CN209120135U

CN209120135U - 一种频率可调的rc振荡器

Info

Publication number: CN209120135U
Application number: CN201821763559.XU
Authority: CN
Inventors: 陈弈星; 曹毅; 于钦杭
Original assignee: Nanjing Xinshiyuan Electronics Co Ltd
Current assignee: Nanjing Xinshiyuan Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2019-07-16
Anticipated expiration: 2028-10-29

Abstract

本实用新型提出了一种频率可调的RC振荡器，包括码制转换模块、偏置模块、开关电流控制模块、比较器以及输出控制模块。本实用新型通过码制转换模块将频率选择信号转换为二进制的电流控制位码，并通过所述开关电流控制模块改变充放电电流，最后通过将充放电电压与所述偏置模块提供的基准参考电压进行比较，从而得到品号选择信号给出的周期性的方波。本实用新型采用高低频段分开控制，以及前后二级镜像电流控制的方式，能够实现较宽范围的覆盖。

Description

一种频率可调的RC振荡器

技术领域

本实用新型涉及电子领域，尤其是涉及一种频率可调的RC振荡器。

背景技术

振荡器电路用于模拟电路系统中产生周期信号源的电路。随着电路系统的发展，固定周期的RC振荡器的应用逐渐受到限制，频率可调的RC振荡器越来越被需要。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提出了一种频率可调的RC振荡器。

本实用新型的主要内容包括：

一种频率可调的RC振荡器，包括码制转换模块、偏置模块、开关电流控制模块、比较器以及输出控制模块，其中，

码制转换模块，用于将频率选择信号转换为电流控制位码；

偏置模块，具有基准电压端口和基准电流端口，为所述开关电流控制模块提供充放电基准电流，且为所述比较器提供基准参考电压；

开关电流控制模块，与所述码制转换模块连接，所述开关电流控制模块包括并联的第一镜像电流支路和第二镜像电流支路以及与两者串联的比例镜像电流支路，所述开关电流控制模块根据所述码制转换模块输出的电流控制位码输出不同的充放电电压；

比较器，将所述偏置模块传输来的基准参考电压与所述开关电流控制模块传输来的充放电电压进行比较，输出周期性方波；

输出控制模块，与所述比较器相连接，用于将比较器输出的周期性方波反馈至所述开关电流控制模块，以影响充放电电压。

优选的，所述码制转换模块的输出接口包括选通控制位，低频控制码位，高频控制码位以及镜像电流比控制位。

优选的，所述第一镜像电流支路包括并列设置的若干高频电流单元以及高频选通单元，所述高频电流单元包括MOS管A和MOS管B；MOS管A的漏极与所述偏置模块的基准电流端口连接，其栅极与所述码制转换模块的高频控制码位连接，其源极与MOS管B的漏极连接；MOS 管B的源极与VSS耦接；其栅极与所述比例镜像电流支路连接；所述高频选通单元包括MOS 管C1，MOS管C2和MOS管D1，MOS管D2，MOS管C1的栅极与所述码制转换模块的选通控制位相连接，其漏极与所述偏置模块的基准电流端口连接，其源极MOS管D1的栅极和漏极连接；MOS管D1的源极与VSS耦接；MOS管C2的栅极与所述码制转换模块的选通控制位相连接，其漏极与所述比例镜像电流支路相连，其源极与MOS管D2的漏极相连；MOS管D2的栅极与MOS 管D1的栅极相连，其源极与VSS耦接。

优选的，所述第二镜像电流支路包括并列设置的若干低频电流单元以及低频选通单元，所述低频电流单元包括MOS管a和MOS管b；MOS管a的漏极与所述偏置模块的基准电流端口连接，其栅极与所述码制转换模块的低频控制码位连接，其源极与MOS管b的漏极连接；MOS 管b的源极与VSS耦接；其栅极与所述比例镜像电流支路连接；所述低频选通单元包括MOS 管c1，MOS管c2和MOS管d1，MOS管d2，MOS管c1的栅极与所述码制转换模块的选通控制位相连接，其漏极与所述偏置模块的基准电流端口连接，其源极MOS管d1的栅极和漏极连接；MOS管d1的源极与VSS耦接；MOS管c2的栅极与所述码制转换模块的选通控制位相连接，其漏极与所述比例镜像电流支路相连，其源极与MOS管d2的漏极相连；MOS管d2的栅极与MOS 管d1的栅极相连，其源极与VSS耦接。

优选的，所述比例镜像电流支路包括左单元，第三镜像电流单元，比例控制单元以及充放电单元，其中，

所述左单元包括左MOS管A，左MOS管a，左MOS管B和左MOS管b，左MOS管A的栅极和漏极与所述第一镜像电流支路和所述第二镜像电流支路相连，其源极与左MOS管B的栅极和漏极连接；左MOS管B的源极与VDD耦接；左MOS管b的栅极与左MOS管B的栅极和左MOS 管A的源极相连，其源极与VDD耦接，其漏极与左MOS管a的源极连接，左MOS管a的栅极与左MOS管的栅极和所述第一镜像电流支路以及第二镜像电流支路相连，其漏极与所述第三镜像电流单元连接；

所述第三镜像电流单元包括镜像MOS管A，镜像MOS管B和镜像MOS管C，镜像MOS管c；镜像MOS管A的栅极与所述码制转换模块的选通控制位相连接，其漏极与左MOS管a的漏极以及镜像MOS管B的栅极和漏极相连，其源极与镜像MOS管C和镜像MOS管c的栅极连接；镜像MOS管B的漏极与左MOS管a的漏极连接，其源极与VSS耦接；镜像MOS管C的栅极与镜像MOS管c的栅极连接，其源极与VSS耦接；镜像MOS管c的漏极与所述比例控制单元连接，其源极与VSS耦接；

所述比例控制单元包括比例MOS管A，比例MOS管B，比例MOS管C，比例MOS管A1，比例MOS管B1，比例MOS管C1，比例MOS管D1，比例MOS管A2，比例MOS管B2，比例MOS管 C2和比例MOS管D2；比例MOS管A，比例MOS管B和比例MOS管C的栅极与所述码制转换模块的镜像电流比控制位相连，三者的源极均与所述充放电单元连接；比例MOS管A的漏极与比例MOS管B1的漏极连接，比例MOS管B的漏极与比例MOS管C1的漏极相连，比例MOS管 C的漏极与比例MOS管D1的漏极相连；比例MOS管A1，比例MOS管B1，比例MOS管C1和比例MOS管D1的栅极与镜像MOS管c的漏极连接；比例MOS管A1的漏极与镜像MOS管c的漏极连接，比例MOS管A1的源极与比例MOS管A2的漏极以及比例MOS管A2，比例MOS管B2，比例MOS管C2和比例MOS管D2的栅极连接；比例MOS管B2的漏极与比例MOS管B1的源极连接，比例MOS管C2的漏极与比例MOS管C1的源极连接，比例MOS管D2的漏极与比例MOS 管D1的源极连接；比例MOS管A2，比例MOS管B2，比例MOS管C2和比例MOS管D2的源极均与VDD耦接；

所述充放电单元包括充放电MOS管，以及反馈MOS管L和反馈MOS管R，充放电MOS管的栅极与反馈MOS管L和反馈MOS管R的漏极以及比例MOS管A，比例MOS管B，比例MOS管 C的源极连接，充放电MOS管的源极和漏极与VSS耦接；反馈MOS管L的源极与VSS耦接，反馈MOS管R的源极与其漏极连接；反馈MOS管L和反馈MOS管R的栅极与输出控制模块连接。

优选的，所述输出控制模块包括与所述比较器的输出连接的输入接口，电源控制接口，反馈输出接口L和反馈输出接口R，以及输出接口，所述反馈输出接口L与反馈MOS管L的栅极连接，所述反馈输出接口R与反馈MOS管R的栅极连接。

优选的，比较器输出的周期性方波通过所述输入接口经过第一反相器后与所述电源控制接口共同接入控制与门，所述与门的输出经过所述第二反相器与所述输出接口连接；所述反馈输出接口L与所述输出接口之间依次串联有两个第三反相器，所述反馈输出接口R与所述输出接口之间依次串联有第四反相器和两个所述第三反相器。

优选的，所述偏置模块为镜像电流源。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出了一种频率可调的RC振荡器，通过码制转换模块将频率选择信号转换为二进制的电流控制位码，并通过所述开关电流控制模块改变充放电电流，最后通过将充放电电压与所述偏置模块提供的基准参考电压进行比较，从而得到品号选择信号给出的周期性的方波。本实用新型采用高低频段分开控制，以及前后二级镜像电流控制的方式，能够实现较宽范围的覆盖。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为码制转换模块的原理图；

图3为码制转换模块的运算示意图；

图4为开关电流控制模块的电路示意图；

图5为输出控制模块的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型所保护的技术方案做具体说明。

请参照图1至图5，本实用新型提出了一种频率可调的RC振荡器，包括码制转换模块，偏置模块，开关电流控制模块，比较器以及输出控制模块，其中，所述码制转换模块将频率选择信号经转换后将电流控制码作为所述开关电流控制模块的输入，同时，所述偏置模块为所述开关电流控制模块提供充放电基准电流，所述开关电流控制模块根据电流控制位码选择不同的镜像电流支路，产生对应的充放电电流，再通过对MOS管构成的电容进行充放电，得到对应的充放电电压，将该充放电电压与所述偏置模块提供的基准参考电压进行比较，从而得到对应频率的周期性方波。

在其中一个实施例中，所述码制转换模块用于将频率选择信号转换为电流控制位码，具体地，所述码制转换模块包括一个输入接口，用于接收频率选择命令，请结合图2，在本实施例中，该频率选择信号可以表示为6位二进制，经图2所示的运算方式，通过四个输出接口生产电流控制位码，上述四个输出接口分别为：选通控制位，低频控制码位，高频控制码位以及镜像电流比控制位，所述选通控制位的输出用于所述开关电流控制模块中不同镜像电流支路的选择，所述选通控制位的输出由所述频率选择信号的最高两位控制，即C<5>和C<4> 经逻辑与非门后得到选通低频段的镜像电流支路的选通控制位A<0>,再经过反相器后，得到选通高频段的镜像电流支路的选通控制位A<1>；而低频控制位码则由低四位，即C<3:0>分别经反相器后与A<0>经逻辑与门即可得到低频控制位码S_<3:0>；而高频控制位码S<3:0>则由低四位C<3:0>经反相器后与A<1>经逻辑与门得到；镜像电流比控制位S<6:4>中的S<4>由C<5> 经反相器得到，S<5>则由C<4>经反相器后与C<5>经逻辑与门得到；S<6>则由C<4>与C<5>经逻辑与门得到。

在其中一个实施例中，所述偏置模块为镜像电流源，包括基准电压端口VN和基准电流端口CTRL_Iin,所述码制转换模块的四个输出接口分别与所述开关电流控制模块对应的输入接口连接，已将控制信号输入进行运算。

具体地，所述开关电流控制模块包括并联的第一镜像电流支路100和第二镜像电流支路 200以及与两者串联的比例镜像电流支路，而所述比例镜像电流支路包括左单元300，第三镜像电流单元400，比例控制单元500以及充放电单元600。

其中，所述第一镜像电流支路包括并列设置的若干高频电流单元以及高频选通单元，所述高频电流单元包括MOS管A和MOS管B；MOS管A的漏极与所述偏置模块的基准电流端口 CTRL_Iin连接，其栅极与所述码制转换模块的高频控制码位A<1>连接，其源极与MOS管B的漏极连接；MOS管B的源极与VSS耦接；其栅极与所述比例镜像电流支路连接；所述高频选通单元包括MOS管C1，MOS管C2和MOS管D1，MOS管D2，MOS管C1的栅极与所述码制转换模块的选通控制位A<1>相连接，其漏极与所述偏置模块的基准电流端口CTRL_Iin连接，其源极MOS管D1的栅极和漏极连接；MOS管D1的源极与VSS耦接；MOS管C2的栅极与所述码制转换模块的选通控制位A<1>相连接，其漏极与所述比例镜像电流支路相连，其源极与MOS 管D2的漏极相连；MOS管D2的栅极与MOS管D1的栅极相连，其源极与VSS耦接。

所述第二镜像电流支路包括并列设置的若干低频电流单元以及低频选通单元，所述低频电流单元包括MOS管a和MOS管b；MOS管a的漏极与所述偏置模块的基准电流端口CTRL_Iin 连接，其栅极与所述码制转换模块的低频控制码位A<0>连接，其源极与MOS管b的漏极连接； MOS管b的源极与VSS耦接；其栅极与所述比例镜像电流支路连接；所述低频选通单元包括 MOS管c1，MOS管c2和MOS管d1，MOS管d2，MOS管c1的栅极与所述码制转换模块的选通控制位A<0>相连接，其漏极与所述偏置模块的基准电流端口CTRL_Iin连接，其源极MOS管d1的栅极和漏极连接；MOS管d1的源极与VSS耦接；MOS管c2的栅极与所述码制转换模块的选通控制位A<0>相连接，其漏极与所述比例镜像电流支路相连，其源极与MOS管d2的漏极相连；MOS管d2的栅极与MOS管d1的栅极相连，其源极与VSS耦接。

所述左单元包括左MOS管A，左MOS管a，左MOS管B和左MOS管b，左MOS管A的栅极和漏极与所述第一镜像电流支路和所述第二镜像电流支路相连，其源极与左MOS管B的栅极和漏极连接；左MOS管B的源极与VDD耦接；左MOS管b的栅极与左MOS管B的栅极和左MOS 管A的源极相连，其源极与VDD耦接，其漏极与左MOS管a的源极连接，左MOS管a的栅极与左MOS管的栅极和所述第一镜像电流支路以及第二镜像电流支路相连，其漏极与所述第三镜像电流单元连接。

所述第三镜像电流单元包括镜像MOS管A，镜像MOS管B和镜像MOS管C，镜像MOS管c；镜像MOS管A的栅极与所述码制转换模块的选通控制位相连接，其漏极与左MOS管a的漏极以及镜像MOS管B的栅极和漏极相连，其源极与镜像MOS管C和镜像MOS管c的栅极连接；镜像MOS管B的漏极与左MOS管a的漏极连接，其源极与VSS耦接；镜像MOS管C的栅极与镜像MOS管c的栅极连接，其源极与VSS耦接；镜像MOS管c的漏极与所述比例控制单元连接，其源极与VSS耦接。

所述比例控制单元包括比例MOS管A，比例MOS管B，比例MOS管C，比例MOS管A1，比例MOS管B1，比例MOS管C1，比例MOS管D1，比例MOS管A2，比例MOS管B2，比例MOS管 C2和比例MOS管D2；比例MOS管A，比例MOS管B和比例MOS管C的栅极与所述码制转换模块的镜像电流比控制位S<6:4>相连，三者的源极均与所述充放电单元连接；比例MOS管A的漏极与比例MOS管B1的漏极连接，比例MOS管B的漏极与比例MOS管C1的漏极相连，比例 MOS管C的漏极与比例MOS管D1的漏极相连；比例MOS管A1，比例MOS管B1，比例MOS管 C1和比例MOS管D1的栅极与镜像MOS管c的漏极连接；比例MOS管A1的漏极与镜像MOS管 c的漏极连接，比例MOS管A1的源极与比例MOS管A2的漏极以及比例MOS管A2，比例MOS 管B2，比例MOS管C2和比例MOS管D2的栅极连接；比例MOS管B2的漏极与比例MOS管B1 的源极连接，比例MOS管C2的漏极与比例MOS管C1的源极连接，比例MOS管D2的漏极与比例MOS管D1的源极连接；比例MOS管A2，比例MOS管B2，比例MOS管C2和比例MOS管D2 的源极均与VDD耦接。

请参照图4，所述输出控制模块包括与所述比较器的输出连接的输入接口，电源控制接口PD，反馈输出接口L和反馈输出接口R，以及输出接口，所述反馈输出接口L与反馈MOS管L的栅极连接，所述反馈输出接口R与反馈MOS管R的栅极连接。比较器输出的方波输出到输出控制模块的IN端口，经过一个反相器在PD信号控制下到达输出端OUT，同时OUT经过两级反相产生反馈控制信号FBL、三级反相产生反馈控制信号FBR。当FBL为高，FBR为低时，电容上电压被迅速拉低进行放电；当FBL为低，FBR为高时，电容上进行充电。电源控制接口PD(POWER DOWN)信号为功耗降低控制端，在为低电平的时候输出周期方波；在为高电平时输出被封锁保持为高，不输出周期方波。

在本实施例中，其中高两位C<5>,C<4>对频率范围进行划分，如00时对应400hz～12.5Khz 频率范围，01对应12.5Khz～25Khz频率范围，10对应25Khz～50Khz频率范围，11对应 50Khz～100Khz频率范围。而S_<3:0>对应的第一级低频段镜像电流支路由A<0>控制，S<3:0> 对应的第一级高频段镜像电流支路由A<1>控制。当C<5>C<4>为00时，对应低频段400hz～12.5Khz，此时A<0>为1，A<1>为0，S<3:0>＝0000,而此时S_<3:0>根据C<3:0>的值产生对应的值，进行该频段内的16分频。而在高频段，相应的逻辑运算电路会使A<0>为0， A<1>为1，此时S_<3:0>被封锁为0000，此时由S<3:0>进行16分频。如，在400hz～12.5Khz 时，A<0>选通第二镜像电流支路200导通，A<1>将第一镜像电流支路100关闭，由S_<3:0> 进行16分频；在其他频段A<1>选通第一镜像电流支路100导通，A<0>将第二镜像电流支路 200关闭，由S<3:0>进行16分频。第三镜像电流单元400由A<0>位进行控制，在低频段镜像比为1:4；在高频段镜像电流比为1:1；控制位是S<6:4>为比例控制单元分别为1:1；1:2， 1:4的选择位，分别对应12.5Khz～25Khz频率范围，25Khz～50Khz频率范围，50Khz～100Khz 频率范围。

这样将低频段与高频段可以分开各自单独进行16分频。通过镜像电流运算产生的充放电电流对MOS管构成的电容进行充放电，当FBL为高，FBR为低时，电容上电压被迅速拉低进行放电；当FBL为低，FBR为高时，电容上进行充电。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种频率可调的RC振荡器，其特征在于，包括码制转换模块、偏置模块、开关电流控制模块、比较器以及输出控制模块，其中，

码制转换模块，用于将频率选择信号转换为电流控制位码；

2.根据权利要求1所述的一种频率可调的RC振荡器，其特征在于，所述码制转换模块的输出接口包括选通控制位，低频控制码位，高频控制码位以及镜像电流比控制位。

3.根据权利要求2所述的一种频率可调的RC振荡器，其特征在于，所述第一镜像电流支路包括并列设置的若干高频电流单元以及高频选通单元，所述高频电流单元包括MOS管A和MOS管B；MOS管A的漏极与所述偏置模块的基准电流端口连接，其栅极与所述码制转换模块的高频控制码位连接，其源极与MOS管B的漏极连接；MOS管B的源极与VSS耦接；其栅极与所述比例镜像电流支路连接；所述高频选通单元包括MOS管C1，MOS管C2和MOS管D1，MOS管D2，MOS管C1的栅极与所述码制转换模块的选通控制位相连接，其漏极与所述偏置模块的基准电流端口连接，其源极MOS管D1的栅极和漏极连接；MOS管D1的源极与VSS耦接；MOS管C2的栅极与所述码制转换模块的选通控制位相连接，其漏极与所述比例镜像电流支路相连，其源极与MOS管D2的漏极相连；MOS管D2的栅极与MOS管D1的栅极相连，其源极与VSS耦接。

4.根据权利要求2所述的一种频率可调的RC振荡器，其特征在于，所述第二镜像电流支路包括并列设置的若干低频电流单元以及低频选通单元，所述低频电流单元包括MOS管a和MOS管b；MOS管a的漏极与所述偏置模块的基准电流端口连接，其栅极与所述码制转换模块的低频控制码位连接，其源极与MOS管b的漏极连接；MOS管b的源极与VSS耦接；其栅极与所述比例镜像电流支路连接；所述低频选通单元包括MOS管c1，MOS管c2和MOS管d1，MOS管d2，MOS管c1的栅极与所述码制转换模块的选通控制位相连接，其漏极与所述偏置模块的基准电流端口连接，其源极MOS管d1的栅极和漏极连接；MOS管d1的源极与VSS耦接；MOS管c2的栅极与所述码制转换模块的选通控制位相连接，其漏极与所述比例镜像电流支路相连，其源极与MOS管d2的漏极相连；MOS管d2的栅极与MOS管d1的栅极相连，其源极与VSS耦接。

5.根据权利要求2所述的一种频率可调的RC振荡器，其特征在于，所述比例镜像电流支路包括左单元，第三镜像电流单元，比例控制单元以及充放电单元，其中，

所述左单元包括左MOS管A，左MOS管a，左MOS管B和左MOS管b，左MOS管A的栅极和漏极与所述第一镜像电流支路和所述第二镜像电流支路相连，其源极与左MOS管B的栅极和漏极连接；左MOS管B的源极与VDD耦接；左MOS管b的栅极与左MOS管B的栅极和左MOS管A的源极相连，其源极与VDD耦接，其漏极与左MOS管a的源极连接，左MOS管a的栅极与左MOS管的栅极和所述第一镜像电流支路以及第二镜像电流支路相连，其漏极与所述第三镜像电流单元连接；

所述比例控制单元包括比例MOS管A，比例MOS管B，比例MOS管C，比例MOS管A1，比例MOS管B1，比例MOS管C1，比例MOS管D1，比例MOS管A2，比例MOS管B2，比例MOS管C2和比例MOS管D2；比例MOS管A，比例MOS管B和比例MOS管C的栅极与所述码制转换模块的镜像电流比控制位相连，三者的源极均与所述充放电单元连接；比例MOS管A的漏极与比例MOS管B1的漏极连接，比例MOS管B的漏极与比例MOS管C1的漏极相连，比例MOS管C的漏极与比例MOS管D1的漏极相连；比例MOS管A1，比例MOS管B1，比例MOS管C1和比例MOS管D1的栅极与镜像MOS管c的漏极连接；比例MOS管A1的漏极与镜像MOS管c的漏极连接，比例MOS管A1的源极与比例MOS管A2的漏极以及比例MOS管A2，比例MOS管B2，比例MOS管C2和比例MOS管D2的栅极连接；比例MOS管B2的漏极与比例MOS管B1的源极连接，比例MOS管C2的漏极与比例MOS管C1的源极连接，比例MOS管D2的漏极与比例MOS管D1的源极连接；比例MOS管A2，比例MOS管B2，比例MOS管C2和比例MOS管D2的源极均与VDD耦接；

所述充放电单元包括充放电MOS管，以及反馈MOS管L和反馈MOS管R，充放电MOS管的栅极与反馈MOS管L和反馈MOS管R的漏极以及比例MOS管A，比例MOS管B，比例MOS管C的源极连接，充放电MOS管的源极和漏极与VSS耦接；反馈MOS管L的源极与VSS耦接，反馈MOS管R的源极与其漏极连接；反馈MOS管L和反馈MOS管R的栅极与输出控制模块连接。

6.根据权利要求5所述的一种频率可调的RC振荡器，其特征在于，所述输出控制模块包括与所述比较器的输出连接的输入接口，电源控制接口，反馈输出接口L和反馈输出接口R，以及输出接口，所述反馈输出接口L与反馈MOS管L的栅极连接，所述反馈输出接口R与反馈MOS管R的栅极连接。

7.根据权利要求6所述的一种频率可调的RC振荡器，其特征在于，比较器输出的周期性方波通过所述输入接口经过第一反相器后与所述电源控制接口共同接入控制与门，所述与门的输出经过第二反相器与所述输出接口连接；所述反馈输出接口L与所述输出接口之间依次串联有两个第三反相器，所述反馈输出接口R与所述输出接口之间依次串联有第四反相器和两个所述第三反相器。

8.根据权利要求1所述的一种频率可调的RC振荡器，其特征在于，所述偏置模块为镜像电流源。