專利名稱：一種從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及計(jì)時(shí)/定時(shí)控制裝置中低頻率時(shí)鐘源的產(chǎn)生裝置，尤其是一種利用穩(wěn)壓電路從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置。
技術(shù)背景許多電子裝置由交流電源供電，經(jīng)整流穩(wěn)壓后形成穩(wěn)壓直流電源，再提供給控制電路，同時(shí)，許多電子裝置也有計(jì)時(shí)/定時(shí)的要求，如電熱產(chǎn)品，既有功能性的加熱定時(shí)要求，也有安全防范性的定時(shí)要求。再如，通用的定時(shí)電源開關(guān)控制器，計(jì)時(shí)/定時(shí)的要求往往從幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)不等，因此要求提供一個(gè)精確的時(shí)鐘源。由于計(jì)時(shí)/定時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，如果時(shí)鐘源不精確或隨環(huán)境變化，隨著時(shí)間的積累，會(huì)產(chǎn)生較大絕對(duì)值上的誤差。
目前常用的方法包括圖1、圖2、圖3所示的三種。其中，圖1所示的第一種方法是在集成電路內(nèi)部建立一個(gè)振蕩器12作為時(shí)鐘源，但是振蕩器12的頻率會(huì)與振蕩器12內(nèi)部器件參數(shù)的絕對(duì)值相關(guān)。由于集成電路工藝離散性的影響，器件參數(shù)的絕對(duì)值變化均較大。同時(shí)，再加上環(huán)境溫度的變化，通常頻率變化的范圍可以達(dá)到±50％，不能滿足精確定時(shí)的要求。另外，內(nèi)部振蕩器12的頻率不容易做得較低，如要實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)時(shí)/定時(shí)就需要較大的芯片面積。
由于交流電本身就固有50/60HZ的周期時(shí)鐘信號(hào)，它的精確性、穩(wěn)定性均很好，直接從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘信號(hào)成為自然的想法。目前最常用的方法如圖2所示，它直接從交流電源，經(jīng)過限流電阻Rlimit送到集成電路的ZC引腳，經(jīng)過內(nèi)部的整形電路22整形輸出時(shí)鐘。這個(gè)方法的缺點(diǎn)是它需要一個(gè)專門的交流信號(hào)輸入管腳，整個(gè)電路至少要4個(gè)輸入/輸出管腳，增加了封裝成本和器件的尺寸，而有些大眾的、便宜的封裝類型就不能包封此電路，如TO92。另外，ZC上的信號(hào)電壓幅值如果沒有集成電路的ESD保護(hù)二極管D1、D2的鉗位，將與交流電源相同，即使有了鉗位和限流電阻Rlimit，其對(duì)集成電路電源和地線的灌/拉電流也在數(shù)百微安的量級(jí)，容易引發(fā)集成電路大家熟知的鎖定現(xiàn)象，損毀集成電路或產(chǎn)生誤動(dòng)作，其電壓/電流波形如圖7所示，其中，圖7(a)為交流電源電壓波形，圖7(b)為當(dāng)無ESD二極管鉗位時(shí)，ZC的電壓波形與交流電源波形相同，圖7(c)示意了當(dāng)有ESD二極管鉗位時(shí)，ZC的電壓波形圖，圖7(d)給出了對(duì)集成電路電源ESD保護(hù)二極管的電流，圖7(e)為對(duì)集成電路地線ESD保護(hù)二極管的電路。
在上述兩種方法的基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)三個(gè)管腳就可以完成計(jì)時(shí)/定時(shí)的控制，還采用了第三種方法如圖3，該電路包括三部分，即穩(wěn)壓電源31、由電阻分壓鏈R1和R2、以及基準(zhǔn)電源34和誤差比較器32組成的時(shí)鐘比較電路30、計(jì)時(shí)定時(shí)控制電路33。此電路的原理是對(duì)穩(wěn)壓電源31上的電壓紋波進(jìn)行檢測(cè)，從而產(chǎn)生輸出時(shí)鐘。由于集成電路工藝的離散性，電阻R1、R2的分壓比會(huì)有變動(dòng)，基準(zhǔn)電源34也會(huì)由于集成電路工藝的變化而變化，通常電阻R1、R2的分壓比的變化范圍為5％，基準(zhǔn)電壓的變化范圍是10％，為了保證能檢測(cè)出時(shí)鐘信號(hào)，就要增加穩(wěn)壓電源31上的紋波幅度，從而破壞了穩(wěn)壓效果，破壞了集成電路的安全工作環(huán)境，如果基準(zhǔn)電壓與電阻分壓比的變化范圍如上所述，5v穩(wěn)壓電源上的紋波要達(dá)到±1v，才能保證總有時(shí)鐘被檢測(cè)輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是以低成本穩(wěn)定提取交流電源的固有時(shí)鐘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)方法是不再檢測(cè)穩(wěn)壓電源的電壓波動(dòng)，而是檢測(cè)穩(wěn)壓電路的泄放電流，來產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)泄放電流的檢測(cè)是基于這樣一個(gè)事實(shí)在交流電源的正半周的一定時(shí)段，一定會(huì)有泄放電流通過穩(wěn)壓電路，在交流電源的負(fù)半周，一定無泄放電流通過穩(wěn)壓電路，利用這兩個(gè)不同的狀態(tài)決定時(shí)鐘的高低電平實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的提取。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為，一種利用穩(wěn)壓電路從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括穩(wěn)壓電路，根據(jù)交流電源進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)閉，導(dǎo)通時(shí)泄放多余的電荷，為所述裝置提供穩(wěn)定電壓；泄放電流的取樣放大電路，其輸入端與所述穩(wěn)壓電路的輸出端相連；取樣放大負(fù)載，所述取樣放大負(fù)載與所述取樣放大電路相連。
本實(shí)用新型的有益效果(1)降低封裝成本，減小器件尺寸，實(shí)現(xiàn)只需要三個(gè)管腳，就可對(duì)交流電源進(jìn)行時(shí)鐘提取，達(dá)到計(jì)時(shí)/定時(shí)的目的。(2)減小了對(duì)集成電路工藝穩(wěn)定性/一致性的要求，由于不再需要對(duì)集成電路芯片后道的測(cè)試修正(trimming)，減小了芯片面積，降低了測(cè)試成本。(3)增加了穩(wěn)壓的效果，改善了集成電路的工作環(huán)境。


下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)描述中，本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種電路圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一種電路圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的第三種電路圖；圖4是本實(shí)用新型的電路框圖；圖5是本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖6是本實(shí)用新型的另一較佳實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖7給出了采用已有技術(shù)的電壓/電流波形如波形圖；圖8示意了本實(shí)用新型的裝置的電壓/電流波形圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參見附圖4所示的本裝置的原理圖。本實(shí)用新型的從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置包括三部分，穩(wěn)壓電路41、泄放電流的取樣放大電路42和取樣放大負(fù)載43，其中，穩(wěn)壓電路41是根據(jù)交流電源進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)閉，導(dǎo)通時(shí)泄放多余的電荷，為所述裝置提供穩(wěn)定電壓；泄放電流的取樣放大電路42的輸入端與穩(wěn)壓電路41的輸出端相連；取樣放大負(fù)載43與取樣放大電路42相連，取樣放大電路42和取樣放大負(fù)載43對(duì)穩(wěn)壓電路41的電流進(jìn)行取樣放大，輸出提取的交流電源固有時(shí)鐘。
圖5示意了根據(jù)圖4的方案的一電路圖，該電路圖中虛線左側(cè)為外圍電路，右側(cè)為本實(shí)用新型的提取時(shí)鐘裝置，在該裝置中，穩(wěn)壓電路部分包括基準(zhǔn)電壓源52，電阻分壓鏈R1/R2，誤差比較器51以及泄放器件N0，其中誤差比較器51的一輸入端連接至電阻分壓鏈上與電阻R1、R2相連的第一端，另一輸入端連接一基準(zhǔn)電壓源52后再與電阻R2的第二端相連。誤差比較器51的輸出端連接泄放器件N0，泄放器件N0的輸出端分別與電阻R1、R2的第二端相連。此外該電路中的取樣放大負(fù)載為一電流源負(fù)載53，一端與電阻R1的第二端相連，另一端與本裝置的輸出端相連，該電路中的泄放電流取樣放大電路42采用的是泄放電流取樣放大器件N1，其輸入端連接至誤差比較器51的輸出端，其輸出端與本裝置的輸出端相連。
需要指出的是，該電路中，穩(wěn)壓電路中的基準(zhǔn)電壓源52一般由能隙基準(zhǔn)源來實(shí)現(xiàn)，電阻分壓鏈R1/R2的比值由要實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)壓電源52的電壓值來確定。誤差比較器51用以比較放大電阻鏈R1/R2的輸出分壓與基準(zhǔn)電壓源52的誤差。泄放器件N0旨在泄放基準(zhǔn)電壓源52上多余的電荷，達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的，在交流電源的正半周的一定時(shí)段里，泄放器件N0會(huì)導(dǎo)通。而在交流電源的負(fù)半周，泄放器件N0將關(guān)閉，無電流通過，集成電路的工作電壓靠外圍電路中的濾波穩(wěn)壓電容C0維持。
在泄放電流的取樣及時(shí)鐘產(chǎn)生及輸出電路部分，泄放電流的取樣放大器件N1是用以鏡像反映穩(wěn)壓電路中泄放器件N0中通過的電流。電流源負(fù)載53是從基準(zhǔn)電壓源52中產(chǎn)生，與取樣放大器件N1一起，輸出被提取的交流電源固有周期時(shí)鐘信號(hào)。
外圍電路中的功率限流電阻R0在交流電源正半周時(shí)，限制流向集成電路的電流，保護(hù)集成電路，通常阻值為1MΩ，整流二極管D0產(chǎn)生半波整流，讓穩(wěn)壓電源保持正電位。濾波穩(wěn)壓電容C0在交流電源正半周時(shí)存儲(chǔ)電荷，在交流電源的負(fù)半周，集成電路利用存儲(chǔ)在此電容上的電荷工作。
圖6給出與圖5的實(shí)施例有稍許區(qū)別的另一種電路組成，該電路圖中虛線左側(cè)為外圍電路，右側(cè)為本實(shí)用新型的提取時(shí)鐘裝置，在該裝置中，穩(wěn)壓電路部分包括基準(zhǔn)電壓源62，電阻分壓鏈R1/R2，誤差比較器61以及泄放器件N0，其中誤差比較器61的一輸入端連接至電阻分壓鏈上與電阻R1、R2相連的第一端，另一輸入端連接一基準(zhǔn)電壓源62后再與電阻R2的第二端相連。誤差比較器61的輸出端連接泄放器件N0，泄放器件N0的輸出端分別與電阻R1、R2的第二端相連。此外在該電路中，還包括泄放電流取樣及時(shí)鐘產(chǎn)生輸出電路，該電路中的取樣放大負(fù)載有別于圖5，采用了電阻R3和比較器63替代了圖5中的電流源負(fù)載53，電阻R3的一端與電阻R1的第二端相連，電阻R3的第二端與泄放電流取樣放大器件N1的第一輸出端相連，第二輸出端與電阻R2的第二端相連，泄放電流取樣放大器件N1的輸入端連接至誤差比較器61的輸出端。比較器63的兩輸入端與電阻R3并聯(lián)，其輸出即為本裝置的輸出端。
采用上述兩種電路結(jié)構(gòu)的交流電源時(shí)鐘提取電路，可以在穩(wěn)壓電源紋波極小的情況下，得到穩(wěn)定的交流電源固有的時(shí)鐘信號(hào)輸出，對(duì)集成電路工藝的一致性要求較低。
波形圖8是使用hspice仿真得到的波形，各部件的參數(shù)如下交流電壓110v，R0＝24k Ω，C0＝47uf，R1＝1.5MΩ，R2＝500kΩ，(W/L)N0＝20/0.6，(W/L)N1＝3/0.6。波形圖8(a)為交流電源的電壓波形。波形圖8(b)是穩(wěn)壓電路泄放器件的電流波形。波形圖8(c)是輸出時(shí)鐘。波形圖8(d)是穩(wěn)壓電源電壓波形，其紋波幅值只有10mv，由此可見在幾乎沒有電壓紋波的情況下，也可以得到穩(wěn)定的時(shí)鐘輸出。
輸出時(shí)鐘的高電平可以定義成有或無泄放電流時(shí)段，而輸出時(shí)鐘的低電平則定義成無或有泄放電流時(shí)段。
本實(shí)用新型的裝置從交流電源中提取交流電源的固有周期信號(hào)作為時(shí)鐘，成本低、對(duì)集成電路的工藝要求低、能滿足所有以交流電作為電源的電子裝置對(duì)計(jì)時(shí)/定時(shí)的要求。
需要說明的是，以上諸實(shí)施例僅供說明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇?wèi)?yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種利用穩(wěn)壓電路從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括穩(wěn)壓電路，根據(jù)交流電源進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)閉，導(dǎo)通時(shí)泄放多余的電荷，為所述裝置提供穩(wěn)定電壓；泄放電流的取樣放大電路，其輸入端與所述穩(wěn)壓電路的輸出端相連；取樣放大負(fù)載，所述取樣放大負(fù)載與所述取樣放大電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用穩(wěn)壓電路從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置，其特征在于，所述穩(wěn)壓電路進(jìn)一步包括，基準(zhǔn)電壓源，第一電阻和第二電阻串聯(lián)組成的電阻分壓鏈，誤差比較器以及泄放器件，其中所述誤差比較器的一輸入端連接至電阻分壓鏈上第一、二電阻串聯(lián)連接的第一端，所述誤差比較器的第二輸入端通過所述基準(zhǔn)電壓源與第二電阻的第二端相連，所述誤差比較器的輸出端連接泄放器件的輸入端，所述泄放器件的輸出端分別與第一、二電阻的第二端相連；所述泄放電流的取樣放大電路，其輸入端連接至所述誤差比較器的輸出端，其第一輸出端與所述裝置的輸出端相連，第二輸出端連接所述第二電阻的第二端；取樣放大負(fù)載，所述取樣放大負(fù)載連接在所述第一電阻的第二端與所述裝置的輸出端之間；其中，所述取樣放大電路對(duì)所述穩(wěn)壓電路中泄放器件通過的電流進(jìn)行取樣放大，并與取樣放大負(fù)載輸出提取的交流電源固有時(shí)鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用穩(wěn)壓電路從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置，其特征在于，所述泄放電流的取樣放大電路為泄放電流取樣放大器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用穩(wěn)壓電路從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置，其特征在于，所述取樣放大負(fù)載為電流源負(fù)載。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用穩(wěn)壓電路從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置，其特征在于，所述取樣放大負(fù)載由比較器與第三電阻并聯(lián)構(gòu)成，所述比較器的輸出端為所述裝置的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的利用穩(wěn)壓電路從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置，其特征在于，所述裝置的輸出端的信號(hào)狀態(tài)由所述穩(wěn)壓電路中流經(jīng)所述泄放電流取樣放大器件的電流值決定，與所述第一電阻的第二端電壓值無關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種利用穩(wěn)壓電路從交流電源中提取交流電源固有時(shí)鐘的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括穩(wěn)壓電路，根據(jù)交流電源進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)閉，導(dǎo)通時(shí)泄放多余的電荷，為所述裝置提供穩(wěn)定電壓；泄放電流的取樣放大電路，其輸入端與所述穩(wěn)壓電路的輸出端相連；取樣放大負(fù)載，所述取樣放大負(fù)載與所述取樣放大電路相連。本實(shí)用新型降低了封裝成本，減小器件尺寸，實(shí)現(xiàn)只需要三個(gè)管腳，就可對(duì)交流電源進(jìn)行時(shí)鐘提取，達(dá)到計(jì)時(shí)/定時(shí)的目的；減小了對(duì)集成電路工藝穩(wěn)定性/一致性的要求，由于不再需要對(duì)集成電路芯片后道的測(cè)試修正(trimming)，減小了芯片面積，降低了測(cè)試成本；增加了穩(wěn)壓的效果，改善了集成電路的工作環(huán)境。
文檔編號(hào)H03K17/28GK2876857SQ20052004716
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者姜自力, 婁冰, 黃德松, 戴忠偉, 李健 申請(qǐng)人:百利通電子(上海)有限公司