本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种多频点rc振荡器。
背景技术：
振荡器作为时钟源在电子设备中被广泛采用，尤其是在通信领域。振荡器常见的有4种类型：环形振荡器、lc/rc振荡器、晶体振荡器以及张弛振荡器等。环形振荡器受电压和温度影响较大，频率不稳定，多用于锁相环电路；lc/rc振荡器又分为lc振荡器和rc振荡器，其中lc振荡器占用面积大，不易集成，很少使用；rc振荡器结构简单，频率稳定性好，易于片内集成，使用广泛；晶体振荡器具有很高的精度和非常优秀的温度系数，但是占用面积极大、功耗高，不能集成；张弛振荡器需要额外的电流基准，精度及温度系数依赖于电流基准，占用面积大。并且，现有的振荡器频点单一，一般一个振荡器只有一个频点，在一个系统中若要使用多个不同频率的时钟就要集成多个振荡器，这样会使得振荡器占用芯片面积较大，不利于芯片系统的集成。
图1是传统的rc振荡器结构，包括两个比较器、一个rs触发器、充电和放电电流源ibias，其工作原理如下：当电容ca上的电压高于vhigh时，q端信号使开关s2闭合，对电容ca进行放电，当电容ca上的电压低于vlow时，比较器com2发生翻转，rs触发器使s1闭合，s2打开，对电容ca进行充电。如此往复循环，从而产生振荡信号。由振荡器的工作原理可知，振荡器频率受电流大小、比较器和rs触发器的延时等因素的影响。该振荡器的频率精度差，并且只有一个频点，对于系统在不同的应用场景需要不同频率的时钟的情况下，需要内置多个不同频率的时钟，占用较大的面积，不便于系统集成。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种多频点rc振荡器，旨在为芯片系统提供不同频率的时钟。
为实现上述目的，本发明提供一种多频点rc振荡器，所述振荡器包括选频模块、充放电模块、传输门模块以及比较输出模块，所述选频模块通过第一开关连接于充放电模块和所述传输门模块，所述选频模块和所述充放电模块通过所述传输门模块连接于所述比较输出模块；
所述选频模块包括多个电阻以及连接于多个所述电阻的选择器，所述选择器根据接收到的选频信号接通多个电阻中的部分电阻或者所有电阻，以输出不同的第一电压至所述传输门模块；
所述充放电模块还通过第二开关连接于所述传输门模块，所述传输门模块将选频模块输出的第一电压和充放电模块连接的第一电流源端的第二电压分别输出至比较输出模块，与充放电模块中的电容电压进行比较，所述比较输出模块输出的比较结果分别接通/断开所述第一开关和所述第二开关，使得所述充放电模块重复进行充电/放电，以使比较输出模块输出振荡信号。
优选地，所述传输门模块包括第一传输门和第二传输门；所述第一传输门包括第一nmos管和第一pmos管，所述第二传输门包括第二nmos管和第二pmos管；
所述第一pmos管的栅极和所述第二nmos管的栅极分别连接于所述第一开关；所述第一nmos管的栅极和所述第二pmos管的栅极分别连接于所述第二开关；
所述第一nmos管的漏极和所述第一pmos管的源极连接于所述选频模块以接收所述第一电压，所述第二nmos管的漏极和所述第二pmos管的源极连接于所述充放电模块以接收所述第二电压；所述第一nmos管的源极、所述第二nmos管的源极、第一pmos管的漏极和所述第二pmos管的漏极连接于所述比较输出模块，所述传输门模块接通第一电压或第二电压以与所述充放电模块中的电容电压进行比较。
优选地，所述比较输出模块包括依次连接的比较器、触发器、第一反相器、第二反相器和缓冲器；所述缓冲器输出振荡信号至外部电路；
所述比较器的两个输入端分别连接于所述传输门模块和所述充放电模块，用以对第一电压或第二电压与所述充放电模块中的电容电压进行比较，所述比较器的输出端连接于所述触发器的输入端；
所述第一反相器的输出端还连接于所述第一开关，所述第二反相器的输出端还连接于所述第二开关。
优选地，所述触发器为施密特触发器。
优选地，所述充放电模块包括第一电阻和电容器，所述第一电阻的一端连接于所述第二开关、另一端连接于所述第一电流源和所述第二传输门；所述电容器的一端连接于所述第一开关、所述第二开关和所述比较器、另一端接地；所述充放电模块通过接通所述第二开关为所述电容器放电。
优选地，所述选频单元连接有第二电流源，所述选频单元还通过第一开关连接于所述充放电模块的电容器；所述第二电流源通过接通所述第一开关为所述电容器充电。
本发明技术方案的选频模块根据不同的选频信号、选择接通部分电阻或者所有电阻、输出不同的第一电压，以输出不同频率的振荡信号。并且，相比现有技术中的振荡器，本发明技术方案只使用一个比较器，并且不需要rs锁存器，节省了面积，减少了环路延时，提高了时钟稳定性。
附图说明
图1为现有技术中传统的rc振荡器结构。
图2为本发明多频点rc振荡器的电路结构示意图；
图3为本发明多频点rc振荡器中选频模块的电路结构示意图；
图4为本发明实施例中不同的第一电压对应的时钟周期示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明进一步说明。
一种多频点rc振荡器，如图2所示，所述振荡器包括选频模块、充放电模块、传输门模块以及比较输出模块，所述选频模块通过第一开关sw1连接于充放电模块和所述传输门模块，所述选频模块和所述充放电模块通过所述传输门模块连接于所述比较输出模块；所述选频模块包括多个电阻以及连接于多个所述电阻的选择器mux，所述选择器mux根据接收到的选频信号sf[m:1]接通多个电阻中的部分电阻或者所有电阻，以输出不同的第一电压vp至所述传输门模块；所述充放电模块还通过第二开关sw2连接于所述传输门模块，所述传输门模块将选频模块输出的第一电压vp和充放电模块连接的第一电流源ib_b端的第二电压vn分别输出至比较输出模块，与充放电模块中的电容电压vcom进行比较，所述比较输出模块输出的比较结果分别接通/断开所述第一开关sw1和所述第二开关sw2，使得所述充放电模块重复进行充电/放电，以使比较输出模块输出振荡信号。
在具体实施例中，选频信号可由寄存器配置，根据具体系统设计需求进行配置。多个电阻的阻值可以根据系统设计需求设计为相等阻值或者不同的阻值，以输出不同频率的时钟信号。如图3所示，选频模块包括依次串联的n个电阻，分别标为r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7，r8……，rn；选择器mux可以分别从每个电阻的端选取一个分压值从输出至传输门模块。本发明技术方案的选频模块中，n个电阻的值与现有技术中的电阻ra的值相等，不会额外增加芯片面积，而且由于r1~rn电阻的匹配很容易做好，使得不同频点的一致性很高。在具体设计过程中，n个电阻的阻值可根据需要设计为相等或各不相等，以便于输出设计者需要的振荡信号。
如图2所示，所述传输门模块包括第一传输门tg1和第二传输门tg2；所述第一传输门tg1包括第一nmos管n1和第一pmos管p1，所述第二传输门tg2包括第二nmos管n2和第二pmos管p2；所述第一pmos管p1的栅极和所述第二nmos管n2的栅极分别连接于所述第一开关sw1；所述第一nmos管n1的栅极和所述第二pmos管p2的栅极分别连接于所述第二开关sw2；所述第一nmos管n1的漏极和所述第一pmos管p1的源极连接于所述选频模块以接收所述第一电压vp，所述第二nmos管n2的漏极和所述第二pmos管p2的源极连接于所述充放电模块中的第一电流源ib_b端以接收所述第二电压vn；所述第一nmos管n1的源极、所述第二nmos管n2的源极、第一pmos管p1的漏极和所述第二pmos管p2的漏极连接于所述比较输出模块，所述传输门模块接通第一电压vp或第二电压vn以与所述充放电模块中的电容电压vcom进行比较。
如图2所示，所述比较输出模块包括依次连接的比较器comp、触发器schmidt、第一反相器inv1、第二反相器inv2和缓冲器buff；所述缓冲器buff输出振荡信号clkout至外部电路；所述比较器comp的两个输入端分别连接于所述传输门模块和所述充放电模块，用以对第一电压vp或第二电压vn与所述充放电模块中的电容电压vcom进行比较，所述比较器comp的输出端连接于所述触发器schmidt的输入端；所述第一反相器inv1的输出端还连接于所述第一开关sw1，所述第二反相器inv2的输出端还连接于所述第二开关sw2。
优选地，所述触发器schmidt为施密特触发器。
如图2所示，所述充放电模块包括第一电阻rs和电容器c1，所述第一电阻rs的一端连接于所述第二开关sw2、另一端连接于所述第一电流源ib_b和所述第二传输门tg2；所述电容器c1的一端连接于所述第一开关sw1、所述第二开关sw2和所述比较器comp、另一端接地gnd；所述充放电模块通过接通所述第二开关sw2为所述电容器c1放电。
如图2所示，所述选频单元连接有第二电流源ib_a，所述选频单元还通过第一开关sw1连接于所述充放电模块的电容器c1；所述第二电流源ib_a通过接通所述第一开关sw1为所述电容器c1充电。
如图2、图3所示，本发明实施例的工作原理为：
电容电压vcom是电容器c1端的电压，电容器c1连接到比较器comp同向输入端，与比较器comp的反向输入端输入的电压（第一电压vp或第二电压vn）进行比较，电容电压vcom的值可以从0到电源vcc之间变化。第二电压vn是第一电流源ib_b端的电压，是一个定值。选频模块输出的第一电压vp，根据选频信号sf[m:1]的不同、第一电压vp的电压值不同。
传输门模块包括第一传输门tg1和第二传输门tg2，第一传输门tg1打开时第二传输门tg2关闭，第一电压vp被送到比较器comp的反向输入端与电容电压vcom进行比较；第一传输门tg1关闭时第二传输门tg2打开，第二电压vn被送到比较器comp的反向输入端与电容电压vcom进行比较。比较器comp将比较结果输入至触发器schmidt、第一反相器inv1、第二反相器inv2和缓冲器buff，以输出振荡信号。同时，第一反相器inv1和第二反相器inv2将其输出端的电压分别反馈至第一开关sw1、第二开关sw2和传输门模块中场效应管，以分别控制开关和传输门的接通和断开。
当第一反相器inv1的输出端q1为高电平、第二反相器inv2的输出端q2为低电平时，第一开关sw1闭合，第二开关sw2断开，电源电压vcc对电容器c1进行充电。此时第一传输门tg1打开、第二传输门tg2关闭，第一电压vp被送到比较器comp的反向输入端与电容电压vcom进行比较；若第一电压vp大于电容电压vcom，则比较器comp输出为低电平，第一反相器inv1的输出端q1保持为高电平、第二反相器inv2的输出端q2为低电平，电源电压vcc继续对电容器c1进行充电，直到电容电压vcom大于第一电压vp。
当电容电压vcom大于第一电压vp时，比较器comp发生翻转，输出为高电平，第一反相器inv1的输出端q1变为低电平，第二反相器inv2的输出端q2变为高电平。此时，第一开关sw1断开，第二开关sw2闭合，第一电流源ib_b对电容器c1进行放电。此时，第一传输门tg1关闭、第二传输门tg2打开，第二电压vn被送到比较器comp的反向输入端以与电容电压vcom进行比较，当电容电压vcom小于第二电压vn时，比较器comp发生翻转输出低电平，第一反相器inv1的输出端q1变为高电平、第二反相器inv2的输出端q2变为低电平，第一开关sw1闭合，第二开关sw2断开，电源电压vcc对电容器c1进行充电。
如上述过程往复循环，以使时钟信号从clkout端输出至外部电路。
如图4所示，因为比较器comp要翻转电容电压vcom就必须大于第一电压vp，否则电流源对电容器c1一直进行充电直至电容电压vcom大于第一电压vp，所以对于不同的第一电压vp的值，电容电压vcom的值也是不同的。电容电压vcom的值越大（充电电流不变的情况下）充电时间t就会越长，同样放电时间也会越长，周期更长，使得电路输出的频率更低。因此，通过选频模块选择不同的阻值，可以使得电路输出不同的频率。在具体实施例中，如图4，选频模块选取三个不同的阻值输出，以得到三个不等的第一电压vp的值，分别设为vp1、vp2和vp3，其中vp1<vp2<vp3，由于vp3最大，其对应的电容电压vcom3翻转值也最大，此时电容器c1的充电时间也最长，即时钟周期t1<t2<t3，其中t1=t3-t2，t2=t4-t1，t3=t5-t0。因此通过选取不同的第一电压vp值就可以得到不同频率的时钟。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
1.一种多频点rc振荡器，其特征在于，所述振荡器包括选频模块、充放电模块、传输门模块以及比较输出模块，所述选频模块通过第一开关连接于充放电模块和所述传输门模块，所述选频模块和所述充放电模块通过所述传输门模块连接于所述比较输出模块；
所述选频模块包括多个电阻以及连接于多个所述电阻的选择器，所述选择器根据接收到的选频信号接通多个电阻中的部分电阻或者所有电阻，以输出不同的第一电压至所述传输门模块；
所述充放电模块还通过第二开关连接于所述传输门模块，所述传输门模块将选频模块输出的第一电压和充放电模块连接的第一电流源端的第二电压分别输出至比较输出模块，与充放电模块中的电容电压进行比较，所述比较输出模块输出的比较结果分别接通/断开所述第一开关和所述第二开关，使得所述充放电模块重复进行充电/放电，以使比较输出模块输出振荡信号。
2.根据权利要求1所述的多频点rc振荡器，其特征在于，所述传输门模块包括第一传输门和第二传输门；所述第一传输门包括第一nmos管和第一pmos管，所述第二传输门包括第二nmos管和第二pmos管；
所述第一pmos管的栅极和所述第二nmos管的栅极分别连接于所述第一开关；所述第一nmos管的栅极和所述第二pmos管的栅极分别连接于所述第二开关；
所述第一nmos管的漏极和所述第一pmos管的源极连接于所述选频模块以接收所述第一电压，所述第二nmos管的漏极和所述第二pmos管的源极连接于所述充放电模块以接收所述第二电压；所述第一nmos管的源极、所述第二nmos管的源极、第一pmos管的漏极和所述第二pmos管的漏极连接于所述比较输出模块，所述传输门模块接通第一电压或第二电压以与所述充放电模块中的电容电压进行比较。
3.根据权利要求2所述的多频点rc振荡器，其特征在于，所述比较输出模块包括依次连接的比较器、触发器、第一反相器、第二反相器和缓冲器；所述缓冲器输出振荡信号至外部电路；
所述比较器的两个输入端分别连接于所述传输门模块和所述充放电模块，用以对第一电压或第二电压与所述充放电模块中的电容电压进行比较，所述比较器的输出端连接于所述触发器的输入端；
所述第一反相器的输出端还连接于所述第一开关，所述第二反相器的输出端还连接于所述第二开关。
4.根据权利要求3所述的多频点rc振荡器，其特征在于，所述触发器为施密特触发器。
5.根据权利要求3所述的多频点rc振荡器，其特征在于，所述充放电模块包括第一电阻和电容器，所述第一电阻的一端连接于所述第二开关、另一端连接于所述第一电流源和所述第二传输门；所述电容器的一端连接于所述第一开关、所述第二开关和所述比较器、另一端接地；所述充放电模块通过接通所述第二开关为所述电容器放电。
6.根据权利要求5所述的多频点rc振荡器，其特征在于，所述选频单元连接有第二电流源，所述选频单元还通过第一开关连接于所述充放电模块的电容器；所述第二电流源通过接通所述第一开关为所述电容器充电。
技术总结