使用可编程逻辑器件的压控振荡器

VCO（压控振荡器）是一种模拟电路，所以在数字可编程芯片设计库中找不到VCO。当需要用这种电路来实现同步或时钟频率倍增时，必须找到一种可与标准数字功能元件（如"与"门和"与非"门）一起使用的电路。制作可变频率振荡器的方法有好几种。例如，你可以用变容二极管来改变振荡器频率。遗憾的是，这种变容二极管的每伏频率的变化量很小。所以，采用一个倒相器和几只电容器的标准皮尔斯振荡器不适用于这样的场合。另一种方法是使用一个施密特触发器倒相器和改变充的电阻器。这种方法可能适用，但该IC滞后性的容差通常很大，所以选用的倒相器芯片会对频率产生很大的影响。
　　由于上述原因，本设计对一个双"或非"门RC振荡器（图1）进行了改进，使其起到VCO的作用。对于几乎所有的纯CMOS电路来说，低电平和高电平之间的切换点约为V_CC/2。这一切换点不取决于器件。利用本电路可获得很宽的频率调谐范围。该电路输出的是占空因子为50%的方波。加电时，电容器C₁和C₂都没有充电，IC_1A的输出为低电平。因此，IC_1B的输出为高电平，C₂开始充电，充电的时间常数为R₂C₂。另外来自IC_ST和R₄的充电电流也会影响这一充电时间。当C₂ 上的电压达到Vcc/2时，IC_1B的输出切换为低电平。这时，IC_1A的输出切换为高电平，C₁开始充电，充电时间常数为R₁C₁。R₁C₁也受IC_ST和R₄的影响。IC_IB输出的低电平使D₂正向偏置，从而使C₂很快放电。
　　如果C₁=C₂，R₁=R₂，R₃=R₄，则这一电路的占空因子为50%。R₃和R₄的大小以及控制电压V_ST决定了VCO的增益，其单位为kHz/V。图2所示的电路可产生最大的VCO增益值。该电路使用ALTERA公司(www.altera.com)的EPLD（可擦可编程逻辑器件）EPM3032。三态缓冲器取代图1电路中二极管，充电电阻器直接连接控制电压。这种配置可产生最大的增益：元件参数值所示时约为700kHz/V。可利用比Vcc/2小的控制电压来关断VCO。你可用具有CMOS输入电平的几乎所有可编程逻辑器件来实现这一电路。也可以使用比可编程逻辑器件电源电压高得多的控制电压，因为可编程逻辑器件输入端的电压决不会高于Vcc/2。这种情况使得该电路适合用作输入电压范围很大的电压一频率变换器。

　　图1 使用分立逻辑器件实现的独特VCO具有很宽的调谐范围。
　　图2 这种VCO使用EPLD，具有很高的增益，增益单位以kHz/V表示。