低温漂频率稳定时钟产生电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种低温漂频率稳定时钟产生电路。
【背景技术】
[0002]近些年来，随着半导体技术的飞速发展，集成电路的应用领域越来越广泛。集成电路上的时钟频率已达GHz以上。高性能电路特别是高度、低功耗芯片已成为集成电路发展的热点。这对于驱动整个电路工作的时钟信号提出了更高的要求。因此，精准的时钟产生电路的设计是十分重要的。
[0003]为了实现可编程增益放大器和高性能传感器芯片斩波时钟降低失调电压和闪烁噪声的温漂，需要设计一种低温漂频率稳定的4MHz主频时钟源。许多研究人员提出了一些技术以实现一个稳定的时钟，有些是使用外部参考源，例如非专利文献I和非专利文献2中介绍的，这与全集成的解决方案有冲突的。而有效的方法是工艺补偿，通过对多个工艺角的仿真以预测最坏情况下的系统性能。工艺角的定义通常是基于氧化层厚度、阈值电压、晶体管的宽度和长度的偏差(dWD和dLD)等变化。然而，这种方法不能解释为对在线参数的调整(如氧化层厚度和掺杂浓度)，以确保一定的线下参数(如线端固定阈值电压)的固化，这意味着多个工艺角的仿真结果可能是不准确。
[0004]非专利文献I 'Frequency tuning loop for VCOs，，(B.L.Barranco，A.R.Vazquez? E.S.Sinenc1? and J.L.Huertas? Sympoisum on Circuits and Systems，1991:2617-2620.
[0005]非专利文献2:“A 2GHz VCO with process and temperature compensat1n，，?.Chen，E.Lee，and R.Geiger，Sympoisum on Circuits and Systems，1999:569-572.)
【实用新型内容】
[0006]本实用新型目的是:提供一种低温漂频率稳定时钟产生电路，采用阈值电压敏感电路，在基本工艺和温度补偿偏置电路的基础上，通过改进现有级中的两个级联实现增强的补偿电路，确保了可以通过取控制电压随工艺更大的变化而取得更好的补偿。
[0007]本实用新型的技术方案是:一种低温漂频率稳定时钟产生电路，其包括:带隙参考电压调节器、与带隙参考电压调节器输出相连的温度和工艺补偿电路、与温度和工艺补偿电路相连的负反馈偏置电路、与负反馈偏置电路相连的差分缓冲延迟环形振荡器、与差分缓冲延迟环形振荡器输出相连并与带隙参考电压调节器输出相连的电压比较器。
[0008]在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案:
[0009]所述温度和工艺补偿电路采用阈值电压敏感电路，并包括被设计成在多个工艺角下能满足控制电压的电阻和晶体管。
[0010]所述温度和工艺补偿电路包括自偏置基准电路、运算放大器缓冲级和控制电压产生器，其中自偏置基准电路提供了一个与温度无关的电流源，仅受限于电阻的匹配；运算放大器缓冲级提高参考电平VTref，并对阈值电压漂移敏感，控制电压产生器采用一个二极管连接的PNP晶体管，提供一个负温度系数。
[0011]上述的低温漂频率稳定时钟产生电路，通过对工艺和温度变化的同时补偿，采用了阈值电压敏感电路，在基本工艺和温度补偿偏置电路的基础上，通过改进现有级中的两个级联实现增强的补偿电路，其中，电阻Rl与R2和晶体管M2与M3是被设计成在多个工艺角下能满足控制电压的表达式。
[0012]上述的增强的补偿电路，增强的补偿电路通过适当选择M2和Rl的尺寸，Vx可以调整以适应所需的各种温度和工艺条件的斜率。
[0013]上述的增强的补偿电路，控制电压Vctr^ M3和R2有两个额外的控制参数。对比一个简单的方案，增强的补偿方案具有四个参数去适应所需％1的温度特性。
[0014]上述的增强的补偿电路，增强方案通过引入一个附加的工艺依赖项VT2，从而使补偿技术更加有效。这里使用的补偿技术可以在任何的CMOS工艺中实现，且其电阻都是有效的。在补偿方案中，衬底PNP晶体管可以由一个简单的PN结二极管取代。
[0015]上述的低温漂频率稳定时钟产生电路，工艺和温度变化的同时补偿，采用了阈值电压敏感电路，并通过检测工艺角为温度补偿电路生成工艺相关的参考电压源信息。完整的补偿电路，包括自偏置基准电路、运算放大器缓冲级和控制电压产生器。其中，自偏置基准电路提供了一个与温度无关的电流源，仅受限于电阻的匹配；运算放大器缓冲级提高了这个参考电平VTref，但对M6的阈值电压漂移很敏感。控制电压产生器％1是使用一个二极管连接的PNP晶体管Q3，提供了一个负温度系数，的温度斜率可以通过调节Μ9的W/L比例。
[0016]本实用新型优点是:
[0017]本实用新型通过对工艺和温度变化的同时补偿，采用了阈值电压敏感电路，并通过检测工艺角为温度补偿电路生成工艺相关的参考电压源信息。在基本工艺和温度补偿偏置电路的基础上，通过改进现有级中的两个级联实现增强的补偿电路，确保了可以通过取控制电压随工艺更大的变化而取得更好的补偿，从而获得了精确的时钟产生电路。
【附图说明】
[0018]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
[0019]图1是本实用新型的电路结构图；
[0020]图2是本实用新型中三级环形振荡器的原理图；
[0021]图3是本实用新型中对称负载延迟级的电路图；
[0022]图4是本实用新型中镜像偏置电路的原理图；
[0023]图5是本实用新型中工艺和温度补偿的电路原理图；
[0024]图6是本实用新型中增强的补偿电路的原理图；
[0025]图7是本实用新型中室温条件时钟电路测试结果图；
[0026]图8是本实用新型中时钟电路的输出频率随温度的变化情况图。
【具体实施方式】
[0027]实施例:在以下描述中，为了说明的目的，对特定细节进行了阐述，以方便提供本发明的理解。然而，本领域技术人员应该明白的是，可以在没有这些细节的情况下实施本发明。本领域技术人员应认识到以所述的本发明的实施方案可以以各种方式并且使用各种装置来执行。
[0028]另外，附图中的部件之间的连接并不限于通过直接的方式器作用的连接，在不脱离本发明知道的情况下，附图中图示说明的部件之间的连接可以被修改或者通过添加或者减少其中的中间部件而改变。
[0029]以下将结合图1?图8对本实用新型专利的低温漂频率稳定时钟产生电路作进一步的详细描述，其包括带隙参考电压调节器、与带隙参考电压调节器输出相连的温度和工艺补偿电路、与温度和工艺补偿电路相连的负反馈偏置电路、与负反馈偏置电路相连的差分缓冲延迟环形振荡器、与差分缓冲延迟环形振荡器输出相连并与带隙参考电压调节器输出相连的电压比较器。
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