專利名稱：帶有開關(guān)電容頻率控制和頻率設(shè)置電阻的精密振蕩器電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
有可用于產(chǎn)生一個(gè)周期性波形的一些普及的方法。低成本的RC(電阻電容)振蕩器可以使用分立元件，如比較器，電阻，電容或使用簡(jiǎn)單的集成電路構(gòu)成，如行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的555定時(shí)器與幾個(gè)離散元件結(jié)合。這些解決方案是煩重的且不準(zhǔn)確的，特別是在頻率大于幾百千赫時(shí)。另一方面，精確的振蕩器可以使用陶瓷諧振器或晶體作為一個(gè)穩(wěn)定的頻率元件。然而，這些電路的體積大且往往比RC振蕩器貴。改變其頻率是困難的或不可能的，因?yàn)樗麄兺ǔH在預(yù)定頻率工作。在增加成本時(shí)，一個(gè)鎖相環(huán)電路可產(chǎn)生一定范圍的頻率。電路需要陶瓷諧振器的頻率穩(wěn)定與低成本，靈活性相結(jié)合，和易于使用的RC振蕩器，然而需要較少的空間比。一個(gè)簡(jiǎn)單的RC振蕩器電路將受初始精度、供應(yīng)穩(wěn)定性和溫度的影響。此外，當(dāng)操作在一個(gè)大的范圍，這些電路通常有較差的線性，例如在10: I頻率范圍。有兩種方法來(lái)提高準(zhǔn)確性。開環(huán)技術(shù)涉及使用非?？斓谋容^器、精確的電壓參考和線性校正電路，以試圖預(yù)測(cè)和校正基本電路固有的非線性。這樣的電路的性能基本上受電路元件的數(shù)量限·制，對(duì)振蕩頻率來(lái)說，每一種都有一定量的誤差。閉合回路，或反饋回路，技術(shù)的基本振蕩器電路包含在一個(gè)高增益反饋回路，以抑制振蕩器的錯(cuò)誤。精度基本上是通過反饋路徑確定，其中可能包括較少的設(shè)備。反饋技術(shù)，通常使用運(yùn)算放大器是普及的，因?yàn)楦鶕?jù)設(shè)計(jì)師的選擇，他們從電路的一部分改變關(guān)鍵部件到另一部分。在一個(gè)RC振蕩器下，基本振蕩器電路的精度是可以忽略的。反饋和輸入電路的合理設(shè)計(jì)將使一個(gè)整體的設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確，結(jié)果穩(wěn)定，線性可能比使用開環(huán)技術(shù)更好。反饋電路必須轉(zhuǎn)換頻率到另一種信號(hào)，以與準(zhǔn)確的相比較。開關(guān)電容器是用于反
饋電路的一個(gè)很好的候選，因?yàn)楫?dāng)時(shí)，它可當(dāng)作頻率控制電阻。提供給開關(guān)電容:/xC
一個(gè)可控電壓(參考電壓)，以產(chǎn)生一個(gè)電流，該電流與頻率(參考頻率)相對(duì)應(yīng)。這種電流可以從參考電流中減去(參考電流)，以產(chǎn)生誤差電流。通過改變輸入(無(wú)論電壓或電流)，這個(gè)誤差電流用來(lái)調(diào)控振蕩器頻率。如果反饋回路控制誤差電流為零，那么頻率將等參考電流CX參考電壓。產(chǎn)生誤差電流的方·法之一是:讓它流過一個(gè)第二電容，產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓可以用作振蕩器的輸入。在開關(guān)電容電路中，將集成電路與運(yùn)算放大器相結(jié)合是很普遍的，通過將第二電容器放置一個(gè)負(fù)反饋回路，該負(fù)反饋回路在運(yùn)算放大器的輸出和它的負(fù)輸入之間。因?yàn)橐粋€(gè)運(yùn)算放大器控制其輸入之間的電壓接近零，根據(jù)運(yùn)算放大器正輸入的正確電壓，電路允許開關(guān)電容的電壓重新設(shè)置。開關(guān)電容電流是不連續(xù)的，但每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)將電荷反相轉(zhuǎn)移。而它的平均電流是Ifkeq = f XCX參考電壓，電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生在離散的時(shí)間點(diǎn)，不同于一個(gè)真正的電阻。因此，在運(yùn)算放大器的輸出電壓將是一個(gè)鋸齒波形，每個(gè)時(shí)鐘周期電壓的跳變，和由于參考電流，產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的斜坡。一個(gè)開關(guān)電容反饋回路被運(yùn)用在一個(gè)集成放大電路，圖1顯示了開關(guān)電容頻率控制回路的結(jié)構(gòu)。一個(gè)振蕩器電路100包括一個(gè)電壓參考130，其130提供一個(gè)電流，該電流從電阻112流到放大電路120的反相輸入。放大電路120包括一個(gè)反相反饋回路和一個(gè)電容116，當(dāng)作集成器工作?！獋€(gè)兩相時(shí)鐘發(fā)生器124提供時(shí)鐘信號(hào)126和時(shí)鐘信號(hào)128,兩者有180度的相位差。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)126變高時(shí)，開關(guān)104和106關(guān)閉；當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)126變低時(shí)，開關(guān)104和106打開。開關(guān)126和128的整體效應(yīng)是交替的，且將放大電路120的開關(guān)電容108和電壓參考130解耦。每一個(gè)時(shí)鐘周期，開關(guān)電容108的耦合和解耦消除了放大電路120反相輸入的電荷。組合電流流過電阻112，且開關(guān)電容108的周期轉(zhuǎn)換在放大電路120的輸出端提供了一
個(gè)信號(hào)，該信號(hào)類似鋸齒波形。根據(jù)/ = ^給定的頻率，在相同的時(shí)間下，開關(guān)電容在一
個(gè)信號(hào)周期去除的電容數(shù)量等于由電阻累積的電荷。如果開關(guān)電容在那個(gè)頻率下工作，運(yùn)算放大器輸出的鋸齒波形的平均值不隨時(shí)間變化。在更高的頻率下，平均開關(guān)電容電流更大且運(yùn)放輸出的平均值上升。同樣，在較低的頻率下，該運(yùn)算放大器的輸出電壓的平均值下降。圖1還顯示了一個(gè)環(huán)路濾波器122，該濾波器耦合到放大電路120和一個(gè)合適的電壓控制振蕩器118之間。環(huán)路濾波器122取積分放大器的平均輸出作為電壓控制振蕩器118的輸入。通過平均輸出，環(huán)路濾波器122決定周期性波形的電壓控制振蕩器118產(chǎn)生的頻率。在電壓控制振蕩器輸出的基礎(chǔ)上，兩個(gè)相位時(shí)鐘發(fā)生器124產(chǎn)生開關(guān)電容時(shí)鐘126和128。這就完成了反饋回路，開關(guān)電容電流是由電壓控制振蕩器的頻率確定的。圖2顯不了一個(gè)振蕩器200,它包含一個(gè)放大器電路208,該放大電路由一個(gè)反相放大器和電容器206構(gòu)成。一個(gè)電 壓參考202 (V2)通過電阻204，耦合到放大器電路208 (R)的反相輸入。在振蕩電路中，通過運(yùn)算放大器的失調(diào)誤差電壓，介紹了誤差。此外，在運(yùn)算放大器鋸齒波輸出的斜坡部分，一個(gè)小的電壓必須在運(yùn)算放大器的輸入端形成，創(chuàng)造一個(gè)“有效”的失調(diào)電壓。這個(gè)電壓的大小取決于運(yùn)算放大器的增益帶寬積和斜坡率，隨較小的頻率設(shè)置電阻值的增加而增加。這個(gè)電壓差也會(huì)使輸出頻率產(chǎn)生誤差。需要提供一個(gè)可變頻率振蕩電路，該電路通過利用一個(gè)開關(guān)電容反饋回路來(lái)減少振蕩電路的錯(cuò)誤。它還需要提供輸入到振蕩器電路，用戶可以將一個(gè)電阻耦合到振蕩器電路。電阻值將由振蕩電路的輸出頻率精確度決定。這個(gè)輸入應(yīng)該是用來(lái)阻止電容的，從而使電路簡(jiǎn)單易用。最后，需要提供一個(gè)單片集成電路實(shí)現(xiàn)的振蕩器電路，在廣泛的應(yīng)用中，減小電路尺寸且使它更實(shí)用。
背景技術(shù)：
在電子電路設(shè)計(jì)中，往往要得到周期性波形信號(hào)，包括時(shí)鐘控制計(jì)數(shù)器和控制電路，通信電路需要脈沖，測(cè)試和測(cè)量電路。本發(fā)明涉及一種電路，該電路提供周期波形的信號(hào)。特別是，本發(fā)明涉及使用一個(gè)開關(guān)電容反饋回路偏置一個(gè)可變振蕩器，因此它產(chǎn)生一個(gè)準(zhǔn)確的和穩(wěn)定的周期性波形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)單片集成電路，該電路利用一個(gè)開關(guān)電容反饋電路來(lái)減少振蕩器的錯(cuò)誤。本發(fā)明的另一個(gè)目的是給振蕩器電路提供一個(gè)輸入，用戶可以將一個(gè)電阻耦合到振蕩器電路。電阻值將由振蕩電路的輸出頻率精確度決定。這個(gè)輸入應(yīng)該是用來(lái)阻止電容的，從而使電路簡(jiǎn)單易用。最后，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)單片集成電路實(shí)現(xiàn)的振蕩器電路，在廣泛的應(yīng)用中，減小電路尺寸且使它更實(shí)用。本發(fā)明的技術(shù)解決方案:振蕩器電路，它提供了一個(gè)振蕩輸出信號(hào)與集成放大電路。放大器電路耦合到開關(guān)電容器以及用戶輸入，適于耦合到一個(gè)電壓，該電壓是電源通過一個(gè)頻率設(shè)置電阻產(chǎn)生的。放大器電路提供一個(gè)輸出波形，在許多合適方法下，該波形可轉(zhuǎn)換成振蕩輸出信號(hào)。頻率設(shè)置電阻更適合設(shè)置輸出波形的頻率和振蕩信號(hào)。波形和振蕩信號(hào)彼此是成比例的。開關(guān)被耦合到開關(guān)電容器，用來(lái)控制的開關(guān)電容耦合到放大器電路。開關(guān)是由振蕩輸出信號(hào)控制的。振蕩器電路包括一個(gè)可控`電流，例如，一個(gè)精密電流鏡，該電流鏡用來(lái)復(fù)制輸入電阻電流到放大電路的輸入。振蕩器電路還包括一個(gè)合適的電壓控制振蕩器，基于輸出波形，用于提供振蕩信號(hào)。VCO可能由一個(gè)樣本保持電路的輸出控制，該樣本保持電路耦合來(lái)接收輸出波形。對(duì)比文獻(xiàn)，發(fā)明專利:振蕩器電路，申請(qǐng)?zhí)?200810190374.9對(duì)比文獻(xiàn)，發(fā)明專利:多模式頻率控制器及開關(guān)電源頻率控制方法，申請(qǐng)?zhí)?201010186664.

:在下面詳細(xì)描述中，本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的，結(jié)合附圖，其中部分器件的參考數(shù)字貫穿始終:圖1是一個(gè)傳統(tǒng)的開關(guān)電容的頻率控制回路；圖2是另一個(gè)傳統(tǒng)的開關(guān)電容的頻率控制回路；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)振蕩器電路；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)振蕩器電路。本發(fā)明的詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明原理，一個(gè)精密振蕩器電路具有一個(gè)可調(diào)頻率。頻率可調(diào)振蕩器電路對(duì)電子電路設(shè)計(jì)者來(lái)說是有用的，因?yàn)橐粋€(gè)精密振蕩器電路作為一個(gè)組成部分，可以在大多數(shù)電路設(shè)計(jì)中重新使用，需要不同頻率的振蕩器。精密振蕩器可以設(shè)置一定范圍的頻率，該頻率具有準(zhǔn)確性和精細(xì)性。本發(fā)明采用一個(gè)開關(guān)電容頻率控制回路結(jié)合一個(gè)運(yùn)放電路提供一個(gè)周期性鋸齒波形。運(yùn)放電路最好與積分放大器的電路結(jié)構(gòu)結(jié)合。運(yùn)算放大器電路更適合耦合到一個(gè)恒流源。這種電路給運(yùn)算放大器電路的輸出提供了一個(gè)斜坡波形。開關(guān)電容的頻率控制回路采用開關(guān)電容來(lái)定期泵電荷或?qū)⑦\(yùn)算放大器電路的電荷移除，防止引起運(yùn)放電路輸出端的電壓的離散跳躍或下降。斜坡波形和離散跳躍或下降的電壓的結(jié)合，導(dǎo)致運(yùn)算放大器電路的輸出電壓是鋸齒波形。鋸齒波形的頻率可能只依賴于耦合到運(yùn)放電路的開關(guān)電容的電流源的值、開關(guān)電容的大小和開關(guān)電容電壓的變化。一個(gè)電流源可能是通過外部，產(chǎn)生電流，可能是用戶提供的電阻。在一個(gè)給定的范圍，可以提供任何電阻值的電阻是一種有效的頻率設(shè)置電阻。振蕩器可以提供適合于連接電阻的用戶輸入。在本發(fā)明中，開關(guān)電容和頻率設(shè)置電阻分離。例如，開關(guān)電容耦合到運(yùn)放電路的一個(gè)輸入，然而頻率設(shè)置電阻耦合到運(yùn)放電路的另一個(gè)輸入。這個(gè)分離阻止了電壓的離散跳躍，該電壓受開關(guān)電容干擾電流流過電阻的影響。開關(guān)電容和頻率設(shè)置電阻的分離，使得從電阻到電容的電流復(fù)制的正確性。通過電流鏡，電阻電流更適合耦合到運(yùn)放電路的輸入。電阻電流和平均開關(guān)電容電流的不同提供了一個(gè)誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)用來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率。反饋回路使得從電阻到開關(guān)電容的電流相等，誤差信號(hào)基本上為零。在這樣情況下，輸出波形是設(shè)定的頻率。 鋸齒波形可以由一個(gè)環(huán)路濾波器或采樣保持電路，或任何其他合適的電路，該電路衰減不需要的諧波波形，過濾。濾波后的信號(hào)可用來(lái)偏置可變振蕩器產(chǎn)生一個(gè)恒定頻率的周期性波形。由此產(chǎn)生的 波形可能是一個(gè)50%占空比的平方的輸出波形，該波形對(duì)數(shù)字電子電路設(shè)計(jì)人員很有用。該輸出波形用來(lái)控制開關(guān)電容到運(yùn)放電路輸入的耦合和解耦，開關(guān)組用來(lái)控制開關(guān)電容的耦合。當(dāng)輸出波形的半封閉循環(huán)㈧時(shí)，一個(gè)開關(guān)，或開關(guān)組關(guān)閉，且開關(guān)將開關(guān)電容耦合到運(yùn)放電路。當(dāng)輸出波形的另一個(gè)半封閉循環(huán)(B)時(shí)，開關(guān)或開關(guān)組打開，且開關(guān)將開關(guān)電容解耦到運(yùn)放電路。當(dāng)輸出波形的另一個(gè)半封閉循環(huán)(B)時(shí)，另一個(gè)開關(guān)或開關(guān)組關(guān)閉，且開關(guān)將開關(guān)電容耦合到一個(gè)參考電壓。該參考電壓可能規(guī)定在零伏。當(dāng)輸出波形的半封閉循環(huán)(A)時(shí)，該開關(guān)或開關(guān)組打開，且開關(guān)將開關(guān)電容解耦到參考電壓。當(dāng)開關(guān)電容耦合到運(yùn)放電路時(shí)，開關(guān)電容的壓差導(dǎo)致開關(guān)電容產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移。本發(fā)明使用一個(gè)運(yùn)算放大器電路，提供了一種精密振蕩器。運(yùn)放電路偏移電壓的影響，用兩種方法中的一種可能會(huì)減輕，該影響可能會(huì)降低振蕩器電路頻率的準(zhǔn)確性。一種方法是保持運(yùn)算放大器電路的輸入電壓基本恒定。振蕩頻率與比率成比例，該比率是電阻上的電壓與當(dāng)開關(guān)電容耦合到運(yùn)放器時(shí)開關(guān)電容上的電壓比值。通過調(diào)整電路，使運(yùn)算放大器的輸入端保持恒定電壓，任何偏置電壓產(chǎn)生的電壓比有恒定的誤差。此誤差可以由電路一次性修剪消除。將頻率設(shè)置電阻耦合到一個(gè)低輸入阻抗，導(dǎo)致流過頻率設(shè)置電阻的電流隨著不同的電阻而變化。低輸入阻抗在輸入端產(chǎn)生電壓，電阻耦合到該電壓來(lái)保持不變。如果用戶提供一個(gè)恒定的電流給外部電阻，而不是恒定電壓，外部電阻的電壓和運(yùn)放器的輸入將會(huì)隨著電阻的不同而不同。在這樣的情況下，運(yùn)放器的偏置誤差電壓將產(chǎn)生一個(gè)百分比頻率誤差，該誤差隨著電阻的不同而不同。這個(gè)誤差可以由一個(gè)線性校正電路校正，該電路對(duì)恒定電壓的輸入也是有用的，因?yàn)?，由于帶寬是有限制的，它還可以修正運(yùn)算放大器的錯(cuò)誤。在開關(guān)電容器已經(jīng)轉(zhuǎn)移電荷給運(yùn)算放大電路后，運(yùn)算放大電路的繼續(xù)輸出斜坡波形。當(dāng)開關(guān)電容還耦合到運(yùn)算放大電路，由于運(yùn)放電路的有限增益，導(dǎo)致運(yùn)放電路的輸出產(chǎn)生附加的電壓。附加的電壓改變開關(guān)電容的電壓，因此，所有電荷被開關(guān)電容轉(zhuǎn)移。這附加的電壓影響放大電路輸出信號(hào)的頻率。通過一個(gè)線性校正電路到運(yùn)放電路的輸入的耦合，由運(yùn)放電路的有限增益引入的附加的誤差電壓可以得到校正，該線性校正電路包括一個(gè)第二開關(guān)電容和電流流過頻率設(shè)置電阻所產(chǎn)生的電壓，該運(yùn)放電路的輸入耦合到第一開關(guān)電容。如果用戶輸入的是恒定電流(高阻抗)，由于運(yùn)放的偏置電壓，這個(gè)電路會(huì)校正錯(cuò)誤。每個(gè)半周期(A)，開關(guān)電容耦合到運(yùn)放電路的輸入，一個(gè)附加的開關(guān)或開關(guān)組可能將第二開關(guān)電容耦合到運(yùn)放電路。第二開關(guān)電容轉(zhuǎn)移大量的電荷，這些電荷正比于由運(yùn)放電路的有限增益帶寬或運(yùn)算放大器電路的偏置電壓產(chǎn)生的電荷。每個(gè)另一半周期(B)，第二開關(guān)電容不耦合到運(yùn)算放大器電路，而是耦合到偏置電壓。通過復(fù)制或鏡像的外部電阻電流通過第二電阻，產(chǎn)生了一個(gè)偏置電壓。每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，偏置電壓控制由第二開關(guān)電容轉(zhuǎn)移的電荷數(shù)量。不管實(shí)際的周期或頻率值，適當(dāng)?shù)钠秒妷簩?dǎo)致振蕩周期一定時(shí)間內(nèi)的減少。這導(dǎo)致了頻率的非線性調(diào)整，可能會(huì)校正由運(yùn)放電路局限性產(chǎn)生的錯(cuò)誤。如圖3所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，一個(gè)振蕩電路300。本發(fā)明的一個(gè)特征是:規(guī)定一個(gè)輸入引腳328耦合到一個(gè)頻率設(shè)置電阻304，該電阻最好與一個(gè)開關(guān)電容314分離。電阻304的值控制節(jié)點(diǎn)328的電壓，該電阻耦合到電源輸入302和節(jié)點(diǎn)328之間，該節(jié)點(diǎn)328由運(yùn)放器322復(fù)制到開關(guān)電容。 現(xiàn)有技術(shù)電路表明:頻率設(shè)置電阻和開關(guān)電容都耦合到一個(gè)集成運(yùn)算放大電路的輸入。本發(fā)明將頻率設(shè)置電阻304和開關(guān)電容314分尚，因此,將用戶輸入328與開關(guān)電容314分離。當(dāng)開關(guān)電容314耦合到運(yùn)算放大電路322時(shí)，用戶輸入328和開關(guān)電容314的分離阻止用戶輸入328電壓的突變。這確保了電阻304的電壓不受干擾。集成放大器的輸出驅(qū)動(dòng)可變振蕩器330。這個(gè)振蕩器產(chǎn)生用戶輸出和時(shí)鐘波形，用來(lái)控制開關(guān)電容的耦合。振蕩電路300還包含電流源326和306。這些電流相互耦合來(lái)提供電流，這些電流相互成比例。在本實(shí)例中，由于隨機(jī)的運(yùn)算放大器的偏置電壓和有限的帶寬產(chǎn)生的頻率誤差可能由線性校正電路抑制。線性校正電路332的操作在下面圖4元件438中解釋?；旧?，線性校正電路可能耦合到電流源326和306。振蕩器電路300的穩(wěn)態(tài)頻率f，由方程/ = 決定，其中R是電阻304，C是電容
RxC
314。振蕩器電路300還顯示電流源326和306的使用，這兩個(gè)電流源基本上是相互耦合的，在放大器電路322反相輸入和非反相輸入設(shè)置電流大小。如圖4所不,本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例。一個(gè)振蕩電路400包括一個(gè)輸入424,該輸入424用于耦合到一個(gè)用戶提供的電阻404。電阻404耦合到集成放大電路442的一個(gè)非反相輸入和一個(gè)電源輸入402之間。當(dāng)開關(guān)412和416關(guān)閉時(shí)開關(guān)418和422打開，一個(gè)開關(guān)電容414耦合到放大電路442的反相輸入。流過開關(guān)電容414的附加電流改變放大電路442的輸出電壓。放大電路442的輸出電壓顯不了一個(gè)瞬時(shí)變化。這是由于開關(guān)電容414的電荷轉(zhuǎn)移。在一個(gè)集成運(yùn)算放大器中，放大電路442耦合到一個(gè)電容414。當(dāng)開關(guān)412和416打開時(shí)，開關(guān)418和422關(guān)閉，大多數(shù)來(lái)自電容444的電流由于晶體管446分流。電流流動(dòng)導(dǎo)致了放大電路442的輸出電壓產(chǎn)生一個(gè)正向斜坡。正向斜坡的斜率與電容444的值成反比。開關(guān)412，416，418和422的操作如下。當(dāng)開關(guān)428和422同時(shí)關(guān)閉和打開時(shí)，開關(guān)412和416同時(shí)關(guān)閉或同時(shí)打開。開關(guān)412和416由時(shí)鐘發(fā)生器468的時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)464是高電平時(shí)，開關(guān)412和416關(guān)閉，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)464是低電平時(shí)，開關(guān)打開。時(shí)鐘信號(hào)466用來(lái)控制開關(guān)418和422，該時(shí)鐘信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)464有180度相位差。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)466是高電平時(shí),開關(guān)418和422關(guān)閉，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)466是低電平時(shí),開關(guān)打開。開關(guān)電容器414的端口電壓差是固定的，開關(guān)412和416的關(guān)閉剩余持續(xù)期間，開關(guān)電容沒有轉(zhuǎn)移更多的電荷。因此，放大電路442的輸出電壓保持正向斜坡。放大電路442的輸出電壓的瞬時(shí)下降幅度與開關(guān)電容414端口電壓變化成比例。電壓變化優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，因此它與頻率設(shè)置電阻404的壓差成比例。開關(guān)電容414端口的電壓差決定開關(guān)電容414轉(zhuǎn)移的電容。另外，放大電路442將開關(guān)電容電壓和電阻電壓相匹配。放大電路442的非反相輸入耦合到一個(gè)連接成二極管的晶體管408。連接成二極管的晶體管408給電流提供一個(gè)分流，該電流流過電阻404。晶體管406將電阻輸入耦合到晶體管408,保持輸入端424 (放大電路442的非反相輸入)的電壓是一個(gè)恒定的值。輸入424的電壓由晶體管406的門電壓決定，該電壓偏置來(lái)維持規(guī)定的電阻404的參考電壓。連接成二極管的晶體管408耦合到鏡像電流晶體管446、440和454。與晶體管408匹配的鏡像電流晶體管可能用于提供電流源，這些電流源的值相互相等。一個(gè)第一鏡像電流晶體管446耦合到放大電路442的反相輸入，因此將電阻404的電流復(fù)制到放大電路442的反相輸入。將鏡像電流晶體管446與用戶輸入424分離，然后頻率設(shè)置電阻404與放大電路442反相輸入分尚。因此,鏡像電流晶體管446還使得頻率設(shè)置電阻404與開關(guān)電容414分離。一個(gè)非零壓差可能在放大電路442的非反相和反相輸入之間產(chǎn)生。這是因?yàn)榉糯箅娐?42是一個(gè)非理想的電路而且它有不受限制的增益。每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，壓差的形成改變開關(guān)電容414轉(zhuǎn)移的電荷，在放大電路442的輸出產(chǎn)生錯(cuò)誤的振蕩信號(hào)。線性校正電路438與圖3中的線性校正電路相似，通過將開關(guān)430和432耦合到一個(gè)開關(guān)電容來(lái)校正電壓誤差，且一個(gè)偏置電壓來(lái)補(bǔ)償非零壓差。當(dāng)開關(guān)418和422關(guān)閉時(shí)，開關(guān)430關(guān)閉，開關(guān)432打開,從而將開關(guān)電容426與偏置電壓分尚。當(dāng)開關(guān)電容414轉(zhuǎn)移電荷時(shí)，開關(guān)430打開，開關(guān)432關(guān)閉。這導(dǎo)致了開關(guān)電容去除電荷，校正了放大電路442限制增益引入的誤差。一個(gè)第二鏡像電 流晶體管440耦合到線性校正電路438，將頻率設(shè)置電阻的電流復(fù)制到電阻436。這導(dǎo)致開關(guān)電容426產(chǎn)生一個(gè)偏置電壓，該電壓與輸入電流成正比，或與電阻404成反比。另外，使用鏡像電流晶體管440來(lái)確定電阻436的值，且開關(guān)電容426依賴于放大電路442帶寬的限制。放大電路442的輸出控制一個(gè)電壓控制振蕩器456。電壓控制振蕩器456可以提供用戶一個(gè)具有特點(diǎn)的輸出波形，例如，一個(gè)50%占空比方波。電壓控制振蕩器456的輸入波形電壓決定電壓控制振蕩器456輸出波形的頻率。放大電路442的輸出包含不同成分的頻率，電壓控制振蕩器456的輸出可能并不需要。因此一個(gè)樣本保持電路458耦合到放大電路442來(lái)減少放大電路442鋸齒波形的頻率成分。樣本保持電路458使放大電路442的輸出頻率與樣本保持時(shí)鐘464和466 —樣。開關(guān)電容在這個(gè)頻率下引入不需要的成分。通過相同頻率的采樣，這些不需要成分影響將被消除。一個(gè)第三鏡像 電流晶體管454用來(lái)偏置電壓控制振蕩器，因此它的中心頻率接近需要的頻率。然后輸入電壓微調(diào)頻率到一個(gè)需要的值，以獲得一個(gè)低電壓頻率增益。通過減少電路噪聲增益，一個(gè)低電壓控制振蕩器增益減小抖動(dòng)。另外，因?yàn)殓R像電流偏置在反饋回路外，電路將很快做出反應(yīng)，在輸入電阻處發(fā)生改變。通過增加頻率范圍，一個(gè)時(shí)鐘分頻器460提供給用戶靈活性，該頻率由振蕩電路400提供。一個(gè)用戶輸出470被提供來(lái)獲得電壓控制振蕩器456輸出的方波。一個(gè)時(shí)鐘分頻器462降低時(shí)鐘發(fā)生器468的時(shí)鐘信號(hào)頻率，用來(lái)控制振蕩電路400的開關(guān)電容414和426。這降低了整體功耗，提高了振蕩電路400的正確性。根據(jù)本發(fā)明原則，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)，它還可以被應(yīng)用于其他的電路，為說明起見，本發(fā)明不受限制，只受本發(fā)明的權(quán)利要求所限制。
權(quán)利要求
1.一種帶有開關(guān)電容頻率控制和頻率設(shè)置電阻的精密振蕩器電路和方法，其特征是:利用集成放大器電路產(chǎn)生高精度的周期性振蕩波形的方法和裝置，該放大電路有第一輸入耦合一個(gè)頻率設(shè)置電阻，方法包括:通過頻率設(shè)置電阻，產(chǎn)生一個(gè)電流；頻率設(shè)置電阻上的電壓耦合到積分放大電路的一個(gè)第一輸入；通過使用一個(gè)控制電流源，將電流耦合到集成放大電路的一個(gè)第二輸入；基于集成放大電路的第二輸入的電流，形成一個(gè)斜坡輸出波形；通過使用一個(gè)耦合到集成放大電路第二輸入的第一開關(guān)電容，產(chǎn)生離散變化的斜坡輸出波形，基于第一開關(guān)電容和頻率設(shè)置電阻的值，提供振蕩波形的頻率，在一個(gè)特定的頻率下，振蕩波形有一個(gè)大幅恒定的平均值；通過使用開關(guān)，控制開關(guān)電容耦合到積分放大電路，該開關(guān)由振蕩波形控制；通過使用采樣保持電路，使集成放大電路的輸出平滑；基于輸出波形，控制振蕩器電壓提供振蕩波形；通過復(fù)制頻率設(shè)置電阻的電流來(lái)控制振蕩器的操作，該振蕩器由電壓控制；通過區(qū)分電壓控制振蕩器振蕩波形的一個(gè)頻率，提供一個(gè)分裂的輸出波形，分裂的輸出波形用來(lái)控制開關(guān)電容電路的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有開關(guān)電容頻率控制和頻率設(shè)置電阻的精密振蕩器電路和方法，其特征是:通過利用第開關(guān)電容的集成放大器的第二輸入電荷轉(zhuǎn)移，校正頻率誤差；基于流過頻率設(shè)置電阻的電流，給第二開關(guān)電容的端口提供一個(gè)電壓，以用來(lái)校正振蕩波形的頻率誤差；在集成放大電路的輸入端提供一個(gè)大幅恒定電壓；一個(gè)振蕩電路包含一個(gè)集成放大電路，該放大電路提供一個(gè)輸出波形，放大電路的一個(gè)第一輸入適用于耦合到電源通過的頻率設(shè)置電阻；一個(gè)第一開關(guān)電容耦合到放大電路的一個(gè)第二輸入；多個(gè)開關(guān)耦合到第一開關(guān)電容，以用來(lái)控制第一開關(guān)電容耦合到集成放大電路，且開關(guān)的數(shù)量由輸出波形控制；一個(gè)第一可控電流源耦合到頻率設(shè)置電阻和開關(guān)電容電路，電流源提供一個(gè)電流給第二輸入，該電流與通過頻率設(shè)置電阻的電流成比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種帶有開關(guān)電容頻率控制和頻率設(shè)置電阻的精密振蕩器電路和方法，其特征是:一個(gè)采樣保持電路耦合到集成放大電路的輸出；一個(gè)振蕩電壓用于將輸出波形轉(zhuǎn)變成一個(gè)振蕩輸出信號(hào)；一個(gè)時(shí)鐘分頻電路I禹合到電壓控制振蕩器的輸出，時(shí)鐘分頻電路還耦合到多個(gè)開關(guān)；一個(gè)線性校正電路耦合到集成放大電路的第二輸入，用來(lái)校正輸出波形的頻率誤差；線性校正電路還包含一個(gè)第二開關(guān)電容，該電容耦合到第一開關(guān)電容和一個(gè)電壓，該電壓由電流流過頻率設(shè)置電阻時(shí)產(chǎn)生；第一控制電流源包含一個(gè)基于雙極型晶體管的 鏡像電流；通過開關(guān)電容電路的電流與通過頻率設(shè)置電阻的電流成I: 5;—個(gè)電壓控制振蕩器耦合到集成放大器的輸出，其頻率設(shè)置電阻的電流被復(fù)制到電壓控制振蕩器，以用來(lái)設(shè)置振蕩器獲得的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種帶有開關(guān)電容頻率控制和頻率設(shè)置電阻的精密振蕩器電路和方法，其特征是:利用集成放大器電路產(chǎn)生高精度的周期性振蕩波形的方法，該放大電路有一個(gè)第一輸入，這個(gè)第一輸入耦合到一個(gè)頻率設(shè)置電阻，其方法包括:產(chǎn)生一個(gè)電流以流過頻率設(shè)置電阻；將頻率設(shè)置電阻上電壓耦合到集成放大電路的第一輸入；通過一個(gè)可控電流源，產(chǎn)生一個(gè)第二電流以流過集成放大電路的輸入，第二電流與第一電流成比例；基于集成放大電路第二輸入的電流，產(chǎn)生一個(gè)斜坡輸出波形；通過將一個(gè)第一開關(guān)電容耦合到集成放大電路的第二輸入，在斜坡輸入波形產(chǎn)生離散變化，基于第一開關(guān)電容和頻率設(shè)置電容的值，提供給振蕩波形一個(gè)頻率，在一個(gè)特定的頻率下，振蕩波形有一個(gè)大幅的恒定的平均值；通過集成放大電路，基于振蕩波形控制的開關(guān)，控制開關(guān)電容的耦合；使用一個(gè)米樣保持電路來(lái)提供一個(gè)米樣和保持輸出，從而來(lái)轉(zhuǎn)換輸出波形；基于米樣和保持輸出，控制一個(gè)電壓， 該電壓用來(lái)控制振蕩器提供振蕩波形。
全文摘要
本發(fā)明提供了一個(gè)提供周期性波形的精密振蕩電路。通過一個(gè)集成運(yùn)放電路與電容頻率控制回路和一個(gè)用戶輸入耦合到頻率設(shè)置電阻的使用，一個(gè)精密振蕩電路就形成了。周期波形的頻率由開關(guān)電容和電阻的值決定。振蕩電路有一個(gè)排列，最大限度地減小了運(yùn)算放大電路的偏置電壓的作用。用戶輸入是通過可控電流源偏置運(yùn)算放大器電路使用，保持對(duì)用戶介紹阻止電容。線性度校正電路還提供了正確的非理想的運(yùn)放電路。
文檔編號(hào)H03B5/04GK103248320SQ20131020111
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月27日
發(fā)明者李 真 申請(qǐng)人:蘇州貝克微電子有限公司