一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，由两个充放电网络和数字触发器处理模块组成，两个充放电网络轮流处于充电、放电状态，并根据其充放电状态轮流输出翻转信号，数字触发器处理模块根据翻转信号控制所述两个充放电网络分别轮流处于充电、放电状态，根据所述两个充放电网络的充电、放电状态输出时钟信号。由温度系数相反的充放电电阻模块和充放电电容模块组成的充放电单元使所述时钟发生器与电源和温度变化无关，不易受外界环境影响，并且各个期间都能集成在芯片内部，匹配性好，达到高精度时钟发生器的目的。
【专利说明】
一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种时钟发生器，特别是一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器。
【背景技术】
[0002]随着半导体集成电路的发展，各种通信系统迅速发展起来，系统与系统之间、系统内部模块间的通信都需要时钟，为了使通信系统不冲突，国家出台了各种标准来规范各种系统的时钟，同时为了使通信准确，都要求系统有高精度的时钟。然而，一般集成电路中的时钟发生器输出的时钟频率会随着电源和温度的变化而变化，并且偏差比较大、精度不够高，通常偏差在(20%)左右。这样的精准度已经不能满足一些系统对时钟的要求。另外，由于集成电路工艺的偏差较大，大部分情况下都是芯片外部外加高精度晶振，从而使系统时钟达到精准。由晶体振荡器的工作原理可知，外加晶体振荡器的同时会引入片外电容元器件，同时也需要芯片内部模块电路与之匹配，才能起振;并且一般晶振的频率较低，需要倍频电路或者PLL电路才能得到想要的时钟频率。除此之外，晶振和片外电容会增加系统面积，影响集成度，并且会增加成本；内部倍频电路或者PLL电路有一定难度，并且片内片外的匹配性不好，如果系统布局不好，易受干扰，影响时钟的精准度。
【实用新型内容】
[0003]为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器。本实用新型解决其问题所采用的技术方案是:
[0004]—种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，包括:
[0005]充放电网络，设置有两个，所述两个充放电网络分别轮流处于充电、放电状态，并根据其充放电状态轮流输出翻转信号，所述两个充放电网络的充电时间相同；所述充放电网络包括在指定时间内完成充电的RC充放电单元，所述RC充放电单元由温度系数相反的充放电电阻模块和充放电电容模块组成;数字触发器处理模块，根据翻转信号控制所述两个充放电网络分别轮流处于充电、放电状态，根据所述两个充放电网络的充电、放电状态输出时钟信号。所述数字触发器处理模块为所述时钟发生器产生精确50%占空比时钟信号所需要的数字控制逻辑。
[0006]进一步地，所述充放电网络还包括用于控制RC充放电单元充电的充电开关和用于控制RC充放电单元放电的放电开关，所述RC充放电单元还包括一个充电电压输出端，所述充电电压输出端放置于所述充放电电阻模块和所述充放电电容模块中间。
[0007]进一步地，所述充放电网络还包括比较器，所述比较器包括用于连接VA参考电压的参考电压输入端和用于连接RC充放电单元充电电压输出端的比较电压输入端;所述比较器通过比较RC充放电单元充电电压和VA参考电压输出翻转信号，当所述RC充放电单元充电电压和VA参考电压相等时，所述比较器输出翻转信号;所述数字触发器处理模块的输入端分别与所述两个充放电网络连接获取其翻转信号，所述数字触发器处理模块还包括两个开关控制输出端，所述的两个开关控制输出端分别交叉控制其中一个充放电网络的充电开关和另一个充放电网络的放电开关，所述数字触发器处理模块根据翻转信号交替切换两个开关控制输出端的控制信号，使两个充放电网络交替处于充电状态和放电状态，根据充放电状态，所述时钟信号从所述数字触发器处理模块的时钟信号输出端输出。
[0008]进一步地，所述充放电网络还包括输入电源电压端口和地端口，所述输入电源电压端口、充电开关、充放电单元和地端口依次串联连接，所述放电开关并联设置在充放电电容模块的两端，所述充电电压输出端设置于充放电电阻模块和充放电电容模块之间。
[0009]进一步地，还包括VA参考电压产生电路，所述输入电源电压端口、两个分压电阻和地端口依次串联，稳压电容与接地的电阻并联，所述VA参考电压输入端设置于两个分压电阻之间，所述VA参考电压产生1/2 Vdd输入电源电压。
[0010]进一步地，所述充放电电阻模块由两个以上的电阻串联组成，所述电阻为负温度系数电阻，所述的每个电阻设置有与其并联的电阻控制开关;所述充放电电容模块由两个以上的电容并联组成，所述电容为正温度系数电容，所述的每个电容设置有与其串联的电容控制开关。所述充放电电阻模块中各个串联的电阻其阻值依次呈级数递增，所述充放电电容模块中各个并联的电容其容值依次呈级数递增。还包括寄存器，连接所述充放电电阻模块、充放电电容模块的每个电阻控制开关和电容控制开关。所述充放电电阻模块的电阻值和充放电电容模块的电容值通过配置寄存器来调节大小及其精度。
[0011]因为所述充放电网络的充电时间t=2JTRC，通过调整所述充放电电阻模块的电阻值和充放电电容模块的电容值即能决定所述充放电网络的充电时间而不受电源电压影响；另夕卜，设计所述充放电电阻模块的阻值和充放电电容模块的电容值，使得它们的乘积一定，温度系数相互抵消，使得时钟发生器产生的时钟大小与温度无关。
[0012]进一步地，所述充放电网络还包括测试开关和测试输入电流源端，所述测试输入电流源端、所述测试开关与所述充放电单元依次串联。所述时钟发生器生产完成后，根据以下方法修调所述充放电网络:先调节所述充放电电阻模块，再调节所述充放电电容模块。修调所述充放电电阻模块时，断开所述充电开关，闭合所述测试开关和所述放电开关，所述测试输入电流源端外加恒电流，测试所述电流源端的电压，通过配置所述寄存器的值改变所述充放电电阻模块的阻值，使所述测试电流源端的电压达到设定值，以确定充放电电阻模块的阻值，然后根据所述时钟信号输出端的信号，配置所述寄存器的值，修调所述充放电电容模块的电容值。通过修调过的时钟信号与电源和温度无关，在零下40摄氏度到85摄氏度范围内，精度可达0.5%甚至更高。
[0013]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:本实用新型采用的一种负温度系数电阻和正温度系数的电容组成的零温度系数RC充电时钟结构，各个器件都能集成在芯片内部，匹配性好，不易受外界信号干扰，通过修调校准后，时钟大小与电源和温度变化无关，不易受外界环境影响，做到了真正的高精度，具有现有其它时钟发生器无可比拟的技术优势。
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。
[0015]图1是本实用新型一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器的电路结构图；
[0016]图2是本实用新型一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器的可配置大小的充放电电阻模块的结构示意图；
[0017]图3是本实用新型一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器的可配置大小的充放电电容模块电容的结构示意图；
[0018]图4是本实用新型一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器的VA参考电压产生电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]参照图1-图4，本实用新型的一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，其特征在于，包括:
[0020]充放电网络2，设置有两个，所述两个充放电网络2分别轮流处于充电、放电状态，并根据其充放电状态轮流输出翻转信号，所述两个充放电网络2的充电时间相同；所述充放电网络2包括在指定时间内完成充电的RC充放电单元I，所述RC充放电单元I由温度系数相反的充放电电阻模块4和充放电电容模块5组成；
[0021]数字触发器处理模块3，根据翻转信号控制所述两个充放电网络2分别轮流处于充电、放电状态，根据所述两个充放电网络2的充电、放电状态输出时钟信号。
[0022]进一步地，所述充放电网络2还包括用于控制RC充放电单元I充电的充电开关Kl/K4和用于控制RC充放电单元I放电的放电开关K3/K6，所述RC充放电单元I还包括一个充电电压输出端VB/VC，所述充电电压输出端VB/VC放置于所述充放电电阻模块4和所述充放电电容模块5中间。
[0023]进一步地，所述充放电网络2还包括比较器，所述比较器包括用于连接VA参考电压的参考电压输入端和用于连接RC充放电单元I充电电压输出端VB/VC的比较电压输入端，所述比较器通过比较RC充放电单元I充电电压VB/VC和VA参考电压输出翻转信号。
[0024]进一步地，所述数字触发器处理模块3的输入端分别与所述两个充放电网络2连接获取其翻转信号，所述数字触发器处理模块3还包括两个开关控制输出端Ctrll、Ctrl2，所述的开关控制输出端ctrll控制所述充电开关Kl和放电开关K6，所述的开关控制输出端ctrl2控制所述充电开关K4和放电开关K3;当充电开关Kl和放电开关K6闭合，而放电开关K3和充电开关K4断开时，一侧的RC充电网络2充电，当充电电压输出端VB电压达到VA参考电压值时，该侧比较器输出翻转，进而所述数字触发器处理模块3根据翻转信号交替切换两个开关控制输出端ctrll、ctrl2的控制信号，使得放电开关K3和充电开关K4闭合，充电开关Kl和放电开关K6断开，另一侧RC充电网络2充电，当充电电压输出端VC的电压达到VA参考电压值时，另一侧比较器输出翻转，进而使充电开关Kl和放电开关K6闭合，放电开关K3和充电开关K4断开，由此使两个充放电网络2交替处于充电状态和放电状态，根据充放电状态，所述时钟信号从所述数字触发器处理模块3的时钟信号输出端elk输出，由此产生时钟。
[0025]进一步地，还包括输入电源电压端口Vdd和地端口，所述输入电源电压端口Vdd、充电开关K1/K4、充放电单元I和地端口依次串联连接，所述放电开关K3/K6并联设置在充放电电容模块5的两端，所述充电电压输出端设置于充放电电阻模块4和充放电电容模块5之间。
[0026]进一步地，还包括VA参考电压产生电路6，所述输入电源电压端口 Vdd、两个分压电阻Rl、R2和地端口依次串联，稳压电容Cl与接地的分压电阻R2并联，所述VA参考电压输入端设置于两个分压电阻Rl、R2之间，所述VA参考电压产生电路6产生1/2输入电源电压Vdd。
[0027]进一步地，所述充放电电阻模块4由两个以上的电阻R串联组成，所述电阻R为负温度系数电阻，所述的每个电阻R设置有与其并联的电阻控制开关K;所述充放电电容模块5由两个以上的电容C并联组成，所述电容C为正温度系数电容，所述的每个电容C设置有与其串联的电容控制开关K'。在另一个实施例中，所述电阻为正温度系数电阻，所述电容为负温度系数电容。
[0028]进一步地，所述充放电电阻模块4中各个串联的电阻R其阻值依次呈级数递增，所述充放电电容模块5中各个并联的电容C其容值依次呈级数递增，级数递增设置便于提高调节所述充放电电阻模块阻值和充放电电容模块电容值的精确度。另外还包括寄存器，连接所述充放电电阻模块4、充放电电容模块5的每个电阻控制开关K和电容控制开关K丨ο通过配置寄存器的值，调节所述充放电电阻模块4的阻值和所述充放电电容模块5的电容值的大小，调节的精度由寄存器的位数决定。
[0029]根据RC充放电网络2的充电时间t=2iiRC，所述时钟发生器产生的时钟速度可以通过调节所述充放电电阻模块4和充放电电容模块5的电阻R和电容C的值来控制，与电源电压和温度无关。
[0030]在本实施例中，所述的两个RC充放电单元I中的所述充放电电阻模块4和充放电电容模块5的值都对应相同，所以两组充电网络2完全对称，所以产生时间的占空比为50%。
[0031]在另一实施例中，两个RC充放电单元I中的所述充放电电阻模块4和充放电电容模块5的值不同，在满足其电阻值和电容值的乘积相同时，两个充放电网络2的充电时间t=2JiRC相同，也可产生50%的时钟占空比。
[0032]进一步地，所述充放电网络2还包括测试开关K2/K5和测试输入电流源端Iin，所述测试输入电流源端Ιιη、所述测试开关K2/K5与所述充放电单元I依次串联。
[0033]所述时钟发生器生产完成后，根据以下方法修调所述充放电网络2:先调节所述充放电电阻模块4，再调节所述充放电电容模块5。
[0034]修调所述充放电电阻模块4时，断开所述充电开关Kl，闭合所述测试开关K2和所述放电开关K3，所述测试输入电流源端Iin外加恒电流，测试所述测试输入电流源端Iin的电压，通过配置所述寄存器的值改变所述充放电电阻模块4的阻值，使所述测试输入电流源端Iin的电压达到设定值，以确定充放电电阻模块4的阻值，然后根据所述时钟信号输出端elk的信号，配置所述寄存器的值，修调所述充放电电容模块5的电容值，使时钟最终达到设计值。修调后的时钟与电源和温度无关，在零下40摄氏度到85摄氏度范围内，精度可达0.5%甚至更高。
[0035]以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，其特征在于，包括: 充放电网络，设置有两个，所述两个充放电网络分别轮流处于充电、放电状态，并根据其充放电状态轮流输出翻转信号，所述两个充放电网络的充电时间相同；所述充放电网络包括在指定时间内完成充电的Re充放电单元，所述RC充放电单元由温度系数相反的充放电电阻模块和充放电电容模块组成； 数字触发器处理模块，根据翻转信号控制所述两个充放电网络分别轮流处于充电、放电状态，根据所述两个充放电网络的充电、放电状态输出时钟信号。2.根据权利要求1所述的一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，其特征在于:所述充放电网络还包括用于控制RC充放电单元充电的充电开关和用于控制RC充放电单元放电的放电开关，所述RC充放电单元还包括一个充电电压输出端，所述充电电压输出端放置于所述充放电电阻模块和所述充放电电容模块中间； 所述充放电网络还包括比较器，所述比较器包括用于连接VA参考电压的参考电压输入端和用于连接RC充放电单元充电电压输出端的比较电压输入端，所述比较器通过比较RC充放电单元充电电压和VA参考电压输出翻转信号； 所述数字触发器处理模块的输入端分别与所述两个充放电网络连接获取其翻转信号，所述数字触发器处理模块还包括两个开关控制输出端，所述的两个开关控制输出端分别交叉控制其中一个充放电网络的充电开关和另一个充放电网络的放电开关，所述数字触发器处理模块根据翻转信号交替切换两个开关控制输出端的控制信号，使两个充放电网络交替处于充电状态和放电状态，根据充放电状态，所述时钟信号从所述数字触发器处理模块的时钟信号输出端输出。3.根据权利要求2所述的一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，其特征在于:还包括输入电源电压端口和地端口，所述输入电源电压端口、充电开关、充放电单元和地端口依次串联连接，所述放电开关并联设置在充放电电容模块的两端，所述充电电压输出端设置于充放电电阻模块和充放电电容模块之间。4.根据权利要求3所述的一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，其特征在于:还包括VA参考电压产生电路，所述输入电源电压端口、两个分压电阻和地端口依次串联，稳压电容与接地的电阻并联，所述VA参考电压输入端设置于两个分压电阻之间。5.根据权利要求1所述的一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，其特征在于:所述充放电电阻模块由两个以上的电阻串联组成，所述电阻为负温度系数电阻，所述的每个电阻设置有与其并联的电阻控制开关;所述充放电电容模块由两个以上的电容并联组成，所述电容为正温度系数电容，所述的每个电容设置有与其串联的电容控制开关。6.根据权利要求5所述的一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，其特征在于:所述充放电电阻模块中各个串联的电阻其阻值依次呈级数递增，所述充放电电容模块中各个并联的电容其容值依次呈级数递增。7.根据权利要求5或6所述的一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，其特征在于:还包括寄存器，连接所述充放电电阻模块、充放电电容模块的每个电阻控制开关和电容控制开关。8.根据权利要求3所述的一种与电源和温度无关的高精度时钟发生器，其特征在于:所述充放电网络还包括测试开关和测试输入电流源端，所述测试输入电流源端、所述测试开关与所述充放电单元依次串联。
【文档编号】H03K3/02GK205490456SQ201521096980
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月24日
【发明人】白云亮, 肖永贵
【申请人】深圳市汇春科技股份有限公司