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当存在大量的独立供应商时,设计工作良好的单稳态多频振荡器比较容易,即使是设计由5V单电源供电的稳态多频振荡器也只算一个中等难度的挑战。但设计工作在3.3V、性能良好的单稳态多频振荡器则要困难一些。CMOS阈值的变化使它们无法精确定时;另外,有限的电压“净空”使得在单片集成电路元件的环境外部,设计一个好的基准电压和比较电路非常困难。

然而,新的器件使原有的工作可用于新环境中。这个单稳态多频振荡器利用低电压差分信号(LVDS)接收器来实现采用其它方法难以实现的比较器功能。

图1是单稳态多频振荡器的基本电路,其中A1为LVDS接收器。负输入脉冲使U1输出下降,从而使Q1截止,并且由于C1通过R1放电,发射极的电压下降。与此同时,R2和R3连接处的电压阶跃下降。

因为此时的阶跃电压低于Q1的发射极电压,所以A1通过U1保持输出电压,使其比输入脉冲的上升沿滞后。当Q1的发射极电压下降到阶跃波形的底部时,A1的输出上升,输出脉冲终止。如果R2和R3的分压比大约为38%,则输出脉冲的持续时间约为R1×C1。D1被用来补偿Q1的VBE。C1的固定端可以接地,但这样会导致大的瞬间复位电流流通过电源。

图1：对采用慢速晶体管、输出持续时间长的要求来说,LVDS接收器(A1)可为3.3V系统产生性能良好的单稳态电路。

图1采用低速晶体管,可满足输出持续时间长的要求。然而,若要求输出持续时间短,则需要改进电路(如图2所示)。持续时间短的输出需要快速晶体管,其中许多快速晶体管都会振荡,并且用封装作为谐振腔,除非引入的损耗大小合适。

R1a稳定Q1并限制复位电流,R2a则被加到R2中以对R1a的压降进行补偿。由于大多数信号二极管不能很好地与高速晶体管匹配,所以用Q2代替D1。但Q2不能简单地接二极管,因而需要R4以防发生振荡。将U1分成两个与非门非常方便,它提供反相输出,对稳定Q2中的电流很有用。

理论上,这种电路的其它几种配置也是可行的,但大多数LVDS接收器包括“自动防故障(fail-safe)”功能,即在输入和输出之间有一个隐含的AND门。使该电路具有隐含的AND门功能,将消除许多可能有用的配置。

图2：经过改进的电路可满足输出持续时间短的要求。

图3是用于Spice仿真并已实现原型的实际原理图。U1以前没有被用到的部分,在输入的上升沿产生短的输入脉冲。R2a被并入R2,并增加C3以对寄生电容(CS)进行补偿。

使阶跃的上升速度总是比斜坡复位快非常有必要,这样可避免在比较器输出的上升沿出现皱褶。C3的值约为11pF,实际值取决于设计。当电容分压比等于电阻分压比时,阶跃分压器输出的顶部将被削平,就像我们补偿示波器探针时一样。

R1a限制该单稳态设计无需改变脉冲宽度便可被重复触发的速度。在原型中,可将R1a减少25%,而此时波形上的皱褶并不很严重。在Q1的端接上增加其它一些小电阻可进一步减小R1a,从而最终缩短复位时间。

图3：实际原型电路的原理图,其输出脉冲的持续时间为93ns,并在25°C至50°C的温度范围内无变化。

对原型进行从25°C 至 50°C的温度测试。在此范围内,100MHz的模拟示波器没有出现脉冲宽度的变化,而1ns的变化对该示波器来说非常明显。在测试温度范围内,波形没有发生变化。

输出波形如同U1的管脚8、A1的管脚7、U1的管脚11或所有这些管脚上的波形一样,提供输出脉冲的两个极性。

采用给出的值,该电路理论上能产生93ns的输出脉冲宽度。时间常数等于R1×C1,由于有源器件的传输延迟而有所增大,若持续时间更长,则延迟作用将被削弱。