CN106357241A - 一种基于反相器电路的方波发生器 - Google Patents
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Abstract
一种基于反相器电路的方波发生器,本发明涉及方波发生器技术领域,解决现有技术其电流源功耗高、稳定性差,且环路振荡器中存在大量脉冲噪声等技术问题。本发明主要包括脉冲发生单元,用于产生具有相对相位差第一方波脉冲和第二方波脉冲,接收基准时钟;所述的脉冲发生单元,包括用于提供环路充放电的电流源电路、用于切换环路输出的反相器电路和用于提供相位差的缓冲电路,电流源电路和反相器电路构成环路振荡器。本发明用于方波发送器。
Description
技术领域
本发明涉及方波发生器技术领域,具体涉及一种基于反相器电路的方波发生器。
背景技术
目前,虽然现有的信号发生器已经相当成熟了,但是电磁噪声对信号发生器的干扰一直存在,直接影响产品的长期稳定性和可靠性。另一方面,在数字电路、模拟传感器、精密仪器仪表等方面,对信号发生器中输出波形的要求越来越高。传统的电路,形式比较复杂,使用较多的微信号器件,容易受恶劣环境的干扰,长期使用存在一定的隐患,其长期可靠性不能够得到保证。现有技术方波发生器的稳定性和频率特性都有待提高。
发明内容
针对上述现有技术,本发明目的在于提供,解决现有技术其电流源功耗高、稳定性差,且环路振荡器中存在大量脉冲噪声等技术问题。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种基于反相器电路的方波发生器,包括
脉冲发生单元,用于产生具有相对相位差第一方波脉冲和第二方波脉冲,接收基准时钟;
所述的脉冲发生单元,包括用于提供环路充放电的电流源电路、用于切换环路输出的反相器电路和用于提供相位差的缓冲电路,电流源电路和反相器电路构成环路振荡器。
上述方案中,所述的脉冲发生单元,还包括过冲保护电路,接收反相器电路的输出时钟,并选择地泄放电流源电路的输入电源。
上述方案中,所述的电流源电路,包括
第一电源;
第一电流源,其高电势端连接第一电源;
第一场效应管,其源极连接第一电流源的低电势端;
第二场效应管,其源极连接第一电流源的低电势端且漏极接地;
第三场效应管,其漏极连接第一场效应管的漏极;
第四场效应管,其源极连接第三场效应管的源极;
第二电源,连接第四场效应管的漏极;
第二电流源,其高电势端连接第三场效应管的源极且低电势端接地;
第一电容,用于充放电电荷缓冲,其一端连接第一电源且另一端连接第一场效应管的漏极。
上述方案中,所述的反相器电路,用于形成内环振荡和自反馈电压切换输出,包括
第五场效应管,其栅极连接第一场效应管的漏极;
第六场效应管,其栅极连接第一场效应管的漏极且漏极连接第五场效应管的漏极;
第七场效应管,其栅极、漏极均连接第六场效应管的源极且源极接地;
第八场效应管,用于作为偏置电压开关,其漏极连接第六场效应管的源极且源极接地;
第三电源;
第九场效应管,其栅极、漏极均连接第五场效应管的源极且源极连接第三电源;
第十场效应管,用于作为偏置电压开关,其源极连接第三电源且漏极连接第五场效应管的源极;
第一反相器,其输入端连接第五场效应管的漏极;
第二反相器、第三反相器和第二电容,依次串联第一反相器,第二电容还连接至第五反馈回路的栅极,构成反相器电路的反馈回路;
第三电容,用于提供内环振荡回路充电、放电,其一端连接第一场效应管的漏极且另一端接地;
所述的第十场效应管、第八场效应管,栅极均连接至第三反相器的输出端,用于输出切换;
所述的第二场效应管、第四场效应管,栅极均连接至第二反相器的输出端,用于充放电切换。
上述方案中,所述的缓冲电路,用于获得两路延时输出,包括
第四反相器,其输入端连接第二反相器的输出端;
第五反相器、第六反相器,构成锁存器,锁存器串联第四反相器;
第七反相器,其输入端连接锁存器输出端;
第一缓冲器,串联第七反相器,输出第一方波脉冲;
第二缓冲器,串联第四反相器,输出第二方波脉冲;
所述的第一场效应管、第三场效应管,栅极均连接至第四反相器的输出端,用于充放电切换。
上述方案中,所述的过冲保护电路,用于过振荡时电源快速泄放,包括
比较器,其高电端连接有参考电压且低电端连接第五场效应管的栅极;
与非门,其输入端口连接比较器的输出端且接收一使能信号;
第十一场效应管,其栅极连接与非门的输出端,漏极连接第一场效应管的漏极且源极接地。
上述方案中,所述的第三场效应管,其源极还连接有第四电容,第四电容还接地。
上述方案中,所述的第二电流源,包括
第一运算放大器、第一PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管;
所述第一运算放大器的正输入端接基准电压,负输入端接第一NMOS管的源极和第二NMOS管的漏极,输出端接第一NMOS管的栅极;
所述第一PMOS管的栅极和漏极接在一起再接第一NMOS管的漏极和第二PMOS管的栅极,源极接电源电压;
所述第一NMOS管的栅极接第一运算放大器的输出端,漏极接第一PMOS管的栅极和漏极和第二PMOS管的栅极,源极接第一运算放大器的负输入端和第二NMOS管的漏极;
所述第二NMOS管的栅极接第二PMOS管的漏极和第三NMOS管的栅极和漏极和第四NMOS管的栅极,漏极接第一NMOS管的源极和第一运算放大器的负输入端,源极接地;
所述第二PMOS管的栅极接第一PMOS管的栅极和漏极和第一NMOS管的漏极,漏极接第二NMOS管的栅极和第三NMOS管的栅极和漏极和第四NMOS管的栅极,源极接电源电压;
所述第三NMOS管的栅极和漏极接在一起再接第二NMOS管的栅极和第二PMOS管的漏极和第四NMOS管的栅极,源极接地;
所述第四NMOS管的栅极接第二NMOS管的栅极和第三NMOS管的栅极和漏极和第二PMOS管的漏极,漏极作为电流输出端IOUT,源极接地。
与现有技术相比,本发明的有益效果:提高了其脉冲发生器的稳定性,在不影响输出特性的前提下,实现了更加平滑的环路振荡充放电过程。
附图说明
图1为本发明脉冲发生器的具体电路图;
图2为本发明电容C3和电容C2的电压变化示意图;
图3为本发明反相器U18和电容C3的电压变化示意图;
图4为本发明电位点A、B、C和D处电压幅值变化示意图;
图5为本发明下拉场效应Q7的漏源极电压变化示意图;
图6为本发明下拉场效应Q7连接电容C4后的漏源极电压变化示意图;
图7为本发明的第一电流源的电路原理图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
下面结合附图对本发明做进一步说明:
实施例1
在图1中,结合图2、图3和图4电压变化,场效应管Q8、Q12等效为二极管,场效应管Q9、Q13作为反馈控制的偏置电压开关,场效应管Q10、Q11构成由场效应管Q9、Q13控制的等效反相器,反相器电路的输出时钟波形为电位点C处时钟波形,电流源电路的输入电源包括电流源I1和电流源I2;基准时钟SCLK可以在电位点A处输入,也可以在场效应管Q5栅极处输入,电路初始条件设置为电位点A为接地电压,场效应管Q5、Q10、Q9处于导通状态,电流源I1对电容C1充电,当电容C1电压升到足以使得场效应管Q10截止,等效反相器发生偏转,电位点D电压从电压VCC变为接地电压,场效应管Q9截止且场效应管Q13导通,场效应管Q4导通,电流源I1被泄放,电流源I2对电容C1进行放电,直到场效应管Q10再次被导通,不断重复这一过程,进而输出振荡方波。由于脉冲发生器中使用电容和电流源,考虑实际使用器件的完美程度,充放电可能存在重叠的窗口,导致回路中可能有较高的尖峰电压值,并且极可能发生在电位点C处,所以设置比较器进行检测,用于及时对尖峰电压放电,还可以进一步设置与非门逻辑电路,使用处理芯片的使能信号进行驱动。
图5和图6,图5中可以明显看出,由于不同电容充放电过程,造成回路电压出现短促峰值,如果在现实应用中,叠加电源的波动,甚至可以将部分场效应管反向击穿,造成回路短路,从而损害器件。图6为增加安全电容C4后的场效应管Q7的漏源极电压变化波形,使得充放电过程更加平滑,没有短时畸变脉冲峰。
实施例2
如图7所示,所述的第一电流源I1包括电阻101、NMOS管102、NMOS管103、NMOS管104、NMOS管105、PMOS管106、PMOS管107和PMOS管108:所述电阻101的一端接地,另一端接所述NMOS管102的源极;所述NMOS管102的栅极接所述NMOS管103的栅极和漏极和所述NMOS管105的源极,漏极接所述NMOS管104的源极,源极接所述电阻101的一端;所述NMOS管103的栅极和漏极接在一起再接所述NMOS管105的源极和所述NMOS管102的栅极,源极接地;所述NMOS管104的栅极接所述PMOS管106的漏极和所述NMOS管105的栅极和漏极,漏极接所述PMOS管106的栅极和所述PMOS管107的栅极和漏极和所述PMOS管108的栅极,源极接所述NMOS管102的漏极;所述NMOS管105的栅极和漏极接在一起再接所述PMOS管106的漏极和所述NMOS管104的栅极,源极接所述NMOS管103的栅极和漏极和所述NMOS管102的栅极;所述PMOS管106的栅极接所述PMOS管107的栅极和漏极和所述PMOS管108的栅极和所述NMOS管104的漏极,漏极接所述NMOS管105的栅极和漏极和所述NMOS管104的栅极,源极接电源电压VCC;所述PMOS管107的栅极和漏极接在一起再接所述PMOS管106的栅极和所述PMOS管108的栅极和所述NMOS管104的漏极,源极接电源电压VCC;所述PMOS管108的栅极接所述PMOS管106的栅极和所述PMOS管107的栅极和漏极和所述NMOS管104的漏极,漏极作为电流输出端IOUT,源极接电源电压VCC。
所述电阻101两端的电压为所述NMOS管103的阈值电压,所述电阻101上的电流为所述NMOS管103的阈值电压除以所述电阻101的电阻值,该电流再通过所述PMOS管107镜像给所述PMOS管106和所述PMOS管108,从所述PMOS管108的漏极输出电流IOUT。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于反相器电路的方波发生器,其特征在于,包括
脉冲发生单元,用于产生具有相对相位差第一方波脉冲和第二方波脉冲,接收基准时钟;
所述的脉冲发生单元,包括用于提供环路充放电的电流源电路、用于切换环路输出的反相器电路和用于提供相位差的缓冲电路,电流源电路和反相器电路构成环路振荡器。
2.根据权利要求1所述的一种基于反相器电路的方波发生器,其特征在于,所述的脉冲发生单元,还包括过冲保护电路,接收反相器电路的输出时钟,并选择地泄放电流源电路的输入电源。
3.根据权利要求2所述的一种基于反相器电路的方波发生器,其特征在于,所述的电流源电路,包括
第一电源;
第一电流源I1,其高电势端连接第一电源;
第一场效应管Q5,其源极连接第一电流源I1的低电势端;
第二场效应管Q4,其源极连接第一电流源I1的低电势端且漏极接地;
第三场效应管Q7,其漏极连接第一场效应管Q5的漏极;
第四场效应管Q6,其源极连接第三场效应管Q7的源极;
第二电源,连接第四场效应管Q6的漏极;
第二电流源I2,其高电势端连接第三场效应管Q7的源极且低电势端接地;
第一电容C2,用于充放电电荷缓冲,其一端连接第一电源且另一端连接第一场效应管Q5的漏极。
4.根据权利要求3所述的一种基于反相器电路的方波发生器,其特征在于,所述的反相器电路,用于形成内环振荡和自反馈电压切换输出,包括
第五场效应管Q10,其栅极连接第一场效应管Q5的漏极;
第六场效应管Q11,其栅极连接第一场效应管Q5的漏极且漏极连接第五场效应管Q10的漏极;
第七场效应管Q12,其栅极、漏极均连接第六场效应管Q11的源极且源极接地;
第八场效应管Q13,用于作为偏置电压开关,其漏极连接第六场效应管Q11的源极且源极接地;
第三电源;
第九场效应管Q8,其栅极、漏极均连接第五场效应管Q10的源极且源极连接第三电源;
第十场效应管Q9,用于作为偏置电压开关,其源极连接第三电源且漏极连接第五场效应管Q10的源极;
第一反相器U15,其输入端连接第五场效应管Q10的漏极;
第二反相器U16、第三反相器U17和第二电容C3,依次串联第一反相器U15,第二电容C3还连接至第五反馈回路Q10的栅极,构成反相器电路的反馈回路;
第三电容C1,用于提供内环振荡回路充电、放电,其一端连接第一场效应管Q5的漏极且另一端接地;
所述的第十场效应管Q9、第八场效应管Q13,栅极均连接至第三反相器U17的输出端,用于输出切换;
所述的第二场效应管Q4、第四场效应管Q6,栅极均连接至第二反相器U16的输出端,用于充放电切换。
5.根据权利要求4所述的一种基于反相器电路的方波发生器,其特征在于,所述的缓冲电路,用于获得两路延时输出,包括
第四反相器U18,其输入端连接第二反相器U16的输出端;
第五反相器U23、第六反相器U24,构成锁存器,锁存器串联第四反相器U18;
第七反相器U21,其输入端连接锁存器输出端;
第一缓冲器U20,串联第七反相器U21,输出第一方波脉冲;
第二缓冲器U19,串联第四反相器U18,输出第二方波脉冲;
所述的第一场效应管Q5、第三场效应管Q7,栅极均连接至第四反相器U18的输出端,用于充放电切换。
6.根据权利要求4所述的一种基于反相器电路的方波发生器,其特征在于,所述的过冲保护电路,用于过振荡时电源快速泄放,包括
比较器U22,其高电端连接有参考电压且低电端连接第五场效应管Q10的栅极;
与非门U25,其输入端口连接比较器U22的输出端且接收一使能信号;
第十一场效应管Q14,其栅极连接与非门U25的输出端,漏极连接第一场效应管Q5的漏极且源极接地。
7.根据权利要求3所述的一种基于反相器电路的方波发生器,其特征在于,所述的第三场效应管Q7,其源极还连接有第四电容C4,第四电容C4还接地。
8.根据权利要求3所述的一种基于反相器电路的方波发生器,其特征在于,所述的第二电流源I2,包括
第一运算放大器、第一PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管;
所述第一运算放大器的正输入端接基准电压VREF,负输入端接第一NMOS管的源极和第二NMOS管的漏极,输出端接第一NMOS管的栅极;
所述第一PMOS管的栅极和漏极接在一起再接第一NMOS管的漏极和第二PMOS管的栅极,源极接电源电压VCC;
所述第一NMOS管的栅极接第一运算放大器的输出端,漏极接第一PMOS管的栅极和漏极和第二PMOS管的栅极,源极接第一运算放大器的负输入端和第二NMOS管的漏极;
所述第二NMOS管的栅极接第二PMOS管的漏极和第三NMOS管的栅极和漏极和第四NMOS管的栅极,漏极接第一NMOS管的源极和第一运算放大器的负输入端,源极接地;
所述第二PMOS管的栅极接第一PMOS管的栅极和漏极和第一NMOS管的漏极,漏极接第二NMOS管的栅极和第三NMOS管的栅极和漏极和第四NMOS管的栅极,源极接电源电压VCC;
所述第三NMOS管的栅极和漏极接在一起再接第二NMOS管的栅极和第二PMOS管的漏极和第四NMOS管的栅极,源极接地;
所述第四NMOS管的栅极接第二NMOS管的栅极和第三NMOS管的栅极和漏极和第二PMOS管的漏极,漏极作为电流输出端IOUT,源极接地。
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CN201610909603.2A CN106357241A (zh) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 一种基于反相器电路的方波发生器 |
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Cited By (3)
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CN108809081A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-11-13 | 周玉芳 | 一种基于mems传感器的开关电路 |
CN108847830A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-11-20 | 庄建平 | 一种基于mems传感器的数字开关 |
CN110912399A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-03-24 | 国网山东省电力公司济南供电公司 | 一种温度传感器时域供电系统 |
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2016
- 2016-10-19 CN CN201610909603.2A patent/CN106357241A/zh not_active Withdrawn
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CN108809081A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-11-13 | 周玉芳 | 一种基于mems传感器的开关电路 |
CN108847830A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-11-20 | 庄建平 | 一种基于mems传感器的数字开关 |
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