CN101888176B - 频率抖动电路及频率抖动产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的频率抖动电路包括：振荡电路，产生锯齿波信号；译码电路，所述振荡频率信号输入译码电路，并控制所述译码电路产生若干脉冲信号；电平选择电路，所述脉冲信号控制电平选择电路，产生随脉冲输出信号变动的输出电平信号；比较器电路，比较所述振荡频率锯齿波信号和输出电平信号，产生频率抖动信号，随输出电平信号的改变，频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。同时本发明还提出了频率抖动的方法，本发明提出的频率抖动电路具有线路简单，易于实现的优点，同时频率的抖动使开关频率在一个宽的频率范围，使EMI设备测量到的EMI能量扩散到带宽以外，降低EMI平均噪声，使EMI噪声能量谱密度平坦化。

Description

频率抖动电路及频率抖动产生方法

技术领域

本发明涉及开关电源领域，尤其涉及到集成电路中的频率抖动电路及产生频率抖动的方法。

背景技术

由于开关电源稳压电路有高频开关，导致电路产生电磁干扰(EMI)，EMI噪声可以通过输入AC电源线传导传播，也能通过辐射传播，这样就会影响其他一些电子仪器，如通讯工具、家用电器、自动控制设备等的正常工作。

为了控制电磁干扰(EMI)，产生了控制标准限定辐射的能量要求，以保证各种仪器之间不会由于相互干扰而影响正常工作。实际中，经常采用滤波方法降低电磁干扰，但是需要芯片外置电容和电感，增加了PCB板的体积和成本。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，提供了一种能够有效减低电磁干扰、成本较低的频率抖动电路，该电路是利用固定频率的锯齿波和可变的比较电平的比较得到脉冲宽度调制信号，实现频率抖动的电路。

本发明提供的另外一种能够有效减低电磁干扰、成本较低的频率抖动电路，该电路是利用可变的锯齿波和基准电流的比较得到脉冲宽度调制信号，实现频率抖动的电路。

本发明还分别提供了两种产生频率抖动的方法。

频率抖动电路，包括：

振荡电路，所述振荡电路产生锯齿波信号；

译码电路，振荡频率信号输入译码电路，并控制所述译码电路产生若干脉冲信号；

电平选择电路，所述脉冲信号控制电平选择电路，产生随脉冲输出信号变动的输出电平信号；

比较器电路，比较所述锯齿波信号和输出电平信号，产生频率抖动信号，随输出电平信号的改变，频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。

所述频率抖动信号的频率抖动范围由锯齿波信号和输出电平信号的高低范围决定。

所述输出电平信号和锯齿波信号可以是电流信号或电压信号，相应的比较器电路可以是电流比较器或电压比较器。

输入到译码电路的振荡频率信号可以由振荡电路产生，也可以是任意方波。

另外一种频率抖动电路，包括：

振荡电路，所述振荡电路产生振荡频率信号；

译码电路，所述振荡频率信号控制所述译码电路产生若干脉冲信号；

锯齿波发生器，所述脉冲信号和振荡频率信号控制锯齿波发生器，产生随脉冲输出信号变动而变动的锯齿波信号。

比较器电路，所述锯齿波信号和基准信号比较，产生频率抖动信号，随锯齿波信号的改变，频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。频率抖动信号的频率抖动范围由锯齿波信号和基准信号的高低范围决定。

其中，输入到译码电路的振荡频率信号可以由振荡电路产生，也可以是任意方波。

其中，锯齿波信号和基准信号可以是电流信号或电压信号，相应的比较器电路可以是电流比较器或电压比较器。

产生频率抖动的方法，包括如下步骤：

(1)振荡电路产生锯齿波输出信号；

(2)译码电路对振荡频率信号进行译码，产生若干脉冲信号；

(3)脉冲信号控制电平选择电路，产生随脉冲信号变动的输出电平信号。

(4)锯齿波信号和输出电平信号比较，产生频率抖动信号，所述频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。

所述脉冲信号在数个周期之后开始重复前述周期的脉冲信号。

其中，输入到译码电路的振荡频率方波输出信号使用频率抖动信号来代替，效果相同。

其中，输出电平信号和锯齿波信号可以是电流信号或电压信号，相应的比较器电路可以是电流比较器或电压比较器。

频率抖动电路产生频率抖动的方法，包括如下步骤：

(1)振荡电路产生振荡频率信号；

(2)译码电路对振荡频率信号进行译码，产生若干脉冲信号；

(3)脉冲信号和振荡频率信号控制锯齿波发生器，产生随脉冲输出信号变动而变动的锯齿波信号。

(4)锯齿波信号和基准信号比较，产生频率抖动信号，所述频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。

所述的译码电路输出的脉冲信号在数个周期之后开始重复前述周期的脉冲信号。

其中，输入到译码电路的振荡频率信号使用频率抖动信号来代替，效果相同。

锯齿波信号和基准信号可以是电流信号或电压信号，相应的比较器电路可以是电流比较器或电压比较器。

本发明的有益效果是：频率的抖动使开关频率在一个宽的频率范围，使EMI设备测量到的EMI能量扩散到带宽以外，开关频率来回的抖动使EMI平均噪声极大地降低。更进一步地，频抖动电路的加入使EMI噪声能量谱密度平坦化，减少了原来需额外加入的由EMI引起的噪声滤波单元。本发明提出的频率抖动电路具有线路简单，易于实现的优点。

附图说明：

图1为本发明的频率抖动电路的一种结构图。

图2为图1所示的频率抖动电路的一种线路图。

图3为图2所示频率抖动电路中的电平选择电路的一种线路图实现。

图4为图2所示频率抖动电路中的电平选择电路的另一种线路图实现。

图5为图1所示频率抖动电路的波形图。

图6为本发明的频率抖动电路的另一种结构图。

图7为图6所示的频率抖动电路中的锯齿波发生器的一种实现方法。

图8为图6所示频率抖动电路的波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明内容进一步说明。

如图1所示，为本发明的频率抖动电路100的结构图，包括：

振荡电路101，所述振荡电路101产生锯齿波信号203；

译码电路102，振荡频率信号200输入译码电路102，并控制所述译码电路102产生若干脉冲信号201；

电平选择电路103，所述脉冲信号201控制电平选择电路103，产生随脉冲输出信号201变动的输出电平信号202；

比较器电路104，比较所述锯齿波信号203和输出电平信号202，产生频率抖动信号204，随输出电平信号202的改变，频率抖动信号204的占空比和开通/关断的边缘发生变化。频率抖动信号204的频率抖动范围由锯齿波信号203和输出电平信号202的高低范围决定。

输出电平信号202和锯齿波信号203可以是电流信号或电压信号，相应的比较器电路104可以是电流比较器或电压比较器。

输入到译码电路102的振荡频率信号200可以由振荡电路101产生，也可以是任意方波。

如图2所示，为本发明的频率抖动电路100的一种线路图实现：

其中，所述的振荡电路101包括差分开关、第一电容305，第一迟滞比较器306和第一电流源，所述差分开关连接第一电流源；第一迟滞比较器306比较第一电容输出的锯齿波信号203是否达到充电基准电压或放电基准电压，并根据比较结果翻转输出振荡频率信号200；振荡频率信号200反馈给差分开关，从而由差分开关控制第一电容的充电和放电。

所述差分开关包括第一PMOS管303、第二PMOS管304、第一NMOS管301、第二NMOS管302和第一反向器307，所述第一PMOS管303，第二PMOS管304的源极连接第一电流源，第一PMOS管303的漏极连接第一NMOS管301的漏极，第二PMOS管304的漏极连接第二NMOS管302的漏极，第一NMOS管301的漏极连接第一NMOS管301和第二NMOS管302的栅极，第一NMOS管301和第二NMOS管302的源极接地，第二NMOS管302的漏极和源极分别连接第一电容的两端，第一迟滞比较器306的输入端连接第一电容，第一迟滞比较器306输出振荡频率信号200，振荡频率信号200反馈给第二PMOS管304的栅极和经反向器反向后反馈给第一PMOS管303的栅极。

其中，所述译码电路包括分频器，所述振荡器输出的振荡频率信号200输入分频器，振荡频率信号200的边沿控制分频器对振荡频率信号进行分频，产生脉冲信号201。在本实施例中，所述分频器为四个，四个分频器串接，后一分频器对前一分频器的输出进行分频，分别产生二分频402、四分频403、八分频404、十六分频405。

图3为本发明的频率抖动电路中的电平选择电路103的一种线路图实现。

电平选择电路103，包括基准电平产生电路342，开关网络341，所述脉冲输出信号402、脉冲输出信号403、脉冲输出信号404、脉冲输出信号405控制开关网络341，进而控制输出电平信号202：

其中，基准电平产生电路342输入基准电压VREF0，基准电压VREF0经电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10分压得到基准电压VREF1、VREF2、VREF3、VREF4、VREF5、VREF6、VREF7、VREF8、VREF9；

其中，开关网络341由传输门连接而成，开关网络输入基准电压VREF1、基准电压VREF2、基准电压VREF3、基准电压VREF4、基准电压VREF5、基准电压VREF6、基准电压VREF7、基准电压VREF8、基准电压VREF9，输出电平信号202，根据脉冲输出信号402、脉冲输出信号403、脉冲输出信号404、脉冲输出信号405的情况，输出电平信号202的电压在基准电压VREF1、基准电压VREF2、基准电压VREF3、基准电压VREF4、基准电压VREF5、基准电压VREF6、基准电压VREF7、基准电压VREF8、基准电压VREF9之间变动。

图4为本发明的频率抖动电路中的电平选择电路103的另一种线路图实现。

电平选择电路103，包括电流源开关网络343，电阻R11，其中电流源开关网络343的电流源I2、I3、I4、I5由开关P1、开关P2、开关P3、开关P4控制，脉冲信号402、脉冲信号403、脉冲信号404、脉冲信号405控制开关P1、开关P2、开关P3、开关P4，根据脉冲信号402、脉冲信号403、脉冲信号404、脉冲信号405的情况，流入到电阻R11的电流发生变化，输出电平信号202相应发生变动。

图5为本发明的频率抖动电路的波形图：锯齿波信号203的幅度、周期恒定，而输出电平信号202则随着不同周期而不同，则比较器的频率抖动信号204的周期、占空比都在变动，即频率发生抖动。

图6为本发明提出的另外一种的频率抖动电路120，包括：

振荡电路301，所述振荡电路301产生振荡频率信号500；

译码电路302，所述振荡频率信号500控制所述译码电路302产生若干脉冲信号501；

锯齿波发生器305，所述脉冲信号501和振荡频率信号500控制锯齿波发生器305，产生随脉冲输出信号501变动而变动的锯齿波信号505；

比较器电路304，所述锯齿波信号505和基准信号506比较，产生频率抖动信号504，随锯齿波信号505的改变，频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。频率抖动信号504的频率抖动范围由锯齿波信号505和基准信号506的高低范围决定。

其中，输入到译码电路302的振荡频率信号500可以由振荡电路301产生，也可以是任意方波。

其中，锯齿波信号505和基准信号506可以是电流信号或电压信号，相应的比较器电路304可以是电流比较器或电压比较器。

图7为本发明的的频率抖动电路中的锯齿波发生器的一种实现方法。

锯齿波发生器305，包括电流源开关网络343，电流积分电容C1，开关管N1，所述电流源开关网络343包括电流源I2、电流源I3、电流源I4、电流源I5、开关P1、开关P2、开关P3、开关P4，电流源I2、电流源I3、电流源I4、电流源I5由开关P1、开关P2、开关P3、开关P4控制，脉冲信号402、脉冲信号403、脉冲信号404、脉冲信号405控制开关P1、开关P2、开关P3、开关P4，根据脉冲信号402、脉冲信号403、脉冲信号404、脉冲信号405的情况，流入到电容C1的电流发生变化，充电速度发生变化，锯齿波信号205的相应发生变动，开关管N1由振荡频率信号500控制，在振荡频率信号500为高时，开关管N1导通，C1放电，锯齿波信号505变为零，在振荡频率输出信号500为低时，开关管N1关断，C1充电，形成锯齿波信号505。

图8为本发明的频率抖动电路的结构图2的波形图的波形图，锯齿波信号505的幅度随着不同周期而不同，而基准信号506恒定，则比较器输出的频率抖动信号504的周期、占空比都在变动，即频率发生抖动。

如图1所示频率抖动电路产生频率抖动的方法，包括如下步骤：

(1)振荡电路产生锯齿波输出信号；

(2)译码电路对振荡频率信号进行译码，产生若干脉冲信号；

(3)脉冲信号控制电平选择电路，产生随脉冲信号变动的输出电平信号。

(4)锯齿波信号和输出电平信号比较，产生频率抖动信号，所述频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。

所述脉冲信号在数个周期之后开始重复前述周期的脉冲信号。

其中，输入到译码电路的振荡频率方波输出信号使用频率抖动信号来代替，效果相同。

其中，输出电平信号202和锯齿波信号203可以是电流信号或电压信号，相应的比较器电路104可以是电流比较器或电压比较器。

如图6所示频率抖动电路产生频率抖动的方法，包括如下步骤：

(1)振荡电路产生振荡频率信号；

(2)译码电路对振荡频率信号进行译码，产生若干脉冲信号；

(3)脉冲信号和振荡频率信号控制锯齿波发生器，产生随脉冲输出信号变动而变动的锯齿波信号。

(4)锯齿波信号和基准信号比较，产生频率抖动信号，所述频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。

所述的译码电路输出的脉冲信号在数个周期之后开始重复前述周期的脉冲信号。

其中，输入到译码电路的振荡频率信号使用频率抖动信号来代替，效果相同。

锯齿波信号和基准信号可以是电流信号或电压信号，相应的比较器电路可以是电流比较器或电压比较器。

本发明公开了采用固定振荡频率实现频率抖动.并且参照附图描述了本发明的具体实施方式和效果。应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.频率抖动电路，其特征在于包括：

振荡电路，所述振荡电路产生锯齿波信号；

译码电路，振荡频率信号输入译码电路，并控制所述译码电路产生若干脉冲信号；

电平选择电路，所述脉冲信号控制电平选择电路，产生随脉冲输出信号变动的输出电平信号；

比较器电路，比较所述锯齿波信号和输出电平信号，产生频率抖动信号，随输出电平信号的改变，频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。

2.频率抖动电路，其特征在于包括：

振荡电路，所述振荡电路产生振荡频率信号；

译码电路，所述振荡频率信号控制所述译码电路产生若干脉冲信号；

锯齿波发生器，所述脉冲信号和振荡频率信号控制锯齿波发生器，产生随脉冲输出信号变动而变动的锯齿波信号；

比较器电路，所述锯齿波信号和基准信号比较，产生频率抖动信号，随锯齿波信号的改变，频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化；频率抖动信号的频率抖动范围由锯齿波信号和基准信号的高低范围决定。

3.产生频率抖动的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)振荡电路产生锯齿波输出信号；

(2)译码电路对振荡频率信号进行译码，产生若干脉冲信号；

(3)脉冲信号控制电平选择电路，产生随脉冲信号变动的输出电平信号。

(4)锯齿波信号和输出电平信号比较，产生频率抖动信号，所述频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。

4.频率抖动电路产生频率抖动的方法，包括如下步骤：

(1)振荡电路产生振荡频率信号；

(2)译码电路对振荡频率信号进行译码，产生若干脉冲信号；

(3)脉冲信号和振荡频率信号控制锯齿波发生器，产生随脉冲输出信号变动而变动的锯齿波信号。

(4)锯齿波信号和基准信号比较，产生频率抖动信号，所述频率抖动信号的占空比和开通/关断的边缘发生变化。

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