RC振荡电路的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种rc振荡电路。

背景技术：

振荡器是许多电子系统的重要组成部分。从微处理器的时钟产生到蜂窝电话中的载波合成，振荡器无处不在。而且，在不同的应用中，其要求的结构和性能参数差别很大。振荡器一般分为rc振荡器、lc振荡器、石英晶体振荡器等。rc振荡电路是应用最普遍的一种振荡器电路，结构简单、成本较低、功耗也较小。但是它受工作电压和温度变化的影响较大，工艺相关性较差，精度也较差。

传统的rc振荡电器可能满足高精度或者低功耗这两种性能中的一种，要达到极高精度时，消耗的电流会大很多，或这实现低功耗工作时，精度不够。

根据电容充放电公式，i·t＝c·u，其中，i为电流，t为振荡周期，c为电容值，u为电压。传统的rc振荡振荡器会对电流i做校准，通过多个单位电流并联调整工作电流i的大小。但是要实现极高的精度，例如万分之二的精度，需要5000个单位电流并联，每个单位电流为总电流的万分之二。当选取电位电流为100na，校准的最大电流能够达到5000×100na＝0.5ma，无法实现低功耗，且电流的匹配精度较差，同样不能实现高精度。若仅仅对电容c进行校准，通过多个单位电容并联调整充放电电容的大小，例如万分之二的精度，需要5000个单位电容并联。假设单位电容的面积为4μm·4μm，校准的最大电容面积为5000·4μm·4μm＝8000μm²，会占据很大的版图面积，严重提升成本，且大电容的金属连线寄生电容也相当大，甚至可能大于单位电容值，也不能实现频率校准的高精度。

因此，如何实现高精度和低功耗的振荡电路是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提高振荡电路的调整精度，降低功耗。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种rc振荡电路，包括：偏置产生电路，用于产生低压参考电压和高压参考电压，包括第一可变电阻、第二电阻，所述第二电阻的第一端接地，第二端连接至所述第一可变电阻的第二端，所述第一可变电阻第一端连接至电源电压，所述第一可变电阻的第一端作为高压参考电压输出端，所述第一可变电阻第二端作为低压参考电压输出端；电容充放电电路，包括充放电电容，所述充放电电容第一端接地，第二端分别通过开关连接至充电电流源和放电电流源；比较器电路，包括第一比较器、第二比较器以及逻辑控制模块，所述第一比较器的正输入端连接至所述正向参考电压输出端，所述第二比较器的负输入端连接至所述低压参考电压输出端，所述第一比较器的负输入端和所述第二比较器的正输入端连接至所述电容的第二端，所述第一比较器和第二比较器的输出端分别连接至所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块用于根据所述第一比较器和第二比较器的输出信号，产生控制信号，以控制所述电容充放电电路周期性的充放电。

可选的，所述电源电压由低压差线性稳压器提供。

可选的，所述充电电流源和放电电流源由所述低压差线性稳压器提供。

可选的，所述第一可变电阻包括：串联连接的粗调电阻阵列和精调电阻阵列。

可选的，所述粗调电阻阵列包括多个电阻依次连接成的电阻串，所述第一可变电阻的第一端和/或第二端通过开关选择电路与所述电阻串连接，通过控制所述开关选择电路内各开关的开关状态，调整所述粗调电阻阵列的电阻值。

可选的，所述精调电阻阵列包括并联连接的固定电阻支路、次精调电阻支路和精调电阻支路，所述精调电阻支路的电阻调整精度大于所述次精调电阻支路的电阻调整精度。

可选的，所述次精调电阻支路和精调电阻支路分别包括多个电阻依次连接成的电阻串，分别连接至开关选择电路，通过控制所述开关选择电路内各开关的开关状态调整所述次精调电阻支路和精调电阻支路的电阻值。

可选的，所述充放电电容的单位校准区间在-3％～3％以内，整体校准区间在-50％～50％以内。

可选的，所述第一可变电阻的第一端通过一开关连接至电源电压。

可选的，所述逻辑控制模块包括rs触发器，所述第一比较器和第二比较器的输出端分别连接至所述rs触发器的r端和s端，通过所述rs触发器输出的控制信号控制所述电容充放电电路周期性的充放电。

可选的，所述逻辑控制模块还包括基于所述rs触发器的输出端次连接的第一反相器和第二反相器。

本实用新型的rc振荡电路在偏置产生电路中包括第一可变电阻，所述第一可变电阻的阻值能够进行高精度的调整，从而对高压参考电压进行高精度调整，从而实现对振荡频率的高精度调整。

附图说明

图1为本实用新型一具体实施方式的rc振荡电路的电路结构示意图；

图2为本实用新型一具体实施方式的三角波形示意图；

图3为本实用新型一具体实施方式的三角波形示意图；

图4为本实用新型一具体实施方式的第一可变电阻的结构示意图；

图5为本实用新型一具体实施方式的粗调电阻阵列的结构示意图；

图6为本实用新型一具体实施方式的精调电阻阵列的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的rc振荡电路的具体实施方式做详细说明。

请参考图1，为本实用新型一具体实施方式的的rc振荡电路的结构示意图。

所述rc振荡电路包括偏置产生电路101、电容充放电电路102以及比较器电路103。

所述偏置产生电路101用于产生低压参考电压vl和高压参考电压vh。

该具体实施方式中，所述偏置产生电路101包括第一可变电阻r1和第二电阻r2，所述第二电阻r2的第一端接地gnd，第二端连接至所述第一可变电阻r1的第二端，所述第一可变电阻r1第一端连接至电源电压，所述第一可变电阻r1的第一端作为高压参考电压输出端，用于输出低压参考电压vh，所述第一可变电阻r1第二端连接至低压参考电压输出端，用于输出低压参考电压vl。可以通过调整所述第一电阻r1和第二电阻r2的阻值调整所述vh和vl的值。

该具体实施方式中，所述电源电压由低压差线性稳压器lp_ldo提供，所述第一可变电阻r1第一端连接至所述低压差线性稳压器的电源电压输出端，所述低压差线性稳压器输出稳定电压，可以减小电源电压的变化对输出频率的影响。所述低压差线性稳压器lp_ld与所述第一电阻r1第一端之间连接有开关器件m1，所述开关器件m1具有使能端，通过使能信号en可以控制所述开关器件m1的导通和关断，所述开关器件m1作为整个rc振荡电路的开关。当所述开关器件m1导通，由于所述开关器件m1的导通电流稳定，所述低压参考电压vl和高压参考电压vh的大小可通过所述第一可变电阻r1和第二电阻r2的阻值调整。该具体实施方式中，所述的第二电阻r2的阻值固定，所述低压参考电压vl固定；所述第一可变电阻r1的阻值可调，所述高压参考电压vh可以通过所述第一可变电阻r1变化而变化，所述第一可变电阻r1的调整精度决定了所述高压参考电压vh的调整精度。

所述电容充放电电路102包括充放电电容c，所述充放电电容c第一端接地，第二端q1分别通过开关连接至充电电流源i_charge和放电电流源i_discharge。所述充放电电容c通过第一开关k1连接至充电电流源i_charge，通过第二开关k2连接至充电电流源i_discharge，通过控制所述第一开关k1和第二开关k2的导通和断开状态，可以控制所述充放电电容c的充放电状态。所述充电电流源i_charge和放电电流源i_discharge均可以通过所述低压差线性稳压器lp_ldo提供，充放电电容第二端q1分别通过开关连接至所述低压差线性稳压器lp_ldo提的充电电流源输出端和放电电流源输出端，以提供稳定的充放电电流，减小充放电电流的变化对输出频率的影响。

当所述第一开关k1导通，第二开关k2断开，所述充放电电容c连接至充电电流源i_charge，对所述充放电电流c进行充电；当所述第一开关k1断开，第二开关k2导通，所述充放电电容c连接至放电电流源i_discharge，所述充放电电流c进行放电。周期性的切换所述第一开关k1和第二开关k2的导通状态，可以对所述电容c进行周期性的充放电，从而输出周期性的振荡信号。所述第一开关k1和第二开关k2为具有开关特性的电路或器件，在此不作限定。

所述比较器电路103包括第一比较器comp1和第二比较器comp2以及逻辑控制模块。所述低压参考电压vl和高压参考电压vh分别作为第一比较器comp1和第二比较器comp2的参考电压，所述高压参考电压vh输入至所述第一比较器comp1的正输入端，所述低压参考电压vl输入至所述第二比较器comp2的负输入端。所述第一比较器comp1的负输入端和第二比较器comp2的正输入端连接至所述充电电容c的第二端q1，将所述充电电容c的电压与所述低压参考电压vl和高压参考电压vh进行比较，并分别输出比较信号至所述逻辑控制模块，由所述逻辑控制模块输出控制信号控制所述电容充放电电路102进行周期性的充放电，具体的，通过所述控制信号控制所述第一开关k1和第二开关k2的开关状态，从而输出幅度在vl～vh之间的振荡信号。

所述逻辑控制模块包括rs触发器tri，所述第一比较器comp1的输出信号输出至所述rs触发器tri的r输入端，所述第二比较器comp2的输出信号输出至所述rs触发器tri的s输入端，所述rs触发器tri的q输出端作为控制信号输出端，在其他具体实施方式中，也可以以非q端作为控制信号输出端。该具体实施方式中，所述rs触发器tri采用的是两个与非门输入输出交叉连接的结构，r输入0，q输出1，s输入0，q输出0。在其他具体实施方式中，也可以采用其他电路结构的触发器或者其他能够实现上述触发功能的电路器件。

该具体实施方式中，所述逻辑控制模块还包括顺次连接至所述rs触发器tri的第一反相器invr1和第二反相器invr2，通过对所述rs触发器tri输出的控制信号的两次反相操作，对所述控制信号进行整形，提高所述控制信号的有效性。在其他具体实施方式中，也可以仅有一个反相器，或三个以上的反相器，且反相器越少越好。

请参考图2，为所述充放电电容c输出三角波的波形图。

当k1开启，充放电电容c被充电，当电容c的电压达到vh时，第一比较器comp1输出0，第二比较器comp2输出1，rs触发器tri的q端输出1，即rs触发器的r输入0，q端经过两级反相器invr1和invr2后输出1，从而控制所述第一开关k1打开，第二开关k2闭合，充放电电容c进行放电；当充放电电容放电，电压下降到vl时，第一比较器comp1输出1，第二比较器comp2输出0，rs触发器tri的q端输出0，即rs触发器的s输入0，q端经过两级反相器invr1和invr2后输出0，从而控制所述第一开关k1闭合，第二开关k2打开，对充放电电容c进行充电。如此周期性的对充放电电容c进行充放电，输出周期性的三角振荡波形，振荡频率f0＝1/t。

在另一具体实施方式中，可以仅具有所述rs触发器tri的输出端仅连接一级反相器invr1或invr2，当电容c的电压达到vh时，第一比较器comp1输出0，第二比较器comp2输出1，rs触发器tri的q端输出1，即rs触发器的r输入0，q端经过一级反相器后输出0，控制所述第一开关k1打开，第二开关k2闭合，充放电电容c进行放电；电压下降到vl时，第一比较器comp1输出1，第二比较器comp2输出0，rs触发器tri的q端输出0经一级反相器后输出1，控制所述第一开关k1闭合，第二开关k2打开，对充放电电容c进行充电。

可以通过调整所述高压参考电压vh的值对所述三角波形进行校准。

请参考图3，当vh变化精度为0.02％时，三角波形的上升波形到vh(1+0.02％)时，开始放电。设开始振荡周期为t，对应的频率为f0＝1/t；校准之后的周期为t(1+0.02％)，对应的频率近似为f0(1-0.02％)，从而实现高精度校准。

所述高压参考电压vh的值可以通过所述第一可变电阻r1进行调整，因此，所述第一可变电阻r1的调整精度决定了所述高压参考电压vh的调整精度，进而决定了整个振荡电路的振荡频率的调整精度。

请参考图4，该具体实施方式中，所述第一可变电阻r1包括串联连接的粗调电阻阵列r11和精调电阻阵列r12。

所述粗调电阻阵列r11可以对r1的阻值进行幅度较大的粗调，当需要大幅度调整vh值时，可以提高调整效率。所述精调电阻阵列r12用于对r1的阻值进行精调，对r1进行微调，所述精调电阻阵列r12的调整精度决定了r1的调整精度，以及vh的变化精度。

所述粗调电阻阵列r11和精调电阻阵列r12均可以包括多个电阻，可以分别通过开关电路，选择接入的电阻，从而调整电阻阵列r11和精调电阻阵列r12的阻值。在一个具体实施方式中，所述电阻阵列r11和精调电阻阵列r12均包括单位长宽比大小的单元电阻组成的阵列，可以根据调整精度要求，选择单元电阻的阻值。由于单元电阻的长宽比一致，匹配性可以做到很精确，且单位电阻间的金属连线电阻相当小，对整个电阻值来说可以忽略。

可以通过电阻调整信号rtrim控制所述第一可变电阻r1内各开关的打开和闭合状态，从而实现对第一可变电阻r1的电阻调整。

请参考图5，为本实用新型一具体实施方式的粗调电阻阵列r11的结构示意图。

所述粗调电阻阵列r11包括多个电阻依次连接成的电阻串，每个电阻的阻值可以相同或不同。每个电阻可以为单个电阻也可以为多个子电阻组成。该具体实施方式中，所述粗调电阻阵列r11包括若干阻值相同的电阻顺次连接组成的电阻串。图5仅作为示例，并不代表所述粗调电阻阵列r11中实际的电阻数量。所述粗调电阻阵列r11还包括第一开关选择电路k11，包括若干开关，连接至所述电阻串，具体的连接至各个电阻之间的连接线上。通过控制各开关的开关状态，选择粗调电阻阵列r11的top端和bot端之间串联的电阻。图5中的第一开关选择电路k11仅作为示例，在其他具体实施方式中，还可以采用其他的电路形式，只要能够以一定精度调整所述粗调电阻阵列r11的阻值即可。

该具体实施方式中，所述粗调电阻阵列r11包括多个相同阻值的电阻r111，所述粗调电阻阵列r11的调整精度为单个电阻r111的阻值，便于所述粗调电阻阵列r11电阻值的调整。在一个具体实施方式中，单个电阻r111的阻值均等于2r，由两个单位电阻串联而成。依次打开和关断不同的开关，在top端和bot端之间可以得到不同的电阻值，如0、2r、4r、6r等。可以通过控制信号分别控制各个开关的开关状态，从而获得不同的r11阻值。

该具体实施方式中，所述粗调电阻阵列r11的开关选择电路k11连接所述top端与电阻串；在其他具体实施方式中，所述开关选择电路k11还可以连接所述bot端与电阻串，或者部分连接所述top端与电阻串，部分连接所述bot端与电阻串。

请参考图6，为本实用新型一具体实施方式的精调电阻阵列r12的结构示意图。

所述精调电阻阵列包括并联连接的固定电阻支路、次精调电阻支路和精调电阻支路，所述精调电阻支路的电阻调整精度大于所述次精调电阻支路的电阻调整精度。

该具体实施方式中，所述固定电阻支路的阻值固定，包括一个电阻r121。

所述次精调电阻支路包括多个顺次连接的电阻组成的电阻串，包括多个阻值相同的电阻r122，在其他具体实施方式中，也可以包括多个阻值不同的电阻。所述次精调电阻支路还包括第二开关选择电路k122，包括若干开关，连接至所述次精调电阻支路的电阻串，具体的连接至各个电阻之间的连接线上。通过控制各开关的开关状态，选择次精调电阻支路的top端和bot端之间串联的电阻值。图6中的第二开关选择电路k122仅作为示例，在其他具体实施方式中，还可以采用其他的电路形式，只要能够以一定精度调整所述次精调电阻支路的阻值即可。该具体实施方式中，所述第二开关选择电阻k122具有三个开关，分别连接至三个电阻之间的两个连接端以及其中一个电阻与top端之间。

所述精调电阻支路包括多个顺次连接的电阻组成的电阻串，包括多个阻值相同的电阻r123，在其他具体实施方式中，也可以包括多个阻值不同的电阻。所述精调电阻支路的电阻数量多于次精调电阻支路的电阻数量。所述精调电阻支路还包括第三开关选择电路k123，包括若干开关，连接至所述精调电阻支路的电阻串，具体的连接至各个电阻之间的连接线上。通过控制各开关的开关状态，选择精调电阻支路的top端和bot端之间串联的电阻值。图6中的第三开关选择电路k123仅作为示例，在其他具体实施方式中，还可以采用其他的电路形式，只要能够以一定精度调整所述次精调电阻支路的阻值即可。该具体实施方式中，所述精调电阻支路包括三个子电阻串，分别连接至三个子开关电路，通过子开关电路分别调整各子电阻串的阻值，再通过另一子开关电路选择调整整个精调电阻支路的阻值。

由于所述固定电阻支路、次精调电阻支路和精调电阻支路并联连接，总阻值会小于其中任一支路的阻值。

在一个具体实施方式中，调整所述固定电阻支路的阻值为3r，所述次精调电阻支路的阻值为3r，精调电阻支路的阻值为4.5r，三个支路的并联电阻值为1.125r；当固定电阻支路的阻值为3r，次精调电阻支路的阻值为3r，精调电阻支路的阻值调整为7.5r时，此时并联阻值为1.25r，比上一个阻值仅仅变化了δ＝0.125r。通过选择合适的电阻系数以及打开合适的开关来保证在校准时，相邻得到电阻变化值δ保持稳定。上述精调电阻阵列r12所调电阻值能够从r均匀变化到3r，这样跟所述粗调电阻阵列串联相加后的阻值同样以阻值δ单调精确变化。

通过电阻分压以及电阻并联的方式来得到极高的校准精度，偏置电路中的偏置电流较小，功耗较低。且，仅需要较少数量的电阻，就能够实现阻值调整的高精度。

在一个具体实施方式中，电阻调整信号rtrim的值，会从00,0000,0000变化到11,1111,1111，一共10位电阻校准位。当rtrim值为10,0000,0000时，此时对应的是第一可变电阻r1的电阻值为基准电阻值；当rtrim值为00,0000,0000时，对应的第一可变电阻r1的电阻值为最小值；当rtrim值为11,1111,1111时，对应的第一可变电阻r1的电阻值为可调电阻的最大值。

在一个具体实施方式中，所述基准电阻就是电阻校准位为中位数的电阻值，如十位校准位10,0000,0000；rtrim变化一位，例如从10,0000,0000变化到10,0000,0001，阻值变化0.125r；当要实现万分之二的调整精度，只需要将所述第一可变电阻r1的基准电阻设为0.125r/0.0002＝625r，即rtrim值为1000000000时，对应的第一可变电阻r1的电阻值为625r。这里校准位每变化一位，电阻值变化量δ＝0.125r，可以根据选择所述第一可变电阻r1不同的支路的并联值来获取，并不做限定。在其他具体实施方式中，rtrim值变化一位，电阻值的变化量也可以设置为其他值。

所述rtrim的电阻校准位的位数根据充放电电容c的偏差值来选定，跟所述第一可变电阻r1没有关系。例如，万分之二的调整精度要求时，可以用9位rtrim值，就能覆盖±3％电容的工艺偏差，即0.0002×256＝5.12％>3％，(此处256为2进制1,0000,0000到1,1111,1111之间的差值，或者1,0000,0000到0,0000,0000之间的差值)；选择10位rtrim值，0.0002×512＝10.24％可以远远覆盖超过±3％电容的工艺偏差。

该振荡器电路的电容充放电电路消耗电流仅为0.35μa，可以满足低功耗的要求。

在其他具体实施方式中，可以根据调整精度的需求，设置各电阻的电阻系数和开关的控制方式。所述电阻系数为一电阻实际阻值与单位电阻值之比。

在其他具体实施方式中，在通过对所述第一可变电阻r1进行调整之前，还可以先对所述充放电电容c进行校准，所述充放电电容的单位校准区间在-3％～3％以内，整体校准区间在-50％～50％以内，以覆盖所有工艺角变化。这里，电容单位校准区间指校准位每变化一位，如五位校准位从10000变化到10001或者01111时，电容的值变化-3％或者3％；整体校准区间是指当五位校准位从10000变化到11111或者00000时，总共变化了-50％或者50％。这里的工艺角是指生产芯片的工艺线参数的偏差，例如电容的目标值为1pf，但其实生产出来的可能是0.9pf或者1.1pf，通过选择合适的校准值可以得到我们希望的1pf电容值。

可以通过电容调整信号crtim对电容c的电容值进行校准。

上述rc振荡电路在偏置产生电路中包括第一可变电阻，所述第一可变电阻的阻值能够进行高精度的调整，从而对高压参考电压进行高精度调整，从而实现对振荡频率的高精度调整。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。