一種應(yīng)用于開關(guān)電源的頻率可配置的振蕩器電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種應(yīng)用于開關(guān)電源的振蕩器電路，尤其是一種具有=種工作模式頻 率可配置的振蕩器電路，屬于數(shù)?；旌霞呻娐芳夹g(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電源負(fù)責(zé)為各種電子設(shè)備的正常工作提供電力保障。目前常用的電源分為線性穩(wěn) 壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源具有穩(wěn)定度高、可靠性好、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但只能 降壓、能量效率低、笨重、體積較大。開關(guān)電源與線性電源相比具有下列優(yōu)點(diǎn):可W升壓和降 壓、供電效率高，但控制電路和補(bǔ)償電路較復(fù)雜。
[0003] 開關(guān)電源是根據(jù)電感和電容的能量儲存特性，并利用開關(guān)動作不斷將能量從輸入 端傳到輸出端，為負(fù)載提供能量。電源系統(tǒng)根據(jù)不同的負(fù)載情況進(jìn)行自動調(diào)整。時鐘信號 CLK產(chǎn)生電路是開關(guān)電源中十分重要的模塊，時鐘信號的周期決定了開關(guān)頻率，并為計數(shù)電 路或分頻電路提供參考。時鐘信號的穩(wěn)定性對電路的信號處理性能有著很大影響，通常要 求時鐘信號在溫度、電源電壓和工藝等變化的條件下能保證頻率的穩(wěn)定。斜坡信號化0陽是 針對電流模式開關(guān)電源的次諧波不穩(wěn)定等因素所疊加的補(bǔ)償信號。由于該信號必須與時鐘 信號同步，通常由時鐘信號產(chǎn)生電路附帶產(chǎn)生。一般的電流模式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)如圖1所 /J、- O
[0004] 由圖1可知，振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號用來控制開關(guān)晶體管Ml和M2的開關(guān)頻率，決定 了整個開關(guān)電源的工作頻率。同時工作頻率也對外部的電感和電容尺寸有決定性影響：工 作頻率越高，需要的濾波電感L和濾波電容C的值越小，相應(yīng)的尺寸也越小。
[0005] 在集成電路設(shè)計中常用到的振蕩器有=種:RC振蕩器，環(huán)形振蕩器和晶體振蕩器。 R訝辰蕩器是應(yīng)用最為普遍的一種振蕩器電路，它的結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，另外該電路功耗也 較低。但是運(yùn)種電路的工作電壓極大地影響著它的頻率，工藝相關(guān)性比較差，精度較差。環(huán) 形振蕩器的振蕩頻率范圍很寬，穩(wěn)定度較高。但是對電源噪聲很敏感，布局尺寸面積較大。 晶體振蕩器頻率很準(zhǔn)，而且工作穩(wěn)定，其精度只與所選擇的晶體器件固有頻率有關(guān)。但是它 的功耗較大，不易集成在忍片內(nèi)部。
[0006] 開關(guān)電源需要振蕩器具有一定的精度、穩(wěn)定性，并且能夠內(nèi)部集成。因此都是環(huán)形 振蕩器。圖2是一般常用的開關(guān)電源中用于產(chǎn)生時鐘信號CLK和斜坡信號化0陽的環(huán)形振蕩 器結(jié)構(gòu)。運(yùn)種振蕩器的工作原理如下：
[0007] 起始狀態(tài)，電容C上電荷為0,斜坡信號化0陽為0,比較器輸出201為0,時鐘信號CLK 輸出為0，202為1，使得P管206關(guān)閉，203為0，N管204關(guān)閉，電流源205對電容207充電，斜坡信 號SLO陽隨之上升。
[000引待斜坡電壓化0陽高于VREFH的瞬間，比較器輸出201由0翻轉(zhuǎn)為1，202由1翻轉(zhuǎn)為0， 使得P管206打開，因此斜坡信號SLO陽與VRE化比較，因為VRE即高于VRE化，因此比較器輸出 201為1，202保持為0，CLK由0翻轉(zhuǎn)為1，203為1，N管204打開，電容207開始向地放電，因為N管 204柵壓為高電位1，因此電阻很小，流過電流遠(yuǎn)大于電流源205的充電電流，因此斜坡信號 SLO陽在很短時間內(nèi)由VREFH下降。
[0009] 待斜坡信號化0陽下降至略小于VRE化時，比較器輸出201由1翻轉(zhuǎn)為0，202輸出由0 翻轉(zhuǎn)為1，P管206關(guān)閉，SLOPE又開始與VREF扯k較，一個振蕩周期完成。運(yùn)使得時鐘信號CLK 和斜坡信號SLOPE具有較大的占空比，使得斜坡信號具有斜坡補(bǔ)償所要求的電壓斜率。
[0010] 圖2中的振蕩器，內(nèi)部設(shè)置固定，只能產(chǎn)生固定頻率的振蕩信號，運(yùn)就導(dǎo)致后級電 路的工作頻率受到限制。對于開關(guān)電源來說，不同的外部配置條件和使用條件可能需要不 同的開關(guān)頻率。由于開關(guān)電源的開關(guān)頻率與外接電感和電容密切相關(guān)，并且需要是內(nèi)部環(huán) 路帶寬的5~10倍，固定的時鐘頻率限制了開關(guān)電源的開關(guān)頻率，使得外部器件的適用范圍 受到限制，并且不利于通過調(diào)整時鐘頻率實(shí)現(xiàn)內(nèi)部環(huán)路穩(wěn)定。同時，隨著集成系統(tǒng)的應(yīng)用， 集成系統(tǒng)提供的時鐘信號更為精準(zhǔn)，用在開關(guān)電源中更為穩(wěn)定，而傳統(tǒng)的振蕩器只能使用 自己產(chǎn)生的低精度時鐘信號，缺乏可繼承性和靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種應(yīng)用于開關(guān)電源的頻 率可配置的振蕩器電路，能夠產(chǎn)生固定頻率、可調(diào)頻率、外部時鐘同步頻率的時鐘信號和斜 坡信號，從而滿足不同的應(yīng)用要求。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種應(yīng)用于開關(guān)電源的頻率可配置的振蕩器電路，包 括工作模式識別電路、充電電流控制電路、同步模塊和內(nèi)部振蕩器;充電電流控制電路判斷 外接電阻RT端是否懸空，并向工作模式識別電路發(fā)送電阻懸空信號；工作模式識別電路接 收外部輸入信號和充電電流控制電路發(fā)送的電阻懸空信號，當(dāng)RT端懸空時，振蕩器電路為 固定頻率模式，當(dāng)RT端接對地電阻且外部輸入端接對地電阻時，振蕩器電路為可調(diào)頻率模 式，當(dāng)RT端接對地電阻且外部輸入信號為時鐘信號時，振蕩器電路為外部時鐘同步頻率模 式；
[0013] 固定頻率模式:工作模式識別電路發(fā)送關(guān)閉信號關(guān)閉同步模塊，充電電流控制電 路向內(nèi)部振蕩器輸出固定電壓，內(nèi)部振蕩器在固定電壓的作用下輸出固定頻率的時鐘信號 和斜坡信號；
[0014] 可調(diào)頻率模式:工作模式識別電路發(fā)送關(guān)閉信號關(guān)閉同步模塊，充電電流控制電 路根據(jù)外接電阻值計算充電電流，并將充電電流轉(zhuǎn)化為電壓輸出給內(nèi)部振蕩器，內(nèi)部振蕩 器根據(jù)輸入電壓產(chǎn)生頻率與所述充電電流值相對應(yīng)的時鐘信號和斜坡信號；
[0015] 外部時鐘同步頻率模式:工作模式識別電路在接收到外部時鐘信號時向同步模塊 發(fā)送外部時鐘使能信號和外部時鐘同頻信號，向充電電流控制電路發(fā)送外部時鐘使能信 號，同步模塊接收到外部時鐘使能信號后啟動，實(shí)時接收外部時鐘同頻信號和內(nèi)部振蕩器 反饋的時鐘信號，根據(jù)外部時鐘同頻信號和時鐘信號實(shí)時產(chǎn)生同步控制信號輸出給充電電 流控制電路;充電電流控制電路根據(jù)外部時鐘使能信號、同步控制信號和外接電阻值實(shí)時 得到與外部輸入信號頻率同步的充電電流，將該充電電流轉(zhuǎn)化為電壓輸出給內(nèi)部振蕩器， 內(nèi)部振蕩器根據(jù)輸入電壓實(shí)時產(chǎn)生與外部輸入信號頻率同步的時鐘信號和斜坡信號，并將 時鐘信號實(shí)時反饋給同步模塊。
[0016] 還包括延遲電路，固定頻率模式或可調(diào)頻率模式下，延遲電路關(guān)閉；外部時鐘同步 頻率模式下，工作模式識別電路在接收到外部時鐘信號時向延遲電路發(fā)送外部時鐘使能信 號；延遲電路啟動后，通過內(nèi)部振蕩器反饋的時鐘信號產(chǎn)生20ys的時間延遲用于接收外部 時鐘使能信號，如果沒有接收到，則判斷振蕩器電路處于固定頻率模式;如果接收到，則判 斷振蕩器電路處于外部時鐘同步頻率模式。
[0017] 所述充電電流控制電路包括MOS管111、]\105管^2、]\?)8管^3、]\?)8管^4、]\105管^5、 MOS 管 M16、M0S 管 M17、M0S 管 M18、M0S 管 M19、M0S 管 M110、M0S 管 Mill、電阻 R11、電阻 R12、R 電阻 13,傳輸口 TG11、傳輸口 TG12、反相器INV11、反相器INV12、反相器INV13、反相器INV14、運(yùn)算 放大器AMP11、運(yùn)算放大器AMP12 W及電流源111;
[0018] 電阻Rll-端與外部電壓V孤連接，Rll的另一端同時與運(yùn)算放大器AMP12的正輸入 端W及電阻Rl 2的一端連接，電阻Rl 2的另一端通過電阻Rl 3接地，MOS管Ml 1源極與外部電壓 V孤連接，MOS管Ml 1漏極同時與MOS管Ml 10源極W及運(yùn)算放大器AMP12的負(fù)輸入端連接，MOS 管Mll的柵極同時與運(yùn)算放大器AMP12的負(fù)輸入端W及MOS管M12的柵極連接，MOS管MllO柵 極與運(yùn)算放大器AMPll輸出端連接，MOS管MllO漏極同時與電阻R14W及運(yùn)輸放大器AMPll正 輸入端連接，電阻R14的另一端為外接電阻RT端；運(yùn)輸放大器AMPll負(fù)輸入端接參考電壓 VREFl，運(yùn)算放大器AMP12輸出端與反相器INVll輸入端連接，反相器INVll輸出端與反相器 INV12輸入端連接，反相器INV12輸出端輸出電阻懸空信號RT_FL0ATING，反相器INVll輸出 端輸出RT_FL0ATING_B信號；
[0019 ] MOS管Ml 2和MOS管Ml 5的源極W及電流源111輸入端均與外部電壓VDD連接，電流源 111輸出端與MOS管M14源極連接，MOS管Ml 2漏極與MOS管Ml 3源極連接，MOS管Ml 3漏極同時與 MOS管M16漏極、MOS管M16柵極W及MOS管M14漏極連接，MOS管M16源極W及MOS管M17源極接 地，MOS管M16柵極與MOS管M17柵極連接，MOS管M17漏極同時與MOS管M15柵極和漏極連接， MOS管M15柵極與MOS管Mill源極連接，同時MOS管M15柵極輸出電壓VBl ;M0S管Mill漏極與同 步模塊輸出的同步控制信號TC連接；
[0020] 反相器INV13輸入端與延遲電路的輸出端連接，反相器INV14輸入端與工作模式識 另帕路輸出的外部時鐘使能信號SYNC_EN連接，反相器INV14輸出端與MOS管Ml 11柵極連接；
[0021] 傳輸口 TGll-端與反相器INVll輸出端連接，另一端與MOS管M18漏極連接，傳輸口 TGll電源端與延遲電路的輸出端連接，傳輸口 TGll地端與反相器INV13輸出端連接，MOS管 M18源極與外部電壓VDD連接，MOS管M18柵極與反相器INV13輸出端連接；
[0022] 傳輸口 TG12-端與反相器INV12輸出端連接，另一端與MOS管M19漏極連接，傳輸口 TG12電源端W及MOS管M19柵極均與延遲電路的輸出端連接，傳輸口 TG12地端與反相器 INVl 3輸出端連接，MOS管Ml 9源極接地。
[0023] 所述工作模式識別電路包括MOS管M21、M0S管M22、M0S管M23、M0S管M24、反相器 INV21、反相器INV22、反相器INV23、反相器INV24、反相器INV25、反相器INV26、反相器 INV27、電阻R21、傳輸口TG21，與非口NAND2_21、與非口NAND2_22、與非口NAND2_23、電容 〔21、電容〔22、電流源121^及電流源122;
[0024] 傳輸口 TG21-端連接外部輸入信號端SYNC,另一端連接INV21輸入端，傳輸口 TG21 電源端連接RT_FL0ATING_B信號，地端連接RT_FL0ATING信號，反相器INV21輸出端輸出外部 時鐘同頻信號SYNC_INPUT，反相器INV21輸出端同時連接反相器INV22輸入端、MOS管M22W 及MOS管M24的柵極，反相器INV22輸出端同時連接MOS管M23W及MOS管M21的柵極，電阻R21 的一端、電流源121W及電流源122的輸入端同時與外部電壓VDD連接，電阻R21的另一端與 反相器INV21輸入端連接，電流源121輸出端與MOS管M23源極連接，電流源122輸出端與MOS 管M24源極連接，MOS管M23漏極同時與MOS管M21漏極、反相器INV23輸入端W及電容C21的一 端連接，MOS管M21源極W及電容C21的另一端接地;MOS管M24漏極同時與MOS管M22漏極、反 相器INV24輸入端W及電容C22的一端連接，MOS管M22源極W及電容C22的另一端接地;與非 口 NAND2_21的兩個輸入端分別連接反相器INV23的輸出端W及反相器INV24的輸出端，與非 口 NAND2_21的輸出端與反相器INV26輸入端連接，反相器INV26輸出端與與非口 NAND2_22的 一個輸入端連接，與非口 NAND2_22的另一個輸入端連接RT_FL0ATING信號，與非口 NAND2_22 的輸出端與反相器INV27輸入端連接，反相器INV27輸出端輸出外部時鐘使能信號SYNC_EN;
[0025]反相器INV23的輸出端與反相器INV25的輸入端連接，與非口 NAND2_23