低电压工作的极微功耗锯齿波振荡器

本文介绍的这一锯齿波振荡器电路仅需不到3.2μA的电流，且工作电压低于1V，是很有用的构件，非常符合极低功耗和低电压工作的要求。它可用作一个PWM控制回路、定时器或压控振荡器(VCO)的基础，或用作电容-频率转换器。这一电路的精妙之处在于：它采用漏极开路的比较器输出，做成一只精确的开关电流源；另外，它使用锁存功能，使一个简单比较器成为一个窗口比较器，而无需额外的元件。

这一电路的吸引力还在于它集小巧的外形、极少的外部元件和低供电电流于一身，并能够在电池电压变动时仍然保持恒定的波幅和频率。与传统的运算放大器非稳态多谐振荡器不同，这一设计的比较器阈值设定采用了精密基准电压，而不是运算放大器输出摆幅与电阻反馈的结合。

这种按照比率的固定频率设计，通常会产生振幅可变的锯齿波形，PWM控制回路不希望有这种波形，因为它会影响回路增益。而好处是，通过改变R1与R2，可以独立地控制斜坡的升高或降低。

如图1所示，这一电路仅包含8个部件：2个集成电路、4个电阻、1个电容及1个电源旁路电容。关键的部分为试金石半导体公司(TouchstoneSemiconductor)的两个模拟积木块IC，采用4mm2TDFN封装(TS12011和TS12012)，各包含一个运算放大器、一个比较器及一个基准。凭借这些特征，这一设计可以做到超小且简单。

这一电路的优势在于尺寸小、外接部件少。

这一电路的运作方式如下：一个馈送给窗口比较器的加法积分器生成锯齿波形。放大器的反馈作用将积分器加法节点保持在VREF，从而使R1设定的固定正值参考电流与R2设定的更大振幅开关负电流相平衡。下方的比较器模块产生一个漏极开路输出；当其输出为低时，通过R2从加法节点中拉出电流：IR1=(0.87×VREF 0.58×VREF)/R1，IR2(开关电流)=0.58×VREF/R2。如果IR2被设定为2×IR1，将产生一个对称三角波。

频率设定如下：

其中，V为0.87×VREF与0.58×VREF的差值。此处，f=850Hz。

图2显示了锯齿波和脉冲波形。

窗口比较器采用TS12012内置的闩锁功能来提供迟滞。闩锁功能具有以下特性：在被拉低时，比较器的输出仍有效，并检测输入状态，直到输入交越时为止。当斜坡穿过较低阈值0.58×VREF时，IC2中的比较器被置位；当斜坡穿过0.87×VREF时，IC2中的比较器被复位。复位的脉冲是一瞬间的，但会使闩锁进入如下状态：此时比较器输入的交越使之反复置位和复位(出现的原因是切换的基准电流使积分器进入负斜坡)。最终的结果就是不需要胶合逻辑。

电源电压低至0.9V，而VDD电流仅为3.2μA。最大工作频率受到运算放大器转换速率和简单延迟的限制，约为3kHz。断开R1并采用大于0.58×VREF的电压源对其供电，即可生成VCO函数。