一种宽范围单调线性可调频率时钟电路的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，尤指一种宽范围单调线性可调频率时钟电路。

背景技术：

在变频调制应用中，例如无线充电器，雾化器等，都需要在宽范围内对频率进行精确调制。无线充电器中对频率进行调制，以实现对数字信号的传输。在雾化器方案中，需根据雾化片的谐振频率对输出控制频率进行跟随与匹配，以实现最大的转换效率。

为了实现频率可调，现有技术采用高频的源时钟进行精细分频，通过改变分频系数以实现时钟的可调；为了得到0.1％的调节精度，源时钟的频率需为输出频率1000倍，这样对源时钟的频率要求比较高，且源时钟的功耗也比较大。

经检索，专利申请号：201621009690.8公开了振荡频率可调整的时钟产生电路，包括依次连接的以下器件：带隙基准电路、数模转换器、压控振荡器和信号整形电路；其中，所述带隙基准电路的输出端输出恒定基准电压，所述数模转换器接收预设值和所述恒定基准电压，且输出模拟电压vr，该预设值为电压设定值或频率设定值；所述压控振荡器接收所述模拟电压vr，并输出锯齿波电压v1；所述信号整形电路接收所述锯齿波电压v1，并输出占空比50％的时钟信号clk。该电路结构复杂，且通过压控电阻以改变振荡频率，这会大大增加应用的成本。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供易于实现，功耗低且成本不高的一种宽范围单调线性可调频率时钟电路。

本发明解决该问题所采用的技术方案如下：

一种宽范围单调线性可调频率时钟电路，包括：充电阵列，所述充电阵列是一个数字可调，对充电电流可以进行单调线性调节的电流源或电流镜阵列；参考电压电路，用于产生一个参考电压；比较控制电路，所述比较控制电路的第一输入端与所述充电阵列相连，所述比较控制电路的第二输入端与所述参考电压电路相连；所述比较控制电路包括比较器，充电电容及控制逻辑；所述充电阵列给所述充电电容充电，电容充电的电压反馈给比较器，比较器把充电电容的电压与所述参考电压电路传输来的参考电压vref做比较并把比较结果传送给控制逻辑，所述控制逻辑再控制所述充电电容进行充放电，这样充电电容周期性充放电，比较器周期性的输出高低电平即为方波，因此所述比较控制电路输出时钟信号。

进一步地，所述充电阵列由一定数量的充电单元组成，每一所述充电单元都含有独自的基本电流源或电流镜，每个充电单元的电流源或电流镜的电流大小相同；所述充电单元包括可控充电单元和常开充电单元。

进一步地，所述充电阵列包含有对每个可控充电单元单独控制其关闭或开启的单元控制模块；所述单元控制模块的输出端通过总线与每个可控充电单元的控制端连接，其保证了可控充电单元关闭或开启的数量是单调增加或单调减少的；其中：可控充电单元的数量决定了输出充电电流的范围，即决定了输出频率的范围；所述常开充电单元的数量决定了最小输出的充电电流，即决定了最小输出时钟频率。

进一步地，所述充电单元的输出为其电流源或电流镜的电流，所有充电单元的输出端相接在一起，作为整个充电阵列的输出，充电阵列的输出端与所述比较控制电路的第一输入端相连。

进一步地，所述参考电压电路中串联有电阻，在所述电阻上通过与充电阵列成比例的电流，得到与充电阵列电流成比例的基准电压，即所述参考电压电路的输出为一个基准电压。

进一步地，所述比较控制电路包括充电电容，比较器和控制逻辑；所述充电电容由所述充电阵列供电，所述充电电容充电后得到的电压在所述比较器中与所述参考电压电路产生的基准电压进行比较，所述比较器把比较的结果输送给所述控制逻辑，所述控制逻辑再控制所述充电电容进行充放电。

进一步地，所述比较控制电路输出一个时钟，该时钟的频率与所述充电阵列的输出电流、参考电压电路的输出基准电压以及充电电容的大小有关，该结构保证了输出的时钟频率与充电单元的开启数量成比例变化的。

本发明的有益效果在于：本发明的宽范围单调线性可调频率时钟电路包括充电阵列，参考电压电路，比较控制电路，所述比较控制电路的第一输入端与所述充电阵列相连，所述比较控制电路的第二输入端与所述参考电压电路相连；所述比较控制电路包括比较器，充电电容及控制逻辑；所述充电阵列给所述充电电容充电，电容充电的电压反馈给比较器，比较器把充电电容的电压与所述参考电压电路传输来的参考电压vref做比较并把比较结果传送给控制逻辑，所述控制逻辑再控制所述充电电容进行充放电，这样充电电容周期性充放电，比较器周期性的输出高低电平即为方波，因此所述比较控制电路输出时钟信号。该时钟信号的输出时钟频率f与充电电流比例m成线性关系，通过设置常开充电单元的数量和充电单元总的数量，可调整该时钟频率的最小值和最大值，即实现了输出频率的宽范围单调线性可调。

因此采用本发明提出来的技术，可以实现宽范围单调线性可调频率时钟电路，相比传统的压控电阻调频方式，节省了功耗及外部成本，完美的适应用无线充电、雾化器等需要频率调制的应用场合。

附图说明

图1是本发明的电路连接示意图。

图2是本发明电路图。

图3是本发明实施例中充电阵列示意。

图4是本发明实施例中充电单元的电路连接示意图。

附图标号说明：1.充电阵列；2.参考电压电路；3.比较控制电路。

具体实施方式

请参阅图1-4所示，为本发明所实现的宽范围单调线性可调频率时钟电路。

如图1、2所示，宽范围单调线性可调频率时钟电路，包括充电阵列1、参考电压电路2和比较控制电路3；所述比较控制电路3的第一输入端与所述充电阵列相连1，所述充电阵列1提供可调的电流输出到比较控制电路3，所述比较控制电路3的第二输入端与所述参考电压电路2相连；所述比较控制电路3包括比较器，充电电容及控制逻辑。

在本实施例中，所述充电阵列的结构图如图3所示，内部包含若干充电单元和单元控制模块，所述充电单元的电路如图4所示，由电流镜和开关组成，电流镜的电流由vbias的电压控制，得到一个固定的电流镜电流im，电流镜的开启和关闭由控制信号ctrl控制，控制信号可以是一个信号也可以是多个信号，取决于单元控制模块的控制方式，充电单元输出的是电流镜的电流，输出为com，；充电阵列中所有的充电单元的输出com，都连到一起，合成一个输出连接到比较控制电路，作为充电电容的充电电流。

充电阵列的输出充电电流i21＝m*im，其中m为充电阵列中开启的充电单元数量。

所述充电单元包括可控充电单元和常开充电单元，其中，所述可控充电单元受单元控制模块控制，需要调整时钟的频率时，单元控制模块会单调增加或单调减少开启的可控充电单元数量，通过将调整时钟的控制信号，转换成温度计码信号，对每个可控充电单元实现单独控制，从而实现单调的改变充电电流。

所述常开充电单元的电流是充电阵列能产生的最小电流，这决定了时钟电路的最小频率。

在本实施例中，如图2，所述参考电压电路2由额定电流源i22通过电阻r21得到参考电压vref。

i22需与充电单元的电流im成比例，即i22＝n*im，其中n为i22与充电单元的电流im的比例系数。

参考电压值vref＝i22*r21＝n*im*r21。

在本实施例中，如图2，所述比较控制电路包括充电电容电路、比较器a21、比较器a22和控制逻辑；充电电容电路包含开关s21、开关s22、开关s23、开关s24、电容c21和电容c22。

开关s21、开关s22、开关s23和开关s24的开启或关闭由控制逻辑控制；其中开关s21和开关s24的闭合和断开一致，开关s22和开关s23的闭合和断开一致。

开关s21和开关s24的闭合和断开，与开关s22和开关s23的闭合和断开相反。

对于电容c21，当开关s21闭合和开关s22断开时，充电电流对c21充电，把c21的电压充到参考电压vref；当开关s21断开和开关s22闭合时，c21进行放电；同理开关s23、开关s24和电容c22的充放电操作也一样。

电容c21和电容c22电容大小一样，c21＝c22＝c，这样保证输出的时钟频率占空比为50％。

比较器a21和比较器a22分别把电容c21和电容c22的电压与vref电压进行比较，所述比较器的比较结果送给控制逻辑模块，控制逻辑模块再控制电容c21和电容c22，实现电容c21和电容c22的充放电切换。

电容在一次充电得到的电荷q＝vref*c＝i11*t，其中t为充电时间，得到t＝n*im*c*r21/(m*im)。

经过控制逻辑输出的时钟频率为f=1/(2t),又因为c21和c22的充电后比较的输出电压，分别控制了时钟的上升和下降翻转，所以时钟输出的周期为2t，控制逻辑输出的时钟频率为f＝1/(2t)。

输出时钟频率f＝m/(2*n*c*r21)，时钟的频率与电容c、电阻r21、充电电流比例m和参考电压的电流比例n相关。

输出时钟频率f的频率与充电电流比例m成线性关系，通过设置常开充电单元的数量和充电单元总的数量，实现可调时钟频率的最小值和最大值，即实现输出频率的宽范围单调线性可调。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。