設計目標

設計說明

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 進行充電和放電來實現的。振蕩頻率由 R₁ 和 C₁ 的 RC 時間常數決定，閾值水平由 R₂、R₃ 和 R₄ 電阻網絡設置。振蕩器的最大頻率受比較器切換速率和輸出端容性負載的限制。該振蕩器電路通常用作時間基準或監控器時鐘源。

設計說明

1. 在設計高速振蕩器時，比較器切換速度和輸出電容是關鍵考慮因素。
2. 選擇的 C₁ 應足夠大，以更大限度地降低雜散電容導致的誤差。
3. 如果使用陶瓷電容器，請選擇 COG 或 NPO 類型，以實現出色的溫度穩定性。
4. 為 R₂、R₃、R₄ 電阻器網絡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 進行調節，以生成 50% 以外的占空比。

設計步驟

1. 當 R₂ = R₃ = R₄ 時，電阻器網絡會將同相輸入的振蕩器跳閘點設置為電源的三分之一和三分之二。
2. 當輸出為高電平時，上跳變點會設置為電源的三分之二，以使輸出恢復至低電平。
   ${\text{V}}_{\text{o}}{\text{ = V}}_{\text{s}}\left(\frac{{\text{R}}_{\text{3}}}{{\text{(R}}_{\text{2}}{\text{∥R}}_{\mathrm{4}}{\text{)+R}}_{\text{3}}}\right)\text{ = }\frac{\text{2}}{\text{3}}{\text{V}}_{\text{s}}\text{ = 3.33V}$
3. 當輸出為低電平時，下跳變點會設置為電源的三分之一，以使輸出恢復至高電平。
   ${\text{V}}_{\text{o}}{\text{ = V}}_{\text{s}}\left(\frac{{\text{R}}_{\mathrm{3}}{\text{∥R}}_{\text{4}}}{{\text{(R}}_{\text{3}}{\text{∥R}}_{\text{4}}{\text{)+R}}_{\text{2}}}\right)\text{ = }\frac{\text{1}}{\text{3}}{\text{V}}_{\text{s}}\text{ = 1.67V}$
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。目標振蕩器頻率為 1MHz 時，充電或放電時間應為 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）。

設計仿真

瞬態仿真結果

設計參考資料

請參閱電路 SPICE 仿真文件 SBOMAO3。

設計特色比較器

設計備用比較器