一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，由兩個充放電網絡和數字觸發器處理模塊組成，兩個充放電網絡輪流處于充電、放電狀態，并根據其充放電狀態輪流輸出翻轉信號，數字觸發器處理模塊根據翻轉信號控制所述兩個充放電網絡分別輪流處于充電、放電狀態，根據所述兩個充放電網絡的充電、放電狀態輸出時鐘信號。由溫度系數相反的充放電電阻模塊和充放電電容模塊組成的充放電單元使所述時鐘發生器與電源和溫度變化無關，不易受外界環境影響，并且各個期間都能集成在芯片內部，匹配性好，達到高精度時鐘發生器的目的。
【專利說明】
一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種時鐘發生器，特別是一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器。
【背景技術】
[0002]隨著半導體集成電路的發展，各種通信系統迅速發展起來，系統與系統之間、系統內部模塊間的通信都需要時鐘，為了使通信系統不沖突，國家出臺了各種標準來規范各種系統的時鐘，同時為了使通信準確，都要求系統有高精度的時鐘。然而，一般集成電路中的時鐘發生器輸出的時鐘頻率會隨著電源和溫度的變化而變化，并且偏差比較大、精度不夠高，通常偏差在(20%)左右。這樣的精準度已經不能滿足一些系統對時鐘的要求。另外，由于集成電路工藝的偏差較大，大部分情況下都是芯片外部外加高精度晶振，從而使系統時鐘達到精準。由晶體振蕩器的工作原理可知，外加晶體振蕩器的同時會引入片外電容元器件，同時也需要芯片內部模塊電路與之匹配，才能起振;并且一般晶振的頻率較低，需要倍頻電路或者PLL電路才能得到想要的時鐘頻率。除此之外，晶振和片外電容會增加系統面積，影響集成度，并且會增加成本；內部倍頻電路或者PLL電路有一定難度，并且片內片外的匹配性不好，如果系統布局不好，易受干擾，影響時鐘的精準度。
【實用新型內容】
[0003]為解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器。本實用新型解決其問題所采用的技術方案是:
[0004]—種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，包括:
[0005]充放電網絡，設置有兩個，所述兩個充放電網絡分別輪流處于充電、放電狀態，并根據其充放電狀態輪流輸出翻轉信號，所述兩個充放電網絡的充電時間相同；所述充放電網絡包括在指定時間內完成充電的RC充放電單元，所述RC充放電單元由溫度系數相反的充放電電阻模塊和充放電電容模塊組成;數字觸發器處理模塊，根據翻轉信號控制所述兩個充放電網絡分別輪流處于充電、放電狀態，根據所述兩個充放電網絡的充電、放電狀態輸出時鐘信號。所述數字觸發器處理模塊為所述時鐘發生器產生精確50%占空比時鐘信號所需要的數字控制邏輯。
[0006]進一步地，所述充放電網絡還包括用于控制RC充放電單元充電的充電開關和用于控制RC充放電單元放電的放電開關，所述RC充放電單元還包括一個充電電壓輸出端，所述充電電壓輸出端放置于所述充放電電阻模塊和所述充放電電容模塊中間。
[0007]進一步地，所述充放電網絡還包括比較器，所述比較器包括用于連接VA參考電壓的參考電壓輸入端和用于連接RC充放電單元充電電壓輸出端的比較電壓輸入端;所述比較器通過比較RC充放電單元充電電壓和VA參考電壓輸出翻轉信號，當所述RC充放電單元充電電壓和VA參考電壓相等時，所述比較器輸出翻轉信號;所述數字觸發器處理模塊的輸入端分別與所述兩個充放電網絡連接獲取其翻轉信號，所述數字觸發器處理模塊還包括兩個開關控制輸出端，所述的兩個開關控制輸出端分別交叉控制其中一個充放電網絡的充電開關和另一個充放電網絡的放電開關，所述數字觸發器處理模塊根據翻轉信號交替切換兩個開關控制輸出端的控制信號，使兩個充放電網絡交替處于充電狀態和放電狀態，根據充放電狀態，所述時鐘信號從所述數字觸發器處理模塊的時鐘信號輸出端輸出。
[0008]進一步地，所述充放電網絡還包括輸入電源電壓端口和地端口，所述輸入電源電壓端口、充電開關、充放電單元和地端口依次串聯連接，所述放電開關并聯設置在充放電電容模塊的兩端，所述充電電壓輸出端設置于充放電電阻模塊和充放電電容模塊之間。
[0009]進一步地，還包括VA參考電壓產生電路，所述輸入電源電壓端口、兩個分壓電阻和地端口依次串聯，穩壓電容與接地的電阻并聯，所述VA參考電壓輸入端設置于兩個分壓電阻之間，所述VA參考電壓產生1/2 Vdd輸入電源電壓。
[0010]進一步地，所述充放電電阻模塊由兩個以上的電阻串聯組成，所述電阻為負溫度系數電阻，所述的每個電阻設置有與其并聯的電阻控制開關;所述充放電電容模塊由兩個以上的電容并聯組成，所述電容為正溫度系數電容，所述的每個電容設置有與其串聯的電容控制開關。所述充放電電阻模塊中各個串聯的電阻其阻值依次呈級數遞增，所述充放電電容模塊中各個并聯的電容其容值依次呈級數遞增。還包括寄存器，連接所述充放電電阻模塊、充放電電容模塊的每個電阻控制開關和電容控制開關。所述充放電電阻模塊的電阻值和充放電電容模塊的電容值通過配置寄存器來調節大小及其精度。
[0011]因為所述充放電網絡的充電時間t=2JTRC，通過調整所述充放電電阻模塊的電阻值和充放電電容模塊的電容值即能決定所述充放電網絡的充電時間而不受電源電壓影響；另夕卜，設計所述充放電電阻模塊的阻值和充放電電容模塊的電容值，使得它們的乘積一定，溫度系數相互抵消，使得時鐘發生器產生的時鐘大小與溫度無關。
[0012]進一步地，所述充放電網絡還包括測試開關和測試輸入電流源端，所述測試輸入電流源端、所述測試開關與所述充放電單元依次串聯。所述時鐘發生器生產完成后，根據以下方法修調所述充放電網絡:先調節所述充放電電阻模塊，再調節所述充放電電容模塊。修調所述充放電電阻模塊時，斷開所述充電開關，閉合所述測試開關和所述放電開關，所述測試輸入電流源端外加恒電流，測試所述電流源端的電壓，通過配置所述寄存器的值改變所述充放電電阻模塊的阻值，使所述測試電流源端的電壓達到設定值，以確定充放電電阻模塊的阻值，然后根據所述時鐘信號輸出端的信號，配置所述寄存器的值，修調所述充放電電容模塊的電容值。通過修調過的時鐘信號與電源和溫度無關，在零下40攝氏度到85攝氏度范圍內，精度可達0.5%甚至更高。
[0013]與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:本實用新型采用的一種負溫度系數電阻和正溫度系數的電容組成的零溫度系數RC充電時鐘結構，各個器件都能集成在芯片內部，匹配性好，不易受外界信號干擾，通過修調校準后，時鐘大小與電源和溫度變化無關，不易受外界環境影響，做到了真正的高精度，具有現有其它時鐘發生器無可比擬的技術優勢。
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和實例對本實用新型作進一步說明。
[0015]圖1是本實用新型一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器的電路結構圖；
[0016]圖2是本實用新型一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器的可配置大小的充放電電阻模塊的結構示意圖；
[0017]圖3是本實用新型一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器的可配置大小的充放電電容模塊電容的結構示意圖；
[0018]圖4是本實用新型一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器的VA參考電壓產生電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]參照圖1-圖4，本實用新型的一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，其特征在于，包括:
[0020]充放電網絡2，設置有兩個，所述兩個充放電網絡2分別輪流處于充電、放電狀態，并根據其充放電狀態輪流輸出翻轉信號，所述兩個充放電網絡2的充電時間相同；所述充放電網絡2包括在指定時間內完成充電的RC充放電單元I，所述RC充放電單元I由溫度系數相反的充放電電阻模塊4和充放電電容模塊5組成；
[0021]數字觸發器處理模塊3，根據翻轉信號控制所述兩個充放電網絡2分別輪流處于充電、放電狀態，根據所述兩個充放電網絡2的充電、放電狀態輸出時鐘信號。
[0022]進一步地，所述充放電網絡2還包括用于控制RC充放電單元I充電的充電開關Kl/K4和用于控制RC充放電單元I放電的放電開關K3/K6，所述RC充放電單元I還包括一個充電電壓輸出端VB/VC，所述充電電壓輸出端VB/VC放置于所述充放電電阻模塊4和所述充放電電容模塊5中間。
[0023]進一步地，所述充放電網絡2還包括比較器，所述比較器包括用于連接VA參考電壓的參考電壓輸入端和用于連接RC充放電單元I充電電壓輸出端VB/VC的比較電壓輸入端，所述比較器通過比較RC充放電單元I充電電壓VB/VC和VA參考電壓輸出翻轉信號。
[0024]進一步地，所述數字觸發器處理模塊3的輸入端分別與所述兩個充放電網絡2連接獲取其翻轉信號，所述數字觸發器處理模塊3還包括兩個開關控制輸出端Ctrll、Ctrl2，所述的開關控制輸出端ctrll控制所述充電開關Kl和放電開關K6，所述的開關控制輸出端ctrl2控制所述充電開關K4和放電開關K3;當充電開關Kl和放電開關K6閉合，而放電開關K3和充電開關K4斷開時，一側的RC充電網絡2充電，當充電電壓輸出端VB電壓達到VA參考電壓值時，該側比較器輸出翻轉，進而所述數字觸發器處理模塊3根據翻轉信號交替切換兩個開關控制輸出端ctrll、ctrl2的控制信號，使得放電開關K3和充電開關K4閉合，充電開關Kl和放電開關K6斷開，另一側RC充電網絡2充電，當充電電壓輸出端VC的電壓達到VA參考電壓值時，另一側比較器輸出翻轉，進而使充電開關Kl和放電開關K6閉合，放電開關K3和充電開關K4斷開，由此使兩個充放電網絡2交替處于充電狀態和放電狀態，根據充放電狀態，所述時鐘信號從所述數字觸發器處理模塊3的時鐘信號輸出端elk輸出，由此產生時鐘。
[0025]進一步地，還包括輸入電源電壓端口Vdd和地端口，所述輸入電源電壓端口Vdd、充電開關K1/K4、充放電單元I和地端口依次串聯連接，所述放電開關K3/K6并聯設置在充放電電容模塊5的兩端，所述充電電壓輸出端設置于充放電電阻模塊4和充放電電容模塊5之間。
[0026]進一步地，還包括VA參考電壓產生電路6，所述輸入電源電壓端口 Vdd、兩個分壓電阻Rl、R2和地端口依次串聯，穩壓電容Cl與接地的分壓電阻R2并聯，所述VA參考電壓輸入端設置于兩個分壓電阻Rl、R2之間，所述VA參考電壓產生電路6產生1/2輸入電源電壓Vdd。
[0027]進一步地，所述充放電電阻模塊4由兩個以上的電阻R串聯組成，所述電阻R為負溫度系數電阻，所述的每個電阻R設置有與其并聯的電阻控制開關K;所述充放電電容模塊5由兩個以上的電容C并聯組成，所述電容C為正溫度系數電容，所述的每個電容C設置有與其串聯的電容控制開關K'。在另一個實施例中，所述電阻為正溫度系數電阻，所述電容為負溫度系數電容。
[0028]進一步地，所述充放電電阻模塊4中各個串聯的電阻R其阻值依次呈級數遞增，所述充放電電容模塊5中各個并聯的電容C其容值依次呈級數遞增，級數遞增設置便于提高調節所述充放電電阻模塊阻值和充放電電容模塊電容值的精確度。另外還包括寄存器，連接所述充放電電阻模塊4、充放電電容模塊5的每個電阻控制開關K和電容控制開關K丨ο通過配置寄存器的值，調節所述充放電電阻模塊4的阻值和所述充放電電容模塊5的電容值的大小，調節的精度由寄存器的位數決定。
[0029]根據RC充放電網絡2的充電時間t=2iiRC，所述時鐘發生器產生的時鐘速度可以通過調節所述充放電電阻模塊4和充放電電容模塊5的電阻R和電容C的值來控制，與電源電壓和溫度無關。
[0030]在本實施例中，所述的兩個RC充放電單元I中的所述充放電電阻模塊4和充放電電容模塊5的值都對應相同，所以兩組充電網絡2完全對稱，所以產生時間的占空比為50%。
[0031]在另一實施例中，兩個RC充放電單元I中的所述充放電電阻模塊4和充放電電容模塊5的值不同，在滿足其電阻值和電容值的乘積相同時，兩個充放電網絡2的充電時間t=2JiRC相同，也可產生50%的時鐘占空比。
[0032]進一步地，所述充放電網絡2還包括測試開關K2/K5和測試輸入電流源端Iin，所述測試輸入電流源端Ιιη、所述測試開關K2/K5與所述充放電單元I依次串聯。
[0033]所述時鐘發生器生產完成后，根據以下方法修調所述充放電網絡2:先調節所述充放電電阻模塊4，再調節所述充放電電容模塊5。
[0034]修調所述充放電電阻模塊4時，斷開所述充電開關Kl，閉合所述測試開關K2和所述放電開關K3，所述測試輸入電流源端Iin外加恒電流，測試所述測試輸入電流源端Iin的電壓，通過配置所述寄存器的值改變所述充放電電阻模塊4的阻值，使所述測試輸入電流源端Iin的電壓達到設定值，以確定充放電電阻模塊4的阻值，然后根據所述時鐘信號輸出端elk的信號，配置所述寄存器的值，修調所述充放電電容模塊5的電容值，使時鐘最終達到設計值。修調后的時鐘與電源和溫度無關，在零下40攝氏度到85攝氏度范圍內，精度可達0.5%甚至更高。
[0035]以上所述，只是本實用新型的較佳實施例而已，本實用新型并不局限于上述實施方式，只要其以相同的手段達到本實用新型的技術效果，都應屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，其特征在于，包括: 充放電網絡，設置有兩個，所述兩個充放電網絡分別輪流處于充電、放電狀態，并根據其充放電狀態輪流輸出翻轉信號，所述兩個充放電網絡的充電時間相同；所述充放電網絡包括在指定時間內完成充電的Re充放電單元，所述RC充放電單元由溫度系數相反的充放電電阻模塊和充放電電容模塊組成； 數字觸發器處理模塊，根據翻轉信號控制所述兩個充放電網絡分別輪流處于充電、放電狀態，根據所述兩個充放電網絡的充電、放電狀態輸出時鐘信號。2.根據權利要求1所述的一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，其特征在于:所述充放電網絡還包括用于控制RC充放電單元充電的充電開關和用于控制RC充放電單元放電的放電開關，所述RC充放電單元還包括一個充電電壓輸出端，所述充電電壓輸出端放置于所述充放電電阻模塊和所述充放電電容模塊中間； 所述充放電網絡還包括比較器，所述比較器包括用于連接VA參考電壓的參考電壓輸入端和用于連接RC充放電單元充電電壓輸出端的比較電壓輸入端，所述比較器通過比較RC充放電單元充電電壓和VA參考電壓輸出翻轉信號； 所述數字觸發器處理模塊的輸入端分別與所述兩個充放電網絡連接獲取其翻轉信號，所述數字觸發器處理模塊還包括兩個開關控制輸出端，所述的兩個開關控制輸出端分別交叉控制其中一個充放電網絡的充電開關和另一個充放電網絡的放電開關，所述數字觸發器處理模塊根據翻轉信號交替切換兩個開關控制輸出端的控制信號，使兩個充放電網絡交替處于充電狀態和放電狀態，根據充放電狀態，所述時鐘信號從所述數字觸發器處理模塊的時鐘信號輸出端輸出。3.根據權利要求2所述的一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，其特征在于:還包括輸入電源電壓端口和地端口，所述輸入電源電壓端口、充電開關、充放電單元和地端口依次串聯連接，所述放電開關并聯設置在充放電電容模塊的兩端，所述充電電壓輸出端設置于充放電電阻模塊和充放電電容模塊之間。4.根據權利要求3所述的一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，其特征在于:還包括VA參考電壓產生電路，所述輸入電源電壓端口、兩個分壓電阻和地端口依次串聯，穩壓電容與接地的電阻并聯，所述VA參考電壓輸入端設置于兩個分壓電阻之間。5.根據權利要求1所述的一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，其特征在于:所述充放電電阻模塊由兩個以上的電阻串聯組成，所述電阻為負溫度系數電阻，所述的每個電阻設置有與其并聯的電阻控制開關;所述充放電電容模塊由兩個以上的電容并聯組成，所述電容為正溫度系數電容，所述的每個電容設置有與其串聯的電容控制開關。6.根據權利要求5所述的一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，其特征在于:所述充放電電阻模塊中各個串聯的電阻其阻值依次呈級數遞增，所述充放電電容模塊中各個并聯的電容其容值依次呈級數遞增。7.根據權利要求5或6所述的一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，其特征在于:還包括寄存器，連接所述充放電電阻模塊、充放電電容模塊的每個電阻控制開關和電容控制開關。8.根據權利要求3所述的一種與電源和溫度無關的高精度時鐘發生器，其特征在于:所述充放電網絡還包括測試開關和測試輸入電流源端，所述測試輸入電流源端、所述測試開關與所述充放電單元依次串聯。
【文檔編號】H03K3/02GK205490456SQ201521096980
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月24日
【發明人】白云亮, 肖永貴
【申請人】深圳市匯春科技股份有限公司