本發(fā)明涉及張馳振蕩器，尤其涉及適合于快速切換、低噪聲和低電流消耗很重要的應(yīng)用的張馳振蕩器。

背景技術(shù)：

通常用反饋回路和切換裝置(例如比較器或繼電器)實(shí)施的張馳振蕩器生成周期性輸出信號(hào)。這些裝置產(chǎn)生諸如方波的非線性輸出信號(hào)。原理是用反饋回路和切換裝置先將諸如電容器或電感器的能量存儲(chǔ)裝置充電到閾值水平，然后將其放電并且重復(fù)充電放電循環(huán)。充電放電行為會(huì)產(chǎn)生周期性的不連續(xù)波形，這個(gè)周期性的不連續(xù)波形于是可以被視為輸出。

通常在常規(guī)張馳振蕩器中在電流消耗與切換速度之間和電流消耗與噪聲之間存在權(quán)衡。維持快速切換速度和低噪聲對(duì)于張馳振蕩器的低抖動(dòng)操作(即離期望頻率只有較小的偏差)很重要，但是通常需要較高的電流。這一點(diǎn)與現(xiàn)代的電池供電的裝置的要求有沖突，因?yàn)樵谶@類裝置中減少電流消耗非常重要。本發(fā)明旨在解決這個(gè)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

從第一方面，本發(fā)明提供一種張馳振蕩器，其包括：

比較器，其包括：

晶體管差分對(duì)；

靜態(tài)電流源；以及

動(dòng)態(tài)電流源；以及

至少一個(gè)能量存儲(chǔ)組件；

其中所述比較器布置成提供輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)觸發(fā)能量存儲(chǔ)組件的充電或放電，所述動(dòng)態(tài)電流源在充電或放電被觸發(fā)之前啟用，并且在預(yù)定時(shí)間之后停用。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)為能量存儲(chǔ)裝置充電時(shí)，張馳振蕩器可以先用第一低靜態(tài)電流操作，然后在比較器觸發(fā)充電或放電之前啟用第二動(dòng)態(tài)高電流源。與常規(guī)張馳振蕩器相比，這個(gè)臨時(shí)較高電流可以有利地提供更精確的時(shí)序，減少噪聲效應(yīng)并且整體電流消耗更低。

本發(fā)明可以用單一能量存儲(chǔ)組件實(shí)施。但是，在一組實(shí)施例中，提供多個(gè)能量存儲(chǔ)組件-例如兩個(gè)。在此類實(shí)施例中，可以使用輸出信號(hào)在能量存儲(chǔ)組件之間切換，從而使得一個(gè)能量存儲(chǔ)組件可以在充電，同時(shí)另一個(gè)能量存儲(chǔ)組件在放電。這樣容許更高頻率的輸出。

靜態(tài)或動(dòng)態(tài)電流源可以采用本領(lǐng)域中本身已知的任何形式。然而，在一組實(shí)施例中，電流源中的任一個(gè)或兩個(gè)是電流反射鏡。申請(qǐng)人理解，在這個(gè)背景下使用電流鏡特別有利，因?yàn)殡娏麋R的功率效率高，而且會(huì)產(chǎn)生更精確的輸出頻率，其中輸出頻率與電流除以電容成比例。

在一組實(shí)施例中，振蕩器布置成在能量存儲(chǔ)組件兩端使用電壓以啟用動(dòng)態(tài)電流源。這樣可能便于就在觸發(fā)充電/放電之前啟用動(dòng)態(tài)電流源，或者在提供多個(gè)能量存儲(chǔ)組件的情況下在能量存儲(chǔ)組件之間切換。在一組實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)電流源包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，其布置成啟用和停用動(dòng)態(tài)電流源。在一組實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)晶體管的柵極導(dǎo)線連接到能量存儲(chǔ)組件。在提供多個(gè)能量存儲(chǔ)組件的情況下，可以提供分開(kāi)的開(kāi)關(guān)晶體管，其中每個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管可以具有柵極導(dǎo)線連接到相應(yīng)能量存儲(chǔ)組件。通過(guò)提供晶體管，晶體管的柵極連接到能量存儲(chǔ)裝置并且源極導(dǎo)線連接使得它能啟用或停用動(dòng)態(tài)電流源，這樣可以有利地使動(dòng)態(tài)電流源就在比較器觸發(fā)任何充電或放電之前的時(shí)間接通。

存在多種不同的晶體管技術(shù)可供用于半導(dǎo)體裝置制造。然而，對(duì)于低功率應(yīng)用，場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)是最合適的技術(shù)，原因在于它的低電流操作要求。因而，在一組實(shí)施例中差分對(duì)和/或開(kāi)關(guān)晶體管包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

本發(fā)明可以使用本領(lǐng)域中本身已知的任何能量存儲(chǔ)組件實(shí)施。然而，優(yōu)選地，該能量存儲(chǔ)組件或每一能量存儲(chǔ)組件包括電容器。電容器尤其非常適合用于切換速度和功率消耗很重要的應(yīng)用。

可以使用來(lái)自比較器的輸出信號(hào)控制在任何給定時(shí)刻多個(gè)能量存儲(chǔ)組件中的哪個(gè)能量存儲(chǔ)組件正在充電。在有些組實(shí)施例中，張馳振蕩器包括能量存儲(chǔ)充電控制模塊，當(dāng)從比較器接收到合適的信號(hào)時(shí)，該能量存儲(chǔ)充電控制模塊在能量存儲(chǔ)組件之間切換。

當(dāng)從第二方面看時(shí)，本發(fā)明提供一種電池供電的集成電路，其包括如上文所述的張馳振蕩器。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)將僅借助于實(shí)例且參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，在這些附圖中：

圖1是本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電路圖；

圖2是本發(fā)明的示例性實(shí)施例的時(shí)序圖；

圖3是現(xiàn)有技術(shù)的電路圖；以及

圖4是包括本發(fā)明的示例性實(shí)施例的一部分的比較器的電路圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的張馳振蕩器2的示例性實(shí)施例的電路圖。張馳振蕩器2包括比較器4、兩個(gè)電容器8、14、四個(gè)開(kāi)關(guān)10、12、16、18和充電控制模塊6。

比較器4是三個(gè)輸入的比較器，其中所述三個(gè)輸入是電容器電壓20、22和參考電壓24。比較器產(chǎn)生輸出信號(hào)26，輸出信號(hào)26被充電控制模塊6用作輸入。充電控制模塊產(chǎn)生兩個(gè)致動(dòng)信號(hào)28、30，其控制開(kāi)關(guān)10、12、16、18。

第一電流源32產(chǎn)生流經(jīng)固定電阻器34的恒定電流，由于歐姆定律的作用，恒定電流在電阻器34兩端產(chǎn)生固定電勢(shì)差。這個(gè)電勢(shì)差被用作電壓參考24，接著如上所述，電壓參考24用作比較器4的輸入之一。

第二電流源36產(chǎn)生恒定電流，該恒定電流用于根據(jù)在任何給定時(shí)間的電路狀態(tài)和開(kāi)關(guān)10、12、16、18中哪些開(kāi)關(guān)閉合，為第一電容器8或第二電容器14充電。

比較器4將兩個(gè)電容器電壓20、22與參考電壓24比較，并且判斷兩個(gè)電容器電壓20、22中的任一個(gè)電容器電壓是否大于參考電壓24。如果電容器電壓20、22之一超出參考電壓24，則輸出電壓26設(shè)置成邏輯高；否則輸出電壓26保持在邏輯低。

充電控制模塊6布置成使得在任何給定時(shí)間第一致動(dòng)信號(hào)28和第二致動(dòng)信號(hào)30中的一個(gè)是高態(tài)，另一個(gè)是低態(tài)。控制模塊6監(jiān)視輸出信號(hào)26，每當(dāng)輸出信號(hào)26上發(fā)生正沿時(shí)，充電控制模塊6就切換信號(hào)28、30中的哪一個(gè)是高態(tài)、哪一個(gè)是低態(tài)。

當(dāng)?shù)谝恢聞?dòng)信號(hào)28變高時(shí)，第一開(kāi)關(guān)對(duì)10、12閉合，并且第二開(kāi)關(guān)對(duì)16、18斷開(kāi)，從而將第一電容器8連接到第二電流源36并且使第二電容器14短路。當(dāng)?shù)诙聞?dòng)信號(hào)30變高時(shí)，第一開(kāi)關(guān)對(duì)10、12斷開(kāi)，并且第二開(kāi)關(guān)對(duì)16、18閉合，從而將第二電容器14連接到第二電流源36并且使第一電容器8短路。

現(xiàn)在將參看圖2描述振蕩器的基本操作，圖2是圖1的實(shí)施例的時(shí)序圖。在初始時(shí)間t0，第二開(kāi)關(guān)對(duì)16、18閉合，因而第二電容器14連接到第二電流源36。這樣使得第二電容器14充電，因此使第二電容器電壓22上升。

一旦第二電容器電壓22超出參考電壓24，比較器輸出信號(hào)26變?yōu)檫壿嫺?。隨后，充電控制單元6檢測(cè)輸出信號(hào)26上的邏輯高，改變兩個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)10、12、16、18的狀態(tài)，使得第一電容器8開(kāi)始充電，第二電容器14放電。因此，第一電容器電壓20開(kāi)始上升，而第二電容器電壓22快速降低。一旦第二電容器電壓22不再超出參考電壓24，比較器輸出電壓26就變回邏輯低。

該循環(huán)繼續(xù)，每個(gè)電容器8、14先充電到其超出參考電壓24為止，然后輸出信號(hào)26被脈沖為高態(tài)，并且電容器的作用交換。這個(gè)反復(fù)的充電放電循環(huán)模式會(huì)產(chǎn)生周期性的非線性輸出信號(hào)26。

圖3是包括可能已經(jīng)用于圖1的張馳振蕩器的靜態(tài)電流源的比較器104的現(xiàn)有技術(shù)電路圖，這里僅僅出于參考目的描述比較器104。比較器104將以兩個(gè)電容器電壓120、122和參考電壓124作為輸入并且提供輸出電壓126。

圖3的比較器包括三個(gè)nmos晶體管140、142、144，其相應(yīng)的柵極引線分別連接到兩個(gè)電容器電壓120、122和參考電壓124。這三個(gè)晶體管140、142、144布置成差分對(duì)電路的變型。參考晶體管144形成差分對(duì)的一半，而與電容器連接的晶體管140、142并聯(lián)布置并且共同地形成差分對(duì)的另一半。這個(gè)布置準(zhǔn)許比較器將兩個(gè)電容器電壓120、122中的任一個(gè)電容器電壓與參考電壓124比較。這個(gè)差分對(duì)布置經(jīng)由電流反射鏡或包括兩個(gè)晶體管146、148的有源負(fù)載布置連接到正電源軌vdd40。

包括與電容器和參考連接的晶體管140、142、144的差分對(duì)布置成長(zhǎng)尾對(duì)。通過(guò)拖尾晶體管150在這個(gè)布置中設(shè)置提供偏壓電流的長(zhǎng)尾對(duì)的拖尾。這個(gè)拖尾晶體管150提供用于差分對(duì)操作的恒定的靜態(tài)電流源。

單側(cè)輸出從差分對(duì)獲得并且連接到pmos晶體管152的柵極導(dǎo)線，其與nmos晶體管154形成推挽式輸出級(jí)。根據(jù)在任何給定時(shí)間來(lái)自差分對(duì)的單側(cè)輸出，這個(gè)推挽式輸出級(jí)使比較器輸出信號(hào)126始終飽和到邏輯高或邏輯低。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的替代比較器204的電路圖。這個(gè)布置的拓?fù)漕愃朴趫D3中的布置(并且對(duì)于相似部分使用相似的參考標(biāo)號(hào)，區(qū)別是去掉了前面的1)。但是有利地在差分對(duì)布置中添加額外的電流源，采用與第一拖尾晶體管50并聯(lián)的第二拖尾64的形式。

兩個(gè)nmos動(dòng)態(tài)電流源晶體管60、62并聯(lián)布置，其相應(yīng)的源極和漏極導(dǎo)線連接在一起，其中漏極導(dǎo)線進(jìn)一步連接到差分對(duì)晶體管40、42、44的源極導(dǎo)線，并且動(dòng)態(tài)電流源晶體管60、62的源極導(dǎo)線連接到第二拖尾晶體管64。動(dòng)態(tài)電流源晶體管60、62的每個(gè)柵極導(dǎo)線分別連接到第一和第二電容器電壓20、22。

這個(gè)有利的布置容許選擇性地啟用和停用包括動(dòng)態(tài)電流源晶體管60、62和第二拖尾晶體管64的第二動(dòng)態(tài)電流源以在需要時(shí)向差分對(duì)提供額外的電流。當(dāng)電容器電壓20、22中的任一個(gè)電容器電壓充分高時(shí)，就在比較器將輸出信號(hào)26改變成邏輯高之前，相應(yīng)的動(dòng)態(tài)電流源晶體管60、62會(huì)接通并且將差分對(duì)連接到提供額外電流的額外拖尾晶體管64。這樣能確保具有準(zhǔn)確時(shí)序的清晰的脈沖并且減少噪聲效應(yīng)，同時(shí)保持較低的平均功率消耗。

因而將發(fā)現(xiàn)已經(jīng)描述了一種尤其適合于時(shí)序、噪聲和功率因素尤其重要的應(yīng)用的張馳振蕩器。盡管已詳細(xì)地描述特定實(shí)施例，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，許多變化和修改是可能的。