具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的保护。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请中的“多个”可以表示至少两个，例如可以是两个、三个或者更多个，本申请实施例不做限制。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在传统的环形振荡器中，请参见图1所示，可以包括环形振荡电路、电平转换电路和输出缓冲电路，环形振荡电路中包括有5级反相器和5个负载电容，每级反相器包括一个P型场效应管(positive channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS管)和一个N型场效应管(Negative channel Metal Oxide Semiconductor，NMOS管)，5级反相器中的PMOS管为MP1～MP5，NMOS管为MN1～MN5。环形振荡电路将时钟信号输入电平转换电路进行波形转换，然后电路转换电路再输入到输出缓冲电路中，由输出缓冲电路输出最终的时钟信号。

假设图1中的PMOS管和NMOS管的阈值电压为|V_THP|＝V_THN＝V_TH，则环形振荡电路的振荡周期可表示为公式1：

公式1：

其中，N是反相器级数，在图1中有5级反相器，则N等于5，V_DD是供电电压，C_load是负载电容，且C_load1-C_load5电容值相等，β_N和β_P与工艺参数，与工艺有关。

由于振荡周期是由反相器对负载电容进行充放电延时累积实现的，而负载电容容易受到工艺的影响，β_N和β_P也会受到工艺角变化的影响，所以，传统的环形振荡器容易受到电源、工艺以及温度变化影响，从而在温度，工艺参数变化时，导致振荡器的输出频率稳定性较低。

鉴于此，本申请提供一种环形振荡器，该环形振荡器可以在温度发生变化时，使振荡频率基本不随温度的变化而发生改变，从而输出振荡频率稳定的时钟信号。

下面结合说明书附图对本申请实施例提供的环形振荡器进行详细介绍。

请参见图2所示，图2为本申请实施例提供的一种环形振荡器的结构示意图。该环形振荡器包括偏置电流产生电路201和环形振荡电路202，偏置电流产生电路201用于产生偏置电流，并将偏置电流输入环形振荡电路202，以供环形振荡电路202中的负载电容进行充放电。环形振荡电路202在偏置电流的作用下，输出时钟信号。

该环形振荡器的振荡周期可以表示为公式2：

公式2：

其中，N是反相器级数，V_OSC是振荡幅度，I_B是偏置电流。从该表达式可以得到，该环形振荡器的振荡周期与电源无关，但是受到偏置电流影响，因此，对该偏置电流进行适当控制，就可以使环形振荡器的振荡周期基本不随温度以及电源变化。

在本申请实施例中，当环形振荡器所处的环境温度产生变化时，环形振荡器本身的温度系数就会随之发生改变，而当环形振荡器的温度系数大于一定的阈值，例如可以将该阈值称为是第一阈值，此时，就会对环形振荡器的输出频率造成较大影响，第一阈值可以是0，或者趋近于0的数值，当环形振荡器的温度系数为0时，就可以理解为该环形振荡器的频率不受温度的影响。

由于偏置电流产生电路201的温度系数是可以调节的，而环形振荡电路的温度系数与偏置电流产生电路的温度系数相关联，那么可以通过调节偏置电流产生电路的温度系数改变环形振荡电路的温度系数，进而使得环形振荡器的温度系数小于第一阈值，使环形振荡电路202在偏置电流的作用下，输出频率稳定的时钟信号。

偏置电流产生电路201的一种等效电路图如图3所示，偏置电流产生电路201包括三个部分，分别为基准电压电路301、温度系数调节电路302和频率调节电路303。基准电压电路301可以为温度系数调节电路302和频率调节电路303提供基准电压，温度系数调节电路302在基准电压电路301提供的基准电压的作用下，调节偏置电流产生电路201的温度系数，频率调节电路303在基准电压电路301提供的基准电压的作用下，调节基准电流，由于基准电流的电流值与环形振荡器的输出频率相关联，因此，通过调节基准电流的大小就可以调整环形振荡器的输出频率。

需要说明的是，基准电流的电流值大小在其偏移量大于阈值时才需要调节，为了便于区分，例如可以将该阈值称为是第二阈值，也就是说，当基准电流的偏移量大于该第二阈值时，就可以通过频率调节电路303进行调节，使其偏移量小于第二阈值。该第二阈值可以理解为是基准电流的典型值，在工艺角不同时，基准电流的电流值会偏离典型值，因此，可以通过调节基准电流的电流值，让基准电流基本保持在典型值的数值大小。

作为一种示例，在图3中，基准电压电路301由多个PMOS管组成，分为两排对应连接，每排中的PMOS管数量相同，第一排和第二排中的PMOS管一一对应，每一排PMOS管中的前一个PMOS管的栅极与后一个PMOS管的栅极连接，第一排中所有PMOS管的源极接VDD，漏极接第二排PMOS管中的对应PMOS管的源极，第二排PMOS管中除最后一个PMOS管之外的所有PMOS管的漏极与温度系数调节电路302和频率调节电路303连接，最后一个PMOS管的漏极输出偏置电流。

如图3所示，温度系数调节电路302中包括多个PMOS管和多个NMOS管，作为一种示例，多个PMOS管分别为M7～M10，多个NMOS管分别为M1、M2和M4～M6，M4的漏极与基准电压电路301连接，源极接地，栅极与自身的漏极和M7的栅极连接；M7的源极接地，漏极与M8的源极和基准电压电路301连接；M8的漏极与M5的漏极连接，栅极与M1的漏极和M9的栅极以及基准电压电路301连接；M5的源极接地，栅极与自身的漏极和M6的栅极连接；M1的栅极与自身的漏极和M9的栅极连接，源极接地；M9的漏极与M10的源极和基准电压电路301连接，源极接地；M10的漏极与M6的漏极连接，栅极与自身的漏极和M2的栅极连接；M6的源极接地；M2的漏极与基准电压电路301连接，源极与频率调节电路303中的MR的漏极连接。

如图3所示，频率调节电路303可以包括两个NMOS管，分别为MR和M3，MR的源极接地，漏极与温度系数调节电路中的M2的源极连接，栅极与M3的栅极连接；M3的源极接地，漏极与自身的栅极和基准电压电路301连接。

综上可知，该偏置电流产生电路均由场效应管组成，因此，占用的电路结构面积较小，且具有较好的工艺可移植性。

由于MOS管工作在亚阈值区的工作电流较小，能使电路的整体功耗较低，所以，偏置电流产生电路201中的核心MOS管可以工作在亚阈值区。在温度系数调节电路302中的M1、M2、M4和M7～M10工作在亚阈值区，M5和M6工作在饱和区，频率调节电路303中的MR工作在深线性区，当做电阻使用，M3工作在饱和区，为MR提供偏置电压。

基准电流I_REF可表示为公式3：

公式3：

其中，K_R和K₃分别是MR和M3的宽长比，V_DSR是MR的漏极电压，μ是电子迁移率，C_OX是MOS管栅氧化层电容。

偏置电流I_B可表示为公式4：

公式4：I_B＝MI_REF；

其中，M为电流镜像比例。

由于M1和M2工作在亚阈值区，所以可以得到公式5：

公式5：

其中，V_GS1是M1的栅源电压，V_GS2是M2的栅源电压，η是亚阈值斜率因子，k是玻尔兹曼常数，q是电子电荷，T是温度。

由公式5可得V_DSR的公式6：

公式6：

如果将公式6中的可得公式7：

公式7：V_DSR＝A+BT；

M5和M6工作在饱和区，保证了M7和M8的电流等于M9和M10的电流，这上述A可以表示为公式8：

公式8：

则可以得到I_REF的温度系数为公式9：

公式9：

其中，系数m在标准COMS工艺中的值约为1.5。由公式9可知，调整可以调整温度系数，控制基准电流的电流值大小，当调整时，该系数基本为零。

温度系数调节电路302和频率调节电路303中包括的每个场效应管可以并联多个同样的场效应管，并联后组成多个场效应管阵列，也就是说，温度系数调节电路302和频率调节电路303中其实可以理解为包括多个场效应管阵列。例如，在温度系数调节电路302中，M1可以理解为是直接连接在电路里的场效应管，M1可以并联多个与其类型相同的场效应管(图3中未示出)，进而组成M1对应的场效应管阵列。同样的，温度系数调节电路302中包括的任意一个场效应管，以及频率调节电路303中包括的任意一个场效应管都可以理解为是直接连接在电路中的，每个场效应管都可以并联多个与自身相同的多个场效应管，从而形成场效应管阵列。需要说明的是，在具体的实施过程中，可以改变其中的一部分或者全部场效应管阵列中并联的场效应管个数，从而改变对应场效应管阵列的宽长比。

在一种可能的实施方式中，温度系数调节电路302可以通过改变该电路中包括的若干个场效应管阵列的宽长比，然后改变温度系数，由于环形振荡电路202的温度系数与偏置电流产生电路201的温度系数相关联，例如是与环境温度呈正相关比例关系，通过调节偏置电流产生电路201的温度系数就可以改变环形振荡电路202的温度系数，进而调整环形振荡器的温度系数，那么当温度发生变化时，就可以将环形振荡器的温度系数调整为与当前环境温度相适配，实现了对温度进行补偿，从而确保了输出频率的稳定性。

需要说明的是，由于温度系数调节电路302中包括有PMOS管和NMOS管，且在进行并联的时候，每个场效应管都是并联与自身同样的场效应管的，因此，该电路中包括的若干个场效应管真累中的每个场效应管阵列所包括的场效应管均为同类型的NMOS管，或者均为同类型的PMOS管。

在一种可能的实施方式中，频率调节电路303可以通过改变该电路中包括的若干个场效应管阵列的宽长比，然后调节基准电流的电流值。不同的工艺角会造成不同的工艺偏差，当工艺角参数变化时，基准电流的电流值就会偏离典型值，也就是会使得基准电流的偏移量大于第二阈值，此时，就可以通过改变频率调节电路303中包括的场效应管阵列的宽长比调节基准电流的电流值，从而实现了工艺补偿，确保了环形振荡电路202在偏置电流的作用下，输出频率的是基本稳定的。

需要说明的是，由于频率调节电路303中只包括NMOS管，且在进行并联的时候，每个场效应管都是并联与自身同样的场效应管的，因此，该电路中包括的若干个场效应管阵列中的每个场效应管阵列所包括的场效应管均为同类型的NMOS管。

在一种可能的实施方式中，温度系数调节电路302和频率调节电路303中还可以包括至少一个开关，该至少一个开关与温度系数调节电路302和频率调节电路303中包括的至少一个场效应管一一对应，温度系数调节电路302和频率调节电路303中包括的场效应管阵列中，每个场效应管阵列中都有一个场效应管是直接连接在电路中的，然后剩余的场效应管都有一个对应的开关，通过控制开关的闭合状态就可以控制场效应管阵列中并联的场效应管个数，进而改变场效应管阵列的宽长比。需要说明的是，每个场效应管阵列中包括的开关数量和场效应管数量可以是相等的，也可以是不相等的，本申请实施例不做限制。

下面通过图4对温度系数调节电路302调整场效应管阵列的方法做进一步说明。图4为本申请实施例提供的温度系数调节电路302的部分等效电路图，图4中将M4和M1所属的场效应管阵列呈现在了电路图里。在图4中，M1和M4为直接连接在电路中的NMOS管，M4所属的场效应管阵列中还包括有K个与M4同样的场效应管，该K个场效应管分别对应于K个开关，分别为开关2、开关4、……开关2K，控制K个开关的闭合状态就可以改变M4所属场效应管阵列中并联的场效应管数量，进而改变其宽长比。同样的，M1所属的场效应管阵列中也可以包括多个开关和多个与M1相同的场效应管，不过数量可以与M4包含的数量不一样，例如，在图4中，M1所属的场效应管阵列中包括K+1个与M1同样的场效应管，该K+1个场效应管分别对应于K+1个开关，分别为开关1、开关3、……开关2K+1。

温度系数调节电路302中的其它场效应管阵列改变宽长比的方式与上述方式类似，可以进行相同理解，这里不再赘述。

下面通过图5对频率调节电路303调整场效应管阵列的宽长比的方法做进一步说明。图5为本申请实施例提供的频率调节电路303的部分等效电路图，图5中将MR所属的场效应管阵列呈现在了电路图里。在图5中，MR为直接连接在电路中的NMOS管，MR所属的场效应管阵列中还包括有K个与MR同样的场效应管，该K个场效应管分别对应于K个开关，分别为开关1～K，控制K个开关的闭合状态就可以改变MR所属场效应管阵列中并联的场效应管数量，进而改变其宽长比。

频率调节电路303中的其它场效应管阵列改变宽长比的方式与上述方式类似，可以进行相同理解，这里也不再赘述。

在具体的实施过程中，温度系数调节电路302和频率调节电路303中包括的每个开关可以由N个控制位控制其状态转换，例如，图4中所示的M1对应的场效应管阵列中的第一个开关的状态转换可以由控制位SW₁～NSW₁控制，最后一个开关可以由控制位SW_2K+1～NSW_2K+1控制，图5中所示的MR对应的场效应管阵列中的第一个开关的状态转换可以由控制位SWR₁～NSWR₁控制，最后一个开关可以由控制位SWR_K～NSWR_K控制，这样，可以确保每个开关进行状态转换的有效性和精确性。

请参见图6所示，图6为本申请实施例提供的一种开关控制信号的存储示意图。图6中的寄存器可以环形振荡器自身包括的寄存器，为了使环形振荡器的电路结构简洁化，该寄存器也可以是需要该环形振荡器提供时钟信号的设备中的寄存器。当需要调节场效应管阵列的宽长比时，该寄存器就可以将各开关的控制位信息发送给对应的场效应管阵列，各场效应管阵列就可以根据寄存器给出的控制信号确定各开关的状态转换，从而改变相应场效应管阵列中并联的场效应管数量，改变宽长比。

环形振荡电路202中包括M个反相器和M个负载电容，在图2中，展示的是M等于5的情况，每个反相器由一个NMOS管和一个PMOS管组成。在图2中，包括5个PMOS管和5个NMOS管，以及5个负载电容，5个PMOS管分别为MP1～MP5，5个NMOS管分别为MN1～MN5，5个负载电容分别为C_load1～C_load5，MP1与MN1组成第一级反相器，MP2与MN2组成第二级反相器，MP3与MN3组成第三级反相器，MP4与MN4组成第四级反相器以及MP5与MN5组成第五级反相器。

需要说明的是，在具体的实施过程中，反相器和负载电容的数量可以不为5，只需确保每个反相器需都有一个负载电容与之对应，且数量为大于等于3的奇数即可。负载电容可以选用MOM电容，该电容的温度系数较小，当温度变化时，对环形振荡器的振荡周期的影响较小，或者，还可以根据实际使用需求，采用振幅温度系数的电容与MOM电容并联使用，进一步确保温度补偿的有效性，对于负载电容的类型，本申请实施例不做限制。

在图2中，环形振荡电路202中包括的5个PMOS管的源极与偏置电流产生电路的输出端连接，每一级反相器中的PMOS管的漏极与对应NMOS管的漏极以及下一级反相器中的PMOS管和NMOS管的栅极连接，源极与对应NMOS管的源极连接，5个NMOS管的源极接地，5个负载电容分别与5个反相器一一对应，每个负载电容的一端与反相器的输出端链接，另一端接地。需要说明的是，当反相器和负载电容的数量不为5时，也可以根据前述相同的连接方式进行连接，在此不再赘述。

需要说明的是，在环形振荡电路202中，M个反相器中包括的M个NMOS管的尺寸是相同的，M个反相器中包括的M个PMOS管的尺寸也是相同的，以及M个负载电容的电容值相等。

在具体的实施方式中，当偏置电流产生电路201将偏置电流输入环形振荡电路202后，环形振荡电路202的负载电容就会进行充放电，最后输出时钟信号。

请参见图7所示，图7为本申请实施例提供的另一种环形振荡器的结构示意图，在该图中，环形振荡器除了包括偏置电流产生电路201和环形振荡电路202之外，还包括电平转换电路203和输出缓冲电路204。电平转换电路203包括两个反相器，两个NMOS管和两个PMOS管，两个反相器均接VDD，前一个反相器的输入端接环形振荡电路202的输出端和第一个NMOS管(即电路图中的前一个NMOS管)的栅极，输出端接后一个反相器的输入端，后一个反相器的输出端接第二个NMOS管的栅极，两个PMOS管的源极接VCC，第一个PMOS管(即电路图中的前一个PMOS管)的栅极与第二个PMOS管的漏极和第二个NMOS管的漏极连接，第二个PMOS管的栅极与第一个PMOS管的漏极和第一个NMOS管的漏极连接，两个NMOS管的源极接地。环形振荡电路202将时钟信号进行输入到电平转换电路203，由电平转换电路203将其幅度从VDD转换为VCC，即转换为方波信号后输出。

输出缓冲电路204包括一个PMOS管和一个NMOS管，PMOS管的源极接VCC，漏极与NMOS管的漏极连接，栅极与NMOS管的栅极连接后接电瓶转换的输出端，NMOS管的源极接地。输出缓冲电路204提高从电平转换电路203输出的方波信号的驱动能力后，将最终的时钟信号传输给需要提供时钟信号的设备中，这样，可以在确保输出的时钟信号的振荡频率稳定的同时，还可以保证信号输出的有效性。

本申请实施例中，由于偏置电流产生电路的温度系数与环形振荡电路的温度系数相关联，且偏置电流产生电路的温度系数是可以调节的，那么当温度发生变化时，就可以通过调节偏置电流产生电路的温度系数改变环形振荡电路的温度系数，以使环形振荡器的温度系数小于第一阈值，通过改变环形振荡器的温度系数，就可以使得环形振荡器输出的时钟信号基本不受温度的影响。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。