CN101383603A - 可控随机抖动振荡器电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可控随机抖动振荡器电路，该电路包括一噪音发生器，其可产生一随机电压信号，该电压信号经过低通滤波器及限幅放大器滤波放大处理后可得到一抖动的电压信号，该抖动的电压信号与系统的参考电压通过加法器进行叠加处理后，则得到一抖动的参考电压，以该抖动参考电压作为振荡器抖动的高位参考电压或低位参考电压后，使得振荡器输出一频率在一定可控范围内变动的电压信号，如此，使得振荡器所在集成电路的脉宽调制控制器的频谱得以扩展，进而减小脉宽调制控制器系统的电磁干扰。

Description

可控随机抖动振荡器电路

技术领域

本发明涉及一种振荡器电路，尤其涉及一种通过扩展振荡器的频率来减小电磁干扰的可控随机抖动振荡器电路。

背景技术

振荡器电路在集成电路早已得到广泛的应用，其作用是给系统提供时钟信号及工作频率。随着半导体器件集成度的增加，来自器件的电磁波辐射对系统的电磁干扰(EMI，Electro Magnetic Interference)问题已日显突出，虽然一般对引起电磁波辐射的电子器件可以采取电磁屏蔽等措施来减小其带来的电磁干扰，但是对于便携式这类更小、更轻便的电子设备来说，仍难以充分解决电磁干扰的问题。

在一般的模拟-数字(AD-DC)电源变换系统中，作为控制组件的脉宽调制控制器PWM是在固定的负载下工作的，因此这种情况下振荡器输出的时钟信号的频率也是固定的。如图1所示为一标准的振荡器电路，其具有一电容C1，与电容C1的一端相连接第一电流源I1及第二电流源I2，比较器Comp1及Comp2，以及与该比较器Comp1及Comp2的输出端相连接的触发器，当给该振荡器电路输入如图2(a)所示的输入电压V_OSC，及高位参考电压Vref Hi以及低位参考电压Vref_Lo后，将得到如图2(b)所示的输出电压信号OSC_OUT，该电压信号OSC_OUT为一频率固定的时钟信号，亦即脉宽调制控制器PWM的频率是固定，因此会造成系统在某一频率下存在着较大的电磁干扰。

为解决上述问题，现有的一种方法是采用固定频率的抖动(Jitter)振荡器，让脉宽调制控制器PWM的频率在一定范围内以固定模式周期性的变换，如此，虽然避免了很大能量的电磁辐射的产生，然从能量频谱上来看，还是会出现一些比较大能量的抖动频率分量。

因此，为更好的解决上述技术问题，有必要采取措施来进一步降低电子器件的电磁辐射，以满足更高、更精密电子设备的设计要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可控随机抖动振荡器电路，其通过改变振荡器的输出频率来扩展系统脉宽调制控制器的频谱，进而减小系统的电磁干扰。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种可控随机抖动振荡器电路，该电路包括一噪音发生器，滤波器，限幅放大器，加法器及振荡器，噪音发生器产生一随机电压信号，该电压信号经过滤波器及限幅放大器滤波放大处理后得到一抖动的电压信号，该抖动的电压信号与系统的参考电压通过加法器进行叠加处理得到一抖动的参考电压，以该抖动参考电压作为振荡器的抖动参考电压，使得振荡器输出一频率变动的电压信号。

所述振荡器具有高位参考电压及低位参考电压，所述抖动的电压信号是与高位参考电压进行叠加处理得到一高位抖动参考电压或与低位参考电压相叠加得到的低位抖动参考电压，或同时与高位参考电压及低位参考电压相叠加的高位抖动参考电压及低位抖动参考电压。

所述振荡器包括一电容，与该电容的第一端相连的第一电流源和第二电流源，第一比较器和第二比较器，以及分别与第一比较器及第二比较器的输出端相连的触发器。

所述第一电流源用于向所述电容充电，第二电流源用于使所述电容放电，所述电容的第二端接地。

所述的第一比较器及第二比较器分别具有两个输入端，其第一比较器的两个输入端分别与高位参考电压及电容的第一端相连，第二比较器的两个输入端分别与低位参考电压及电容的第一端相连。

所述的触发器包括第一与非门及第二与非门，其输入端分别与第一比较器及第二比较器的输出端及相互的反馈端相连，第一与非门的输出端输出时钟信号来控制第一开关的断开与闭合，进而控制第一电流源给电容的放电过程；第二与非门的输出端输出的时钟信号用于控制第二开关的断开与闭合，进而控制第二电流源给电容的充电过程。

所述振荡器的输出电压为自第一与非门或第二与非门输出的时钟信号。

所述噪音发生器为一高斯白噪音发生器。

所述抖动电压信号为一在一定可控制范围内抖动变化的参考电压。

采用上述方案的可控随机抖动振荡器电路，其通过改变振荡器的高位参考电压，使其成为一在一定范围内抖动变化的参考电压信号，而使得输入电压信号所在的电容在每个周期的充电放电时间发生变化，进而使得振荡器输出电压信号的周期及频率在一定范围内产生变化，进一步使得集成电路的脉宽调制控制器的频谱得以扩展，而减小电子器件电磁干扰能量的幅度或分散噪声的峰值，从而达到减小电磁干扰的效果。

附图说明

图1是现有的标准振荡器的电路原理图；

图2(a)是图1中的振荡器输入电压信号的波形图；

图2(b)是图1中的振荡器输出电压信号的波形图；

图3是本发明可控随机抖动振荡器电路的电路原理方块图；

图4是本发明可控随机抖动振荡器的电路原理图；

图5(a)是本发明可控随机抖动振荡器电路输入电压信号的波形图；

图5(b)是本发明可控随机抖动振荡器电路输出电压信号的波形图。

具体实施方式

本发明所揭示的可控随机抖动振荡器电路，如图3所示，其包括一高斯白噪音发生器，滤波器及限幅放大器，加法器，以及一振动器。本实施例中，所述的滤波器为一低通滤波器，所述的高斯白噪音发生器模拟产生随机干扰的白噪音电压信号，该电压信号经过低通滤波器的滤波，限幅放大器的限幅放大后，变成一需要频率及幅值范围内的随机电压信号，然后再将该电压信号与振荡器的高位输入参考电压进行叠加后，生成一在一定范围内随机抖动变化的电压信号，作为振荡器的高位抖动参考电压，而使得振荡器的输出电压的周期是在一定的范围内变动的周期，进而使得振荡器的输出频率亦为在一定范围内随机变动的频率，即扩展了振荡器所在集成电路的脉宽调制控制器PWM(图未示)的频谱，使电磁辐射的能量分散分布在一范围内而减小其产生的电磁干扰。

如图4所示的振荡器电路，其包括一电容C1，与该电容C1第一端相连接的第一电流源I1及第二电流源I2，第一比较器Comp1及第二比较器Comp2，以及与该第一比较器Comp1及第二比较器Comp2的输出端相连接的触发器，该触发器具有第一与非门L1及第二与非门L2。

所述第一比较器Comp1及第二比较器Comp2分别具有两个输入端，其中一个输入端与电容C1的第一端相连接，电容C1的第二端接地。第一比较器Comp1的另一输入端接高位抖动参考电压Vref_H，结合图5(a)、(b)示，该高位抖动参考电压Vref_H为一在Vref_HH与Vref_HL间变化的电压值，其输出端接第一与非门L1的输入端，第二比较器Comp2的另一输入端接低位参考电压Vref_Lo，其输出端接第二与非门L2的输入端，第一与非门L1及第二与非门L2的另一输入端为反馈端，分别为：第一与非门L1的另一输入端接第二与非门L2的输出反馈，第二与非门L2的另一输入端接第一与非门L1的输出反馈；同时，第一与非门L1的输出电压时钟信号控制第一开关SW1的断开与闭合，进而控制第一电流源I1给电容C1的放电过程；第二与非门L2的输出电压时钟信号的控制第二开关SW2的断开与闭合，进而控制第二电流源I2给电容C2的充电过程。第一与非门L1的输出为振荡器的输出电压OSC_OUT。

在初始阶段，使电容C1给振荡器的输入电压V_OSC大于振荡器的低位参考电压Vref_Lo，而小于振荡器此时的高位抖动参考电压Vref_H1(即此时Vref_H＝Vref_H1)时，第一比较器Comp1及第二Comp2的输出皆为高电平，并将此信号分别作为与非门L1及L2的一个输入信号，而由于此前一时刻振荡器的输出电压(即第一与非门L1的输出电压，当然，也可以第二与非门L2的输出为振荡器的输出电压)OSC_OUT为方波的高电位，因此其反馈到与非门L2的输入也为高电平，根据与非门的原理，此时，第二与非门L2的输出为低电平，该输出信号又反馈给第一与非门L1进行输入，而使得第一与非门L1输出一高电位的电压信号，该高电位信号使得第一开关SW1闭合，而使得电容C1开始放电。当电容C1放电到其上的电压达到振荡器的低位参考电压Vref_Lo时，第二比较器Comp2的输出变为低电平，进而将导致第二与非门L2的输出翻转为高电位，因此第二开关SW2将闭合，第二电流源I2开始给电容C1充电；而第二与非门L2的输出经反馈给第一与非门L1后，使得第一与非门L1输出翻转为低电位，也就是说振荡器的输出OSC_OUT变为低电位。

当电容C1充电至输入电压V_OSC达到此时的高位抖动参考电压Vref_H2时，第一比较器Comp1的输出跳变为低电平，进而使得与非门L1的输出翻转为高电位，即振荡器的输出电压OSC_OUT为高电位；同时，第一开关SW1闭合，电容C1通过第一电流源I1进行放电，而第二与非门L2的输出翻转为低电位，第二开关SW2断开。

当电容C1放电至输入电压V_OSC值再次达到振荡器的低位参考电压Vref_Lo时，第二比较器Comp2的输出再次变为低电平，第二与非门L2的输出翻转为高电位，如此使得振荡器的输出电压完成一个周期的波形。由于振荡器的高位抖动参考电压Vref_H为一变化的电压值，因此电容每次充电达到该电压值所需的时间不同，进而使得第一、第二比较器Comp1，Comp2及第一、第二与非门L1，L2进行翻转跳变的时间间隔不同，也就是，输出电压OSC_OUT完成一个周期波形的时间是不同的，如图5(b)示。完成第一个周期波形的时间为Ton-Δt1(即第一周期为Ton-Δt1)，完成第二个周期波形的时间为Ton-Δt2(即第二周期为Ton-Δt2)，因为高位抖动电压的随机性，使得Δt1不同于Δt2，依次类推，可以得出振荡器的输出电压的周期及频率不是固定不变的，而是在一定可控制的范围内变化的，即扩展了振荡器的输出频率，亦使得脉宽调制控制器PWM的频谱得以扩展，使得电磁辐射的能量分布在某一频段范围内，从而减小脉宽调制控制器PWM系统的电磁辐射干扰。

对于以上振荡器的输入参考电压来说，也可以另一种方式进行叠加，即将高斯白噪音发生器产生的高斯白噪音的电压信号经过低通滤波器，限幅放大器的滤波，放大处理后，将其与系统的低位参考电压通过加法器进行叠加处理后，得到一随机抖动的低位参考电压信号。给振荡器输入电压信号V_OSC，固定的高位参考电压，随机抖动的低位参考电压后，亦将得到频率变动的电压信号，并扩展了脉宽调制控制器PWM的频谱。

当然，通过将高斯白噪音发生器产生的随机抖动的电压信号同时叠加到振荡器的高位参考电压及低位参考电压，使其为抖动的高位参考电压及抖动的低位参考电压后，也可输出频率在可控范围内变动的电压信号。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种可控随机抖动振荡器电路，其特征在于：该电路包括一噪音发生器，滤波器，限幅放大器，加法器及振荡器，噪音发生器可产生一随机电压信号，该电压信号经过滤波器及限幅放大器滤波放大处理后得到一抖动的电压信号，该抖动的电压信号与系统的参考电压通过加法器进行叠加处理后，得到一抖动的参考电压，以该抖动参考电压作为振荡器的抖动参考电压，使得振荡器输出一频率变动的电压信号。

2.根据权利要求1所述的可控随机抖动振荡器电路，其特征在于所述振荡器具有高位参考电压及低位参考电压，所述抖动的电压信号是与高位参考电压进行叠加处理得到一高位抖动参考电压。

3.根据权利要求2所述的可控随机抖动振荡器电路，其特征在于所述振荡器包括一电容，与该电容的第一端相连的第一电流源和第二电流源，第一比较器和第二比较器，以及分别与第一比较器及第二比较器的输出端相连的触发器。

4.根据权利要求3所述的可控随机抖动振荡器电路，其特征在于所述第一电流源用于向所述电容充电，第二电流源用于使所述电容放电，所述电容的第二端接地。

5.根据权利要求3所述的可控随机抖动振荡器电路，其特征在于所述的第一比较器及第二比较器分别具有两个输入端，其第一比较器的两个输入端分别与高位参考电压及电容的第一端相连，第二比较器的两个输入端分别与低位参考电压及电容的第一端相连。

6.根据权利要求4或5所述的可控随机抖动振荡器电路，其特征在于所述的触发器包括第一与非门及第二与非门，其输入端分别与第一比较器及第二比较器的输出端及相互的反馈端相连，第一与非门的输出端输出时钟信号来控制第一开关的断开与闭合，进而控制第一电流源给电容的放电过程；第二与非门的输出端输出的时钟信号用于控制第二开关的断开与闭合，进而控制第二电流源给电容的充电过程。

7.根据权利要求6所述的可控随机抖动振荡器电路，其特征在于所述振荡器的输出电压为自第一与非门或第二与非门输出的时钟信号。

8.根据权利要求1所述的可控随机抖动振荡器电路，其特征在于所述噪音发生器为一高斯白噪音发生器。

9.根据权利要求1所述的可控随机抖动振荡器电路，其特征在于所述抖动电压信号为一在一定可控制范围内抖动变化的参考电压。

10.根据权利要求1所述的可控随机抖动振荡器电路，其特征在于所述振荡器具有高位参考电压及低位参考电压，所述抖动的电压信号是与低位参考电压进行叠加处理得到一低位抖动参考电压。

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