CN106230385A - 振荡频率可调整的时钟产生电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开振荡频率可调整的时钟产生电路，包括依次连接的以下器件：带隙基准电路、数模转换器、压控振荡器和信号整形电路；其中，所述带隙基准电路的输出端输出恒定基准电压，所述数模转换器接收预设值和所述恒定基准电压，且输出模拟电压VR，该预设值为电压设定值或频率设定值；所述压控振荡器接收所述模拟电压VR，并输出锯齿波电压V1；所述信号整形电路接收所述锯齿波电压V1，并输出占空比50％的时钟信号CLK。该振荡频率可调整的时钟产生电路克服了现有技术中的振荡频率不准确，难以线性调整振荡频率的问题，能够获得更为稳定的时钟信号输出。
Description
技术领域
本发明涉及高性能模拟集成电路设计技术，具体地，涉及振荡频率可调整的时钟产生电路。
背景技术
各种电子电路正常工作时，往往需要各种小波形信号的支持，包括：正弦波、矩形波、三角波和锯齿波等。这些信号可以由波形产生和变换电路来提供的。波形产生电路，又称为振荡器或波形发生器，它是一种不需外加激励信号就能生成具有一定频率、一定幅度和一定波形的信号。
通常阻容(RC)振荡器的工作频率较低，常常用于低频电子设备中。RC振荡器具有电路简单、易起振和振荡频率易调节等特点，为大多数低频振荡电路所采用。
传统RC振荡器如图1所示，电阻R和电容C以及反相器构成充放电网络，其振荡频率主要取决于RC参数的乘积。在实际电路中，为了提高振荡频率的精度，往往采用外置的高精度以及具有温度补偿特性的电阻和电容。反相器的翻转电平与晶体管的阈值、宽长比、电源电压、环境温度等都有密不可分的关联。因此，受限于RC参数的精度和反相器的翻转电平的影响，这种振荡器往往无法获得较为准确的振荡频率，也难以线性地调整振荡频率。
发明内容
本发明的目的是提供一种振荡频率可调整的时钟产生电路，该振荡频率可调整的时钟产生电路克服了现有技术中的振荡频率不准确，难以线性调整振荡频率的问题，能够获得更为稳定的时钟信号输出。
为了实现上述目的，本发明提供了一种振荡频率可调整的时钟产生电路，该振荡频率可调整的时钟产生电路包括依次连接的以下器件：带隙基准电路、数模转换器、压控振荡器和信号整形电路；其中，
所述带隙基准电路的输出端输出恒定基准电压，所述数模转换器接收预设值和所述恒定基准电压，且输出模拟电压VR，该预设值为电压设定值或频率设定值；
所述压控振荡器接收所述模拟电压VR，并输出锯齿波电压V1；
所述信号整形电路接收所述锯齿波电压V1，并输出占空比50％的时钟信号CLK。
优选地，所述数模转换电路包括：电阻串、开关组和译码器；其中，
所述电阻串的一端连接于所述带隙基准电路，另一端接地；所述开关组的输入端连接于所述电阻串中相邻两个电阻之间，所述开关组的输出端连接于所述压控振荡器的输入端；
预设电压与频率输出至所述译码器的输入端，所述译码器的输出端输出至所述开关组的控制端，以控制所述开关组中的任意开关的打开或者关闭。
进一步优选地，所述数模转换电路还包括：滤波电容C2，所述滤波电容C2的一端连接于所述开关组的输出端，另一端接地。
进一步优选地，所述压控振荡器包括：
充放电通路、电压比较器和非门电路；其中，
所述充放电通路的输出端连接于所述电压比较器的第一输入端，所述开关组的输出端连接于所述电压比较器的第二输入端；
所述电压比较器的输出端连接于所述非门电路的输入端，所述非门电路的输出端连接于所述信号整形电路。
更进一步优选地，所述压控振荡器还包括：
电容C1，所述电容C1的一端连接于所述充放电通路的输出端，另一端接地。
进一步优选地，所述充放电通路包括：电流基准、第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的漏极连接于所述电流基准，所述第一晶体管的源极连接于所述第二晶体管的漏极，所述第二晶体管的源极接地，所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极都连接于所述非门电路的输出端；所述第一晶体管的源极为所述充放电通路的输出端。
更进一步优选地，所述信号整形电路包括：D触发器，所述D触发器形成二分频电路，且所述D触发器的时钟信号输入端连接于所述非门电路的输出端。
通过上述的实施方式，本发明能够获得更为稳定的时钟信号输出，其频率主要由基准电流IREF、参考电压VR、电容C1的容值决定，并且与电源电压和温度的关联性较小，能够获得更为精确的时钟频率输出。通过数模转换器产生可调整的参考电压VR，能够改变压控振荡器的振荡频率，满足不同系统对时钟频率的要求。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有技术的RC振荡器电路图；
图2是说明本发明的一种振荡频率可调整的时钟产生电路的结构框图；
图3是说明本发明的一种振荡频率可调整的时钟产生电路的电路图；以及
图4是说明本发明的一种电路的部分仿真信号波形的信号波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种振荡频率可调整的时钟产生电路，如图2所示，该振荡频率可调整的时钟产生电路包括依次连接的以下器件：带隙基准电路、数模转换器、压控振荡器和信号整形电路；其中，
所述带隙基准电路的输出端输出恒定基准电压，所述数模转换器接收预设值和所述恒定基准电压，且输出模拟电压VR，该预设值为电压设定值或频率设定值；
所述压控振荡器接收所述模拟电压VR，并输出锯齿波电压V1；
所述信号整形电路接收所述锯齿波电压V1，并输出占空比50％的时钟信号CLK。
在本发明中，带隙基准电路产生1.2V的与电源电压和温度无关的基准电压，并提供给数模转换器；通过预设电压与频率，由数模转换器产生相对应的模拟电压VR；压控振荡器的基本原理是电容的充放电电路，充电的电压幅度由输入的模拟电压VR决定：模拟电压VR电压越高，冲电的时间越长，最终产生的时钟频率越低，反之，模拟电压VR电压越低，充电时间越短，最终的时钟频率越高。压控振荡器输出的锯齿波电压V1是锯齿波，经过信号整形，形成占空比50％的时钟信号输出CLK。
通过上述的方式，由带隙基准电路产生一个与电源电压和温度无关的基准电压，通过改变8位或者10位数模转换器的数字输入，输出一个可调整的参考电压VR，作为充放电电容两端的最大充电电压。通过控制电容C1两端充电电压的幅值，能够产生频率可调的时钟输出，且输出频率和输入设定具有较好的线性关系，满足实际电路系统中对高精度时钟信号的要求。
在本发明的一种具体实施方式中，所述数模转换电路可以包括：电阻串、开关组和译码器；其中，
所述电阻串的一端连接于所述带隙基准电路，另一端接地；所述开关组的输入端连接于所述电阻串中相邻两个电阻之间，所述开关组的输出端连接于所述压控振荡器的输入端；
预设电压或频率设定值连接至所述译码器的输入端，所述译码器的输出端输出至所述开关组的控制端，以控制所述开关组中的任意开关的打开或者关闭。
本发明的一种实现方式如图3所示。其中，带隙基准产生1.2V的基准电压VREF。电阻R1、R2……RN为一个电阻串，与开关组K1、K2，……，K256构成电压选择电路。译码器I5将输入的8位数字编码转换成256个开关控制信号。电阻串、开关组、译码器构成一个数模转换器，产生一个可以调整的参考电压输出VR。
为了降低电路噪声的影响，VR通过电容C2进行噪声的滤除。在该种实施方式中，所述数模转换电路还可以包括：滤波电容C2，所述滤波电容C2的一端连接于所述开关组的输出端，另一端接地。
在该种实施方式中，所述压控振荡器可以包括：
充放电通路、电压比较器COMP和非门电路INV；其中，
所述充放电通路的输出端连接于所述电压比较器COMP的第一输入端，所述开关组的输出端连接于所述电压比较器COMP的第二输入端；
所述电压比较器COMP的输出端连接于所述非门电路INV的输入端，所述非门电路INV的输出端连接于所述信号整形电路。
在该种实施方式中，所述压控振荡器还可以包括：
电容C1，所述电容C1的一端连接于所述充放电通路的输出端，另一端接地。
在该种实施方式中，所述充放电通路可以包括：电流基准IREF、第一晶体管M1和第二晶体管M2，所述第一晶体管M1的漏极连接于所述电流基准，所述第一晶体管M1的源极连接于所述第二晶体管M2的漏极，所述第二晶体管M2的源极接地，所述第一晶体管M1的栅极、所述第二晶体管M2的栅极都连接于所述非门电路的输出端；所述第一晶体管M1的源极为所述充放电通路的输出端。
电流基准IREF是与电源电压和温度无关的常数，当第二晶体管M2构成电容C1的放电通路。参考电压VR接于电压比较器COMP的正极性输入端；电容C1的一端接于电压比较器COMP的负极性输入端。当电容C1的端电压VC低于参考电压VR(数模转换电路输出的电压)时，电压比较器COMP的输出VP为高电平，经过非门INV输出电压V1为低电平，此时，第一晶体管M1导通、第二晶体管M2截止时，电流基准IREF对电容C1进行充电。当电容C1的端电压超过参考电压VR时，电压比较器COMP状态翻转，输出VP变成低电平，非门电路INV输出电压V1为高电平，此时，晶体管M1截止、M2导通时，对电容C1进行放电。
在该种实施方式中，所述信号整形电路可以包括：D触发器，所述D触发器形成二分频电路，且所述D触发器的时钟信号输入端连接于所述非门电路INV的输出端。
由于电容C1的充电速度由电流基准IREF决定，放电速度由晶体管M2的等效电阻决定，因此，电路正常工作时，电容C1的端电压VC是一个锯齿波。非门电路INV的输出电压V1是一个占空比很小的方波，也是压控振荡器的输出。信号整形电路由D触发器实现。D触发器连接成为二分频电路，将占空比很小的输入电压V1转换成占空比为50％的时钟输出信号，此时钟输出信号的频率为压控振荡器输出频率的一半。
图4是本发明电路的部分仿真信号波形。可以看出，参考电压VR决定了电容C1的端电压VC的最大值，也决定了最终的时钟信号CLK的输出频率。电容C1的充电和放电的时间不同：充电电流是由IREF决定，而放电过程由晶体管M2直接对地放电，端电压VC呈锯齿波变化。锯齿波的频率主要由基准电流IREF和电容C1的容值大小决定。比较器的速度和晶体管M2的放电速度很快，对锯齿波的频率影响较小，因而，在输出端CLK的时钟频率较为稳定。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种振荡频率可调整的时钟产生电路，其特征在于，该振荡频率可调整的时钟产生电路包括依次连接的以下器件：带隙基准电路、数模转换器、压控振荡器和信号整形电路；其中，
所述带隙基准电路的输出端输出恒定基准电压，所述数模转换器接收预设值和所述恒定基准电压，且输出模拟电压VR，该预设值为电压设定值或频率设定值；
所述压控振荡器接收所述模拟电压VR，并输出锯齿波电压V1；
所述信号整形电路接收所述锯齿波电压V1，并输出占空比50％的时钟信号CLK。
2.根据权利要求1所述的振荡频率可调整的时钟产生电路，其特征在于，所述数模转换电路包括：电阻串、开关组和译码器；其中，
所述电阻串的一端连接于所述带隙基准电路，另一端接地；所述开关组的输入端连接于所述电阻串中相邻两个电阻之间，所述开关组的输出端连接于所述压控振荡器的输入端；
预设电压或频率设定值接入至所述译码器的输入端，所述译码器的输出端输出至所述开关组的控制端，以控制所述开关组中的任意开关的打开或者关闭。
3.根据权利要求2所述的振荡频率可调整的时钟产生电路，其特征在于，所述数模转换电路还包括：滤波电容C2，所述滤波电容C2的一端连接于所述开关组的输出端，另一端接地。
4.根据权利要求2所述的振荡频率可调整的时钟产生电路，其特征在于，所述压控振荡器包括：
充放电通路、电压比较器和非门电路；其中，
所述充放电通路的输出端连接于所述电压比较器的第一输入端，所述开关组的输出端连接于所述电压比较器的第二输入端；
所述电压比较器的输出端连接于所述非门电路的输入端，所述非门电路的输出端连接于所述信号整形电路。
5.根据权利要求4所述的振荡频率可调整的时钟产生电路，其特征在于，所述压控振荡器还包括：
电容C1，所述电容C1的一端连接于所述充放电通路的输出端，另一端接地。
6.根据权利要求4所述的振荡频率可调整的时钟产生电路，其特征在于，所述充放电通路包括：电流基准、第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的漏极连接于所述电流基准，所述第一晶体管的源极连接于所述第二晶体管的漏极，所述第二晶体管的源极接地，所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极都连接于所述非门电路的输出端；所述第一晶体管的源极为所述充放电通路的输出端。
7.根据权利要求4所述的振荡频率可调整的时钟产生电路，其特征在于，所述信号整形电路包括：D触发器，所述D触发器形成二分频电路，且所述D触发器的时钟信号输入端连接于所述非门电路的输出端。
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Legal Events
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