芯课堂 | 一种用于振荡器的修调电路

高精度时钟产生器是数模混合集成电路及数字集成电路的主要模块。晶体振荡器供与工艺、电源电压和温度无关的稳定时钟，但它与集成电路工艺不兼容，同时有相对较高的成本，这样它的应用就受到了一些限制。随着CMOS集成电路工艺和SOC技术的发展，越来越多的时钟产生器采用CMOS电路进行实现。

电阻电容振荡器(RC Oscillator)是一种可由标准CMOS工艺实现的常用振荡器类型。它可以用做时钟产生器，以产生需要的时钟频率。电阻电容振荡器包含了很多不同的类型，如驰张振荡器(Relaxation Oscillator)、环形振荡器(Ring Oscillator)等等。

驰张结构的电容电阻振荡器由四个部分组成：电压和电流基准、计时电路、比较器和RS锁存器。在振荡器工作时，通过比较器和RS触发器的共同作用，使得两个电容依次充电放电，振荡器的周期就是两个电容充电时间的总和：

T＝ 2Vref*C/Iref ＝ 2Vref*C/(Vref/R) ＝ 2RC

从上面的公式可以看出，其中，Vref为基准电压，Iref为基准电流，电容电阻振荡器的振荡频率或者周期T由电阻R和电容C决定。

在实际应用中，工艺厂生产出芯片的电容和电阻值都有一定的工艺误差，从上面的公式可以看出，这个误差会直接影响振荡器的振荡频率。为了解决这个工艺误差问题，在芯片正常使用之前，需要利用频率修调(trimming)的方法来修正振荡器所产生的时钟频率。

常用的频率修调的方法有两种：对电容进行修调和对电阻进行修调。

上图所示为当前常用的对电阻进行修调的方法，它通过控制不同开关的导通来实现总电阻阻值的变化。

上图所示为当前常用的对电容进行修调的方法，它通过控制不同开关的导通来实现总电容容值的变化。

上述2种修调方法有一些缺点：首先，如果希望达到较高的精度，就需要较多的开关数目，这就占用了较多的芯片面积。同时更多的开关会增加逻辑控制部分的复杂程度；其次，开关本身具有导通电阻，这个导通电阻会对振荡器的精度产生不利的影响。

为克服上述的现有缺陷，本文提供一种用于振荡器的修调电路，包括参考电压输出端、参考电流输出端、输入电压端；该修调电路包括第一组串联电阻链，参考电压输出端通过第一组中的开关，分别与该第一组串联电阻链中的第一部分电阻彼此之间的连接点相连接；运算放大器的正极分别与第三组开关相连接，第三组开关的另一端除了第一开关直接连接至场效应管的源漏极的其中一端外，其余开关分别与第二组串联电阻链中的第三部分电阻相互之间的连接点相连接；运算放大器的输出端连接至该场效应管的栅极，该场效应管的源漏极的另一端连接至参考电流；该第一组串联电阻链一端接电压，另一端接地；该第二组串联电阻链一端连接至场效应管的源漏极的其中一端，另一端接地。