CN101325408A

CN101325408A - 三角波产生电路

Info

Publication number: CN101325408A
Application number: CNA2007100419068A
Authority: CN
Inventors: 肖国庆
Original assignee: SHANGHAI SANDHILL MICROELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI SANDHILL MICROELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2008-12-17

Abstract

一种三角波产生电路，包括时钟脉冲信号输入端，一个电容连接第一运算放大器的反转输入端和输出端构成积分电路，由第一恒流电路、第一开关器件、第二开关器件、第二恒流电路依次串联而成的充电电路；由分压电阻R1、分压电阻R2、第一比较器组成的第一比较电路；由分压电阻R3、分压电阻R4、第二比较器组成的第二比较电路；由第一门电路和第二门电路组成的RS触发器；由相位比较器、第一滤波器、第二运算放大器、场效应管、和负载电路组成的电流设置电路，该负载电路与第一恒流电路和第二恒流电路呈镜像关系。三角波的输出由恒流电路控制，与时钟脉冲信号保持周期同步，无峰值电压变化，无失调漂移的三角波形，线性度可达0.1％。

Description

三角波产生电路

[技术领域]

本发明提供了用于PWM调制的D类音频功率放大器中的一种三角波产生电路。

[背景技术]

在用PWM调制的D类音频功率放大器中，三角波产生电路输出的三角波被用来转换模拟信号到脉冲信号。由于三角波输出波形所含谐波的多少是衡量PWM控制方法优劣的基本标志，线性度不好的三角波会产生巨大的信号失真。因而如何获得高载波频率且线性度良好的三角波十分关键。

图1所示的一种产生三角波的电路，由时钟脉冲输入端1、放大器2、电阻3、运算放大器4、电容5、输出端6组成，其中运算放大器4、电容5构成积分电路。在这个电路里面当输入端的脉冲信号交替变高变低时，电容5充电和放电，输出电压V_out产生三角波。

在这个电路中，输出电压可以用下列公式表示：

Q＝CV Q是电容5的电量，C是电容5的电容大小，V是电容5的电压，

it＝CV_out i电容5的电流，t是时间，C是电容5的电容大小，

V_out＝it/C＝(RV_in)/C R是电阻3的阻值，V_in是输入电压。

从这些公式可以看出输出电压V_out取决于电阻3的电阻值，电容5的电容值和输入时钟的频率和幅度。由于电阻3的阻值和电容5的电容值的变化会造成输出电压的变化，从而影响了三角波的线性度。

图2是又一种产生三角波的电路，对图1的电路作了改进。图2中输入端1、放大器2、运算放大器4、电容5、输出端6和图1所示电路的含义一样，增加了控制放大输出的开关器件11、12和恒流电路13、14。在这个电路中当开关开关器件11闭合、开关器件12断开的时候，电容5被电流I1充电；当开关器件11断开、开关器件12闭合的时候，电容5被与电流I1相反的电流I2充电。重复这个过程在输出端6产生了三角波形。在此电路中，由于恒流电路中的电流微小漂移和输入时钟占空比的微小变化会造成输出电压V_out的变化，从而也影响了三角波形的线性度。

[发明内容]

本发明目的是对上述现有的三角波产生电路再作改进，用比较器电路和RS触发器电路的组合输出反馈控制信号控制恒流电路开关，用相位比较器、滤波器、运算放大器、场效应管、和负载电路组成电流设置电路决定恒流电路的电流值，由此而获得高线性度的三角波并与时钟脉冲信号周期一致。

为了达到上述目的，本发明提出的三角波产生电路包括：

(1)时钟脉冲信号输入端，三角波输出端；

(2)第一运算放大器，一个电容连接该运算放大器的反转输入端和输出端构成积分电路，该运算放大器的非反转输入端接地，该运算放大器的输出端连接三角波输出端；

(3)由第一恒流电路、第一开关器件、第二开关器件、第二恒流电路依次串联而成的充电电路，第一恒流电路接正电源，第二恒流电路接负电源，第一开关器件、第二开关器件的交接处连接第一运算放大器的反转输入端；

其特征在于：还包括

(4)由分压电阻R1、分压电阻R2、第一比较器组成的第一比较电路，分压电阻R1与分压电阻R2串联，分压电阻R1接设定的正电压+V，分压电阻R2接地，分压电阻R1与分压电阻R2的交接处接第一比较器的非反转输入端，第一比较器的反转输入端连接第一运算放大器的输出端；

(5)由分压电阻R3、分压电阻R4、第二比较器组成的第二比较电路，分压电阻R3与分压电阻R4串联，分压电阻R3接地，分压电阻R4接设定的负电压-V，分压电阻R3与分压电阻R4的交接处接第二比较器的非反转输入端，第二比较器的反转输入端连接第一运算放大器的输出端；

(6)由第一门电路和第二门电路组成的RS触发器，第一门电路的一个输入端连接第一比较器的输出端，第二门电路的一个输入端通过一个反相器连接第二比较器的输出端，RS触发器输出的信号N1接到第一开关器件和第二开关器件；

(7)由相位比较器、第一滤波器、第二运算放大器、场效应管、和负载电路组成的电流设置电路，相位比较器的输入端IN连接时钟脉冲信号输入端，相位比较器的输入端REF连接RS触发器的输出信号，相位比较器的输出端UP和DW与第一滤波器的输出端UP和DW对应连接，第一滤波器输出的模拟信号XC连接第二运算放大器的非反转输入端，第二运算放大器的反转输入端连接场效应管的源极，第二运算放大器的输出连到场效应管的栅极，场效应管的源极通过一电阻接地，场效应管的漏极通过一个负载电路连接到负电源，该负载电路与第一恒流电路和第二恒流电路呈镜像连接关系。

本发明的电路是一锁相环，三角波的输出是由恒流电路控制，不受电阻和电容变化的影响；同时该电路的三角波无峰值电压变化，与时钟脉冲信号保持周期同步，因此这个三角波形产生电路的波形的线性度很高。

[附图说明]

图1是一种现有的三角波产生电路图

图2是另外一种现有的三角波产生电路图。

图3是本发明的三角波产生电路图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明的实施方式作具体说明。

见图3所示的本发明，一种三角波形产生的电路。

参考时钟CLK发出的脉冲信号由输入端20经过第二滤波器21输入到数字相位比较器22的IN输入端，相位比较器22的REF输入端连接来自RS触发器的信号N1。第二滤波器21消除时钟脉冲信号中的杂音信号。相位比较器22比较时钟CLK脉冲信号的相位和来自RS触发器的信号N1的相位，根据比较的结果在输出端UP和DW输出一高电平至第一滤波器23，第一滤波器23除去相位比较器22输出的高频部分，把相位比较器22的输出转换为模拟信号XC。

第一滤波器23输出的模拟信号XC连接到第二运算放大器30的非反转输入端，第二运算放大器30的反转输入端连接场效应管32的源极，第二运算放大器30的输出连到场效应管32的栅极。场效应管32的源极通过一电阻31连接到地，场效应管32的漏极通过一个负载电路33连接到负电源-5V，负载电路33作为场效应管32的负载。第二运算放大器30、场效应管32和电阻31组成一控制负载电路33电流的电路，根据滤波器23输出XC高低来决定负载33电流的大小。

第一恒流电路34、第一开关器件36、第二开关器件37、第二恒流电路35依次串联而成充电电路。第一恒流电路34接正电源5V，第二恒流电路35接负电源-5V。第一恒流电路34、第二恒流电路35的电流值与负载电路33电流值建立镜像连接关系，这种镜像连接关系属公知的技术，有多种实现手段，恕不一一列举图示。受负载电路33的电流控制，同负载电路33电流一样大的电流流过第一恒流电路34、第二恒流电路35。第一开关器件36、第二开关器件37受来自RS触发器的信号N1控制，当信号N1低的时候第一开关器件36关闭、第二开关器件37断开；当N1高的时候第一开关器件36断开、第二开关器件37关闭；第一开关器件36、第二开关器件37的交接处连接第一运算放大器39的反转输入端。第一运算放大器39非反转输入端接地，其输出端连接三角波输出端46。电容40连接第一运算放大器39的反转输入端和输出端，构成一积分电路。第一开关器件36控制第一恒流电路34电流流过的开关，第一恒流电路36给电容40充电使得第一运算放大器39的输出电压接近于第一个预先确定的值。第二开关器件37控制第二恒流电路35电流流过的开关，第二恒流电路35给电容40充电使得第一运算放大器39的输出电压接近于第二个预先确定的值。

由分压电阻R1、分压电阻R2、第一比较器41组成第一比较电路，比较第一运算放大器39的输出和第一预先确定的电压值，当与第一预定的电压值一致时，第一比较器41输出信号。分压电阻R1与分压电阻R2串联，分压电阻R1接设定的正电压+V，分压电阻R2接地，分压电阻R1与分压电阻R2的交接处接第一比较器41的非反转输入端，第一比较器41的反转输入端连接第一运算放大器39的输出端。

由分压电阻R3、分压电阻R4、第二比较器42组成第二比较电路，比较第一运算放大器39的输出和第二预先确定的电压值，当与第二预定的电压值一致时，第二比较器42输出信号。分压电阻R3与分压电阻R4串联，分压电阻R3接地，分压电阻R4接设定的负电压-V，分压电阻R3与分压电阻R4的交接处接第二比较器42的非反转输入端，第二比较器42的反转输入端连接第一运算放大器39的输出端。

由第一门电路44和第二门电路45组成RS触发器，控制第一开关器件36、第二开关器件37的开启与关闭，RS触发器的输出信号取决于第一比较器41和第二比较器42的输出。第一门电路44的一个输入端连接第一比较器41的输出端，第二门电路45的一个输入端通过一个反相器43连接第二比较器42的输出端。RS触发器输出的信号N1，接到第一开关器件36和第二开关器件37和相位比较器22。

本发明的三角波形产生电路工作原理如下。

电路启动后，随着RS触发器的输出高或低，第一开关器件36或第二开关器件37关闭。假定信号N1是低电位，开关器件36关闭，电容40被恒流电路34充电，第一放大器39的输出电压线形下降，当第一运算放大器39输出达到-V时，比较器42的输出信号LO变成高电位，反转器43的输出N变成低电位，第二门电路45的输出N1变成高电位。

当信号N1变成高电位时候，开关器件36断开37闭合，电容40被恒流电路35相反的方向充电，第一运算放大器39的输出电压开始逐渐升高。当第一运算放大器39输出电压高于-V时，信号LO变低，信号N1保持高，第一运算放大器39的输出逐渐地升高。

当第一运算放大器39输出达到+V，第一比较器41的输出信号HI变成低电位，第二门电路45输出N1被反转变成低信号。当信号N1变成低信号的时候，开关器件37断开、开关器件36关闭，第一运算放大器39的输出电压开始下降，当第一运算放大器39的输出电压开始下降时，第一比较器41的输出信号HI变成高电位。以上的操作重复进行，结果在输出端46获得了三角波。从上面可以理解三角波上升和下降的速度由恒流电路34、35的电流值来决定，当电流值大的时候波形较陡，电流值小的时候较平坦。

当比较器41、42的输入电压为+/-V时候，其它预定的电压也可能是它的输入。决定恒流电路34、35电流值的电路包含相位比较器22，滤波器23，第二运算放大器30，电阻31，场效应管32和负载电路33。这部分电路的工作原理如下：当参考时钟CLK信号由输入端20经过第二滤波器21输入到数字相位比较器22的IN输入端，相位比较器22比较信号N1的相位和时钟CLK信号20的相位，根据比较的结果输出一信号给滤波器23，滤波器23根据相位比较器22的结果输出模拟信号XC。当信号XC较大时第二运算放大器30输出升高，这减少了场效应管32源极和栅极之间的偏置，从而减少了负载电路33的电流，当信号XC变小时，第二运算放大器30输出减小，这增加了场效应管32源极和栅极之间的偏置，从而增加了负载电路33的电流。

当流过负载电路33电流变化时，恒流电路34、35也发生变化，这改变了第一运算放大器39的输出波形的前沿和后沿，因此移动信号N1的周期，这个锁相环的工作使信号N1和时钟信号同相移动，这造成信号N1的周期与时钟CLK的周期一致，也就是说输出端46的三角波形的周期与参考时钟的CLK的周期一致。

这样，这个三角波形产生的电路在输出端46获得一个与参考时钟CLK同样周期的三角波形，三角波形的峰值电压被比较器41、42的输出电压+/-V精确指定，因此没有峰值电压变化。进一步充放电电流由恒流电路34、35来决定的，并保持了这个状态，这避免补偿的漂移。该电路产生无峰值变化或失调漂移的高线性度的三角波形，并且三角波形的线性度可达0.1％。

Claims

1.一种三角波产生电路，包括

(1)时钟脉冲信号输入端，三角波输出端；

其特征在于：还包括

2.根据权利要求1所述的三角波产生电路，其特征在于相位比较器的输入端IN与时钟脉冲信号输入端之间串接一个第二滤波器。