低電壓工作的極微功耗鋸齒波振蕩器
這一鋸齒波振蕩器電路僅需不到3.2μA的電流,且工作電壓低于1V,是很有用的構(gòu)件,非常符合極低功耗和低電壓工作的要求。它可用作一個PWM控制回路、定時器或壓控振蕩器(VCO)的基礎(chǔ),或用作電容-頻率轉(zhuǎn)換器。這一電路的精妙之處在于:它采用漏極開路的比較器輸出,做成一只精確的開關(guān)電流源;另外,它使用鎖存功能,使一個簡單比較器成為一個窗口比較器,而無需額外的元件。
這一電路的吸引力還在于它集小巧的外形、極少的外部元件和低供電電流于一身,并能夠在電池電壓變動時仍然保持恒定的波幅和頻率。與傳統(tǒng)的運算放大器非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器不同,這一設(shè)計的比較器閾值設(shè)定采用了精密基準(zhǔn)電壓,而不是運算放大器輸出擺幅與電阻反饋的結(jié)合。
這種按照比率的固定頻率設(shè)計,通常會產(chǎn)生振幅可變的鋸齒波形,PWM控制回路不希望有這種波形,因為它會影響回路增益。而好處是,通過改變R1與R2,可以獨立地控制斜坡的升高或降低。
如圖1所示,這一電路僅包含8個部件:2個集成電路、4個電阻、1個電容及1個電源旁路電容。關(guān)鍵的部分為試金石半導(dǎo)體公司(TouchstoneSemiconductor)的兩個模擬積木塊IC,采用4mm2TDFN封裝(TS12011和TS12012),各包含一個運算放大器、一個比較器及一個基準(zhǔn)。憑借這些特征,這一設(shè)計可以做到超小且簡單。
這一電路的優(yōu)勢在于尺寸小、外接部件少。
這一電路的運作方式如下:一個饋送給窗口比較器的加法積分器生成鋸齒波形。放大器的反饋作用將積分器加法節(jié)點保持在VREF,從而使R1設(shè)定的固定正值參考電流與R2設(shè)定的更大振幅開關(guān)負(fù)電流相平衡。下方的比較器模塊產(chǎn)生一個漏極開路輸出;當(dāng)其輸出為低時,通過R2從加法節(jié)點中拉出電流:IR1=(0.87×VREF?0.58×VREF)/R1,IR2(開關(guān)電流)=0.58×VREF/R2。如果IR2被設(shè)定為2×IR1,將產(chǎn)生一個對稱三角波。
頻率設(shè)定如下:
其中,V為0.87×VREF與0.58×VREF的差值。此處,f=850Hz。
圖2顯示了鋸齒波和脈沖波形。
窗口比較器采用TS12012內(nèi)置的閂鎖功能來提供遲滯。閂鎖功能具有以下特性:在被拉低時,比較器的輸出仍有效,并檢測輸入狀態(tài),直到輸入交越時為止。當(dāng)斜坡穿過較低閾值0.58×VREF時,IC2中的比較器被置位;當(dāng)斜坡穿過0.87×VREF時,IC2中的比較器被復(fù)位。復(fù)位的脈沖是一瞬間的,但會使閂鎖進(jìn)入如下狀態(tài):此時比較器輸入的交越使之反復(fù)置位和復(fù)位(出現(xiàn)的原因是切換的基準(zhǔn)電流使積分器進(jìn)入負(fù)斜坡)。最終的結(jié)果就是不需要膠合邏輯。
電源電壓低至0.9V,而VDD電流僅為3.2μA。最大工作頻率受到運算放大器轉(zhuǎn)換速率和簡單延遲的限制,約為3kHz。斷開R1并采用大于0.58×VREF的電壓源對其供電,即可生成VCO函數(shù)。
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