CIRCUITO OSCILADOR EN ANILLO DE BAJO CONSUMO CON PROTECCION FRENTE A VARIACIONES DE TENSION DE ALIMENTACION.
Circuito oscilador en anillo de bajo consumo con protección frente a variaciones de tensión de alimentación,
comprendiendo una fuente de alimentación (1000) de configuración cascodo y un oscilador en anillo (2000) que posee un circuito de protección frente a variaciones de la tensión formado por transistores PMOS y transistores NMOS, en donde la fuente de alimentación (1000) proporciona una tensión de alimentación al circuito oscilador en anillo (2000), en cuya salida "OUT" se obtiene un tren de pulsos cuya frecuencia es independiente de las variaciones de la tensión de alimentación
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200801086.
Solicitante: FARSENS, S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: GUIPÚZCOA.
Inventor/es: AYERDI OLAIZOLA,ISABEL, BERENGUER PEREZ,ROC, UBARRETXENA BELANDIA,ARITZ, PARDO SANCHEZ,DANIEL, SOLAR RUIZ,HECTOR, BISTUE GARCIA,GUILLERMO.
Fecha de Solicitud: 16 de Abril de 2008.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 19 de Mayo de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H03K3/011 ELECTRICIDAD. › H03 CIRCUITOS ELECTRONICOS BASICOS. › H03K TECNICA DE IMPULSO (medida de las características de los impulsos G01R; modulación de oscilaciones sinusoidales por impulsos H03C; transmisión de información digital, H04L; circuitos discriminadores de detección de diferencia de fase entre dos señales de conteo o integración de ciclos de oscilación H03D 3/04; control automático, arranque, sincronización o estabilización de generadores de oscilaciones o de impulsos electrónicos donde el tipo de generador es irrelevante o esta sin especificar H03L; codificación, decodificación o conversión de código, en general H03M). › H03K 3/00 Circuitos para la generación de impulsos eléctricos; Circuitos monoestables, biestables o multiestables (H03K 4/00 tiene prioridad; para generadores de funciones digitales en ordenadores G06F 1/02). › Modificaciones del generador para compensar las variaciones de valores físicos, p. ej. tensión, temperatura.
- H03L7/099 H03 […] › H03L CONTROL AUTOMATICO, ARRANQUE, SINCRONIZACION O ESTABILIZACION DE GENERADORES DE OSCILACIONES O DE IMPULSOS ELECTRONICOS (de generadores dinamoeléctricos H02P). › H03L 7/00 Control automático de frecuencia o fase; Sincronización (sintonización de circuitos resonantes en general H03J; sincronización en los sistemas de comunicación digital, ver los grupos apropiados en la clase H04). › concerniendo principalmente al oscilador controlado del bucle.
Clasificación PCT:
- H03B27/00 H03 […] › H03B GENERACION DE OSCILACIONES, DIRECTAMENTE O POR CAMBIO DE FRECUENCIA, CON LA AYUDA DE CIRCUITOS QUE UTILIZAN ELEMENTOS ACTIVOS QUE FUNCIONAN DE MANERA NO CONMUTATIVA; GENERACION DE RUIDO POR DICHOS CIRCUITOS (generadores especialmente adaptados a los instrumentos de música electrofónica G10H; máser o láseres H01S; generación de oscilaciones en los plasmas H05H). › Generadores que suministran varias oscilaciones de la misma frecuencia, pero de fases diferentes, que no sea la simple oposición de fase.
- H03K3/011 H03K 3/00 […] › Modificaciones del generador para compensar las variaciones de valores físicos, p. ej. tensión, temperatura.
Descripción:
Circuito oscilador en anillo de bajo consumo con protección frente a variaciones de tensión de alimentación.
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con los circuitos osciladores en anillo que se utilizan en circuitos integrados, proponiendo un circuito oscilador en anillo que proporciona a su salida una frecuencia constante en relación con las variaciones de tensión de alimentación.
Estado de la técnica
El diseño de circuitos integrados de bajo consumo busca obtener dispositivos que cumplan unas especificaciones funcionales determinadas. Sin embargo, la obtención de esas especificaciones funcionales se ve dificultada por una serie de condicionantes, como pueden ser las dispersiones en el proceso de fabricación, variaciones en la tensión de alimentación, aparición de parásitos, variación del comportamiento de los componentes con la temperatura, etc.
Dentro del diseño de circuitos es de particular interés implementar protecciones frente a las variaciones de la tensión de alimentación, las cuales siendo grandes o pequeñas, pueden malograr el buen funcionamiento del dispositivo diseñado, pudiendo ocurrir en un caso extremo, por causa, por ejemplo, de un pico de tensión, la destrucción de los transistores implementados.
Sin llegar a esos extremos, una leve variación en la tensión de alimentación puede hacer que el comportamiento eléctrico de los componentes no sea el previsto y el conjunto del circuito no funcione tal y como se deseaba.
Concretamente, en el campo de los osciladores en anillo, las variaciones en la tensión de alimentación quedan directamente reflejadas en la salida del mismo. Un oscilador en anillo proporciona un tren de pulsos con una determinada frecuencia proporcional al retraso introducido por una serie de puertas lógicas. Si la tensión de alimentación varía, aunque sea de forma leve, la frecuencia del tren de pulsos se ve modificada ostensiblemente.
Por todo lo mencionado anteriormente, existe una necesidad de osciladores en anillo que se muestren robustos frente a las variaciones de la tensión de alimentación. Y más concretamente, que proporcionen una frecuencia a su salida constante e independiente de las variaciones de tensión de alimentación.
Objeto de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un circuito oscilador en anillo que determina un circuito generador de pulsos protegido frente a las variaciones en la tensión de alimentación que aporta un bajo consumo de energía que permite su utilización en aplicaciones que necesiten minimizar la energía consumida, como aplicaciones inalámbricas o todo tipo de soluciones de muy bajo consumo, dotando al funcionamiento normal del circuito oscilador en anillo de un valor añadido.
El circuito objeto de la invención consta de una fuente de corriente y de un circuito oscilador en anillo, conectados entre sí a través de un nodo "A" y que proporcionan en la salida "OUT" del circuito oscilador en anillo un tren de pulsos.
La fuente de corriente está constituida por un circuito de arranque y un circuito de alimentación configurado en modo cascodo, que evitan que la fuente de corriente caiga en un punto de degeneración que puede provocar que el circuito no se comporte como debería y que proporcionan a la salida, en el nodo "A", la corriente que el circuito oscilador en anillo demande para su funcionamiento.
El circuito oscilador en anillo está a su vez constituido por un generador de pulsos cuya frecuencia es dependiente del retraso introducido por las puertas lógicas, un circuito activador encargado de apagar o encender el circuito dependiendo de la señal lógica de control "ENABLE" y un circuito protector frente a variaciones de tensión.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra un diagrama de bloques general del circuito de la invención.
La figura 2 muestra un esquema circuital de una fuente de corriente de configuración cascodo.
La figura 3 muestra un esquema circuital del circuito oscilador en anillo.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la invención se refiere a un circuito oscilador en anillo de bajo consumo, el cual, según muestra el diagrama de la figura 1, comprende una fuente de corriente (1000) que proporciona, a través de un nodo "A", la corriente necesaria para el funcionamiento de un circuito oscilador en anillo (2000) encargado de generar un tren de pulsos en la salida "OUT" del mismo.
La fuente de corriente (1000), cuyo esquema se muestra en la figura 2, determina un circuito de arranque (1100), que evita la caída de la corriente a un punto de degeneración que provocaría un mal funcionamiento del circuito, y un circuito de fuente de corriente en configuración cascodo (1200), de manera que el conjunto entrega la corriente al circuito oscilador en anillo (2000) para su funcionamiento.
El circuito oscilador en anillo (2000) que se muestra en la figura 3, consta de un circuito generador de pulsos (2100), un circuito (2200) de activación/desactivación de la tensión de alimentación al circuito (2000) y un circuito (2300) de protección frente a las variaciones de la tensión de alimentación.
El circuito generador de pulsos (2100) consta de un número impar de inversores conectados en serie y constituidos cada uno de ellos por un transistor PMOS y un transistor NMOS, que determinan su puerta común como entrada y su drenador común como salida, proporcionando a la salida de esta serie de inversores la señal "OUT", que estará formada por un tren de pulsos cuya frecuencia será proporcional al retraso introducido por los inversores.
El circuito de activación/desactivación (2200) activa/desactiva la tensión de alimentación del oscilador para minimizar el consumo de energía del circuito. Para ello, este circuito (2200) consta de un circuito inversor alimentado por la tensión VDD_1, al que le llega una señal lógica externa "ENABLE", de manera que el circuito únicamente funcionará cuando sea necesario.
Para proteger al circuito frente a las variaciones de tensión de la fuente de alimentación se implementa un circuito (2300) que consta en la parte superior del circuito de unos transistores PMOS, unos transistores NMOS en la parte inferior, unos condensadores "C1" y "C2" y una resistencia "R1".
Los condensadores "C1" y "C2" filtran el ruido proveniente de la fuente de alimentación, además de estabilizar más rápidamente el tren de pulsos de la salida "OUT" gracias a la tensión almacenada en los mismos.
En este sentido, en caso de que la señal de alimentación en el nodo "A" fuera acompañada por una señal de ruido, ésta sería filtrada por el condensador "C1", dado que para altas frecuencias presentes en el ruido la capacidad proporciona una impedancia de derivación a tierra muy baja, proporcionando una alimentación a los transistores PMOS del circuito (2300) más estable.
Por otra parte, la resistencia "R1" realiza la función de elevar la mínima tensión de los inversores del circuito del generador de pulsos (2100) del oscilador, consiguiendo que la diferencia entre la tensión máxima y mínima de los inversores sea menor y proporcionando una pequeña polarización DC para la operación de conmutación de los mismos. Como consecuencia se logra que el circuito se comporte dentro de unas especificaciones concretas independientemente de las desviaciones existentes en los distintos componentes del circuito, provocadas por su proceso de fabricación.
El conjunto formado entre los transistores PMOS de la parte superior del circuito (2300), los transistores NMOS de la parte inferior del mismo y los transistores del propio circuito generador de pulsos (2100) del oscilador, determina en el circuito preconizado una estructura cascodo que le confiere independencia frente a las variaciones de la tensión de alimentación, determinando un alto índice PSRR (rechazo a variaciones de la tensión de alimentación).
Reivindicaciones:
1. Circuito oscilador en anillo de bajo consumo con protección frente a variaciones de tensión de alimentación, del tipo que proporciona a la salida un tren de pulsos, caracterizado porque consta de una fuente de alimentación (1000) de configuración cascodo, que proporciona a través de un nodo "A" una tensión de alimentación a un circuito oscilador en anillo (2000) en cuya salida "OUT" se obtiene un tren de pulsos, cuya frecuencia es independiente de las variaciones de la tensión de alimentación.
2. Circuito oscilador en anillo de bajo consumo con protección frente a variaciones de tensión de alimentación, según la primera reivindicación, caracterizado porque el circuito oscilador en anillo (2000) consta de:
3. Circuito oscilador en anillo de bajo consumo con protección frente a variaciones de tensión de alimentación, según la primera y segunda reivindicaciones, caracterizado porque el conjunto formado por los transistores PMOS y los transistores NMOS del circuito (2300) y los transistores del circuito generador de pulsos (2200), presenta una estructura cascodo que aísla el circuito preconizado de variaciones de tensión de alimentación.
4. Circuito oscilador en anillo de bajo consumo con protección frente a variaciones de tensión de alimentación, según la primera y segunda reivindicaciones, caracterizado porque el circuito oscilador en anillo (2000) puede estar constituido por cualquier combinación de puertas lógicas que den como resultado una señal de salida "OUT" en forma de tren de pulsos.
5. Circuito oscilador en anillo de bajo consumo con protección frente a variaciones de tensión de alimentación, según la primera reivindicación, caracterizado porque la fuente de corriente (1000) consta de un circuito de arranque (1100) y de un circuito de fuente de corriente en configuración cascodo (1200) entregando el conjunto la corriente al circuito oscilador en anillo (2000) para su funcionamiento.
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