專利名稱：具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及振蕩器，具體涉及一種具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器。
背景技術(shù)：
振蕩器電路在集成電路中早已得到廣泛的應(yīng)用，作用在于為系統(tǒng)電路提供 時(shí)鐘信號(hào)。技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)集成電路系統(tǒng)的功耗提出了更高的要求。 振蕩器電路決定系統(tǒng)的工作頻率，能否在很寬的輸出負(fù)載范圍內(nèi)，根據(jù)負(fù)載大 小自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作頻率對(duì)于提高系統(tǒng)在不同負(fù)載下的效率有著重要的意 義。因此振蕩器電路的設(shè)計(jì)成為系統(tǒng)低功耗解決方案中的關(guān)注熱點(diǎn)。
現(xiàn)有的振蕩器一般采用雙開關(guān)控制充放電，并通過減小電容的放電電流來 增大電容的放電時(shí)間，從而降低振蕩器的輸出信號(hào)頻率，以便在輕載或空載時(shí) 節(jié)省功耗。但采用雙開關(guān)分別控制電容充放電的方式使控制過程不統(tǒng)一，切換 時(shí)間較長，而減小電容的放電電流只能單一地對(duì)電容的放電時(shí)間進(jìn)行控制，不 利于對(duì)時(shí)鐘頻率進(jìn)行精確控制。

實(shí)用新型內(nèi)容
有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振 蕩器，該振蕩器采用單開關(guān)控制充放電結(jié)構(gòu)，使控制結(jié)構(gòu)更簡單，切換更迅速， 并可以通過調(diào)節(jié)電容充放電電壓的范圍實(shí)現(xiàn)對(duì)電容的充放電時(shí)間同時(shí)進(jìn)行控
帝u，得到較理想、較精確的調(diào)頻范圍。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下
一種具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，包括振蕩單元和頻率調(diào)控單元， 其特征在于，所述振蕩單元包括一個(gè)電容、與該電容的第一端連接的第一電流 源和第二電流源、 一個(gè)具有三個(gè)輸入端的比較器，其中比較器的第一輸入端與 電容的第一端連接，電容的第二端接地；所述頻率調(diào)控單元通過提高第一參考 電壓增大所述電容的充放電時(shí)間，減小振蕩器的輸出信號(hào)頻率。
所述第一電流源產(chǎn)生第一電流用于向所述電容充電，第二電流源產(chǎn)生第二 電流用于使所述電容放電。
所述電容的第一端和第二電流源之間連接有開關(guān)，開關(guān)的斷開和閉合控制 所述電容的充電和放電，所述開關(guān)的斷開和閉合由比較器的輸出信號(hào)控制。
所述頻率調(diào)控單元包括一個(gè)差分電路，該差分電路的一路輸入為第二參考 電壓，該第二參考電壓為系統(tǒng)產(chǎn)生的第二基準(zhǔn)電壓，另一路輸入為系統(tǒng)的反饋 電壓，該差分電路提供電流給一電阻，使該電阻上產(chǎn)生疊加到系統(tǒng)產(chǎn)生的第一 基準(zhǔn)電壓上的分量電壓。
所述頻率調(diào)控單元包括一個(gè)電壓疊加電路，用于將所述第一基準(zhǔn)電壓與所 述分量電壓疊加，疊加后的電壓輸入到比較器的第三輸入端。
所述比較器的第三輸入端的電壓與第二輸入端的電壓之差為第一參考電 壓，該第二輸入端電壓為系統(tǒng)產(chǎn)生的第三基準(zhǔn)電壓。
所述比較器的輸出端輸出時(shí)鐘信號(hào)。
所述比較器的輸出端連接一反相器的輸入端，該反相器的輸出端輸出時(shí)鐘 信號(hào)。
本實(shí)用新型一種具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，包括振蕩單元和頻率 調(diào)控單元，主要應(yīng)用在PWM電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中。振蕩單元的充電電路和放電電路 共用一個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制，通過電容充電和放電的切換，得到一定頻率和占空比 的時(shí)鐘信號(hào)。頻率調(diào)控單元通過提高第一參考電壓增大電容的充放電電壓，從 而增加切換時(shí)間，減小振蕩器的輸出信號(hào)頻率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在輕載或空載的時(shí)候 節(jié)省功耗。
第一參考電壓由比較器的第三輸入端和第二輸入端的電壓差決定。起始狀 態(tài)下，比較器輸出端輸出低電平，開關(guān)斷開。當(dāng)振蕩單元的第一電流源充電使 電容上的電壓增加值達(dá)到第一參考電壓大小時(shí)，比較器的輸出跳變，開關(guān)閉合， 電容放電，當(dāng)電容上的電壓減少值達(dá)到第一參考電壓大小時(shí)，比較器的輸出再 次跳變，開關(guān)重新斷開。如此重復(fù)，輸出一個(gè)頻率和占空比固定的時(shí)鐘信號(hào)。
系統(tǒng)在輕載或空載的時(shí)候，系統(tǒng)提供的反饋電壓降低，當(dāng)該反饋電壓接近 或小于第二參考電壓的時(shí)候，通過電壓疊加電路將一個(gè)分量電壓與系統(tǒng)產(chǎn)生的
第一基準(zhǔn)電壓疊加，使比較器第三輸入端的電壓增大，第一參考電壓增大，使 電容的充放電時(shí)間增大，時(shí)鐘信號(hào)頻率減小。
本實(shí)用新型的有益效果在于，采用單開關(guān)控制充放電結(jié)構(gòu)，使控制結(jié)構(gòu)更 簡單通過調(diào)節(jié)電容充放電電壓的范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容的充放電時(shí)間同時(shí)進(jìn)行控
制，得到較理想調(diào)頻范圍；通過對(duì)具體電路參數(shù)的設(shè)置，本實(shí)用新型可以精確 地控制時(shí)鐘信號(hào)的最小頻率，為系統(tǒng)提供了一個(gè)簡單、合理、有效的低功耗解 決方案。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的闡述。


圖1是本實(shí)用新型具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器的原理結(jié)構(gòu)圖2是本實(shí)用新型在集成電路應(yīng)用中的具體電路圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，電壓源VDD通過第一電流源II與電容C的第一端連接，提 供第一龜流II。電容C的第一端通過開關(guān)SW1與第二電流源12連接，第二電 流源提供第二電流12。電容C的第二端接地，其第一端還與比較器comp的第 一輸入端VRAMP連接。比較器comp的輸出端與反相器Ul的輸入端連接，反 相器U1的輸出端輸出時(shí)鐘信號(hào)CLK。
第二參考電壓VREF與系統(tǒng)的反饋電壓VFB是差分電路U2的兩路輸入， 第二參考電壓VREF是系統(tǒng)產(chǎn)生的第二基準(zhǔn)電壓。差分電路U2用于提供分量電 壓VADD。分量電壓VADD和系統(tǒng)產(chǎn)生的第一基準(zhǔn)電壓VH0通過電壓疊加電路 U3疊加，疊加后的電壓信號(hào)輸入到比較器comp的第三輸入端VH。輸入到比較 器comp的第二輸入端VL的電壓是系統(tǒng)產(chǎn)生的第三基準(zhǔn)電壓。第一參考電壓的 值為比較器comp的第三輸入端VH和第二輸入端VL的電壓差值。
比較器comp的輸出信號(hào)控制開關(guān)SWl的斷開和閉合。起始狀態(tài)下，比較 器comp輸出低電平，開關(guān)SW1斷開。當(dāng)?shù)谝浑娏髟碔l以第一電流Il向電容C 充電，使電容C上的電壓增加值達(dá)到第一參考電壓大小時(shí)，比較器comp的輸出 跳變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)SWl閉合，電容C通過第二電流源12放電，放電電流1=12-11 ， 當(dāng)電容C上的電壓減少值達(dá)到第一參考電壓大小時(shí)，比較器comp的輸出跳變?yōu)?低電平，開關(guān)SW1重新斷開。如此重復(fù)，輸出一個(gè)頻率和占空比固定的時(shí)鐘信 號(hào)CLK。
系統(tǒng)在輕載或空載的時(shí)候，系統(tǒng)的反饋電壓VFB降低，當(dāng)該反饋電壓VFB 接近或小于第二參考電壓VREF的時(shí)候，通過電壓疊加電路U3將分量電壓 VADD與第一基準(zhǔn)電壓VH0疊加，比較器comp的第三輸入端VH的電壓增大.
第一參考電壓增大，使電容C的充放電時(shí)間增大，時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率減小。
如圖2所示為本實(shí)用新型在集成電路應(yīng)用中的具體電路圖?；鶞?zhǔn)電流從引 腳1—OSC注入，引腳I—OSC和NMOS管M103的漏極連接，NMOS管M103 的源極與NMOS管M101的漏極連接。NMOS管M101的漏極與柵極相連。NMOS 管MlOl、 NMOS管M9和NMOS管M168的柵極連接在一起，源極都與接地 端連接，組成兩對(duì)電流鏡像電路，NMOS管M101將基準(zhǔn)電流鏡像注入NMOS 管M9和NMOS管M168。鏡像電流的比例由組成鏡像的MOS管的尺寸、數(shù)量 等具體參數(shù)決定。NMOS管M103、 NMOS管Mill和NMOS管Ml 17的柵極 連接在一起，它們的源極分別與NMOS管M1(H、 NMOS管M9和NMOS管 M168的漏極連接，它們的作用在于減少高階效應(yīng)對(duì)前面所述兩對(duì)電流鏡像電路 鏡像準(zhǔn)確度的影響，使基準(zhǔn)電流通過NMOS管M101精確鏡像到NMOS管M9 和NMOS管M168。 NMOS管M168和NMOS管M117構(gòu)成第二電流源12，提 供第二電流12。 PMOS管M4、 PMOS管M2和PMOS管M123的源極都連接到 電壓源VDD上，柵極連接在一起，組成另兩對(duì)電流鏡像電路。PMOS管M3、 PMOS管Ml和PMOS管M124的作用也在于減少高階效應(yīng)對(duì)電流鏡像電路鏡 像準(zhǔn)確度的影響。連接關(guān)系同理于前，不再累述。PMOS管M3的漏極與NMOS 管Mill的漏極連接，PMOS管M4、 PMOS管M3與NMOS管Mlll、 NMOS 管M9在同一條通路上，流過的電流相同。PMOS管M4將此電流鏡像到PMOS 管M2和PMOS管M123，鏡像電流的比例由組成鏡像的MOS管的具體參數(shù)決 定。PMOS管M2和PMOS管Ml構(gòu)成第一電流源Il，提供第一電流Il。 PMOS 管M123和PMOS管M124提供電流B。.
開關(guān)SW1由NMOS管M118構(gòu)成，其漏極與PMOS管Ml連接，源極和 NMOS管M117相連，柵極與比較器comp的輸出端VOUT連接。NMOS管Ml ]8 的截止和導(dǎo)通即開關(guān)SW1的斷開和閉合受比較器comp的輸出端VOUT的輸出 信號(hào)控制。起始狀態(tài)下，比較器comp輸出低電平，麗OS管MU8截止，開關(guān) SW1斷開。第一電流源II以第一電流II向電容C充電，當(dāng)電容C上的電壓 VRAMP的增加值達(dá)到第一參考電壓大小時(shí)，比較器comp的輸出跳變?yōu)楦唠娖? NMOS管M118導(dǎo)通，開關(guān)SW1閉合，電容C通過第二電流源12放電，放屯 電流1=12-11，當(dāng)電容C上的電壓VRAMP減少值達(dá)到第 一參考電壓大小時(shí)，比 較器comp的輸出跳變?yōu)榈碗娖?，NMOS管Ml]8截止，開關(guān)SWl重新斷開c
如此重復(fù)，輸出一個(gè)頻率和占空比固定的時(shí)鐘信號(hào)CLK。
NMOS管M118的漏極通過電容C接地，該漏極同時(shí)還與比較器comp的第 —輸入端VRAMP連接。差分電路由PMOS管M121 、 M120和NMOS管M129、 M130構(gòu)成。PMOS管M121、 M120構(gòu)成差分對(duì)管，它們的源極都與PMOS管 M124的漏極連接。NMOS管M129和NMOS管M130的源極都接地，其中每 個(gè)管子的漏極和柵極相連，NMOS管Mi29的漏極與PMOS管M121的漏極連 接，NMOS管M130的漏極與PMOS管M120的漏極連接，作為差分對(duì)管的負(fù) 載。第二參考電壓VREF輸入到PMOS管M121的柵極，系統(tǒng)的反饋電壓VFB 輸入到PMOS管M120的柵極。NMOS管M130和NMOS管M128的柵極相連， 源極都接地，組成電流鏡像電路。NMOS管M128的漏極通過電阻R與運(yùn)放opamp 的輸出端VO連接。運(yùn)放叩amp構(gòu)成了電壓疊加電路，其輸入端正極VP接收 系統(tǒng)的第一基準(zhǔn)電壓VH0，輸入端負(fù)極VN與NMOS管M28的漏極連接。運(yùn) 放opamp的輸出端VO與比較器comp的第三輸入端VH連接。比較器comp的 第二輸入端VL接收系統(tǒng)產(chǎn)生的第三基準(zhǔn)VL，其輸出端VOUT與反相器Ul的 輸入端連接，反相器U1的輸出端輸出時(shí)鐘信號(hào)CLK。
運(yùn)放opamp構(gòu)成一個(gè)緩沖器，根據(jù)運(yùn)放的性質(zhì)，可以得到其輸出端VO的 電壓為VO-VH0+VADD，其中分量電壓VADD=Ir*R， Ir為電阻R上的電流， 也就是NMOS管M128上的電流。所以比較器comp的第三輸入端VH的電壓 為VH=VO=VH0+VADD- VH0+Ir*R。
系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下，第二參考電壓VREF小于系統(tǒng)的反饋電壓VFB，電 流13全部通過NMOS管M129流走，NMOS管M130上沒有電流，鏡像到NMOS 管M128上也沒有電流，此時(shí)I產(chǎn)0， VADD-O， VH=VH0,第一參考電壓即電容 C充放電的電壓為V-VH-VL-VHO-VL。
當(dāng)系統(tǒng)的反饋電壓VFB接近甚至低于第二參考電壓VREF， PMOS管M120 開始分流，并通過NMOS管M130鏡像放大到NMOS管M128，放大比例由兩 個(gè)管子的參數(shù)決定。此時(shí)電阻R上的電流Ir增大，比較器comp的第三輸入端 VH的電壓增大，第一參考電壓V-VH-VL增大，電容C充電時(shí)間為TC=C*V/)， 放電時(shí)間為TD^C，/(12-11)，因?yàn)榈谝浑娏鱅l和第二電流I2不變，所以周期 加長，頻率減小，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗動(dòng)作模式。在此我們假設(shè)NMOS管M130和 NMOS管M)28之間的鏡像放大比例為！ N，且N大于1 ，則NMOS管VH28
上的最大電流為Ir=N*I3，最大VH= VHO+Ir*R= VHO+N*I3*R。適當(dāng)調(diào)節(jié)N、 13或R，可以控制電容C充放電周期的最大值，也就是控制系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)CLK 的最小頻率。
權(quán)利要求1.一種具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，包括振蕩單元和頻率調(diào)控單元，其特征在于，所述振蕩單元包括一個(gè)電容、與該電容的第一端連接的第一電流源和第二電流源、一個(gè)具有三個(gè)輸入端的比較器，其中比較器的第一輸入端與電容的第一端連接，電容的第二端接地；所述頻率調(diào)控單元通過提高第一參考電壓增大所述電容的充放電時(shí)間，減小振蕩器的輸出信號(hào)頻率。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，其特征在于所 述第一電流源產(chǎn)生第一電流用于向所述電容充電，第二電流源產(chǎn)生第二電流用 于使所述電容放電。
3. 如權(quán)利要求1所述的具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，其特征在于所 述電容的第一端和第二電流源之間連接有開關(guān)，開關(guān)的斷開和閉合控制所述電 容的充電和放電，所述開關(guān)的斷開和閉合由比較器的輸出信號(hào)控制。
4. 如權(quán)利要求l所述的具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，其特征在于所 述頻率調(diào)控單元包括一個(gè)差分電路，該差分電路的一路輸入為第二參考電壓， 該第二參考電壓為系統(tǒng)產(chǎn)生的第二基準(zhǔn)電壓，另一路輸入為系統(tǒng)的反饋電壓， 該差分電路提供電流給一電阻，使該電阻上產(chǎn)生疊加到系統(tǒng)產(chǎn)生的第一基準(zhǔn)電 壓上的分量電壓。
5. 如權(quán)利要求4所述的具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，其特征在于所 述頻率調(diào)控單元包括一個(gè)電壓疊加電路，用于將所述第一基準(zhǔn)電壓與所述分量 電壓疊加，疊加后的電壓輸入到比較器的第三輸入端。
6. 如權(quán)利要求1或5所述的具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，其特征在 于所述比較器的第三輸入端的電壓與第二輸入端的電壓之差為第一參考電壓， 該第二輸入端電壓為系統(tǒng)產(chǎn)生的第三基準(zhǔn)電壓。
7. 如權(quán)利要求1所述的具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，其特征在于所 述比較器的輸出端輸出時(shí)鐘信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求l所述的具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，其特征在于所 述比較器的輸出端連接一反相器的輸入端，該反相器的輸出端輸出時(shí)鐘信號(hào)。
專利摘要一種具有調(diào)頻功能的單開關(guān)控制振蕩器，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。該實(shí)用新型包括振蕩單元和頻率調(diào)控單元，其特征在于，振蕩單元包括一個(gè)電容、與該電容的第一端連接的第一電流源和第二電流源、一個(gè)具有三個(gè)輸入端的比較器，其中比較器的第一輸入端與電容的第一端連接，電容的第二端接地；頻率調(diào)控單元通過提高第一參考電壓增大所述電容的充放電時(shí)間，減小振蕩器的輸出信號(hào)頻率。本實(shí)用新型的有益效果在于，采用單開關(guān)控制充放電結(jié)構(gòu)，使控制結(jié)構(gòu)更簡單；能對(duì)電容的充放電時(shí)間同時(shí)進(jìn)行控制，得到較理想調(diào)頻范圍；通過對(duì)具體電路參數(shù)的設(shè)置，可以精確地控制時(shí)鐘信號(hào)的最小頻率，為系統(tǒng)提供了一個(gè)簡單、合理、有效的低功耗解決方案。
文檔編號(hào)H03B5/00GK201066834SQ200720151400
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者姚建安 申請(qǐng)人:綠達(dá)光電(蘇州)有限公司