一种低功耗双电容驰张型CMOS振荡器制造技术

本发明专利技术公开了一种低功耗的双电容驰张型ＣＭＯＳ振荡器，包括双电容电路、ＲＳ触发器和比较电路。比较电路由比较器Ｃｏｍｐ↓［３］和Ｄ触发器构成，双电容电路的二个输出端分别接比较器的二个同相输入端，比较器的反相输入端接参考电压，比较器的输出端接Ｄ触发器的触发沿，Ｄ触发器的二个输出端分别接ＲＳ触发器的Ｒ、Ｓ端，ＲＳ触发器的二个输出端分别接双电容电路的二个输入端，Ｄ触发器的其中一个输出端作为总输出端。与现有的技术相比，比较器Ｃｏｍｐ↓［３］和比较器Ｃｏｍｐ↓［１］（或Ｃｏｍｐ↓［２］）所消耗的电流相当，但是因为Ｄ触发器中的所以管子都处于开关状态，并且不需要偏置电路，所以它比比较器Ｃｏｍｐ↓［２］（或Ｃｏｍｐ↓［１］）的静态功耗要小很多。本发明专利技术的电路结构简单，占用版图面积小、功耗低、效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于开关电源技术，具体为一种低功耗双电容驰张型CMOS振荡 器，是一种结构简单、低功耗的CMOS振荡器，尤其适用于便携式设备中。
技术介绍
振荡器电路在许多电子电路应用中都可以看到。目前电子技术的发展， 如DC/DC变换器、电容性的传感器、音频接收器和FM (频率调制)发生器 等，正朝着小体积、高度集成的方向发展。作为这些设备必不可少的振荡 器电路，也在朝着占用更少版图面积即更加有利于集成的方向发展。振荡 器电路的好坏直接影响到开关电源系统的性能，所以对振荡器电路的要求 也越来越高。振荡器大致可以分为调谐振荡器和非调谐振荡器两大类。调谐振荡器 产生近似于正弦波的输出，非调谐振荡器的输出通常为方波和三角波。由 于非调谐振荡器不需要很多的分立元件而非常适合于集成电路中。非调谐 振荡器大致有两种构成方式 一种是利用比较器来实现；另一种是通过CMOS 构成的振荡环路利用自激机制实现。驰张型振荡器就是利用比较器来实现 的，它具有良好的频率线性控制能力。低功耗、高效率是开关电源和便携 式设备的一个趋势，所以，如何降低功耗、提高效率也是驰张型振荡器所 面临的一个挑战。图1描述了一种典型的双电容驰张型振荡器的电路原理图。双电容电 路1是为了交替的控制比较电路2的输出，振荡器的频率是由恒流源1。确 定。但是该图所示的振荡器电路的功耗较大，而且对比较电路2中的比较 器Comp,和比较器Co即2要求很高，否则将会出现逻辑时序上的紊乱。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低功耗双电容驰张型CMOS振荡器，该振荡 器结构简单，可以减小功耗，提高效率。本专利技术提供的低功耗双电容驰张型CMOS振荡器，包括双电容电路和RS 触发器；其特征在于它还包括比较电路，比较电路由比较器Comp3和D触 发器构成，双电容电路的二个输出端分别接比较器的二个同相输入端INP1、 INP2，比较器的反相输入端I队接参考电压Vr6f,比较器的输出端C。ut接D触 发器的触发沿，D触发器的二个输出端Q,、 Qr分别接RS触发器的二个输入 端R、 S， RS触发器的二个输出端Q2、 Qr分别接双电容电路的二个输入端，D触发器的其中一个输出端Qr作为总输出端V。ut。本专利技术的比较电路与现有的技术相比，具有低功耗、高效率的优点。 本专利技术中的比较电路是由一个比较器和一个D触发器构成的，而在现有的 技术中，比较电路是由两个比较器构成的。比较器Comp3所消耗的电流与比 较器Comp,和Comp2所消耗的电流差别不大，但本专利技术的比较电路中的D触 发器是一个数字单元，它里面的晶体管都是工作在开关状态，静态电流很 小，而且无需任何偏置电路，所以功耗很低。而比较器Comp,和比较器Comp2 中的晶体管都是工作在饱和区，而且需要额外的偏置电路。总之，本专利技术 的双电容驰张型振荡器电路结构新颖、简单，与现有的技术相比，大大降 低了功耗、提高了效率。附图说明图1为现有的双电容驰张型振荡器的电路原理图；图2为图1中比较器的具体电路图；图3为本专利技术的双电容驰张型振荡器的电路原理图；图4为对应于图3中比较器的第一种实施方式的电路图；图5为对应与图3中比较器的第二种实施方式的电路图；图6为对应于图3的一种具体实施方式的电路图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步详细的说明。如图3所示，本专利技术双电容驰张型振荡器由双电容电路l、比较电路3 和RS触发器构成。其中，比较电路3由比较器Co即3和D触发器构成，双 电容电路1的二个输出端分别接比较器Comp3的二个同相输入端INw和INP2， 比较器Comp3的反相输入端INw接参考电压比较器Comp3的输出端C。ut 接D触发器的触发沿，D触发器的输出端(^和Qr分别接RS触发器的输入 端R、 S， RS触发器的输出端Q2和Q2 分别接双电容电路1的二个输入端，D触发器的输出端Qr作为总输出端V。"。上述电路中，双电容电路l中的电容的充、放电是由RS触发器的输出 端Q2和Q广来控制的。当Q2输出高电平"1"、 Q2 输出低电平"0"时，丽0S 管MM截止、丽2导通，PM0S管MPi导通、MP2截止，这时，恒流源1。通过PM0S 管MP,对电容d进行充电，电容G通过NM0S管跳进行放电。而放电的过 程很快，主要依赖于放电管的宽长比。因此，当V2下降到参考电压V^以下 时，V,还不能上升到参考电压V f,所以这个时候比较器Comp3输出低电平 "0"。随着Vi的继续上升，当V,超过参考电压U寸，比较器Co卿3就会翻 转输出高电平"1"，这相当于给D触发器一个上升沿，使得D触发器的Q, 端翻转输出高电平"1"， Qr端翻转输出低电平，从而RS触发器输出端Q2 翻转输出为低电平"0"、 Q,翻转输出为高电平"l"。于是丽0S管跳导通、 丽2截止，电容d通过丽0S管丽i放电，恒流源1。通过PM0S管MP2对电容 G进行充电。从而，电压V,开始下降，电压V2开始上升。因为放电过程很 快，所以V,下降到参考电压Vwf以下时，V2还不能上升到参考电压Vref，于 是Comp3翻转输出为低电平"0"，使得RS触发器输出端Q2再次翻转输出为 高电平"1"、 Q2 再次翻转输出为低电平"0"。如此周而复始，就会在输出 端V。ut处得到一个准确的占空比为50%的方波。值得注意的是，电容电压 V,(或V》上升到参考电压Vw后，并不会立即下降，它会因为传播延迟Td 而继续上升一段时间。这里所说的传播延迟Td是指在电容电压V,(或V2) 达到参考电压V^与触发器在导通和断开之间进行转换期间，所存在的延迟。传播延迟Td的产生是由电子元件本身所固有的延迟造成的，例如比较 电路3中的比较器Comp3对输入信号进行比较时所花费的时间、用于D触发 器和RS触发器中的状态转换所花费的时间，以及PM0S管MP,和Mh与NMOS 管MK和MN2在导通与关断之间进行转换时所花费的时间等。如图4所示，本专利技术中的比较器Comp3的第一种实施电路包括偏置电路 4、丽0S管丽7、丽8、 ,9、丽u)和,n，以及PMOS管MP 、 MPs和MPu)。偏置 电路4包括丽0S管丽u和PM0S管MPU。丽OS管丽u的栅极、漏极与PMOS 管MPn的漏极共连，源极接地。PM0S管MPn的栅极接偏置电路4的输入偏 置电压VB，源极接电源电压V。d，漏极接丽OS管MNu的漏极。NM0S管丽7、 MNs和丽9的栅极分别作为比较器Comp3的反相输入端INN、同相输入端INP1 和INP2;它们的源极共连，接在丽0S管MN,2的漏极；丽0S管,7的漏极接 PMOS管MP7的漏极，醒OS管丽8和MN9的漏极共连，接在PMOS管MP8的漏极。 PMOS管M&和MP8的栅极与PMOS管MP7的漏极共连，接在丽OS管MN7的漏极； 它们的源极共连，接在电源电压Vdd上；PMOS管MPs的漏极接丽0S管丽8和 MN9的漏极。PMOS管MP1Q的栅极接PMOS管MP8的漏极，源极接电源电压VDD， 漏极作为比较器Comp3的输出端C。ut。NM0S管,12和MN1Q的栅极共连，接丽OS 管丽u的栅极；它们的源极也共连，接地；丽OS管MN12的漏极接丽OS管丽7 的源极，画OS管MN,。的漏极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低功耗双电容驰张型ＣＭＯＳ振荡器，包括双电容电路（１）和ＲＳ触发器；其特征在于：它还包括比较电路（３），比较电路（３）由比较器和Ｄ触发器构成，双电容电路（１）的二个输出端分别接比较器的二个同相输入端ＩＮ↓［Ｐ１］、ＩＮ↓［Ｐ２］，比较器的反相输入端ＩＮ↓［Ｎ］接参考电压Ｖ↓［ｒｅｆ］，比较器的输出端Ｃ↓［ｏｕｔ］接Ｄ触发器的触发沿，Ｄ触发器的二个输出端Ｑ↓［１］、Ｑ↓［１］～分别接ＲＳ触发器的二个输入端Ｒ、Ｓ，ＲＳ触发器的二个输出端Ｑ↓［２］、Ｑ↓［２］～分别接双电容电路（１）的二个输入端，Ｄ触发器的其中一个输出端Ｑ↓［１］～作为总输出端Ｖ↓［ｏｕｔ］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓飞，邹雪城，余国义，雷鑑铭，刘占领，唐仙，曾子玉，刘嘉，李高，邵超，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]