摘要：近年來，開關(guān)電源芯片被廣泛應(yīng)用于通信電子產(chǎn)品的電源供電系統(tǒng)。目前，關(guān)電源主要采用PWM控制電路，鋸齒波振蕩器是PWM控制電路的核心功能部件。在電源電壓、溫度、工藝和環(huán)境負(fù)載變化或者漂移的條件下，要求振蕩器能夠產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的信號輸出。許多鋸齒波振蕩器雖然具有穩(wěn)定性好、精度高的特點(diǎn)，但受環(huán)境溫度和電源電壓影響較大，基于以上要求，本文設(shè)計(jì)一種鋸齒波產(chǎn)生電路。
　　
　　1、電路結(jié)構(gòu)及原理
　　
　　1．1電路整體框架及原理
　　
　　圖1為RC振蕩器的原理圖。本文提出的鋸齒波振蕩器主要由三部分構(gòu)成，一部分是基準(zhǔn)產(chǎn)生的電流I1和I2，一部分由電容C和開關(guān)K1、K2組成，zui后一部分是控制電路。　　
　　該電路利用基準(zhǔn)源產(chǎn)生的電流I1對電容C進(jìn)行充電，利用電流I2進(jìn)行放電，從而產(chǎn)生對開關(guān)K1和K2的控制信號。
　　
　　產(chǎn)生脈沖的工作過程如下：假設(shè)輸出信號Um為低電平，使開關(guān)管S1導(dǎo)通，S2關(guān)斷。這時(shí)電流I1對C進(jìn)行充電，使a點(diǎn)電壓Ua升高，經(jīng)過控制電路作用后，使輸出信號Um變?yōu)楦唠娖剑蝗缓螅琔m使開關(guān)管S1關(guān)斷，S2導(dǎo)通，電流I2對C進(jìn)行放電，使a點(diǎn)電壓Ua降低，輸出Um又變?yōu)榈碗娖健ｋ娐啡绱朔磸?fù)循環(huán)工作，便在輸出端產(chǎn)生振蕩信號，Ua是產(chǎn)生的鋸齒波信號。
　　
　　振蕩器實(shí)際電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中Uref引腳輸入的是來自帶隙基準(zhǔn)的參考電壓，Um是輸出給后級的zui大占空比信號，Uout是所要求的鋸齒波輸出信號。　　
　　圖1中的開關(guān)S1、S2分別由PMOS管VT4和VT5代替。因此，圖1中的倒相器在具體電路中便不需要實(shí)現(xiàn)。在集成電路中不易直接實(shí)現(xiàn)的電流源，所以先產(chǎn)生一個的參考電壓Uref，然后通過一個U-I變換電路，產(chǎn)生兩個的充放電電流I1和I2。圖2中的電阻R是外接的精密電阻，電路中運(yùn)放將B點(diǎn)電位鉗位在參考電壓Uref，因此流過R的電流為
　　
　　VT2和VT3，VT6和VT7組成兩組電流鏡，則充放電電流I1和I2為：　　
　　假設(shè)振蕩器輸出信號Um初始值為低電平，VT4打開，VT5關(guān)斷，電流通過VT4流到電容，電容進(jìn)行充電。此時(shí)Ua低于VH，COMP1輸出高電平，Ua高于VL，COMP2也輸出高電平，Um保持低電平。直到C的電壓上升到高于VH一點(diǎn)，COMP1輸出低電平，使得Um翻轉(zhuǎn)為高電平。此時(shí)VT5打開，VT4關(guān)斷，電流通過VT5，電容C通過VT6支路進(jìn)行放電，逐漸減小。直到C的電壓降低到低于VL一點(diǎn)，COMP2輸出低電平，Um翻轉(zhuǎn)為低電平。電路如此循環(huán)，在輸出端產(chǎn)生振蕩信號。　　
　　如圖3所示，門限電壓是由Uref1對Uref2產(chǎn)生，Uref1對Uref2是來自基準(zhǔn)模塊的電壓，不隨溫度和電源電壓變化，所以VH和VL基本保持恒定。
　　
　　1.2出頻率的計(jì)算
　　
　　不同的充放電電流決定了輸出高低電平的不同脈寬，所以決定了方波信號的占空比。具體原理如下：
　　
　　在一個充放電周期內(nèi)設(shè)電容的充電時(shí)間為Tr，放電時(shí)間為Tf，電容充放電的周期為Ts，由電容的電流公式：　　
　　調(diào)整VT6和VT7的寬長比，可以得到較小的充電電流和較大的放電電流，當(dāng)I2>>I1時(shí)，可以得到　　
　　得到鋸斷波的下降沿近似垂直。通過調(diào)整電容C或者R的大小，可以得到預(yù)期的鋸齒波振蕩周期為Ts=7．6μs，即振蕩器的周期為132kHz。其中VH和VL都是由基準(zhǔn)電壓而得到的，故不隨外界條件變化，從而使振蕩頻率不受電源電壓和溫度的影響而維持恒定。
　　
　　2、仿真結(jié)果與分析
　　
　　此電路采用TSMC0．5μm工藝實(shí)現(xiàn)，用Spectre進(jìn)行仿真。在5．8V電源輸入，27℃環(huán)境溫度下，圖4是振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波信號以及zui大占空比輸出信號，由仿真結(jié)果可知鋸齒波的頻率控制在132kHz，且上升沿線性度好，下降沿陡峭，zui大占空比達(dá)。　　
　　表1給出了振蕩器在不同電源電壓和溫度下的振蕩周期仿真結(jié)果，由表格所示結(jié)果可知，振蕩頻率zui小為129kHz，zui大為135kHz。頻率漂移范圍在±3％內(nèi)，可見頻率隨電源電壓和溫度變化的影響較小，振蕩器的精度較高。