CN101262170A - 频率抖动的实现方法及频率抖动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种频率抖动的实现方法，其特征在于通过在振荡器内部充放电电容两端并联频率抖动控制电路来周期地改变振荡器输出方波的频率，所述频率抖动控制电路在振荡器输出信号的反馈控制下提供电容值周期变化的电容。本发明还公开了实施该方法的频率抖动电路。本发明利用振荡器的输出信号反馈控制形成频率抖动，无需外加频率源，方法简单，节约成本，减小了电路面积；本发明的频率抖动控制电路简单，易于集成；本发明通过二进制同步计数器接收振荡器的输出信号，利用其计数功能，通过并行数据输出端形成反馈控制信号，控制方式简单有效，并可消除门电路延时引起的误操作。

Description

频率抖动的实现方法及频率抖动电路

技术领域

本发明涉及开关电源集成电路中实现内部振荡器频率抖动的方法及频率抖动电路。

背景技术

与传统的线性稳压电源相比，开关电源不需要大体积的电源变压器，具有体积小、重量轻、效率高、待机功耗低、稳压范围宽等特点，广泛应用于家用电器、自动控制、通信、计算机等领域。然而，开关电源自身产生的电磁干扰信号占用很宽的频带和较强的幅度，如果控制不当会通过传导和辐射的方式对周围设备产生电磁干扰，污染电磁环境，成为一个很强的电磁干扰源。这些干扰随着开关频率的提高、输出功率的增大会显著的增强，对电子设备的正常工作构成潜在的威胁。如何抑止开关电源的电磁干扰，使之符合相关电磁兼容标准的要求，成为开关电源设计者的一个重要课题。

形成开关电源电磁干扰的三个条件是干扰源、耦合途径、受扰设备。因此常用的抑制电磁干扰方法有以下几种：(1)采用滤波元件，如共模电感、X1和Y1电容，X1电容用于输入线间滤波，Y1电容用于初次级电路间滤波；(2)采用变压器内部加屏蔽绕组，外包屏蔽铜带，并将磁芯接地等方法；(3)在高频开关(MOSFET和次级整流二极管)上加Snubber电路(缓冲电路)，减小dv/dt和di/dt；(4)通过完善PCB设计，减小有高频电流回路的面积。这些方法可以有效地抑制电磁干扰，但每种方法都有其局限性：采用共模电感、X1和Y1电容受到体积、成本的制约；变压器抗干扰技术增加了变压器的绕制难度，绝缘也要十分小心；高频开关上加Snubber电路会降低电源的效率，增加高频开关的损耗；而PCB设计需要丰富的经验，并要考虑到产品制造的方便。

频率抖动技术是指开关电源的工作频率并非固定不变，而是周期性地变化。假设基波频率变化幅值为±Δf，二次谐波为±2Δf...，n次谐波为±nΔf，可见谐波次数越高，频率分散越大。这样，噪声谐波频率分散，噪声能量得以分散、减小，在整个频带上保证了幅值裕量，从而满足电磁兼容性要求。实现频率抖动技术的电路集成在芯片内部，高效可靠，使用中不依靠电源设计人员的经验，无需增加体积并能节省外围元件的成本，也不会对电源的效率带来任何负面影响，更不会给电源产品的制造增加任何不便。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种频率抖动的实现方法，利用振荡器自身的频率进行控制实现频率抖动，无需额外增加频率源。本发明的另一目的在于提供利用振荡器自身的频率进行控制的频率抖动电路。

一种频率抖动的实现方法，其特征在于通过在振荡器内部充放电电容两端并联频率抖动控制电路来周期地改变振荡器输出方波的频率，所述频率抖动控制电路在振荡器输出信号的反馈控制下提供电容值周期变化的电容。

一种实施上述方法的频率抖动电路，其特征在于包括频率抖动控制电路、利用电容充放电实现的振荡器和同步二进制计数器，所述频率抖动控制电路与振荡器的内部充放电电容并联，用于提供电容值周期变化的外部电容，所述同步二进制计数器的时钟信号输入端与振荡器的信号输出端连接，通过其并行数据输出端将振荡器的输出信号转换为控制所述外部电容容值周期变化的控制信号。

采用本发明的技术方案，具有以下优点：

1.本发明利用振荡器的输出信号反馈控制形成频率抖动，无需外加频率源，方法简单，节约成本，减小了电路面积，易于集成；

2.本发明的频率抖动控制电路简单，易于集成；

3.本发明通过二进制同步计数器接收振荡器的输出信号，利用其计数功能，通过并行数据输出端形成反馈控制信号，控制方式简单有效，并可消除门电路延时引起的误操作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的阐述。

图1是振荡器的电路结构图；

图2是固定频率的振荡器输出波形；

图3是本发明的频率抖动电路图；

图4是n＝3时振荡器输出波形及控制信号Q1到Q3的波形。

具体实施方式

如图1所示，为常见的利用电容充放电实现的振荡器的电路结构图。其工作原理如下：开始时，开关K1闭合K2打开，由固定电流I1对电容C充电，一段时间后电容C上电压达到倒向器A1的开启电压，倒向器A1开启，而倒向器A2关闭，信号OSC为高电位，倒向器A3开启，使得倒向器A2的输入端电压增大。振荡器的输出信号OSC为高电位，倒向器使A4开启，开关K1打开K2闭合，于是电容C通过固定电流I2开始放电，一段时间后电容C上电压下降到反向器A1的关断阈值，反向器A2开启，信号OSC变为低电位。于是电容重复充放电过程，振荡器正常工作。振荡器的频率由电容C的大小决定。在无外接并联电容的情况下，该振荡器将输出具有固定频率的方波，如图2所示。

本实施方式提供的频率抖动的实现方法，就是通过在振荡器内部充放电电容两端并联频率抖动控制电路来周期地改变振荡器输出方波的频率，所述频率抖动控制电路在振荡器输出信号的反馈控制下提供电容值周期变化的电容。其中，频率抖动控制电路包含并联的支路，每条支路上串联一可控开关和一电容，假设支路的数量为n，则2＜n＜20。反馈控制是将振荡器的输出信号转换为分别与每条支路上的可控开关对应的分别具有不同固定频率的控制信号，控制信号的数量与支路的数量相等，当控制信号控制对应的可控开关闭合时，对应支路上的电容与振荡器内部充放电电容形成并联。具体地，反馈控制可以通过同步二进制计数器实现，同步二进制计数器的位数与支路的数量相等，同步二进制计数器对振荡器的输出信号进行计数，通过并行数据输出端输出与可控开关分别对应的控制信号，与控制信号分别对应的支路上的电容值按等比数列变化，公比为1/2，当控制信号控制可控开关闭合时，对应的电容与振荡器内部充放电电容形成并联。

本实施方式为上述方法提供了具体实现电路，如图3所示，为本发明的频率抖动电路，包括振荡器110、n位同步二进制计数器220(2＜n＜20)和频率抖动控制电路330。振荡器110利用对电容C的充放电时间的控制得到方波输出信号，振荡器110的电路结构图见图1。频率抖动控制电路330通过振荡器110的端口CT和GND与振荡器110的内部充放电电容C并联，用于提供电容值周期变化的外部电容，n位同步二进制计数器220通过时钟信号输入端CLK与振荡器110的信号输出端OUT连接，用于将振荡器110的输出信号转换为控制外部电容容值周期变化的控制信号。具体的转换方式是：n位同步二进制计数器220的对振荡器110的输出信号进行同步计数，通过其n个并行数据输出端输出n个控制信号Q1～Qn，其中Q1为最低位，Qn为最高位。n位同步二进制计数器220可采用上升沿触发，也可采用下降沿触发，本具体实施方式中采用下降沿触发的n位同步二进制计数器。频率抖动控制电路330包括n条并联的支路，每条支路与电容C形成并联，每条支路上串联有一个可控开关和一个电容。可控开关可采用常用类型。n位同步二进制计数器220对振荡器110的输出信号进行计数，通过其n个并行数据输出端输出n个控制信号Q1～Qn，分别用于控制n条支路上的n个可控开关S1～Sn，当信号为“1”时，开关闭合，当信号为“0”时，开关断开。开关闭合时，对应支路上的电容与振荡器110内部充放电电容C形成并联。频率抖动控制电路330中，n条支路上的电容容值呈等比数列变化，公比为1/2。对应控制信号Q1的支路上的电容容值为

对应控制信号Q2的支路上的电容容值为

依此类推，对应控制信号Qn的支路上的电容容值为

假定控制信号Q1～Qn开始都为“0”，n条支路上的开关S1～Sn都处于断开状态，经过第一个计数信号后，控制信号Q1变为“1”，其余控制信号仍为“0”，与Q1对应的支路开关S1闭合，该支路上的电容

与振荡器110内部充放电电容C形成并联。经过第二个计数信号后，控制信号Q2变为“1”，其余控制信号为“0”，与Q2对应的支路开关S2闭合，该支路上的电容

与振荡器110内部充放电电容C形成并联。如此类推，控制信号Q1～Qn按照二进制变化，其状态决定了频率抖动控制电路330中 $\frac{\mathrm{\ΔC}}{2}~\frac{\mathrm{\ΔC}}{2^n}$ 共n个电容与振荡器110中电容C的并联情况，因此和电容C并联的电容大小也会按照二进制方式变化。由于振荡器110的频率决定于电容C以及与其并联的外部电容的和，因此振荡器110的频率将会按照.f、

的规律周而复始的变化，其中f为振荡器的固定频率，Δf为最大偏离值。可以看出，振荡器110的频率相当于在固定频率f上叠加了一个二进制变化的频率，从而实现频率抖动。由于频率抖动电路一般要求Δf《f，而Δf决定于ΔC，所以要求ΔC《C，“《”表示远远小于。

以n＝3为例，即同步二进制计数器采用3位同步二进制计数器，其并行数据输出端输出3个控制信号Q1～Q3，其中Q1为最低位，Q3为最高位，频率抖动控制电路包含3条并联的支路，每条支路上对应控制信号Q1～Q3的电容分别为

图4是n＝3时振荡器输出波形及控制信号Q1到Q3的波形，从图中可以看出，振荡器输出信号的频率呈周期性变化，达到了频率抖动的目的。

Claims (5)

1.一种频率抖动的实现方法，其特征在于通过在振荡器内部充放电电容两端并联频率抖动控制电路来周期地改变振荡器输出方波的频率，所述频率抖动控制电路在振荡器输出信号的反馈控制下提供电容值周期变化的电容。

2.如权利要求1所述的频率抖动的实现方法，其特征在于所述频率抖动控制电路包含并联的支路，每条支路上串联有一可控开关和一电容，所述反馈控制是将振荡器的输出信号转换为分别与每条支路上的可控开关对应的分别具有不同固定频率的控制信号，控制信号的数量与支路的数量相等。当控制信号控制对应的可控开关闭合时，对应支路上的电容与振荡器内部充放电电容形成并联。

3.如权利要求2所述的频率抖动的实现方法，其特征在于所述反馈控制通过同步二进制计数器实现，同步二进制计数器的位数与支路的数量相等，同步二进制计数器对振荡器的输出信号进行计数，通过并行数据输出端输出与可控开关分别对应的控制信号，与控制信号分别对应的支路上的电容值按等比数列变化，公比为1/2。

4.一种实施权利要求1所述方法的频率抖动电路，其特征在于包括频率抖动控制电路、利用电容充放电实现的振荡器和同步二进制计数器，所述频率抖动控制电路与振荡器的内部充放电电容并联，用于提供电容值周期变化的外部电容，所述同步二进制计数器的时钟信号输入端与振荡器的信号输出端连接，通过其并行数据输出端将振荡器的输出信号转换为控制所述外部电容容值周期变化的控制信号。

5.如权利要求4所述的频率抖动电路，其特征在于所述频率抖动控制电路包含并联的支路，支路的数量与所述同步二进制计数器的位数相等，每一条支路上串联有一个可控开关和一个电容，同步二进制计数器对振荡器的输出信号进行计数，通过并行数据输出端输出与可控开关分别对应的控制信号，与控制信号分别对应的支路上的电容值按等比数列变化，公比为1/2，当控制信号控制可控开关闭合时，对应的电容与振荡器内部充放电电容形成并联。

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