具有頻率抖動功能的馳張振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有頻率抖動功能的弛張振蕩器，主要解決現(xiàn)有開關(guān)電源中電磁干擾能量相對集中，對電源系統(tǒng)造成較大影響的問題。該振蕩器包括RC充放電網(wǎng)絡(luò)（201）、第一比較器（202）、第二比較器（203）、RS觸發(fā)器（204）和頻率抖動控制模塊（205）。RC充放電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的鋸齒波電壓與兩閾值電壓經(jīng)兩個比較器相比較后，輸出給RS觸發(fā)器產(chǎn)生頻率變化的方波信號，該方波信號反饋控制RC充放電網(wǎng)絡(luò)的充電或放電，同時作為時鐘信號通過頻率抖動控制模塊周期性的改變RC充放電網(wǎng)絡(luò)中充放電電容的大小，線性的改變輸出方波信號的頻率，從而分散電磁干擾的能量。本發(fā)明能有效的減小開關(guān)電源中電磁干擾的影響，可用于開關(guān)電源管理類芯片。
【專利說明】具有頻率抖動功能的馳張振蕩器
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明屬于電子電路【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及模擬集成電路，特別是ー種弛張振蕩器，可減小開關(guān)電源系統(tǒng)帶來的電磁干擾。
技術(shù)背景[0002]從無線電、電視的發(fā)射機和接收機、示波器、信號發(fā)生器，到數(shù)字頻率表等多種電子裝置，都要使用振蕩器，在各種規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)中，振蕩器更是系統(tǒng)工作的ー個最基本的元部件，它是電源芯片里十分重要的一個模塊。尤其是在開關(guān)電源領(lǐng)域中，振蕩器電路是其核心功能部件，它對電路的信號處理性能有著極大的影響。其中，振蕩器中的弛張振蕩器廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源管理類芯片中。[0003]弛張振蕩器，通常由給定的ー個時常數(shù)電容在兩個設(shè)定的高低閾值電壓之間進行充、放電實現(xiàn)，其震蕩頻率反比于時常數(shù)電容的值。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)形式的不同，可以將弛張振蕩器分成三類，即恒流弛張充放電式、RC充放電式和發(fā)射極耦合弛張式振蕩器。對于RC充放電式振蕩器，只要改變產(chǎn)生充放電流的電阻的大小和改變充放電電容的大小，就可以改變該振蕩器的震蕩頻率。[0004]圖1為傳統(tǒng)弛張振蕩器方框圖，它包括RC充放電模塊101、第一比較器102、第二比較器103和RS觸發(fā)器104 ;第一比較器102的正向輸入端連接上閾值電壓信號V1，其負向輸入端連接RC充放電模塊101的輸出充放電電壓信號V。，其輸出連接RS觸發(fā)器104輸入端S ;第二比較器103的正向輸入端連接RC充放電模塊101輸出的充放電電壓信號\，其負向輸入端連接下閾值電壓信號V2，V^V1 ;第二比較器103的輸出端連接RS觸發(fā)器104輸入端R ;該RS觸發(fā)器104輸出端為振蕩器輸出信號\。當充放電電壓信號V。低于下閾值電壓信號V2時,第一比較器102輸出為高電平,第二比較器103輸出為低電平,并通過RS觸發(fā)器104控制充放電模塊101充電，充放電電壓信號V。逐漸升高；當充放電電壓信號Vc介于下閾值電壓信號V2與上閾值電壓信號V1之間時,第一比較器102輸出高電平,第二比較器103輸出高電平，RS觸發(fā)器104輸出保持原狀態(tài)，充放電電壓信號V。將繼續(xù)升高；當充放電電壓信號\大于上閾值電壓信號V1時,第一比較器102輸出低電平,第二比較器103輸出高電平，并通過RS觸發(fā)器104控制充放電模塊放電，充放電電壓信號V。開始降低；當充放電電壓信號V。再次低于下閾值電壓V2時,充放電模塊101又一次充電開始,如此反復形成一定周期的方波信號\。由此過程可以看出，該弛張振蕩器輸出的方波信號Vree的頻率受充放電電容和充放電電流控制，由于弛張振蕩器的充電電容和充放電流在設(shè)計后就不會改變，振蕩頻率也隨之固定，這樣電磁干擾噪聲的能量將會很集中，使得開關(guān)電源系統(tǒng)將受到較大的電磁干擾，降低了開關(guān)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述傳統(tǒng)弛張振蕩器的不足，提出ー種具有頻率抖動功能的弛張振蕩器，以減少電磁干擾對電源系統(tǒng)的影響，提高開關(guān)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)思想:通過頻率抖動控制模塊周期性的線性增減振蕩器模塊的工作頻率來分散各諧波干擾的能量，使個諧波的的電磁干擾輻射將分布在較寬的頻率范圍類，而不是局限在原先窄帶范圍，以降低該系統(tǒng)的電磁干擾輻射能量，克服電磁干擾對開關(guān)電源系統(tǒng)的影響。整個振蕩器包括:
[0007]RC充放電網(wǎng)絡(luò)201、第一比較器202、第二比較器203、RS觸發(fā)器204和頻率抖動控制模塊205 ；
[0008]所述頻率抖動控制模塊205,用于將RS觸發(fā)器204輸出的方波信號\轉(zhuǎn)化為一組邏輯控制信號Q1~Qn，n≥1，該組邏輯控制信號Q1~Qn連接到RC充放電網(wǎng)絡(luò)201的輸入端，用于控制該RC充放電網(wǎng)絡(luò)中充放電電容的大小，使震蕩器的輸出方波信號Vtj的頻率周期性的線性變化；
[0009]所述RC充放電網(wǎng)絡(luò)201，用于根據(jù)方波信號\的邏輯值，控制其內(nèi)部充放電電容的充電或放電，產(chǎn)生充放電電壓信號\給第一比較器202和第二比較器203。
[0010]作為優(yōu)選，上述弛張振蕩器中的RC充放電網(wǎng)絡(luò)201，包括運算放大器301，偏置電阻R1,4個低壓PMOS管M1~M4,4個低壓NMOS管M5~M8，n個低壓NMOS開關(guān)管S1~Sn,中心電容Ctl和n個受控電容C1~Cn ;
[0011]所述放大器301，其正向輸入端接基準電壓信號V3，其負向端輸入通過偏置電阻R1 連接到地，其輸出端連接到低壓NMOS管M8的柵端；該低壓NMOS管M8的源端連接放大器301 的負向輸入端，構(gòu)成負反饋環(huán)路，以保證流過低壓NMOS管M8的第一偏置電流I1恒定；
[0012]所述低壓PMOS管M1~M3,其柵端相連構(gòu)成有源電流鏡結(jié)構(gòu)，其源端共同連接電源 VDD,低壓PMOS管M1的柵端與自身漏端相連，并連接到低壓NMOS管M8的漏端；低壓PMOS管 M2的漏端與低壓NMOS管M5的漏端相連；低壓PMOS管M3的漏端與低壓PMOS管M4的源端相連；
[0013]所述低壓NMOS管M5和M6，其柵端相連構(gòu)成有源電流鏡結(jié)構(gòu)，其源端共同連接到地； 低壓NMOS管M5的柵端與自身漏端相連，低壓NMOS管M6的漏端與低壓NMOS管M7的源端相連；
[0014]所述低壓NMOS管M7和低壓PMOS管M4,其柵端與RS觸發(fā)器204的輸出方波信號 V。相連；其漏端相連并作為充放電網(wǎng)絡(luò)201的輸出端輸出充放電電壓信號\ ;該充放電電壓信號V。連接第一比較器202的負向輸入端與外部帶隙基準電壓模塊輸出的上閾值電壓信號V1進行比較，并輸出置位信號Vs到RS觸發(fā)器204的置位輸入端S ;該充放電電壓信號 V。連接第二比較器203的正向輸入端與外部帶隙基準電壓模塊輸出的下閾值電壓信號％進行比較，并輸出清零信號\到RS觸發(fā)器204的清零輸入端R ;該RS觸發(fā)器204根據(jù)置位信號Vs和清零信號Vk的不同，通過置位、鎖存和清零處理，產(chǎn)生方波信號\ ；
[0015]所述n個低壓NMOS開關(guān)管S1~Sn，作為開關(guān)管控制支路的導通和斷開，其漏端相連并連接充放電電壓信號\ ;其柵端分別接邏輯控制信號Q1~Qn ;其源端分別連接受控電容C1~Cn的一端；該受控電容C1~Cn的另一端連接到地；
[0016]所述中心電容Ctl跨接于充放電電壓信號Vc與地之間。
[0017]作為優(yōu)選，上述弛張振蕩器中的頻率抖動控制模塊205，包括分頻器401、異或門 403~406、緩沖器402和異或非門407 ；
[0018]所述分頻器401用于對方波信號\進行分頻處理；其清零輸入端連接置位控制信號CTR ;其時鐘控制端連接方波信號Vtj ;其輸出端輸出7個分頻信號D1.D2, D3、D4、D5、D6和D7;
[0019]所述第一異或門403，其第一輸入端連接分頻信號D3，其第二輸入端連接分頻信號D7，其輸出端連接到緩沖器的輸入端A ；
[0020]所述第二異或門404，其第一輸入端連接分頻信號D4，其第二輸入端連接分頻信號D7，其輸出端連接緩沖器的輸入端B ；
[0021]所述第三異或門405，其第一輸入端連接分頻信號D5，其第二輸入端連接分頻信號D7，其輸出端連接緩沖器的輸入端C ；
[0022]所述第四異或門406，其第一輸入端連接分頻信號D6，其第二輸入端連接分頻信號D7，其輸出端連接緩沖器的輸入端D ；
[0023]所述緩沖器402的輸出端輸出邏輯控制信號q1、Q2、Q3和Q4 ;
[0024]所述異或非門407，其第一輸入端連接置位控制信號CTR，其第二輸入端連接邏輯控制信號Q1，其輸出為邏輯控制信號Qi。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0026](I)本發(fā)明由于增設(shè)了頻率抖動控制模塊，能實現(xiàn)輸出頻率周期性的上下線性抖動，如圖6所示，有效的減小了電磁干擾對開關(guān)電源系統(tǒng)的影響。
[0027](2)本發(fā)明由于通過控制充放電電容的大小改變輸出振蕩頻率，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，成本較低。
[0028]( 3 )本發(fā)明通過輸出反饋作為時序脈沖，不需要外加時序控制信號，減小了電路面積，易于集成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是傳統(tǒng)的弛張振蕩器結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖2是本發(fā)明具有頻率抖動功能的弛張振蕩器結(jié)構(gòu)圖；
[0031 ]圖3是本發(fā)明中的RC充放電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖4是本發(fā)明中的運算放大器模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖5是本發(fā)明中的頻率抖動控制模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖6是本發(fā)明的輸出頻率變化圖。
【具體實施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖及其實施例對本發(fā)明作進ー步描述。
[0036]參考圖2，本發(fā)明帶頻率抖動功能的弛張振蕩器包括:RC充放電網(wǎng)絡(luò)201、第一比較器202、第二比較器203、RS觸發(fā)器204和頻率抖動控制模塊205。其中:
[0037]所述RC充放電網(wǎng)絡(luò)201，用于根據(jù)方波信號V。的邏輯值，控制內(nèi)部充放電電容的充電或放電，從而產(chǎn)生充放電電壓信號\，該充放電電壓信號\連接第一比較器202的負向輸入端和第二比較器203的正向輸入端，為第一比較器202和第二比較器203提供不斷變化的電壓信號；
[0038]所述第一比較器202，用于將RC充放電網(wǎng)絡(luò)201輸出的充放電電壓信號VC與上閾值電壓信號V1進行比較產(chǎn)生置位信號\，該置位信號Vs連接到RS觸發(fā)器204，為RS觸發(fā)器204提供置位控制信號；
[0039]所述第二比較器203，用于將RC充放電網(wǎng)絡(luò)201的輸出充放電電壓信號Vc與下閾值電壓信號V2進行比較產(chǎn)生清零信號\，該清零信號Vr連接到到RS觸發(fā)器204，為RS觸發(fā)器204提供清零控制信號；
[0040]所述RS觸發(fā)器204，用于根據(jù)置位信號Vs和清零信號Vk的不同，通過置位、鎖存和清零處理，產(chǎn)生方波信號該方波信號連接到RC充放電網(wǎng)絡(luò)201和頻率抖動控制模塊 205，為RC充放電網(wǎng)絡(luò)提供內(nèi)部充放電電容的充電或放電的反饋控制信號，為頻率抖動控制模塊205中的分頻器401提供時序脈沖信號；
[0041]所述頻率抖動控制模塊205,用于產(chǎn)生一組邏輯控制信號Q1~Qn,n≥1，本實例n 取4，該組邏輯控制信號Q1~Q4連接RC充放電網(wǎng)絡(luò)201，為RC充放電網(wǎng)絡(luò)201內(nèi)部的充放電電容支路提供邏輯控制。
[0042]參考圖3，本發(fā)明的RC充放電網(wǎng)絡(luò)201，包括運算放大器301，偏置電阻R1，4個低壓PMOS管M1~M4,4個低壓NMOS管M5~M8,4個低壓NMOS開關(guān)管S1~S4,中心電容Ctl和 4 個受控電容 C1 ~C4，且 C1:C2 = C3 = C4=Sc^1J2J3 ；
[0043]所述放大器301，其正向輸入端接基準電壓信號V3，其負向輸入端通過偏置電阻R1 連接到地，其輸出端連接到第四低壓NMOS管M8的柵端；該第四低壓NMOS管M8的源端連接放大器301的負向輸入端，構(gòu)成負反饋環(huán)路，以保證流過第四低壓NMOS管M8的第一偏置電流I1恒定；
[0044]上述放大器301、偏置電阻R1和第四NMOS管M8構(gòu)成源跟隨器結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計放大器的參考基準電壓V3和偏置電阻R1可以使第一偏置電流I1固定，并鏡像給其他支路，且I1 的值為:
[0045]
【權(quán)利要求】
1.ー種具有頻率抖動功能的弛張振蕩器，包括第一比較器(202)、第二比較器(203)和RS觸發(fā)器(204)，其特征在于:RS觸發(fā)器(204)的輸出端連接有RC充放電網(wǎng)絡(luò)(201)和頻率抖動控制模塊(205)； 所述頻率抖動控制模塊(205)，用于將RS觸發(fā)器(204)輸出的方波信號\轉(zhuǎn)化為ー組邏輯控制信號Q1~Qn，n≥1，該組邏輯控制信號Q1~Qn連接到RC充放電網(wǎng)絡(luò)(201)的輸入端，用于控制該RC充放電網(wǎng)絡(luò)中充放電電容的大小，使震蕩器的輸出方波信號Vtj的頻率周期性的線性變化； 所述RC充放電網(wǎng)絡(luò)(201)，用于根據(jù)方波信號V。的邏輯值，控制其內(nèi)部充放電電容的充電或放電，產(chǎn)生充放電電壓信號V。給第一比較器(202)和第二比較器(203)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種具有頻率抖動功能的弛張振蕩器，其特征在于RC充放電網(wǎng)絡(luò)(201)，包括運算放大器(301)，偏置電阻R1，4個低壓PMOS管M1~M4，4個低壓NMOS管M5~M8, n個低壓NMOS開關(guān)管S1~Sn，中心電容Ctl和n個受控電容C1~Cn ; 所述放大器(301 )，其正向輸入端接基準電壓信號V3，其負向端輸入通過偏置電阻R1連接到地，其輸出端連接到低壓NMOS管M8的柵端；該低壓NMOS管M8的源端連接放大器(301)的負向輸入端，構(gòu)成負反饋環(huán)路，以保證流過低壓NMOS管M8的第一偏置電流I1恒定； 所述低壓PMOS管M1~M3,其柵端相連構(gòu)成有源電流鏡結(jié)構(gòu)，其源端共同連接電源VDD，低壓PMOS管M1的柵端與自身漏端相連，并連接到低壓NMOS管M8的漏端；低壓PMOS管M2的漏端與低壓NMOS管M5的漏端相連；低壓PMOS管M3的漏端與低壓PMOS管M4的源端相連；所述低壓NMOS管M5和M6,其柵端相連構(gòu)成有源電流鏡結(jié)構(gòu)，其源端共同連接到地；低壓NMOS管M5的柵端與自身漏端相連，低壓NMOS管M6的漏端與低壓NMOS管M7的源端相連；所述低壓NMOS管M7和低壓PMOS管M4,其柵端與RS觸發(fā)器204的輸出方波信號\相連；其漏端相連并作為充放電網(wǎng)絡(luò)(201)的輸出端輸出充放電電壓信號Vc;該充放電電壓信號V。連接第一比較器(202)的負向輸入端與外部帶隙基準電壓模塊輸出的上閾值電壓信號V1進行比較，并輸出置位信號Vs到RS觸發(fā)器(204)的置位輸入端S ;該充放電電壓信號Vc連接第二比較器(202)的正向輸入端與外部帶隙基準電壓模塊輸出的下閾值電壓信號\進行比較，并輸出清零信號Vk到RS觸發(fā)器(204)的清零輸入端R ;該RS觸發(fā)器204根據(jù)置位信號\和清零信號\的不同，通過置位、鎖存和清零處理，產(chǎn)生方波信號V。； 所述n個低壓NMOS開關(guān)管S1~Sn，作為開關(guān)管控制支路的導通和斷開，其漏端相連并連接充放電電壓信號\ ;其柵端分別接邏輯控制信號Q1~Qn ;其源端分別連接受控電容C1~Cn的一端；該受控電容C1~Cn的另一端連接到地； 所述中心電容Ctl跨接于充放電電壓信號\與地之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種具有頻率抖動功能的弛張振蕩器，其特征在于頻率抖動控制模塊(205)包括，分頻器(401)、異或門(403)~(406)、緩沖器(402)和異或非門(407); 所述分頻器(401)用于對方波信號N0進行分頻處理；其清零輸入端連接置位控制信號CTR ;其時鐘控制端連接方波信號\ ;其輸出端輸出7個分頻信號D1.D2、D3、D4、D5、D6和D7 ；所述第一異或門(403)，其第一輸入端連接分頻信號D3,其第二輸入端連接分頻信號D7，其輸出端連接到緩沖器的輸入端A ； 所述第二異或門(404)，其第一輸入端連接分頻信號D4，其第二輸入端連接分頻信號D7，其輸出端連接緩沖器的輸入端B ；所述第三異或門(405)，其第一輸入端連接分頻信號D5,其第二輸入端連接分頻信號D7，其輸出端連接緩沖器的輸入端C ； 所述第四異或門(406)，其第一輸入端連接分頻信號D6，其第二輸入端連接分頻信號D7，其輸出端連接緩沖器的輸入端D ； 所述緩沖器(402)的輸出端輸出邏輯控制信號q1、Q2、Q3和Q4 ； 所述異或非門(407)，其第一輸入端連接置位控制信號CTR，其第二輸入端連接邏輯控制信號Q1，其輸出為邏輯控制信號Qi。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種具有頻率抖動功能的弛張振蕩器，其特征在于運算放大器(301)包括，5個低壓PMOS管M9~M13, 3個低壓NMOS管M14~M16,補償電阻R2,補償電容Cb和第二偏置電流I2; 所述低壓PMOS管M9~Mltl其柵端相連構(gòu)成有源電流鏡結(jié)構(gòu)，其源極共同連接到電源VDD ;低壓PMOS管M9的柵端與自身漏端相連，并連接到第二偏置電流I2; 所述低壓NMOS管M14和M15其柵端相連構(gòu)成有源電流鏡結(jié)構(gòu)；其源端共同連接到地；低壓NMOS管M14的柵端與自身漏端相連；低壓PMOS管Mltl的漏端連接到低壓PMOS管M12和M13的源端； 所述低壓PMOS管M12和M13其源端相連接構(gòu)成差分對；其柵端分別作為放大器(301)的負向輸入端b和正向輸入端a,該正向輸入端a連接外部帶隙基準電壓模塊輸出的基準電壓信號V3,負向輸入端b連接低壓NMOS管M8的源端；低壓PMOS管M12的漏端與低壓NMOS管M46分的漏端相連；低壓PMOS管M13的漏端與低壓NMOS管M15的漏端相連； 所述低壓NMOS管M16,其柵·端接低壓PMOS管M13的漏極；其源端接地；其漏端與低壓PMOS管M11的漏端相連，構(gòu)成共源級放大器，輸出差分放大信號Vd ； 所述補償電容Cb和補償電阻R2串聯(lián)跨接于低壓PMOS管M13的漏極和輸出差分放大信號Vd之間，作為相位裕度補償。
【文檔編號】H03B5/04GK103595244SQ201310643897
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月1日
【發(fā)明者】來新泉, 丁時勇, 邵麗麗, 許文丹 申請人:西安電子科技大學