一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路制造技术

一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路，该振荡器电路用于产生开关电源电路所需的时钟控制信号和斜坡信号，是一种片上电路，包括工作模式识别电路、延迟电路、同步模块、充电电流控制电路、内部振荡器。通过改变外部配置，该振荡器能够自动产生相应的控制信号，使振荡器工作在三种不同的工作模式，包括固定输出频率、可调输出频率、外部时钟同步频率。本发明专利技术振荡器电路配置方式简单、可靠度高，适用于多种需要可配置振荡器的场合，从而满足不同的应用要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于开关电源的振荡器电路，尤其是一种具有三种工作模式频率可配置的振荡器电路，属于数模混合集成电路

技术介绍
电源负责为各种电子设备的正常工作提供电力保障。目前常用的电源分为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源具有稳定度高、可靠性好、成本较低的优点，但只能降压、能量效率低、笨重、体积较大。开关电源与线性电源相比具有下列优点：可以升压和降压、供电效率高，但控制电路和补偿电路较复杂。开关电源是根据电感和电容的能量储存特性，并利用开关动作不断将能量从输入端传到输出端，为负载提供能量。电源系统根据不同的负载情况进行自动调整。时钟信号CLK产生电路是开关电源中十分重要的模块，时钟信号的周期决定了开关频率，并为计数电路或分频电路提供参考。时钟信号的稳定性对电路的信号处理性能有着很大影响，通常要求时钟信号在温度、电源电压和工艺等变化的条件下能保证频率的稳定。斜坡信号SLOPE是针对电流模式开关电源的次谐波不稳定等因素所叠加的补偿信号。由于该信号必须与时钟信号同步，通常由时钟信号产生电路附带产生。一般的电流模式开关电源的结构如图1所示。由图1可知，振荡器产生的时钟信号用来控制开关晶体管M1和M2的开关频率，决定了整个开关电源的工作频率。同时工作频率也对外部的电感和电容尺寸有决定性影响：工作频率越高，需要的滤波电感L和滤波电容C的值越小，相应的尺寸也越小。在集成电路设计中常用到的振荡器有三种：RC振荡器，环形振荡器和晶体振荡器。RC振荡器是应用最为普遍的一种振荡器电路，它的结构简单，成本较低，另外该电路功耗也较低。但是这种电路的工作电压极大地影响着它的频率，工艺相关性比较差，精度较差。环形振荡器的振荡频率范围很宽，稳定度较高。但是对电源噪声很敏感，布局尺寸面积较大。晶体振荡器频率很准，而且工作稳定，其精度只与所选择的晶体器件固有频率有关。但是它的功耗较大，不易集成在芯片内部。开关电源需要振荡器具有一定的精度、稳定性，并且能够内部集成。因此都是环形振荡器。图2是一般常用的开关电源中用于产生时钟信号CLK和斜坡信号SLOPE的环形振荡器结构。这种振荡器的工作原理如下：起始状态，电容C上电荷为0，斜坡信号SLOPE为0，比较器输出201为0，时钟信号CLK输出为0，202为1，使得P管206关闭，203为0，N管204关闭，电流源205对电容207充电，斜坡信号SLOPE随之上升。待斜坡电压SLOPE高于VREFH的瞬间，比较器输出201由0翻转为1，202由1翻转为0，使得P管206打开，因此斜坡信号SLOPE与VREFL比较，因为VREFH高于VREFL，因此比较器输出201为1，202保持为0，CLK由0翻转为1，203为1，N管204打开，电容207开始向地放电，因为N管204栅压为高电位1，因此电阻很小，流过电流远大于电流源205的充电电流，因此斜坡信号SLOPE在很短时间内由VREFH下降。待斜坡信号SLOPE下降至略小于VREFL时，比较器输出201由1翻转为0，202输出由0翻转为1，P管206关闭，SLOPE又开始与VREFH比较，一个振荡周期完成。这使得时钟信号CLK和斜坡信号SLOPE具有较大的占空比，使得斜坡信号具有斜坡补偿所要求的电压斜率。图2中的振荡器，内部设置固定，只能产生固定频率的振荡信号，这就导致后级电路的工作频率受到限制。对于开关电源来说，不同的外部配置条件和使用条件可能需要不同的开关频率。由于开关电源的开关频率与外接电感和电容密切相关，并且需要是内部环路带宽的5～10倍，固定的时钟频率限制了开关电源的开关频率，使得外部器件的适用范围受到限制，并且不利于通过调整时钟频率实现内部环路稳定。同时，随着集成系统的应用，集成系统提供的时钟信号更为精准，用在开关电源中更为稳定，而传统的振荡器只能使用自己产生的低精度时钟信号，缺乏可继承性和灵活性。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供了一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路，能够产生固定频率、可调频率、外部时钟同步频率的时钟信号和斜坡信号，从而满足不同的应用要求。本专利技术的技术解决方案是：一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路，包括工作模式识别电路、充电电流控制电路、同步模块和内部振荡器；充电电流控制电路判断外接电阻RT端是否悬空，并向工作模式识别电路发送电阻悬空信号；工作模式识别电路接收外部输入信号和充电电流控制电路发送的电阻悬空信号，当RT端悬空时，振荡器电路为固定频率模式，当RT端接对地电阻且外部输入端接对地电阻时，振荡器电路为可调频率模式，当RT端接对地电阻且外部输入信号为时钟信号时，振荡器电路为外部时钟同步频率模式；固定频率模式：工作模式识别电路发送关闭信号关闭同步模块，充电电流控制电路向内部振荡器输出固定电压，内部振荡器在固定电压的作用下输出固定频率的时钟信号和斜坡信号；可调频率模式：工作模式识别电路发送关闭信号关闭同步模块，充电电流控制电路根据外接电阻值计算充电电流，并将充电电流转化为电压输出给内部振荡器，内部振荡器根据输入电压产生频率与所述充电电流值相对应的时钟信号和斜坡信号；外部时钟同步频率模式：工作模式识别电路在接收到外部时钟信号时向同步模块发送外部时钟使能信号和外部时钟同频信号，向充电电流控制电路发送外部时钟使能信号，同步模块接收到外部时钟使能信号后启动，实时接收外部时钟同频信号和内部振荡器反馈的时钟信号，根据外部时钟同频信号和时钟信号实时产生同步控制信号输出给充电电流控制电路；充电电流控制电路根据外部时钟使能信号、同步控制信号和外接电阻值实时得到与外部输入信号频率同步的充电电流，将该充电电流转化为电压输出给内部振荡器，内部振荡器根据输入电压实时产生与外部输入信号频率同步的时钟信号和斜坡信号，并将时钟信号实时反馈给同步模块。还包括延迟电路，固定频率模式或可调频率模式下，延迟电路关闭；外部时钟同步频率模式下，工作模式识别电路在接收到外部时钟信号时向延迟电路发送外部时钟使能信号；延迟电路启动后，通过内部振荡器反馈的时钟信号产生20μs的时间延迟用于接收外部时钟使能信号，如果没有接收到，则判断振荡器电路处于固定频率模式；如果接收到，则判断振荡器电路处于外部时钟同步频率模式。所述充电电流控制电路包括MOS管M11、MOS管M12、MOS管M13、MOS管M14、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路，其特征在于：包括工作模式识别电路(101)、充电电流控制电路(102)、同步模块(104)和内部振荡器(105)；充电电流控制电路(102)判断外接电阻RT端是否悬空，并向工作模式识别电路(101)发送电阻悬空信号；工作模式识别电路(101)接收外部输入信号和充电电流控制电路(102)发送的电阻悬空信号，当RT端悬空时，振荡器电路为固定频率模式，当RT端接对地电阻且外部输入端接对地电阻时，振荡器电路为可调频率模式，当RT端接对地电阻且外部输入信号为时钟信号时，振荡器电路为外部时钟同步频率模式；固定频率模式：工作模式识别电路(101)发送关闭信号关闭同步模块(104)，充电电流控制电路(102)向内部振荡器(105)输出固定电压，内部振荡器(105)在固定电压的作用下输出固定频率的时钟信号和斜坡信号；可调频率模式：工作模式识别电路(101)发送关闭信号关闭同步模块(104)，充电电流控制电路(102)根据外接电阻值计算充电电流，并将充电电流转化为电压输出给内部振荡器(105)，内部振荡器(105)根据输入电压产生频率与所述充电电流值相对应的时钟信号和斜坡信号；外部时钟同步频率模式：工作模式识别电路(101)在接收到外部时钟信号时向同步模块(104)发送外部时钟使能信号和外部时钟同频信号，向充电电流控制电路(102)发送外部时钟使能信号，同步模块(104)接收到外部时钟使能信号后启动，实时接收外部时钟同频信号和内部振荡器(105)反馈的时钟信号，根据外部时钟同频信号和时钟信号实时产生同步控制信号输出给充电电流控制电路(102)；充电电流控制电路(102)根据外部时钟使能信号、同步控制信号和外接电阻值实时得到与外部输入信号频率同步的充电电流，将该充电电流转化为电压输出给内部振荡器(105)，内部振荡器(105)根据输入电压实时产生与外部输入信号频率同步的时钟信号和斜坡信号，并将时钟信号实时反馈给同步模块(104)。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路，其特征在于：包括工
作模式识别电路(101)、充电电流控制电路(102)、同步模块(104)和内部振
荡器(105)；充电电流控制电路(102)判断外接电阻RT端是否悬空，并向工
作模式识别电路(101)发送电阻悬空信号；工作模式识别电路(101)接收外
部输入信号和充电电流控制电路(102)发送的电阻悬空信号，当RT端悬空时，
振荡器电路为固定频率模式，当RT端接对地电阻且外部输入端接对地电阻时，
振荡器电路为可调频率模式，当RT端接对地电阻且外部输入信号为时钟信号
时，振荡器电路为外部时钟同步频率模式；
固定频率模式：工作模式识别电路(101)发送关闭信号关闭同步模块(104)，
充电电流控制电路(102)向内部振荡器(105)输出固定电压，内部振荡器(105)
在固定电压的作用下输出固定频率的时钟信号和斜坡信号；
可调频率模式：工作模式识别电路(101)发送关闭信号关闭同步模块(104)，
充电电流控制电路(102)根据外接电阻值计算充电电流，并将充电电流转化为
电压输出给内部振荡器(105)，内部振荡器(105)根据输入电压产生频率与所
述充电电流值相对应的时钟信号和斜坡信号；
外部时钟同步频率模式：工作模式识别电路(101)在接收到外部时钟信号
时向同步模块(104)发送外部时钟使能信号和外部时钟同频信号，向充电电流
控制电路(102)发送外部时钟使能信号，同步模块(104)接收到外部时钟使
能信号后启动，实时接收外部时钟同频信号和内部振荡器(105)反馈的时钟信
号，根据外部时钟同频信号和时钟信号实时产生同步控制信号输出给充电电流
控制电路(102)；充电电流控制电路(102)根据外部时钟使能信号、同步控制
信号和外接电阻值实时得到与外部输入信号频率同步的充电电流，将该充电电
流转化为电压输出给内部振荡器(105)，内部振荡器(105)根据输入电压实时
产生与外部输入信号频率同步的时钟信号和斜坡信号，并将时钟信号实时反馈
给同步模块(104)。
2.根据权利要求1所述的一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路，
其特征在于：还包括延迟电路(103)，固定频率模式或可调频率模式下，延迟
电路(103)关闭；外部时钟同步频率模式下，工作模式识别电路(101)在接
收到外部时钟信号时向延迟电路(103)发送外部时钟使能信号；延迟电路(103)
启动后，通过内部振荡器(105)反馈的时钟信号产生20μs的时间延迟用于接
收外部时钟使能信号，如果没有接收到，则判断振荡器电路处于固定频率模式；
如果接收到，则判断振荡器电路处于外部时钟同步频率模式。
3.根据权利要求2所述的一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路，
其特征在于：所述充电电流控制电路(102)包括MOS管M11、MOS管M12、
MOS管M13、MOS管M14、MOS管M15、MOS管M16、MOS管M17、MOS
管M18、MOS管M19、MOS管M110、MOS管M111、电阻R11、电阻R12、
R电阻13，传输门TG11、传输门TG12、反相器INV11、反相器INV12、反相
器INV13、反相器INV14、运算放大器AMP11、运算放大器AMP12以及电流
源I11；
电阻R11一端与外部电压VDD连接，R11的另一端同时与运算放大器
AMP12的正输入端以及电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端通过电阻R13
接地，MOS管M11源极与外部电压VDD连接，MOS管M11漏极同时与MOS
管M110源极以及运算放大器AMP12的负输入端连接，MOS管M11的栅极同
时与运算放大器AMP12的负输入端以及MOS管M12的栅极连接，MOS管
M110栅极与运算放大器AMP11输出端连接，MOS管M110漏极同时与电阻
R14以及运输放大器AMP11正输入端连接，电阻R14的另一端为外接电阻RT
端；运输放大器AMP11负输入端接参考电压VREF1，运算放大器AMP12输
出端与反相器INV11输入端连接，反相器INV11输出端与反相器INV12输入
端连接，反相器INV12输出端输出电阻悬空信号RT_FLOATING，反相器INV11
输出端输出RT_FLOATING_B信号；
MOS管M12和MOS管M15的源极以及电流源I11输入端均与外部电压

\tVDD连接，电流源I11输出端与MOS管M14源极连接，MOS管M12漏极与
MOS管M13源极连接，MOS管M13漏极同时与MOS管M16漏极、MOS管
M16栅极以及MOS管M14漏极连接，MOS管M16源极以及MOS管M17源
极接地，MOS管M16栅极与MOS管M17栅极连接，MOS管M17漏极同时
与MOS管M15栅极和漏极连接，MOS管M15栅极与MOS管M111源极连接，
同时MOS管M15栅极输出电压VB1；MOS管M111漏极与同步模块(104)
输出的同步控制信号TC连接；
反相器INV13输入端与延迟电路(103)的输出端连接，反相器INV14输
入端与工作模式识别电路(101)输出的外部时钟使能信号SYNC_EN连接，反
相器INV14输出端与MOS管M111栅极连接；
传输门TG11一端与反相器INV11输出端连接，另一端与MOS管M18漏
极连接，传输门TG11电源端与延迟电路(103)的输出端连接，传输门TG11
地端与反相器INV13输出端连接，MOS管M18源极与外部电压VDD连接，
MOS管M18栅极与反相器INV13输出端连接；
传输门TG12一端与反相器INV12输出端连接，另一端与MOS管M19漏
极连接，传输门TG12电源端以及MOS管M19栅极均与延迟电路(103)的输
出端连接，传输门TG12地端与反相器INV13输出端连接，MOS管M19源极
接地。
4.根据权利要求3所述的一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路，
其特征在于：所述工作模式识别电路(101)包括MOS管M21、MOS管M22、
MOS管M23、MOS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、电阻R21、传
输门TG21，与非门NAND2_21、与非门NAND2_22、与非门NAND2_23、电
容C21、电容C22、电流源I21以及电流源I22；
传输门TG21一端连接外部输入信号端SYNC，另一端连接INV21输入端，
传输门TG21电源端连接RT_FLOATING_B信号，地端连接RT_FLOATING信

\t号，反相器INV21输出端输出外部时钟同频信号SYNC_INPUT，反相器INV21
输出端同时连接反相器INV22输入端、MOS管M22以及MOS管M24的栅极，
反相器INV22输出端同时连接MOS管M23以及MOS管M21的栅极，电阻
R21的一端、电流源I21以及电流源I22的输入端同时与外部电压VDD连接，
电阻R21的另一端与反相器INV21输入端连接，电流源I21输出端与MOS管
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵元富，王丹辉，岳素格，莫艳图，
申请(专利权)人：北京时代民芯科技有限公司，北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11