一種適用于LED驅(qū)動(dòng)電路的壓控振蕩器的設(shè)計(jì)

摘要：鎖相電路在多路LED驅(qū)動(dòng)芯片中得到了普遍地應(yīng)用，壓控振蕩器是鎖相電路的關(guān)鍵組成部分。文中采用弛張振蕩器的原理提出了一種電壓調(diào)節(jié)范圍寬、增益線性度高和具有極低功琵的壓控振蕩器(VCO)電路結(jié)構(gòu)，并基于0．5μm的CMOS工藝對(duì)該VCO進(jìn)行了設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明在引入60Hz擺幅為0．5V的電源噪聲的情況下，其頻率抖動(dòng)在2％以內(nèi)，電路平均功耗在1mW左右，滿足LED驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：鎖相電路；壓控振蕩器；調(diào)節(jié)線性度；頻率抖動(dòng)

近年來(lái)，LED憑借著節(jié)能、環(huán)保和長(zhǎng)壽耐用等方向的優(yōu)勢(shì)成為繼白熾燈、熒光燈和高強(qiáng)度氣體燈之后的第四代光源由LED具有發(fā)射光特性隨著平均驅(qū)動(dòng)電流而轉(zhuǎn)移的性質(zhì)，大多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)采用PWM調(diào)光。PWM調(diào)光信號(hào)必須存滿足回應(yīng)時(shí)間要求的前提下，在調(diào)光頻率與對(duì)比度方面進(jìn)行折中 一般來(lái)說(shuō)調(diào)光頻率越低對(duì)比度越高。鎖相電路因自身特點(diǎn)在多路LED驅(qū)動(dòng)芯片中得到了普遍地應(yīng)用，由鎖相環(huán)時(shí)鐘器提供LED芯片所需的調(diào)光頻率，而VCO為鎖相電路的重要組成部分，所以一個(gè)線性度好、功耗低的VCO對(duì)低功耗LED驅(qū)動(dòng)芯片的性能具有重要影響。本文設(shè)計(jì)了一款用于LED驅(qū)動(dòng)芯片的低頻VCO電路，具有較低的功率耗散，增益線性度好且增益可調(diào)的特點(diǎn)。
本文首先介紹了VCO的基本原理，然后對(duì)本文所提出的壓控振蕩的原理和微調(diào)增益線性度進(jìn)行了分析，并通過HISPICE軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真。

1 VCO的設(shè)計(jì)
1．1 基本原理
鎖相技術(shù)是一種利用反饋技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻率和相位同步的技術(shù)，其主要作用是將電路輸出的時(shí)鐘與系統(tǒng)的參考輸入時(shí)鐘保持同步。當(dāng)參考輸入時(shí)鐘的頻率或相位發(fā)生改變時(shí)，鎖相環(huán)會(huì)檢測(cè)到這種變化，并且通過其內(nèi)部的反饋系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率和相位，直到兩者重新同步。

其中壓控振蕩器是鎖相電路的關(guān)鍵組成部分，在大多數(shù)應(yīng)用要求振蕩頻率是“可調(diào)的”，也就是說(shuō)，其輸出頻率足一個(gè)輸入的函數(shù)。這個(gè)輸入經(jīng)常為電壓。一個(gè)理想的壓控振蕩器其輸出頻率是其輸入電壓的線性函數(shù)，如圖2所示：
ωout=ω0+K0Vc (1)

這里，ω0表示對(duì)應(yīng)于Vc=0時(shí)的截距，而K0表示電路的增益(單位為rad／V·s。頻率可以達(dá)到的范圍，ω2-ω1，被稱為“調(diào)節(jié)范圍”。