一种外部rc频率可调振荡器
阅读说明：本技术 一种外部rc频率可调振荡器 (External RC frequency adjustable oscillator ) 是由 吴益民 熊辉涛 王鹏飞 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及振荡器中的一种外部RC频率可调振荡器,包括参考电压产生电路1、充电电路；2、放电电路；3、时钟处理电路；4、参考电压产生电路1用于生成并输出参考电压信号,放电电路3用于把电容C2上的电荷泄放掉；放电电路3包含有比较器,充电电路2包含有电容C2,电容C2上的电压直接反馈给比较器的正向输入端；时钟处理电路4用于增强输出的驱动与整形。该振荡器输出频率范围宽、结构简单、面积小、使用方便灵活,广泛应用于MCU等需要时钟的电子产品中。(The invention relates to an external RC frequency adjustable oscillator in oscillators, which comprises a reference voltage generating circuit 1 and a charging circuit; 2. a discharge circuit; 3. a clock processing circuit; 4. the reference voltage generating circuit 1 is used for generating and outputting a reference voltage signal, and the discharging circuit 3 is used for discharging the charge on the capacitor C2; the discharging circuit 3 comprises a comparator, the charging circuit 2 comprises a capacitor C2, and the voltage on the capacitor C2 is directly fed back to the positive input end of the comparator; clock processing circuit 4 is used to enhance the driving and shaping of the output. The oscillator has the advantages of wide output frequency range, simple structure, small area, convenient and flexible use, and is widely applied to electronic products such as MCU (microprogrammed control Unit) and the like which need clocks.)
技术领域
本发明涉及振荡器领域，尤指一种外部RC频率可调的振荡器。
背景技术
传统应用中振荡器电路用内部RC电路和晶振电路实现。内部RC电路一般通过校正电路来克服不同芯片间的一致性问题，利用温度补偿来解决温漂问题，也有通过精确的时钟如晶振电路来对时钟进行实时检测进行校正来提高芯片的精度。
经检索发现，专利申请号201821763559.X专利名称为一种频率可调的RC振荡器，包括码制转换模块、偏置模块、开关电流控制模块、比较器以及输出控制模块。本发明通过码制转换模块将频率选择信号转换为二进制的电流控制位码，并通过所述开关电流控制模块改变充放电电流，最后通过将充放电电压与所述偏置模块提供的基准参考电压进行比较，从而得到品号选择信号给出的周期性的方波。
但是，该振荡器内部的RC电路往往温漂比较大，导致其精度下降，且频率不够稳定，一致性较差。
现有一种方案通过校正电路去克服不同芯片间的一致性问题，利用温度补偿来解决温漂问题，但这些校正电路的结构往往比较复杂，且温度补偿电路的匹配性差。
晶体振荡器虽具有时钟抖动小，温漂小，频率稳定等优点，但其频率相对单一，且生产成本高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了结构简单、面积小、频率范围宽的一种外部RC频率可调振荡器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种外部RC频率可调振荡器，其特征在于：包括参考电压产生电路1、充电电路2、放电电路3、时钟处理电路4，所述充电电路2的输出端与放电电路3的输入端连接，所述放电电路3的输出端与所述时钟处理电路4的输入端连接；其中，
与放电电路3相连的所述参考电压产生电路1，用于生成并输出参考电压信号；
所述放电电路3用于把电容C2上的电荷泄放掉；所述放电电路3包含有比较器I1，施密特触发器I2，第五反向器I3，第六反相器I10，第二MOS管M2；
所述充电电路2包含有电阻R4和电容C2，所述电容C2上的电压直接反馈给所述比较器的正向输入端；
所述时钟处理电路4用于增强输出的驱动能力与波形整形，所述时钟处理电路4包括D触发器I5和若干反相器；所述D触发器I5的D端口与QB端口电性相连，第一反相器I6依次串接第二反相器I7、第三反相器I8、第四反相器I9，所述第一反相器I6的输入端与D触发器I5信号输出端连接。
作为对上述技术方案的进一步阐述：
在上述技术方案中，所述参考电压产生电路1包括第一MOS管，所述第一MOS管一端连接外部电源VDD5，另一端与电阻R1相连，所述电阻R1通过电阻R2与电阻R3连接，所述电阻R3的另一端接地，电容C1并联在电阻R3的两端；当第一MOS管导通时，电阻分压得到一个约为电源电压三分之一的电压作为比较器的参考电压VREF，电容C1为参考电压的稳压电容，主要滤去电源电压上的杂波干扰。
在上述技术方案中，所述充电电路2由片外的电阻R4和电容C2组成，电阻R4的一端连接电源，另一端连接电容C2，所述电容C2另一端连接地，电阻和电容的相连处连接到比较器的正输入端F。
在上述技术方案中，所述放电电路3包括第二MOS管、比较器I1、施密特触发器I2和若干反相器；所述第二MOS管的源极连接地，所述第二MOS管的漏极连接到比较器的正输入端F，所述比较器I1的输出端连接施密特触发器I2的输入端，所述施密特触发器I2的输出端与第五反相器I3的输入端连接，第五反相器I3的输出端与第六反相器I10的输入端连接，第六反相器I10的输出端与所述第二MOS管的栅极连接；当比较器输出低电平时，第二MOS管关闭，当比较器输出高电平时，第二MOS管导通，电容C2上的电荷通过导通的第二MOS管被泄放掉。
本发明的有益效果在于：本发明包括参考电压产生电路、充电电路、放电电路、时钟整形电路。其中：参考电压由电阻分压得到,所述充电电路根据实际需要在片外连接相应的电阻和电容，电阻的一端连接电源，另一端连接电容。电容的一端连接电阻，另一端连接地。电阻和电容的相连处连接到比较器的正输入端F。当使能信号EN为高后，振荡器开始工作。第1MOS管导通，电阻分压得到一个约为电源电压三分之一的电压作为比较器的参考电压VREF。外部电源VDD5通过电阻对外部电容充电，当电容上的电压即比较器正相输入端的电压小于比较器的参考输入电压即负相输入端的电压时，比较器输入低电平，此时第二MOS管的栅端为低电平，该MOS管处于关闭状态。随着充电时间的增加，电容上的电荷越来越多，电压越来越高，当电容上的电压即比较器正相输入端的电压大于比较器的参考输入电压时，比较器输出为高电平，此时第二MOS管的栅端为高电平，第二MOS管处于导通状态，电容上的电荷通过导通的第二MOS管被泄放掉。由于第二MOS管的导通电阻很小，放电电流远远大于充电电流，电容上的电荷被迅速放掉，电容上的电压会快速下降。此时外部电容上的电压小于比较器的参考电压，比较器输出低电平，第二MOS管的栅端变为低电平，这时处于关断状态，电源又通过外部电阻对电容充电，电容上的电压随着充电时间推移又逐渐升高，当电容上的电压大于比较器的参考输入电压电压时，比较器输出为高电平，这样周而复始，比较器不断输出高低电平，经过整形后就可以得到一个占空比为50％的方波。
因此，通过在片外连接阻值不同的电阻和电容量不同的电容就可以改变充电电路的充电时间，进而改变时钟的频率，时钟的频率范围从100HZ到10MHZ。该振荡器输出频率范围宽、结构简单、面积小、使用方便灵活，广泛应用于MCU等需要时钟的电子产品中。
附图说明
图1是本发明的电路结构图。
图2是本发明的电路原理图。
图3是本发明输出5M时钟随电源变化曲线图。
图4是本发明输出5M时钟随温度变化曲线图。
附图标号说明：1.参考电压产生电路；2.充电电路；3.放电电路；4.时钟处理电路。
具体实施方式
附图1-4是本发明所实现外部RC频率可调振荡器的一种具体实施例,参考附图1-4,一种外部RC频率可调振荡器,包括参考电压产生电路1、充电电路2、放电电路3、时钟处理电路4，所述充电电路2的输出端与放电电路3的输入端连接，所述放电电路3的输出端与所述时钟处理电路4的输入端连接；其中，
与放电电路3相连的所述参考电压产生电路1，用于生成并输出参考电压信号；
所述放电电路3用于把电容C2上的电荷泄放掉；所述放电电路3包含有比较器I1，施密特触发器I2，第五反向器I3，第六反相器I10，第二MOS管M2；
所述充电电路2包含有电阻R4和电容C2，所述电容C2上的电压直接反馈给所述比较器的正向输入端；
所述时钟处理电路4用于增强输出的驱动能力与波形整形，所述时钟处理电路4包括D触发器I5和若干反相器；所述D触发器I5的D端口与QB端口电性相连，第一反相器I6依次串接第二反相器I7、第三反相器I8、第四反相器I9，所述第一反相器I6的输入端与D触发器I5信号输出端连接。
作为对上述技术方案的进一步阐述：
在本实施例中，所述参考电压产生电路1包括第一MOS管，所述第一MOS管一端连接外部电源VDD5，另一端与电阻R1相连，所述电阻R1通过电阻R2与电阻R3连接，所述电阻R3的另一端接地，电容C1并联在电阻R3的两端；当第一MOS管导通时，电阻分压得到一个约为电源电压三分之一的电压作为比较器的参考电压VREF，电容C1为参考电压的稳压电容，主要滤去电源电压上的杂波干扰。
在本实施例中，所述充电电路2由片外的电阻R4和电容C2组成，电阻R4的一端连接电源，另一端连接电容C2，所述电容C2另一端连接地，电阻和电容的相连处连接到比较器的正输入端F。
在本实施例中，所述放电电路3包括第二MOS管、比较器I1、施密特触发器I2和若干反相器；所述第二MOS管的源极连接地，所述第二MOS管的漏极连接到比较器的正输入端F，所述比较器I1的输出端连接施密特触发器I2的输入端，所述施密特触发器I2的输出端与第五反相器I3的输入端连接，第五反相器I3的输出端与第六反相器I10的输入端连接，第六反相器I10的输出端与所述第二MOS管的栅极连接；当比较器输出低电平时，第二MOS管关闭，当比较器输出高电平时，第二MOS管导通，电容C2上的电荷通过导通的第二MOS管被泄放掉。
具体的，当En为高电平,此时ENB为低电平，基准电压产生电路中第一MOS管导通，由于第一MOS管作为控制开关，导通电阻设计值较小，电源通过电阻分压后得到一个电压作为比较器的参考电压，约为电源的1/3左右。电容C1为参考电压的稳压电容，主要滤去电源电压上的杂波干扰。
电源VDD5通过芯片外部电阻对外部电容充电，刚开始充电时外部电容上的电压小于比较器的参考电压，比较器输出为低电平，此时第二MOS管的栅端为低电平，第二MOS管关闭。随着充电时间的推移，外部电容上的电压越来越高，当电容上的电压大于比较器的参考电压时，比较器的输出状态发生改变，从低电平变成高电平，一旦比较器的输出变成高电平，第二MOS管的栅电压变为高电平，第二MOS管导通，电容上的电荷通过导通的第二MOS管泄放到地。
由于第二MOS管的导通电阻很小，放电电流远远大于充电电流，电容上的电量迅速下降到一个接近为0的值。外部电容上的电压下降使得比较器正相输入端的电压小于负相输入端,此时比较器的输出状态发生改变即从输出高电平变成输出低电平，此时第二MOS管的栅端电压从高电平变成低电平，第二MOS管截止。此时外部电容只有充电电流，没有放电电流，电容上的电压又逐渐升高，又重新开始充电，这样外部电容周期性充放电，比较器周期性的输出高低电平即为方波，这个方波经过D触发器整形后生成一个占空比为50％的方波。
进一步的，振荡器的输出CLK也为一个占空为50％的方波。充放电的时钟周期由充电时间t1和放电时间t2和比较器的响应时间t3三部分组成T＝t1+t2+t3。其中比较器的响应时间t2远远小于充电时间t1,放电时间t3远远小于充电时间t1，因此时钟频率主要由充电时间t1决定。充电时间是将几乎为0电容电压充电到比较器的基准电压VREF所需要的时间，即t1＝R*C/K1。比较器输出的时钟频率F约等于充电时间的倒数，记为F＝K/RC。比较器的输出时钟信号经过整形二分频后得到一个占空比50％，频率为F＝K/2RC的时钟信号，K为一常数。
从时钟频率的表达式可知，振荡器的输出频率只与电阻的阻值和电容的容值有关，即时钟的精度主要由电阻和电容精度决定。该振荡器可以根据实际应用中不同的需求，选择不同精度的电阻和电容。
在本实施例中，图3示出了该振荡器输出5M时，时钟频率随电源VDD5增大而减小；图4示出了该振荡器输出5M时，时钟频率随温度的升高而增大。
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。