CN111565027B - 一种用于开关电源的低压振荡器电路及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于开关电源的低压振荡器电路及实现方法,由CMOS工艺实现,整体设计通过二级比较器电路和逻辑信号转换电路结合在一起,通过调整比较器输入端电压和充放电使用的电容的大小,来产生设计需要的振荡器频率,并且电路整体的静态电流和功耗更小,频率稳定性和精度都得到明显的提高,本发明的振荡器二级比较器电路和逻辑信号转换电路构成,电路设计简单,静态电流和功耗更低;振荡器输出的开关频率主要通过电路中的电容大小进行改变,可通过预留相对应大小的电容,来改变输出频率的大小,减少电路不必要的电路改动。

Description

一种用于开关电源的低压振荡器电路及实现方法
技术领域
本发明涉及电路技术领域,尤其是涉及一种低压振荡器电路。
背景技术
目前随着近年来备受关注的芯片技术的快速发展,模拟芯片在各个领域的应用也越来越多,其中就需要使用到振荡器电路。目前芯片应用中常见的振荡器有RC和环形振荡器,相比较RC振荡器电路设计简单但稳定性比较差,环形振荡器稳定性好但对噪声比较敏感。目前随着芯片的集成度提升,更多应用场景需要考虑低电压低功耗低成本,传统的RC和环形振荡器由于振荡频率不稳定、噪声敏感等一系列原因,不利于电路的整体优化,还提高了设计的成本,对于芯片的性能方面也产生了很大的影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种用于开关电源的低压振荡器电路及实现方法。电路由CMOS工艺实现,整体设计通过二级比较器电路和逻辑信号转换电路结合在一起,通过调整比较器输入端电压和充放电使用的电容的大小,来产生设计需要的振荡器频率,并且电路整体的静态电流和功耗更小,频率稳定性和精度都得到明显的提高,本发明可以有效地解决相关领域的技术难题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种用于开关电源的低压振荡器电路,包括P沟道增强型MOS管PM1-PM8、PM10-PM12,N沟道增强型MOS管NM1-NM13,电容C1,反相器INV1-INV6,或非门NOR1-NOR2,电流源IDC1,以及VCC输入端口、OSCON逻辑输入端口、VREF输入端口和CLK输出端口;
所述P沟道增强型MOS管PM1源极连接VCC输入端口,漏极栅极连接P沟道增强型MOS管PM2的漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8的栅极、P沟道增强型MOS管PM10源极和N沟道增强型MOS管NM1漏极;所述P沟道增强型MOS管PM2源极连接VCC输入端口,漏极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极,栅极连接OSCON输入端口、N沟道增强型MOS管NM1栅极和反相器INV1输入端;所述P沟道增强型MOS管PM3源极连接VCC输入端口,漏极连接P沟道增强型MOS管PM11源极和P沟道增强型MOS管PM12源极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM4-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM4源极连接VCC输入端口,漏极连接N沟道增强型MOS管NM6-NM7漏极和反相器INV3输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3栅极、P沟道增强型MOS管PM5-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM5源极连接VCC输入端口,漏极连接N沟道增强型MOS管NM8-NM9漏极、N沟道增强型MOS管NM10栅极和电容C2一端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM4栅极、P沟道增强型MOS管PM6-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM6源极连接VCC输入端口,漏极连接N沟道增强型MOS管NM10-NM11漏极、反相器INV2输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM5栅极、P沟道增强型MOS管PM7-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM7源极连接VCC输入端口,漏极连接P沟道增强型MOS管PM8源极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM6栅极、P沟道增强型MOS管PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM8源极连接P沟道增强型MOS管PM7漏极,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、N沟道增强型MOS管NM12-NM13漏极和电容C1的一端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM7栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极。其中P沟道增强型MOS管PM1、P沟道增强型MOS管PM3-PM8构成电流镜电路,主要用来镜像电流源IDC1产生的偏置电流;P沟道增强型MOS管PM2在电路中做开关管使用。
所述N沟道增强型MOS管NM1源极连接P沟道增强型MOS管PM10漏极和电流源IDC1的一端,漏极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8栅极和P沟道增强型MOS管PM10源极,栅极连接OSCON输入端口、P沟道增强型MOS管PM2栅极和反相器INV1输入端;所述P沟道增强型MOS管PM10源极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8栅极和N沟道增强型MOS管NM1漏极,漏极连接N沟道增强型MOS管NM1源极和电流源IDC1的一端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM11的栅极;所述电流源IDC1一端连接N沟道增强型MOS管NM1源极和P沟道增强型MOS管PM10的漏极,另一端接地。其中N沟道增强型MOS管NM1和P沟道增强型MOS管PM10构成传输门结构电路,当OSCON端口输入高电平时,传输门打开,P沟道增强型MOS管PM1漏极与电流源IDC1导通,为电流镜电路提供偏置电流,当OSCON端口输入低电平时,传输门关闭,P沟道增强型MOS管PM1漏极与电流源IDC1不导通,电流镜电路不工作。
所述P沟道增强型MOS管PM11源极连接P沟道增强型MOS管PM3漏极和P沟道增强型MOS管PM12源极,漏极连接N沟道增强型MOS管NM2漏极栅极、N沟道增强型MOS管NM3漏极和N沟道增强型MOS管NM4栅极,栅极连接VREF输入端口;所述P沟道增强型MOS管PM12源极连接P沟道增强型MOS管PM11源极和P沟道增强型MOS管PM3漏极,漏极连接N沟道增强型MOS管NM4、NM5漏极和N沟道增强型MOS管NM6栅极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM12-NM13漏极和电容C1一端;所述N沟道增强型MOS管NM2源极接地,漏极栅极连接P沟道增强型MOS管PM11漏极、N沟道增强型MOS管NM3漏极和N沟道增强型MOS管NM4栅极;所述N沟道增强型MOS管NM3源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM11漏极、N沟道增强型MOS管NM2漏极栅极和N沟道增强型MOS管PM11漏极,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM5、NM7、NM8、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM4源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12漏极、N沟道增强型MOS管NM5漏极和N沟道增强型MOS管NM6栅极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM11漏极、N沟道增强型MOS管NM2漏极栅极和N沟道增强型MOS管NM3漏极;所述N沟道增强型MOS管NM5源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12漏极、N沟道增强型MOS管NM4漏极和N沟道增强型MOS管NM6栅极,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM7、NM8、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM6源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM4漏极、N沟道增强型MOS管NM7漏极和反相器INV3输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM12漏极、N沟道增强型MOS管NM4、NM5漏极;所述N沟道增强型MOS管NM7源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM4漏极、N沟道增强型MOS管NM6漏极和反相器INV3输入端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM8、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM8源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM9漏极、N沟道增强型MOS管NM10栅极和电容C2一端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM9源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM8漏极、N沟道增强型MOS管NM10栅极和电容C2的一端,栅极连接或非门NOR1输出端、NOR2一输入端、反相器INV5输入端和反相器INV6输入端;所述N沟道增强型MOS管NM10源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM6漏极、N沟道增强型MOS管NM11漏极和反相器INV2输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM8-NM9漏极和电容C2的一端;所述N沟道增强型MOS管NM11源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM6漏极、N沟道增强型MOS管NM10漏极和反相器INV2输入端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM12源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM13漏极和电容C1一端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM13源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM12漏极和电容C1一端,栅极连接反相器INV6输出端。所述电容C1一端连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM12漏极和N沟道增强型MOS管NM13漏极,另一端接地;所述电容C2一端连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM8、NM9漏极和N沟道增强型MOS管NM10栅极,另一端接地。其中P沟道增强型MOS管PM11、PM12、N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6与上述P沟道增强型MOS管PM1、PM3、PM4构成二级比较器电路,主要将VREF输入端电压和P沟道增强型MOS管PM12栅极电压作比较,并将比较结果通过P沟道增强型MOS管PM4漏极输出。所述N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12主要做开关管使用,当OSCON输入端输入低电平,通过反相器INV1后变成高电平,可以将开关管N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12打开,关断电路。其中电容C1主要作用为PM12栅极输入端口提供稳压作用,电容C2作为充放电电容给N沟道增强型MOS管NM10的栅极提供电压使用。
所述反相器INV1输入端连接OSCON输入端口和P沟道增强型MOS管PM2栅极,输出端连接N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12栅极;所述反相器INV2输入端连接P沟道增强型MOS管PM6漏极、N沟道增强型MOS管NM10和NM11漏极,输出端连接或非门NOR2的另一输入端;所述反相器INV3输入端连接P沟道增强型MOS管PM4漏极、N沟道增强型MOS管NM6和NM7漏极,输出端连接反相器INV4输入端;所述反相器INV4输入端连接反相器INV3的输出端,输出端连接或非门NOR1的一输入端;所述反相器INV5输入端连接或非门NOR1的输出端、NOR2的一输入端、反相器INV6的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极,输出端连接CLK输出端口;所述反相器INV6输入端连接或非门NOR1的输出端、NOR2的一输入端、反相器INV5的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极,输出端连接N沟道增强型MOS管NM13栅极;所述或非门NOR1的一输入端连接反相器INV4的输出端,另一输入端连接或非门NOR2的输出端,输出端连接或非门NOR2的一输入端、反相器INV5的输入端、反相器INV6的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极;所述或非门NOR2的一输入端连接或非门NOR1的输出端、反相器INV5的输入端、反相器INV6的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极,另一输入端连接反相器INV2的输出端,输出端连接或非门NOR1的另一输出端。反相器INV1主要将OSCON输入端信号反相后传输到开关管N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12栅极。反相器INV2-INV6,或非门NOR1-NOR2共同构成振荡器电路逻辑信号处理电路,将运放电路产生的模拟信号转化成数字信号。
本发明还提供一种用于开关电源的低压振荡器电路的实现方法,具体方法为:
当VCC输入端电源供电,OSCON输入端提供高电平,电路中开关管P沟道增强型MOS管PM2和N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12全都关断,N沟道增强型MOS管NM1和P沟道增强型MOS管PM10传输门打开,电流源IDC1提供电流,VREF输入端提供稳定的供电电压VREF时,P沟道增强型MOS管PM8支路镜像P沟道增强型MOS管PM1支路构成的恒定电流源为电容C1进行充电,当电容C1的上极板电压低于VREF电压时,通过P沟道增强型MOS管PM11、PM12和N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6构成的比较器电路的输出端将低电平传递到反相器INV3的输入端;通过或非门NOR1和NOR2构成的锁存器将反相器INV4传递的模拟信号进行边沿出发后或非门NOR1输出端输出高电平的逻辑信号,此时N沟道增强型MOS管NM9开关管打开,电容C2上极板接地;当电容C1上极板电压高于VREF电压时,通过P沟道增强型MOS管PM11、PM12和N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6构成的比较器电路的输出端将高电平传递到反相器INV3的输入端;通过或非门NOR1和NOR2构成的锁存器将反相器INV4传递的模拟信号进行边沿出发后或非门NOR1输出端输出低电平的逻辑信号,此时NOR1输出端输出低电平的逻辑信号通过反相器INV6传递高电平到N沟道增强型MOS管NM9开关管栅极,开关管NM9打开,电容C1停止充电,开始放电;同时N沟道增强型MOS管NM9开关管关闭,电容C2上极板开始充电,当电容C2的上极板充电电压大于N沟道增强型MOS管NM10的阈值电压时,N沟道增强型MOS管NM10打开,反相器INV2输入端变为低电平;当电容C1上极板电压放电低于VREF电压时,通过P沟道增强型MOS管PM11、PM12和N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6构成的比较器电路的输出端电平翻转为高电平传递到反相器INV3的输入端。然后一直重复上面的电容C1、C2的充放电动作,通过或非门NOR1和NOR2构成的锁存器构成上升沿触发信号,再通过反相器INV5反相处理后生成CLK振荡信号输出。
本发明的有益效果在于:
1.振荡器二级比较器电路和逻辑信号转换电路构成,电路设计简单,静态电流和功耗更低。
2.振荡器输出的开关频率主要通过电路中的电容大小进行改变,可通过预留相对应大小的电容,来改变输出频率的大小,减少电路不必要的电路改动。
附图说明
图1为本发明一种用于开关电源的低压振荡器电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种用于开关电源的低压振荡器电路,如图1所示:所述一种用于开关电源的低压振荡器电路,其主要包括P沟道增强型MOS管PM1-PM8、PM10-PM12,N沟道增强型MOS管NM1-NM13,电容C1,反相器INV1-INV6,或非门NOR1-NOR2,电流源IDC1,以及VCC输入端口、OSCON逻辑输入端口、VREF输入端口和CLK输出端口。
所述P沟道增强型MOS管PM1源极连接VCC输入端口,漏极栅极连接P沟道增强型MOS管PM2的漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8的栅极、P沟道增强型MOS管PM10源极和N沟道增强型MOS管NM1漏极;所述P沟道增强型MOS管PM2源极连接VCC输入端口,漏极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极,栅极连接OSCON输入端口、N沟道增强型MOS管NM1栅极和反相器INV1输入端;所述P沟道增强型MOS管PM3源极连接VCC输入端口,漏极连接P沟道增强型MOS管PM11源极和P沟道增强型MOS管PM12源极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM4-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM4源极连接VCC输入端口,漏极连接N沟道增强型MOS管NM6-NM7漏极和反相器INV3输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3栅极、P沟道增强型MOS管PM5-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM5源极连接VCC输入端口,漏极连接N沟道增强型MOS管NM8-NM9漏极、N沟道增强型MOS管NM10栅极和电容C2一端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM4栅极、P沟道增强型MOS管PM6-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM6源极连接VCC输入端口,漏极连接N沟道增强型MOS管NM10-NM11漏极、反相器INV2输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM5栅极、P沟道增强型MOS管PM7-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM7源极连接VCC输入端口,漏极连接P沟道增强型MOS管PM8源极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM6栅极、P沟道增强型MOS管PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM8源极连接P沟道增强型MOS管PM7漏极,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、N沟道增强型MOS管NM12-NM13漏极和电容C1的一端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM7栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极。其中P沟道增强型MOS管PM1、P沟道增强型MOS管PM3-PM8构成电流镜电路,主要用来镜像电流源IDC1产生的偏置电流;P沟道增强型MOS管PM2在电路中做开关管使用。
所述N沟道增强型MOS管NM1源极连接P沟道增强型MOS管PM10漏极和电流源IDC1的一端,漏极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8栅极和P沟道增强型MOS管PM10源极,栅极连接OSCON输入端口、P沟道增强型MOS管PM2栅极和反相器INV1输入端;所述P沟道增强型MOS管PM10源极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8栅极和N沟道增强型MOS管NM1漏极,漏极连接N沟道增强型MOS管NM1源极和电流源IDC1的一端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM11的栅极;所述电流源IDC1一端连接N沟道增强型MOS管NM1源极和P沟道增强型MOS管PM10的漏极,另一端接地。其中N沟道增强型MOS管NM1和P沟道增强型MOS管PM10构成传输门结构电路,当OSCON端口输入高电平时,传输门打开,P沟道增强型MOS管PM1漏极与电流源IDC1导通,为电流镜电路提供偏置电流,当OSCON端口输入低电平时,传输门关闭,P沟道增强型MOS管PM1漏极与电流源IDC1不导通,电流镜电路不工作。
所述P沟道增强型MOS管PM11源极连接P沟道增强型MOS管PM3漏极和P沟道增强型MOS管PM12源极,漏极连接N沟道增强型MOS管NM2漏极栅极、N沟道增强型MOS管NM3漏极和N沟道增强型MOS管NM4栅极,栅极连接VREF输入端口;所述P沟道增强型MOS管PM12源极连接P沟道增强型MOS管PM11源极和P沟道增强型MOS管PM3漏极,漏极连接N沟道增强型MOS管NM4、NM5漏极和N沟道增强型MOS管NM6栅极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM12-NM13漏极和电容C1一端;所述N沟道增强型MOS管NM2源极接地,漏极栅极连接P沟道增强型MOS管PM11漏极、N沟道增强型MOS管NM3漏极和N沟道增强型MOS管NM4栅极;所述N沟道增强型MOS管NM3源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM11漏极、N沟道增强型MOS管NM2漏极栅极和N沟道增强型MOS管PM11漏极,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM5、NM7、NM8、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM4源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12漏极、N沟道增强型MOS管NM5漏极和N沟道增强型MOS管NM6栅极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM11漏极、N沟道增强型MOS管NM2漏极栅极和N沟道增强型MOS管NM3漏极;所述N沟道增强型MOS管NM5源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12漏极、N沟道增强型MOS管NM4漏极和N沟道增强型MOS管NM6栅极,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM7、NM8、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM6源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM4漏极、N沟道增强型MOS管NM7漏极和反相器INV3输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM12漏极、N沟道增强型MOS管NM4、NM5漏极;所述N沟道增强型MOS管NM7源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM4漏极、N沟道增强型MOS管NM6漏极和反相器INV3输入端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM8、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM8源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM9漏极、N沟道增强型MOS管NM10栅极和电容C2一端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM9源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM8漏极、N沟道增强型MOS管NM10栅极和电容C2的一端,栅极连接或非门NOR1输出端、或非门NOR2的一输入端、反相器INV5输入端和反相器INV6输入端;所述N沟道增强型MOS管NM10源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM6漏极、N沟道增强型MOS管NM11漏极和反相器INV2输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM8-NM9漏极和电容C2的一端;所述N沟道增强型MOS管NM11源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM6漏极、N沟道增强型MOS管NM10漏极和反相器INV2输入端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM12源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM13漏极和电容C1一端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM13源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM12漏极和电容C1一端,栅极连接反相器INV6输出端。所述电容C1一端连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM12漏极和N沟道增强型MOS管NM13漏极,另一端接地;所述电容C2一端连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM8、NM9漏极和N沟道增强型MOS管NM10栅极,另一端接地。其中P沟道增强型MOS管PM11、PM12、N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6与上述P沟道增强型MOS管PM1、PM3、PM4构成二级比较器电路,主要将VREF输入端电压和P沟道增强型MOS管PM12栅极电压作比较,并将比较结果通过P沟道增强型MOS管PM4漏极输出。所述N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12主要做开关管使用,当OSCON输入端输入低电平,通过反相器INV1后变成高电平,可以将开关管N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12打开,关断电路。其中电容C1主要作用为PM12栅极输入端口提供稳压作用,电容C2作为充放电电容给N沟道增强型MOS管NM10的栅极提供电压使用。
所述反相器INV1输入端连接OSCON输入端口和P沟道增强型MOS管PM2栅极,输出端连接N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12栅极;所述反相器INV2输入端连接P沟道增强型MOS管PM6漏极、N沟道增强型MOS管NM10和NM11漏极,输出端连接或非门NOR2的另一输入端;所述反相器INV3输入端连接P沟道增强型MOS管PM4漏极、N沟道增强型MOS管NM6和NM7漏极,输出端连接反相器INV4输入端;所述反相器INV4输入端连接反相器INV3的输出端,输出端连接或非门NOR1的一输入端;所述反相器INV5输入端连接或非门NOR1的输出端、NOR2的一输入端、反相器INV6的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极,输出端连接CLK输出端口;所述反相器INV6输入端连接或非门NOR1的输出端、NOR2的一输入端、反相器INV5的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极,输出端连接N沟道增强型MOS管NM13栅极;所述或非门NOR1的一输入端连接反相器INV4的输出端,另一输入端连接或非门NOR2的输出端,输出端连接或非门NOR2的一输入端、反相器INV5的输入端、反相器INV6的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极;所述或非门NOR2的一输入端连接或非门NOR1的输出端、反相器INV5的输入端、反相器INV6的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极,另一输入端连接反相器INV2的输出端,输出端连接或非门NOR1的另一输出端。反相器INV1主要将OSCON输入端信号反相后传输到开关管N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12栅极。反相器INV2-INV6,或非门NOR1-NOR2共同构成振荡器电路逻辑信号处理电路,将运放电路产生的模拟信号转化成数字信号。
一种用于开关电源的低压振荡器电路的实现方法为:
当VCC输入端电源供电,OSCON输入端提供高电平,电路中开关管P沟道增强型MOS管PM2和N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12全都关断,N沟道增强型MOS管NM1和P沟道增强型MOS管PM10传输门打开,电流源IDC1提供电流,VREF输入端提供稳定的供电电压VREF时,P沟道增强型MOS管PM8支路镜像P沟道增强型MOS管PM1支路构成的恒定电流源为电容C1进行充电,当电容C1的上极板电压低于VREF电压时,通过P沟道增强型MOS管PM11、PM12和N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6构成的比较器电路的输出端将低电平传递到反相器INV3的输入端;通过或非门NOR1和NOR2构成的锁存器将反相器INV4传递的模拟信号进行边沿出发后或非门NOR1输出端输出高电平的逻辑信号,此时N沟道增强型MOS管NM9开关管打开,电容C2上极板接地;当电容C1上极板电压高于VREF电压时,通过P沟道增强型MOS管PM11、PM12和N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6构成的比较器电路的输出端将高电平传递到反相器INV3的输入端;通过或非门NOR1和NOR2构成的锁存器将反相器INV4传递的模拟信号进行边沿出发后或非门NOR1输出端输出低电平的逻辑信号,此时NOR1输出端输出低电平的逻辑信号通过反相器INV6传递高电平到N沟道增强型MOS管NM9开关管栅极,开关管NM9打开,电容C1停止充电,开始放电;同时N沟道增强型MOS管NM9开关管关闭,电容C2上极板开始充电,当电容C2的上极板充电电压大于N沟道增强型MOS管NM10的阈值电压时,N沟道增强型MOS管NM10打开,反相器INV2输入端变为低电平;当电容C1上极板电压放电低于VREF电压时,通过P沟道增强型MOS管PM11、PM12和N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6构成的比较器电路的输出端电平翻转为高电平传递到反相器INV3的输入端。然后一直重复上面的电容C1、C2的充放电动作,通过或非门NOR1和NOR2构成的锁存器构成上升沿触发信号,再通过反相器INV5反相处理后生成CLK振荡信号输出。
综上,本发明提出了一种用于开关电源的低压振荡器电路,可以有效地产生频率稳定精度高的振荡波形,而且电路自身的静态电流和功耗更小。和以往RC和环形振荡器相比较,这种电路设计方法更简单有效,适用于大多数目前的低电压低功耗的芯片设计要求,有利于芯片的设计成本降低。

Claims (2)

1.一种用于开关电源的低压振荡器电路,包括P沟道增强型MOS管PM1-PM8、PM10-PM12,N沟道增强型MOS管NM1-NM13,电容C1,反相器INV1-INV6,或非门NOR1-NOR2,电流源IDC1,以及VCC输入端口、OSCON逻辑输入端口、VREF输入端口和CLK输出端口,其特征在于:
所述P沟道增强型MOS管PM1源极连接VCC输入端口,漏极栅极连接P沟道增强型MOS管PM2的漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8的栅极、P沟道增强型MOS管PM10源极和N沟道增强型MOS管NM1漏极;所述P沟道增强型MOS管PM2源极连接VCC输入端口,漏极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极,栅极连接OSCON输入端口、N沟道增强型MOS管NM1栅极和反相器INV1输入端;所述P沟道增强型MOS管PM3源极连接VCC输入端口,漏极连接P沟道增强型MOS管PM11源极和P沟道增强型MOS管PM12源极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM4-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM4源极连接VCC输入端口,漏极连接N沟道增强型MOS管NM6-NM7漏极和反相器INV3输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3栅极、P沟道增强型MOS管PM5-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM5源极连接VCC输入端口,漏极连接N沟道增强型MOS管NM8-NM9漏极、N沟道增强型MOS管NM10栅极和电容C2一端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM4栅极、P沟道增强型MOS管PM6-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM6源极连接VCC输入端口,漏极连接N沟道增强型MOS管NM10-NM11漏极、反相器INV2输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM5栅极、P沟道增强型MOS管PM7-PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM7源极连接VCC输入端口,漏极连接P沟道增强型MOS管PM8源极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM6栅极、P沟道增强型MOS管PM8栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;所述P沟道增强型MOS管PM8源极连接P沟道增强型MOS管PM7漏极,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、N沟道增强型MOS管NM12-NM13漏极和电容C1的一端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM7栅极、N沟道增强型MOS管NM1漏极和P沟道增强型MOS管PM10源极;其中P沟道增强型MOS管PM1、P沟道增强型MOS管PM3-PM8构成电流镜电路,主要用来镜像电流源IDC1产生的偏置电流;P沟道增强型MOS管PM2在电路中做开关管使用;
所述N沟道增强型MOS管NM1源极连接P沟道增强型MOS管PM10漏极和电流源IDC1的一端,漏极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8栅极和P沟道增强型MOS管PM10源极,栅极连接OSCON输入端口、P沟道增强型MOS管PM2栅极和反相器INV1输入端;所述P沟道增强型MOS管PM10源极连接P沟道增强型MOS管PM1漏极栅极、P沟道增强型MOS管PM2漏极、P沟道增强型MOS管PM3-PM8栅极和N沟道增强型MOS管NM1漏极,漏极连接N沟道增强型MOS管NM1源极和电流源IDC1的一端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM11的栅极;所述电流源IDC1一端连接N沟道增强型MOS管NM1源极和P沟道增强型MOS管PM10的漏极,另一端接地;其中N沟道增强型MOS管NM1和P沟道增强型MOS管PM10构成传输门结构电路,当OSCON端口输入高电平时,传输门打开,P沟道增强型MOS管PM1漏极与电流源IDC1导通,为电流镜电路提供偏置电流,当OSCON端口输入低电平时,传输门关闭,P沟道增强型MOS管PM1漏极与电流源IDC1不导通,电流镜电路不工作;
所述P沟道增强型MOS管PM11源极连接P沟道增强型MOS管PM3漏极和P沟道增强型MOS管PM12源极,漏极连接N沟道增强型MOS管NM2漏极栅极、N沟道增强型MOS管NM3漏极和N沟道增强型MOS管NM4栅极,栅极连接VREF输入端口;所述P沟道增强型MOS管PM12源极连接P沟道增强型MOS管PM11源极和P沟道增强型MOS管PM3漏极,漏极连接N沟道增强型MOS管NM4、NM5漏极和N沟道增强型MOS管NM6栅极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM12-NM13漏极和电容C1一端;所述N沟道增强型MOS管NM2源极接地,漏极栅极连接P沟道增强型MOS管PM11漏极、N沟道增强型MOS管NM3漏极和N沟道增强型MOS管NM4栅极;所述N沟道增强型MOS管NM3源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM11漏极、N沟道增强型MOS管NM2漏极栅极和N沟道增强型MOS管PM11漏极,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM5、NM7、NM8、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM4源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12漏极、N沟道增强型MOS管NM5漏极和N沟道增强型MOS管NM6栅极,栅极连接P沟道增强型MOS管PM11漏极、N沟道增强型MOS管NM2漏极栅极和N沟道增强型MOS管NM3漏极;所述N沟道增强型MOS管NM5源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12漏极、N沟道增强型MOS管NM4漏极和N沟道增强型MOS管NM6栅极,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM7、NM8、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM6源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM4漏极、N沟道增强型MOS管NM7漏极和反相器INV3输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM12漏极、N沟道增强型MOS管NM4、NM5漏极;所述N沟道增强型MOS管NM7源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM4漏极、N沟道增强型MOS管NM6漏极和反相器INV3输入端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM8、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM8源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM9漏极、N沟道增强型MOS管NM10栅极和电容C2一端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM11、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM9源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM8漏极、N沟道增强型MOS管NM10栅极和电容C2的一端,栅极连接或非门NOR1输出端、NOR2一输入端、反相器INV5输入端和反相器INV6输入端;所述N沟道增强型MOS管NM10源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM6漏极、N沟道增强型MOS管NM11漏极和反相器INV2输入端,栅极连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM8-NM9漏极和电容C2的一端;所述N沟道增强型MOS管NM11源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM6漏极、N沟道增强型MOS管NM10漏极和反相器INV2输入端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM12的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM12源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM13漏极和电容C1一端,栅极连接反相器INV1的输出端、N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11的栅极;所述N沟道增强型MOS管NM13源极接地,漏极连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM12漏极和电容C1一端,栅极连接反相器INV6输出端;所述电容C1一端连接P沟道增强型MOS管PM12栅极、P沟道增强型MOS管PM8漏极、N沟道增强型MOS管NM12漏极和N沟道增强型MOS管NM13漏极,另一端接地;所述电容C2一端连接P沟道增强型MOS管PM5漏极、N沟道增强型MOS管NM8、NM9漏极和N沟道增强型MOS管NM10栅极,另一端接地;其中P沟道增强型MOS管PM11、PM12、N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6与上述P沟道增强型MOS管PM1、PM3、PM4构成二级比较器电路,主要将VREF输入端电压和P沟道增强型MOS管PM12栅极电压作比较,并将比较结果通过P沟道增强型MOS管PM4漏极输出;所述N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12主要做开关管使用,当OSCON输入端输入低电平,通过反相器INV1后变成高电平,可以将开关管N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12打开,关断电路;其中电容C1主要作用为PM12栅极输入端口提供稳压作用,电容C2作为充放电电容给N沟道增强型MOS管NM10的栅极提供电压使用;
所述反相器INV1输入端连接OSCON输入端口和P沟道增强型MOS管PM2栅极,输出端连接N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12栅极;所述反相器INV2输入端连接P沟道增强型MOS管PM6漏极、N沟道增强型MOS管NM10和NM11漏极,输出端连接或非门NOR2的另一输入端;所述反相器INV3输入端连接P沟道增强型MOS管PM4漏极、N沟道增强型MOS管NM6和NM7漏极,输出端连接反相器INV4输入端;所述反相器INV4输入端连接反相器INV3的输出端,输出端连接或非门NOR1的一输入端;所述反相器INV5输入端连接或非门NOR1的输出端、NOR2的一输入端、反相器INV6的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极,输出端连接CLK输出端口;所述反相器INV6输入端连接或非门NOR1的输出端、NOR2的一输入端、反相器INV5的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极,输出端连接N沟道增强型MOS管NM13栅极;所述或非门NOR1的一输入端连接反相器INV4的输出端,另一输入端连接或非门NOR2的输出端,输出端连接或非门NOR2的一输入端、反相器INV5的输入端、反相器INV6的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极;所述或非门NOR2的一输入端连接或非门NOR1的输出端、反相器INV5的输入端、反相器INV6的输入端和N沟道增强型MOS管NM9栅极,另一输入端连接反相器INV2的输出端,输出端连接或非门NOR1的另一输出端;反相器INV1主要将OSCON输入端信号反相后传输到开关管N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12栅极;反相器INV2-INV6,或非门NOR1-NOR2共同构成振荡器电路逻辑信号处理电路,将运放电路产生的模拟信号转化成数字信号。
2.一种利用权利要求1所述用于开关电源的低压振荡器电路的实现方法,其特征在于包括下述步骤:
当VCC输入端电源供电,OSCON输入端提供高电平,电路中开关管P沟道增强型MOS管PM2和N沟道增强型MOS管NM3、NM5、NM7、NM8、NM11、NM12全都关断,N沟道增强型MOS管NM1和P沟道增强型MOS管PM10传输门打开,电流源IDC1提供电流,VREF输入端提供稳定的供电电压VREF时,P沟道增强型MOS管PM8支路镜像P沟道增强型MOS管PM1支路构成的恒定电流源为电容C1进行充电,当电容C1的上极板电压低于VREF电压时,通过P沟道增强型MOS管PM11、PM12和N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6构成的比较器电路的输出端将低电平传递到反相器INV3的输入端;通过或非门NOR1和NOR2构成的锁存器将反相器INV4传递的模拟信号进行边沿出发后或非门NOR1输出端输出高电平的逻辑信号,此时N沟道增强型MOS管NM9开关管打开,电容C2上极板接地;当电容C1上极板电压高于VREF电压时,通过P沟道增强型MOS管PM11、PM12和N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6构成的比较器电路的输出端将高电平传递到反相器INV3的输入端;通过或非门NOR1和NOR2构成的锁存器将反相器INV4传递的模拟信号进行边沿出发后或非门NOR1输出端输出低电平的逻辑信号,此时NOR1输出端输出低电平的逻辑信号通过反相器INV6传递高电平到N沟道增强型MOS管NM9开关管栅极,开关管NM9打开,电容C1停止充电,开始放电;同时N沟道增强型MOS管NM9开关管关闭,电容C2上极板开始充电,当电容C2的上极板充电电压大于N沟道增强型MOS管NM10的阈值电压时,N沟道增强型MOS管NM10打开,反相器INV2输入端变为低电平;当电容C1上极板电压放电低于VREF电压时,通过P沟道增强型MOS管PM11、PM12和N沟道增强型MOS管NM2、NM4、NM6构成的比较器电路的输出端电平翻转为高电平传递到反相器INV3的输入端;然后一直重复上面的电容C1、C2的充放电动作,通过或非门NOR1和NOR2构成的锁存器构成上升沿触发信号,再通过反相器INV5反相处理后生成CLK振荡信号输出。
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