一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种应用于开关电源的振荡器电路，尤其是一种具有=种工作模式频 率可配置的振荡器电路，属于数模混合集成电路技术领域。
【背景技术】
[0002] 电源负责为各种电子设备的正常工作提供电力保障。目前常用的电源分为线性稳 压电源和开关稳压电源。线性稳压电源具有稳定度高、可靠性好、成本较低的优点，但只能 降压、能量效率低、笨重、体积较大。开关电源与线性电源相比具有下列优点:可W升压和降 压、供电效率高，但控制电路和补偿电路较复杂。
[0003] 开关电源是根据电感和电容的能量储存特性，并利用开关动作不断将能量从输入 端传到输出端，为负载提供能量。电源系统根据不同的负载情况进行自动调整。时钟信号 CLK产生电路是开关电源中十分重要的模块，时钟信号的周期决定了开关频率，并为计数电 路或分频电路提供参考。时钟信号的稳定性对电路的信号处理性能有着很大影响，通常要 求时钟信号在溫度、电源电压和工艺等变化的条件下能保证频率的稳定。斜坡信号化0阳是 针对电流模式开关电源的次谐波不稳定等因素所叠加的补偿信号。由于该信号必须与时钟 信号同步，通常由时钟信号产生电路附带产生。一般的电流模式开关电源的结构如图1所 /J、- O
[0004] 由图1可知，振荡器产生的时钟信号用来控制开关晶体管Ml和M2的开关频率，决定 了整个开关电源的工作频率。同时工作频率也对外部的电感和电容尺寸有决定性影响：工 作频率越高，需要的滤波电感L和滤波电容C的值越小，相应的尺寸也越小。
[0005] 在集成电路设计中常用到的振荡器有=种:RC振荡器，环形振荡器和晶体振荡器。 R讶辰荡器是应用最为普遍的一种振荡器电路，它的结构简单，成本较低，另外该电路功耗也 较低。但是运种电路的工作电压极大地影响着它的频率，工艺相关性比较差，精度较差。环 形振荡器的振荡频率范围很宽，稳定度较高。但是对电源噪声很敏感，布局尺寸面积较大。 晶体振荡器频率很准，而且工作稳定，其精度只与所选择的晶体器件固有频率有关。但是它 的功耗较大，不易集成在忍片内部。
[0006] 开关电源需要振荡器具有一定的精度、稳定性，并且能够内部集成。因此都是环形 振荡器。图2是一般常用的开关电源中用于产生时钟信号CLK和斜坡信号化0阳的环形振荡 器结构。运种振荡器的工作原理如下：
[0007] 起始状态，电容C上电荷为0,斜坡信号化0阳为0,比较器输出201为0,时钟信号CLK 输出为0，202为1，使得P管206关闭，203为0，N管204关闭，电流源205对电容207充电，斜坡信 号SLO阳随之上升。
[000引待斜坡电压化0阳高于VREFH的瞬间，比较器输出201由0翻转为1，202由1翻转为0， 使得P管206打开，因此斜坡信号SLO阳与VRE化比较，因为VRE即高于VRE化，因此比较器输出 201为1，202保持为0，CLK由0翻转为1，203为1，N管204打开，电容207开始向地放电，因为N管 204栅压为高电位1，因此电阻很小，流过电流远大于电流源205的充电电流，因此斜坡信号 SLO阳在很短时间内由VREFH下降。
[0009] 待斜坡信号化0阳下降至略小于VRE化时，比较器输出201由1翻转为0，202输出由0 翻转为1，P管206关闭，SLOPE又开始与VREF扯k较，一个振荡周期完成。运使得时钟信号CLK 和斜坡信号SLOPE具有较大的占空比，使得斜坡信号具有斜坡补偿所要求的电压斜率。
[0010] 图2中的振荡器，内部设置固定，只能产生固定频率的振荡信号，运就导致后级电 路的工作频率受到限制。对于开关电源来说，不同的外部配置条件和使用条件可能需要不 同的开关频率。由于开关电源的开关频率与外接电感和电容密切相关，并且需要是内部环 路带宽的5~10倍，固定的时钟频率限制了开关电源的开关频率，使得外部器件的适用范围 受到限制，并且不利于通过调整时钟频率实现内部环路稳定。同时，随着集成系统的应用， 集成系统提供的时钟信号更为精准，用在开关电源中更为稳定，而传统的振荡器只能使用 自己产生的低精度时钟信号，缺乏可继承性和灵活性。
【发明内容】
[0011] 本发明解决的技术问题:克服现有技术的不足，提供了一种应用于开关电源的频 率可配置的振荡器电路，能够产生固定频率、可调频率、外部时钟同步频率的时钟信号和斜 坡信号，从而满足不同的应用要求。
[0012] 本发明的技术解决方案是：一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路，包 括工作模式识别电路、充电电流控制电路、同步模块和内部振荡器;充电电流控制电路判断 外接电阻RT端是否悬空，并向工作模式识别电路发送电阻悬空信号；工作模式识别电路接 收外部输入信号和充电电流控制电路发送的电阻悬空信号，当RT端悬空时，振荡器电路为 固定频率模式，当RT端接对地电阻且外部输入端接对地电阻时，振荡器电路为可调频率模 式，当RT端接对地电阻且外部输入信号为时钟信号时，振荡器电路为外部时钟同步频率模 式；
[0013] 固定频率模式:工作模式识别电路发送关闭信号关闭同步模块，充电电流控制电 路向内部振荡器输出固定电压，内部振荡器在固定电压的作用下输出固定频率的时钟信号 和斜坡信号；
[0014] 可调频率模式:工作模式识别电路发送关闭信号关闭同步模块，充电电流控制电 路根据外接电阻值计算充电电流，并将充电电流转化为电压输出给内部振荡器，内部振荡 器根据输入电压产生频率与所述充电电流值相对应的时钟信号和斜坡信号；
[0015] 外部时钟同步频率模式:工作模式识别电路在接收到外部时钟信号时向同步模块 发送外部时钟使能信号和外部时钟同频信号，向充电电流控制电路发送外部时钟使能信 号，同步模块接收到外部时钟使能信号后启动，实时接收外部时钟同频信号和内部振荡器 反馈的时钟信号，根据外部时钟同频信号和时钟信号实时产生同步控制信号输出给充电电 流控制电路;充电电流控制电路根据外部时钟使能信号、同步控制信号和外接电阻值实时 得到与外部输入信号频率同步的充电电流，将该充电电流转化为电压输出给内部振荡器， 内部振荡器根据输入电压实时产生与外部输入信号频率同步的时钟信号和斜坡信号，并将 时钟信号实时反馈给同步模块。
[0016] 还包括延迟电路，固定频率模式或可调频率模式下，延迟电路关闭；外部时钟同步 频率模式下，工作模式识别电路在接收到外部时钟信号时向延迟电路发送外部时钟使能信 号；延迟电路启动后，通过内部振荡器反馈的时钟信号产生20ys的时间延迟用于接收外部 时钟使能信号，如果没有接收到，则判断振荡器电路处于固定频率模式;如果接收到，则判 断振荡器电路处于外部时钟同步频率模式。
[0017] 所述充电电流控制电路包括MOS管111、]\105管^2、]\?)8管^3、]\?)8管^4、]\105管^5、 MOS 管 M16、M0S 管 M17、M0S 管 M18、M0S 管 M19、M0S 管 M110、M0S 管 Mill、电阻 R11、电阻 R12、R 电阻 13,传输口 TG11、传输口 TG12、反相器INV11、反相器INV12、反相器INV13、反相器INV14、运算 放大器AMP11、运算放大器AMP12 W及电流源111;
[0018] 电阻Rll-端与外部电压V孤连接，Rll的另一端同时与运算放大器AMP12的正输入 端W及电阻Rl 2的一端连接，电阻Rl 2的另一端通过电阻Rl 3接地，MOS管Ml 1源极与外部电压 V孤连接，MOS管Ml 1漏极同时与MOS管Ml 10源极W及运算放大器AMP12的负输入端连接，MOS 管Mll的栅极同时与运算放大器AMP12的负输入端W及MOS管M12的栅极连接，MOS管MllO栅 极与运算放大器AMPll输出端连接，MOS管MllO漏极同时与电阻R14W及运输放大器AMPll正 输入端连接，电阻R14的另一端为外接电阻RT端；运输放大器AMPll负输入端接参考电压 VREFl，运算放大器AMP12输出端与反相器INVll输入端连接，反相器INVll输出端与反相器 INV12输入端连接，反相器INV12输出端输出电阻悬空信号RT_FL0ATING，反相器INVll输出 端输出RT_FL0ATING_B信号；
[0019 ] MOS管Ml 2和MOS管Ml 5的源极W及电流源111输入端均与外部电压VDD连接，电流源 111输出端与MOS管M14源极连接，MOS管Ml 2漏极与MOS管Ml 3源极连接，MOS管Ml 3漏极同时与 MOS管M16漏极、MOS管M16栅极W及MOS管M14漏极连接，MOS管M16源极W及MOS管M17源极接 地，MOS管M16栅极与MOS管M17栅极连接，MOS管M17漏极同时与MOS管M15栅极和漏极连接， MOS管M15栅极与MOS管Mill源极连接，同时MOS管M15栅极输出电压VBl ;M0S管Mill漏极与同 步模块输出的同步控制信号TC连接；
[0020] 反相器INV13输入端与延迟电路的输出端连接，反相器INV14输入端与工作模式识 另帕路输出的外部时钟使能信号SYNC_EN连接，反相器INV14输出端与MOS管Ml 11栅极连接；
[0021] 传输口 TGll-端与反相器INVll输出端连接，另一端与MOS管M18漏极连接，传输口 TGll电源端与延迟电路的输出端连接，传输口 TGll地端与反相器INV13输出端连接，MOS管 M18源极与外部电压VDD连接，MOS管M18栅极与反相器INV13输出端连接；
[0022] 传输口 TG12-端与反相器INV12输出端连接，另一端与MOS管M19漏极连接，传输口 TG12电源端W及MOS管M19栅极均与延迟电路的输出端连接，传输口 TG12地端与反相器 INVl 3输出端连接，MOS管Ml 9源极接地。
[0023] 所述工作模式识别电路包括MOS管M21、M0S管M22、M0S管M23、M0S管M24、反相器 INV21、反相器INV22、反相器INV23、反相器INV24、反相器INV25、反相器INV26、反相器 INV27、电阻R21、传输口TG21，与非口NAND2_21、与非口NAND2_22、与非口NAND2_23、电容 〔21、电容〔22、电流源121^及电流源122;
[0024] 传输口 TG21-端连接外部输入信号端SYNC,另一端连接INV21输入端，传输口 TG21 电源端连接RT_FL0ATING_B信号，地端连接RT_FL0ATING信号，反相器INV21输出端输出外部 时钟同频信号SYNC_INPUT，反相器INV21输出端同时连接反相器INV22输入端、MOS管M22W 及MOS管M24的栅极，反相器INV22输出端同时连接MOS管M23W及MOS管M21的栅极，电阻R21 的一端、电流源121W及电流源122的输入端同时与外部电压VDD连接，电阻R21的另一端与 反相器INV21输入端连接，电流源121输出端与MOS管M23源极连接，电流源122输出端与MOS 管M24源极连接，MOS管M23漏极同时与MOS管M21漏极、反相器INV23输入端W及电容C21的一 端连接，MOS管M21源极W及电容C21的另一端接地;MOS管M24漏极同时与MOS管M22漏极、反 相器INV24输入端W及电容C22的一端连接，MOS管M22源极W及电容C22的另一端接地;与非 口 NAND2_21的两个输入端分别连接反相器INV23的输出端W及反相器INV24的输出端，与非 口 NAND2_21的输出端与反相器INV26输入端连接，反相器INV26输出端与与非口 NAND2_22的 一个输入端连接，与非口 NAND2_22的另一个输入端连接RT_FL0ATING信号，与非口 NAND2_22 的输出端与反相器INV27输入端连接，反相器INV27输出端输出外部时钟使能信号SYNC_EN;
[0025]反相器INV23的输出端与反相器INV25的输入端连接，与非口 NAND2_23