电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室 余清华 宋 健 代 杰

1.引言

振荡器是许多电子系统的重要组成部分。从微处理器的时钟产生到蜂窝电话中的载波合成，振荡器无处不在。而且在不同的应用中，其要求的结构和性能参数差别很大。振荡器一般分为RC振荡器（也称张弛振荡器）、LC振荡器、石英晶体振荡器等[1]。RC振荡器是应用最为普遍的一种振荡器电路，它的结构简单、成本较低、功耗也较小。但是它受工作电压和温度变化的影响较大，工艺相关性较差，精度也较差，一般认为其误差在1%～10%之间。RC振荡器的低功耗、低成本和易于集成等优点使其广泛应用中集成电路中，而提高其精度成为一个研究方向[2]。

本文在介绍传统基于恒流源充放电张弛振荡器的原理及产生输出频率误差的原因的同时，认识到基于恒压源充放电的张弛振荡器能更好地减小由于电路延时引入的误差。为了最大程度削弱比较器等电路延时对输出频率带来的影响，在振荡的低阈值点处引入钳位电路，克服了基于恒压源充放电的张弛振荡器的不足。另外，本设计中的比较器等电路也有较高的响应速度，因此也减小了由于电路延时引入的误差，提高了输出频率的精度。

2.传统张弛振荡器的工作原理

传统张弛振荡器的一般结构如图1所示，电路主要由恒流源I1和I2、可控开关switch1和switch2、高位比较器和低位比较器以及逻辑控制部分等电路组成。其工作原理为：刚上电时，电容电压VC为低电平，该电平输入到两个比较器产生一个逻辑，进而控制开关1导通，开关2关断，即电流源I1对电容C进行充电，这时电容上的电压会不断上升，直至上升到高位比较器所设定的高阈值点VH；……