CN102594299B - 一种方波发生器电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种方波发生器电路。本发明提供的方波发生器电路与直流电源相连，包括第一电流镜、第二电流镜、第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器、电容C1和电容C2。相较于现今通用的方波发生器电路，本发明实施例所提供的利用CMOS工艺设计的新型方波发生器电路，结构简单，具体元器件个数较少，静态功耗的消耗大幅度降低，利用反相器的开关特性，根据各种需要产生周期和占空比都可调的方波。

Description

一种方波发生器电路

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种方波发生器电路。

背景技术

方波是一种非正弦曲线的波形，通常在电子领域和讯号处理时出现，方波又是许多电子系统的控制信号。方波大体上是一样的，只是根据具体的应用环境，方波的幅值、周期、占空比不同而有所差别。

现有的方波发生器电路，一般需要两个比较器、两路高低固定电平、若干数字逻辑门，因此整个方波发生器的电路结构相对复杂，还需要消耗一定的静态功耗。实际上，无论是集成电路设计还是其他电子系统的设计，在保证功能与性能的前提下，越是简易的结构，不仅能促使系统成本的降低，而且还能使系统功能实现得更加容易。

发明内容

本发明旨在提供一种方波发生器电路，以解决现有方波发生器电路存在的结构复杂、需要消耗静态功耗的技术问题。

本发明是这样实现的：

一种方波发生器电路，与直流电源相连，包括：

第一电流镜、第二电流镜、第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器、电容C1和电容C2；

所述第一电流镜的第一输入端同时与所述直流电源的输出端、所述电容C1的正极、所述第二电流镜的第一输入端、所述第一反相器的第一输入端、所述第三反相器的第一输入端、所述第四反相器的第一输入端相连，所述第一电流镜的第二输入端同时与所述电容C1的负极和所述第一反相器的第二输出端相连，所述第一电流镜的输出端接地，所述第一反相器的第一输出端同时与所述第二反相器的第一输入端和所述第三反相器的第二输入端相连，所述第二反相器的第二输出端同时与所述第二电流镜的第二输入端和所述电容C2的正极相连，所述第二电流镜的输出端、所述电容C2的负极、所述第二反相器的第一输出端、所述第三反相器的第一输出端和所述第四反相器的第一输出端都接地，所述第三反相器的第二输出端接所述第四反相器的第二输入端，所述第一反相器的第二输入端、所述第二反相器的第二输入端和所述第四反相器的第二输出端相连，输出方波信号。

在本发明实施例中，电流镜和反相器都采用CMOS工艺设计，使该种方波发生器电路结构相对简单，静态功耗消耗极小、并且实现了方波的周期、占空比可调。

附图说明

图1是本发明实施例提供的方波发生器电路的结构框图；

图2是本发明实施例提供的方波发生器电路的示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明旨在提供一种方波发生器电路，相对现今通用的方波发生器电路而言，结构简单，静态功耗消耗少，且可以根据各种需要调节输出方波的周期和占空比。

图1是本发明实施例提供的方波发生器电路的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。如图所示：

一种方波发生器电路，与直流电源100相连，包括：

第一电流镜200、第二电流镜300、第一反相器400、第二反相器500、第三反相器600和第四反相器700、电容C1和电容C2；

第一电流镜200的第一输入端同时与直流电源100的输出端、电容C1的正极、第二电流镜300的第一输入端、第一反相器400的第一输入端、第三反相器600的第一输入端、第四反相器700的第一输入端相连，第一电流镜200的第二输入端同时与电容C1的负极和第一反相器400的第二输出端相连，第一电流镜200的输出端接地，第一反相器400的第一输出端同时与第二反相器500的第一输入端和第三反相器600的第二输入端相连，第二反相器500的第二输出端同时与第二电流镜300的第二输入端和电容C2的正极相连，第二电流镜300的输出端、电容C2的负极、第二反相器500的第一输出端、第三反相器600的第一输出端和第四反相器700的第一输出端都接地，第三反相器600的第二输出端接第四反相器700的第二输入端，第一反相器400的第二输入端、第二反相器500的第二输入端和第四反相器700的第二输出端相连作为VOUT端口，输出方波信号。

图2是本发明实施例提供的方波发生器电路的示例电路结构图，如图所示：

作为本发明的一实施例，第一电流镜200包括基准电流源I1、NMOS管N1和NMOS管N2；基准电流源I1的输入端为第一电流镜200的第一输入端，接直流电源100，基准电流源I1的输出端接NMOS管N1的漏极，NMOS管N1的栅极和漏极共接后与NMOS管N2的栅极相连，NMOS管N2的漏极为第一电流镜200的第二输入端接电容C1的负极，NMOS管N1的源极与NMOS管N2的源极相连为第一电流镜200的接地输出端。

作为本发明的一实施例，第二电流镜300包括基准电流源I2、PMOS管P1和PMOS管P2；PMOS管P1的源极和PMOS管P2的源极相连作为第二电流镜300的第一输入端，接直流电源，PMOS管P1的栅极和漏极共接后与PMOS管P2的栅极相连，PMOS管P1的漏极接基准电流源I2的输入端，基准电流源I2的输出端为第二电流镜300的输出端，PMOS管P2的漏极为第二电流镜300的第二输入端。

作为本发明的一实施例，第一反相器400包括PMOS管MP1和NMOS管MN1，PMOS管MP1的源极为第一反相器400的第一输入端，PMOS管MP1的漏极与NMOS管MN1的漏极相连作为第一反相器400的第二输出端，NMOS管MN1的源极为第一反相器400的第一输出端，PMOS管MP1的栅极与NMOS管MN1的栅极相连作为第一反相器400的第二输入端。

作为本发明的一实施例，第二反相器500包括PMOS管MP2和NMOS管MN2，PMOS管MP2的源极为第二反相器500的第一输入端，PMOS管MP2的漏极与NMOS管MN2的漏极相连作为第二反相器500的第二输出端，NMOS管MN2的源极为第二反相器500的第一输出端，PMOS管MP2的栅极与NMOS管MN2的栅极相连作为第二反相器500的第二输入端。

作为本发明的一实施例，第三反相器600包括PMOS管MP3和NMOS管MN3，PMOS管MP3的源极为第三反相器600的第一输入端，PMOS管MP3的栅极与NMOS管MN3的栅极相连作为第三反相器600的第二输入端，NMOS管MN3的源极为第三反相器600的第一输出端，PMOS管MP3的漏极与NMOS管MN3的漏极相连作为第三反相器600的第二输出端。

作为本发明的一实施例，第四反相器700包括PMOS管MP4和NMOS管MN4，PMOS管MP4的源极为第四反相器700的第一输入端，PMOS管MP4的栅极与NMOS管MN4的栅极相连作为第四反相器700的第二输入端，NMOS管MN4的源极为第四反相器700的第一输出端，PMOS管MP4的漏极与NMOS管MN4的漏极相连作为第四反相器700的第二输出端。

下面结合附图2，对本发明实施例提供的方波发生器电路的工作原理进行具体说明。

假设方波发生器电路的输出端“VOUT”的初始状态是低电平，则第一反相器400中的PMOS管MP1导通、NMOS管MN1截止，第二反相器500中的PMOS管MP2导通、NMOS管MN2截止，电容C1的负极通过PMOS管MP1与直流电源100相连为高电平，此时电容C1被短路；因为节点“1”处的电压与“VOUT”端口的电平必然相同，故节点“1”处也是低电平，而电容C2的正极通过PMOS管MP2与节点“1”相连，因此也为低电平。通过由PMOS管P1、PMOS管P2和电流源I2组成的第二电流镜300对电容C2进行线性充电，电容C2正极和节点“1”的电位随之逐渐升高。当节点“1”处的电压达到第三反相器600(由PMOS管MP3与NMOS管MN3组成)的阈值电压时，节点“2”处的状态随之由高电平转为低电平，接着“VOUT”端口的输出由初始状态的低电平变为高电平。

“VOUT”端口的输出由初始状态的低电平变为高电平后，第一反相器400中的PMOS管MP1截止、NMOS管MN1导通，第二反相器500中的PMOS管MP2截止、NMOS管MN2导通，电容C2的正极通过NMOS管MN2与地相连，此时电容C2被短路；电容C1的负极通过NMOS管MN1与节点“1”相连，因为此时节点“1”处与“VOUT”端口电位必然相同，也是高电位，所以电容C1通过第一电流镜200(由NMOS管N1、NMOS管N2和电流源I1构成)进行线性放电。因此，电容C1负极和节点“1”的电压逐渐下降，当节点“1”电压下降到第三反相器600(PMOS管MP3、NMOS管MN3组成的反相器)的阈值电压时，节点“2”的电平随之由低电平转为高电平，接着“VOUT”端口由高电平变为低电平。如此往复，“VOUT”端口输出方波。

在具体应用中，由电容电势差公式：

$\mathrm{\Δt}=\frac{C}{I}\·\mathrm{\ΔV},$

其中，I是电容充放电恒定电流，C是电容值，ΔV是由PMOS管MP3、NMOS管MN3组成的第三反相器600的阈值电压，可以得出：通过调节基准电流源I1或者基准电流源I2的大小，或者调整电容C1、C2的大小，改变对电容充放电的时间，就能够改变方波的占空比和周期，实现方波占空比和周期可调。

相较于现今通用的方波发生器电路，本发明实施例所提供的利用CMOS工艺设计的新型方波发生器电路，结构简单，具体元器件个数较少，静态功耗的消耗大幅度降低，利用反相器的开关特性，根据各种需要产生周期和占空比都可调的方波。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种方波发生器电路，与直流电源相连，其特征在于，所述方波发生器电路包括：

第一电流镜、第二电流镜、第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器、电容C1和电容C2；

所述第一电流镜的第一输入端同时与所述直流电源的输出端、所述电容C1的正极、所述第二电流镜的第一输入端、所述第一反相器的第一输入端、所述第三反相器的第一输入端、所述第四反相器的第一输入端相连，所述第一电流镜的第二输入端同时与所述电容C1的负极和所述第一反相器的第二输出端相连，所述第一电流镜的输出端接地，所述第一反相器的第一输出端同时与所述第二反相器的第一输入端和所述第三反相器的第二输入端相连，所述第二反相器的第二输出端同时与所述第二电流镜的第二输入端和所述电容C2的正极相连，所述第二电流镜的输出端、所述电容C2的负极、所述第二反相器的第一输出端、所述第三反相器的第一输出端和所述第四反相器的第一输出端都接地，所述第三反相器的第二输出端接所述第四反相器的第二输入端，所述第一反相器的第二输入端、所述第二反相器的第二输入端和所述第四反相器的第二输出端相连，输出方波信号。

2.如权利要求1所述的方波发生器电路，其特征在于，所述第一电流镜包括基准电流源I1、NMOS管N1和NMOS管N2；

所述基准电流源I1的输入端为所述第一电流镜的第一输入端，所述基准电流源I1的输出端接所述NMOS管N1的漏极，所述NMOS管N1的栅极和漏极共接后与所述NMOS管N2的栅极相连，所述NMOS管N2的漏极为所述第一电流镜的第二输入端，所述NMOS管N1的源极与所述NMOS管N2的源极相连为所述第一电流镜的输出端。

3.如权利要求1所述的方波发生器电路，其特征在于，所述第二电流镜包括基准电流源I2、PMOS管P1和PMOS管P2；

所述PMOS管P1的源极和所述PMOS管P2的源极相连作为所述第二电流镜的第一输入端，所述PMOS管P1的栅极和漏极共接后与所述PMOS管P2的栅极相连，所述PMOS管P1的漏极接所述基准电流源I2的输入端，所述基准电流源I2的输出端为所述第二电流镜的输出端，所述PMOS管P2的漏极为所述第二电流镜的第二输入端。

4.如权利要求1-3任一项所述的方波发生器电路，其特征在于，所述第一反相器包括PMOS管MP1和NMOS管MN1，所述PMOS管MP1的源极为所述第一反相器的第一输入端，所述PMOS管MP1的漏极与所述NMOS管MN1的漏极相连作为所述第一反相器的第二输出端，所述NMOS管MN1的源极为所述第一反相器的第一输出端，所述PMOS管MP1的栅极与所述NMOS管MN1的栅极相连作为所述第一反相器的第二输入端。

5.如权利要求1-3任一项所述的方波发生器电路，其特征在于，所述第二反相器包括PMOS管MP2和NMOS管MN2，所述PMOS管MP2的源极为所述第二反相器的第一输入端，所述PMOS管MP2的漏极与所述NMOS管MN2的漏极相连作为所述第二反相器的第二输出端，所述NMOS管MN2的源极为所述第二反相器的第一输出端，所述PMOS管MP2的栅极与所述NMOS管MN2的栅极相连作为所述第二反相器的第二输入端。

6.如权利要求1-3任一项所述的方波发生器电路，其特征在于，所述第三反相器包括PMOS管MP3和NMOS管MN3，所述PMOS管MP3的源极为所述第三反相器的第一输入端，所述PMOS管MP3的栅极与所述NMOS管MN3的栅极相连作为所述第三反相器的第二输入端，所述NMOS管MN3的源极为所述第三反相器的第一输出端，所述PMOS管MP3的漏极与所述NMOS管MN3的漏极相连作为所述第三反相器的第二输出端。

7.如权利要求1-3任一项所述的方波发生器电路，其特征在于，所述第四反相器包括PMOS管MP4和NMOS管MN4，所述PMOS管MP4的源极为所述第四反相器的第一输入端，所述PMOS管MP4的栅极与所述NMOS管MN4的栅极相连作为所述第四反相器的第二输入端，所述NMOS管MN4的源极为所述第四反相器的第一输出端，所述PMOS管MP4的漏极与所述NMOS管MN4的漏极相连作为所述第四反相器的第二输出端。