张弛振荡器及片上芯片

摘要

本发明公开了一种张弛振荡器及片上芯片。该张弛振荡器包括电源输入端、过零点稳定电路、比较器及非交叠时钟产生电路；其中，过零点稳定电路包括第一过零点稳定电路及第二过零点稳定电路；第一过零点稳定电路和第二过零点稳定电路用于根据接收到的非交叠时钟产生电路产生的两组控制信号，控制第一充放电电路和第二充放电电路以交替进行充/放电过程，并在输入电源信号的过零点时刻切换两组控制信号；以使得比较器可以将第一充放电电路及第二充放电电路的充放电信号，转换为方波时钟驱动信号后输出，以驱动非交叠时钟产生电路产生相应的时钟振荡信号。本发明可以得到输出频率随电源变化更不敏感的时钟振荡信号。

权利要求

1.一种张弛振荡器，其特征在于，所述张弛振荡器包括：

电源输入端，用于输入电源信号；

非交叠时钟产生电路，用于输出第一组控制信号和第二组控制信号，所述第一组控制信号和所述第二组控制信号在输入电源信号的过零点进行切换；

过零点稳定电路，包括第一过零点稳定电路及第二过零点稳定电路；其中，所述第一过零点稳定电路包括第一充放电电路，所述第二过零点稳定电路包括第二充放电电路；所述第一过零点稳定电路及第二过零点稳定电路分别用于接入所述电源信号；在所述第一组控制信号的控制下，所述第一过零点稳定电路用于根据所述电源输入端输入的电源信号对所述第一充放电电路进行充电，所述第二过零点稳定电路用于控制所述第二充放电电路进行放电；在所述第二组控制信号的控制下，所述第一过零点稳定电路用于控制所述第一充放电电路进行放电，所述第二过零点稳定电路用于根据所述电源输入端输入的电源信号进行充电；以及比较器，用于将所述第一充放电电路和所述第二充放电电路的充放电信号，转换为方波时钟驱动信号；

所述非交叠时钟产生电路，还用于根据所述方波时钟驱动信号产生时钟振荡信号。

2.如权利要求1所述的张弛振荡器，其特征在于，所述第一过零点稳定电路还包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关，所述第二过零点稳定电路还包括第五开关、第六开关、第七开关、第八开关；所述第一组控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，所述第二组控制信号包括第三控制信号和第四控制信号；

在所述第一组控制信号的控制下，所述第一控制信号控制所述第一开关、所述第三开关、所述第六开关及所述第八开关开启，所述第二控制信号控制所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关及所述第七开关关闭，以使所述电源输入端输入的电源信号对所述第一充放电电路进行充电，对所述第二充放电电路进行放电；

在所述第二组控制信号的控制下，所述第三控制信号控制所述第一开关、所述第三开关、所述第六开关及所述第八开关关闭，所述第四控制信号控制所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关及所述第七开关开启，以使所述电源输入端输入的电源信号对所述第二充放电电路进行充电，对所述第一充放电电路进行放电。

3.如权利要求2所述的张弛振荡器，其特征在于，所述第一充放电电路包括第一电容、第一电阻及第二电阻；所述第一电阻的第一端与所述电源输入端连接，所述第一电阻的第二端经所述第一电容与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地；所述第一电阻与所述第一电容的公共端经所述第一开关接地；所述第一电阻与所述第一电容的公共端还经所述第二开关与所述过零点稳定电路的第一输出端连接；所述第一电容与所述第二电阻的公共端经所述第三开关与所述电源输入端连接；所述第一电容与所述第二电阻的公共端还经所述第四开关与所述过零点稳定电路的第二输出端连接。

4.如权利要求2所述的张弛振荡器，其特征在于，所述第二充放电电路包括第二电容、第三电阻和第四电阻；所述第三电阻的第一端与所述电源输入端连接，所述第三电阻的第二端经所述第二电容与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端接地；所述第二电阻与所述第二电容的公共端经所述第五开关接地；所述第二电阻与所述第二电容的公共端还经所述第六开关与所述过零点稳定电路的第二输出端连接；所述第二电容与所述第四电阻的公共端经所述第七开关与所述电源输入端连接；所述第二电容与所述第四电阻的公共端还经所述第八开关与所述过零点稳定电路的第一输出端连接。

5.如权利要求1所述的张弛振荡器，其特征在于，所述比较器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管及第七MOS管；

所述第一MOS管和所述第二MOS管的输入端分别与所述电源输入端连接，所述第一MOS管和所述第二MOS管的受控端用于输入一偏置电压，所述第一MOS管的输出端与所述第三MOS管的输入端连接，所述第二MOS管的输出端与所述第七MOS管的输入端连接；所述第三MOS管的受控端与所述过零点稳定电路的第二输出端连接，所述第三MOS管的输出端与所述第五MOS管的受控端和输入端连接；所述第四MOS管的输入端与所述第一MOS管和所述第三MOS管的公共端连接，所述第四MOS管的受控端与所述过零点稳定电路的第一输出端连接，所述第四MOS管的输出端分别与所述第六MOS管的输入端和所述第七MOS管的受控端连接；

所述第六MOS管的受控端与所述第五MOS管的受控端连接；所述第五MOS管、所述第六MOS管及所述第七MOS管的输出端彼此连接并接地；所述第二MOS管和所述第七MOS管的公共端为所述比较器的输出端。

6.如权利要求5所述的张弛振荡器，其特征在于，所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第三MOS管及所述第四MOS管为P-MOS管；所述第五MOS管、所述第六MOS管及所述第七MOS管为N-MOS管。

7.如权利要求2所述的张弛振荡器，其特征在于，所述非交叠时钟产生电路包括：延时开关、RS触发器、第一非门、第二非门、第三非门、第四非门及第五非门；

所述延时开关的输入端与所述第一非门的输入端连接，所述延时开关与所述第一非门的公共端与所述比较器的输出端连接；所述延时开关的输出端与所述RS触发器的第一输入端连接；所述第一非门的输出端与所述RS触发器的第二输入端连接；所述RS触发器的第一输出端经所述第二非门与所述第三非门的输入端连接，所述第三非门的输出端为所述张弛振荡器的输出端；所述RS触发器的第二输出端经所述第四非门与所述第五非门连接。

8.如权利要求7所述的张弛振荡器，其特征在于，所述第二非门的输出端还分别与所述第一开关、所述第三开关、所述第六开关及所述第八开关的受控端连接，所述第二非门的输出端用于根据比较器的比较结果对应输出所述第一控制信号或者所述第三控制信号；

所述第四非门的输出端还分别与所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关及所述第七开关的受控端连接，所述第四非门的输出端用于根据比较器的比较结果对应输出所述第二控制信号或者所述第四控制信号。

9.如权利要求8所述的张弛振荡器，其特征在于，当所述第二非门输出所述第一控制信号时，所述第四非门输出所述第二控制信号；当所述第二非门输出所述第三控制信号时，所述第四非门输出所述第四控制信号。

10.一种片上芯片，其特征在于，所述片上芯片包括触发器及如权利要求1至9任意一项所述的张弛振荡器；

所述触发器的受控端与所述张弛振荡器的输出端连接。

说明书

张弛振荡器及片上芯片

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体集成电路技术领域，特别涉及一种张弛振荡器及片上芯片。

背景技术

[0002] 目前，张弛振荡器广泛运用于各种微型芯片中作为参考时钟振荡器，例如：可植入生物医学设备和智能传感器。

[0003] 但是随着模拟和数字电路集成水平的提高，芯片中其他模块（尤其是数字模块）产生的噪声会通过电源线和地线耦合，导致振荡器电源电压波动，从而使得后续电路接收到的电压频率产生波动，严重影响其输出频率的稳定性。现有技术采用镜像电路产生不随电源变化的镜像电流Iin和Iip，以消除电源电压波动的影响，但采用镜像电路的张弛振荡器在电源从1.1V变化到1.3V时，振荡频率依然会变化0.875%，折算归一化为4.375%/V；且用于产生镜像电流的电路结构复杂。

发明内容

[0004] 本发明的主要目的是提供一种张弛振荡器及片上芯片，旨在解决现有张弛振荡器输出频率受电源电压波动影响过大的问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明提出一种张弛振荡器及片上芯片。所述张弛振荡器包括：

[0006] 电源输入端，用于输入电源信号；

[0007] 非交叠时钟产生电路，用于输出第一组控制信号和第二组控制信号，所述第一组控制信号和所述第二组控制信号在输入电源信号的过零点进行切换；

[0008] 过零点稳定电路，包括第一过零点稳定电路及第二过零点稳定电路；其中，所述第一过零点稳定电路包括第一充放电电路，所述第二过零点稳定电路包括第二充放电电路；所述第一过零点稳定电路及第二过零点稳定电路分别用于接入所述电源信号；在所述第一组控制信号的控制下，所述第一过零点稳定电路用于根据所述电源输入端输入的电源信号对所述第一充放电电路进行充电，所述第二过零点稳定电路用于控制所述第二充放电电路进行放电；在所述第二组控制信号的控制下，所述第一过零点稳定电路用于控制所述第一充放电电路进行放电，所述第二过零点稳定电路用于根据所述电源输入端输入的电源信号进行充电；以及

[0009] 比较器，用于将所述第一充放电电路和所述第二充放电电路的充放电信号，转换为方波时钟驱动信号；

[0010] 所述非交叠时钟产生电路，还用于根据所述方波时钟驱动信号产生时钟振荡信号。

[0011] 可选地，所述第一过零点稳定电路还包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关，所述第二过零点稳定电路还包括第五开关、第六开关、第七开关、第八开关；所述第一组控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，所述第二组控制信号包括第三控制信号和第四控制信号；

[0012] 在所述第一组控制信号的控制下，所述第一控制信号控制所述第一开关、所述第三开关、所述第六开关及所述第八开关开启，所述第二控制信号控制所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关及所述第七开关关闭，以使所述电源输入端输入的电源信号对所述第一充放电电路进行充电，对所述第二充放电电路进行放电；

[0013] 在所述第二组控制信号的控制下，所述第三控制信号控制所述第一开关、所述第三开关、所述第六开关及所述第八开关关闭，所述第四控制信号控制所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关及所述第七开关开启，以使所述电源输入端输入的电源信号对所述第二充放电电路进行充电，对所述第一充放电电路进行放电。

[0014] 可选地，所述第一充放电电路包括第一电容、第一电阻及第二电阻；所述第一电阻的第一端与所述电源输入端连接，所述第一电阻的第二端经所述第一电容与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地；所述第一电阻与所述第一电容的公共端经所述第一开关接地；所述第一电阻与所述第一电容的公共端还经所述第二开关与所述过零点稳定电路的第一输出端连接；所述第一电容与所述第二电阻的公共端经所述第三开关与所述电源输入端连接；所述第一电容与所述第二电阻的公共端还经所述第四开关与所述过零点稳定电路的第二输出端连接。

[0015] 可选地，所述第二充放电电路包括第二电容、第三电阻和第四电阻；所述第三电阻的第一端与所述电源输入端连接，所述第三电阻的第二端经所述第二电容与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端接地；所述第二电阻与所述第二电容的公共端经所述第五开关接地；所述第二电阻与所述第二电容的公共端还经所述第六开关与所述过零点稳定电路的第二输出端连接；所述第二电容与所述第四电阻的公共端经所述第七开关与所述电源输入端连接；所述第二电容与所述第四电阻的公共端还经所述第八开关与所述过零点稳定电路的第一输出端连接。

[0016] 可选地，所述比较器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管及第七MOS管；

[0017] 所述第一MOS管和所述第二MOS管的输入端分别与所述电源输入端连接，所述第一MOS管和所述第二MOS管的受控端用于输入一偏置电压，所述第一MOS管的输出端与所述第三MOS管的输入端连接，所述第二MOS管的输出端与所述第七MOS管的输入端连接；所述第三MOS管的受控端与所述过零点稳定电路的第一输出端连接，所述第三MOS管的输出端与所述第五MOS管的受控端和输入端连接；所述第四MOS管的输入端与所述第一MOS管和所述第三MOS管的公共端连接，所述第四MOS管的受控端与所述过零点稳定电路的第二输出端连接，所述第四MOS管的输出端分别与所述第六MOS管的输入端和所述第七MOS管的受控端连接；所述第六MOS管的受控端与所述第五MOS管的受控端连接；所述第五MOS管、所述第六MOS管及所述第七MOS管的输出端彼此连接并接地；所述第二MOS管和所述第七MOS管的公共端为所述比较器的输出端。

[0018] 可选地，所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第三MOS管及所述第四MOS管为P-MOS管；所述第五MOS管、所述第六MOS管及所述第七MOS管为N-MOS管。

[0019] 可选地，所述非交叠时钟产生电路包括：延时开关、RS触发器、第一非门、第二非门、第三非门、第四非门及第五非门；

[0020] 所述延时开关的输入端与所述第一非门的输入端连接，所述延时开关与所述第一非门的公共端与所述比较器的输出端连接；所述延时开关的输出端与所述RS触发器的第一输入端连接；所述第一非门的输出端与所述RS触发器的第二输入端连接；所述RS触发器的第一输出端经所述第二非门与所述第三非门的输入端连接，所述第三非门的输出端为所述张弛振荡器的输出端；所述RS触发器的第二输出端经所述第四非门与所述第五非门连接。

[0021] 可选地，所述第二非门的输出端还分别与所述第一开关、所述第三开关、所述第六开关及所述第八开关的受控端连接，所述第二非门的输出端用于根据比较器的比较结果对应输出所述第一控制信号或者所述第三控制信号；

[0022] 所述第四非门的输出端还分别与所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关及所述第七开关的受控端连接，所述第四非门的输出端用于根据比较器的比较结果对应输出所述第二控制信号或者所述第四控制信号。

[0023] 可选地，当所述第二非门输出所述第一控制信号时，所述第四非门输出所述第二控制信号；当所述第二非门输出所述第三控制信号时，所述第四非门输出所述第四控制信号。

[0024] 本发明还提出一种片上芯片，所述片上芯片包括触发器及如上所述的张弛振荡器；所述触发器的受控端与所述张弛振荡器的输出端连接。

[0025] 本发明张弛振荡器通过设置电源输入端、过零点稳定电路、比较器及非交叠时钟产生电路，并通过非交叠时钟产生电路输出两组控制信号，控制过零点稳定电路中的第一充放电电路及第二充放电电路交替进行充/放电过程，以使过零点稳定电路可输出两种电压差逐渐减小，且输出频率不随电源变化的电压至比较器；以使比较器可根据两种电压差的交替变化，输出具有高、低两种电平信号，且输出频率也不随电源变化的方波时钟驱动信号，从而使得非交叠时钟产生电路可以根据方波时钟驱动信号，得到输出频率不随电源变化的时钟振荡信号；并且非交叠时钟产生电路还可以根据方波时钟驱动信号中高、低电平的跳变，切换输出第一组控制信号或第二组控制信号，以使得上述过程可以循环往复。因此本发明张弛振荡器可持续输出电压频率受电源电压影响更低的时钟振荡信号，且电路结构简单，有利于相关电控器件的布局设计。

附图说明

[0026] 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示出的结构获得其他的附图。

[0027] 图1为本发明张弛振荡器一实施例的功能模块示意图；

[0028] 图2为本发明张弛振荡器一实施例的电路结构示意图；

[0029] 图3为图2所述实施例中电路各点的时序图；

[0030] 图4为图2所述实施例中第一充放电电路处于放电状态的详解图；

[0031] 图5为现有张弛振荡器在电源电压波动时输出频率的变化图；

[0032] 图6为本发明张弛振荡器在电源电压波动时输出频率的变化图。

[0033] 附图标号说明：

[0034] 标号 名称 标号 名称100 电源输入端 R1 第一电阻
200 过零点稳定电路 R2 第二电阻
210 第一过零点稳定电路 R3 第三电阻
220 第二过零点稳定电路 R4 第四电阻
211 第一充放电电路 M1 第一MOS管
221 第二充放电电路 M2 第二MOS管
300 比较器 M3 第三MOS管
400 非交叠时钟产生电路 M4 第四MOS管
S1 第一开关 M5 第五MOS管
S2 第二开关 M6 第六MOS管
S3 第三开关 M7 第七MOS管
S4 第四开关 NAND1 第一与非门
S5 第五开关 NAND2 第二与非门
S6 第六开关 INV1 第一非门
S7 第七开关 INV2 第二非门
S8 第八开关 INV3 第三非门
C1 第一电容 INV4 第四非门
C2 第二电容 TNV5 第五非门

[0035] 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

[0036] 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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

[0037] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0038] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0039] 另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0040] 本发明提出一种张弛振荡器。

[0041] 参照图1至图6，在本发明一实施例中，所述张弛振荡器包括：

[0042] 电源输入端100，用于输入电源信号；

[0043] 非交叠时钟产生电路400，用于输出第一组控制信号和第二组控制信号，所述第一组控制信号和所述第二组控制信号在输入电源信号的过零点进行切换；

[0044] 过零点稳定电路200，包括第一过零点稳定电路210及第二过零点稳定电路220；其中，所述第一过零点稳定电路210包括第一充放电电路211，所述第二过零点稳定电路220包括第二充放电电路221；所述第一过零点稳定电路210和第二过零点稳定电路220分别用于接入所述电源信号；在所述第一组控制信号的控制下，所述第一过零点稳定电路210用于根据所述电源输入端100输入的电源信号对所述第一充放电电路211进行充电，所述第二过零点稳定电路220用于控制所述第二充放电电路221进行放电；在所述第二组控制信号的控制下，所述第一过零点稳定电路210用于控制所述第一充放电电路211进行放电，所述第二过零点稳定电路220用于根据所述电源输入端100输入的电源信号对所述第二充放电电路221进行充电；

[0045] 比较器300，用于将所述第一过零点稳定电路210和所述第二过零点稳定电路220的充放电信号，转换为方波时钟驱动信号；

[0046] 所述非交叠时钟产生电路400，还用于根据所述方波时钟驱动信号产生时钟振荡信号。

[0047] 本实施例中，电源输入端100用于输出电源电压，以驱动张弛振荡器工作。

[0048] 过零点稳定电路200中包括的第一充放电电路211和第二充放电电路221可以采用电阻元件及电容元件构建成RC充放电电路来实现；过零点稳定电路200用于根据接收到的第一组控制信号或第二组控制信号控制第一充放电电路211及第二充放电电路221交替进行充/放电过程。具体为，在过零点稳定电路200接收到第一组控制信号的时候，第一过零点稳定电路210控制第一充放电电路211进行充电，第二过零点稳定电路220控制第二充放电电路221进行放电；且第二充放电电路221在放电过程中，可以分别输出高、低两种电压值的输出电压。两种电压受放电过程影响，高电压值的电压逐渐降低；低电压值的电压逐渐升高，当高电压值降低到比低电压值低时，非交叠时钟产生电路400迅速切换输出第二组控制信号，该时刻可近似认为等于两者电压差值为零的过零点时刻；在第二组控制信号下，第一过零点稳定电路210控制第一充放电电路211进行放电，第二过零点稳定电路220控制第二充放电电路221进行充电；原本两种电压值的电压受第一充放电电路211上一阶段充电过程影响，逐渐降低的高电压转变为低电压值的电压，逐渐升高的低电压转变为高电压值的电压，且在第一充放电电路211放电的过程中，低电压值的电压逐渐升高，高电压值的电压逐渐降低，并在低电压值超过高电压值的过零点时刻，非交叠时钟产生电路400再次切换输出第一组控制信号。并由此可知，过零点稳定电路200输出电压的周期等于第一充放电电路211和第二充放电电路221各放电一次的时间之和。当然，在其他可选实施例中，还可以为在接收到第一组控制信号时，第一充放电电路211进行放电，第二充放电电路221进行充电，具体设定根据实际需要确定，在此不做限定。

[0049] 比较器300可以采用多个MOS管构建实现。比较器300通过接收过零点稳定电路200输出两种电压值的电压，以控制相应的MOS管导通/截止，从而驱动电源输入端100输出相应的高、低电平信号，实现电压比较的功能；且由于第一充放电电路211和第二充放电电路221交替进行充/放电过程，比较器300可以相应的交替输出高、低电平信号，从而得到方波时钟驱动信号。具体为，当第一充放电电路211进行充电、第二充放电电路221进行放电时，比较器300输出高电平信号；当第一充放电电路211进行放电、第二充放电电路221进行充电时，比较器300输出低电平信号；且高、低电平信号的跳变时刻与过零点稳定电路200的过零点时刻一致。可以理解的是，方波时钟驱动信号的周期等于过零点稳定电路200输出电压的周期。当然，在其他可选实施例中，还可以为第一充放电电路211充电、第二充放电电路221放电时，比较器300输出低电平信号；第一充放电电路211放电、第二充放电电路221充电时，比较器300输出高电平信号，在此不做限定。

[0050] 非交叠时钟产生电路400可以采用非门、与门、或门中的一种或多种组合来实现。非交叠时钟产生电路400用于将输入的方波时钟驱动信号，进行相应的逻辑变换后输出时钟振荡信号。可以理解的是，逻辑变换的过程并不改变方波时钟驱动信号的周期，因此，时钟振荡信号的周期与方波时钟驱动信号的周期保持一致。非交叠时钟产生电路400还用于根据方波时钟驱动信号中高、低电平的跳变时刻，切换输出第一组控制信号和第二组控制信号。具体为，在接收到方波时钟驱动信号中的高电平信号时，切换第一组控制信号输出；
在接收到方波时钟驱动信号中的低电平信号时，切换第二组控制信号输出；且由于MOS管及逻辑电路的相应时间极快，基本可忽略比较器300及非交叠时钟产生电路400的响应时间，因此可认为第一组控制信号和第二组控制信号的切换时刻、过零点稳定电路200的过零点时刻和比较器300的跳变时刻同时发生。

[0051] 在张弛振荡器的上电初期，第一组控制信号和第二组控制信号可由相关芯片或者微处理器输出至过零点稳定电路200，以开启上述工作过程。而在张弛振荡器正常工作时，过零点稳定电路200输出电压的输出频率根据公式 ，只与第一充放电电路211和第二充放电电路221的充放电时间有关，即只与其中电阻器件的电阻值和电容器件的电容值相关，与接入的电源电压无关；以使得比较器300输出方波时钟驱动信号的输出频率，以及非交叠时钟产生电路400输出时钟振荡信号的输出频率均与电源电压无关。在一示例中，如图5所示，在电源电压从1.1V变化到1.3V时，本发明得到的时钟振荡信号的振荡频率变化
0.0011%，归一化为0.0055%/V，相较于传统的张弛振荡电路的4.375%/V。可见本发明提出的张弛振荡器大大改善了频率随电源变化的问题。

[0052] 本发明张弛振荡器通过设置电源输入端100、过零点稳定电路200、比较器300及非交叠时钟产生电路400，并通过非交叠时钟产生电路400输出两组控制信号，控制过零点稳定电路200中的第一充放电电路211及第二充放电电路221交替进行充/放电过程，以使过零点稳定电路200可输出两种电压差逐渐减小，且输出频率不随电源变化的电压至比较器300；以使比较器300可根据两种电压差的交替变化，输出具有高、低两种电平信号，且输出频率也不随电源变化的方波时钟驱动信号，从而使得非交叠时钟产生电路400可以根据方波时钟驱动信号，得到输出频率不随电源变化的时钟振荡信号；并且非交叠时钟产生电路
400还可以根据方波时钟驱动信号中高、低电平的跳变，切换输出第一组控制信号或第二组控制信号，以使得上述过程可以循环往复。因此本发明张弛振荡器可持续输出电压频率受电源电压影响更低的时钟振荡信号，且电路结构简单，有利于相关电控器件的布局设计。

[0053] 参照图1至图6，在本发明一实施例中，所述第一过零点稳定电路210还包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4，所述第二过零点稳定电路220还包括第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8；所述第一组控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，所述第二组控制信号包括第三控制信号和第四控制信号；

[0054] 在所述第一组控制信号的控制下，所述第一控制信号控制所述第一开关S1、所述第三开关S3、所述第六开关S6及所述第八开关S8开启，所述第二控制信号控制所述第二开关S2、所述第四开关S4、所述第五开关S5及所述第七开关S7关闭，以使所述电源输入端100输入的电源信号对所述第一充放电电路211进行充电，对所述第二充放电电路221进行放电；

[0055] 在所述第二组控制信号的控制下，所述第三控制信号控制所述第一开关S1、所述第三开关S3、所述第六开关S6及所述第八开关S8关闭，所述第四控制信号控制所述第二开关S2、所述第四开关S4、所述第五开关S5及所述第七开关S7开启，以使所述电源输入端100输入的电源信号对所述第二充放电电路221进行充电，对所述第一充放电电路211进行放电。

[0056] 本实施例中，第一开关S1至第八开关S8均可以采用N-MOS管、P-MOS管及IGBT等电压型开关器件的一种或多种组合来实现。第一组控制信号包括一个高电平信号及一个低电平信号；第二组控制信号包括一个高电平信号及一个低电平信号。本实施例以第一开关S1至第八开关S8均为N-MOS管；第一控制信号及第三控制信号为高电平信号；第二控制信号及第四控制信号为低电平信号为例进行说明。过零点稳定电路200通过交替输入两组相反的电平信号，可控制第一充放电电路211和第二充放电电路221中相应的开关器件的轮流导通/关闭，从而控制第一充放电电路211和第二充放电电路221交替进行充/放电过程。当然，在其他可选实施例中，第一控制信号及第三控制信号还可以为低电平信号；第二控制信号及第四控制信号还可以为高电平信号。如此设置，可在过零点时刻，通过切换第一组控制信号和第二组控制信号，以使得第一充放电电路211和第二充放电电路221交替进行充/放电过程，以产生下一个过零点时刻。

[0057] 参照图1至图6，在本发明一实施例中，所述第一充放电电路211包括第一电容C1、第一电阻R1及第二电阻R2；所述第一电阻R1的第一端与所述电源输入端100连接，所述第一电阻R1的第二端经所述第一电容C1与所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端接地；所述第一电阻R1与所述第一电容C1的公共端经所述第一开关S1接地；所述第一电阻R1与所述第一电容C1的公共端还经所述第二开关S2与所述过零点稳定电路200的第一输出端连接；所述第一电容C1与所述第二电阻R2的公共端经所述第三开关S3与所述电源输入端100连接；所述第一电容C1与所述第二电阻R2的公共端还经所述第四开关S4与所述过零点稳定电路200的第二输出端连接。

[0058] 所述第二充放电电路221包括第二电容C2、第三电阻R3和第四电阻R4；所述第三电阻R3的第一端与所述电源输入端100连接，所述第三电阻R3的第二端经所述第二电容C2与所述第四电阻R4的一端连接，所述第四电阻R4的另一端接地；所述第二电阻R2与所述第二电容C2的公共端经所述第五开关S5接地；所述第二电阻R2与所述第二电容C2的公共端还经所述第六开关S6与所述过零点稳定电路200的第二输出端连接；所述第二电容C2与所述第四电阻R4的公共端经所述第七开关S7与所述电源输入端100连接；所述第二电容C2与所述第四电阻R4的公共端还经所述第八开关S8与所述过零点稳定电路200的第一输出端连接。

[0059] 本实施例中，在第一组控制信号下，电源输入端100通过第一开关S1和第三开关S3对第一电容C1进行充电；第二电容C2通过第四电阻R4进行放电，并通过第八开关S8输出电压值逐渐降低的第一电压值至过零点稳定电路200的第一输出端，且电源输入端100通过第三电阻R3对第二电容C2进行充电，并通过第六开关S6输出电压值逐渐升高的第二电压值至过零点稳定电路200的第二输出端；且由于第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等，第一电压值的下降速率和第二电压值上升速率相等。

[0060] 当在第一电压值低于第二电压值的过零点时刻，非交叠时钟产生电路400切换输出第二组控制信号，此时，电源输入端100通过第五开关S5及第七开关S7对第二电容C2进行充电；且由于第一电容C1两端电压值不能突变，第一电压值被下拉至接地电压值，并在电源输入端100通过第一电阻R1对第一电容C1的充电作用下逐渐升高；第二电压值此时被上拉至电源电压值，并在第一电容C1通过第二电阻R2的放电作用下逐渐降低；第一电阻R1与第二电阻R2的阻值同样设定为相等，使得第二电压值的下降速率与第一电压值的上升速率相匹配。

[0061] 参照图4，以第一过零点稳定电路210处于放电状态为例，详细讲解过零点稳定电路200的输出频率特性。在t=0时刻将第一开关S1和第三开关S3同时断开，且将第二开关S2和第四开关S4同时闭合，从而可得到图（b）中的等效电路，此时第一电容C1可视为两个电容C1-1和C1-2串联，且两者电容值均设为2Cref。在过零时刻以后，电源输入端100通过第一电阻R1对电容C1-1进行充电（设电源电压为VDD），Vc1电压逐渐升高，充电时间常数为。于此同时，电容C1-2通过第二电阻R2进行放电，Vc2的电压逐渐降低，且放电时间常数为 。由此分别得到Vc1和Vc2： ，；从而可知：
，当又一次达到
过零时刻时，即Vod=0时，可解得上一次过零时刻至此次过零时刻的时间间隔为。在本实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4
的阻值均设置相等，第一电容C1与第二电容C2的电容值同样设置为相等。以保证在第一充放电电路211处于放电状态的时间与第二充放电电路221处于充电状态的时间相匹配。当切换为第一充电电路21进行充电，第二充电电路22进行放电时，由于第二充放电电路221采用了与第一充放电电路211一样的电路结构与控制方案，所以第二充放电电路221的放电效果与放电时间均与第一充放电电路211一致，在此不做赘述。由此可知，过零点稳定电路200的输出频率为： ，过零点稳定电路200的输出频率仅与电阻值和
电容值有关，与电源电压无关，且第一充放电电路211的放电时间 与第二充放电电路221的放电时间 也均与电源电压无关。通过控制第一充放电电路
211和第二充放电电路221交替进行放电，从而使得过零点稳定电路200可以持续输出频率不随电源电压变化的输出电压。

[0062] 参照图1至图6，在本发明一实施例中，所述比较器300包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6及第七MOS管M7；

[0063] 所述第一MOS管M1和所述第二MOS管M2的输入端分别与所述电源输入端100连接，所述第一MOS管M1和所述第二MOS管M2的受控端用于输入一偏置电压，所述第一MOS管M1的输出端与所述第三MOS管M3的输入端连接，所述第二MOS管M2的输出端与所述第七MOS管M7的输入端连接；所述第三MOS管M3的受控端与所述过零点稳定电路200的第二输出端连接，所述第三MOS管M3的输出端与所述第五MOS管M5的受控端和输入端连接；所述第四MOS管M4的输入端与所述第一MOS管M1和所述第三MOS管M3的公共端连接，所述第四MOS管M4的受控端与所述过零点稳定电路200的第一输出端连接，所述第四MOS管M4的输出端分别与所述第六MOS管M6的输入端和所述第七MOS管M7的受控端连接；所述第六MOS管M6的受控端与所述第五MOS管M5的受控端连接；所述第五MOS管M5、所述第六MOS管M6及所述第七MOS管M7的输出端彼此连接并接地；第二MOS管M2和所述第七MOS管M7的公共端为所述比较器300的输出端。

[0064] 所述第一MOS管M1、所述第二MOS管M2、所述第三MOS管M3及所述第四MOS管M4为P-MOS管；所述第五MOS管M5、所述第六MOS管M6及所述第七MOS管M7为N-MOS管。

[0065] 本实施例中，第一MOS管至第四MOS管（M1 M4）作为上管，其受控端、输入端及输出~端分别对应为栅极、源极及漏极；而第五MOS管至第七MOS管（M5 M7）作为下管，其受控端、输~
入端及输出端分别对应为栅极、漏极及源极。偏置电压可由电源电压经相应的电压变化后得到，或者还可以由其他专门用于产生偏置电压的芯片输出得到，以用于维持第一MOS管M1和第二MOS管M2的工作状态；且第五MOS管M5与第六MOS管M6彼此形成电流镜结构。比较器
300用于根据过零点稳定电路200的第一输出端和第二输出端输出的电压，驱动各MOS管工作在相应的工作区中，从而实现电压比较功能。具体为，当第一电压值大于第二电压值时，流过第四MOS管M4的电流小于流经第三MOS管M3的电流，且由于第五MOS管M5与第六MOS管M6彼此形成电流镜，以使得第六MOS管M6的电流大小及方向与第五MOS管M5的电流大小及方向一致（第六MOS管M6的电流方向为漏极流向源极），从而拉低了第七MOS管M7的栅极电压，以使得第七MOS管M7截止，电源输入端100通过第二MOS管M2输出高电平的电源电压至比较器
300的输出端。

[0066] 当第一电压值小于第二电压值时，流过第四MOS管M4的电流大于流经第三MOS管M3的电流；虽然第五MOS管M5与第六MOS管M6彼此形成电流镜，但是由于第三MOS管M3的电流小，第六MOS管M6的分流能力弱；从而使得第七MOS管M7的栅极电压上升，第七MOS管M7导通，以将第二MOS管M2输出电源电压接地，比较器300输出端输出低电平；

[0067] 比较器300根据在过零时刻第一电压值和第二电压值的值变化实现高、低电平信号之间的跳变，从而输出持续跳变的方波时钟驱动信号，可以理解的是，方波时钟驱动信号的一个周期为 ，频率为 。比较器300通过将接入的两个输出频率不随电源电压变化的电压值进行电压比较，从而得到输出频率不随电源变化的方波时钟驱动信号。

[0068] 参照图1至图6，在本发明一实施例中，所述非交叠时钟产生电路400包括：延时开关T1、RS触发器、第一非门INV1、第二非门INV2、第三非门INV3、第四非门INV4及第五非门INV5；

[0069] 所述延时开关T1的输入端与所述第一非门INV1的输入端连接，所述延时开关T1与所述第一非门INV1的公共端与所述比较器300的输出端连接；所述延时开关T1的输出端与所述RS触发器NOR的第一输入端连接；所述第一非门INV1的输出端与所述RS触发器的第二输入端连接；所述RS触发器的第一输出端经所述第二非门INV2与所述第三非门INV3的输入端连接，所述第三非门INV3的输出端为所述张弛振荡器的输出端；所述RS触发器的第二输出端经所述第四非门INV4与所述第五非门INV5连接。

[0070] 本实施例中，非交叠时钟产生电路400通过设置第一非门INV1，可使输入的RS触发器的第一输入端的信号与第二输入端的信号为一对相反信号；并通过设置延时开关T1可以使得RS触发器两个输入端输入信号的时序可以一致；其中，延时开关T1可以采用MOS管来实现。RS触发器可以采用第一与非门NAND1和第二与非门NAND2电连接实现。非交叠时钟产生电路400还通过将第一与非门NAND1输出的逻辑信号经过第二非门INV2和第三非门INV3的逻辑反转后，作为时钟振荡信号输出，从而将输出频率不随电源变化的方波时钟驱动信号，转换为输出频率不随电源变化的时钟振荡信号。

[0071] 参照图1至图6，在本发明一实施例中，所述第二非门INV2的输出端还分别与所述第一开关S1、所述第三开关S3、所述第六开关S6及所述第八开关S8的受控端连接，所述第二非门INV2的输出端用于根据比较器300的比较结果对应输出所述第一控制信号或者所述第三控制信号；

[0072] 所述第四非门INV4的输出端还分别与所述第二开关S2、所述第四开关S4、所述第五开关S5及所述第七开关S7的受控端连接，所述第四非门INV2的输出端用于根据比较器300的比较结果对应输出所述第二控制信号或者所述第四控制信号。

[0073] 本实施例中，第二非门INV2还用于将第一与非门NAND1输出的信号进行逻辑反转后输出至第一开关S1、第三开关S3、第六开关S6及第八开关S8，以用于控制上述开关的开启和关闭；第四非门INV4还用于将第二与非门NAND2输出的信号进行逻辑反转后输出至第二开关S2、第四开关S4、第五开关S5及第七开关S7，以用于控制上述开关的开启和关闭。如此设置，通过将逻辑变换中的连续产生的两组高、低电平信号做为两组控制信号，并输出至过零点稳定电路200，可使得两组控制信号的切换时间与过零点稳定电路200的过零点时刻以及方波时钟驱动信号的电平跳变时间相同步，从而实现在过零时刻根据方波时钟驱动信号的电平跳变以进行两组控制信号的切换。

[0074] 参照图1至图6，在本发明一实施例中，当所述第二非门INV2输出所述第一控制信号时，所述第四非门INV4输出所述第二控制信号；当所述第二非门INV2输出所述第三控制信号时，所述第四非门INV4输出所述第四控制信号。

[0075] 本实施例中，第二非门INV2输出的第一控制信号和第三控制信号与第四非门INV4输出第二控制信号和第四控制信号分别互为非交叠信号；即在同一时间内，第二非门INV2和第四非门INV4不能同时输出高电平信号。如此设计，可防止第一充放电电路211和第二充放电电路221在同一时间内均处于放电状态，致使比较器300无法及时产生高、低电平跳变以影响反馈循环。

[0076] 本发明还提供一种片上芯片，所述片上芯片包括触发器及如上所述的张弛振荡器；

[0077] 所述触发器的受控端与所述张弛振荡器的输出端连接。

[0078] 该片上芯片包括上述张弛振荡器；所述张弛振荡器的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在片上芯片中使用了上述张弛振荡器，因此，该片上芯片的实施例包括上述张弛振荡器全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

[0079] 在本实施例中，张弛振荡器用于输出时钟振荡信号至触发器，以作为触发器的时钟控制信号，从而驱动触发器工作。

[0080] 以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。