振蕩器集成電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明與電子電路有關(guān)，特別與用于控制器的振蕩器集成電路有關(guān)，其中還與應(yīng) 用于超低功耗電池的控制器有關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002] (微）控制器電路中經(jīng)常使用振蕩器集成電路，此外，振蕩器集成電路亦用以提供 波寬調(diào)變（PWM)系統(tǒng)中的時(shí)脈信號(hào)和斜坡信號(hào)（或鋸齒波信號(hào)），另外如切換模式電源供應(yīng) 器（SMPS)以及放大器電路中亦使用所述信號(hào)。
[0003] 圖1繪示系統(tǒng)100的簡(jiǎn)化方塊圖，其中控制器用以頻繁進(jìn)行電源開(kāi)關(guān)操作。于本 示例中，當(dāng)（微）控制器電路110監(jiān)控終端GPI01的狀態(tài)時(shí)，為電源關(guān)閉狀態(tài)，且終端GPI01 連接至一個(gè)在預(yù)設(shè)溫度跳脫的熱動(dòng)開(kāi)關(guān)120。根據(jù)控制器核心執(zhí)行的操作，發(fā)光二極管 (LED) 130用以指示熱動(dòng)開(kāi)關(guān)120是否跳脫。當(dāng)熱動(dòng)開(kāi)關(guān)120跳脫時(shí)，邏輯電路開(kāi)啟控制器。 如圖1所示，GPI01信號(hào)通過(guò)去除抖動(dòng)（debounce)濾波器112來(lái)傳送，以確保開(kāi)關(guān)狀態(tài)已 完全轉(zhuǎn)換狀態(tài)來(lái)避免發(fā)光二極管130指示錯(cuò)誤或浪費(fèi)電力。去除抖動(dòng)濾波器112耦接至一 用于去除抖動(dòng)計(jì)時(shí)器的振蕩器114。去除抖動(dòng)濾波器112不間斷地監(jiān)控一般用途輸入輸出 (GPI0)，且振蕩器114于控制器電源關(guān)閉時(shí)仍不間斷地執(zhí)行。因此，為延長(zhǎng)電池壽命，亟需 超低功率的去除抖動(dòng)濾波器以及振蕩器。
[0004] 部分現(xiàn)有振蕩器集成電路使用環(huán)式振蕩器（ring oscillator)，其中包含電阻、電 容、電感、石英（crystal)以及金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管（M0S)反相器級(jí)。此類(lèi)環(huán)式振蕩器 通常使用精準(zhǔn)外部參考電壓和電流。另有部分現(xiàn)有振蕩器集成電路使用電容充電電路，但 亦依賴(lài)外部參考電路和控制電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 現(xiàn)有振蕩器集成電路通常無(wú)法滿足低功率電池操作的低功率要求，如上所述，現(xiàn) 有振蕩器集成電路通常需要外部參考電流或電壓以及復(fù)雜的電路，且部分現(xiàn)有振蕩器集成 電路使用能帶隙電路（Band gap circuit)來(lái)提供參考電壓，而這類(lèi)設(shè)計(jì)通常造成電路復(fù)雜 化并需要消耗高功率。
[0006] 于本發(fā)明的一些實(shí)施例中提供一種振蕩器集成電路，振蕩器集成電路中環(huán)型振蕩 器的各振蕩器級(jí)均包含一接收反向偏壓的二極管裝置，二極管裝置與一晶體管串聯(lián)耦接。 在使用PN結(jié)二極管和金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的實(shí)施例中，振蕩頻率由二極管的反向漏 電流值以及金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的臨界電壓值與柵極電容值決定。本發(fā)明的振蕩器集 成電路架構(gòu)簡(jiǎn)單且具高成本效益，且可通過(guò)上述的裝置參數(shù)調(diào)整振蕩頻率。由于二極管具 備低反向漏電流，所以振蕩器有低功率消耗的好處。于一特定實(shí)施例中，振蕩器是使用在去 除抖動(dòng)電路（Debounce circuit)的計(jì)時(shí)器中。然而，此振蕩器是適用于使用較低振蕩頻率 的一般超低功率的應(yīng)用。
[0007] 于本發(fā)明的一些實(shí)施例中，振蕩器集成電路包含受反向偏壓的第一二極管裝置以 及第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，兩者串聯(lián)耦接于電源和接地電壓之間，第一二極管裝置 的陰極耦接至電源，第一二極管裝置的陽(yáng)極耦接至第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極， 且第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極耦接至接地電壓。振蕩器集成電路亦包含受反向偏 壓的第二二極管裝置以及一第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，兩者串聯(lián)耦接于電源和接地電 壓之間，第二二極管裝置的陰極耦接至電源，第二二極管裝置的陽(yáng)極耦接至第二金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管的漏極，第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極耦接至接地電壓，且第二金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極耦接至第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極。振蕩器集成電 路亦包含受反向偏壓的第三二極管裝置以及第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，兩者串聯(lián)耦接 于電源和接地電壓之間，第三二極管裝置的陰極耦接至所述電源，第三二極管裝置的陽(yáng)極 耦接至第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極，第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極耦接至 第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極，第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極耦接至接地電 壓，且第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極耦接至第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極。
[0008] 于上述振蕩器集成電路的一實(shí)施例中，振蕩器用以提供振蕩頻率Fosc，振蕩頻率 Fosc與所述二極管裝置的漏電流值成正比，且與所述金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極電容 值以及臨界電壓值成反比。于一些實(shí)施例中，第一二極管裝置、第二二極管裝置以及第三二 極管裝置為PN結(jié)二極管。
[0009] 于另一實(shí)施例中，振蕩器集成電路還包含輸出緩沖電路，輸出緩沖電路包含柵極 耦接至第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極的第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管、柵極耦接至 第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極的第五金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管以及組成電流鏡的 第六金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與第七金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。第六金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管耦接至第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，且第七金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管耦接至第五金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。于一實(shí)施例中，第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管和第五金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，且第六金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管和第七金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
[0010] 于一實(shí)施例中，振蕩器集成電路還包含使能晶體管，使能晶體管的漏極耦接至第 一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極，使能晶體管的柵極系接收一使能信號(hào)。
[0011] 根據(jù)發(fā)明的部分實(shí)施例，振蕩器集成電路包含多個(gè)振蕩器級(jí)，且包含一第一振蕩 器級(jí)、奇數(shù)個(gè)中間振蕩器級(jí)，以及一最后振蕩器級(jí)，且所述振蕩器級(jí)依序串聯(lián)。于不同的實(shí) 施例中，中間振蕩器級(jí)的數(shù)量可為任意奇數(shù)整數(shù)，例如1、3、5、7、9或依此類(lèi)推。舉例而言， 于一特定實(shí)施例中，振蕩器集成電路包含一中間振蕩器級(jí)，且所有振蕩器級(jí)的數(shù)量為三。各 振蕩器級(jí)包含受反向偏壓的一二極管裝置以及一晶體管，二極管裝置與晶體管串聯(lián)耦接于 電源和接地電壓之間，各二極管裝置包含陽(yáng)極與陰極，且各晶體管包含一控制端，用以控制 自晶體管的第一端流至第二端的電流。于各振蕩器級(jí)中，二極管的陽(yáng)極與晶體管的第一端 于一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)耦接，各振蕩器級(jí)的晶體管的控制端與前一振蕩器級(jí)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)耦接，另外， 第一振蕩器級(jí)所包含晶體管的控制端耦接至最后振蕩器級(jí)內(nèi)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)。
[0012] 于一些實(shí)施例中，二極管裝置為PN結(jié)二極管。于其他實(shí)施例中，其他有明確定 義的反向漏電流的整流裝置亦可被使用，例如肖特基（Schottky)二極管。于部分實(shí)施例 中，晶體管可為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，例如N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或P型金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，且于這些實(shí)施例中，控制端為柵極端，用以控制自漏極端（第一 端）流至源極端（第二端）的電流。于其他實(shí)施例中，晶體管可為雙極性晶體管（Bipolar transistor)，例如NPN型雙極性晶體管或PNP型雙極性晶體管，于這些實(shí)施例中，控制端為 基極端，用以控制自射極端（第一端）流至集極端（第二端）的電流。
[0013] 于一實(shí)施例中，振蕩器集成電路用以提供振蕩頻率Fosc，振蕩頻率Fosc與所述二 極管裝置的漏電流Id的數(shù)值成正比，且與改變晶體管的狀態(tài)所需的電荷量