CN1604471A - 振荡器电路和包括该振荡器电路的集成电路 - Google Patents

Abstract

振荡器电路包括电容器，并且第一到第四恒流电源和开关连接于电容器。电容器的两端用于充电和放电。一个周期包括四个步骤：电容器的第一终端充电，第二终端放电，第一终端放电和第二终端充电。

Description

振荡器电路和包括该振荡器电路的集成电路

技术领域

本发明涉及一种振荡器电路，尤其涉及一种利用电容器充电和放电的振荡器电路和一种包括该振荡器电路的集成电路。

背景技术

公开号为10-233657的日本未审专利申请披露了一种利用电容器充电和放电的CR(电容器-电阻器)振荡器电路。该振荡器电路包括电容器和比较器，其中比较器的一个输入端具有参考电压，而另一个输入端具有通过对电容器进行充电和放电所产生的电压，并且比较器输出作为振荡信号的比较结果。在这个电路中，参考电压根据所产生的振荡信号在低参考电压和高参考电压之间转换。电容器的充电和放电也是根据这个振荡信号来进行操作的。

在上述的CR振荡器电路中，振荡周期只由电容器进行充电和放电的一个输入端的条件决定。为了使这个振荡器电路具有较长的振荡周期，需要高电容的电容器。然而，这种电容要占用较大的面积，从而将导致芯片成本增加的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可以产生较长周期的振荡信号而不需增加电容器容量的振荡器电路和一种包括该振荡器电路的集成电路。

根据本发明的振荡器电路的特征在于振荡信号是由电容器通过每个终端独立地进行充电和放电产生。

在本发明中，两端的电压差是由电容器通过每个终端进行充电和放电产生的。例如，向一个终端施加恒定电流，从而升高了该终端的电压，使得该终端的电压高于另一端的电压并且增大两端之间的电压差。然后，向另一端施加恒定电流，从而降低了另一端和该终端之间的电压差。类似地，向一个终端施加恒定电流，降低该终端的电压，使得该终端的电压低于另一端的电压并且增大两端之间的电压差。然后，向另一端施加恒定电流，从而降低了另一端和该终端之间的电压差。与将电容的一个终端的电压固定并通过充电或放电来升高或降低另一端的电压的情况相比而言，连续的组合这些操作能够产生长周期的振荡信号。

根据本发明的集成电路包括用于驱动负载的驱动电路和用于控制驱动电路的控制电路。控制电路具有通过每个终端对电容器进行充电或放电而产生振荡信号的振荡器电路。控制电路根据振荡信号在给定周期内监视负载上的电流，并根据监视结果控制驱动电路。在本发明中，在给定的周期内根据振荡器电路产生的振荡信号监视诸如车辆的车灯或马达此类的负载上的电流，该振荡器电路具有可在每个终端进行充电和放电的电容器。因此，能够缩小或去除像分频器这样的电路，甚至在使用小电容的电容器的情况下也能够使振荡信号的周期延长。

如上所述，本发明能够在不增加电容器的电容的情况下产生较长的振荡周期。

通过下文中的详细说明和附图，将会更充分地理解本发明的上述及其他目的、特征和优点，附图只是以示例的方式给出，因此不能认为是对本发明的限定。

附图说明

图1是示出根据本发明的特定具体实施例的振荡器电路的电路图。

图2是示出根据本发明的特定具体实施例的振荡器电路的波形的波形图。

图3是示出一种根据本发明的特定具体实施例的包括振荡器电路的系统的框图。

图4是示出图3的诊断逻辑和输入逻辑的每个实例的电路图。

图5是示出有关图3和4中的系统操作的波形的曲线图。

图6是示出有关图3和4中的系统操作的其他波形的曲线图。

具体实施方式

为了说明本发明的上述及其他目的、特征和优点，下面将参考附图来详细地说明本发明的具体实施例。

图1示出了本发明的一个具体实施例。

图1是说明根据本发明的特定具体实施例的振荡器电路100的电路图。在振荡器电路100中，电容器3的一个(第一)终端A连接于第一比较器1的一个输入端。第一比较器1的输出被表示为输出信号OUT(振荡信号)。电容器3的另一个(第二)终端B连接于第二比较器2的一个输入端。输出信号OUT被提供给(第三和第四)开关4和5。

开关4例如由反相器和p-MOS晶体管组成。输出信号OUT提供给反相器，而反相器的输出提供给p-MOS晶体管。开关5例如由反相器和n-MOS晶体管组成。输出信号OUT提供给反相器，而此反相器的输出提供给n-MOS晶体管。开关4和5的一个终端都连接于电容器3的第二终端B，即节点B。开关4和5的另一个终端分别连接于(第二和第四)电流源8和9。电流源8连接于第一电源(例如Vcc电源)并提供恒定电流Ir3；另一方面，电流源9连接于第二电源(例如，接地)并且提供恒定电流Ir4。当输出信号OUT的逻辑电平为高时，开关4处于导通状态。当输出信号OUT的逻辑电平为低时，开关5处于导通状态。开关4可以是并联在节点B和电流源8之间的p-MOS晶体管和n-MOS晶体管的传输门。同样，开关5可以是并联在节点B和电流源9之间的p-MOS晶体管和n-MOS晶体管的传输门。

比较器2的输出被作为控制信号提供给(第一和第二)开关6和7。当比较器2的输出为低电平时，开关6处于导通状态，其例如由p-MOS晶体管组成。当比较器2的输出为高电平时，开关7处于导通状态，其例如由n-MOS晶体管组成。开关6和7的一个终端都连接于电容器3的第一终端，即节点A。开关6和7的另一个终端分别连接于(第一和第二)电流源10和11。电流源10连接于第一电源(例如，Vcc电源)，并提供恒定电流Ir1。电流源11连接于第二电源(例如，接地)，并提供恒定电流Ir2。如开关4和5那样，可以按照p-MOS晶体管和n-MOS晶体管的传输门来布置开关6和7中的每一个。

如果连接电容器3的第一终端A的第一开关6和恒流电源10组成第一电路，那么开关7和恒流电源11组成第二电路，连接电容器3的第二终端B的开关4和恒流电源8组成第三电路，以及开关5和恒流电源9组成第四电路，第一到第四中的至少一个电路例如可由电阻器，或者开关和电阻器组成。

比较器1和2的另一端都连接于节点C。节点C通过开关12和13连接于参考电压发电机14。开关12连接在参考电压发电机14的高参考电压端和节点C之间。开关12例如由传输门组成，并且在比较器2的逻辑输出电平为低时处于导通状态。开关13连接在参考电压发电机14的低参考电压端和节点C之间。开关13例如由传输门组成，并在比较器2的逻辑输出电平为高时处于导通状态。参考电压发电机14是一个恒定电压源，其产生高参考电压VH和低参考电压VL。

总而言之，根据该具体实施例的振荡器电路100包括电容器3、比较器1和充电/放电电路。如上所述，比较器1根据电容器3的第一终端A的电压和高参考电压VH或低参考电压VL之间的比较结果来输出振荡信号OUT。充电/放电电路控制电容器3通过每个终端的充电和放电。在该具体实施例中，充电/放电电路包括比较器2、第一充电/放电电路、第二充电/放电电路和参考电压输出电路。其中第一充电/放电电路包括开关6、7和恒流电源10、11，第二充电/放电电路包括开关4、5和恒流电源8、9，而参考电压输出电路包括参考电压发电机14和开关12、13。比较器2作为控制电路控制电容器3通过第一充电/放电电路的充电和放电。比较器1作为控制电容器3通过第二充电/放电电路的充电和放电的控制电路。

接下来，将参考附图2来说明图1的振荡器电路100的操作。

在t0到t2期间，输出信号OUT和比较器2的输出都为低电平。因此，产生下列状态：开关6导通，开关7和开关4断开，和开关5导通。根据电源10提供的电流Ir1和电容器3的时间常数，节点A的电压电平升高。节点B的电压接地。此时开关12处于导通状态，而开关13处于断开状态，因此节点C具有高参考电压VH。请注意，电流源8到11提供的电流值被假定为相同。

电容器3的终端之间的电压差增大，因此t0到t2之间的时间周期是充电(第一充电)的时间周期。

在t2，节点A的电压达到VH，这使得输出信号OUT变为高电平。由于这个变化，使得开关5断开而开关4导通。在该变化期间，开关4和5都处于断路状态，从而事实上导致了节点B的瞬间浮动状态。因此，节点A变得不依赖于时间常数，以致节点A的电压瞬间从VH升高到Vcc。而且，例如由于耦合效应，节点B的电压也升高到VL。于是，节点B的电压升高。

电容器3的终端之间的电压差降低，因此t2到t3之间的时间周期是放电(第一放电)的时间周期。

在t3，节点B的电压超过VH，这使得比较器2的输出从低电平变为高电平。由于这个变化，使得开关6断开而开关7导通。在该变化期间，发生开关6和7都处于断开状态的瞬态。在该状态中，节点A变得浮动，以致节点B的电压变得不依赖于时间常数，并且节点B被瞬间充电到Vcc。通过升高到Vcc的节点B的电压的耦合效应，节点A的电压短暂地超过Vcc。于是，开关7导通，而开关6断开，这使得节点A的电压根据时间常数逐渐地降低。另一方面，通过上述变化，即比较器2的输出变为高，断开了开关12并导通了开关13。因此，节点C的电平转为VL。

电容器3的终端之间的电压差增加，因此t3到t4之间的时间周期是充电(第二充电)的时间周期。

在t4，节点A的电压达到VL。于是，比较器1的输出从高变为低。因此，开关5导通，而开关4断开。在该变化期间，节点B发生浮动的状态，节点A的电压从VL降到地电压。该电压的降低例如导致节点B的电压从Vcc斜坡地下降到VH。于是，根据时间常数，节点B的电压逐渐地降低。

电容器3的终端之间的电压差降低，因此t4到t5之间的时间周期是放电(第二放电)的时间周期。

在t5，节点B的电压达到VL，比较器2的输出变为低电平。根据比较器2的输出的这个变化，开关6导通而开关7断开。在开关6和7的转换期间，发生节点A的浮动状态，这使得节点B的电压从VL降低到地电压。因此，由于耦合效应，节点A的电压降低到接地电平之下。

如上所述，在本发明中，在通过一个终端(节点A)使用电流Ir1对电容器3进行充电(t0-t2)之后，通过另一个终端(节点B)利用电流Ir3进行放电(在t2-t3期间)，然后，在通过一个终端使用Ir2对电容器3进行充电之后，通过另一终端使用电流Ir4进行放电(t4-t5期间)。

因此，常规电容器的一个终端接地，而仅使用另外一端用于充电和放电，而本发明使用电容器3的两端用于放电和充电。因此，本发明能够产生比常规技术更长的振荡周期。

另外，如果不得不使用先有技术的结构来获得较长的周期，那么应将提供给电容器的电流减少。在这种情况下，该结构容易受噪音的影响，由于漏耗使提供的电流变化的原因，其难于获得恒定的周期。

图3是示出一种包括本发明的振荡器电路100的系统的实例的电路图。由该具体实施例说明的系统被嵌入在汽车中。系统200由包括上述振荡器电路100的控制单元201、电池221、车底盘222、灯223等组成。

如图3所示，控制单元201连接于电池221和车底盘222。控制单元201包括根据控制信号(未示出)控制系统的微型计算机202、将电池221提供的12V电力转换为微型计算机202使用的电源的电压调整电路203和具有控制功能的动力装置，即IPD(智能动力装置)204。动力装置204例如包括输入逻辑211和驱动电路212和功率MOSFET 213。微型计算机202向输入逻辑211提供用于驱动车灯223的车灯控制信号，驱动电路212根据该车灯控制信号产生车灯控制信号，而功率MOSFET 213根据车灯控制信号驱动车灯223。动力装置204还包括诊断逻辑214。向该诊断逻辑214提供MOSFET 213的输出和车灯控制信号，并输出表示车灯223异常的诊断信号。诊断逻辑214还包括本发明的振荡器电路100。例如，动力装置204被并入集成电路片中。

图4示出图3的诊断逻辑214和输入逻辑211的实例。诊断逻辑214包括长周期信号发生器101，该长周期信号发生器101根据该具体实施例的振荡器电路100的输出产生长周期信号。由于易于缩短振荡周期，因此没必要使用长周期发生器101。例如，简单地分别增加图1所示的恒流电源10、11、8、9的电流值Ir1、Ir2、Ir3、Ir4，可以缩短振荡周期。诊断逻辑214还包括屏蔽信号发生器电路102。该屏蔽信号发生器电路102在点着车灯223之后根据长周期信号和微型计算机202提供的车灯控制信号α1产生长达几百微妙至几毫秒的有效电平屏蔽信号α3(见图5)。在图5中，用于由a1标识的车灯控制信号和由a3标识的屏蔽信号的纵轴表示电压值，而用于由a2标识的车灯电流的纵轴表示电流值。

诊断逻辑214还包括屏蔽电路103和诊断电路104。向该屏蔽电路103提供屏蔽信号α3和车灯223的电流α2，诊断电路104用于确定屏蔽电路103的输出是否异常。屏蔽电路103在T0到T1的ΔT时间差期间根据屏蔽信号a3产生其中屏蔽了车灯电流α2的电流α4，并将电流α4提供给诊断电路104。当在T0施加电流时，在车灯223中使用的车灯电流α2发生浪涌。为了防止微型计算机202将浪涌电流作为错误检测，屏蔽电路103屏蔽电流α2直到确定电流正常的时刻T1。因此，在T1之前，诊断电路104接收被屏蔽以被确定为正常电流的屏蔽电流，而在T1之后，接收输出端上的没有被屏蔽的实际车灯电流α2。

诊断逻辑214包括短周期信号发生器105，其根据该具体实施例的振荡器电路100的输出产生几十毫秒的短周期信号。如上所述，由于该具体实施例的振荡器电路100能够产生长周期的振荡信号，因此缩小或去除像分频器这样的短周期信号发生器105是可能的。例如当在T1到T2期间，其检测到异常电流时，诊断电路104例如向微型计算机202提供指示异常的高电平信号。

输入逻辑211包括“与”门21。向该“与”门提供来自于微型计算机202的控制信号(其在该具体实施例中为车灯控制信号)和由反相器22反相的反相信号，该反相信号是来自于诊断电路104的指示异常的信号。当诸如车灯223此类的负载被驱动时，来自微型计算机202的控制信号变为有效，例如高，反之变为低。因此，当微型计算机202驱动车灯223时，向“与”门21提供高电平的车灯控制信号α1和由反相器22反相的高电平信号。反相器22的输入端是指示屏蔽电路103的输出(电流α4)正常的诊断电路104的输出端。此时，“与”门21输出高电平。另一方面，由于诊断电路104的输出为低电平，因此“与”门23的输出β1仍然保持在低电平。

其次，当诊断电路104的输出指示异常时，反相器22的输出变为低电平，使得“与”门21的输出被固定为低电平。此时，虽然车灯控制信号α1处于高电平，“与”门23的输出β1变为具有例如大约几十毫秒的周期的脉冲信号(见图6)，该脉冲信号是来自于短周期信号发生器105的短周期信号的响应。“或”门24输出“与”门21和23的输出的逻辑或。换句话说，当微型计算机202驱动负载时，也就是车灯控制信号α1处于高电平以及在负载中发生短路时(诊断电路104的输出为高电平)，输入逻辑211输出短周期振荡信号。根据周期性的低脉冲信号β1驱动功率MOSFET 213，并且在诊断电路104中周期性地监视由功率MOSFET 213的输出端和底盘222之间的短路所引起的过电流。微型计算机202在预定时间内保持短周期自振荡的操作。也就是说，当在预定时间内检测到指示异常的信号β2时(见图6)，微型计算机202通过将车灯控制信号的电平变换为低电平来关闭动力装置204的操作。另一方面，如果在预定时间内排除了短路状态，那么诊断电路104的输出保持在指示正常状态的低电平，这导致“与”门21的输出回应微型计算机202的输出，并且“与”门23的输出强制为低电平。因此，根据该具体实施例的系统200，即使发生瞬时短路，车灯控制信号的α1的状态能够保持用于驱动动力装置204，由于有被驱动的动力装置204，因此可以忽视瞬时短路状态。

正如像常规振荡器电路一样，如果减少提供给电容器3的电流使振荡周期变长，那么由于噪音的原因，将难于获得恒定的周期。相对而言，该具体实施例的振荡器电路100能够控制电容器3的两个终端的电压。因此，与控制相同电容器的一端的电压的常规振荡器电路相比，振荡器电路100可以产生较长的振荡周期。因此，能够缩小或去除用于产生检测车灯223中的短路的短周期信号的短周期发生器105。

应注意，本发明不受上述具体实施例的限制，在本发明的范围内改变各个具体实施例的可能性是明显的。例如，虽然在上述具体实施例中，比较器1的输出OUT被用作振荡信号，但是可以使用比较器2的输出来代替。而且，在上述具体实施例中，过电流的出现是由于车灯引起的，由微型计算机控制的负载并不限于车灯，还可以是发动机等，这是由于发动机和车灯可以代表类似于图5的电流变化。另外，不只是在车灯中发生短路状态，而且在其他负载，如发动机中也同样会发生短路状态，因此很显然，本发明的结构可以应用于并联的其他任何负载中。

因此，通过本发明的描述，可以多种方式来改变本发明的具体实施例是明显的。这种变化不应被认为是脱离了本发明的精神和范围，对于本领域熟练的技术人员来说，所有这样的修改都应包括在随后的权利要求书的范围内。

Claims (19)

1、一种振荡器电路，其通过在电容器的两端对电容器进行充电和放电而产生振荡信号。

2、一种振荡器电路，包括：

包括第一终端和第二终端的电容器；

振荡信号发生器电路，根据在第一终端和第二终端中选择的一个终端上的电压产生振荡信号；和

充电/放电电路，能够通过电容器的两个终端对电容器进行充电和放电。

3、根据权利要求2所述的振荡器电路，其中充电/放电电路通过执行其中电容器通过第一终端充电的第一充电、第一充电之后的其中电容器通过第二终端放电的第一放电、第一放电之后的其中电容器通过第一终端充电的第二充电，和第二充电之后的其中电容器通过第二终端放电的第二放电来产生一个周期的振荡信号。

4、根据权利要求3所述的振荡器电路，其中充电/放电电路包括：第一、第二、第三和第四恒流电源，并且使用第一恒流电源执行第一充电，使用第二恒流电源执行第一放电，使用第三恒流电源执行第二充电，以及使用第四恒流电源执行第二放电。

5、根据权利要求4所述的振荡器电路，还包括：

连接于电容器的第一终端的第一和第二开关；

连接于电容器的第二终端的第三和第四开关；

其中，第一恒流电源连接在第一开关和第一电源之间，第二恒流电源连接在第三开关和第一电源之间，第三恒流电源连接在第二开关和第二电源之间，以及第四恒流电源连接在第四开关和第二电源之间。

6、根据权利要求2所述的振荡器电路，其中振荡器信号发生器电路是第一比较器，其根据从第一终端和第二终端中选择出的一个终端的电压与参考电压相比较的结果来输出振荡信号，以及

充电/放电电路独立地控制第一终端和第二终端的每个电压。

7、根据权利要求6所述的振荡器电路，其中在控制电容器的第一和第二终端之一的电压的同时，充电/放电电路保持电容器的第一终端和第二终端中的另一终端的电压。

8、根据权利要求2所述的振荡器电路，其中

充电/放电电路通过升高第一终端的电压来执行电容器的第一充电，通过升高第二终端的电压来执行电容器的第一放电，通过降低第一终端的电压来执行电容器的第二充电，和通过降低第二终端的电压来执行电容器的第二放电，以及

振荡器信号发生器电路通过第一充电、第一放电、第二充电、第二放电来产生一个周期的振荡信号。

9、根据权利要求2所述的振荡器电路，其中充电/放电电路包括：

第一充电/放电电路，连接于电容器的第一终端，能够对电容器进行充电/放电；

第二充电/放电电路，连接于电容器的第二终端，能够对电容器进行充电/放电；以及

控制电路，通过第一和第二充电/放电电路控制充电/放电。

10、根据权利要求9所述的振荡器电路，其中第一充电/放电电路包括：

第一电路，连接在第一终端和第一电源之间，

第二电路，连接在第一终端和第二电源之间，

第三电路，连接在第二终端和第一电源之间，

第四电路，连接在第二终端和第二电源之间。

11、根据权利要求10所述的振荡器电路，其中第一到第四电路中的至少一个电路包括串联的电流源和开关。

12、根据权利要求6所述的振荡器电路，其中充电/放电电路包括：

第一充电/放电电路，连接于电容器的第一终端，能够对电容器进行充电/放电；

第二充电/放电电路，连接于电容器的第二终端，能够对电容器进行充电/放电；以及

第二比较器，根据第二终端的电压和参考电压相比较的结果，通过第一充电/放电电路控制充电/放电，

其中，第一比较器根据第一终端的电压和参考电压相比较的结果输出振荡信号，并根据振荡信号，通过第二充电/放电电路控制充电和放电。

13、根据权利要求12所述的振荡器电路，其中第一比较器根据第一终端的电压和参考电压相比较的结果输出第一振荡信号，以及第二比较器根据第二终端的电压和参考电压相比较的结果输出第二振荡信号。

14、根据权利要求12所述的振荡器电路，包括参考电压输出电路，其根据从第一比较器和第二比较器中选出的一个比较器的输出来输出作为参考电压的第一参考电压和第二参考电压。

15、根据权利要求12所述的振荡器电路，其中第一放电/充电电路根据第二比较器的输出将第一终端连接到从第一电源和第二电源中选出的一个电源上，以及第二充电/放电电路根据第一比较器的输出将第二终端连接到从第一电源和第二电源中选出的一个电源上。

16、根据权利要求15所述的振荡器电路，其中：

第一比较器通过电容器的第一充电、第一放电、第二充电和第二放电来输出一个周期的振荡信号，

通过将第二终端连接到第二电源并将第一终端的连接从第二电源切换到第一电源来执行第一充电，

通过将第一终端连接到第一电源并将第二终端的连接从第二电源切换到第一电源来执行第一放电，

通过将第二终端连接到第一电源并将第一终端的连接从第一电源切换到第二电源来执行第二充电，以及

通过将第一终端连接到第二电源并将第二终端的连接从第一电源切换到第二电原来执行第二放电。

17、根据权利要求12所述的振荡器电路，其中

第一充电/放电电路包括连接于第一电源的第一恒流电源和连接于第二电源的第三恒流电源，

第二充电/放电电路包括连接于第一电源的第二恒流电源和连接于第二电源的第四恒流电源，

第一充电/放电电路根据第二比较器的输出将第一终端连接于从第一和第三恒流电源选出的一个电流源，以及

第二充电/放电电路根据振荡信号将第二终端连接于从第二和第四恒流电源选出的一个电流源。

18、一种集成电路，包括：

驱动电路，其驱动负载；以及

控制电路，其控制驱动电路，控制电路包括：振荡器电路，其通过电容器的两端对电容器进行充电和放电来产生振荡信号，并根据振荡信号在周期中监视负载上的电流，以及根据监视结果控制驱动电路。

19、根据权利要求18所述的集成电路，其中控制电路根据振荡信号在预定的时间周期期间产生用于掩蔽负载上的电流的控制信号，并通过控制信号控制驱动电路。

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