CN201435723Y - 一种低频振荡器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低频振荡器电路，包括阈值电压检测单元、控制信号单元、受控电流源、晶体管及输出单元；所述阈值电压检测单元预置高阈值电压和低阈值电压，且检测负载电容两端的电压；当所述负载电容两端的电压高于高阈值电压时，控制信号单元产生放电控制信号，由接成关断模式以产生漏电流的晶体管通过所述漏电流对负载电容进行放电；当负载电容两端的电压低于低阈值电压时，控制信号单元产生充电控制信号，由受控电流源对负载电容进行充电；根据对所述负载电容进行充放电所产生的周期性的充放电波形，输出周期性振荡波形。本实用新型可满足一定精度的计时功能，又能够降低电路的复杂度和集成电路的版图面积，进而降低电路的成本。

Description

一种低频振荡器电路

技术领域

本实用新型涉及模拟集成电路技术领域，更具体地说，涉及一种低频振荡器电路。

背景技术

在脉冲频率调制方式的开关电源电路中，系统开关频率随着负载的降低而降低。为了保证系统正常工作，输出纹波在一定范围内，系统一般设立一个最低开关频率。相应地，在系统控制单元内部设计一个计时单元，通过该计时单元产生所需的最低开关频率。另外，系统一般都设有故障检测功能，比如过压保护，这就要求系统在故障撤消后能够自动恢复。为实现故障监测功能，一般在一定时间后对系统采样并检测，现有技术通常采用计时单元进行采样检测时间周期间隔的控制。

上述计时单元具有以下特点：相对来说，系统内部振荡器的振荡周期远远短于计时单元的计时时间间隔，因此，需要一系列的分频器对计时单元输出的信号进行分频来满足振荡器的低频信号，分频器的使用增加了电路复杂度，在集成电路实现时耗费很多版图面积。并且，某些开关电源电路中，由于计时单元电路不需要精确计时，使用精确的分频器就会造成成本的增加，产生资源的浪费。

目前，如何设计一种低频振荡电路，使得该电路既满足精度不高的计时功能，又能够降低电路的复杂度和集成电路的版图面积，进而降低电路的成本是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种低频振荡器电路，该电路可满足一定精度的计时功能，又能够降低电路的复杂度和集成电路的版图面积，进而降低电路的成本。

该低频振荡器电路包括：

阈值电压检测单元，连接负载电容，用于预置高阈值电压和低阈值电压，且检测负载电容两端的电压是否高于所述高阈值电压，或低于低阈值电压；

控制信号单元，分别连接所述阈值电压检测单元和受控电流源，用于当所述负载电容两端的电压高于所述高阈值电压时，产生放电控制信号；当负载电容两端的电压低于所述低阈值电压时，产生充电控制信号；

受控电流源，分别连接所述控制信号单元和负载电容，用于当接收所述充电控制信号，对负载电容进行充电；当接收所述放电控制信号时，该受控电流源接成关断模式；

晶体管，连接所述负载电容，该晶体管接成关断模式以产生漏电流，当所述受控电流源接成关断模式时，通过所述漏电流对负载电容进行放电；

输出单元，连接于所述控制信号单元和所述受控电流源之间，用于根据对所述负载电容进行充放电所产生的周期性的充放电波形，输出周期性振荡波形。

其中，所述控制信号单元包括：

缓冲器子单元，连接所述阈值电压检测单元，用于缩短所述阈值电压检测单元输出波形的上升沿和下降沿时间；

延时子单元，连接所述缓冲器子单元，用于对所述缓冲器子单元输出的信号进行延时；

逻辑电平调整子单元，连接所述延时子单元，用于对所述延时子单元输出的电信号进行逻辑反向，产生所述充电控制信号和放电控制信号。

优选的，所述输出单元为触发器，用于调整所述周期性的充放电波形的占空比，并输出所述调整占空比后的周期性的充放电波形。

优选的，所述晶体管包括：二极管或MOS管。

其中，所述晶体管为二极管时，所述二极管的阴极连接负载电容的正端，阳极接地；所述晶体管为MOS管时，所述MOS管的栅极和源极短接，并连接负载电容的正端，漏极接地。

优选的，所述受控电流源为开关晶体管。

其中，当所述开关晶体管关断时，其漏电流小于所述晶体管的漏电流，以使所述晶体管对所述负载电容进行放电。

优选的，所述开关晶体管为MOS管。

同现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有以下优点和特点：

首先，通过本实用新型的低频振荡器电路，利用晶体管在关断状态时具有的漏电流实现将电容放电，并且结合开关晶体管对电容的充电过程，能够产生符合电路设计要求的振荡信号输出，能够满足某些对于精度要求不高的计时单元电路；

并且，晶体管结构简单，能够大大降低电路的复杂度和集成电路的版图面积，简单易行，且降低成本；

此外，由于MOS晶体管具有很高的输入阻抗，在电路中便于直接耦合，因此更容易制成大规模的集成电路。

附图说明

图1是本实用新型一种低频振荡器电路的结构框图；

图2是本实用新型控制信号单元的内部结构框图及与图1中各单元器件的连接关系示意图；

图3是本实用新型一种具体的低频振荡器电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型的具体工作原理可以概括如下：由一路电流给负载电容充电，该充电电流由一个开关晶体管控制输出，当负载电容上的电压达到事先设定的高阈值电压时，由该低频振荡器电路产生一个逻辑信号，将充电电流关断；然后由一个晶体管的寄生二极管的漏电流将所述负载电容上的电荷放电到地；当放电过程中负载电容电位达到预先设定的低阈值电压时，由该低频振荡器电路再次产生一个逻辑信号，将充电电流恢复，由该充电电流给电容充电，从而在负载电容上产生周期性的振荡波形。需要注意的是，所述开关晶体管和用于放电的晶体管的设计要满足当开关晶体管关断时，该开关晶体管的漏电流远小于用于放电的晶体管的漏电流，从而保证开关晶体管关断时电容上的电荷放电到地。

参考图1，示出了本实用新型一种低频振荡器电路的结构框图，具体包括：

阈值电压检测单元101，连接负载电容105，用于预置高阈值电压和低阈值电压，且检测负载电容两端的电压是否高于所述高阈值电压，或低于低阈值电压；

控制信号单元102，分别连接所述阈值电压检测单元101和受控电流源103，用于当所述负载电容105两端的电压高于所述高阈值电压时，产生放电控制信号；当负载电容105两端的电压低于所述低阈值电压时，产生充电控制信号；

受控电流源103，分别连接所述控制信号单元102和负载电容105，用于当接收所述充电控制信号，对负载电容105进行充电；当接收所述放电控制信号时，该受控电流源接成关断模式；

晶体管104，连接所述负载电容，该晶体管104接成关断模式以产生漏电流，当所述受控电流源接成关断模式时，通过所述漏电流对负载电容105进行放电；

负载电容105，用于根据所述充放电产生周期性的充放电波形；

输出单元106，连接所述控制信号单元102，用于根据所述负载电容产生的周期性充放电波形，输出周期性振荡波形。

其中，所述晶体管104可以为MOS管或是二极管，当选用MOS管时，需要将该MOS管接成关断模式，即将其栅极和源极短接，并连接负载电容的正端，漏极接地，以保证该MOS管只有漏电流输出；当选用二极管时，需要将该二极管反向偏置，即二极管的阴极连接负载电容105的正端，阳极接地。此外，所述受控电流源的电流输出通常由开关晶体管控制，所述开关晶体管一般为PMOS管或者NMOS管；预置的阈值电压、电容值的大小都是决定该电路最终输出周期性振荡波形频率的重要因素。

参见图2，上述控制信号单元102内部构成以及与图1中各单元器件的一种连接关系如图2所示。

所述控制信号单元102进一步包括：

缓冲器子单元1021，连接所述阈值电压检测单元101，用于缩短所述阈值电压检测单元输出波形的上升沿和下降沿时间；

延时子单元1022，连接所述缓冲器子单元1021，用于对所述缓冲器子单1021元输出的信号进行延时，延时时间的长短也是影响最终输出周期性振荡波形频率的因素之一；

逻辑电平调整子单元1023，连接所述延时子单元1022，用于对所述延时子单元1022输出的电信号进行逻辑反向，产生所述充放电控制信号。

所述输出单元106可以采用触发器实现，利用该触发器调整所述周期性的充放电波形的占空比，并输出所述调整占空比后的周期性的充放电波形。

为了详细描述本实用新型的具体电路实现，本实施例给出了一种具体的低频振荡器电路结构示意图，如图3所示，具体包括：

施密特触发器301，其输入端接负载电容308的正端，301有两个阈值电压：高阈值电压VH和低阈值电压VL；利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号；

缓冲器302，由两个反向器构成，302的输入端接301的输出端，主要作用是隔离施密特触发器301和电阻303和电容304构成的RC延时网络，否则，施密特触发器301连接所述RC延时网络后，导致输出波形的上升沿和下降沿时间增加；

电阻303和电容304构成延时单元，电阻303的输入端接302的输出端；电容304的正端接电阻303的输出端，负端接地；

反向器305，输入端接303的输出端，用于调整逻辑电压并将其输出，达到预先设定的功能：当负载电容308的电位降低到301施密特触发器的低阈值电压VL时，由反向器305输出的逻辑电压信号打开受控电流源306，为负载电容308进行充电；而当负载电容308的电位升高至施密特触发器301的高阈值电压VH时，由反向器305输出的逻辑电压信号关闭受控电流源306，阻止对于负载电容308的充电过程；

PMOS(Positive Channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体场效应)晶体管306，用作受控电流源给负载电容308充电，其栅极接反向器305的输出端，其衬底和源极相连，接电源电压vdd，其漏极接负载电容308的正端；

PMOS晶体管307，其栅极和源极短接，接成关断模式，且其栅极和源极接负载电容308的正端，其漏极接地；

T触发器309，用于调整振荡器电路输出波形的占空比，其输入端接反向器305的输出端，其输出端输出即为最终的周期性振荡波形clk；

负载电容308，其负端接地，除延时时间之外，电容值的大小也是决定振荡器电路振荡频率的因素之一。

PMOS晶体管是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管，通常，选择PMOS晶体管作为开关晶体管，此外，由于PMOS晶体管的工作原理与NMOS晶体管相类似，本领域技术人员也可以将NMOS晶体管用作开关晶体管，该部分技术属于本领域技术人员所熟知的内容，此处不再进行赘述。

在PMOS晶体管处于关断状态时，仍会有少量电子从源极向漏极流动，这就是源-漏泄漏。本实用新型中，正是利用该源-漏泄漏电流将负载电容上的电荷放电到地。

施密特触发器301有两个阈值电压，例如高阈值电压VH为3.28V，低阈值电压VL为2.75V；PMOS晶体管307的栅极和源极相连，故PMOS晶体管307始终关断，只存在漏电流；当电源电压vdd上电后，PMOS晶体管306导通，流过PMOS晶体管306的电流远远大于PMOS晶体管307的漏电流，所以流过PMOS晶体管306的电流给负载电容308充电。当负载电容308的电位达到施密特触发器301的高阈值电压VH时，施密特触发器301的输出由高电压变为低电压，经过缓冲器302、延时网络303和304和反相器305得到高电压，将PMOS晶体管306关断，负载电容308通过PMOS晶体管307的漏电流放电到地；当负载电容308上的电位达到301施密特触发器的低阈值电压VL时，施密特触发器301的输出由低电压变为高电压，经过缓冲器302、延时网络303和304和反相器305得到低逻辑电平，PMOS晶体管306再次被导通，流过PMOS晶体管306的电流再次给负载电容308充电，从而负载电容308上得到周期性的充放电波形。PMOS晶体管306的栅极得到周期性的方波，该信号经过T触发器309后得到最终的振荡器输出波形，所述振荡器输出波形的占空比可以按照具体情况进行调整。根据图2所示的低频振荡器电路，该电路的振荡频率由施密特触发器301的阈值电压、延时单元303和304的延时长短和负载电容308的大小决定，振荡频率可以达到秒级。

此外，由于将PMOS晶体管307的栅极和源极相连后，仅存在漏电流，且PMOS晶体管307仅具有二极管的性质，因此，本领域技术人员可以之间用一二极管来替代PMOS晶体管307，此时，需要将二极管的阴极连接负载电容308的正端，阳极接地，即该二极管反向偏置，仅存在漏电流。

由此可见，通过本实用新型的低频振荡器电路，利用晶体管在关断状态时具有的漏电流实现将电容放电，并且结合开关晶体管对电容的充电过程，能够产生符合电路设计要求的振荡信号输出，能够满足某些对于精度要求不高的计时单元电路；并且，晶体管结构简单，能够大大降低电路的复杂度和集成电路的版图面积；此外，由于MOS场效应晶体管具有很高的输入阻抗，在电路中便于直接耦合，因此更容易制成大规模的集成电路。总之，该低频振荡器电路是一种适用于特定场合的低成本电路设计。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1、一种低频振荡器电路，其特征在于，包括：

阈值电压检测单元，连接负载电容，用于预置高阈值电压和低阈值电压，且检测负载电容两端的电压是否高于所述高阈值电压，或低于低阈值电压；

控制信号单元，分别连接所述阈值电压检测单元和受控电流源，用于当所述负载电容两端的电压高于所述高阈值电压时，产生放电控制信号；当负载电容两端的电压低于所述低阈值电压时，产生充电控制信号；

受控电流源，分别连接所述控制信号单元和负载电容，用于当接收所述充电控制信号，对负载电容进行充电；当接收所述放电控制信号时，该受控电流源接成关断模式；

晶体管，连接所述负载电容，该晶体管接成关断模式以产生漏电流，当所述受控电流源接成关断模式时，通过所述漏电流对负载电容进行放电；

输出单元，连接于所述控制信号单元和所述受控电流源之间，用于根据对所述负载电容进行充放电所产生的周期性的充放电波形，输出周期性振荡波形。

2、根据要求1所述的低频振荡器电路，其特征在于，所述控制信号单元包括：

缓冲器子单元，连接所述阈值电压检测单元，用于缩短所述阈值电压检测单元输出波形的上升沿和下降沿时间；

延时子单元，连接所述缓冲器子单元，用于对所述缓冲器子单元输出的信号进行延时；

逻辑电平调整子单元，连接所述延时子单元，用于对所述延时子单元输出的电信号进行逻辑反向，产生所述充电控制信号和放电控制信号。

3、根据要求1所述的低频振荡器电路，其特征在于，所述输出单元为触发器，用于调整所述周期性的充放电波形的占空比，并输出所述调整占空比后的周期性的充放电波形。

4、根据权利要求1所述的低频振荡器电路，其特征在于，所述晶体管包括：二极管或MOS管。

5、根据权利要求4所述的低频振荡器电路，其特征在于，所述晶体管为二极管时，所述二极管的阴极连接负载电容的正端，阳极接地。

6、根据权利要求4所述的低频振荡器电路，其特征在于，所述晶体管为MOS管时，所述MOS管的栅极和源极短接，并连接负载电容的正端，漏极接地。

7、根据权利要求1所述的低频振荡器电路，其特征在于，所述受控电流源为开关晶体管，所述开关晶体管为一种在关断时，漏电流小于所述晶体管的漏电流，以使所述晶体管对所述负载电容进行放电的晶体管。

8、根据权利要求7所述的低频振荡器电路，其特征在于，所述开关晶体管为MOS管。

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