一种适用于LED驱动电路的压控振荡器的设计

摘要：锁相电路在多路LED驱动芯片中得到了普遍地应用，压控振荡器是锁相电路的关键组成部分。文中采用弛张振荡器的原理提出了一种电压调节范围宽、增益线性度高和具有极低功琵的压控振荡器(VCO)电路结构，并基于0．5μm的CMOS工艺对该VCO进行了设计。仿真结果表明在引入60Hz摆幅为0．5V的电源噪声的情况下，其频率抖动在2％以内，电路平均功耗在1mW左右，满足LED驱动的应用。
关键词：锁相电路；压控振荡器；调节线性度；频率抖动

近年来，LED凭借着节能、环保和长寿耐用等方向的优势成为继白炽灯、荧光灯和高强度气体灯之后的第四代光源由LED具有发射光特性随着平均驱动电流而转移的性质，大多数LED驱动芯片设计采用PWM调光。PWM调光信号必须存满足回应时间要求的前提下，在调光频率与对比度方面进行折中 一般来说调光频率越低对比度越高。锁相电路因自身特点在多路LED驱动芯片中得到了普遍地应用，由锁相环时钟器提供LED芯片所需的调光频率，而VCO为锁相电路的重要组成部分，所以一个线性度好、功耗低的VCO对低功耗LED驱动芯片的性能具有重要影响。本文设计了一款用于LED驱动芯片的低频VCO电路，具有较低的功率耗散，增益线性度好且增益可调的特点。
本文首先介绍了VCO的基本原理，然后对本文所提出的压控振荡的原理和微调增益线性度进行了分析，并通过HISPICE软件对电路进行仿真。

1 VCO的设计
1．1 基本原理
锁相技术是一种利用反馈技术实现频率和相位同步的技术，其主要作用是将电路输出的时钟与系统的参考输入时钟保持同步。当参考输入时钟的频率或相位发生改变时，锁相环会检测到这种变化，并且通过其内部的反馈系统来调节输出频率和相位，直到两者重新同步。

其中压控振荡器是锁相电路的关键组成部分，在大多数应用要求振荡频率是“可调的”，也就是说，其输出频率足一个输入的函数。这个输入经常为电压。一个理想的压控振荡器其输出频率是其输入电压的线性函数，如图2所示：
ωout=ω0+K0Vc (1)

这里，ω0表示对应于Vc=0时的截距，而K0表示电路的增益(单位为rad／V·s。频率可以达到的范围，ω2-ω1，被称为“调节范围”。