《電子技術(shù)應用》
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应用于电源监控芯片的高精度、低功耗RC振荡器设计
2022年电子技术应用第10期
尚林林，周 盼，赵 鹏
深圳市国微电子有限公司，广东 深圳 518000
摘要： 基于0.35 μmBCD工艺，设计了一种应用于电源监控芯片的单比较器结构的高精度、低功耗RC振荡器。RC振荡器电路包括基准模块和RC电路产生模块。源于RC电路工作原理以及如何减少温度、电源电压的变化对振荡器频率的影响。引入新型电源电压补偿，减少了由电源电压变化引起的比较器迟滞时间的变化，导致振荡器频率发生改变。采用MOS管稳态导通电阻具有正温度系数特性，补偿多晶电阻负温度系数特性的线性补偿方式，抑制了振荡频率随温度的变化。同时设计了一种带5位译码器高精度、低功耗数字修调电路，有效提高了MOS管导通电阻的精度，克服了传统温度补偿电路补偿电阻阻值不精确的问题。Spectre仿真结果显示，电源电压在2.5 V~5.5 V范围变化，振荡周期误差范围为-0.8%~+0.14%，温度在-40 ℃~125 ℃范围变化，振荡周期误差范围为-0.3%~+0.79%。整个RC振荡器电路最大工作电流为5.1 μA，其中RC电路产生模块最大工作电流为0.9 μA。RC电路产生模块结构简单，降低了电路复杂性从而减少电路的实现成本，该电路结构已成功应用于高精度、低功耗电源监控芯片中。
中圖分類號： TM752
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222668
中文引用格式： 尚林林，周盼，趙鵬. 應用于電源監(jiān)控芯片的高精度、低功耗RC振蕩器設計[J].電子技術(shù)應用，2022，48(10)：43-47，53.
英文引用格式： Shang Linlin，Zhou Pan，Zhao Peng. Low power consumption, high precision RC oscillator for power monitoring chip[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(10)：43-47，53.
Low power consumption, high precision RC oscillator for power monitoring chip
Shang Linlin，Zhou Pan，Zhao Peng
Shenzhen Guowei Electronics Co.,Ltd.，Shenzhen 518000,China
Abstract： High precision and low power RC oscillator is designed which is applied to power monitoring chip . The circuit is fabricated in a 0.35 μmBCD process . The RC oscillator includs reference module and RC circuit generation module. Based on the principle of RC oscillator and the intention of reducing the influence of temperature and power supply voltage changes on the oscillator frequency. In order to reduce oscillator period varies with the supply power, a new type of power supply voltage compensation is introduced to reduce the influence of the change of power supply voltage on the hysteresis time of the comparator. And to suppress the effect of temperature on oscillator frequency, the on-resistance and linear resistance of MOS tube are used for temperature compensation. To improve the accuracy of the on-resistance of the MOS tube,and overcome the problem of the traditional supplementing resistance inaccurate, a high precision and low power digital tuning circuit with 5 bit decoder is designed. The simulation results show that the input voltage range is 2.5 V ~ 5.5 V, the oscillation period error range is -0.8%~+0.14%， the temperature range is-40°C~125°C,and the oscillation period error range is -0.3%~+0.79%.The maximum quiescent current 5.1 μA, RC circuit generation module is 0.9 μA.This circuit is simple in structure, low in cost and easy to implement, applied to many power monitoring chips.
Key words : RC oscillator; temperature compensation; supply voltage compensation; digital tuning circuit

0 引言

    常見的DC-DC電源、電源監(jiān)控等電源芯片，一般會使用振蕩器電路產(chǎn)生時鐘信號，用于延遲、監(jiān)控等。而完全集成的RC振蕩器具有較好的溫度變化性能，可以用來取代晶體振蕩器，以減少電源芯片的尺寸和成本[1-3]。RC振蕩器的頻率和功耗是其主要的性能指標[4-5]。但是RC振蕩器的頻率易受到電源電壓、溫度的影響，傳統(tǒng)RC振蕩器結(jié)構(gòu)中的比較器遲滯時間也會給振蕩器頻率帶來誤差[6]。

    如何減少溫度、電源電壓對振蕩器周期的影響是設計高精度RC振蕩器的主要難點。當前RC振蕩器電路溫度補償的諸多方案中，常見采用正負溫度系數(shù)線性電阻疊加，產(chǎn)生不受溫度影響的充電電流[7-8]，具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)等優(yōu)點，但是也存在線性補償?shù)碾娮枳柚狄资軠囟?、電源電壓發(fā)生較大的變化，阻值精度不夠等缺陷。對于電源電壓補償的方案中，主要利用電源到地的分壓電阻產(chǎn)生與電源電壓成比例的翻轉(zhuǎn)電平[9]，雖然這種結(jié)構(gòu)可以有效地消除電源電壓變化對振蕩器周期的影響，但也存在不足之處，很難產(chǎn)生與電源電壓相關而與溫度無關的充電電流。對于比較器的遲滯時間帶來的誤差，一般采用的是對稱結(jié)構(gòu)的雙比較器結(jié)構(gòu)[10]，可以有效消除比較器遲滯時間帶來的誤差，但是也存在電容和比較器的失配造成的誤差[11]，同時會增加電路的復雜程度，增加功耗和電路實現(xiàn)成本。




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作者信息：

尚林林，周 盼，趙 鵬

（深圳市國微電子有限公司，廣東 深圳 518000）




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