CN115589217B - Rc振荡电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种RC振荡电路，其包括第一组反相器、RC充放电电路、延时脉冲发生电路、使能控制器以及第二组反相器；所述RC充放电电路包括第一场效应管、第二场效应管、第一电阻、第一电容、第三场效应管、第四场效应管以及施密特触发器。本发明中的RC振荡电路可以降低RC振荡电路的功耗，同时不需要额外添加任何死态恢复电路。

Description

RC振荡电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种RC振荡电路。

背景技术

RC振荡电路的基本原理即周期性的通过电阻，对电容进行充电或放电，当电容上电压达到一定电平时，通过反馈控制其充电开关断开，并且打开其放电开关，对于一个电容进行充放电，一般通过一个迟滞比较器或者一个施密特触发器进行控制。

当采用施密特触发器时，电容在充放电过程中，其电平上下限是施密特触发器的上下翻转电平，所以在此过程中，施密特触发器的状态一直处于导通的临界区域，那么施密特触发器从电源到地会一直有一个较大的电流，功耗较大。

因此，有必要提供一种新的RC振荡电路来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的RC振荡电路，以解决RC振荡电路采用施密特触发器控制电容充放电导致功耗较大的问题。

本发明提供了一种RC振荡电路，其包括第一组反相器、RC充放电电路、延时脉冲发生电路、使能控制器以及第二组反相器；

所述第一组反相器的输出端连接至所述RC充放电电路的输入端，用于驱动反馈信号并产生反馈信号的二级驱动输出信号；

所述RC充放电电路包括第一场效应管、第二场效应管、第一电阻、第一电容、第三场效应管、第四场效应管以及施密特触发器；

所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极均作为所述RC充放电电路的输入端，分别与所述第一组反相器的输出端连接，所述第二场效应管的漏极与所述第一场效应管的漏极连接，所述第一电阻的第一端连接至所述第一场效应管的漏极，所述第一电阻的第二端连接至所述施密特触发器的输入端，所述第一电容并联至所述第一电阻的第二端和所述第一场效应管的源极之间，所述第三场效应管的栅极与所述延时脉冲发生电路的常低电平输出端连接，所述第三场效应管的源极与所述第一场效应管的源极连接，所述第三场效应管的漏极连接至所述施密特触发器的输入端，所述第四场效应管的栅极与所述延时脉冲发生电路的常高电平输出端连接，所述第四场效应管的源极与所述第二场效应管的源极连接，所述第四场效应管的漏极连接至所述施密特触发器的输入端；

所述RC充放电电路与所述延时脉冲发生电路共同形成反馈振荡环路，所述使能控制器的第一输入端与所述施密特触发器的输出端连接，所述使能控制器的第二输入端连接至使能信号，用于将所述反馈振荡环路实现关闭；

所述延时脉冲发生电路的输入端与所述使能控制器的输出端连接；

所述第二组反相器的输入端与所述使能控制器的输出端连接，所述第二组反相器的输出端用于输出时钟信号。

更优的，所述延时脉冲发生电路包括低电平输出电路和高电平输出电路；所述低电平输出电路和所述高电平输出电路的输入端均作为所述延时脉冲发生电路的输入端，所述低电平输出电路的输出端作为所述延时脉冲发生电路的常低电平输出端，以输出低电平脉冲信号，所述高电平输出电路的输出端用于作为所述延时脉冲发生电路的常高电平输出端，以输出高电平脉冲信号。

更优的，所述低电平输出电路包括第一延时反相器、第二电阻、第二电容、第二延时反相器、第一与非门以及第三延时反相器；

所述第一延时反相器的输入端作为所述低电平输出电路的输入端，所述第二电阻的第一端与所述第一延时反相器的输出端连接，所述第二电阻的第二端连接至所述第二延时反相器，所述第二电容的第一端与所述第二电阻的第二端连接，所述第二电容的第二端接地；

所述第二延时反相器的输出端连接至所述第一与非门的第一输入端，所述第一与非门的第二输入端与所述第一延时反相器的输出端连接，所述第一与非门的输出端连接至所述第三延时反相器的输入端，所述第三延时反相器的输出端作为所述低电平输出电路的输出端。

更优的，所述高电平输出电路包括第四延时反相器以及第二与非门；

所述第四延时反相器的输入端与所述第二延时反相器的输出端连接，所述第四延时反相器的输出端连接至所述第二与非门的第一输入端，所述第二与非门的第二输入端作为所述高电平输出电路的输入端，所述第二与非门的输出端作为所述高电平输出电路的输出端。

更优的，所述第一组反相器包括多个依次串联的第一反相器。

更优的，所述使能控制器为使能与非门；所述使能与非门的第一输入端作为所述使能控制器的第一输入端，所述使能与非门的第二输入端作为所述使能控制器的第二输入端并连接至高电平使能信号，所述使能与非门的输出端作为所述使能控制器的输出端。

更优的，所述使能控制器为使能或非门；所述使能或非门的第一输入端作为所述使能控制器的第一输入端，所述使能或非门的第二输入端作为所述使能控制器的第二输入端并连接至低电平使能信号，所述使能或非门的输出端作为所述使能控制器的输出端。

更优的，所述第二组反相器包括多个依次串联的第二反相器。

更优的，所述第一组反相器包括两个第一反相器，所述第二组反相器包括两个第二反相器。

更优的，所述第一场效应管和所述第三场效应管为PMOS管，所述第二场效应管和所述第四场效应管为NMOS管。

与现有技术相比，本发明的RC振荡电路通过增设第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管，并将施密特触发器作为充放电开关的控制器，从而可以通过第一场效应管至第四场效应管的导通特性配合延时脉冲发生电路和施密特触发器控制RC充放电电路的充电或放点，以使施密特触发器不会一直处于较大的电流状态，进而降低RC振荡电路的功耗，另外，还能使其任意结点被非正常外力拉至非正常电平时，当此外力消失后，该RC振荡电路可自行恢复振荡，不需要额外添加任何死态恢复电路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明实施例提供的第一种RC振荡电路的电路图；

图2为本发明实施例提供的第一种RC振荡电路的时序原理图；

图3为本发明实施例提供的第二种RC振荡电路的电路图。

100、RC振荡电路；1、第一组反相器；2、RC充放电电路；21、施密特触发器；3、延时脉冲发生电路；31、低电平输出电路；311、第一延时反相器；312、第二延时反相器；313、第一与非门；314、第三延时反相器；32、高电平输出电路；321、第四延时反相器；322、第二与非门；4、使能控制器；5、第二组反相器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种RC振荡电路100，结合图1所示，其包括第一组反相器1、RC充放电电路2、延时脉冲发生电路3、使能控制器4以及第二组反相器5。

具体地，第一组反相器1的输出端连接至RC充放电电路2的输入端，用于驱动反馈信号并产生反馈信号的二级驱动输出信号；RC充放电电路2的输入端与第一组反相器1的输出端连接，RC充放电电路2与延时脉冲发生电路3共同形成反馈振荡环路；使能控制器4的第一输入端与RC充放电电路2的输出端连接，使能控制器4的第二输入端连接至使能信号，用于将反馈振荡环路实现关闭；延时脉冲发生电路3的输入端与使能控制器4的输出端连接；第二组反相器5的输入端与使能控制器4的输出端连接，第二组反相器5的输出端用于输出时钟信号。

其中，使能控制器4输出的信号为反馈信号，而第一组反相器1用于驱动反馈信号并产生反馈信号的二级驱动输出信号，即第一组反相器1的输入端与使能控制器4的输出端连接。

本实施例中，第一组反相器1包括多个依次串联的第一反相器，具体为两个。当然，其具体的数量还可以根据使能控制器4输出或反馈的信号的香味进行适应性更改。

串联的多个第一反相器中：第一个反相器的输入端作为第一组反相器1的输入端；最后一个反相器的输出端作为第一组反相器1的输出端。

本实施例中，RC充放电电路2包括第一场效应管MN1、第二场效应管MP1、第一电阻R1、第一电容C1、第三场效应管MN2、第四场效应管MP2以及施密特触发器。

第一场效应管MN1的栅极和第二场效应管MP1的栅极均作为RC充放电电路2的输入端，分别与第一组反相器1的输出端连接，第二场效应管MP1的漏极与第一场效应管MN1的漏极连接，第一电阻R1的第一端连接至第一场效应管MN1的漏极，第一电阻R1的第二端连接至施密特触发器的输入端，第一电容C1并联至第一电阻R1的第二端和第一场效应管MN1的源极之间，第三场效应管MN2的栅极与延时脉冲发生电路3的常低电平输出端连接，第三场效应管MN2的源极与第一场效应管MN1的源极连接，第三场效应管MN2的漏极连接至施密特触发器的输入端，第四场效应管MP2的栅极与延时脉冲发生电路3的常高电平输出端连接，第四场效应管MP2的源极与第二场效应管MP1的源极连接，第四场效应管MP2的漏极连接至施密特触发器的输入端。

第一场效应管MN1和第三场效应管MN2为PMOS管，第二场效应管MP1和第四场效应管MP2为NMOS管。

本实施例中，延时脉冲发生电路3包括低电平输出电路31和高电平输出电路32；低电平输出电路31和高电平输出电路32的输入端均作为延时脉冲发生电路3的输入端，以与使能控制器4的输出端连接，低电平输出电路31的输出端作为延时脉冲发生电路3的常低电平输出端，以输出低电平脉冲信号并与第三场效应管MN2的栅极连接，高电平输出电路32的输出端用于作为延时脉冲发生电路3的常高电平输出端，以输出高电平脉冲信号并与第四场效应管MP2的栅极连接。

本实施例中，低电平输出电路31包括第一延时反相器311、第二电阻R2、第二电容C2、第二延时反相器312、第一与非门313以及第三延时反相器314。

第一延时反相器311的输入端作为低电平输出电路31的输入端，第二电阻R2的第一端与第一延时反相器311的输出端连接，第二电阻R2的第二端连接至第二延时反相器312，第二电容C2的第一端与第二电阻R2的第二端连接，第二电容C2的第二端接地。

第二延时反相器312的输出端连接至第一与非门313的第一输入端，第一与非门313的第二输入端与第一延时反相器311的输出端连接，第一与非门313的输出端连接至第三延时反相器314的输入端，第三延时反相器314的输出端作为低电平输出电路31的输出端，以与第三场效应管MN2的栅极连接。

本实施例中，高电平输出电路32包括第四延时反相器321以及第二与非门322。

第四延时反相器321的输入端与第二延时反相器312的输出端连接，第四延时反相器321的输出端连接至第二与非门322的第一输入端，第二与非门322的第二输入端作为高电平输出电路32的输入端，第二与非门322的输出端作为高电平输出电路32的输出端，以与与第四场效应管MP2的栅极连接。

本实施例中，使能控制器4为使能与非门；使能与非门的第一输入端作为使能控制器4的第一输入端，使能与非门的第二输入端作为使能控制器4的第二输入端并连接至高电平使能信号，使能与非门的输出端作为使能控制器4的输出端，以分别连接至第一组反相器1的输入端、延时脉冲发生电路3的输入端和第二组反相器5的输入端。

使能与非门的主要作用是通过高电平使能信号将反馈振荡环路强制关闭。

本实施例中，第二组反相器5包括多个依次串联的第二反相器，具体为两个。当然，其具体的数量还可以根据输出的时钟信号的相位或连接的负载进行适应性更改。

串联的多个第二反相器中：第一个反相器的输入端作为第二组反相器5的输入端；最后一个反相器的输出端作为第一组反相器5的输出端。

本实施例中，第一组反相器1用于产生使能控制器4输出的反馈信号（FB信号）的二级驱动输出信号（信号A），并输出至RC充放电电路2。

RC充放电电路2用于对信号A进行处理，并将处理后的信号（信号C）输出值使能控制器4；第三场效应管MN2的栅极和第四场效应管MP2的栅极分别用于配合延时脉冲发生电路3的常低电平输出端输出的常低电平信号（信号GN）和常高电平输出端输出的常高电平信号（信号GP）对第一电容C1的电平点（B点）进行处理。

延时脉冲发生电路3用接收FB信号，并分别通过两个输出端为第三场效应管MN2的栅极和第四场效应管MP2的栅极提供信号GN和信号GP。

使能控制器4用于接收信号C，并输出FB信号。

第二组反相器5用于将FB信号经过二级反相驱动，并输出时钟信号（CLK信号）。

本实施例中，延时脉冲发生电路3的工作方式是利用第二电阻R2和第二电容C2的充放电的延时特性，且两个输出端分别为第三场效应管MN2的栅极和第四场效应管MP2的栅极提供信号GN和信号GP。当B点电压放电至施密特触发器的下翻转电压V_SPL时，信号GN则为高电平的脉冲信号；当B点电压充电至施密特触发器的上翻转电压V_SPL时，信号GP则为高电平的脉冲信号。

本实施例中，RC充放电电路2的原理为：当第一电容C1充电时，B点电平升高，到达RC充放电电路2中的施密特触发器的上翻转电压V_SPH时，施密特触发器输出变为低电平，反馈环路中的信号A变高，延时脉冲发生电路3的信号GP为低电平的脉冲信号，将RC充放电电路2中的第二场效应管MP1导通，将B点电平拉至电源电压，后第一电容C1从电源电压开始放电；当放电至施密特触发器的下翻转电压V_SPL时，施密特触发器输出变为低电平，反馈环路中的信号A变低，延时脉冲发生电路3的输出常低电平信号GN为高电平的脉冲信号，将RC充放电电路2中的第一场效应管MN1导通，将B点电平拉至0电压，而后电容从0电压开始充电，循环反复。

本实施例中，第一电阻R1和第一电容C1的充放电的快慢决定了振动频率的大小，充放电的时间对应于输出信号在一个周期内高电平与低电平的占比，并且施密特触发器的翻转点电压也影响着输出信号的频率以及占空比，如上翻转电压V_SPH过高会使充电时间过长，下翻转电压V_SPL较低会使得放电时间边长，故输出CLK信号的振荡信号频率与占空比可以被调节。

本实施例中，如图2所示，当FB信号从高电平变为低电平时，使得在RC充放电电路2信号A以相同相位变化，此时，信号GN为高电平脉冲信号，使得B点电压被拉至低电平，而后由于信号A为低电平，第一场效应管MN1截止而第二场效应管MP1导通，使得第一电容C1开始充电，B点电压从低电平开始升高，当B点电压升高至施密特触发器上翻转电压V_SPH后，施密特触发器的输出C0，FB信号变为高电平，信号A以相同相位变化，此时，信号GP为低电平脉冲信号，使得B点电压被拉至高电平，而后由于信号A为高电平，第三场效应管MN2截止而第四场效应管MP2导通，使得第一电容C1开始放电，B点电压从高电平开始变低。

如图2所示，tdA为第一电容C1的放电时间，tdB为第一电容C1的充电时间，本实施例中，输出CLK信号的占空比为tdA/(tdA+tdB)。

另外，如图3所示，使能控制器4还可以选用使能或非门；使能或非门的第一输入端作为使能控制器4的第一输入端，使能或非门的第二输入端作为使能控制器4的第二输入端并连接至低电平使能信号，使能或非门的输出端作为使能控制器4的输出端。即使能控制器4可以使用使能与非门，也能使用使能或非门，但两组的第二输入端连接的使能信号需要进行适应性更改。

同时，使能控制器4还能在不改变其输出端的情况下，改变其位置，如放至施密特触发器内部。

与现有技术相比，本实施例的RC振荡电路100通过增设第一场效应管MN1、第二场效应管MP1、第三场效应管MN2以及第四场效应管MP2，并将施密特触发器作为充放电开关的控制器，从而可以通过第一场效应管MN1至第四场效应管MP2的导通特性配合延时脉冲发生电路3和施密特触发器控制RC充放电电路2的充电或放点，以使施密特触发器不会一直处于较大的电流状态，进而降低RC振荡电路100的功耗，另外，还能使其任意结点被非正常外力拉至非正常电平时，如强制为高电平或强制为低电平，当此外力消失后，该RC振荡电路100可自行恢复振荡，不需要额外添加任何死态恢复电路。

比如信号FB为低电平，信号A电平为低电平， B点为第一电容C1电压，将会被充电，充电至施密特触发器上翻转电压VSPH时，信号C将会变成低电平，信号GP为低电平脉冲信号，将B点电平拉至高电平，此时FB信号变成了高电平，电路恢复正常工作状态，重新起振；其他结点也可通过同样方法分析。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种RC振荡电路，其特征在于，包括第一组反相器、RC充放电电路、延时脉冲发生电路、使能控制器以及第二组反相器；

所述第一组反相器的输出端连接至所述RC充放电电路的输入端，用于驱动反馈信号并产生反馈信号的二级驱动输出信号；

所述RC充放电电路包括第一场效应管、第二场效应管、第一电阻、第一电容、第三场效应管、第四场效应管以及施密特触发器；

所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极均作为所述RC充放电电路的输入端，分别与所述第一组反相器的输出端连接，所述第二场效应管的漏极与所述第一场效应管的漏极连接，所述第一电阻的第一端连接至所述第一场效应管的漏极，所述第一电阻的第二端连接至所述施密特触发器的输入端，所述第一电容并联至所述第一电阻的第二端和所述第一场效应管的源极之间，所述第三场效应管的栅极与所述延时脉冲发生电路的常低电平输出端连接，所述第三场效应管的源极与所述第一场效应管的源极连接，所述第三场效应管的漏极连接至所述施密特触发器的输入端，所述第四场效应管的栅极与所述延时脉冲发生电路的常高电平输出端连接，所述第四场效应管的源极与所述第二场效应管的源极连接，所述第四场效应管的漏极连接至所述施密特触发器的输入端；

所述RC充放电电路与所述延时脉冲发生电路共同形成反馈振荡环路，所述使能控制器的第一输入端与所述施密特触发器的输出端连接，所述使能控制器的第二输入端连接至使能信号，用于将所述反馈振荡环路实现关闭；

所述延时脉冲发生电路的输入端与所述使能控制器的输出端连接；

所述第二组反相器的输入端与所述使能控制器的输出端连接，所述第二组反相器的输出端用于输出时钟信号。

2.如权利要求1所述的RC振荡电路，其特征在于，所述延时脉冲发生电路包括低电平输出电路和高电平输出电路；所述低电平输出电路和所述高电平输出电路的输入端均作为所述延时脉冲发生电路的输入端，所述低电平输出电路的输出端作为所述延时脉冲发生电路的常低电平输出端，以输出低电平脉冲信号，所述高电平输出电路的输出端用于作为所述延时脉冲发生电路的常高电平输出端，以输出高电平脉冲信号。

3.如权利要求2所述的RC振荡电路，其特征在于，所述低电平输出电路包括第一延时反相器、第二电阻、第二电容、第二延时反相器、第一与非门以及第三延时反相器；

所述第一延时反相器的输入端作为所述低电平输出电路的输入端，所述第二电阻的第一端与所述第一延时反相器的输出端连接，所述第二电阻的第二端连接至所述第二延时反相器，所述第二电容的第一端与所述第二电阻的第二端连接，所述第二电容的第二端接地；

所述第二延时反相器的输出端连接至所述第一与非门的第一输入端，所述第一与非门的第二输入端与所述第一延时反相器的输出端连接，所述第一与非门的输出端连接至所述第三延时反相器的输入端，所述第三延时反相器的输出端作为所述低电平输出电路的输出端。

4.如权利要求3所述的RC振荡电路，其特征在于，所述高电平输出电路包括第四延时反相器以及第二与非门；

所述第四延时反相器的输入端与所述第二延时反相器的输出端连接，所述第四延时反相器的输出端连接至所述第二与非门的第一输入端，所述第二与非门的第二输入端作为所述高电平输出电路的输入端，所述第二与非门的输出端作为所述高电平输出电路的输出端。

5.如权利要求1所述的RC振荡电路，其特征在于，所述第一组反相器包括多个依次串联的第一反相器。

6.如权利要求1所述的RC振荡电路，其特征在于，所述使能控制器为使能与非门；所述使能与非门的第一输入端作为所述使能控制器的第一输入端，所述使能与非门的第二输入端作为所述使能控制器的第二输入端并连接至高电平使能信号，所述使能与非门的输出端作为所述使能控制器的输出端。

7.如权利要求1所述的RC振荡电路，其特征在于，所述使能控制器为使能或非门；所述使能或非门的第一输入端作为所述使能控制器的第一输入端，所述使能或非门的第二输入端作为所述使能控制器的第二输入端并连接至低电平使能信号，所述使能或非门的输出端作为所述使能控制器的输出端。

8.如权利要求5所述的RC振荡电路，其特征在于，所述第二组反相器包括多个依次串联的第二反相器。

9.如权利要求8所述的RC振荡电路，其特征在于，所述第一组反相器包括两个第一反相器，所述第二组反相器包括两个第二反相器。

10.如权利要求1所述的RC振荡电路，其特征在于，所述第一场效应管和所述第三场效应管为PMOS管，所述第二场效应管和所述第四场效应管为NMOS管。

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