高精度振荡器的制作方法

1.本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种高精度振荡器。


背景技术：

2.时钟振荡器(oscillator，osc)，用于产生一定频率的时钟信号。在单独使用振荡器时，输出的时钟信号的频率会受到电压、工艺和温度的影响，特别是在高精度电路设计中，在不同电压不同工艺角不同温度情况下，频率偏差较大，从而影响了振荡器的精度。引起振荡器输出频率偏差的原因主要有以下两个，其一是随着电压变化会产生频率偏差，特别是不稳定的电源供给；其二是随着温度变化会产生频率偏差。图11是频率补偿之前时钟振荡器在不同电压不同工艺角不同温度情况下的频率偏差的对比示意图，其中横坐标表示温度，纵坐标表示频率偏差百分比，不同工艺角用corner表示，其中tt表示工艺的典型值，ff表示工艺最快，ss表示工艺最慢，不同电压分别用电压最大值max、电压最小值min和电压典型值typ表示。请参考图11，时钟振荡器在不同电压不同工艺角不同温度情况下，频率偏差最大值(频率偏差的最大百分比-最小百分比)超过15％，电压波动、温度变化及不同工艺角受到不同程度的影响，其中电压波动越大频率影响越明显。因此如何对振荡器的频率偏差进行校准成本领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种高精度振荡器，以解决频率偏差受不同电压不同工艺角不同温度的影响较大的问题。
4.为达到上述目的，本发明提供一种高精度振荡器，包括：
5.时钟振荡器，输出具有一定频率的时钟信号clkout；
6.低压差线性稳压器，为所述时钟振荡器提供电源供给；
7.带隙基准电路，提供具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1去补偿所述时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差；
8.温度系数选通控制信号产生电路，包括温度传感器、编码器和译码器，将所述温度传感器的温度检测范围划分为多个温度区间，通过所述编码器将每个温度区间进行编码，通过所述译码器将所述编码器的编码进行译码形成温度系数选通控制信号，将所述温度系数选通控制信号加载到所述带隙基准电路的温度系数选通控制端ctrl《m：0》，以将当前环境温度下对应的温度区间的温度系数选通控制信号作为所述带隙基准电路的温度系数选通控制信号使带隙基准电路产生具体温度系数的第一偏置电流信号对所述时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差进行补偿。
9.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述带隙基准电路提供第二偏置电流信号ibias2和基准电压信号vref以为所述低压差线性稳压器提供基准电压信号和基准电流信号，以使所述低压差线性稳压器的输出频率随着电压波动产生较小的频率偏差以及使所述低压差线性稳压器在不同工艺角下产生较小的频率偏差。
10.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述带隙基准电路包括：
11.运算放大器amp、pmos管m1、m2和m4、pnp型的三极管q1、q2和电阻r；
12.所述pmos管m1、m2、m4的源极均连接电源；
13.所述pmos管m1、m2、m4的栅极均与所述运算放大器amp输出端连接；
14.所述pmos管m1的漏极和所述三极管q1的发射极的公共连接点与所述运算放大器amp的其中一个输入端连接；
15.所述pmos管m2的漏极通过电阻r与所述三极管q2的发射极连接，所述pmos管m2的漏极和电阻r的公共连接点与所述运算放大器amp的另一个输入端连接；
16.所述三极管q1的基极与集电极接地，所述三极管q2的基极与集电极接地；
17.所述pmos管m1的漏极和三极管q1的发射极的公共连接点与地之间以及所述pmos管m2的漏极和电阻的公共连接点与地之间分别连接有第一温度系数控制电路tset-a；
18.所述pmos管m4的漏极输出具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1。
19.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述带隙基准电路还包括：
20.pmos管m5，所述pmos管m5的源极接电源，所述pmos管m5的栅极与所述运算放大器amp输出端连接，所述pmos管m5的漏极输出有第二偏置电流信号ibias2。
21.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述带隙基准电路还包括：
22.pmos管m3，所述pmos管m3源极接电源，所述nmos管m3的栅极与所述运算放大器amp输出端连接；
23.所述pmos管m3的漏极与地之间连接有第二温度系数控制电路tset-b，所述pmos管m3的漏极与第二温度系数控制电路的公共连接点输出有基准电压信号vref，所述第二温度系数控制电路tset-b通过选通控制信号ctrl《m:0》控制所述基准电压信号的输出。
24.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述带隙基准电路还包括：
25.pmos管m3，所述pmos管m3源极接电源，所述nmos管m3的栅极与所述运算放大器amp输出端连接；
26.所述pmos管m3的漏极与地之间连接有电阻r24，所述pmos管m3的漏极与电阻r24的公共连接点输出有基准电压信号vref。
27.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述第一温度系数控制电路tset-a包括：
28.m+1个串接的电阻，记作电阻r0-rm，m+1个串接的电阻形成电阻串，所述电阻串包括上端和下端；
29.m+1个n型开关管，记作nm0-nmm，每个所述开关管的源极连接在所述电阻串的下端，每个所述开关管的漏极连接在与所述电阻串中序号相同的电阻的上端，每个开关管的栅极为温度系数选通控制端。
30.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述时钟振荡器包括：
31.电流选通控制电路ftrim、波形整形电路logic、nmos管m30和m31，以及电容cb；
32.所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i1连接所述波形整形电路logic；
33.所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i2通过电容cb接地；
34.所述nmos管m31的栅极与所述波形整形电路logic的输出端连接，所述nmos管m31的源极接地，nmos管m31的漏极与所述电流选通控制电路ftrim和电容cb的公共连接点连接；
35.所述nmos管m30的栅极与所述电流选通控制电路ftrim和电容cb的公共连接点连接，所述nmos管m30的源极接地，所述nmos管m30的漏极与电流选通控制电路ftrim和波形整形电路logic的公共连接点连接。
36.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述电流选通控制电路ftrim包括：
37.第一电流镜电路，包括nmos管n1和n2，所述nmos管n1、n2的源极接地，所述nmos管n1、n2的栅极短接后与所述nmos管n1的漏极连接，所述nmos管n1的漏极为所述电流选通控制电路ftrim的电流输入端，所述电流输入端连接所述具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1；
38.第二电流镜电路，包括pmos管p1和p2，所述pmos管p1、p2的源极接电源，所述pmos管p1、p2的栅极短接后与所述pmos管p1的漏极连接，所述pmos管p1的漏极与所述第一电流镜电路的nmos管n1的漏极连接，所述pmos管p2的漏极为所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i1；
39.n+1个pmos管，记作pm0-pmn，n+1个pmos管中的每个所述pmos管的栅极与所述pmos管p1、p2的栅极连接，n+1个pmos管中的每个所述pmos管的源极接电源；
40.n+1个p型开关管，记作f0-fn，n+1个开关管中的每个开关管的源极与n+1个pmos管中相同序号的pmos管的漏极连接，n+1个开关管中的每个开关管的漏极短接为所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i2，n+1个开关管中的每个开关管的栅极为电流选通控制端ftrim《n》。
41.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述低压差线性稳压器包括：
42.运算放大器a1、pmos管p3、电阻r11和r12；
43.所述运算放大器a1的反相输入端连接所述基准电压信号vref；
44.所述运算放大器a1输出端与pmos管p3的栅极连接，所述pmos管p3的源极接电源vcc，所述pmos管p3的漏极接电阻r11，所述电阻r11通过电阻r12接地，所述运算放大器a1的同相输入端与所述电阻r11和电阻r12的公共连接点连接，所述pmos管p3的漏极和电阻r11的公共连接点为所述低压差线性稳压器的输出端，输出有电压信号vout。
45.与现有技术相比，本发明提供的高精度振荡器，通过温度系数选通控制信号产生电路采集环境温度并产生温度系数选通控制信号，以将该温度系数选通控制信号加载到所述带隙基准电路的温度系数选通控制端ctrl《m：0》作为带隙基准电路的温度系数选通控制信号，以使带隙基准电路产生具有温度系数的第一偏置电流信号对所述时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差进行补偿，以减小时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差，提高了时钟振荡器输出时钟信号的频率精度。也就是说，本发明具有输出时钟信号精度高的优点。
46.为达到上述目的，本发明还提供一种高精度振荡器，包括：
47.时钟振荡器，输出具有一定频率的时钟信号clkout；
48.低压差线性稳压器，为所述时钟振荡器提供电源供给；
49.带隙基准电路，提供第一偏置电流信号ibias1去补偿所述时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差；
50.温度系数选通控制信号产生电路，包括温度传感器、编码器和译码器，将所述温度传感器的温度检测范围划分为多个温度区间，通过所述编码器将每个温度区间进行编码，
通过所述译码器将所述编码器的编码进行译码形成温度系数选通控制信号，将所述温度系数选通控制信号加载到所述时钟振荡器的电流选通控制端ftrim《n：0》，以将当前环境温度下对应的温度区间的温度系数选通控制信号作为所述时钟振荡器的电流选通控制信号对所述时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差进行补偿。
51.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述带隙基准电路提供第二偏置电流信号ibias2和基准电压信号vref以为所述低压差线性稳压器提供基准电压信号和基准电流信号，以使所述低压差线性稳压器的输出频率随着电压波动产生较小的频率偏差以及使所述低压差线性稳压器在不同工艺角下产生较小的频率偏差。
52.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述带隙基准电路包括：
53.运算放大器amp、pmos管m1、m2和m4、pnp型的三极管q1、q2，以及电阻r、r21、r22和r24；
54.所述pmos管m1、m2、m4的源极均连接电源；
55.所述pmos管m1、m2、m4的栅极均与所述运算放大器amp输出端连接；
56.所述pmos管m1的漏极和所述三极管q1的发射极的公共连接点与所述运算放大器amp的其中一个输入端连接；
57.所述pmos管m2的漏极通过电阻r与所述三极管q2的发射极连接，所述pmos管m2的漏极和电阻r的公共连接点与所述运算放大器amp的另一个输入端连接；
58.所述三极管q1的基极与集电极接地，所述三极管q2的基极与集电极接地；
59.所述pmos管m1的漏极和三极管q1的发射极的公共连接点与地之间连接有电阻r21，所述pmos管m2的漏极和电阻的公共连接点与地之间连接有电阻r22；
60.所述pmos管m4的漏极输出第一偏置电流信号ibias1。
61.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，还包括：
62.pmos管m5，所述pmos管m5的源极接电源，所述pmos管m5的栅极与所述运算放大器amp输出端连接，所述pmos管m5的漏极输出有第二偏置电流信号ibias2。
63.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，还包括：
64.pmos管m3，所述pmos管m3源极接电源，所述nmos管m3的栅极与所述运算放大器amp输出端连接；
65.所述pmos管m3的漏极与地之间连接有电阻r24，所述pmos管m3的漏极与电阻r24的公共连接点输出有基准电压信号vref。
66.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述时钟振荡器包括：
67.电流选通控制电路ftrim、波形整形电路logic、nmos管m30和m31，以及电容cb；
68.所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i1连接所述波形整形电路logic；
69.所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i2通过电容cb接地；
70.所述nmos管m31的栅极与所述波形整形电路logic的输出端连接，所述nmos管m31的源极接地，nmos管m31的漏极与所述电流选通控制电路ftrim和电容cb的公共连接点连接；
71.所述nmos管m30的栅极与所述电流选通控制电路ftrim和电容cb的公共连接点连接，所述nmos管m30的源极接地，所述nmos管m30的漏极与电流选通控制电路ftrim和波形整形电路logic的公共连接点连接。
72.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述电流选通控制电路ftrim包括：
73.第一电流镜电路，包括nmos管n1和n2，所述nmos管n1、n2的源极接地，所述nmos管n1、n2的栅极短接后与所述nmos管n1的漏极连接，所述nmos管n1的漏极为所述电流选通控制电路ftrim的电流输入端，所述电流输入端连接所述具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1；
74.第二电流镜电路，包括pmos管p1和p2，所述pmos管p1、p2的源极接电源，所述pmos管p1、p2的栅极短接后与所述pmos管p1的漏极连接，所述pmos管p1的漏极与所述第一电流镜电路的nmos管n1的漏极连接，所述pmos管p2的漏极为所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i1；
75.n+1个pmos管，记作pm0-pmn，n+1个pmos管中的每个所述pmos管的栅极与所述pmos管p1、p2的栅极连接，n+1个pmos管中的每个所述pmos管的源极接电源；
76.n+1个p型开关管，记作f0-fn，n+1个开关管中的每个开关管的源极与n+1个pmos管中相同序号的pmos管的漏极连接，n+1个开关管中的每个开关管的漏极短接为所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i2，n+1个开关管中的每个开关管的栅极为电流选通控制端ftrim《n》。
77.进一步的，本发明提供的高精度振荡器，所述低压差线性稳压器包括：
78.运算放大器a1、pmos管p3、电阻r11和r12；
79.所述运算放大器a1的反相输入端连接所述基准电压信号vref；
80.所述运算放大器a1输出端与pmos管p3的栅极连接，所述pmos管p3的源极接电源vcc，所述pmos管p3的漏极接电阻r11，所述电阻r11通过电阻r12接地，所述运算放大器a1的同相输入端与所述电阻r11和电阻r12的公共连接点连接，所述pmos管p3的漏极和电阻r11的公共连接点为所述低压差线性稳压器的输出端，输出有电压信号vout。
81.与现有技术相比，本发明提供的高精度振荡器，通过带隙基准电路输出的第一偏置电流信号对时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差进行初步补偿，然后通过温度系数选通控制信号产生电路采集环境温度并产生温度系数选通控制信号作为时钟振荡器的电流选通控制信号以对时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差进行精细补偿，从而提高时钟振荡器输出时钟信号的频率精度。
附图说明
82.图1是一实施例的高精度振荡器的组成框架结构示意图；
83.图2是温度系数选通控制信号产生电路的方框原理图；
84.图3是一实施例的带隙基准电路的原理图；
85.图4是另一实施例的带隙基准电路的原理图；
86.图5是又一实施例的带隙基准电路的原理图；
87.图6是温度系数控制电路的原理图；
88.图7时钟振荡器的组成结构示意图；
89.图8是电流选通电路的原理图；
90.图9是低压差线性稳压器的主要节点原理图；
91.图10是另一实施例的高精度振荡器的组成框架结构示意图；
92.图11是频率补偿之前时钟振荡器在不同电压不同工艺角不同温度情况下的频率偏差的对比示意图；
93.图12是一实施例的高精度振荡器在频率补偿之后时钟振荡器在不同电压不同工艺角不同温度情况下的频率偏差的对比示意图；
94.图13是另一实施例的高精度振荡器在频率补偿之后时钟振荡器在不同电压不同工艺角不同温度情况下的频率偏差的对比示意图；
95.图14是具有温度系数的第一偏置电流信号与未修正温度系数的基准电压信号随温度变化的仿真曲线图；
96.图15是具有温度系数的第一偏置电流信号和修正温度系数之后的基准电压信号随温度变化的仿真曲线图。
具体实施方式
97.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的金属线的挖孔结构及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
98.实施例一
99.请参考图1至图2，本发明实施例一提供一种高精度振荡器100，包括时钟振荡器osc、低压差线性稳压器ldo、带隙基准电路bgr和温度系数选通控制信号产生电路ts。
100.其中时钟振荡器osc输出具有一定频率的时钟信号clkout。
101.其中低压差线性稳压器ldo为所述时钟振荡器osc提供电源供给，即输出稳压信号vout为时钟振荡器osc。
102.其中带隙基准电路bgr提供具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1去补偿所述时钟振荡器osc随着温度变化产生的频率偏差。具体为：通过第一偏置电流信号temp ibias1的频率与所述时钟振荡器osc的输出频率相反从而对所述时钟振荡器osc随着温度变化产生的频率偏差进行补偿。
103.其中温度系数选通控制信号产生电路ts包括温度传感器41、编码器42和译码器43，将所述温度传感器41的温度检测范围划分为多个温度区间，通过所述编码器42将每个温度区间进行编码，通过所述译码器43将所述编码器42的编码进行译码形成温度系数选通控制信号，将所述温度系数选通控制信号加载到所述带隙基准电路bgr的温度系数选通控制端ctrl《m：0》，以将当前环境温度下对应的温度区间的温度系数选通控制信号作为所述带隙基准电路bgr的温度系数选通控制信号使带隙基准电路bgr产生具体温度系数的第一偏置电流信号对所述时钟振荡器osc随着温度变化产生的频率偏差进行补偿。其中温度系数选通控制端与温度系数选通控制信号采用同一标记ctrl《m：0》进行说明，即温度系数选通控制端上加载有温度系数选通控制信号ctrl《m：0》。
104.其中温度传感器41可以是电压型温度传感器等，编码器42和译码器43可以是包括可实现编码和译码功能的微处理器等。编码器42可以为n位编码，对应的译码器42可以为2n个译码。例如：温度区间划分为8个，可以通过三位编码器42对温度区间进行编码，通过三八译码器42对编码进行译码为八位，其中译码后的信号为温度系数选通控制信号，以将温度
系数选通控制信号加载到所述带隙基准电路bgr的温度系数选通控制端ctrl《m：0》。当编码器42和译码器43为微处理器时，可以通过总线的方式加载到所述带隙基准电路bgr的温度系数选通控制端ctrl《m：0》。其中温度系数选通控制信号产生电路ts的温度区间划分、编码及译码示例可以如下表1所示：
105.电压值温度区间编码译码809.7-40～-20000ctrl0775.5-20～0001ctrl1741.00～20010ctrl2706.420～40011ctrl3671.740～60100ctrl4636.960～80101ctrl5602.180～100110ctrl6567.280～125111ctrl7
106.表1
107.表1中采用了电压型温度传感器，但不限于此类型的温度传感器，其它类型的温度传感器同样适用，温度区间划分了8个，但不限于8个，可以根据实际需要进行调整，温度区间划分的数量越多，温度对频率补偿的效果越好。另外，温度区间的上限值和下限值仅为示例，可以根据温度传感器的检测范围进行调整。每个译码对应一个温度系数选通控制端ctrl《m》。
108.请参考图1，为了减少不同工艺角及不同电压对频率偏差的影响，本发明实施例一提供的高精度振荡器100，所述带隙基准电路bgr提供第二偏置电流信号ibias2和基准电压信号vref以为所述低压差线性稳压器ldo提供基准电压信号和基准电流信号，以使所述低压差线性稳压器ldo的输出频率随着电压波动产生较小的频率偏差以及使所述低压差线性稳压器ldo在不同工艺角下产生较小的频率偏差。
109.请参考图3至图4，为了产生具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1。本发明实施例一提供的高精度振荡器100，所述带隙基准电路bgr包括：
110.运算放大器amp、pmos管m1、m2和m4、pnp型的三极管q1、q2和电阻r；
111.所述pmos管m1、m2、m4的源极均连接电源；
112.所述pmos管m1、m2、m4的栅极均与所述运算放大器amp输出端连接；
113.所述pmos管m1的漏极和所述三极管q1的发射极的公共连接点与所述运算放大器amp的其中一个输入端连接；
114.所述pmos管m2的漏极通过电阻r与所述三极管q2的发射极连接，所述pmos管m2的漏极和电阻r的公共连接点与所述运算放大器amp的另一个输入端连接；
115.所述三极管q1的基极与集电极接地gnd，所述三极管q2的基极与集电极接地gnd；
116.所述pmos管m1的漏极和三极管q1的发射极的公共连接点与地gnd之间以及所述pmos管m2的漏极和电阻的公共连接点与地gnd之间分别连接有第一温度系数控制电路tset-a；
117.所述pmos管m4的漏极输出具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1。
118.请参考图5至图6，其中所述第一温度系数控制电路tset-a包括：
119.m+1个串接的电阻，记作电阻r0-rm，m+1个串接的电阻形成电阻串，所述电阻串包括上端plus和下端minus；上端plus连接在pmos管m2的漏极和电阻r的公共连接点，下端minus接地gnd；
120.m+1个n型开关管，记作nm0-nmm，每个所述开关管的源极连接在所述电阻串的下端，每个所述开关管的漏极连接在与所述电阻串中序号相同的电阻的上端，每个开关管的栅极为温度系数选通控制端ctrl《m》，即电阻rm与开关管nmm相对应，开关管nmm的漏极连接在电阻rm的上端，此时开关管nmm通过接通或者断开使电阻rm不接入或者接入在电阻串中；开关管nm0与电阻r0对应，开关管nm0的漏极连接在电阻r0的上端，通过开关管nm0的接通或者断开使电阻串整体处于接入或者不接入状态；开关管nm1与电阻r1对应，开关管nm1的漏极连接在电阻r1的上端，通过开关管nm1的接通或者断开控制电阻r1至rm是否接入在电阻串中，其它开关管nm2至nmm-1与电阻r2-rm-1的对应关系及原理相同。也就是说，通过开关管nm0-nmm的接通或者断开改变电阻串的电阻值与环境温度相关联，从而提高具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1的准确性，进而减小时钟振荡器输出时钟信号的频率偏差。tset_a是通过控制不同的ctrl m+1个档位可以得到不同的选通电阻，从而得出不同的补偿电流温度系数。
121.请参考图3至图4，为了提供第二偏置电流信号ibias2，本发明实施例一提供的高精度振荡器100，所述带隙基准电路bgr还包括：
122.pmos管m5，所述pmos管m5的源极接电源，所述pmos管m5的栅极与所述运算放大器amp输出端连接，所述pmos管m5的漏极输出有第二偏置电流信号ibias2。
123.该带隙基准电路bgr通过选择不同ctrl《m:0》档位去控制tset_a的电阻阵列开关，从而得到不同温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1。通过pmos管m5镜像出去给ldo使用，通过pmos管m4镜像出去给osc作温度补偿，在这些不同温度系数电流里面选择最合适的温度系数电流用来补偿osc模块的温度系数。其中电阻阵列开关即为第一温度系数控制电路tset-a。
124.请参考图3，为了降低或者消除温度系数对基准电压信号vref的影响，本发明实施例一提供的高精度振荡器100，还可以包括：
125.pmos管m3，所述pmos管m3源极接电源，所述nmos管m3的栅极与所述运算放大器amp输出端连接；所述pmos管m3的漏极与地gnd之间连接有第二温度系数控制电路tset-b，所述pmos管m3的漏极与第二温度系数控制电路的公共连接点输出有基准电压信号vref，所述第二温度系数控制电路tset-b通过选通控制信号ctrl《m:0》控制所述基准电压信号的输出。其中第二温度系数控制电路tset-b可以为通过选通控制信号ctrl《m:0》控制具有温度系数的电阻阵列，通过带有温度系数的电阻阵列接入的电阻降低或者消除pmos管m3的漏极产生的温度系数，从而产生无温度系数或者低温度系数的基准电压信号vref，避免ldo的输出电压vout受温度系数影响。其中电阻阵列可以由开关管及串接电阻、并接电阻或者串并接混联电阻组成。其中tset_b是用来产生较低温度系数或者无温度系数的基准电压信号vref给ldo使用。
126.图14是具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1与未修正温度系数的基准电压信号vref随温度变化的仿真曲线图，图15是具有温度系数的第一偏置电流信号和修正温度系数之后的基准电压信号随温度变化的仿真曲线图；其中左侧纵坐标为电流值，右边
纵坐标为电压值，横坐标为温度值。请参考图14，在不引入第二温度系数控制电路tset-b对基准电压信号vref进行温度系数修正时，vref附着temp ibias1的温度系数趋于同步变化，则导致ldo的输出电压vout会随温度变化量为10.2mv(102.5ppm)，可以看出对于高精度电路来说，vout有较大的波动。通常情况下，我们是不希望该vout电压是带有温度系数的，以避免ldo的输出电压vout产生较大波动而影响时钟振荡器osc的频率偏差，因此需要对vref进行修正。请参考图15，通过引入第二温度系数控制电路tset-b之后，基准电压信号vref类似抛物线形状，ldo的输出电压vout随温度变化量为1.7mv(17.3ppm)，基准电压信号vref的温度系数优化了近10倍，抵销或者降低了温度系数的影响，以此降低或者消除了基准电压信号vref的温度系数，则该基准电压信号vref提供给ldo之后，可以使osc输出时钟信号的频率偏差较小。
127.请参考图4，为了降低或者消除温度系数对基准电压信号vref的影响，本发明实施例一提供的高精度振荡器100，还可以包括：
128.pmos管m3，所述pmos管m3源极接电源，所述nmos管m3的栅极与所述运算放大器amp输出端连接；所述pmos管m3的漏极与地gnd之间连接有电阻r24，所述pmos管m3的漏极与电阻r24的公共连接点输出有基准电压信号vref。此时基准电压信号vref根据第一温度系数控制电路tset-a经运算放大器amp的输出端控制pmos管m3导通产生的温度系数通过电阻r24抵消，从而使基准电压信号vref无温度系数或者具有较低的温度系数，避免ldo的输出电压vout受温度系数影响。
129.请参考图7，本发明实施例一提供的高精度振荡器100，所述时钟振荡器osc包括：
130.电流选通控制电路ftrim、波形整形电路logic、nmos管m30和m31，以及电容cb；
131.所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i1连接所述波形整形电路logic；
132.所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i2通过电容cb接地gnd；
133.所述nmos管m31的栅极与所述波形整形电路logic的输出端连接，所述nmos管m31的源极接地gnd，nmos管m31的漏极与所述电流选通控制电路ftrim和电容cb的公共连接点连接；
134.所述nmos管m30的栅极与所述电流选通控制电路ftrim和电容cb的公共连接点连接，所述nmos管m30的源极接地gnd，所述nmos管m30的漏极与电流选通控制电路ftrim和波形整形电路logic的公共连接点连接。
135.请参考图8，其中所述电流选通控制电路ftrim包括：
136.第一电流镜电路，包括nmos管n1和n2，所述nmos管n1、n2的源极接地gnd，所述nmos管n1、n2的栅极短接后与所述nmos管n1的漏极连接，所述nmos管n1的漏极为所述电流选通控制电路ftrim的电流输入端，所述电流输入端连接所述具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1；
137.第二电流镜电路，包括pmos管p1和p2，所述pmos管p1、p2的源极接电源，所述pmos管p1、p2的栅极短接后与所述pmos管p1的漏极连接，所述pmos管p1的漏极与所述第一电流镜电路的nmos管n1的漏极连接，所述pmos管p2的漏极为所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i1；
138.n+1个pmos管，记作pm0-pmn，n+1个pmos管中的每个所述pmos管的栅极与所述pmos管p1、p2的栅极连接，n+1个pmos管中的每个所述pmos管的源极接电源；
139.n+1个p型开关管，记作f0-fn，n+1个开关管中的每个开关管的源极与n+1个pmos管中相同序号的pmos管的漏极连接，n+1个开关管中的每个开关管的漏极短接为所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i2，n+1个开关管中的每个开关管的栅极为电流选通控制端ftrim《n》。
140.其中开关管f0与pmos管pm0构成一路，开关管f1与pmos管pm1构成一路，依次类推，开关管fn与pmos管pmn构成一路，根据电流选通控制端ftrim《n:0》加载的控制信号控制相应路的导通或者断开，从而对电流输出端i2的电流进行调整，从而对时钟振荡器osc的频率偏差进行校准。即通过ftrim《n:0》可校准到想要的频率(例如：16m时钟振荡器)，通过bgr提供的temp ibias1给osc温度补偿。具体为：通过两个电流镜电路镜像，使得pm0-pmn有不同的镜像电流，通过控制n+1个不同的档位，从而可以控制f0～fn管子通断情况，从而可以得到不同的电流，最终可校准到想要的频率。
141.请参考图9，本发明实施例一提供的高精度振荡器100，所述低压差线性稳压器ldo主要包括：
142.运算放大器a1、pmos管p3、电阻r11和r12；
143.所述运算放大器a1的反相输入端连接所述基准电压信号vref；
144.所述运算放大器a1输出端与pmos管p3的栅极连接，所述pmos管p3的源极接电源vcc，所述pmos管p3的漏极接电阻r11，所述电阻r11通过电阻r12接地gnd，所述运算放大器a1的同相输入端与所述电阻r11和电阻r12的公共连接点连接，所述pmos管p3的漏极和电阻r11的公共连接点为所述低压差线性稳压器ldo的输出端，输出有电压信号vout。即bgr的vref作为ldo的参考电压，而经过ldo处理之后vout给osc提供稳定的电压。其中ldo可以接交流电源适配器产生的电源vcc，也可以接直流电源产生的电源vdd，其不得作为本发明的限制。
145.其中低压差线性稳压器ldo为本领域的公知技术。
146.请参考图1，本发明实施例一提供的高精度振荡器100，通过温度系数选通控制信号产生电路ts采集环境温度并产生温度系数选通控制信号，以将该温度系数选通控制信号加载到所述带隙基准电路bgr的温度系数选通控制端ctrl《m：0》作为带隙基准电路bgr的温度系数选通控制信号ctrl《m：0》，以使带隙基准电路bgr产生具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1对所述时钟振荡器osc随着温度变化产生的频率偏差进行补偿，以减小时钟振荡器osc随着温度变化产生的频率偏差，提高了时钟振荡器osc输出时钟信号clkout的频率精度。也就是说，本发明具有输出时钟信号clkout精度高的优点。
147.本发明实施例一提供的高精度振荡器100，通过低压差线性稳压器ldo输出的稳定电压vout对时钟振荡器osc进行电压补偿，避免外接电源模块的输出电压产生较大的波动而影响时钟振荡器osc输出时钟信号clkout的频率偏差。
148.本发明实施例一提供的高精度振荡器100，通过带隙基准电路bgr产生的第二偏置电流ibias2和基准电压信号vref为低压差线性稳压器ldo提高基准电流信号和基准电压信号，以在不同工艺角不同电压的情况下，使低压差线性稳压器ldo的基准信号偏差较小，从而保证低压差线性稳压器ldo输出的电压信号偏差较小，以实现时钟振荡器osc输出时钟信号clkout的频率偏差随着电压波动小而小。
149.请参考图12，通过本发明实施例一提供的高精度振荡器100，最大频率偏差为
0.6％，相比于图11的单独的时钟振荡器osc的最大频率偏差为15％来说，减小了0.9％的频率偏差，对时钟振荡器osc的频率偏差进行了优化，从而提高了时钟输出的频率精度。
150.实施例二
151.请参考图10，为实现本发明的目的，本发明实施例二提供一种高精度振荡器200，其是在实施例一的基础上改进而成，包括时钟振荡器osc、低压差线性稳压器ldo、带隙基准电路bgr和温度系数选通控制信号产生电路ts。区别在于，改变了温度系数选通控制信号产生电路ts的连接关系。
152.其中时钟振荡器osc输出具有一定频率的时钟信号clkout。
153.其中低压差线性稳压器ldo为所述时钟振荡器osc提供电源供给。
154.其中带隙基准电路bgr，提供第一偏置电流信号ibias1去补偿所述时钟振荡器osc随着温度变化产生的频率偏差。其中第一偏置电流信号的频率与所述时钟振荡器osc的输出频率相反。
155.其中温度系数选通控制信号产生电路ts包括温度传感器41、编码器42和译码器43，将所述温度传感器41的温度检测范围划分为多个温度区间，通过所述编码器42将每个温度区间进行编码，通过所述译码器43将所述编码器42的编码进行译码形成温度系数选通控制信号，将所述温度系数选通控制信号加载到所述时钟振荡器osc的电流选通控制端ftrim《n：0》，以将当前环境温度下对应的温度区间的温度系数选通控制信号作为所述时钟振荡器osc的电流选通控制信号对所述时钟振荡器osc随着温度变化产生的频率偏差进行补偿。
156.其中温度系数选通控制信号产生电路ts的温度区间划分、编码及译码示例可以如下表2所示：
157.电压值温度区间编码译码809.7-40～-20000ftrim0775.5-20～0001ftrim1741.00～20010ftrim2706.420～40011ftrim3671.740～60100ftrim4636.960～80101ftrim5602.180～100110ftrim6567.280～125111ftrim7
158.表2
159.表2中采用了电压型温度传感器，但不限于此类型的温度传感器，其它类型的温度传感器同样适用，温度区间划分了8个，但不限于8个，可以根据实际需要进行调整，温度区间划分的数量越多，温度对频率补偿的效果越好。另外，温度区间的上限值和下限值仅为示例，可以根据温度传感器的检测范围进行调整。电压值不限于具体的点值，也可以是区间值。每个译码对应一个电流选通控制端ftrim《n》。
160.请参考图5，为了提供不带温度系数补偿的第一偏置电流信号ibias1，本发明实施例二提供的高精度振荡器200，所述带隙基准电路bgr包括：
161.运算放大器amp、pmos管m1、m2和m4、pnp型的三极管q1、q2，以及电阻r、r21、r22和
r24；
162.所述pmos管m1、m2、m4的源极均连接电源；
163.所述pmos管m1、m2、m4的栅极均与所述运算放大器amp输出端连接；
164.所述pmos管m1的漏极和所述三极管q1的发射极的公共连接点与所述运算放大器amp的其中一个输入端连接；
165.所述pmos管m2的漏极通过电阻r与所述三极管q2的发射极连接，所述pmos管m2的漏极和电阻r的公共连接点与所述运算放大器amp的另一个输入端连接；
166.所述三极管q1的基极与集电极接地gnd，所述三极管q2的基极与集电极接地gnd；
167.所述pmos管m1的漏极和三极管q1的发射极的公共连接点与地gnd之间连接有电阻r21，所述pmos管m2的漏极和电阻的公共连接点与地gnd之间连接有电阻r22；
168.所述pmos管m4的漏极输出第一偏置电流信号ibias1。
169.为了提高第二偏置电流信号ibias2，请参考图5，本发明实施例二提供的高精度振荡器200，所述带隙基准电路bgr还包括：
170.pmos管m5，所述pmos管m5的源极接电源，所述pmos管m5的栅极与所述运算放大器amp输出端连接，所述pmos管m5的漏极输出有第二偏置电流信号ibias2。
171.为了提供不带温度系数补偿的基准电压信号vref，本发明实施例二提供的高精度振荡器200，所述带隙基准电路bgr还包括：
172.pmos管m3，所述pmos管m3源极接电源，所述nmos管m3的栅极与所述运算放大器amp输出端连接；所述pmos管m3的漏极与地gnd之间连接有电阻r24，所述pmos管m3的漏极与电阻r24的公共连接点输出有基准电压信号vref。
173.请参考图10、图7至图8，本发明实施例二提供的高精度振荡器200，所述时钟振荡器osc及电流选通控制电路ftrim与上述实施例一相同，区别在于，电流选通控制端ftrim《n：0》由温度系数选通控制信号产生电路ts提供，在不同温度下通过ftrim《n:0》可直接校准时钟振荡器osc的频率偏差。其中电流选通控制端与电流选通控制信号使用了相同的标记ftrim《n：0》，表示电流选通控制信号ftrim《n：0》加载到电流选通控制端。
174.请参考图10，本发明实施例二提供的高精度振荡器200，通过带隙基准电路bgr输出的第一偏置电流信号ibias1对时钟振荡器osc随着温度变化产生的频率偏差进行初步补偿，然后通过温度系数选通控制信号产生电路ts采集环境温度并产生温度系数选通控制信号作为时钟振荡器osc的电流选通控制信号ftrim《n：0》以对时钟振荡器osc随着温度变化产生的频率偏差进行精细补偿，从而提高时钟振荡器osc输出时钟信号clkout的频率精度。
175.请参考图13，本发明实施例二提供的高精度振荡器200，通过温度系数选通控制信号产生电路ts对时钟振荡器osc直接进行温度系数补偿，使得最大的频率偏差为0.35％，相比于图11的单独的时钟振荡器osc的最大频率偏差为15％来说，减小了14.65％的频率偏差，对时钟振荡器osc的频率偏差进行了优化，从而提高了时钟输出的频率精度。
176.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明权利要求书的保护范围。

技术特征：
1.一种高精度振荡器，其特征在于，包括：时钟振荡器，输出具有一定频率的时钟信号clkout；低压差线性稳压器，为所述时钟振荡器提供电源供给；带隙基准电路，提供具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1去补偿所述时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差；温度系数选通控制信号产生电路，包括温度传感器、编码器和译码器，将所述温度传感器的温度检测范围划分为多个温度区间，通过所述编码器将每个温度区间进行编码，通过所述译码器将所述编码器的编码进行译码形成温度系数选通控制信号，将所述温度系数选通控制信号加载到所述带隙基准电路的温度系数选通控制端ctrl<m：0>，以将当前环境温度下对应的温度区间的温度系数选通控制信号作为所述带隙基准电路的温度系数选通控制信号使带隙基准电路产生具体温度系数的第一偏置电流信号对所述时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差进行补偿。2.一种高精度振荡器，其特征在于，包括：时钟振荡器，输出具有一定频率的时钟信号clkout；低压差线性稳压器，为所述时钟振荡器提供电源供给；带隙基准电路，提供第一偏置电流信号ibias1去补偿所述时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差；温度系数选通控制信号产生电路，包括温度传感器、编码器和译码器，将所述温度传感器的温度检测范围划分为多个温度区间，通过所述编码器将每个温度区间进行编码，通过所述译码器将所述编码器的编码进行译码形成温度系数选通控制信号，将所述温度系数选通控制信号加载到所述时钟振荡器的电流选通控制端ftrim<n：0>，以将当前环境温度下对应的温度区间的温度系数选通控制信号作为所述时钟振荡器的电流选通控制信号对所述时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差进行补偿。3.如权利要求1或2所述的高精度振荡器，其特征在于，所述带隙基准电路提供第二偏置电流信号ibias2和基准电压信号vref以为所述低压差线性稳压器提供基准电压信号和基准电流信号，以使所述低压差线性稳压器的输出频率随着电压波动产生较小的频率偏差以及使所述低压差线性稳压器在不同工艺角下产生较小的频率偏差。4.如权利要求1所述的高精度振荡器，其特征在于，所述带隙基准电路包括：运算放大器amp、pmos管m1、m2和m4、pnp型的三极管q1、q2和电阻r；所述pmos管m1、m2、m4的源极均连接电源；所述pmos管m1、m2、m4的栅极均与所述运算放大器amp输出端连接；所述pmos管m1的漏极和所述三极管q1的发射极的公共连接点与所述运算放大器amp的其中一个输入端连接；所述pmos管m2的漏极通过电阻r与所述三极管q2的发射极连接，所述pmos管m2的漏极和电阻r的公共连接点与所述运算放大器amp的另一个输入端连接；所述三极管q1的基极与集电极接地，所述三极管q2的基极与集电极接地；所述pmos管m1的漏极和三极管q1的发射极的公共连接点与地之间以及所述pmos管m2的漏极和电阻的公共连接点与地之间分别连接有第一温度系数控制电路tset-a；所述pmos管m4的漏极输出具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1。
5.如权利要求1所述的高精度振荡器，其特征在于，所述带隙基准电路包括：运算放大器amp、pmos管m1、m2和m4、pnp型的三极管q1、q2，以及电阻r、r21、r22和r24；所述pmos管m1、m2、m4的源极均连接电源；所述pmos管m1、m2、m4的栅极均与所述运算放大器amp输出端连接；所述pmos管m1的漏极和所述三极管q1的发射极的公共连接点与所述运算放大器amp的其中一个输入端连接；所述pmos管m2的漏极通过电阻r与所述三极管q2的发射极连接，所述pmos管m2的漏极和电阻r的公共连接点与所述运算放大器amp的另一个输入端连接；所述三极管q1的基极与集电极接地，所述三极管q2的基极与集电极接地；所述pmos管m1的漏极和三极管q1的发射极的公共连接点与地之间连接有电阻r21，所述pmos管m2的漏极和电阻的公共连接点与地之间连接有电阻r22；所述pmos管m4的漏极输出第一偏置电流信号ibias1。6.如权利要求4或5所述的高精度振荡器，其特征在于，所述带隙基准电路还包括：pmos管m5，所述pmos管m5的源极接电源，所述pmos管m5的栅极与所述运算放大器amp输出端连接，所述pmos管m5的漏极输出有第二偏置电流信号ibias2。7.如权利要求4所述的高精度振荡器，其特征在于，所述带隙基准电路还包括：pmos管m3，所述pmos管m3源极接电源，所述nmos管m3的栅极与所述运算放大器amp输出端连接；所述pmos管m3的漏极与地之间连接有第二温度系数控制电路tset-b，所述pmos管m3的漏极与第二温度系数控制电路的公共连接点输出有基准电压信号vref，所述第二温度系数控制电路tset-b通过选通控制信号ctrl<m:0>控制所述基准电压信号的输出。8.如权利要求4或5所述的高精度振荡器，其特征在于，所述带隙基准电路还包括：pmos管m3，所述pmos管m3源极接电源，所述nmos管m3的栅极与所述运算放大器amp输出端连接；所述pmos管m3的漏极与地之间连接有电阻r24，所述pmos管m3的漏极与电阻r24的公共连接点输出有基准电压信号vref。9.如权利要求4所述的高精度振荡器，其特征在于，所述第一温度系数控制电路tset-a包括：m+1个串接的电阻，记作电阻r0-rm，m+1个串接的电阻形成电阻串，所述电阻串包括上端和下端；m+1个n型开关管，记作nm0-nmm，每个所述开关管的源极连接在所述电阻串的下端，每个所述开关管的漏极连接在与所述电阻串中序号相同的电阻的上端，每个开关管的栅极为温度系数选通控制端。10.如权利要求1或2所述的高精度振荡器，其特征在于，所述时钟振荡器包括：电流选通控制电路ftrim、波形整形电路logic、nmos管m30和m31，以及电容cb；所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i1连接所述波形整形电路logic；所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i2通过电容cb接地；所述nmos管m31的栅极与所述波形整形电路logic的输出端连接，所述nmos管m31的源极接地，nmos管m31的漏极与所述电流选通控制电路ftrim和电容cb的公共连接点连接；
所述nmos管m30的栅极与所述电流选通控制电路ftrim和电容cb的公共连接点连接，所述nmos管m30的源极接地，所述nmos管m30的漏极与电流选通控制电路ftrim和波形整形电路logic的公共连接点连接。11.如权利要求10所述的高精度振荡器，其特征在于，所述电流选通控制电路ftrim包括：第一电流镜电路，包括nmos管n1和n2，所述nmos管n1、n2的源极接地，所述nmos管n1、n2的栅极短接后与所述nmos管n1的漏极连接，所述nmos管n1的漏极为所述电流选通控制电路ftrim的电流输入端，所述电流输入端连接所述具有温度系数的第一偏置电流信号temp ibias1；第二电流镜电路，包括pmos管p1和p2，所述pmos管p1、p2的源极接电源，所述pmos管p1、p2的栅极短接后与所述pmos管p1的漏极连接，所述pmos管p1的漏极与所述第一电流镜电路的nmos管n1的漏极连接，所述pmos管p2的漏极为所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i1；n+1个pmos管，记作pm0-pmn，n+1个pmos管中的每个所述pmos管的栅极与所述pmos管p1、p2的栅极连接，n+1个pmos管中的每个所述pmos管的源极接电源；n+1个p型开关管，记作f0-fn，n+1个开关管中的每个开关管的源极与n+1个pmos管中相同序号的pmos管的漏极连接，n+1个开关管中的每个开关管的漏极短接为所述电流选通控制电路ftrim的电流输出端i2，n+1个开关管中的每个开关管的栅极为电流选通控制端ftrim<n>。12.如权利要求1或2所述的高精度振荡器，其特征在于，所述低压差线性稳压器包括：运算放大器a1、pmos管p3、电阻r11和r12；所述运算放大器a1的反相输入端连接所述基准电压信号vref；所述运算放大器a1输出端与pmos管p3的栅极连接，所述pmos管p3的源极接电源vcc，所述pmos管p3的漏极接电阻r11，所述电阻r11通过电阻r12接地，所述运算放大器a1的同相输入端与所述电阻r11和电阻r12的公共连接点连接，所述pmos管p3的漏极和电阻r11的公共连接点为所述低压差线性稳压器的输出端，输出有电压信号vout。

技术总结
本发明提供一种高精度振荡器，包括：时钟振荡器、低压差线性稳压器、带隙基准电路和温度系数选通控制信号产生电路，带隙基准电路提供具有温度系数的第一偏置电流信号去补偿时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差；温度系数选通控制信号产生电路产生的温度系数选通控制信号加载到带隙基准电路的温度系数选通控制端，以将当前环境温度下对应的温度区间的温度系数选通控制信号作为带隙基准电路的温度系数选通控制信号。本发明能够对时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差进行补偿，以减小时钟振荡器随着温度变化产生的频率偏差，提高了时钟振荡器输出时钟信号的频率精度。输出时钟信号的频率精度。输出时钟信号的频率精度。


技术研发人员：李飞 宿晓锋 钱翼飞
受保护的技术使用者：上海华力微电子有限公司
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8