宽温度范围自动温度补偿的振荡器的制作方法

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种宽温度范围自动温度补偿的振荡器。

背景技术：

目前，片上集成的低功耗、小面积时钟产生电路大多数都是电阻电容振荡器(rcosc)，但是由于电阻的温度系数，导致输出时钟随温度变化较大。针对这个问题，常见的优化方案是用两种温度系数相反的电阻进行组合，使得组合之后总的电阻随温度变化尽量小，以改善输出时钟频率随温度变化太大的问题。

但是随着技术的不断进步，这种补偿方案逐渐不能满足实际应用的要求。因为两种相反温度系数的电阻组合在一起，一般只能实现在较窄温度范围内(如0℃～85℃)阻值随温度变化较小，在全温(-40℃～125℃)范围内，尤其是低温和高温两端，阻值随温度变化仍然较大，那么也就是说传统的补偿方案不能实现全温(-40℃～125℃)范围内的输出时钟频率低的温度系数。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种宽温度范围自动温度补偿的振荡器，旨在实现全温范围内输出时钟频率低的温度系数。

为实现上述目的，本发明提供一种宽温度范围自动温度补偿的振荡器，所述振荡器包括温度检测模块、选择模块和带温度补偿的时钟产生模块；所述温度检测模块通过比较输入电压与基准电压的大小以输出检测结果；所述温度检测模块的将所述检测结果发送至所述选择模块，所述选择模块根据所述检测结果判断电路的温度范围，以输出控制信号至所述带温度补偿的时钟产生模块；所述带温度补偿的时钟产生模块根据所述控制信号接通相应的温度补偿结构，以输出温度补偿后的时钟信号。

优选地，所述温度检测模块包括第一比较器、第二比较器、电流源以及用于感应环境温度的温度感应电阻；所述温度感应电阻的一端连接于所述电流源、另一端接地；所述第一比较器的输入端连接于所述电流源和第一基准电压，以比较所述输入电压和所述第一基准电压的大小，所述第一比较器的输出端连接于所述选择模块、以输出比较结果至所述选择模块；所述第二比较器的输入端连接于所述电流源和第二基准电压，以比较所述输入电压和所述第二基准电压的大小，所述第二比较器的输出端连接于所述选择模块、以输出比较结果至所述选择模块。

优选地，所述第一基准电压为85℃温度下的输入电压；所述第二基准电压为0℃温度下的输入电压。

优选地，所述输入电压连接于所述第一比较器和所述第二比较器的相同的输入端，所述基准电压连接于所述第一比较器和所述第二比较器的另一输入端。

优选地，所述电流源和所述温度感应电阻的温度系数相同。

优选地，所述带温度补偿的时钟产生模块包括三组温度补偿结构，以分别补偿环境温度小于0℃、大于0℃小于85℃以及大于85℃时输出的时钟信号。

优选地，所述选择模块包括三组温度补偿寄存器配置，以根据所述检测结果对应地选择接通三组温度补偿结构中的一组。

本发明技术方案通过温度检测模块检测当前环境温度、选择模块根据温度检测模块的检测结果判断电路当前的环境温度、并根据当前的环境温度选择接通相应的温度补偿结构、以使带温度补偿的时钟产生模块输出温度补偿后的时钟信号，从而实现宽温度范围自动温度补偿的高精度振荡器。

附图说明

图1为本发明宽温度范围自动温度补偿的振荡器的电路原理示意图；

图2为本发明宽温度范围自动温度补偿的振荡器其中一个实施例中的带温度补偿的时钟产生模块；

图3为本发明宽温度范围自动温度补偿的振荡器另一个实施例中的带温度补偿的时钟产生模块。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明进一步说明。

一种宽温度范围自动温度补偿的振荡器，如图1所示，所述振荡器包括温度检测模块、选择模块和带温度补偿的时钟产生模块；所述温度检测模块通过比较输入电压v_r与基准电压的大小以输出检测结果；所述温度检测模块的将所述检测结果发送至所述选择模块，所述选择模块根据所述检测结果判断电路的温度范围，以输出控制信号至所述带温度补偿的时钟产生模块；所述带温度补偿的时钟产生模块根据所述控制信号接通相应的温度补偿结构，以输出温度补偿后的时钟信号clk_out。

优选地，所述温度检测模块包括第一比较器comp1、第二比较器comp2、电流源以及用于感应环境温度的温度感应电阻r_temp；所述温度感应电阻r_temp的一端连接于所述电流源、另一端接地；所述第一比较器comp1的输入端连接于所述电流源和第一基准电压v85℃，以比较所述输入电压v_r和所述第一基准电压v85℃的大小，所述第一比较器comp1的输出端连接于所述选择模块、以输出比较结果至所述选择模块；所述第二比较器comp2的输入端连接于所述电流源i_r和第二基准电压v0℃，以比较所述输入电压v_r和所述第二基准电压v0℃的大小，所述第二比较器comp2的输出端连接于所述选择模块、以输出比较结果至所述选择模块。

温度检测模块的工作原理为：电流源的电流i_r流过温度感应电阻r_temp，产生输入电压v_r＝i_r*r_temp。由于温度感应电阻r_temp具有温度系数(该温度系数可以为正温度系数、也可以为负温度系数)，在本实施例中，预设温度感应电阻r_tempr_temp的温度系数是正温度系数，即温度感应电阻r_temp的阻值随温度升高而增大，则当温度升高时，输入电压v_r升高，当温度降低时，输入电压v_r降低；

第一基准电压v85℃是环境温度为85℃时输入电压v_r的值；第二基准电压v0℃是环境温度为0℃时输入电压v_r的值。具体地，第一基准电压v85℃>第二基准电压v0℃，且第一基准电压v85℃和第二基准电压v0℃是零温度系数的，即第一基准电压v85℃和第二基准电压v0℃不随温度变化而变化，在具体实施例中，第一基准电压v85℃和第二基准电压v0℃可以由带隙基准标准模块产生。当环境温度低于0℃时，可知有v_r<v0℃<v85℃，则两个比较器的输出sel<1:0>＝11；当环境温度处于0℃～85℃时，可知有v0℃<v_r<v85℃，则两个比较器的输出sel<1:0>＝10；当环境温度高于85℃时，可知有v0℃<v85℃<v_r，则两个比较器的输出sel<1:0>＝00。

优选地，所述第一基准电压v85℃为85℃温度下的输入电压v_r；所述第二基准电压v0℃为0℃温度下的输入电压v_r。

优选地，所述输入电压v_r连接于所述第一比较器comp1和所述第二比较器comp2的相同的输入端，所述基准电压连接于所述第一比较器comp1和所述第二比较器comp2的另一输入端。具体地，在本实施例中，输入电压v_r分别连接于两个比较器的反相输入端，第一基准电压v85℃连接于第一比较器的同相输入端，第二基准电压v0℃第二比较器的同相输入端。在另一些实施例中，输入电压v_r也可以分别连接于两个比较器的同相输入端，基准电压连接于两个比较器的反相输入端。

优选地，所述电流源和所述温度感应电阻r_temp的温度系数相同。

具体地，电流源的电流i_r的温度系数与温度感应电阻r_temp的温度系数相同。电流源的电流i_r与温度感应电阻r_temp同温度系数时，可以使得输入电压v_r随温度变化更敏感，则可以减小温度感应电阻r_temp的阻值，以降低温度感应电阻r_temp消耗的面积。在另一些实施例中，电流源的电流i_r的温度系数也可以为零温度系数。

优选地，所述带温度补偿的时钟产生模块包括三组温度补偿结构，以分别补偿环境温度小于0℃、大于0℃小于85℃以及大于85℃时输出的时钟信号clk_out。

在具体实施例中，如图2所示，带温度补偿的时钟产生模块包括三组通过开关连接于选择模块的补偿电流，每一组补偿电流包括一对温度系数相反的补偿电流，且每一对补偿电流的正负温度电流的比例不相等，这样即可满足不同温度段的温度补偿。具体地，当环境温度处于0℃～85℃时，两个比较器的输出sel<1:0>＝10，选择模块根据比较器的输出结果接通第一开关s1和第二开关s2，使得选择模块选择接通第一组温度补偿结构：第一补偿电流i1和第二补偿电流i2，以满足电路温度处于0℃～85℃时对输出的时钟信号clk_out进行补偿。当环境温度低于0℃时，两个比较器的输出sel<1:0>＝11，选择模块根据比较器的输出结果选择接通第三开关s3和第四开关s4，使得选择模块选择接通第二组温度补偿结构：第三补偿电流i3和第四补偿电流i4，以满足电路温度低于0℃时对输出的时钟信号clk_out进行补偿。当环境温度高于85℃时，两个比较器的输出sel<1:0>＝00，选择模块根据比较器的比较结果选择接通第五开关s5和第六开关s6，使得选择模块选择接通第三组温度补偿结构：第五补偿电流i5和第六补偿电流i6，以满足电路温度高于85℃时对输出的时钟信号clk_out进行补偿。在本实施例中，每个温度段中的补偿电流正好是两路电流，所以输出的配置字为两个；当每个温度段的温度补偿超过两路时，则需要选择模块输出超过2个配置字到带温度补偿的时钟产生模块。

在另一个实施例中，如图3所示，带温度补偿的时钟产生模块包括三组通过开关连接于选择模块的补偿电阻，每一组补偿电阻包括一对温度系数相反的补偿电阻，且每一对补偿电阻的正负温度电阻的比例不相等，其中第一补偿电阻r1与第二补偿电阻r2、第三补偿电阻r3与第四补偿电阻r4、第五补偿电阻r5与第六补偿电阻r6分别是三对正温度系数和负温度系数的电阻，以对应不同的温度段。选择模块根据两个比较器的输出结果，在输出相应的输出配置给到带温度补偿的时钟产生模块，以选通相应温度段的温度补偿结构。在本实施例中，每个温度段中的补偿电阻正好是两路，所以输出的配置字为2个；当每个温度段的温度补偿超过两路时，则需要选择模块输出超过2个配置字到带温度补偿的时钟产生模块。

在另一些实施例中，带温度补偿的时钟产生模块中的温度补偿结构也可以使用现有技术中其他温度补偿方案进行实现。

优选地，所述选择模块包括三组温度补偿寄存器配置，以根据所述检测结果对应地选择接通三组温度补偿结构中的一组。

应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。