基于1．0μm CMOS所设计的一种可广泛应用在各种电子电路中的振荡电路
本文以比较器为基本电路，采用恒流源充放电技术，设计了一种基于1．0μm cmos工艺的锯齿波振荡电路，并对其各单元组成电路的设计进行了阐述。同时利用cadence hspice仿真工具对电路进行了仿真模拟，结果表明，锯齿波信号的线性度较好，同时电源电压在5．0 v左右时，信号振荡频率变化很小；在适当的电源电压和温度变化范围内，振荡电路的性能较好，可广泛应用在pwm等各种电子电路中。
1 电压比较器 在以往的比较器电路中，存在单级增益不高，并以牺牲输出电压范围来提高增益，进而不能达到满幅度输出，导致电路性能差。本文所设计的比较器电路如图1所示，采用三级放大，第一级是差分输入级将双端变单端输出，两只nmos管作为电流源负载，第二级为cmos共源放大器，第三级为推挽式cmos单级放大器，即为普通cmos反相器，由于cmos反相器作为输出级，所以能达到满幅度输出。在设计中保证了放大器的mos管在静态条件下处于饱和区，第二级、第三级保证静态时输出电压在电源电压中点，以保证后级cmos反相器工作在高增益区。电压比较器在开环条件下工作，因此不需要考虑放大器闭环稳定工作的频率补偿问题。
2 振荡器的工作模式 恒流／恒压（cc／cv）充电是一种更快速充电方法，当开始充电时，cc／cv充电器首先施加一个等价于电池容量c的恒定电流。为防止在恒流充电周期中过充电，需要监视电池封装两端的电压。当电压上升到给定的终止电压时，电路切换到恒压源工作模式。即使电池封装两端的电压达到终止电压，但因为在esr上存在电压降，所以实际的电池电压将低于终止电压。在恒流充电期间，电池能以接近其终止电压的高电流速率充电，且不会有任何被施加高电压和发生过充电的危险。
经恒流充电后，电池的容量将达到其额定值的85％。在恒流周期结束后，充电器切换到恒压周期。在恒压周期，充电器通过监视充电电流决定是否结束充电。与恒压充电器一样，当充电电流减小到o．1c以下时，充电周期结束，恒流／恒压充电主要通过改变振荡器的工作模式来实现。
间歇工作模式：也可称为跳周期控制模式（burst mode），是指当处于轻载或待机条件时，轻载时输出电压上升，反馈脚电压降低到一定值时mosfet停止工作，输出电压降低到一定值时mosfet导通，这个过程大量减少了mosfet的开关动作，减少了开关损耗。由周期比pwm控制器时钟周期大的信号控制电路某一环节，使得pwm的输出脉冲周期性的有效或失效，这样即可实现恒定频率下通过减小开关次数，增大占空比来提高轻载和待机的效率。
但是降频和burst mode方法在提高待机效率的同时，可能会带来一些问题，首先是频率降低导致输出电压纹波的增加，其次如果频率降至20 khz以内，可能有音频噪音。
图2为burst mode电压控制电路，当s43电平》c54（此时c54和电平c96相等为0．84 v），时，burst_on信号为低电平，关断功率管；当s43
3 振荡器充放电电流设定电路 振荡器的起振频率为12 khz，随着inv的增大，振荡器的频率逐步增大到50 khz，图3为inv控制下的频率图。随着inv的继续增大，振荡器的频率降到22 khz，进入burst mode模式。
振荡器的充放电电流由偏置电压控制产生的电流和inv控制产生的电流两部分组成，起振时因为inv太小，电流完全由固定电平值控制，当inv》300 mv，充放电电流随inv的增大而增大。
仿真结果可以看出，起振时由于inv电压很小，充电电流固定在1．5μa，当反馈电压inv》0．7 v时，充电电流开始线性增大，振荡器的振荡频率随之增大。
4 锯齿波电路的产生设计 图4为锯齿波电路产生图，利用恒流源电路给电容充放电，使得电容na41上的电压c38上升到比较器的高阈值限制电压s66时，使电容放电；电压c38降到比较器的低阈值限制电压时电容充电，如此反复形成锯齿波。
在osc的设计上，采用了固定充放电电流的方式，在不改变osc电容的前提下，在电路的设计上采用了两个锯齿波复合的方式，这样可以实现固定充放电电流下的频率调整。该电路的基本工作过程是：当c42充电到电压》c100时，c38开始充电，当c38上升到c58（c38的上限电压）时，c38、c42的放电开关打开，它们开始放电；c42放电的极限电压为c45，c38放电的极限电压为s66，在放电的过程中，若c42电压先降到c45，则需等待c38电压降到s66后c42才能再次充电，同时需注意的还有只有等到b42充电到电压》c100时，c38才能开始充电，这样与fb有关的电压c45就成为了调节两个osc频率的关键。从上面的工作原理可以看出，c45和c100的大小关系直接决定了osc的频率。若c45》c100，则osc的频率完全是由c38的充放电组成；若c45c100；fb=1．3 v时，c45
5 结束语 本文所设计的振荡器可广泛应用在pwm等各种电子电路中，在实际应用中作为ac／dc控制器芯片的核心组成部分之一，已随ac／dc控制器流片并通过测试，转换效率》75％，待机功耗《150 mw，达到了绿色节能的需要。
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2 振荡器的工作模式 恒流／恒压（cc／cv）充电是一种更快速充电方法，当开始充电时，cc／cv充电器首先施加一个等价于电池容量c的恒定电流。为防止在恒流充电周期中过充电，需要监视电池封装两端的电压。当电压上升到给定的终止电压时，电路切换到恒压源工作模式。即使电池封装两端的电压达到终止电压，但因为在esr上存在电压降，所以实际的电池电压将低于终止电压。在恒流充电期间，电池能以接近其终止电压的高电流速率充电，且不会有任何被施加高电压和发生过充电的危险。
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但是降频和burst mode方法在提高待机效率的同时，可能会带来一些问题，首先是频率降低导致输出电压纹波的增加，其次如果频率降至20 khz以内，可能有音频噪音。
图2为burst mode电压控制电路，当s43电平》c54（此时c54和电平c96相等为0．84 v），时，burst_on信号为低电平，关断功率管；当s43
3 振荡器充放电电流设定电路 振荡器的起振频率为12 khz，随着inv的增大，振荡器的频率逐步增大到50 khz，图3为inv控制下的频率图。随着inv的继续增大，振荡器的频率降到22 khz，进入burst mode模式。
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仿真结果可以看出，起振时由于inv电压很小，充电电流固定在1．5μa，当反馈电压inv》0．7 v时，充电电流开始线性增大，振荡器的振荡频率随之增大。
4 锯齿波电路的产生设计 图4为锯齿波电路产生图，利用恒流源电路给电容充放电，使得电容na41上的电压c38上升到比较器的高阈值限制电压s66时，使电容放电；电压c38降到比较器的低阈值限制电压时电容充电，如此反复形成锯齿波。
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