CN1835398B - 振荡电路及振荡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过使电容器充放电进行振荡的振荡电路及振荡控制方法，其目的是提供一种构成简单，能够得到相互同步的多个振荡输出的振荡电路及振荡控制方法。本发明是通过使电容器(17、122)充放电进行振荡的振荡电路，其特征在于，具有通过使第1电容器(17)充放电输出第1振荡输出的第1振荡装置(101)，和具有通过使第2电容器(122)充放电输出第2振荡输出的第2振荡装置(102)；第2振荡装置(102)具有检测出第1振荡输出和第2振荡输出的相位差的相位差检测电路(114、118)，还具有对应用相位差检测电路(114、118)检测出的相位差控制第2电容器(112)的充放电电流、从而使第2振荡输出和第1振荡输出同步的充放电电流控制电路(119、120)。

Description

振荡电路及振荡控制方法 

技术领域

本发明涉及振荡电路以及振荡控制方法，特别涉及通过使电容器充放电进行振荡的振荡电路及振荡控制方法。 

背景技术

在DC-DC变换器等电源电路中，通过PWM控制进行电压控制。此时，利用三角波产生电路生成三角波，而后，比较检测电压和三角波，通过对应其大小关系反转输出，产生PWM用的脉冲。 

图4表示以往的三角波产生电路一例的电路构成图。 

以往的三角波产生电路1由比较器11、12、锁闩电路13、基准电压源14、15、充放电电路16、电容器17构成。 

比较器11的反转输入端口与基准电压源14连接，从基准电压源14施加基准电压V REF1。比较器11的非反转输入端口，与输出端口Tout连接，从输出端口Tout提供输出三角波。比较器11在输出三角波比基准电压V REF1小时，输出低电平；在输出三角波比基准电压V REF1大时，输出高电平。比较器11的输出作为锁闩电路13的复位输入。 

另外，比较器12的非反转输入端口与基准电压源15相连接，从基准电压源15施加基准电压V REF2。比较器12的反转输入端口与输出端口Tout相连接，从输出端口Tout提供输出三角波。比较器12在输出三角波比基准电压VREF2小时，输出高电平；在输出三角波比基准电压V REF2大时，输出低电平。比较器12的输出作为锁闩电路13的置位输入。 

锁闩电路13由RS锁存器构成，在比较器11的输出从高电平转换到低电平时，输出低电平，在比较器12的输出从高电平转换到低电平时，输出高电平。锁闩电路13的输出提供到充放电电路16上。 

充放电电路16由晶体管M1-M6、定电流源21构成。晶体管M1、M2构成了电流镜像电路，晶体管M2具有晶体管M1的4倍的电流提供能力， 并将流入定电流源21的电流I的4倍的电流4I提供到晶体管M3的源极。晶体管M3的漏极与电容器17的一端相连接，锁闩电路13的输出为高电平时导通，从晶体管M2供给的电流4I提供到电容器17的一端，为电容器17充电。此外，电容器17的另一端接地。 

晶体管M1、M4也同样构成了电流镜像电路，晶体管M4具有晶体管M1的2倍的电流提供能力，并将流入定电流源21的电流I的2倍的电流2I提供到由晶体管M5、M6构成的电流镜像电路上。 

晶体管M5、M6，从电容器17的一端输入与流入晶体管M4中的电流2I相对应的电流，以电流2I使电容器17放电。电容器C17在晶体管M3导通时以电流2I进行充电，在晶体管M3关断时以电流2I进行放电。 

图5表示以前的三角波产生电路的一个例子的工作波形图。图5(A)表示从输出端口Tout输出的三角波；图5(B)表示比较器11的输出；图5(C)表示比较器12的输出；图5(D)表示锁闩电路13的输出。 

在t0时刻，三角波比基准电压V REF1大，比较器11的输出为高电平。 

在t1时刻，三角波比基准电压V REF2大时，比较器12的输出从高电平变成低电平后，锁闩电路13锁存该时候的比较器11的输出，输出高电平。通过锁闩电路的输出成为高电平，晶体管M3关断，电容器17以电流2I放电，三角波下降。 

在t2时刻，电容器17放电，三角波比基准电压V REF1小时，比较器11的输出从高电平变成低电平。比较器11的输出从高电平变成低电平后，使锁闩电路13复位，锁闩电路13的输出成为低电平，晶体管M3导通，电容器17以电流2I充电，三角波上升。 

反复上述的操作，就形成了三角波。 

发明内容

近年来，正要求DC-DC变换器产生多个不同的电压的性能。为了用简单的结构实现这样的性能，在DC-DC变换器中有必要形成互相同步而频率不同的多个三角波。然而，在以前的三角波发生电路中，由于电容器或对其进行充电的充电电流的分散等原因，使三角波同步非常困难。 

本发明就是鉴于上述原因提出的，其目的是提供一种构成简单、能够得 到相互同步的多个振荡输出的振荡电路及振荡控制方法。 

本发明是通过使电容器17、122充放电进行振荡的振荡电路，其特征在于，具有通过使第1电容器17充放电输出第1振荡输出的第1振荡装置101，和通过使第2电容器122充放电输出第2振荡输出的第2振荡装置102；第2振荡装置102具有检测第1振荡输出和第2振荡输出的相位差的相位差检测电路114、118，和对应用相位差检测电路114～118检测出的相位差控制第2电容器112的充放电电流、从而使第2振荡输出和第1振荡输出同步的充放电电流控制电路119、120。 

本发明的特征还在于，相位差检测电路114-118具有输出与第1振荡输出的充放电定时信号和第2振荡输出的充放电定时信号的相位差相对应的信号的相位差比较器115、116；使相位差比较器115、116的输出信号平滑的平滑电路117、118，充放电电流控制装置119、120对应平滑电路的117、118的输出来控制电容器122的充放电电流。 

本发明的特征还在于，充放电电流控制装置119、120具有可变电流源，它输出与相位差检测电路114-118的输出相对应的电流。 

此外，上述参考符号只是参考，它并不限定权利要求的范围。 

根据本发明，通过检测通过第1电容器的充放电进行振荡的第1振荡装置和通过第2电容器的充放电进行振荡的第2振荡装置的充放电定时的相位差，对应检测出的相位差控制第2电容器的充放电电流，使第2振荡装置的振荡输出和第1振荡装置的振荡输出同步，可以得到构成简单、相互同步的多个振荡输出。 

附图说明

图1是本发明的一个实施例的电路构成图； 

图2是相位比较器115的工作说明图； 

图3是本发明的一个实施例的工作波形图； 

图4是以往例的电路构成图； 

图5是以往例的工作波形图。 

100：三角波产生电路；101：第1三角波产生部；102第2三角波产生部；11、12、111、112：比较器；13、113：锁闩电路；14、15：基准电压源； 16、121：充放电电路，17、122：电容器；114：D触发器；115、116：相位比较器；117、118：平滑电路；119、120：可变电流源 

具体实施方式

[构成] 

图1表示本发明的一个实施例的电路构成图。在该图中，与图4相同的构成部分赋予相同的符号，该说明被省略。 

在本实施例中作为振荡电路的一个实施例对三角波产生电路进行说明。本实施例的三角波产生电路100是由第1三角波产生部101及第2三角波产生部102构成的。此外，第1三角波产生部101与图4所表示的三角波产生电路10的构成相同。 

第2三角波产生部102是产生与第1三角波产生部101产生的三角波同步、且具有2^n倍频率的三角波的电路，包含比较器111、112、锁闩电路113、D触发器114、相位比较器115、116、平滑电路117、118、可变电流源119、120、充放电电路121、比较器122构成。 

比较器111的反转输入端口与构成第1三角波产生部101的基准电压源14相连接，从基准电压源14施加基准电压V REF1。比较器111的非反转输入端口与第2三角波产生部102的输出端口Tout2相连接，从输出端口Tout2提供输出三角波。如果从输出端口Tout2输出的三角波比基准电压V REF1大时，比较器111输出高电平；如果从输出端口Tout2输出的三角波比基准电压VREF1小时，输出低电平。比较器111的输出作为复位输入提供给锁闩电路113。 

比较器112的反转输入端口与第2三角波产生部102的输出端口Tout2相连接，从输出端口Tout2提供输出三角波。比较器111的非反转输入端口与构成第1三角波产生部101的基准电压源15相连接，从基准电压源15施加基准电压V REF2。如果从输出端口Tout2输出的三角波比基准电压VREF2大时，比较器112输出低电平；如果从输出端口Tout2输出的三角波比基准电压VREF2小时，输出高电平。比较器112的输出作为置位输入提供给锁闩电路113。 

锁闩电路113由RS锁存器构成，利用比较器111的输出的下降，把输出复位为低电平，利用比较器112的输出下降，把输出设置为高电平。锁闩电路113的输出，在作为时钟输入提供到D触发器114上的同时，作为充放电控制信号提供到充放电电路121上。 

D触发器114的数据输入与D触发器114的反转输出相连接。D触发器114与锁闩电路113的输出相对应反转输出。D触发器114的非反转输出，作为相位比较器115的输入FIN及相位比较器116的输入VOSIN，提供到相位比较器115上。而且，作为相位比较器115的输入VOSIN、及相位比较器116的输入FIN，供给构成第1三角波产生部101的锁闩电路13的输出。 

相位比较器115输出具有与输入FIN和输入VOSIN的相位差相对应的脉冲宽度的脉冲。 

图2是相位比较器115的工作说明图。 

相位比较器115，在输入FIN从低电平上升到高电平时，在输入VOSIN是低电平时，输出为高电平。而且相位比较器115，在输入FIN为高电平时，在输入VOSIN从低电平上升到高电平时，使输出状态成为高阻抗的ZH状态。 

进而，相位比较器115，在输入FIN是低电平时，在输入VOSIN从低电平上升到高电平时，使输出成为低电平。另外，相位比较器115，在输入FIN从低电平上升到高电平时，在输入VOSIN为高电平时，使输出状态成为高阻抗的ZH状态。此外，因为相位比较器116和相位比较器115进行同样的动作，所以省略其说明。 

相位比较器115的输出脉冲被提供到平滑电路117上。相位比较器116的输出脉冲被提供到平滑电路118上。 

平滑电路117以电源电压VDD为基准，平滑相位比较器115的输出。平滑电路117的输出提供到可变电流源119上。平滑电路118以接地电平为基准，平滑相位比较器116的输出。平滑电路118的输出提供到可变电流源120上。 

可变电流源119，根据平滑电路117的输出使输出电流变化，提供到充放电电路121上。充放电电路121根据可变电流源119的输出电流，控制电容器122的放电电流。 

可变电流源120，根据平滑电路118的输出使输出电流变化，提供到充放电电路121上。充放电电路121根据可变电流源120的输出电流，控制电容器的充电电流。 

充放电电路121，由晶体管M11-M16构成，使电容器122充放电，来生成三角波。晶体管M11，由P沟道MOS场效应晶体管构成，漏极与输出端口Tout2相连接，源极与晶体管M13的漏极相连接，锁闩电路113的输出提供到门电路上，利用锁闩电路113的输出来使门电路开关，控制电容器112的充电定时。 

晶体管M12，由n沟道MOS场效应晶体管构成，漏极与输出端口Tout2相连接，源极与晶体管M16的漏极相连接，锁闩电路113的输出提供到门电路上，利用锁闩电路113的输出来使门电路开关，控制电容器122的放电定时。 

晶体管M13和构成第1三角波产生部101的充放电电路16的晶体管M1构成电流镜像电路，提供与流过晶体管M1的电流I对应的电流I到晶体管M11的源极上。从晶体管M13输出的电流I，在晶体管M11导通时，提供到电容器122上，作为电容器112的充电电流使用。 

晶体管M14和构成第1三角波产生部101的充放电电路16的晶体管M1构成电流镜像电路，输出与流过晶体管M1的电流I对应的电流I。晶体管M14的输出电流I，提供到构成电流镜像电路的晶体管M15、M16上。晶体管M15和晶体管M16构成电流镜像电路，把与晶体管M14提供的电流I对应的电流I，从晶体管M16的漏极，输入到晶体管M15上。晶体管M16的漏极与晶体管M12的源极相连接。晶体管M16，在晶体管M12导通时，从电容器122输入电流，使电容器122放电。 

此外，在晶体管M11的源极和晶体管M13的漏极的连接点连接了可变电流源120。可变电流源120，通过从晶体管M11的源极和晶体管M13的漏极的连接点输入与平滑电路118的输出对应的电流ΔI1，对电容器122的充电电流I1进行修正。由此修正电容器122的充电电流(I1-ΔI1)。 

另外，晶体管M12的源极和晶体管M16的漏极的连接点连接可变电流源119。可变电流源119，通过给晶体管M12的源极和晶体管M16的漏极的连接点供给与平滑电路117的输出对应的电流ΔI2，对电容器122的充电电流I2进行修正。由此修正电容器122的充电电流(I2-ΔI2)。 

这时，平滑电路117、118的输出就成了一种信号，该信号与构成第1三角波产生部101的锁闩电路13的输出与构成第2三角波产生部102的锁闩电路113的输出的相位差相对应，根据构成第1三角波产生部101的锁闩电路13的输出与构成第2三角波产生部102的锁闩电路113的输出的相位差，修正充放电电流，由此能够使电容器122的充放电的定时与构成第1三角波产生部101的电容器17的充放电的定时同步。 

[动作] 

图3表示本发明的一个实施例的工作波形图。图3(A)表示从第1三角波产生部101的输出端口Tout1输出的三角波，图3(B)表示从第2三角波产生部102的输出端口Tout2输出的三角波，图3(C)表示构成第1三角波产生部101的锁闩电路13的输出，图3(D)表示构成第2三角波产生部102的D触发器114的输出，图3(E)表示平滑电路118的输出，图3(F)表示平滑电路117的输出。 

在t10时刻，构成第2三角波产生部102的D触发器114输出上升，在延迟时间ΔT11的t11时刻，在构成第1三角波产生部101的锁闩电路13的输出上升的场合，在D触发器114的输出上升时，因为锁闩电路13的输出为低电平，所以相位比较器116的输出为低电平，另外，相位比较器的115的输出成为高电平。通过相位比较器116的输出成为高电平，平滑电路118的输出如图3(E)所示降低，通过相位比较器115的输出成为高电平，平滑电路117的输出如图3(F)所示升高。 

由于平滑电路118的输出降低，从可变电流源120输入的电流降低。而由于平滑电路117的输出升高，从可变电流源119输出的电流增加。通过这样，电容器122的放电电流降低，延缓了三角波的下降。 

在t11时刻，锁闩电路13的输出上升时，相位比较器115、116的输出都成为高阻抗ZH。通过相位比较器115、116的输出状态成为高阻抗ZH，保持平滑电路117、118的输出为t11时刻的状态。 

接着，在t12时刻，如果构成第1三角波产生部101的锁闩电路13的输出比构成第2三角波产生部102的D触发器114的输出上升提前了ΔT12时间上升的话，则因为在锁闩电路13的输出上升时，D触发器114的输出为低 电平，所以相位比较器116的输出成为高电平，另外，相位比较器115的输出成为低电平。由于相位比较器116的输出成为高电平，平滑电路118的输出如图3(E)所示上升，由于相位比较器115的输出成为低电平，平滑电路117的输出如图3(F)所示下降。 

由于平滑电路118的输出上升，从可变电流源120输入的电流增加。而由于平滑电路117的输出降低，从可变电流源119输出的电流减少。通过这样，电容器122的充电电流增加，三角波的上升提前。 

在t13时刻，D触发器114的输出上升的话，相位比较器115、116的输出都成为高阻抗ZH。由于相位比较器115、116的输出成为高阻抗ZH，保持平滑电路117、118的输出为t13时刻的状态。 

根据以上的方法，通过检测第1三角波产生部101输出的三角波和第2三角波产生部102输出的三角波的相位差，对应检测出的相位差，对电容器122的充放电电流进行修正，能够使第2三角波产生部102的输出三角波与第1三角波产生部101输出的三角波同步。 

Claims (2)

1.一种振荡电路，它通过使第1电容器和第2电容器充放电进行振荡，所述振荡电路包括通过使第1电容器充放电输出第1振荡输出的第1振荡装置，所述第1振荡装置包括第1锁闩电路、第1比较器、第2比较器、第1基准电压源、第2基准电压源、电源、接地电平以及包括6个晶体管的第1充放电电路，

其特征在于，

所述振荡电路还包括通过使第2电容器充放电输出第2振荡输出的第2振荡装置，所述第2振荡装置包括第3比较器、第4比较器、第2锁闩电路、相位差检测电路、充放电电流控制电路以及第2充放电电路；

第3比较器的非反转输入端口与第1比较器的非反转输入端口连接，第4比较器的反转输入端口与第2比较器的反转输入端口连接，第3比较器的反转输入端口及第4比较器的非反转输入端口被连接到第2振荡装置的输出，通过第3比较器、第4比较器以及第2锁闩电路输出矩形波；

相位差检测电路用于检测上述第1振荡输出和上述第2振荡输出的相位差，相位差检测电路包括D触发器、第1相位比较器、第2相位比较器、第1平滑电路及第2平滑电路，第2锁闩电路的输出作为时钟输入提供到D触发器上，D触发器的数据输入与D触发器的反转输出相连接，D触发器的非反转输出分别作为第1相位比较器的输入VOSIN及第2相位比较器的输入VOSIN，所述第1锁闩电路的输出分别作为第1相位比较器的输入VOSIN及第2相位比较器的输入VOSIN，第1相位比较器和第2相位比较器的输出被分别提供到第1平滑电路和第2平滑电路，第1平滑电路以第1基准电压源的电压为基准，第2平滑电路以接地电平为基准；

充放电电流控制电路用于对应上述相位差检测电路检测出的相位差控制上述第2电容器的充放电电流，从而使上述第2振荡输出和所述第1振荡输出同步，充放电电流控制电路包括第1可变电流源和第2可变电流源，所述电源与第1可变电流源的输入连接，接地电平与与第2可变电流源的输出连接，通过第1平滑电路和第2平滑电路的输出来分别控制第1可变电流源和第2可变电流源；

第2充放电电路，在电源侧、接地侧分别连接变换器、决定所述变换器的偏置电流的第1偏置晶体管与第2偏置晶体管，其中的变换器的输入与第2锁闩电路的输出连接、输出与第2振荡装置的输出连接，所述变换器的电源侧还连接所述充放电电流控制电路的第2可变电流源的输入，所述变换器的接地侧还连接所述充放电电流控制电路的第1可变电流源的输出；

第1充放电电路具有门极与所述第1锁闩电路的输出连接而漏极与所述第1振荡装置的输出连接的PMOS晶体管、连接在所述PMOS晶体管的漏极与接地间决定偏置电流的第3偏置晶体管以及连接在所述PMOS晶体管的源极与电源间决定偏置电流的第4偏置晶体管，所述第1至第4偏置晶体管的门极以电流值成为基于共通的电流源的规定的电流值的方式连接。

2.一种振荡控制方法，

控制通过使第1电容器和第2电容器分别充放电而进行振荡的第1振荡装置和第2振荡装置的振荡，其特征在于，

检测第1振荡装置和第2振荡装置的充放电的相位差，并输出相应于所检测到的相位差的脉冲信号，将所输出的脉冲信号进行平滑处理；

依据经过平滑处理后的脉冲信号来控制第2振荡装置的第2电容器的充电电流和放电电流，以便使第1振荡装置和第2振荡装置的输出同步。 

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