CN100566157C

CN100566157C - 振荡装置

Info

Publication number: CN100566157C
Application number: CNB2008101262754A
Authority: CN
Inventors: 黄贤生
Original assignee: Etron Technology Inc
Current assignee: Etron Technology Inc
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2028-07-28
Also published as: CN101350610A

Abstract

本发明是揭露一种振荡装置，该振荡装置包含有：一电压调节模块、一电流产生模块、以及一振荡模块，其中，该电压调节模块是用来在一输出端点产生一控制电压，并且该电压调节模块包含有：一第一运算放大器、一第一开关元件、以及一第一分压电路，以及该振荡模块包含有：串接的复数个开关模块、一电流镜模块、以及复数个电容模块。在本发明所揭露的振荡装置中，振荡模块所输出的一振荡信号的频率不会受到操作电压的电压值偏移、环境温度变化、以及半导体制程的变异性的影响。

Description

振荡装置

技术领域

本发明是有关于一种振荡装置，尤指一种可以使其所输出的一振荡信号的频率不会受到操作电压的电压值偏移、环境温度变化、以及半导体制程的变异性的影响的振荡装置。

背景技术

一般而言，在现有技术中的振荡器(oscillator)所输出的振荡信号的频率通常都很容易受到操作电压的电压值偏移、环境温度变化、以及半导体制程的变异性的影响，因此现有技术的振荡器的表现对于外界环境的变化非常敏感，所以其所输出的振荡信号的频率通常都会有不稳定的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种振荡装置，可以使该振荡装置所输出的一振荡信号的频率不会受到操作电压的电压值偏移、环境温度变化、以及半导体制程的变异性的影响，以解决上述的问题。

本发明权利要求揭露一种振荡装置，该振荡装置包含有：一电压调节模块、一电流产生模块、以及一振荡模块，其中，该电压调节模块是用来在一输出端点产生一控制电压，并且该电压调节模块包含有：一第一运算放大器、一第一开关元件、以及一第一分压电路，其中，该第一运算放大器是具有一第一输入端点耦接于一操作电压、一第二输入端点与一输出端点，并且第一运算放大器是耦接于一第一电压源；并且该第一开关元件是具有一控制端点耦接于该第一运算放大器的该输出端点、一第一端点耦接于该第一电压源以及一第二端点耦接于该第一运算放大器的该第二输入端点；以及该第一分压电路是耦接于该第一开关元件与一第二电压源之间，并且该第一分压电路包含有：一第一分压元件以及一第二分压元件，其中，该第一分压元件是耦接于该第一开关元件的该第二端点与该输出端点；以及该第二分压元件是耦接于该输出端点与该第二电压源之间，另外，该电流产生模块是耦接于该电压调节模块的该输出端点，并且用于依据该控制电压来产生一参考电流；以及该振荡模块是耦接于该电压调节模块与该电流产生模块之间，并且用于依据该参考电流以及该控制电压来输出一振荡信号。

依据本发明的权利要求，其是揭露一种振荡装置，该振荡装置包含有：一电压调节模块、一电流产生模块、以及一环形振荡器，其中，该电压调节模块是用来在一输出端点产生一控制电压；而该电流产生模块是耦接于该电压调节模块的该输出端点，并且用于依据该控制电压来产生一参考电流；以及该环形振荡器是耦接于该电压调节模块与该电流产生模块之间，并且用于依据该参考电流以及该控制电压来输出一振荡信号，而该环形振荡器包含有：串接的复数个开关模块、一电流镜模块、以及复数个电容模块，其中，该电流镜模块是耦接于该控制电压、该复数个开关模块与该电流产生模块，并且用于依据该参考电流分别提供一电流镜电流至该复数个开关模块；以及该复数个电容模块中的每一电容模块是耦接于该复数个开关模块中相邻的两开关模块之间，并且每一电容模块是由至少一晶体管所构成。

本发明的有益效果在于：振荡模块所输出的振荡信号CLKO的频率不会受到操作电压VBG的电压值Vb偏移、环境温度变化、以及半导体制程的变异性的影响。

附图说明

图1为本发明的一实施例的振荡装置的简化方块示意图；

图2为依据图1中的电压调节模块的一实施例的电路架构示意图；

图3为依据图1中的电流产生模块的一实施例的电路架构示意图；

图4为依据图1中的振荡模块的一实施例的电路架构示意图。

附图标记说明：

100-振荡装置；200-电压调节模块；210-第一运算放大器；220-第一开关元件；230-第一分压电路；232-第一分压元件；234-第二分压元件；300-电流产生模块；310-第二分压电路；312-第三分压元件；314-第四分压元件；320-第二运算放大器；330-阻抗模块；332-第一阻抗元件；334-第二阻抗元件；340-第二开关元件；350-第三开关元件；400-振荡模块；410-开关模块；412-P型场效应晶体管；414-N型场效应晶体管；420-电流镜模块；430-电容模块；432-P型场效晶体管；434-N型场效晶体管。

具体实施方式

在本说明书以及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件，而所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件，本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则，在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的”包含有”是为一开放式的用语，故应解释成”包含有但不限定于”，此外，”耦接”一词在此是包含有任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可以直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

请参考图1，图1所绘示的为本发明的一实施例的振荡装置100的简化方块示意图。如图1所示，振荡装置100包含有：一电压调节模块200、一电流产生模块300、以及一振荡模块400，其中，电压调节模块200是用来产生一控制电压VCC，而电流产生模块300是耦接于电压调节模块电路，并且用于依据控制电压VCC来产生一参考电流IREF，以及振荡模块400是耦接于电压调节模块200与电流产生模块300之间，并且用于依据参考电流IREF以及控制电压VCC来输出一振荡信号CLKO。接着，本说明书将在以下段落中分别举例说明在本发明的振荡装置100中关于电压调节模块200、电流产生模块300、以及振荡模块400的详细的电路架构与操作方式。

请参考图2，图2所绘示的是为依据图1中的电压调节模块200的一实施例的电路架构示意图。如图2所示，电压调节模块200包含有：一第一运算放大器210、一第一开关元件220、以及一第一分压电路230，其中，第一运算放大器210是具有一第一输入端点耦接于一操作电压VBG、一第二输入端点与一输出端点，并且第一运算放大器210是耦接于一第一电压源VDD；此外，在本实施例的电路架构中，第一开关元件220是为一P型场效应晶体管(例如PMOS场效应晶体管)，并且第一开关元件220是具有一控制端点(亦即栅栅极)耦接于第一运算放大器210的该输出端点、一第一端点(亦即源极)耦接于该第一电压源VDD以及一第二端点(亦即漏极)耦接于第一运算放大器210的该第二输入端点；以及第一分压电路230是耦接于第一开关元件220与一第二电压源VGND(亦即一接地电压源)之间，并且第一分压电路230包含有：一第一分压元件232以及一第二分压元件234，其中，第一分压元件232是耦接于第一开关元件220的该第二端点与电压调节模块200的一输出端点；以及第二分压元件234是耦接于电压调节模块200的该输出端点与第二电压源VGND之间。如此一来，假设第一分压元件232的电阻值是为Rvcc，而在电压调节模块200中经过第一分压元件232的一电流的电流值是为Iout，并且控制电压VCC的电压值是为Vc，以及操作电压VBG的电压值是为Vb时，那么就可以得到以下的一方程式(1)：

Vc＝Vb-Iout×Rvcc (1)

请参考图3，图3所绘示的是为依据图1中的电流产生模块300的一实施例的电路架构示意图。如图3所示，电流产生模块300包含有：一第二分压电路310、一第二运算放大器320、一阻抗模块330、一第二开关元件340、以及一第三开关元件350，其中，第二分压电路310是耦接于控制电压VCC与第二电压源VGND之间，用来产生介于控制电压VCC与第二电压源VGND的一电压准位，在本实施例中，第二分压电路310中的一第三分压元件312以及一第四分压元件314的电阻值是为1∶1，因此第二分压电路310所产生的该电压准位是等于控制电压VCC的一半(亦即Vc/2)。另外，第二运算放大器320是具有一第一输入端点耦接于第二分压电路310以接收该电压准位、一第二输入端点以及一输出端点，并且第二运算放大器320是耦接于该第一电压源VDD，而阻抗模块330是耦接于控制电压VCC与第二运算放大器320的该第二输入端点之间，在本实施例中，阻抗模块330中的一第一阻抗元件332以及一第二阻抗元件334是分别为一扩散电阻器(diffusion resistor)以及一多晶硅电阻器(polysiliconresistor)，其中该扩散电阻器以及该多晶硅电阻器是具有不同的温度系数，并且第一阻抗元件332以及一第二阻抗元件334的电阻值是分别为Rd以及Rp。此外，在本实施例的电路架构中，第二开关元件340以及第三开关元件350分别为一N型场效应晶体管(例如NMOS场效应晶体管)，并且第二开关元件340是具有一控制端点(亦即栅极)耦接于第二运算放大器320的该输出端点、一第一端点(亦即源极)耦接于第二电压源VGND以及一第二端点(亦即漏极)耦接于第二运算放大器320的该第二输入端点，以及第三开关元件350是具有一控制端点(亦即栅极)耦接于第二运算放大器320的该输出端点、一第一端点(亦即源极)耦接于第二电压源VGND以及一第二端点(亦即漏极)，其中第二端点是耦接于振荡模块400并输出参考电流IREF。如此一来，假设参考电流IREF的电流值是为Ir，就可以得到以下的一方程式(2)：

Iout＝A×Ir＝A×Vc/[2(Rd+Rp)] (2) (其中A为一常数)

而由上述的方程式(1)与方程式(2)，可以得到一方程式(3)：

Iout(Rvcc+2(Rd+Rp)/A)＝Vb (3)

此外，由于振荡模块400所输出的振荡信号CLKO的频率是与参考电流IREF的电流值Ir成正比，而与振荡模块400的ΔV成反比(关于这部分是为熟习本项相关技艺者均能了解的，所以为简洁起见，在此不多加赘述)，因此，当操作电压VBG的电压值Vb出现偏移(offset)时，振荡模块400所输出的振荡信号CLKO的频率并不会受到影响，举例来说，当操作电压VBG的电压值Vb下降时，参考电流IREF的电流值Ir就会下降，而造成振荡信号CLKO的频率下降，然而与此同时，由于参考电流IREF的电流值Ir的下降会使得控制电压VCC的电压值Vc也下降(亦即ΔV也会下降)，因此会造成振荡信号CLKO的频率提高，所以如此一来就可以形成一补偿效应，使得振荡模块400所输出的振荡信号CLKO的频率并不会受到操作电压VBG的电压值Vb偏移的影响。

另外，在本发明所揭露的振荡装置100中，还可以通过适当地选择第一阻抗元件332的电阻值Rd以及一第二阻抗元件334的电阻值Rp之间的一比值，以及选择操作电压VBG的一温度参数来决定参考电流IREF的一温度系数(temperature coefficient)，因此可以使得振荡模块400所输出的振荡信号CLKO的频率并不会受到环境温度变化的影响。

请参考图4，图4所绘示的是为依据图1中的振荡模块400的一实施例的电路架构示意图；如图4所示，在本实施例中的振荡模块400是为一环形振荡器，并且振荡模块400包含有：串接的五个开关模块410、一电流镜模块420、以及五个电容模块430，其中，电流镜模块420是耦接于控制电压VCC、五个开关模块410与电流产生模块300，并且用于依据参考电流IREF分别提供一电流镜电流(亦即电流IREF)至各个开关模块410；以及五个电容模块430中的每一电容模块430是耦接于五个开关模块410中相邻的两开关模块410之间，并且在本实施例中，每一开关模块410是为一反向器，其包含有一P型场效应晶体管412(例如PMOS场效应晶体管)与一N型场效应晶体管414(例如NMOS场效应晶体管)；每一电容模块430包含有由一P型场效应晶体管432(例如PMOS场效应晶体管)所构成的一第一电容与由一N型场效应晶体管434(例如NMOS场效应晶体管)所构成的一第二电容，第三晶体管432与第四晶体管434的控制端点(亦即栅极)是耦接于一反向器(亦即开关模块410)的输出端与相邻于反向器的另一反向器的输入端；第三晶体管432的第一端点(亦即源极)与第二端点(亦即漏极)是耦接于控制电压VCC；以及第四晶体管434的第一端点(亦即源极)与第二端点(亦即漏极)是耦接于第二电压源VGND。另外，在此请注意，由于在振荡模块400中所有的场效晶体管都是由相同的半导体制程所制作完成的，因此，在本发明加入电容模块430耦接于五个开关模块410中相邻的两开关模块410之间后，就可以避免振荡模块400所输出的振荡信号CLKO的频率受到半导体制程的变异性的影响。举例来说，当开关模块410中的P型场效应晶体管412的栅极氧化层的厚度降低时，P型场效应晶体管412的临界电压(threshold voltage)会随之降低，而驱动能力(driving ability)就会增强，然而与此同时，由于电容模块430中的P型场效应晶体管432的栅极氧化层的厚度同样也会降低，而电容模块430的电容值就会增加，所以这样就可以避免振荡模块400所输出的振荡信号CLKO的频率受到半导体制程的变异性的影响。另外，在此请注意，上述的实施例仅作为本发明的举例说明，而不是本发明的限制条件。

综上所述，在本发明所揭露的振荡装置100中，振荡模块400所输出的振荡信号CLKO的频率不会受到操作电压VBG的电压值Vb偏移、环境温度变化、以及半导体制程的变异性的影响。

以上具体实施方式仅为本发明的较佳实施例，其对本发明而言是说明性的，而非限制性的。本领域的技术人员在不超出本发明精神和范围的情况下，对之进行变换、修改甚至等效，这些变动均会落入本发明的权利要求保护范围。

Claims

1.一种振荡装置，其特征在于，包含有一电压调节模块、一电流产生模块和一振荡模块，其中：

该电压调节模块，用来在其输出端点产生一控制电压，并且该电压调节模块包含有：

一第一运算放大器，其具有一第一输入端点耦接于一操作电压、一第二输入端点与一输出端点，并且该第一运算放大器是耦接于一第一电压源；

一第一开关元件，其具有一控制端点耦接于该第一运算放大器的该输出端点、一第一端点耦接于该第一电压源以及一第二端点耦接于该第一运算放大器的该第二输入端点；以及

一第一分压电路，耦接于该第一开关元件与一第二电压源之间，该第一分压电路包含有：一第一分压元件，耦接于该第一开关元件的该第二端点与该电压调节模块的输出端点之间；以及一第二分压元件，耦接于该电压调节模块的输出端点与该第二电压源之间；

该电流产生模块，耦接于该电压调节模块的该输出端点，用于依据该控制电压来产生一参考电流；该电流产生模块包含有：

一第二分压电路，耦接于该控制电压与该第二电压源之间，用来产生介于该控制电压与该第二电压源的一电压准位；

一第二运算放大器，其具有一第一输入端点耦接于该第二分压电路以接收该电压准位、一第二输入端点以及一输出端点，并且该第二运算放大器是耦接于该第一电压源；

一阻抗模块，耦接于该控制电压与该第二运算放大器的该第二输入端点之间；

一第二开关元件，其具有一控制端点耦接于该第二运算放大器的该输出端点、一第一端点耦接于该第二电压源以及一第二端点耦接于该第二运算放大器的该第二输入端点；以及

一第三开关元件，其具有一控制端点耦接于该第二运算放大器的该输出端点、一第一端点耦接于该第二电压源以及一第二端点，其中该第二端点是耦接于该振荡模块并输出该参考电流；

该振荡模块，耦接于该电压调节模块与该电流产生模块之间，用于依据该参考电流以及该控制电压来输出一振荡信号；该振荡模块为一环形振荡器，其包含有：

串接的复数个开关模块；

一电流镜模块，耦接于该控制电压、复数个开关模块与该电流产生模块，用于依据该参考电流分别提供一电流镜电流至该复数个开关模块；以及

复数个电容模块，每一电容模块是耦接于该复数个开关模块中相邻的两开关模块之间，每一电容模块是由至少一晶体管所构成。

2.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，该阻抗模块包含有一扩散电阻器和一多晶硅电阻器，两者串联连接，其中该扩散电阻器以及该多晶硅电阻器具有不同的温度系数。

3.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，该第二开关元件以及该第三开关元件为晶体管。

4.根据权利要求3所述的振荡装置，其特征在于，该第二开关元件以及该第三开关元件是为N型场效应晶体管。

5.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，每一开关模块是为一反向器，其包含有一第一晶体管与一第二晶体管；每一电容模块包含有由一第三晶体管所构成的一第一电容与由一第四晶体管所构成的一第二电容，该第三晶体管与该第四晶体管的控制端点是耦接于一反向器的输出端与相邻于该反向器的另一反向器的输入端；该第三晶体管的第一端点与第二端点是耦接于该控制电压；以及该第四晶体管的第一端点与第二端点是耦接于该第二电压源。

6.一种振荡装置，特征在于，包含有一电压调节模块、一电流产生模块和一振荡模块，其中：

该电压调节模块，用来在其输出端点产生一控制电压；并且该电压调节模块包含有：

一第二运算放大器，其具有一第一输入端点耦接于该第二分压电路以接收该电压准位、一第二输入端点以及一输出端点，并且该第二运算放大器是耦接于一第一电压源；

一第三开关元件，其具有一控制端点耦接于该第二运算放大器的该输出端点、一第一端点耦接于该第二电压源以及一第二端点，其中该第二端点是耦接于该环形振荡器并输出该参考电流；

一环形振荡器，耦接于该电压调节模块与该电流产生模块之间，用于依据该参考电流以及该控制电压来输出一振荡信号，并且该环形振荡器包含有：

串接的复数个开关模块；

一电流镜模块，耦接于该控制电压、该复数个开关模块、该电流产生模块与一第二电压源，用于依据该参考电流分别提供一电流镜电流至该复数个开关模块；以及

复数个电容模块，每一电容模块是耦接于该复数个开关模块中相邻的两开关模块之间，并且每一电容模块是由至少一晶体管所构成。

7.根据权利要求6所述的振荡装置，其特征在于，每一开关模块是为一反向器，其包含有一第一晶体管与一第二晶体管；每一电容模块包含有由一第三晶体管所构成的一第一电容与由一第四晶体管所构成的一第二电容，该第三晶体管与该第四晶体管的控制端点是耦接于一反向器的输出端与相邻于该反向器的另一反向器的输入端；该第三晶体管的第一端点与第二端点是耦接于该控制电压；以及该第四晶体管的第一端点与第二端点是耦接于该第二电压源。

8.根据权利要求7所述的振荡装置，其特征在于，该阻抗模块包含有一扩散电阻器和一多晶硅电阻器，二者串联连接，其中该扩散电阻器以及该多晶硅电阻器具有不同的温度系数。

9.根据权利要求8所述的振荡装置，其特征在于，该第二开关元件以及该第三开关元件为晶体管。

10.根据权利要求9所述的振荡装置，其特征在于，该第二开关元件以及该第三开关元件是为N型场效应晶体管。