一种宽输入范围高电压抑制低温漂快速启动振荡器的制作方法

1.本发明涉及振荡器，具体涉及一种宽输入范围高电压抑制低温漂快速启动振荡器。


背景技术：

2.振荡器是用来产生重复电子信号(通常是正弦波或方波)的电子元件，其构成的电路为振荡电路，振荡器能够将直流电转换为具有一定频率的交流电信号输出。振荡器的种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。
3.振荡器主要用于向其他模块提供时钟信号，其输出时钟信号的准确度受电压变化、温度变化的影响很大。以往的振荡器主要通过工作在固定的小范围电压下，以及简单的温度补偿来解决上述问题，使得振荡器的使用场景受限，同时电路的复杂度又会带来启动慢的问题。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种宽输入范围高电压抑制低温漂快速启动振荡器，能够有效克服现有技术所存在的振荡器使用场景受限、因电路复杂而导致启动较慢的缺陷。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
8.一种宽输入范围高电压抑制低温漂快速启动振荡器，包括快速启动电压调整器、温度检测模块、温度补偿模块和振荡器核心；
9.快速启动电压调整器，在宽输入电压范围下向温度补偿模块、振荡器核心输出准确电压，并在通过快速启动模式进行快速启动，同时在启动完成后关闭快速启动模式；
10.温度检测模块，检测芯片内部工作温度，并根据工作温度所在温度范围向温度补偿模块输出控制信号；
11.温度补偿模块，基于温度检测模块输出的控制信号，通过调整输出信号的大小来调节振荡器核心的工作状态；
12.振荡器核心，接收温度补偿模块的输出信号并调节工作状态，输出精准的时钟信号。
13.优选地，所述快速启动电压调整器包括快速启动模块、电压调整器核心，所述快速启动模块接收到启动信号后使得电压调整器核心进入快速启动模式，并在电压调整器核心启动完成后关闭快速启动模式。
14.优选地，所述电压调整器核心包括放大器op1，所述放大器op1的反相输入端接入
输入电压，所述放大器op1的输出端连接p型场效应管mp0的栅极，所述p型场效应管mp0的漏极通过电阻r0连接放大器op1的同相输入端，所述电阻r0通过电阻r1接地。
15.优选地，所述快速启动模块包括n型场效应管mn0、mn1、mn2和控制开关sw1、sw2，所述n型场效应管mn0的漏极接入恒流源i2，所述n型场效应管mn0的漏极、栅极，以及n型场效应管mn1的栅极均与控制开关sw1相连，所述n型场效应管mn1、mn2的漏极均连接放大器op1的电源输入端，所述控制开关sw1、sw2均连接n型场效应管mn2的栅极，所述n型场效应管mn0、mn1、mn2的源极，以及控制开关sw2均连接电阻r1、p型场效应管mp0的漏极。
16.优选地，所述温度检测模块检测芯片内部工作温度，并将温度范围分段，在每段温度范围内输出一次控制信号。
17.优选地，所述温度检测模块包括比较器cmp0，所述比较器cmp0的同相输入端接入pnp型三极管bjt0的发射极，所述pnp型三极管bjt0的发射极接入恒流源i0，所述比较器cmp0的输出端通过逻辑控制模块u0、电压多路选择器u1连接反相输入端。
18.优选地，所述温度补偿模块接收到温度检测模块输出的控制信号后，通过调整负温度系数和正温度系数的比例向振荡器核心进行信号输出。
19.优选地，所述温度补偿模块包括用于调整负温度系数的负温度系数模块，以及用于调整正温度系数的正温度系数模块，所述负温度系数模块包括串联的负温度系数电阻，所述正温度系数模块包括并联的正温度系数场效应管。
20.优选地，所述振荡器核心包括比较器cmp1，所述比较器cmp1的同相输入端接入恒流源i1、开关mn4的漏极，所述恒流源i1通过电容c1接地，所述开关mn4的源极接地，所述比较器cmp1的输出端连接开关mn4的栅极。
21.(三)有益效果
22.与现有技术相比，本发明所提供的一种宽输入范围高电压抑制低温漂快速启动振荡器，能够在宽范围的输入电压下，以及较大温度范围内输出精准的时钟信号，并且通过结构优化能够在功耗较小的基础上实现快速启动。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明的系统示意图；
25.图2为本发明图1中快速启动电压调整器的系统示意图；
26.图3为本发明图1中快速启动电压调整器的电路图；
27.图4为本发明温度检测模块与温度补偿模块之间通信的示意图；
28.图5为本发明图1中温度检测模块的电路图；
29.图6为本发明图1中温度补偿模块的系统示意图；
30.图7为本发明图1中温度补偿模块的电路图；
31.图8为本发明图1中振荡器核心的电路图。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.一种宽输入范围高电压抑制低温漂快速启动振荡器，如图1所示，包括快速启动电压调整器、温度检测模块、温度补偿模块和振荡器核心；
34.快速启动电压调整器，在宽输入电压范围下向温度补偿模块、振荡器核心输出准确电压，避免最后输出的时钟信号受到输入电压变化的干扰，并在通过快速启动模式进行快速启动，同时在启动完成后关闭快速启动模式；
35.温度检测模块，检测芯片内部工作温度，并根据工作温度所在温度范围向温度补偿模块输出控制信号；
36.温度补偿模块，基于温度检测模块输出的控制信号，通过调整输出信号的大小来调节振荡器核心的工作状态；
37.振荡器核心，接收温度补偿模块的输出信号并调节工作状态，输出精准的时钟信号。
38.①
如图2所示，快速启动电压调整器包括快速启动模块、电压调整器核心，快速启动模块接收到启动信号后使得电压调整器核心进入快速启动模式，并在电压调整器核心启动完成后关闭快速启动模式，以减小功耗。
39.如图3所示，电压调整器核心包括放大器op1，放大器op1的反相输入端接入输入电压，放大器op1的输出端连接p型场效应管mp0的栅极，p型场效应管mp0的漏极通过电阻r0连接放大器op1的同相输入端，电阻r0通过电阻r1接地。
40.快速启动模块包括n型场效应管mn0、mn1、mn2和控制开关sw1、sw2，n型场效应管mn0的漏极接入恒流源i2，n型场效应管mn0的漏极、栅极，以及n型场效应管mn1的栅极均与控制开关sw1相连，n型场效应管mn1、mn2的漏极均连接放大器op1的电源输入端，控制开关sw1、sw2均连接n型场效应管mn2的栅极，n型场效应管mn0、mn1、mn2的源极，以及控制开关sw2均连接电阻r1、p型场效应管mp0的漏极。
41.如图3所示，在启动信号来临时，控制开关sw1闭合，n型场效应管mn0、mn1、mn2全部正常工作，mn2倍数镜像mn0的电流，此时放大器op1的工作电流由mn1和mn2同时提供，放大器op1的启动速度加快，进入快速启动模式。
42.在启动完成后，控制开关sw1断开，控制开关sw2闭合，mn0和mn1正常工作，mn2关闭不再输出电流，放大器op1的工作电流仅由mn1提供，功耗降低，实现快速启动模式地关闭。
43.②
如图4所示，温度检测模块检测芯片内部工作温度，并将温度范围分段，在每段温度范围内输出一次控制信号，确保最后的时钟信号随温度变化而保持恒定。
44.如图5所示，温度检测模块包括比较器cmp0，比较器cmp0的同相输入端接入pnp型三极管bjt0的发射极，pnp型三极管bjt0的发射极接入恒流源i0，比较器cmp0的输出端通过逻辑控制模块u0、电压多路选择器u1连接反相输入端。
45.如图4所示，比如在10℃至20℃时输出控制信号1，在20℃至30℃时输出控制信号2，在30℃至40℃时输出控制信号3，以此类推，温度补偿模块根据不同的控制信号判断温度
大小。如图5所示，通过二分法检测实际温度的大小，并输出具体控制信号给温度补偿模块。
46.③
如图6所示，温度补偿模块接收到温度检测模块输出的控制信号后，通过调整负温度系数和正温度系数的比例向振荡器核心进行信号输出。
47.如图7所示，温度补偿模块包括用于调整负温度系数的负温度系数模块，以及用于调整正温度系数的正温度系数模块，负温度系数模块包括串联的负温度系数电阻，正温度系数模块包括并联的正温度系数场效应管。
48.如图7所示，用负温度系数电阻和正温度系数场效应管组合形成可以调整温度系数大小的温度补偿模块，负温度系数电阻、正温度系数场效应管可以采用其它不同温度系数的元器件进行替代。
49.④
如图8所示，振荡器核心包括比较器cmp1，比较器cmp1的同相输入端接入恒流源i1、开关mn4的漏极，恒流源i1通过电容c1接地，开关mn4的源极接地，比较器cmp1的输出端连接开关mn4的栅极。
50.如图8所示，振荡器核心采用的是电阻电容振荡器的简单电路，可以采用其它振荡器(如环形振荡器)进行替代。
51.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。