1、 导言
弛张充放电振动器在PWM电源和电容传感器中都得到了广泛的运用，也常常作为时钟发生电路用在单片功率集成电路中。可是，因为这种振动器结构的特殊性，一般的弛张振动器输出频率受环境温度的改变影响较大，温度功能较差。为了取得较好的温度功能，一般都要选用恒温槽等办法，但增大了体积和本钱。为此，本文提出一种适用于这种结构振动器的片内温度补偿计划，能够简略便利地取得更好的温度功能。
2 、弛张振动器的作业原理
弛张振动器的一般结构如图1所示。弛张振动器的作业进程如下：先用一个电流源I1向电容器C充电，这时电容器上的电压会不断上升，将电容器上的电压经过比较器与设定的阈值电压比较较。当电容器上的电压高于电位比较器的阈值电压V2时，操控部分将会操控开关动作，使I1断开，I2导通，电容器开端经过I2放电，电容器的电压开端下降，设此刻的时刻为t2。当电容器的电压下降到低于低位比较器的阈值电压V1时，操控部分再次使开关动作，使I1导通，I2断开，I1又从头对电容器充电，设此刻的时刻为t1。这样不断重复就能够在电容器上输出接二连三的振动波形。
假如坚持IC、C不变，则由（4）式看出电容器的充放电时刻是由电容器电压的起伏仅有决议的。可经过调理2个比较器的阈值电压来调理电容器的电压起伏，然后可便利地调理振动器的输出频率。以上剖析在各个电路无时延的条件下取得的。
3、 温度对输出电压频率的影响
3.1 发生频率差错的原因
任何电路结构都存在不同程度的延时。在这种结构的振动器中，比较器和操控部分也存在必定的延时，尽管能够选用高速比较器和尽可能简略的操控结构来削减延时，可是一直无法消除延时带来的影响。因而，当电容器上的电压现已上升或下降到需求开关动作时，因为比较器和操控部分的延时Δτ使得开关往往要经过一段时刻后才会动作，而在这段时刻内，I1（I2）还在持续对电容器充电（放电），因而输出电压与Uc比较会发生差错（ICΔτ）/C，此刻，
能够看出输出电压频率与规划值发生了差错。
3.2 温度对输出频率的影响
明显，在不同温度条件下比较器和操控部分的延时是不相同的。因为首要调查延时对输出频率的影响，因而设在不同温度条件下IC和C坚持不变，在温度T1时，比较器和操控部分发生的延时为Δτ1，在温度T2时发生的延时为Δτ2。则（5）式和（7）式可写为
从（8）式能够看出，在不同的温度条件下电容器的充放电时刻发生了的改变Δt，然后导致输出电压的频率随温度而改变。
图2给出在没有温度补偿的情况下，选用CSMC 0.6μm双层金属、双层多晶硅工艺下和运用Hspice仿真出来的振动器输出波形。其间，取IC为250μA，C为5pE，比较器选用的是参考文献［2］中介绍的高速比较器计划，低位比较器的阈值电压为2.4V，高位比较器的阈值电压为2.5V。图中T1、T2、T3分别为－40℃、27℃、85℃时的输出波形。把振动器27℃时的输出频率规划为20MHz，测出此刻振动器的温度系数约为1 685ppm/℃。图3中的曲线1给出近似的输出电压起伏与温度的联系，正如上面所推导的相同，在不同的温度条件下输出的电压起伏并不持平。
4 、温度补偿的完成
为了消除温度对输出频率的影响，从（12）式能够看出还必须使Δt＝0。为了完成上述要求，令T1时的V2＝V’ 2；T2时的V2＝V”2，V1坚持不变，则（9）、（11）式改写为（13）式或（17）式：
从（17）式能够看出，为了消除温度对输出频率的影响，能够使电容电压在不同温度条件下取不同的电容值来完成。只需它们能满意（17）式的条件，就能够得到零温度系数的输出频率。在振动器中，电容器电压是由比较器的阈值电压操控的，能够经过调理比较器的阈值电压来满意要求。在芯片规划中，比较器的阈值电压一般由基准源供给。基准源往往依据带隙原理来调整它的温度系数。一般会尽量调理使其具有零温度系数。但从需求动身，也能够把它调试成所需的非零温度系数。因而，可使令低位比较器的阈值电压不变，只调理高位比较器的阈值电压使其具有负温度的系数，这样，跟着温度的增大UC不断下降，输出的频率较为稳定。在图3中，为了研讨的便利，使输出电压与温度的联系近似为直线1。依据上述推导，以振动器输出电压的中心值为轴，曲线1水平翻转，得到的曲线3为基准源的输出起伏曲线，然后可取得整个温度范围内的最好温度补偿作用。此刻需求把基准源的温度系数调理到大约1 319ppm/℃。
图4示出按上述办法进行温度补偿的振动器的输出波形。因为使输出电压起伏与温度的联系近似线性化，因而与实践输出曲线存在必定的差错，依旧无法得到零温度系数的输出波形。为了仿真的便利，把比较器的阈值电压外接，人为地依照上述要求调理高位比较器的阈值电压。图4中，T1、T2、T3分别为－40℃、27℃、85℃时的输出波形。能够看出输出电压的起伏跟着温度的改变而大大减小，此刻仍把27℃时的输出频率规划为20MHz，测出此刻振动器的温度系数为115ppm/℃。比起没有温度补偿的温度系数有了很大的进步。
5、结束语
针对一般弛张振动器温度系数较差的缺陷，提出了一种新的片内温度补偿计划。只需在规划基准源的时分结合振动器的要求来确认它的温度系数，就能够便利地使振动器取得较好的温度功能，一起并不添加它的面积和本钱，具有较大的实用性。
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