專利名稱：一種頻率抖動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻率抖動(dòng)電路。
技術(shù)背景
隨著能源的日趨緊張，對(duì)能源如何進(jìn)行合理的利用越來(lái)越被提上了日程。開關(guān) 電源以其效率高，熱耗小的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。大多數(shù)電器設(shè)備諸如家電、手持電 子設(shè)備、工控設(shè)備都采用開關(guān)電源變換器作為其電源解決方案。作為開關(guān)電源系統(tǒng)，一 個(gè)逃離不開的問(wèn)題是其采用時(shí)鐘作為能量搬移的手段，因此電磁干擾是開關(guān)電源系統(tǒng)需 要關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。通常，開關(guān)電源變換器的大部分能量集中在開關(guān)頻率的基波頻率和 低次諧波頻率處，并在這些頻率處形成輻射峰。為了降低開關(guān)電源芯片片外電磁干擾濾 波器的設(shè)計(jì)難度，通常在開關(guān)電源芯片內(nèi)部采用相關(guān)的設(shè)計(jì)方法來(lái)減小電磁干擾。
目前比較常采用的降低電磁干擾的方法為頻率抖動(dòng)。頻率抖動(dòng)的核心思想是將 輻射的能量從分立狀態(tài)擴(kuò)展到一個(gè)相對(duì)連續(xù)的狀態(tài)，從而降低能量輻射峰值。未采用頻 率抖動(dòng)方法的時(shí)鐘頻譜如圖1中101所示，采用頻率抖動(dòng)方法的時(shí)鐘頻譜如圖2中102所7J\ ο
目前常采用的頻率抖動(dòng)電路分為數(shù)字控制和模擬控制。圖3是一種現(xiàn)有的數(shù)字 控制的頻率抖動(dòng)電路。該電路包含計(jì)數(shù)器201，數(shù)模轉(zhuǎn)換器202，振蕩器203。振蕩器提 供計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖。計(jì)數(shù)器從000···00到11Ρ··11然后到000···00的周期計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù) 器的輸出提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生一個(gè)周期性的三角波產(chǎn)生。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出控制振 蕩器產(chǎn)生抖動(dòng)的頻率輸出。這種頻率抖動(dòng)電路的缺點(diǎn)是計(jì)數(shù)器數(shù)量較多，而且采用數(shù)模 轉(zhuǎn)換器，需要占用很大的芯片面積。如果希望抖動(dòng)頻率具有較好的連續(xù)性，需要采用更 大計(jì)數(shù)位數(shù)的計(jì)數(shù)器，這更進(jìn)一步增大了芯片面積。
模擬控制的頻率抖動(dòng)電路常采用開關(guān)電容方式產(chǎn)生一個(gè)低頻的三角波。對(duì)于圖4 所示的301方式產(chǎn)生低頻三角波。由于電容306和電容307充放電成對(duì)數(shù)關(guān)系，所產(chǎn)生 的三角波為一個(gè)近似的三角波。為了實(shí)現(xiàn)較連續(xù)的低頻的三角波，通常需要較大的電容 比。對(duì)于圖5所示的302方式，為了實(shí)現(xiàn)低頻三角波，需要實(shí)現(xiàn)窄脈沖，窄脈沖控制開 關(guān)對(duì)電容進(jìn)行充放電，三角波的頻率精度會(huì)受到影響。對(duì)于上述的兩種方式，都無(wú)法避 免開關(guān)303，304，305的溝道電荷對(duì)三角波頻率精度的影響。
傳統(tǒng)的頻率抖動(dòng)電路的頻率抖動(dòng)范圍為一個(gè)固定值。在負(fù)載較重的情況下，開 關(guān)電源的頻率較高，此時(shí)頻率抖動(dòng)范圍與開關(guān)電源的頻率的比值較小，頻譜擴(kuò)展的效果 不太好。在負(fù)載較輕的情況下，開關(guān)電源的頻率較低，此時(shí)頻率抖動(dòng)范圍與開關(guān)電源的 頻率的比值較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響。
因此，為了改進(jìn)傳統(tǒng)頻率抖動(dòng)電路的不足。有必要設(shè)計(jì)一種更優(yōu)化的頻率抖動(dòng) 電路以解決上述問(wèn)題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種頻率抖動(dòng)電路，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，頻率抖動(dòng)精度高。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種頻率抖動(dòng)電路，包含電路連接的反饋電壓 處理電路、差分三角波產(chǎn)生電路、差分轉(zhuǎn)單端電路、壓控振蕩器。
所述反饋電壓處理電路的輸入端接反饋電壓，輸出端連接差分三角波產(chǎn)生電 路、差分轉(zhuǎn)單端電路、壓控振蕩器；所述差分三角波產(chǎn)生電路的輸出端連接差分轉(zhuǎn)單端 電路；所述差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出端連接壓控振蕩器；所述壓控振蕩器的輸出端連接差 分三角波產(chǎn)生電路，且壓控振蕩器的輸出端輸出時(shí)鐘信號(hào)。
所述的反饋電壓處理電路通過(guò)檢測(cè)反饋電壓，來(lái)判斷開關(guān)電源的負(fù)載狀態(tài)，從 而調(diào)節(jié)差分三角波的頻率抖動(dòng)范圍。所述的差分三角波產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個(gè)對(duì)工藝影響、 開關(guān)的非理想效應(yīng)不敏感的差分三角波輸出。所述的差分轉(zhuǎn)單端電路將差分三角波轉(zhuǎn)換 成一個(gè)周期性抖動(dòng)的電壓輸出。所述的壓控振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率與輸入成比例的方波輸 出，同時(shí)壓控振蕩器的輸出驅(qū)動(dòng)差分三角波產(chǎn)生電路。
所述的反饋電壓處理電路包含電路連接的第一比較器、第二比較器、第一或非 門、第二或非門、第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)和反相器。所述反饋電壓處理電路的 輸入包含系統(tǒng)反饋電壓，閾值5和閾值6。
當(dāng)系統(tǒng)反饋電壓大于閾值5電壓時(shí)，第一開關(guān)閉合，第二開關(guān)、第三開關(guān)斷 開，反饋電壓處理電路的輸出等于閾值5的電壓；當(dāng)系統(tǒng)反饋電壓小于閾值5電壓，并 且系統(tǒng)反饋電壓大于閾值6電壓時(shí)，第二開關(guān)閉合，第一開關(guān)、第三開關(guān)斷開，反饋電 壓處理電路的輸出等于系統(tǒng)反饋電壓；當(dāng)系統(tǒng)反饋電壓小于閾值6電壓時(shí)，第三開關(guān)閉 合，第一開關(guān)、第二開關(guān)斷開，反饋電壓處理電路的輸出等于閾值6的電壓。
所述的反饋電壓處理電路中的第一比較器和第二比較器都包含電路連接的電流 源、第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管、第五晶體管、第六晶體管。
所述的第一晶體管和第二晶體管為共源極的差分對(duì)管，其源極與電流源相連， 第一晶體管的漏極與第三晶體管和第四晶體管的漏極相連，第二晶體管的漏極與第五晶 體管和第六晶體管的漏極相連。第三晶體管和第五晶體管的柵極連接第一晶體管的漏 極。第四晶體管和第六晶體管的柵極接連第二晶體管的漏極。
所述的差分三角波產(chǎn)生電路包含電路連接的四相非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路，全差分 開關(guān)電容積分器和積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路。
四相非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生四相與輸入時(shí)鐘存在頻率和相位關(guān)系的四相不重 疊時(shí)鐘。全差分開關(guān)電容積分器在四相不重疊時(shí)鐘和第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘、第二翻轉(zhuǎn)控制 時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，以一定的周期進(jìn)行正向、反向積分。積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路根據(jù)全差分開關(guān) 電容積分器的一端輸出產(chǎn)生第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘、第二翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘。
所述的全差分開關(guān)電容積分器包含電路連接的第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開 關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)、第六開關(guān)、第七開關(guān)、第八開關(guān)、第九開關(guān)、第十開關(guān)、第 十一開關(guān)、第十二開關(guān)、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容和全差分運(yùn)算放大 器。
第一非交疊時(shí)鐘控制第五開關(guān)和第六開關(guān)，第二非交疊時(shí)鐘控制第七開關(guān)和第 八開關(guān)，第三非交疊時(shí)鐘控制第九開關(guān)和第十開關(guān)，第四非交疊時(shí)鐘控制第十一開關(guān)和 第十二開關(guān)。當(dāng)非交疊時(shí)鐘為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的所控制的開關(guān)閉合。當(dāng)非交疊時(shí)鐘為低 電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的所控制的開關(guān)斷開。
所述的積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路包含電路連接的第一比較器、第二比較器、RS觸發(fā)器、第一反相器、第二反相器。
所述第一比較器的正輸入端和第二比較器的負(fù)輸入端連接來(lái)自全差分開關(guān)電容 積分器的三角波電壓信號(hào)。第一比較器的負(fù)輸入端連接電壓VF+K*VF，第二比較器的正 輸入端連接電壓VF_K*VF。第一比較器的輸出接RS觸發(fā)器的R端，第二比較器的輸出 接RS觸發(fā)器的S端。RS觸發(fā)器的輸出接第一反相器的輸入，第一反相器的輸出接第二 反相器的輸入。第一反相器的輸出為第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘，第二反相器的輸出為第二翻轉(zhuǎn) 控制時(shí)鐘。電壓VF+K*VF和電壓VF_K*VF為全差分開關(guān)電容積分器的積分上限和積 分下限。全差分開關(guān)電容積分器和積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路組成閉合的負(fù)反饋環(huán)路。通過(guò)負(fù)反 饋環(huán)路的調(diào)節(jié)，全差分開關(guān)電容積分器在正向積分和反向積分之間周期切換。在反向積 分環(huán)節(jié)中，積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路的輸入的電壓線性增加，當(dāng)達(dá)到上限時(shí)，觸發(fā)RS觸發(fā)器翻 轉(zhuǎn)，第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘從低電平變?yōu)楦唠娖剑诙D(zhuǎn)控制時(shí)鐘從高電平變?yōu)榈碗娖剑?進(jìn)入正向積分環(huán)節(jié)。在正向積分環(huán)節(jié)中，積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路的輸入的電壓線性減小，當(dāng) 達(dá)到下限時(shí)，觸發(fā)RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘從高電平變?yōu)榈碗娖?，第二翻轉(zhuǎn)控 制時(shí)鐘從低電平變?yōu)楦唠娖剑M(jìn)入反向積分環(huán)節(jié)。
所述的差分轉(zhuǎn)單端電路包含電路連接的第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四 電阻和運(yùn)算放大器。
第一電阻、第二電阻的一端連接差分轉(zhuǎn)單端電路的正負(fù)輸入。第一電阻的另一 端和第三電阻的一端接運(yùn)算放大器的的負(fù)輸入端。第三電阻的另一端與運(yùn)算放大器的輸 出端相連。第二電阻的另一端和第四電阻的一端接運(yùn)算放大器的正端。第四電阻的另一 端連接來(lái)自反饋電壓處理電路的輸出。
所述的壓控振蕩器包含電路連接的壓控電流源、第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開 關(guān)，第四開關(guān)，第一電容，第二電容，第一比較器，第二比較器，第一反相器，第二反 相器和RS觸發(fā)器。所述的壓控電流源產(chǎn)生兩支與差分轉(zhuǎn)單端電路輸出的控制電壓VC成 比例的電流。
壓控振蕩器中第一支電流經(jīng)過(guò)第一開關(guān)與第一電容正端相連。第一電容的負(fù)端 接地。第一電容的正端經(jīng)過(guò)第三開關(guān)接地。壓控振蕩器中第二支電流經(jīng)過(guò)第二開關(guān)與第 二電容正端相連。第二電容的負(fù)端接地。第二電容的正端經(jīng)過(guò)第四開關(guān)接地。第一電 容和第二電容的正端分別接第一比較器和第二比較器的正端。第一比較器和第二比較器 的負(fù)端接來(lái)自反饋電壓處理電路的輸出。第一比較器和第二比較器的輸出接RS觸發(fā)器的 R端、S端。RS觸發(fā)器的輸出接第一反相器的輸入。第一反相器的輸出接第二反相器 的輸入。第一反相器的輸出為第一控制信號(hào)。第二反相器的輸出為第二控制信號(hào)。當(dāng) 第一控制信號(hào)為高電平時(shí)，第二開關(guān)，第三開關(guān)閉合。當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)為低電平時(shí)，第 二開關(guān)，第三開關(guān)斷開。當(dāng)?shù)诙刂菩盘?hào)為高電平時(shí)，第一開關(guān)、第四開關(guān)閉合。當(dāng)?shù)?二控制信號(hào)為低電平時(shí)，第一開關(guān)、第四開關(guān)斷開。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在一方面，不需要上下計(jì)數(shù)器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，節(jié)省了芯片 版圖面積，通過(guò)調(diào)節(jié)全差分開關(guān)電容積分器的采樣電容和積分電容的比例以及輸入?yún)⒖?電壓值，可以方便的改變差分三角波的連續(xù)程度。另一方面，通過(guò)設(shè)計(jì)差分三角波產(chǎn)生 電路，消除了因?yàn)殚_關(guān)非理想效應(yīng)帶來(lái)的頻率抖動(dòng)周期的偏差，提高了在降低芯片電磁 干擾方面的一致性。最后，通過(guò)系統(tǒng)反饋電壓處理電路，自動(dòng)檢測(cè)負(fù)載狀況，自適應(yīng)調(diào) 節(jié)頻率抖動(dòng)電路的輸出頻率和頻率抖動(dòng)量，在降低芯片電磁干擾和維持系統(tǒng)穩(wěn)定保持很 好的折中。


圖1是背景技術(shù)中未采用頻率抖動(dòng)方法的時(shí)鐘頻譜； 圖2是背景技術(shù)中采用頻率抖動(dòng)方法后的時(shí)鐘頻譜；圖3是背景技術(shù)中數(shù)字控制方式的頻率抖動(dòng)電路系統(tǒng)；圖4和圖5是背景技術(shù)中模擬控制方式的頻率抖動(dòng)電路系統(tǒng)；圖6是本發(fā)明的頻率抖動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明的反饋電壓處理電路的電路圖；圖8是本發(fā)明的反饋電壓處理電路輸出波形與負(fù)載狀態(tài)關(guān)系曲線；圖9是本發(fā)明的差分三角波產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明的四相非交疊時(shí)鐘輸出波形圖；圖11是本發(fā)明的全差分開關(guān)電容積分器的電路圖；圖12是本發(fā)明的積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路的電路圖；圖13和圖14是本發(fā)明的四相非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路的電路圖；圖15是本發(fā)明的差分轉(zhuǎn)單端電路的電路圖；圖16是本發(fā)明的壓控振蕩器的電路圖；圖17是本發(fā)明的壓控振蕩器VI、V2、Q3和Q4的波形圖；圖18是本發(fā)明的比較器的電路圖；圖19是本發(fā)明的頻率抖動(dòng)電路時(shí)鐘輸出的平均頻率與負(fù)載狀態(tài)關(guān)系曲線； 圖20是本發(fā)明的頻率抖動(dòng)電路的頻率抖動(dòng)范圍和時(shí)鐘輸出的平均頻率的比值與負(fù)載 狀態(tài)關(guān)系曲線。
具體實(shí)施方式
以下根據(jù)圖6 圖20，具體說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例如圖6所示，是本發(fā)明的頻率抖動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖，該頻率抖動(dòng)電路包含電路連接 的反饋電壓處理電路401、差分三角波產(chǎn)生電路402、差分轉(zhuǎn)單端電路403、壓控振蕩器 404。
所述反饋電壓處理電路401的輸入端接反饋電壓，輸出端連接差分三角波產(chǎn)生 電路402、差分轉(zhuǎn)單端電路403、壓控振蕩器404;所述差分三角波產(chǎn)生電路402的輸出 端連接差分轉(zhuǎn)單端電路403;所述差分轉(zhuǎn)單端電路403的輸出端連接壓控振蕩器404;所述壓控振蕩器404的輸出端連接差分三角波產(chǎn)生電路402，且壓控振蕩器404的輸出端輸 出時(shí)鐘信號(hào)。
所述的反饋電壓處理電路401通過(guò)檢測(cè)反饋電壓，來(lái)判斷開關(guān)電源的負(fù)載狀 態(tài)，從而調(diào)節(jié)差分三角波的頻率抖動(dòng)范圍。所述的差分三角波產(chǎn)生電路402產(chǎn)生一個(gè)對(duì) 工藝影響、開關(guān)的非理想效應(yīng)不敏感的差分三角波輸出。所述的差分轉(zhuǎn)單端電路403將 差分三角波轉(zhuǎn)換成一個(gè)周期性抖動(dòng)的電壓輸出。所述的壓控振蕩器404產(chǎn)生一個(gè)頻率與 輸入成比例的方波輸出，同時(shí)壓控振蕩器404的輸出驅(qū)動(dòng)差分三角波產(chǎn)生電路402。
如圖7所示，所述的反饋電壓處理電路401包含電路連接的第一比較器1101、第 二比較器1102、第一或非門1104、第二或非門1105、第一開關(guān)1106、第二開關(guān)1107、第 三開關(guān)1108和反相器1103。所述反饋電壓處理電路的輸入包含系統(tǒng)反饋電壓VFB，閾 值5 vth5和閾值6 vth6。
當(dāng)系統(tǒng)反饋電壓VFB大于閾值5電壓vth5時(shí)，第一開關(guān)1106閉合，第二開關(guān) 1107、第三開關(guān)1108斷開，反饋電壓處理電路401的輸出VF等于閾值5的電壓vth5 ； 當(dāng)系統(tǒng)反饋電壓VFB小于閾值5電壓Vth5，并且系統(tǒng)反饋電壓VFB大于閾值6電壓vth6 時(shí)，第二開關(guān)1107閉合，第一開關(guān)1106、第三開關(guān)1108斷開，反饋電壓處理電路401的 輸出VF等于系統(tǒng)反饋電壓VFB;當(dāng)系統(tǒng)反饋電壓VFB小于閾值6電壓Vth6時(shí)，第三開 關(guān)1108閉合，第一開關(guān)1106、第二開關(guān)1107斷開，反饋電壓處理電路401的輸出VF等 于閾值6的電壓vth6。反饋電壓處理電路401的輸出VF波形在不同負(fù)載情況下的波形 如圖8所示。
如圖18所示，所述的反饋電壓處理電路401中的第一比較器1101和第二比較器 1102都包含電路連接的電流源1301、第一晶體管1302、第二晶體管1303、第三晶體管 1304、第四晶體管1305、第五晶體管1306、第六晶體管1307。
所述的第一晶體管1302和第二晶體管1303為共源極的差分對(duì)管，其源極與電流 源1301相連，第一晶體管1302的漏極與第三晶體管1304和第四晶體管1305的漏極相 連，第二晶體管1303的漏極與第五晶體管1306和第六晶體管1307的漏極相連。第三晶 體管1304和第五晶體管1306的柵極連接第一晶體管1302的漏極。第四晶體管1305和 第六晶體管1307的柵極接連第二晶體管1303的漏極。
如圖9所示，所述的差分三角波產(chǎn)生電路包含電路連接的四相非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生 電路501，全差分開關(guān)電容積分器502和積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路503。
四相非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路501產(chǎn)生四相與輸入時(shí)鐘存在頻率和相位關(guān)系的四相 不重疊時(shí)鐘PI、P2、P3和P4。全差分開關(guān)電容積分器502在四相不重疊時(shí)鐘PI、P2、 P3、P4和第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘Q1、第二翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘Q2的驅(qū)動(dòng)下，以一定的周期進(jìn)行正 向、反向積分。積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路503根據(jù)全差分開關(guān)電容積分器502的一端輸出產(chǎn)生 第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘Q1、第二翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘Q2。
四相不重疊時(shí)鐘的相位關(guān)系如圖10所示，輸出的第一節(jié)拍的第一相時(shí)鐘的下降 沿超前第一節(jié)拍的第二相時(shí)鐘的下降沿ΔΤ1時(shí)間。第一節(jié)拍的第二相時(shí)鐘的下降沿超前 第一節(jié)拍的第三相時(shí)鐘上升沿ΔΤ2時(shí)間。第一節(jié)拍的第二相時(shí)鐘的下降沿超前第一節(jié)拍 的第四相時(shí)鐘上升沿ΔΤ3時(shí)間。第一節(jié)拍的第三相時(shí)鐘下降沿超前第一節(jié)拍的第四相時(shí) 鐘下降沿ΔΤ4時(shí)間。第一節(jié)拍的第四相時(shí)鐘下降沿超前第二節(jié)拍的第一相時(shí)鐘ΔΤ5時(shí)間。第一節(jié)拍的第四相時(shí)鐘下降沿超前第二節(jié)拍的第二相時(shí)鐘ΔΤ6時(shí)間。
如圖13所示，為四相非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路501的第一實(shí)施例，該四相非交疊時(shí) 鐘產(chǎn)生電路501包含電路連接的反相器1401、第一或非門1402、第二或非門1403、第一 延遲單元1404、第二延遲單元1405、第三延遲單元1406和、第四延遲單元1407。輸入時(shí) 鐘為CLK，輸出的四相不重疊時(shí)鐘為第一四相不重疊時(shí)鐘P1、第二四相不重疊時(shí)鐘P2、 第三四相不重疊時(shí)鐘P3、第四四相不重疊時(shí)鐘P4。
如圖14所示，為四相非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路501的第二實(shí)施實(shí)例，該四相非交疊 時(shí)鐘產(chǎn)生電路501包含電路連接的分頻器1501、反相器1502、第一或非門1503、第二或 非門1504、第一延遲單元1505、第二延遲單元1506、第三延遲單元1507、第四延遲單元 1508、第五延遲單元1509、第六延遲單元1510。輸入時(shí)鐘為CLK，輸出的四相不重疊時(shí) 鐘為第一四相不重疊時(shí)鐘P1、第二四相不重疊時(shí)鐘P2、第三四相不重疊時(shí)鐘P3、第四四 相不重疊時(shí)鐘P4。
如圖11所示，所述的全差分開關(guān)電容積分器502包含電路連接的第一開關(guān)701、 第二開關(guān)702、第三開關(guān)703、第四開關(guān)704、第五開關(guān)705、第六開關(guān)706、第七開關(guān) 707、第八開關(guān)708、第九開關(guān)709、第十開關(guān)710、第十一開關(guān)711、第十二開關(guān)712、第 一電容713、第二電容714、第三電容715、第四電容716和全差分運(yùn)算放大器717。第 一輸入電壓VI、第二輸入電壓V2、第三輸入電壓V3三者的關(guān)系為V3-V1=V1_V2。
第一非交疊時(shí)鐘Pl控制第五開關(guān)705和第六開關(guān)706，第二非交疊時(shí)鐘P2控制 第七開關(guān)707和第八開關(guān)708，第三非交疊時(shí)鐘P3控制第九開關(guān)709和第十開關(guān)710，第 四非交疊時(shí)鐘P4控制第十一開關(guān)711和第十二開關(guān)712。當(dāng)非交疊時(shí)鐘為高電平時(shí)，對(duì) 應(yīng)的所控制的開關(guān)閉合。當(dāng)非交疊時(shí)鐘為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的所控制的開關(guān)斷開。當(dāng)時(shí)鐘 Pl和時(shí)鐘P2為高電平時(shí)，第五、第六、第七、第八開關(guān)閉合，對(duì)第一、第二電容充電。 接下來(lái)在時(shí)鐘P3和時(shí)鐘P4控制下，第九開關(guān)、第十開關(guān)、第十一開關(guān)、第十二開關(guān)閉 合，存儲(chǔ)在第一、第二電容的電荷轉(zhuǎn)移到第三、第四電容。時(shí)鐘Pl超前時(shí)鐘P2關(guān)閉， 只有第五開關(guān)705和第六開關(guān)706的溝道電荷對(duì)第一、二電容存在電荷貢獻(xiàn)。根據(jù)全差 分放大器的特性，在負(fù)反饋?zhàn)饔孟?，?jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的電壓為VI。由于第五開關(guān)705和 第六開關(guān)706是對(duì)稱的開關(guān)，因此第五開關(guān)705和第六開關(guān)706對(duì)第一、二電容的影響是 共模影響。同理，第九開關(guān)709和第十開關(guān)710對(duì)第三、四電容的影響也是共模影響。 根據(jù)全差分放大器的特性，共模影響不會(huì)對(duì)差分三角波的輸出帶來(lái)影響。
如圖12所示，所述的積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路503包含電路連接的第一比較器801、第 二比較器802、RS觸發(fā)器803、第一反相器804、第二反相器805。
所述第一比較器801的正輸入端和第二比較器802的負(fù)輸入端連接來(lái)自全差分開 關(guān)電容積分器502的三角波電壓信號(hào)。第一比較器801的負(fù)輸入端連接電壓VF+K*VF， 第二比較器802的正輸入端連接電壓VF_K*VF。第一比較器801的輸出接RS觸發(fā)器803 的R端，第二比較器802的輸出接RS觸發(fā)器803的S端。RS觸發(fā)器803的輸出接第一 反相器804的輸入，第一反相器804的輸出接第二反相器805的輸入。第一反相器804 的輸出為第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘Q1，第二反相器805的輸出為第二翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘Q2。電壓 VF+K*VF和電壓VF_K*VF為全差分開關(guān)電容積分器的積分上限和積分下限。全差分開 關(guān)電容積分器502和積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路503組成閉合的負(fù)反饋環(huán)路。通過(guò)負(fù)反饋環(huán)路的調(diào)節(jié)，全差分開關(guān)電容積分器502在正向積分和反向積分之間周期切換。在反向積分環(huán)節(jié) 中，積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路503的輸入的電壓線性增加，當(dāng)達(dá)到上限時(shí)，觸發(fā)RS觸發(fā)器803 翻轉(zhuǎn)，第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘Ql從低電平變?yōu)楦唠娖?，第二翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘Q2從高電平變?yōu)?低電平，進(jìn)入正向積分環(huán)節(jié)。在正向積分環(huán)節(jié)中，積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路503的輸入的電壓 線性減小，當(dāng)達(dá)到下限時(shí)，觸發(fā)RS觸發(fā)器803翻轉(zhuǎn)，第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘Ql從高電平變 為低電平，第二翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘Q2從低電平變?yōu)楦唠娖?，進(jìn)入反向積分環(huán)節(jié)。
所述的差分三角波產(chǎn)生電路402產(chǎn)生的差分三角波周期為T ~-木·................................................(1)其中，T為差分三角波的周期，Tdk為四相非交疊時(shí)鐘的輸入時(shí)鐘周期，C2為第三電 容715、第四電容716的容值，Cl為第一電容713、第二電容714的容值。
所述的差分三角波產(chǎn)生電路402可以消除開關(guān)的非理想效應(yīng)表現(xiàn)在，第九開 關(guān)、第十開關(guān)、第十一開關(guān)、第十二開關(guān)為全差分開關(guān)，開關(guān)非理想效應(yīng)對(duì)第三、四電 容的電荷貢獻(xiàn)為共模電荷貢獻(xiàn)，差分電荷貢獻(xiàn)。三角波的周期只與差分量有關(guān)。
如圖15所示，所述的差分轉(zhuǎn)單端電路403包含電路連接的第一電阻901、第二電 阻902、第三電阻903、第四電阻904和運(yùn)算放大器905。
第一電阻901、第二電阻902的一端連接差分轉(zhuǎn)單端電路的正負(fù)輸入。第一電阻 901的另一端和第三電阻903的一端接運(yùn)算放大器905的的負(fù)輸入端。第三電阻903的 另一端與運(yùn)算放大器905的輸出端相連。第二電阻902的另一端和第四電阻904的一端 接運(yùn)算放大器905的正端。第四電阻904的另一端連接來(lái)自反饋電壓處理電路401的輸出ο
反饋電壓處理電路401的輸出作為差分轉(zhuǎn)單端電路403的參考電壓。所述的差 分轉(zhuǎn)單端電路403的輸出和輸入的關(guān)系為Voui = VF — -~■ (Jnp — Inn) ................................................(2)Rl其中，Vout為差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出，Inp為差分轉(zhuǎn)單端電路的正輸入，Irai為差 分轉(zhuǎn)單端電路的負(fù)輸入，R2為第三電阻903和第四電阻904的阻值，Rl為第二電阻902 和第三電阻903的阻值，VF為來(lái)自反饋電壓處理電路401的輸出電壓。
如圖16所示，所述的壓控振蕩器404包含電路連接的壓控電流源1001、第一 開關(guān)1002，第二開關(guān)1003，第三開關(guān)1004，第四開關(guān)1005，第一電容1006，第二電容 1007，第一比較器1008，第二比較器1009，第一反相器1010，第二反相器1011和RS觸 發(fā)器1012。所述的壓控電流源1001產(chǎn)生兩支與差分轉(zhuǎn)單端電路輸出的控制電壓VC成比 例的電流。所述的電流關(guān)系描述如下11= Γα *VC ................................................(3)12= KC2*VC ................................................(4)其中，I1S第一支電流，L為第二支電流，VC為控制電壓，Kei為第一支電流的 壓控電流增益，Kc2為第二支電流的壓控電流增益。
壓控振蕩器404中第一支電流I1經(jīng)過(guò)第一開關(guān)1002與第一電容1006正端相連。第一電容1006的負(fù)端接地。第一電容1006的正端經(jīng)過(guò)第三開關(guān)1004接地。壓控振蕩 器404中第二支電流[2經(jīng)過(guò)第二開關(guān)1003與第二電容1007正端相連。第二電容1007的 負(fù)端接地。第二電容1007的正端經(jīng)過(guò)第四開關(guān)1005接地。第一電容1006和第二電容 1007的正端分別接第一比較器1008和第二比較器1009的正端。第一比較器1008和第二 比較器1009的負(fù)端接來(lái)自反饋電壓處理電路的VF。第一比較器1008和第二比較器1009 的輸出接RS觸發(fā)器1012的R端、S端。RS觸發(fā)器1012的輸出接第一反相器1010的 輸入。第一反相器1010的輸出接第二反相器1011的輸入。第一反相器1010的輸出為 第一控制信號(hào)Q3。第二反相器1011的輸出為第二控制信號(hào)Q4。當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)Q3為 高電平時(shí)，第二開關(guān)1003，第三開關(guān)1004閉合。當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)Q3為低電平時(shí)，第二 開關(guān)1003，第三開關(guān)1004斷開。當(dāng)?shù)诙刂菩盘?hào)Q4為高電平時(shí)，第一開關(guān)1002、第 四開關(guān)1005閉合。當(dāng)?shù)诙刂菩盘?hào)Q4為低電平時(shí)，第一開關(guān)1002、第四開關(guān)1005斷 開。第一電容1006上電壓Vl和第二電容1007上電容V2與第二控制信號(hào)Q4和第一控 制信號(hào)Q3的波形如圖17所示。所述的壓控振蕩器404的輸出時(shí)鐘周期描述如下Y _+ Craa 木 VP .................................................fiX- 、 rjrjjF J Yjr ,ν O yKai Kc2 Voui其中，Tdk為壓控振蕩器404的輸出時(shí)鐘周期，Cvrai是壓控振蕩器的第一電容 1006的容值，Cvra2是壓控振蕩器的第二電容1007的容值，Ka為壓控振蕩器的第一支電 流I1的壓控電流增益，Kc2為壓控振蕩器的第二支電流[2的壓控電流增益，VF是來(lái)自反 饋電壓處理電路的輸出電壓，Vout是來(lái)自差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出電壓。
綜合上述(1) (5)式，并在一個(gè)頻率抖動(dòng)周期內(nèi)求積分，可得到差分三角 波周期的另一描述如下Q 本 F 本 TJrI 本廣 iJ ftf·*Δ 、L /^ οι ι u ram \ (、 "CV^3-F2) k^................................................⑷壓控振蕩器的頻率抖動(dòng)量與壓控振蕩器的平均頻率根據(jù)差分三角波的幅度以及 (2)式，給出描述如下Μμ=2*Κ*— ................................................(1、U捫)其中，4/k為壓控振蕩器的頻率抖動(dòng)量，為壓控振蕩器的平均頻率。
所述的頻率抖動(dòng)電路輸出的平均頻率隨負(fù)載的變化曲線如圖19所示。^為頻率抖動(dòng)電路輸出的平均頻率，fmax為頻率抖動(dòng)電路輸出的最大平均頻率，fmm為頻率抖動(dòng) 電路輸出的最小平均頻率。
所述頻率抖動(dòng)電路的頻率抖動(dòng)范圍和平均頻率隨負(fù)載的比值的變化曲線如圖20 所示。R表示頻率抖動(dòng)范圍和平均頻率的比值。在負(fù)載出現(xiàn)變化時(shí)，頻率抖動(dòng)范圍和 平均頻率的比值保持不變。因此，在較好的降低電磁干擾的同時(shí)，維持了好的系統(tǒng)穩(wěn)定 性。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述 的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求 來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種頻率抖動(dòng)電路，其特征在于，該頻率抖動(dòng)電路包含電路連接的反饋電壓處 理電路(401)、差分三角波產(chǎn)生電路(402)、差分轉(zhuǎn)單端電路(403)、壓控振蕩器(404)；所述反饋電壓處理電路(401)的輸入端接反饋電壓，輸出端連接差分三角波產(chǎn)生 電路(402)、差分轉(zhuǎn)單端電路(403)、壓控振蕩器(404)；所述差分三角波產(chǎn)生電 路(402)的輸出端連接差分轉(zhuǎn)單端電路(403)；所述差分轉(zhuǎn)單端電路(403)的輸出 端連接壓控振蕩器(404)；所述壓控振蕩器(404)的輸出端連接差分三角波產(chǎn)生電路 (402)，且壓控振蕩器(404)的輸出端輸出時(shí)鐘信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的頻率抖動(dòng)電路，其特征在于，所述的反饋電壓處理電 路(401)包含電路連接的第一比較器(1101)、第二比較器(1102)、第一或非 門(1104)、第二或非門(1105)、第一開關(guān)(1106)、第二開關(guān)(1107)、第三 開關(guān)(1108)和反相器(1103)，所述反饋電壓處理電路的輸入包含系統(tǒng)反饋電壓(VFB)，閾值 5 (vth5)和閾值 6 (vth6)。
3.如權(quán)利要求2所述的頻率抖動(dòng)電路，其特征在于，所述的反饋電壓處理電路(401)中的第一比較器(1101)和第二比較器(1102)都包含電路連接的電流源 (1301)、第一晶體管(1302)、第二晶體管(1303)、第三晶體管(1304)、第四晶體管(1305)、第五晶體管(1306)、第六晶體管(1307)；所述的第一晶體管(1302)和第二晶體管(1303)為共源極的差分對(duì)管，其源極與 電流源(1301)相連，第一晶體管(1302)的漏極與第三晶體管(1304)和第四晶體管 (1305)的漏極相連，第二晶體管(1303)的漏極與第五晶體管(1306)和第六晶體管 (1307)的漏極相連；第三晶體管(1304)和第五晶體管(1306)的柵極連接第一晶體管(1302)的漏極；第四晶體管(1305)和第六晶體管(1307)的柵極接連第二晶體管(1303)的漏極。
4.如權(quán)利要求1所述的頻率抖動(dòng)電路，其特征在于，所述的差分三角波產(chǎn)生電路(402)包含電路連接的四相非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路(501)，全差分開關(guān)電容積分器 (502)和積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路(503)。
5.如權(quán)利要求4所述的頻率抖動(dòng)電路，其特征在于，所述的四相非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生 電路(501)包含電路連接的反相器(1401)、第一或非門(1402)、第二或非門(1403)、第一延遲單元(1404)、第二延遲單元(1405)、第三延遲單元(1406) 和、第四延遲單元(1407)，輸入時(shí)鐘為(CLK)，輸出的四相不重疊時(shí)鐘為第一四相 不重疊時(shí)鐘(Pl)、第二四相不重疊時(shí)鐘(P2)、第三四相不重疊時(shí)鐘(P3)、第四四 相不重疊時(shí)鐘(P4)。
6.如權(quán)利要求4所述的頻率抖動(dòng)電路，其特征在于，所述的四相非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電 路(501)包含電路連接的分頻器(1501)、反相器(1502)、第一或非門(1503)、 第二或非門(1504)、第一延遲單元(1505)、第二延遲單元(1506)、第三延遲單元(1507)、第四延遲單元(1508)、第五延遲單元(1509)、第六延遲單元(1510)， 輸入時(shí)鐘為(CLK)，輸出的四相不重疊時(shí)鐘為第一四相不重疊時(shí)鐘(Pl)、第二四相不重疊時(shí)鐘(P2)、第三四相不重疊時(shí)鐘(P3)、第四四相不重疊時(shí)鐘(P4)。
7.如權(quán)利要求4所述的頻率抖動(dòng)電路，其特征在于，所述的全差分開關(guān)電容積分 器(502)包含電路連接的第一開關(guān)(701)、第二開關(guān)(702)、第三開關(guān)(703)、 第四開關(guān)(704)、第五開關(guān)(705)、第六開關(guān)(706)、第七開關(guān)(707)、第八開 關(guān)(708)、第九開關(guān)(709)、第十開關(guān)(710)、第十一開關(guān)(711)、第十二開關(guān)(712)、第一電容(713)、第二電容(714)、第三電容(715)、第四電容(716) 和全差分運(yùn)算放大器(717)，第一輸入電壓(Vl)、第二輸入電壓(V2)、第三輸入 電壓(V3)三者的關(guān)系為V3-V1=V1_V2。
8.如權(quán)利要求4所述的頻率抖動(dòng)電路，其特征在于，所述的積分翻轉(zhuǎn)邏輯電路(503)包含電路連接的第一比較器(801)、第二比較器(802)、RS觸發(fā)器(803)、第一反相器(804)、第二反相器(805)；所述第一比較器(801)的正輸入端和第二比較器(802)的負(fù)輸入端連接來(lái)自全差 分開關(guān)電容積分器(502)的三角波電壓信號(hào)，第一比較器(801)的負(fù)輸入端連接電壓 VF+K*VF，第二比較器(802)的正輸入端連接電壓VF_K*VF，第一比較器(801)的 輸出接RS觸發(fā)器(803)的R端，第二比較器(802)的輸出接RS觸發(fā)器(803)的S 端，RS觸發(fā)器(803)的輸出接第一反相器(804)的輸入，第一反相器(804)的輸出 接第二反相器(805)的輸入，第一反相器(804)的輸出為第一翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘(Ql)， 第二反相器(805)的輸出為第二翻轉(zhuǎn)控制時(shí)鐘(Q2)。
9.如權(quán)利要求1所述的頻率抖動(dòng)電路，其特征在于，所述的差分轉(zhuǎn)單端電路(403) 包含電路連接的第一電阻(901)、第二電阻(902)、第三電阻(903)、第四電阻(904)和運(yùn)算放大器(905)；第一電阻(901)、第二電阻(902)的一端連接差分轉(zhuǎn)單端電路的正負(fù)輸入，第一 電阻(901)的另一端和第三電阻(903)的一端接運(yùn)算放大器(905)的負(fù)輸入端，第 三電阻(903)的另一端與運(yùn)算放大器(905)的輸出端相連，第二電阻(902)的另一 端和第四電阻(904)的一端接運(yùn)算放大器(905)的正端，第四電阻(904)的另一端 連接來(lái)自反饋電壓處理電路(401)的輸出。
10.如權(quán)利要求1所述的頻率抖動(dòng)電路，其特征在于，所述的壓控振蕩器(404)包 含電路連接的壓控電流源(1001)、第一開關(guān)(1002)，第二開關(guān)(1003)，第三開 關(guān)(1004)，第四開關(guān)(1005)，第一電容(1006)，第二電容(1007)，第一比較器(1008)，第二比較器(1009)，第一反相器(1010)，第二反相器(1011)和RS觸 發(fā)器(1012)，所述的壓控電流源(1001)產(chǎn)生兩支與差分轉(zhuǎn)單端電路輸出的控制電壓 VC成比例的電流；壓控振蕩器(404)中第一支電流(I1)經(jīng)過(guò)第一開關(guān)(1002)與第一電容(1006) 正端相連，第一電容(1006)的負(fù)端接地，第一電容(1006)的正端經(jīng)過(guò)第三開關(guān)(1004)接地，壓控振蕩器(404)中第二支電流(I2)經(jīng)過(guò)第二開關(guān)(1003)與第二 電容(1007)正端相連，第二電容(1007)的負(fù)端接地，第二電容(1007)的正端經(jīng)過(guò) 第四開關(guān)(1005)接地，第一電容(1006)和第二電容(1007)的正端分別接第一比較 器(1008)和第二比較器(1009)的正端，第一比較器(1008)和第二比較器(1009) 的負(fù)端接來(lái)自反饋電壓處理電路的(VF)，第一比較器(1008)和第二比較器(1009)的輸出接RS觸發(fā)器(1012)的R端、S端，RS觸發(fā)器(1012)的輸出接第一反相器 (1010)的輸入，第一反相器(1010)的輸出接第二反相器(1011)的輸入，第一反相 器(1010)的輸出為第一控制信號(hào)(Q3)，第二反相器(1011)的輸出為第二控制信號(hào) (Q4)。
全文摘要
一種頻率抖動(dòng)電路，該頻率抖動(dòng)電路包含電路連接的反饋電壓處理電路、差分三角波產(chǎn)生電路、差分轉(zhuǎn)單端電路、壓控振蕩器，反饋電壓處理電路的輸入端接反饋電壓，輸出端連接差分三角波產(chǎn)生電路、差分轉(zhuǎn)單端電路、壓控振蕩器，差分三角波產(chǎn)生電路的輸出端連接差分轉(zhuǎn)單端電路，差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出端連接壓控振蕩器，壓控振蕩器的輸出端連接差分三角波產(chǎn)生電路，且壓控振蕩器的輸出端輸出時(shí)鐘信號(hào)。本發(fā)明的系統(tǒng)穩(wěn)定性好，頻率抖動(dòng)精度高。
文檔編號(hào)H02M1/44GK102025265SQ20101054541
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者吳啟明, 徐滔, 惠國(guó)瑜, 李應(yīng)天, 職春星, 韓春峰 申請(qǐng)人:燦芯半導(dǎo)體(上海)有限公司