CN103401553A

CN103401553A - 一种同步振荡器电路

Info

Publication number: CN103401553A
Application number: CN2013103062274A
Authority: CN
Inventors: 周泽坤; 张庆岭; 张其营; 薛晓满; 崔佳男; 石跃; 明鑫; 王卓; 张波
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: CN103401553B

Abstract

本发明涉及一种根据外部输入同步信号强制同步的同步振荡器电路。本发明为了消除电路的电磁干扰和开关噪声等与频率相关的问题和提高电路时钟信号稳定性问题，公开了一种同步振荡器电路。本发明的技术方案为：一种同步振荡器电路，包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、同步控制电路、SR锁存器、NMOS管、电阻、电容。本发明用外部周期信号控制电路内部频率的工作方式，具有稳定性高的特点，能够有效地解决电路中电磁干扰和开关噪声等与频率相关的问题。本发明电路具有结构简单，易于移植，外部频率可调的特点，可广泛应用于各类功能电路中，特别是用于开关电源可以减少开关电源工作在一定频率时对电路的干扰。

Description

一种同步振荡器电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术，特别涉及一种根据外部输入同步信号强制同步的同步振荡器电路。

背景技术

在电子系统中，振荡器的作用通常是为电路系统提供时钟信号，协调电路系统动工作，是一个不可或缺的功率模块。

传统振荡器电路如图1所示，其中电容C为充放电电容，R为限流电阻，上阈值电压VTH+和下阈值VTH-分别为比较器COMP1和比较器COMP2的参考电压。该振荡器通过将电容C上的电压与比较器的两个参考电压VTH+和VTH-进行比较，周期性地改变SR锁存器状态，控制NMOS管MN1的开启和关断，形成振荡输出。初始状态电容C_R端的电压V_{C_R}=0V，比较器COMP1输出为低，而比较器COMP2输出为高，因此SR锁存器的Q端处于低电平。此时NMOS管MN1关断，电源VDD通过RC串联电路对电容充电。当电压V_{C_R}高于VTH+时，COMP1输出则反转为高电平，而COMP2输出则为低电平，使得SR锁存器的输出Q为高电平。当Q输出为高电平时，则NMOS管MN1开启，电容C上的电荷将通过NMOS管MN1释放掉，口电压V_{C_R}下降。当电压V_{C_R}下降至低于VTH-时，比较器COMP2发生反转，SR锁存器的R端由低电平变为高电平，使得SR锁存器的输出Q为低电平，从而能够关闭NMOS管MN1。当NMOS管MN1再次关闭以后，电源VDD通过RC串联电路再一次对电容C充电，V_{C_R}电压再一次升高，开启下一个充电周期。如此周而复始产生振荡，输出振荡信号OSC。

但是，通常一个电子系统中的不同组成部分均具有自己特定频率的振荡器，从而导致系统中存在互调干扰、电磁干扰（EMI）、差频噪声等问题，严重影响电子系统的整体性能。

发明内容

本发明的目的是为了消除电路的电磁干扰和开关噪声等与频率相关的问题和提高电路时钟信号稳定性问题，提出了一种同步振荡器电路。

本发明的技术方案为：一种同步振荡器电路，其特征在于，包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、同步控制电路、SR锁存器、NMOS管、电阻、电容；

第三比较器负输入端接地，正输入端连接同步输入信号，输出端接同步控制电路的输入端；同步控制电路的输出端连接SR锁存器的S1端；电阻一端接电源，另一端接电容；电容另一端接地；NMOS管漏极接电阻和电容的公共端，源极接地，漏极接第一比较器正输入端和第二比较器负输入端；第一比较器负输入端接上阈值电压，输出端连接SR锁存器的S2端；第二比较器正输入端接下阈值电压，输出端连接SR锁存器的R端；第一比较器的正输入端和第二比较器的负输入端均连接NMOS管漏极；SR锁存器输出端连接NMOS管栅极。

进一步的，所述同步控制电路包括第一延迟电路、第二延迟电路、抗抖动电路、第一与门、第二与门、或非门；第一延迟电路输入端连接第三比较器输出端、抗抖动电路输入端和第一与门的输入端，第一延迟电路的输出端连接第一与门AND1的另一输入端；第一与门输出连接或非门的输入端；抗抖动电路输出连接第二延迟电路的输入端和第二与门输入端；第二延迟电路输出端连接第二与门另一输入端；第二与门输出连接或非门的另一输入端；或非门输出端即为同步控制电路的输出端。

具体的，所述第一延迟电路和第二延迟电路延迟时间为30ns。

进一步的，所述抗抖动电路包括电阻和4只反相器；所述电阻一端为抗抖动电路的输入端，另一端与反相器INV1连接；所述反相器INV2与反相器INV3反向并联后串联在反相器INV1的输出端和反相器INV4的输入端之间；所述反相器INV4的输出端为抗抖动电路的输出端。

本发明的有益效果是，用外部周期信号控制电路内部频率的工作方式，具有稳定性高的特点，能够有效地解决电路中电磁干扰和开关噪声等与频率相关的问题。同时，本发明电路具有结构简单，易于移植，外部频率可调的特点，可广泛应用于各类功能电路中，特别是用于开关电源可以减少开关电源工作在一定频率时对电路的干扰。

附图说明：

图1为传统的振荡器电路结构示意图；

图2本发明电路结构示意图；

图3同步控制电路结构示意图；

图4抗抖动电路结构示意图；

图5本发明主要信号仿真示意图；

图6本发明的同步功能实现方法示意图。

具体实施方案

如图2所示，本发明的同步振荡器电路包括第一比较器COMP1、第二比较器COMP2、第三比较器COMP3、同步控制电路SYN_CTRL、SR锁存器、NMOS管MN1、电阻R、电容C。

第三比较器COMP3负输入端接地，正输入端连接同步输入信号SYN，输出端接同步控制电路SYN_CTRL的输入端。同步控制电路SYN_CTRL的输出端连接SR锁存器的S1端。电阻R一端接电源VDD，另一端接电容C。电容C另一端接地。NMOS管MN1漏极接电阻R和电容C的公共端，源极接地，漏极接第一比较器COMP1正输入端和第二比较器COMP2负输入端。第一比较器COMP1负输入端接上阈值电压VTH+，输出端连接SR锁存器的S2端。第二比较器COMP2正输入端接下阈值电压VTH-，输出端连接SR锁存器的R端。第一比较器COMP1的正输入端和第二比较器COMP2的负输入端均连接NMOS管MN1漏极。SR锁存器输出端连接NMOS管MN1栅极。

与传统振荡器不同的是，本发明的同步振荡器电路中增加了第三比较器COMP3和同步控制电路同步SYN_CTRL组成的同步功能电路（图2中虚线所示）。在同步功能电路作用下，外部同步信号SYN为以地电位为中间电平的交流方波信号，通过比较器COMP3整流，产生同步时钟半波信号SYNA，因此允许交流方波直接接到同步端口（第三比较器COMP3正输入端），经过半波整流后的同步时钟半波信号SYNA经过同步控制电路调制产生信号OUT3，作为SR锁存器的置位信号，比较器COMP2产生的信号OUT2作为SR锁存器的复位信号，共同控制振荡器的输出信号SOC。

如图3所示，本发明的同步控制电路SYN_CTRL包括第一延迟电路DELAY1、第二延迟电路DELAY2、抗抖动电路INV_R、第一与门AND1、第二与门AND2、或非门NOR。第一延迟电路DELAY1输入端连接第三比较器COMP3输出端、抗抖动电路INV_R输入端和第一与门的输入端。第一延迟电路DELAY1的输出端连接第一与门AND1的另一输入端。第一与门AND1输出连接或非门NOR的输入端。抗抖动电路INV_R输出连接第二延迟电路DELAY2的输入端和第二与门AND2输入端。第二延迟电路DELAY2输出端连接第二与门AND2另一输入端。第二与门AND2输出连接或非门NOR的另一输入端。或非门NOR的输出端即为同步控制电路SYN_CTRL的输出端。图3中，第一延迟电路DELAY1和第二延迟电路DELAY2为两个30ns延迟电路。

同步控制电路SYN_CTRL接收整形后的同步时钟半波信号SYNA作为输入，经过两个30ns延迟电路构成的延迟单元。其中第一延迟电路DELAY1提供正向延迟，输出的信号和同步时钟半波信号SYNA做与运算，得到一个占空比略小于50%的方波信号。同时，同步时钟半波信号SYNA经过抗抖动电路INV_R整形，向第二延迟电路DELAY2提供反向延迟信号，经过第二延迟电路DELAY2延迟处理，与第二延迟电路DELAY2的输入信号做与运算，得到比上一个信号滞后一个延迟时间且相位相反的方波信号。以上两个经过与运算的方波信号再经过取或运算，得到一个分别取自同步时钟半波信号SYNA上升沿和下降沿的输出脉宽为30ns的正向窄脉冲信号OUT3。

如图4所示，为抗抖动电路INV_R，包括电阻RN和4只反相器。电阻RN一端为抗抖动电路INV_R的输入端，另一端与反相器INV1连接。反相器INV2与反相器INV3反向并联后串联在反相器INV1的输出端和反相器INV4的输入端之间。反相器INV4的输出端为抗抖动电路的输出端。该电路中的三级反相器链，能提供稳定的输出。

本发明的同步功能电路，适用于各种振荡器电路，可以实现通用的同步功能，兼容于同步电子系统的各个组成部分，可广泛应用于各类振荡器模块中。

在电阻R、电容C参数为：R=51K，C=220p的情况下，频率调节范围为170KHZ至350KHZ，如图5所示，为本发明同步振荡器电路各主要点的电压波形仿真结果示意图。

如图6所示，本发明同步功能实现方法示意图，其中，V_{C_R}为振荡器固有频率锯齿波电压，输出电压V_OSC为振荡器固有频率输出波形，V_{C_R_S}为振荡器在增加同步功能电路的锯齿波，输出电压V_{OSC_S}为振荡器增加同步功能电路的输出波形，显然通过在传统的振荡器电路中增加同步功能电路，当电容C上的电压V_{C_R}还没有达到上阈值电压时，就在其上叠加一个外部同步信号SYN，使得V_{C_R}提前触发到上阈值电压，然后进入放电状态，从而使振荡器的频率和外部同步信号SYN的频率一致，实现锯齿波信号受同步功能电路控制。由于增加了同步功能电路，外部同步信号SYN的频率必须大于振荡器的固有频率，这是因为必须在V_{C_R}达到上阈值电压之前，给V_{C_R}叠加外同步信号SYN，否则振荡器将在外部同步信号SYN到来之前就触发到上阈值电压，从而运行于自身的固有频率下而无法实现外同步，由图6可看出，同步功能电路下的振荡器频率大于传统振荡器频率。

Claims

1.一种同步振荡器电路，其特征在于，包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、同步控制电路、SR锁存器、NMOS管、电阻、电容；

2.根据权利要求1所述的一种同步振荡器电路，其特征在于，所述同步控制电路包括第一延迟电路、第二延迟电路、抗抖动电路、第一与门、第二与门、或非门；第一延迟电路输入端连接第三比较器输出端、抗抖动电路输入端和第一与门的输入端，第一延迟电路的输出端连接第一与门的另一输入端；第一与门输出连接或非门的输入端；抗抖动电路输出连接第二延迟电路的输入端和第二与门输入端；第二延迟电路输出端连接第二与门另一输入端；第二与门输出连接或非门的另一输入端；或非门输出端即为同步控制电路的输出端。

3.根据权利要求2所述的一种同步振荡器电路，其特征在于，所述第一延迟电路和第二延迟电路延迟时间为30ns。

4.根据权利要求2所述的一种同步振荡器电路，其特征在于，所述抗抖动电路由1只电阻和4只反相器构成。