設(shè)計目標(biāo)

設(shè)計說明

該振蕩器電路以所選的頻率生成方波。這是通過利用電阻器 R₁ 對電容器 C₁ 進(jìn)行充電和放電來實現(xiàn)的。振蕩頻率由 R₁ 和 C₁ 的 RC 時間常數(shù)決定，閾值水平由 R₂、R₃ 和 R₄ 電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。振蕩器的最大頻率受比較器切換速率和輸出端容性負(fù)載的限制。該振蕩器電路通常用作時間基準(zhǔn)或監(jiān)控器時鐘源。

設(shè)計說明

1. 在設(shè)計高速振蕩器時，比較器切換速度和輸出電容是關(guān)鍵考慮因素。
2. 選擇的 C₁ 應(yīng)足夠大，以更大限度地降低雜散電容導(dǎo)致的誤差。
3. 如果使用陶瓷電容器，請選擇 COG 或 NPO 類型，以實現(xiàn)出色的溫度穩(wěn)定性。
4. 為 R₂、R₃、R₄ 電阻器網(wǎng)絡(luò)選擇具有較低值的電阻器，以更大程度地減小雜散電容的影響。
5. 可以對 R₂、R₃ 和 R₄ 進(jìn)行調(diào)節(jié)，以生成 50% 以外的占空比。

設(shè)計步驟

1. 當(dāng) R₂ = R₃ = R₄ 時，電阻器網(wǎng)絡(luò)會將同相輸入的振蕩器跳閘點設(shè)置為電源的三分之一和三分之二。
2. 當(dāng)輸出為高電平時，上跳變點會設(shè)置為電源的三分之二，以使輸出恢復(fù)至低電平。
   ${\text{V}}_{\text{o}}{\text{ = V}}_{\text{s}}\left(\frac{{\text{R}}_{\text{3}}}{{\text{(R}}_{\text{2}}{\text{∥R}}_{\mathrm{4}}{\text{)+R}}_{\text{3}}}\right)\text{ = }\frac{\text{2}}{\text{3}}{\text{V}}_{\text{s}}\text{ = 3.33V}$
3. 當(dāng)輸出為低電平時，下跳變點會設(shè)置為電源的三分之一，以使輸出恢復(fù)至高電平。
   ${\text{V}}_{\text{o}}{\text{ = V}}_{\text{s}}\left(\frac{{\text{R}}_{\mathrm{3}}{\text{∥R}}_{\text{4}}}{{\text{(R}}_{\text{3}}{\text{∥R}}_{\text{4}}{\text{)+R}}_{\text{2}}}\right)\text{ = }\frac{\text{1}}{\text{3}}{\text{V}}_{\text{s}}\text{ = 1.67V}$
4. 振蕩的時序受電容器 C₁（通過電阻器 R₁）充電和放電速度的控制。該電容器可設(shè)置比較器反相輸入的電壓。計算電容器的放電時間。
   ${\text{V}}_{\text{c}}{\text{ = V}}_{\text{i}}{\text{e}}^{\text{-}\frac{\text{t}}{{\text{R}}_1{\text{C}}_1}}$
   $\frac{\text{1.67}}{\text{3.33}}{\text{ = e}}^{\text{-}\frac{\text{t}}{{\text{R}}_1{\text{C}}_1}}$
   ${\text{t = 0.69R}}_1{\text{C}}_1$
5. 計算電容器的充電時間。
   ${\text{V}}_{\mathrm{i}}{\text{ = V}}_{\text{c}}\left({\text{1-e}}^{\text{-}\frac{\text{t}}{\text{RC}}}\right)$
   $\text{1.67 = 3.33}\left({\text{1-e}}^{\text{-}\frac{\text{t}}{\text{RC}}}\right)$
   $\frac{\text{1.67}}{\text{3.33}}{\text{ = e}}^{\text{-}\frac{\text{t}}{\text{RC}}}$
   ${\text{t = 0.69R}}_1{\text{C}}_1$
6. 0.69R₁C₁ 給出了電容器的充電或放電時間。目標(biāo)振蕩器頻率為 1MHz 時，充電或放電時間應(yīng)為 500ns。
   ${\text{0.69R}}_{\text{1}}{\text{C}}_{\mathrm{1}}\text{ = 500ns}$
   ${\text{R}}_{\text{1}}{\text{C}}_{\text{1}}\text{ = 724ns}$
7. 選擇 C₁ 為 100pF，R₁ 為 6.8kΩ（最接近的真實值）。

設(shè)計仿真

瞬態(tài)仿真結(jié)果

設(shè)計參考資料

請參閱電路 SPICE 仿真文件 SBOMAO3。

設(shè)計特色比較器

設(shè)計備用比較器