一種適用于LED驅動電路的壓控振蕩器的設計

摘要：鎖相電路在多路LED驅動芯片中得到了普遍地應用，壓控振蕩器是鎖相電路的關鍵組成部分。文中采用弛張振蕩器的原理提出了一種電壓調節(jié)范圍寬、增益線性度高和具有極低功琵的壓控振蕩器(VCO)電路結構，并基于0．5μm的CMOS工藝對該VCO進行了設計。仿真結果表明在引入60Hz擺幅為0．5V的電源噪聲的情況下，其頻率抖動在2％以內，電路平均功耗在1mW左右，滿足LED驅動的應用。
關鍵詞：鎖相電路；壓控振蕩器；調節(jié)線性度；頻率抖動

近年來，LED憑借著節(jié)能、環(huán)保和長壽耐用等方向的優(yōu)勢成為繼白熾燈、熒光燈和高強度氣體燈之后的第四代光源由LED具有發(fā)射光特性隨著平均驅動電流而轉移的性質，大多數(shù)LED驅動芯片設計采用PWM調光。PWM調光信號必須存滿足回應時間要求的前提下，在調光頻率與對比度方面進行折中 一般來說調光頻率越低對比度越高。鎖相電路因自身特點在多路LED驅動芯片中得到了普遍地應用，由鎖相環(huán)時鐘器提供LED芯片所需的調光頻率，而VCO為鎖相電路的重要組成部分，所以一個線性度好、功耗低的VCO對低功耗LED驅動芯片的性能具有重要影響。本文設計了一款用于LED驅動芯片的低頻VCO電路，具有較低的功率耗散，增益線性度好且增益可調的特點。
本文首先介紹了VCO的基本原理，然后對本文所提出的壓控振蕩的原理和微調增益線性度進行了分析，并通過HISPICE軟件對電路進行仿真。

1 VCO的設計
1．1 基本原理
鎖相技術是一種利用反饋技術實現(xiàn)頻率和相位同步的技術，其主要作用是將電路輸出的時鐘與系統(tǒng)的參考輸入時鐘保持同步。當參考輸入時鐘的頻率或相位發(fā)生改變時，鎖相環(huán)會檢測到這種變化，并且通過其內部的反饋系統(tǒng)來調節(jié)輸出頻率和相位，直到兩者重新同步。

其中壓控振蕩器是鎖相電路的關鍵組成部分，在大多數(shù)應用要求振蕩頻率是“可調的”，也就是說，其輸出頻率足一個輸入的函數(shù)。這個輸入經常為電壓。一個理想的壓控振蕩器其輸出頻率是其輸入電壓的線性函數(shù)，如圖2所示：
ωout=ω0+K0Vc (1)

這里，ω0表示對應于Vc=0時的截距，而K0表示電路的增益(單位為rad／V·s。頻率可以達到的范圍，ω2-ω1，被稱為“調節(jié)范圍”。