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(gè)PWM控制回路、定時(shí)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(gè)簡(jiǎn)單比較器成為一個(gè)窗口比較器，而無(wú)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(dòng)時(shí)仍然保持恒定的波幅和頻率。與傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器不同，這一設(shè)計(jì)的比較器閾值設(shè)定采用了精密基準(zhǔn)電壓，而不是運(yùn)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(jì)，通常會(huì)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?yàn)樗鼤?huì)影響回路增益。而好處是，通過改變R1與R2，可以獨(dú)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(gè)部件：2個(gè)集成電路、4個(gè)電阻、1個(gè)電容及1個(gè)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(gè)模擬積木塊IC，采用4mm2TDFN封裝(TS12011和TS12012)，各包含一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)比較器及一個(gè)基準(zhǔn)。憑借這些特征，這一設(shè)計(jì)可以做到超小且簡(jiǎn)單。

這一電路的優(yōu)勢(shì)在于尺寸小、外接部件少。

這一電路的運(yùn)作方式如下：一個(gè)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?zhàn)饔脤⒎e分器加法節(jié)點(diǎn)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(gè)漏極開路輸出;當(dāng)其輸出為低時(shí)，通過R2從加法節(jié)點(diǎn)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(gè)對(duì)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(lái)提供遲滯。閂鎖功能具有以下特性：在被拉低時(shí)，比較器的輸出仍有效，并檢測(cè)輸入狀態(tài)，直到輸入交越時(shí)為止。當(dāng)斜坡穿過較低閾值0.58×VREF時(shí)，IC2中的比較器被置位;當(dāng)斜坡穿過0.87×VREF時(shí)，IC2中的比較器被復(fù)位。復(fù)位的脈沖是一瞬間的，但會(huì)使閂鎖進(jìn)入如下狀態(tài)：此時(shí)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(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換速率和簡(jiǎn)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(duì)其供電，即可生成VCO函數(shù)。