电子产品世界

电流镜及电压偏置电路部分如图2中的虚框所示，其作用是为RC充放电支路提供偏置以及控制支路电容充电电流的大小。电流镜产生的基准电流(即流经电阻R的电流)的计算公式如下：

式中，Vb为T3、T7和T11三个NMOS管提供的栅极偏置电压。它通过电流镜结构来镜像R支路的电流。这样，就可以计算流过T3管的电流I1为：

式中，Si表示Ti管子的宽长比(以下公式皆如此表示)。
图2中，Va为T4和T8两个PMOS管提供的栅极电压偏置，电压为：
Va=Vdc-|Vtp|
振荡器的输出频率主要由环路延迟时间来决定，而电路中反相器和RS触发器等的延迟时间比较小，因此，延迟时间主要由电容C1、C2和给电容充电的电流、MOS管T5的开启电压决定。
下面主要分析电容C1充电而电容C2放电(即Nout处于低电平，out处于高电平)时的过程。如图2所示，电容C1充电电流的大小由I0决定，电容C2放电电流则由T10管栅极电势out及T5管栅极电势决定。当Nout为低电平时，T6管关断；同时out为高电平，T10管开启；Vdc通过PMOS管T4给C1充电，其充电电流为：

由图2所示的电路结构可知：当Nout为高电平时，T6管强反型导通，电容C1放电，最终使电容C1两端的电压差为0。此时，电容正端电压VC为最低，式(5)中的VC(t)=0。由此可以得知，电容C1的充电时间为：

另外，由图2电路可知，C1被充电直到T5管关断为止，此时T5管漏极输出为低电平，并通过环路将Nout置为高电平，T6管开启，C1充电结束，开始放电。因此，VC的最高电压为使T5管关断时的栅极电压。当T5管的|Vgs|小于其阈值电压|Vtp|时，T5管关断。假设|Vgs|=|Vtp|时的T5栅极电压为VC的最大电压，即：

C2通过T10放电将拉低C2正端电位。由于out为反相器输出，所以out的高电平约为Vdc；而C2正端电位最高也比Vdc低一个|Vgs9|，所以，NMOS管T10在导通的过程中有VC2≤Vgs10-VTN，器件工作在线性区。这样，T10的导通时电流为：

式中，Vgs10=Vdc；VC2为电容C2的正端电压。这样，根据式(10)就可以计算出T10管在线性区导通电阻的平均值RON。电容C2通过T10管放电至0处，其放电时间常数为：
τC2=RONC2 (11)
由于图2中的两个充放电支路是对称的且对应器件的参数一致，电容C1、C2的充电与放电时间仅由其电容值决定。当C1、C2在同一个数量级时，我们可以得到两个电容的充电时间远大于其放电时间，振荡器的周期由两个电容的充电时间共同决定。△t≥T是图2所示振荡器起振的充分条件，当△tT时，振荡器不能正常工作。
当C1上极板的电压上升到最大值Vdc-|Vtp|时，T5管瞬时关断，维持短暂的环路延时时间后，Nout变为高电平，C1开始放电，同时out变为低电平，C2开始充电。在T5管关断期间，其漏极变为低电平，通过两个反向器反相后，与非门NAND1与N2相连的输入端为低电平，NAND1输出为高电平。图2中的两个电容充电支路参数完全相同，且Nout和out信号互补，即当Nout为高电平时，out为低电平，反之亦然，可得当N2输出为低电平时，N4输出为高电平。NAND2输出被锁定在低电平，直到电容C2的上极板被充电到最大电压值Vdc-|Vtp|，NAND2翻转为高电平。即：当电容C1电压从0充电到Vdc-|Vtp|这段时间里，振荡器输出为低电平，而当电容C2电压从0充电到Vdc-|Vtp|这段时间里，振荡器输出为高电平。

1 2 3

关键词： 振荡器电路 低功耗 RC振荡器 CMOS