CN202679329U

CN202679329U - 一种锯齿波发生器

Info

Publication number: CN202679329U
Application number: CN 201220321249
Authority: CN
Inventors: 肖君宇; 谢文刚; 任民
Original assignee: CHENGDU GUOHUI ELECTRONICS CO LTD
Current assignee: STMicroelectronics Shenzhen R&D Co Ltd
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-07-04

Abstract

本实用新型提供了一种锯齿波发生器，包括：用于生成电容充电电流的电流生成电路和用于通过对电容充放电来生成锯齿波的电容充放电电路，还可以包括电流复制电路和修调电路，该电流生成电路包括电压生成电路和外接电阻，该电容充放电电路包括触发电路、第一电容和第二电容，本实用新型提供的锯齿波发生器可以使得锯齿波的输出频率基本不受电路内部工艺参数的影响，其输出的锯齿波的频率既能满足足够宽的可修调范围又能保证足够高的精度。

Description

一种锯齿波发生器

技术领域

本申请涉及COMS集成电路技术领域，特别涉及一种锯齿波发生器。

背景技术

在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，锯齿波是常用的基本测试信号，例如在示波器等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路，而电视显示器中显像管荧光屏上的光点，是靠磁场变化进行偏转的，所以也需要用锯齿波电流来控制，因此，目前的生产和生活过程中，经常需要用到锯齿波发生器。

随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成锯齿波发生器，但利用不同方法构造出的锯齿波发生器生成的锯齿波波形质量、幅度和频率稳定性以及精度等方面会受到不同的因素影响，因而性能指标参差不齐。

现有的锯齿波发生器设计原理是采用恒流源对电容充放电的方式，为了改变锯齿波振荡频率，通常设计内部电流可修调的恒流源电路，通过寄存器方式修调充电电流，达到改变振荡频率的目的。附图1是一种常见的振荡器电路图，其中充电电容C1=C2，充电电流Icharge1=Icharge2，采用对称结构的设计，确保这两路各贡献50%的占空比，根据振荡频率的要求选择电容和充电电流。

在实现本申请的过程中，通过对现有技术的研究，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的锯齿波发生器电路虽然有结构简单和50%占空比等优点，但是频率精度受工艺变化的影响很大，目前的流行工艺仅电容的误差范围就在10%以上，再加上电流的误差范围，整个锯齿波发生器的频率精度误差范围将在50%~100%之间，而且为了满足修调精度、恒流源匹配性和实现成本等要求，修调位数一般不能超过7位即128级，因此锯齿波发生器电路的可修调范围和精度有限。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种锯齿波发生器，使得锯齿波的输出频率基本不受电路内部工艺参数的影响，使其输出的锯齿波的频率既能满足足够宽的可修调范围又能保证足够高的精度。

为了实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种锯齿波发生器，包括：用于生成电容充电电流的电流生成电路和用于通过所述电容充电电流对电容充放电来生成锯齿波的电容充放电电路，所述电流生成电路包括：电压生成电路和外接电阻，其中：

所述电压生成电路包括：运算放大器、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第一开关管和第二开关管，并且所述运算放大器的同相输入端接基准电压，所述运算放大器的反相输入端顺序连接第一电阻和接地；

所述第一场效应管的栅极与所述运算放大器的输出端相连，所述第一场效应管的漏极与所述运算放大器的反相输入端相连；

所述第二场效应管的栅极与源极相连，所述第二场效应管的源极与所述第一场效应管的源极相连；

所述第三场效应管的栅极与所述第二场效应管的栅极相连，所述第三场效应管的漏极与所述第二场效应管的漏极相连；

所述第一开关管的基极与集电极相连，所述第一开关管的集电极与所述第三场效应管的源极相连，所述第一开关管的发射极顺序连接第二电阻和接地；

所述第二开关管的基极与所述第一开关管的基极相连，所述第二开关管的发射极与所述外接电阻的一端相连，所述外接电阻的另一端接地。

优选地，所述外接电阻为可调电阻。

优选地，所述第二场效应管和所述第三场效应管的参数相同,所述第一开关管和所述第二开关管的参数相同，所述第一电阻和所述第二电阻的参数相同。

优选地，还包括：用于将所述外接电阻上的电流进行复制的电流复制电路，所述电流复制电路包括：

第四场效应管，所述第四场效应管的栅极与源极相连，所述第四场效应管的漏极与所述第三场效应管的漏极相连；所述第四场效应管的源极与所述第二开关管的集电极相连；

第五场效应管，所述第五场效应管的栅极与所述第四场效应管的栅极相连，所述第五场效应管的漏极与所述第四场效应管的漏极相连；

第六场效应管，所述第六场效应管的栅极与所述第五场效应管的栅极相连，所述第六场效应管的漏极与所述第五场效应管的漏极相连。

优选地，所述第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管的参数相同。

优选地，所述电容充放电电路包括：触发电路、第一电容和第二电容，其中：

所述触发电路包括：比较器、D触发器、RS触发器、第一开关和第二开关，且所述比较器的反相输入端与所述运算放大器的同相输入端相连，所述比较器的第一同相输入端与所述第五场效应管的源极相连，所述比较器的第二同相输入端与所述第六场效应管的源极相连；

所述D触发器的D端与Q非端相连，所述D触发器的CLK端与所述比较器的输出端相连，所述D触发器的CLK端接启动电路；

所述RS触发器的R端与所述D触发器的Q端相连，所述RS触发器的S端与所述D触发器的Q非端相连，所述RS触发器的RST端接启动电路；

所述第一电容的一端与所述第五场效应管的源极相连，所述第一电容的另一端接地，所述第二电容的一端与所述第六场效应管的源极相连，所述第二电容的另一端接地，且所述第一电容与所述第一开关并联，所述第二电容与所述第二开关并联，所述第一开关和所述第二开关分别与所述RS触发器的Q端和Q非端相连。

优选地，所述第一电容和所述第二电容的参数相同。

优选地，所述第一开关与所述RS触发器的Q非端相连，所述第二开关与所述RS触发器的Q端相连。

优选地，还包括：用于修调所述外接电阻两端电压精度的修调电路，所述修调电路包括：第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管；

所述第七场效应管的栅极接修调电压，所述第七场效应管的漏极与所述第六场效应管的漏极相连，所述第七场效应管的源极顺序连接开关和所述第二开关管的发射极；

所述第八场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极相连，所述第八场效应管的漏极与所述第七场效应管的漏极相连，所述第八场效应管的源极顺序连接开关和所述第二开关管的发射极；

所述第九场效应管的栅极与所述第八场效应管的栅极相连，所述第九场效应管的漏极与所述第八场效应管的漏极相连，所述第九场效应管的源极顺序连接开关和所述第二开关管的发射极；

所述第十场效应管的栅极与所述第九场效应管的栅极相连，所述第十场效应管的漏极与所述第九场效应管的漏极相连，所述第十场效应管的源极顺序连接开关和所述第二开关管的发射极。

优选地，所述第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管的参数相同。

由以上本申请提供的技术方案可见，本申请提供的锯齿波发生器与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本方案有一个稳定的电压生成电路，该电路结构简单且有比较大的带负载能力，不易受环境及工艺因素影响，产生的电压能够应用于外接电阻，产生与电阻成反比例的高精度电流，该电流就是附图1中的电容充电电流，由于该电流与输出锯齿波频率呈线性关系，因此外接电阻与输出锯齿波频率呈反比例的关系，所以可以通过调节外接电阻的阻值来进行输出频率的调节，由于外接电阻是可控以及连续的，所以输出频率范围也是可控以及连续的，这样就保证了本锯齿波发生器输出的锯齿波的高范围高精度以及频率可调。

2、本方案还可以通过外接修调电路进一步提高输出的锯齿波频率的精度，通过在该电路的外接电阻两端增加一个可输出预先确定的修调电压的电压修调电路，确保外接电阻的两端的压降变化为一个可预知的确定值，在这种情况下，测量得出的锯齿波波形的精度与频率计算值的误差将只源于充电电容本身的工艺误差10%左右，远小于未修调时的情况，这样就进一步确保了电路的输出精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，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他的附图。

图1为现有的锯齿波发生器电路示意图；

图2为本申请实施例提供的一种锯齿波发生器示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种锯齿波发生器，使得锯齿波的输出频率基本不受电路内部工艺参数的影响，使其输出的锯齿波的频率既能满足足够宽的可修调范围又能保证足够高的精度。

首先对本申请实施例提供的一种锯齿波发生器的原理进行说明，本方案有一个稳定的电压产生电路，该电路结构简单且有比较大的带负载能力，不易受环境及工艺因素影响，产生的电压能够应用于外接电阻，产生与电阻成反比例的高精度电流，该电流就是电容充电电流，由于该电流与输出锯齿波频率呈线性关系，因此外接电阻与输出锯齿波频率呈反比例的关系，所以可以通过调节外接电阻的阻值来进行输出频率的调节，由于外接电阻是可控以及连续的，所以输出频率范围也是可控以及连续的，这样就保证了本锯齿波发生器输出的锯齿波的高范围高精度以及频率可调。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图2为本申请实施例提供的一种锯齿波发生器电路示意图。

参照图2所示，在本申请实施例中，作为优选，第一场效应管为PMOS晶体管，第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管均为NMOS晶体管，第一开关管和第二开关管均为NPN晶体管，以上元件类型为本实施例的优选，以下本说明书的说明内容均采取以上元件类型对本申请进行详细说明和描述，但在基于本申请的其它实施例中，以上元件可以更换为其它类型，同样应在本申请的保护范围之内。

本申请实施例提供了一种锯齿波发生器，该锯齿波发生器电路中设置有用于生成电容充电电流的电流生成电路和用于通过对电容充放电来生成锯齿波的电容充放电电路，该电流生成电路包括电压生成电路和外接电阻R_connect，其中：

参照图2所示，该电压生成电路包括：运算放大器、第一PMOS晶体管M1、第二NMOS晶体管M2、第三NMOS晶体管M3、第一NPN晶体管Q1和第二NPN晶体管Q2，其中：

运算放大器的同相输入端接基准电压vbg，运算放大器的反相输入端顺序连接第一电阻和接地；

第一PMOS晶体管M1的栅极与运算放大器的输出端相连，第一PMOS晶体管M1的漏极与运算放大器的反相输入端相连；

第二NMOS晶体管M2的栅极与源极相连，第二NMOS晶体管M2的源极接M1的源极；

第三NMOS晶体管M3的栅极与M2的栅极相连，第三NMOS晶体管M3的漏极与M2的漏极相连；

第一NPN晶体管Q1的基极与集电极相连，第一NPN晶体管Q1的集电极与M3的源极相连，第一NPN晶体管Q1的发射极顺序连接第二电阻和接地；

第二NPN晶体管Q2的基极与Q1的基极相连，第二NPN晶体管Q2的发射极与外接电阻R_connect的一端相连，外接电阻R_connect的另一端接地；

其中，外接电阻R_connect为阻值可调的电阻，第二NMOS晶体管M2和第三NMOS晶体管M3的参数相同,第一NPN晶体管Q1和第二NPN晶体管Q2的参数相同，第一电阻和第二电阻的参数相同。

在本申请实施例中，运算放大器、MOS晶体管M1、M2、M3以及NPN晶体管Q1、Q2共同构成了外接电阻R_connect的偏置电路，该偏置电路可以把R_connect端偏置到需要的电压，即vbg，当R_connect端接阻值为R的电阻时，产生的电流即为

现有的锯齿波发生器设计原理是采用恒流源对电容充放电的方式，为了改变锯齿波振荡频率，通常设计内部电流可修调的恒流源电路，通过寄存器方式修调充电电流，达到改变振荡频率的目的。附图1是一种常见的振荡器电路图，其中充电电容C1=C2，充电电流Icharge1=Icharge2，采用对称结构的设计，确保这两路各贡献50%的占空比，根据振荡频率的要求选择电容和充电电流，但是该电路输出的锯齿波频率精度受工艺变化的影响很大，目前的流行工艺仅电容的误差范围就在10%以上，再加上电流的误差范围，整个锯齿波发生器的频率精度误差范围将在50%~100%之间，而且为了满足修调精度、恒流源匹配性和实现成本等要求，修调位数一般不能超过7位即128级，因此锯齿波发生器电路的可修调范围和精度有限。

在本申请实施例中，通过放大器和MOS以及NPN晶体管的加入，使得本电压生成电路性能稳定、结构简单且有比较大的带负载能力，不易受环境及工艺因素影响，产生的电压能够应用于外接电阻R_connect，产生与该外接电阻R_connect成反比例的高精度电流，该电流就是电容的充电电流，由于该电流与输出锯齿波频率呈线性关系，因此该外接电阻R_connect与输出锯齿波频率呈反比例的关系，所以可以通过调节该外接电阻R_connect的阻值来进行输出频率的调节，由于外接电阻是可控以及连续的，所以输出频率范围也是可控以及连续的，这样就保证了本锯齿波发生器输出的锯齿波的高范围高精度以及频率可调。

在上述电压生成电路和外接电阻R_connect组成的电流生成电路的基础之上，本申请提供的锯齿波发生器电路还可以设置有：用于将电流生成电路在外接电阻R_connect上生成的电流进行复制的电流复制电路，参照图2所示，该电流复制电路包括：第四NMOS晶体管M4、第五NMOS晶体管M5和第六NMOS晶体管M6，其中：

第四NMOS晶体管M4的栅极与源极相连，第四NMOS晶体管M4的漏极与M3的漏极相连，第四NMOS晶体管M4的源极与Q2的集电极相连；

第五NMOS晶体管M5的栅极与M4的栅极相连，第五NMOS晶体管M5的漏极与M4的漏极相连；

第六NMOS晶体管M6的栅极与M5的栅极相连，第六NMOS晶体管M6的漏极与M5的漏极相连；

其中，M4、M5和M6的参数相同。

在本申请实施例中，该电流复制电路采用的是常见的MOS晶体管组合成的电流镜，外接电阻R_connect支路中的电流被电流镜M4、M5、M6复制成为C1和C2的充电电流，电流镜可以把电路中某一条支路的电流在另一条支路或另几条支路中进行重现或复制，且不会造成电流损耗，为现有的成熟技术，在此不再赘述，本电流复制电路是申请实施例的优选，在其他实施例中，不排除可以选择其他的电流复制形式实现本功能，但采用本申请思想的方案，都应视为本申请的保护范围。

在本申请实施例中，电容充放电电路包括触发电路、第一电容C1和第二电容C2，其中：

参照图2所示，该触发电路包括：比较器、D触发器、RS触发器、第一开关S 1和第二开关S2，其中：

比较器的反相输入端与运算放大器的同相输入端相连，比较器的第一同相输入端与M5的源极相连，比较器的第二同相输入端与M6的源极相连；

D触发器的D端与Q非端相连，D触发器的CLK端与比较器的输出端相连，D触发器的CLK端接启动电路；

RS触发器的R端与D触发器的Q端相连，RS触发器的S端与D触发器的Q非端相连，RS触发器的RST端接启动电路；

第一电容C1的一端与M5的源极相连，第一电容C1的另一端接地，第二电容C2的一端与M6的源极相连，第二电容C2的另一端接地，且C1与第一开关S1并联，C2与第二开关S2并联，第一开关S1和第二开关S2分别与RS触发器的Q端和Q非端相连；

其中，在本申请实施例中，为了使两电容输出的锯齿波的幅值和占空比相同，要求第一电容C1和第二电容C2的参数相同。

在本申请实施例中，第一开关S1与所述RS触发器的Q非端相连，所述第二开关与所述RS触发器的Q端相连，RS触发器产生clk1和clk2互不交叠信号，当clk1为高，clk2为低时开关S1导通，电流向电容C1充电，C1充电过程将传输到Vout，与此同时C2迅速放电到0V。当电容C1充到vbg电压时比较器将会产生由低到高的翻转信号，触发D触发器翻转，再由RS触发器产生时钟翻转信号，使得clk1为低，clk2为高。C1迅速放电的同时C2充电，如此反复。两个电容上的电压叠加将产生所需要的锯齿波波形Vout。

在上述本申请实施例提供的锯齿波发生器基础上，本申请提供的方案在电路中还可以设置有：用于修调外接电阻R_connect两端电压精度的修调电路，参照图2所示，该修调电路包括：第七NMOS晶体管M7、第八NMOS晶体管M8、第九NMOS晶体管M9和第十NMOS晶体管M10，其中：

第七NMOS晶体管M7的栅极接修调电压VB，第七NMOS晶体管M7的漏极与M6的漏极相连，第七NMOS晶体管M7的源极顺序连接开关和Q2的发射极；

第八NMOS晶体管M8的栅极与M7的栅极相连，第八NMOS晶体管M8的漏极与M7的漏极相连，第八NMOS晶体管M8的源极顺序连接开关和Q2的发射极；

第九NMOS晶体管的栅极与M8的栅极相连，第九NMOS晶体管的漏极与M8的漏极相连，第九NMOS晶体管的源极顺序连接开关和Q2的发射极；

第十NMOS晶体管的栅极与M9的栅极相连，第十NMOS晶体管的漏极与M9的漏极相连，第十NMOS晶体管的源极顺序连接开关和Q2的发射极；

其中，M7、M8、M9和M10的参数相同。

在本申请实施例中，外接的电压修调电路可以通过各自相连接的开关的打开与闭合对输出电压进行调整，因为修调电路的电压降是预先设定的可调整的确定电压值，因此可以确保外接电阻的两端的压降变化为一个可预知的确定值，在这种情况下，测量得出的锯齿波波形的精度与频率计算值的误差将只源于充电电容本身的工艺误差10%左右，远小于未修调时的情况，这样就进一步确保了电路的输出精度。

本申请提供的锯齿波发生器能产生的锯齿波频率从几K到几百兆不等，最高频率的实现与电压产生电路的带负载能力密切相关，亦可通过减小电路的充电电容来得到改善。由于采用外接电阻，频率精度方面可以得到很好的保障。该模块应用于开关电源管理中，输出频率几十KHz到上兆Hz不等，频率精度在±10%以内。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，以上所述仅仅是本申请技术方案的一部分优选具体实施方式，使本领域技术人员能够充分理解或实现本申请，而不是全部的实施例，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，基于以上实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理，不做出创造性劳动前提下，还可以做出多种显而易见的修改和润饰，通过这些修改和润饰所获得的所有其他实施例，都可以应用于本申请技术方案，这些都不影响本申请的实现，都应当属于本申请的保护范围。因此，本申请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。

以上对本申请所提供的一种锯齿波发生器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种锯齿波发生器，包括：用于生成电容充电电流的电流生成电路和用于通过所述电容充电电流对电容充放电来生成锯齿波的电容充放电电路，其特征在于，所述电流生成电路包括：电压生成电路和外接电阻，其中：

2.根据权利要求1所述的锯齿波发生器，其特征在于，所述外接电阻为可调电阻。

3.根据权利要求1所述的锯齿波发生器，其特征在于，所述第二场效应管和所述第三场效应管的参数相同,所述第一开关管和所述第二开关管的参数相同，所述第一电阻和所述第二电阻的参数相同。

4.根据权利要求1所述的锯齿波发生器，其特征在于，还包括：用于将所述外接电阻上的电流进行复制的电流复制电路，所述电流复制电路包括：

5.根据权利要求4所述的锯齿波发生器，其特征在于，所述第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管的参数相同。

6.根据权利要求4所述的锯齿波发生器，其特征在于，所述电容充放电电路包括：触发电路、第一电容和第二电容，其中：

7.根据权利要求6所述的锯齿波发生器，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容的参数相同。

8.根据权利要求6所述的锯齿波发生器，其特征在于，所述第一开关与所述RS触发器的Q非端相连，所述第二开关与所述RS触发器的Q端相连。

9.根据权利要求6所述的锯齿波发生器，其特征在于，还包括：用于修调所述外接电阻两端电压精度的修调电路，所述修调电路包括：第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管；

10.根据权利要求9所述的锯齿波发生器，其特征在于，所述第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管的参数相同。