一种时钟振荡器的制作方法

本发明涉及振荡器，尤其涉及一种时钟振荡器。

背景技术：

1、振荡器是传感器系统、微控制器及其他集成电路中的重要时钟产生模块，用于为数字逻辑、信号采集、数据处理及通信控制等功能提供时钟信号。其中，高速振荡器通常可以生成精度高、稳定性好的主时钟信号，用于支撑传感器系统在正常工作模式下运行；低速振荡器则用于生成副时钟信号，主要服务于电路的低功耗工作模式。

2、针对副时钟信号不同的精度要求，目前主流实现方式分为环形振荡器和片外晶体振荡器两类。环形振荡器具有面积小、功耗低、起振迅速等优势，但精度与稳定性较差，因此多用于对时序精度要求不苛刻的场景。片外晶体振荡器则具备更高的频率精度和更好的稳定性，但其功耗相对较高、起振时间更长，且需要外接器件，占用两个芯片引脚，会带来额外的成本与版图面积开销。

3、上述技术方案的振荡器输出精度低，并且功耗较高。

技术实现思路

1、本发明提供了一种时钟振荡器，以实现在提高时钟振荡器的时钟输出精度的同时，降低功耗。

2、根据本发明的一方面，提供了一种时钟振荡器，本发明实施例提供的时钟振荡器包括：偏置电路、振荡核心电路、比较电路和状态控制电路；

3、振荡核心电路的电源端和比较电路的电源端均连接偏置电路的输出端，偏置电路用于根据电源电压和产生偏置电流；

4、振荡核心电路的第一输入端接入第一控制信号，在第二输入端接入第二控制信号；振荡核心电路用于根据第一控制信号控制第一储能元件充电，根据第二控制信号控制第一储能元件放电，并根据第一储能元件的充电放电情况在第一输出端输出第一复位斜坡信号；振荡核心电路的第三输入端接入第三控制信号，在第四输入端接入第一控制信号；振荡核心电路还用于根据第三控制信号控制第二储能元件充电，根据第四控制信号控制第二储能元件放电，并根据第二储能元件的充电放电情况在第二输出端输出第二复位斜坡信号；第一复位斜坡信号和第二复位斜坡信号交替复位；

5、比较电路的第一输入端接入第一复位斜坡信号，在第二输入端接入第二复位斜坡信号；比较电路用于比较第一复位斜坡信号和第二复位斜坡信号的大小输出触发信号；

6、状态控制电路的输入端连接比较电路的输出端，用于根据触发信号反转第一控制信号的状态后在第一输出端输出，用于反转第二控制信号的状态后在第二输出端输出，用于反转第三控制信号的状态后在第三输出端输出，用于反转第四控制信号的状态后在第四输出端输出。

7、可选的，振荡核心电路包括：第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元、第六开关单元、第七开关单元、第八开关单元、第一储能元件和第二储能元件；

8、第一开关单元的电源端连接偏置电路的输出端，第一开关单元的控制端连接振荡核心电路的第一输入端，第一开关单元的输出端连接第一储能元件的第一端；

9、第二开关单元的控制端连接振荡核心电路的第二输入端，第二开关单元的输出端连接第一储能元件的第一端，第二开关单元的固定电位端接地；

10、第三开关单元的控制端连接振荡核心电路的第三输入端，第三开关单元的输入端连接第一开关单元的输出端，第三开关单元的输出端连接第四开关单元的输入端；

11、第四开关单元的控制端连接振荡核心电路的第一输入端，第四开关单元的输入端作为振荡核心电路的第一输出端；第四开关单元的固定电位端通过保持电容接地；

12、第五开关单元的电源端连接偏置电路的输出端，第五开关单元的控制端连接振荡核心电路的第三输入端，第五开关单元的输出端连接第二储能元件的第一端；

13、第六开关单元的控制端连接振荡核心电路的第四输入端，第六开关单元的输出端连接第二储能元件的第一端，第六开关单元的固定电位端接地；

14、第七开关单元的控制端连接振荡核心电路的第一输入端，第七开关单元的输入端连接第六开关单元的输出端，第七开关单元的输出端连接第八开关单元的输入端；

15、第八开关单元的控制端连接振荡核心电路的第三输入端，第八开关单元的输入端作为振荡核心电路的第二输出端；第八开关单元的固定电位端通过保持电容接地；

16、第一储能元件的第二端接地，第二储能元件的第二端接地。

17、可选的，第一开关单元包括第一晶体管，第一晶体管的控制端作为第一开关单元的控制端，第一晶体管的第一端作为第一开关单元的电源端，第一晶体管的第二端作为第一开关单元的输出端；

18、第二开关单元包括第二晶体管，第二晶体管的控制端作为第二开关单元的控制端，第二晶体管的第二端作为第二开关单元的输出端，第二晶体管的第一端作为第二开关单元的固定电位端；

19、第三开关单元包括第三晶体管，第三晶体管的控制端作为第三开关单元的控制端，第三晶体管的第二端作为第三开关单元的输入端，第三晶体管的第一端作为第三开关单元的输出端；

20、第四开关单元包括第四晶体管，第四晶体管的控制端作为第四开关单元的控制端，第四晶体管的第二端作为第四开关单元的输入端，第四晶体管的第一端作为第四开关单元的固定电位端；

21、第五开关单元包括第五晶体管，第五晶体管的控制端作为第五开关单元的控制端，第五晶体管的第一端作为第五开关单元的电源端，第五晶体管的第二端作为第五开关单元的输出端；

22、第六开关单元包括第六晶体管，第六晶体管的控制端作为第六开关单元的控制端，第六晶体管的第二端作为第六开关单元的输出端，第六晶体管的第一端作为第六开关单元的固定电位端；

23、第七开关单元包括第七晶体管，第七晶体管的控制端作为第七开关单元的控制端，第七晶体管的第二端作为第七开关单元的输入端，第七晶体管的第一端作为第七开关单元的输出端；

24、第八开关单元包括第八晶体管，第八晶体管的控制端作为第八开关单元的控制端，第八晶体管的第二端作为第八开关单元的输入端，第八晶体管的第一端作为第八开关单元的固定电位端；

25、第一储能元件包括第一电容，第二储能元件包括第二电容。

26、可选的，第一晶体管和第五晶体管的沟道类型相同；第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管的沟道类型相同；第一晶体管和第二晶体管的沟道类型不相同；

27、第一控制信号和第二控制信号同相，第三控制信号和第四控制信号同相，第一控制信号和第三控制信号反相。

28、可选的，比较电路包括：差分比较单元和第九开关单元；

29、差分比较单元的第一输入端为比较电路的第一输入端，差分比较单元的第二输入端为比较电路的第二输入端；差分比较电路的电源端作为比较电路的电源端，差分比较电路的固定电位端接地；差分比较电路用于根据第一复位斜坡信号和第二复位斜坡信号比较，输出比较信号；

30、第九开关单元的输入端连接差分比较单元输出端，第九开关单元的电源端连接偏置电路，第九开关单元的电源端作为比较电路的输出端；第九开关单元的固定电位端接地；第九开关单元用于根据比较信号导通或关断，并在导通时将比较电路的输出端和地连通；第九开关单元导通或关断状态变化以输出触发信号。

31、可选的，差分比较电路包括第九晶体管、第十晶体管、第一电流镜和第二电流镜；

32、第九晶体管的第一端和第十晶体管的第一端均连接差分比较电路的电源端，第九晶体管的控制端连接差分比较电路的第一输入端，第十晶体管的控制端连接差分比较电路的第二输入端；

33、第一电流镜的输入端和第二电流镜的输出端均连接第九晶体管的第二端；第二电流镜的输入端和第一电流镜的输出端均连接第十晶体管的第二端；第一电流镜和第二电流镜接地；第二电流镜的输入端为差分比较电路的输出端。

34、可选的，第九开关单元包括第十一晶体管；

35、第十一晶体管的第一端连接第九开关单元的固定电位端，第十一晶体管的控制端连接第九开关单元的输入端，第十一晶体管的第二端连接第九开关单元的电源端。

36、可选的，偏置电路包括：正温电流产生电路、负温电流产生电路和输出电路；

37、正温电流产生电路的电源端连接电源电压，用于产生正温度系数电流；

38、负温电流产生电路的电源端连接电源电压，用于产生正温度系数电流；

39、输出电路的第一输入端连接所述正温电流产生电路的输出端，输出电路的第二输入端连接负温电流产生电路的输出端，输出电路用于将正温度系数电流和负温度系数电流合路，输出偏置电流。

40、可选的，正温电流产生电路包括：第十二晶体管、第十三晶体管、第十四晶体管、第十五晶体管、第十六晶体管、第十七晶体管和第一电阻；

41、第十二晶体管的第一端和第十三晶体管的第一端均连接电源电压，第十二晶体管的控制端和第十三晶体管的控制端相连接，第十三晶体管的控制端和第二端共接；第十四晶体管的第二端连接第十二晶体管的第二端，第十五晶体管的第二端连接第十三晶体管的第二端，第十四晶体管的控制端和第十五晶体管的控制端相连接，第十四晶体管的控制端和第二端共接；第十六晶体管的第一端连接第十四晶体管的第一端，第十七晶体管的第一端经过第一电阻连接至第十五晶体管的第一端，第十六晶体管的控制端与第二端共接，第十七晶体管的控制端与第二端共接，第十六晶体管的第二端与第十七晶体管的第二端均接地；

42、负温电流产生电路包括：第十八晶体管、第十九晶体管和第二电阻；

43、第十八晶体管的第一端连接电源电压，第十八晶体管的控制端和第二端共接；第十九晶体管的控制端连接第十五晶体管的控制端，第十九晶体管的第一端经第二电阻接地，第十九晶体管的第二端连接第十八晶体管的第二端；

44、输出电路包括：第二十晶体管和第二十一晶体管；

45、第二十晶体管的第一端和第二十一晶体管的第一端均连接电源电压，第二十晶体管的控制端连接第十三晶体管的第二端，用于复制值正温度系数电流；第二十一晶体管的控制端连接第十八晶体管的第二端，用于复制负温度系数电流；第二十晶体管的第二端和第二十一晶体管的第二端连接的节点处作为偏置电路的输出端。

46、可选的，状态控制电路包括：

47、第一反相单元、第二反相单元、第三反相单元、第四反相单元、第一与非逻辑门和第二与非逻辑门；

48、第一反相单元的输入端作为状态控制电路的输入端；第一反相单元的输出端连接第一与非逻辑门的第一输入端，第二与非逻辑门的输出端连接第一与非逻辑门的第二输入端；第一与非逻辑门的输出端连接第二反相单元的输入端；

49、第一反相单元的输出端还连接第三反相单元的输入端，第三反相单元的输出端连接第二与非逻辑门的第一输入端，第一与非逻辑门的输出端连接第二与非逻辑门的第二输入端；第二与非逻辑门的输出端连接第四反相单元的输入端；

50、第二与非逻辑门的输出端作为状态控制电路的第一输出端，第二反相单元的输出端作为状态控制电路的第二输出端；第一与非逻辑门的输出端作为状态控制电路的第三输出端，第四反相单元的输出端作为状态控制电路的第四输出端。

51、本发明实施例的技术方案，通过偏置电路产生正温度系数或负温度系数的偏置电流，可以对振荡核心电路和比较电路产生的温度漂移进行补偿，从而可以使第一复位斜坡信号和第二复位斜坡信号的第一电平在不同温度下保持稳定，进而降低振荡频率的偏差，提高时钟振荡器输出的时钟精度。同时，振荡核心电路的输出的第一复位斜坡信号和第二复位斜坡信号具有高电平保持阶段。当第一复位斜坡信号保持在第一电平时，可以为比较电路提供比较阈值，在第二复位斜坡信号的电压达到第一电平时输出触发信号。或者，当第二复位斜坡信号保持在第一电平时，可以为比较电路提供比较阈值，在第一复位斜坡信号的电压达到第一电平时输出触发信号。相比于传统的振荡器，无需增加额外的带隙基准电路为比较电路提供比较阈值，因而降低了时钟振荡器的功耗。

52、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。