寄存器405、以及連接寄存器405的非易失性存儲器407。
[0023]在使用高精度環形振蕩器的芯片進行出廠測試時，頻率校準電路對高精度環形振蕩器進行頻率校準，該頻率校準方法包含以下步驟:
步驟1、高精度環形振蕩器406輸出的時鐘信號CKtjse經過分頻器402產生一個頻率很低的時鐘信號CKdiv ；
步驟2、計數器403使用外部晶振401提供的參考時鐘CKray對時鐘信號CKdiv為高電平的時間進行計數，獲得計數值CNT_E，計數器403具有期望值M，設分頻器402的值為N，且分頻后的信號占空比是百分之五十，參考時鐘CKray的頻率為fray，期望高精度環形振蕩器406輸出時鐘的頻率為fE，則其關系為fE/N=fray/2M，故計數器期望值M= N fcry/2fE ；
步驟3、比較器404對計數值CNT_E和期望值M進行比較，并根據比較結果采用二分查找法調整用于控制高精度環形振蕩器406的調節電流大小的寄存器405的值；
當計數值CNT_E低于預設的期望值M時，表明高精度環形振蕩器406輸出的時鐘信號CKosc過快，需要降低調節電流，當計數值CNT_E高于預設的期望值M時，表明高精度環形振蕩器406輸出的時鐘信號CK。,。過慢，需要增加調節電流；
使用二分查找法調整調節電流的方法包含以下步驟:
步驟3.1、使用中間值N/2，N為高精度環形振蕩器406中的電流調節電路203中的電流源的數量，使N/2個電流源導通，N/2個電流源關閉；
步驟3.2、當發現需要減小電流時，則使用N/4值，即僅有N/4個電流源導通來進行進一步測試，當發現需要增加電流時，則使用3N/4值，即有3N/4個電流源導通來進行進一步測試，以此類推，直到找到合適的寄存器405的數值；
步驟4、將寄存器405的數值寫入非易失性存儲器407中；
步驟5、上電后，從非易失性存儲器407中讀取調整設置數值到寄存器405中，來控制高精度環形振蕩器406中電流調節電路203和環形振蕩電路204產生精準的振蕩頻率。
[0024]所述的計數器403可通過超高速集成電路硬件描述語言如VHDL或Verilog代碼實現。
[0025]比較器404和二分查找法在有CPU的芯片中可以通過軟件來實現。
[0026]采用頻率校準電路對高精度環形振蕩器進行頻率校準后，電源電壓、溫度和芯片工藝的偏差均被克服。當調節電流源的數目足夠多時，高精度環形振蕩器輸出的頻率將極其接近期望的頻率從而達到不受電源電壓、溫度、和芯片工藝影響的高精度。
[0027]相比已有電路，本電路使用的頻率校準電路為數字電路，使得比較和反饋電路在數字電路中實現，減小了芯片的面積和功耗；避免了模擬比較電路的非線性、誤差和噪聲，提高了頻率精度。而且數字電路隨工藝的進步能進一步減小面積和功耗。同時，計數器的期望值和分頻器的分頻值可以通過軟件改變，芯片出廠測試時使用的外部晶振也可以改變，這增加了輸出不同頻率的靈活性。外部晶振僅在芯片進行出廠測試時的測試電路板上使用，不會帶來系統應用時的成本，而使用外部晶振的精準頻率作為參考頻率提高了頻率校準測試后的頻率精度。
[0028]盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種高精度環形振蕩器，其特征在于，該高精度環形振蕩器包含帶隙基準電路(201)、連接該帶隙基準電路(201)的基準電流電路(202)、連接該基準電流電路(202 )的電流調節電路(203)、連接該電流調節電路(203)的環形振蕩電路(204)、連接該環形振蕩電路(204)的輸出緩沖電路(205)； 帶隙基準電路(201)用于產生不受溫度和電源電壓影響的精準電壓基準電流電路(202)使用帶隙基準電路(201)產生的精準電壓Vb產生大小為I的精準電流，電流調節電路(203)使用基準電流電路(202)產生的精準電流并根據來自頻率校準電路的調整設置來產生調節電流輸出給環形振蕩電路(204)，以調節環形振蕩電路(204)的頻率，輸出緩沖電路(205 )包含差分轉單端電路和逐級增大的反相器串，差分轉單端電路將環形振蕩電路(204 )的差分輸出轉換為單端輸出，逐級增大的反相器串將差分轉單端電路的單端輸出進一步放大提高驅動能力來輸出整個高精度環形振蕩器輸出的時鐘信號。
2.如權利要求1所述的高精度環形振蕩器，其特征在于，所述的基準電流電路(202)包含運算放大器(2011)、MOS晶體管MP和精準電阻R，運算放大器(2011)的反相輸入端接帶隙基準電路(201)產生的精準電壓運算放大器(2011)的輸出連接MOS晶體管MP的柵極，MOS晶體管MP的源極連接運算放大器(2011)的同相輸入端和精準電阻R的一端，精準電阻R的另一端接地，MOS晶體管MP的漏極提供大小為I的精準電流輸出。
3.如權利要 求2所述的高精度環形振蕩器，其特征在于，所述的電流調節電路(203)包含電路連接的第一 PMOS晶體管MP1，以及電流源電路和調節電流控制電路；所述的電流源電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)，所述的調節電流控制電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP2, MP4,...，MP (2N)； 基準電流電路(202)產生的電流大小為I的精準電流Il的一端接地，另一端接第一PMOS晶體管MPl的柵極和漏極，第一 PMOS晶體管MPl的源極接電源VDD，第一 PMOS晶體管MPl的柵極還分別連接電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的柵極，為N個PMOS晶體管MP3，MP5，...，MP(2N+1)提供參考電壓，N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的源極均連接電源VDD, N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的漏極分別對應連接調節電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的源極，即，PMOS晶體管MP2的源極接PMOS晶體管MP3的漏極，PMOS晶體管MP4的源極接PMOS晶體管MP5的漏極，…，PMOS晶體管MP (2N)的源極接PMOS晶體管MP (2N+1)的漏極，N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP(2N)的柵極分別連接N個控制信號Kl，K2，…，KN，這N個控制信號K1，K2，…，KN來自頻率校準電路，N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的漏極連接在一起提供調節電流；電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的尺寸均與第一 PMOS晶體管MPl相同，電流源電路中MP3，MP5，…，MP (2N+1)共N個晶體管作為N個電流源，均能提供與第一 PMOS晶體管MPl提供的一樣的大小為I的電流，調節電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)為相應的電流源電路中的N個電流源提供導通控制，隨著N個控制信號Kl，K2，…，KN所控制的導通的電流源數目的線性增加，輸出的調節電流也線性增加。
4.如權利要求3所述的高精度環形振蕩器，其特征在于，N為2的指數，S卩，N=2m#和m由調節電流的大小和所要求的精度決定:設N=l，m=0時調節電流的大小為I，此時有無調節電流即電流調節電路的開關Kl導通與否對環形振蕩電路頻率的影響為X%，若對高精度環形振蕩器輸出頻率的精度要求為Y%，如果X ( Y，則N=l，m=0,電流調節電路Kl控制的電流源的大小為I ;如果X>Y，則N和m的取值由≤2m，N=2m決定，此時由N個控制信號K1，K2，…，KN所控制的電流源的電流大小為I/N。
5.一種用于權利要求2所述的高精度環形振蕩器的電流調節電路(203)，其特征在于，該電流調節電路(203)包含電路連接的第一 PMOS晶體管MP1，以及電流源電路和調節電流控制電路；所述的電流源電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)，所述的調節電流控制電路包含電路連接的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP(2N); 基準電流電路(202)產生的電流大小為I的精準電流Il的一端接地，另一端接第一PMOS晶體管MPl的柵極和漏極，第一 PMOS晶體管MPl的源極接電源VDD，第一 PMOS晶體管MPl的柵極還分別連接電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的柵極，為N個PMOS晶體管MP3，MP5，...，MP(2N+1)提供參考電壓，N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的源極均連接電源VDD, N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP (2N+1)的漏極分別對應連接調節電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的源極，即，PMOS晶體管MP2的源極接PMOS晶體管MP3的漏極，PMOS晶體管MP4的源極接PMOS晶體管MP5的漏極，…，PMOS晶體管MP (2N)的源極接PMOS晶體管MP (2N+1)的漏極，N個PMOS晶體管MP2，MP4，...，MP(2N)的柵極分別連接N個控制信號K1，K2，…，KN，這N個控制信號Kl，K2，…，KN來自頻率校準電路，N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)的漏極連接在一起提供調節電流；電流源電路中的N個PMOS晶體管MP3，MP5，…，MP(2N+1)的尺寸均與第一 PMOS晶體管MPl相同，電流源電路中MP3，MP5，…，MP (2N+1)共N個晶體管作為N個電流源，均能提供與第一 PMOS晶體管MPl提供的一樣的大小為I的電流，調節電流控制電路中的N個PMOS晶體管MP2，MP4，…，MP (2N)為相應的電流源電路中的N個電流源提供導通控制，隨著N個控制信號Kl，K2，…，KN所控制的導通的電流源數目的線性增加，輸出的調節電流也線性增加。
6.如權利要求5所述的高精度環形振蕩器，其特征在于，N為2的指數，即，N=2m#和m由調節電流的大小和所要求的精度決定:設N=l，m=0時調節電流的大小為I，此時有無調節電流即電流調節電路的開關Kl導通與否對環形振蕩電路頻率的影響為X%，若對高精度環形振蕩器輸出頻率的精度要求為Y%，如果X ( Y，則N=l，m=0,電流調節電路Kl控制的電流源的大小為I ;如果X>Y，則N和m的取值由( T, N=2m決定，此時由N個控制信號K1，K2，…，KN所控制的電流源的電流大小為I/N。
7.一種用于權利要求1-4中任意一個所述的高精度環形振蕩器的頻率校準電路，其特征在于，該頻率校準電路包含連接高精度環形振蕩器(406)的分頻器(402)、連接外部晶振(401)和分頻器(402)的計數器(403)、連接計數器(403)的比較器(404)、連接比較器(404)和高精度環形振蕩器(406)的寄存器(405)、以及連接寄存器(405)的非易失性存儲器(407)。
8.一種用于權利要求7所述的頻率校準電路的頻率校準方法，使用頻率校準電路對高精度環形振蕩器進行頻率校準，其特征在于，該頻率校準方法包含以下步驟: 步驟1、高精度環形振蕩器(406)輸出的時鐘信號CKtjse經過分頻器(402)產生一個頻率很低的時鐘信號CKdiv ； 步驟2、計數器(403)使用外部晶振(401)提供的參考時鐘CKray對時鐘信號CKdiv為高電平的時間進行計數，獲得計數值CNT_E，計數器(403)具有期望值M，設分頻器(402)的值為N，且分頻后的信號占空比是百分之五十，參考時鐘CKray的頻率為fray，期望高精度環形振蕩器(406)輸出時鐘的頻率為fE，則其關系為fE/N=fray/2M，故計數器期望值M= N fcry/2fE ；步驟3、比較器(404)對計數值CNT_E和期望值M進行比較，并根據比較結果采用二分查找法調整用于控制高精度環形振蕩器(406)的調節電流大小的寄存器(405)的值； 當計數值CNT_E低于預設的期望值M時，表明高精度環形振蕩器(406)輸出的時鐘信號過快，需要降低調節電流，當計數值CNT_E高于預設的期望值M時，表明高精度環形振蕩器(406)輸出的時鐘信號CK。,。過慢，需要增加調節電流； 步驟4、將寄存器(405)的數值寫入非易失性存儲器(407)中； 步驟5、上電后，從非易失性存儲器(407 )中讀取調整設置數值到寄存器(405 )中，來控制高精度環形振蕩器(406)產生精準的振蕩頻率。
9.如權利要求8所述的頻率校準方法，其特征在于，步驟3中，使用二分查找法調整調節電流的方法包含以下步驟: 步驟3.1、使用中間值N/2，N為高精度環形振蕩器(406)中的電流調節電路(203)中的電流源的數量，使N/2個電流源導通，N/2個電流源關閉； 步驟3.2、當發現需要減小電流時，則使用N/4值，即僅有N/4個電流源導通來進行進一步測試，當發現需要增加電流時，則使用3N/4值，即有3N/4個電流源導通來進行進一步測試，以此類推，直到找到合適的`寄存器(405)的數值。
【文檔編號】H03L7/099GK103441760SQ201310409169
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月10日 優先權日:2013年9月10日
【發明者】戴頡, 職春星 申請人:燦芯半導體(上海)有限公司