专利名称：一种从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计时/定时控制装置中低频率时钟源的产生装置，尤其是一种利用稳压电路从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置。
技术背景许多电子装置由交流电源供电，经整流稳压后形成稳压直流电源，再提供给控制电路，同时，许多电子装置也有计时/定时的要求，如电热产品，既有功能性的加热定时要求，也有安全防范性的定时要求。再如，通用的定时电源开关控制器，计时/定时的要求往往从几分钟到几个小时不等，因此要求提供一个精确的时钟源。由于计时/定时时间较长，如果时钟源不精确或随环境变化，随着时间的积累，会产生较大绝对值上的误差。
目前常用的方法包括图1、图2、图3所示的三种。其中，图1所示的第一种方法是在集成电路内部建立一个振荡器12作为时钟源，但是振荡器12的频率会与振荡器12内部器件参数的绝对值相关。由于集成电路工艺离散性的影响，器件参数的绝对值变化均较大。同时，再加上环境温度的变化，通常频率变化的范围可以达到±50％，不能满足精确定时的要求。另外，内部振荡器12的频率不容易做得较低，如要实现较长时间的计时/定时就需要较大的芯片面积。
由于交流电本身就固有50/60HZ的周期时钟信号，它的精确性、稳定性均很好，直接从交流电源中提取交流电源固有时钟信号成为自然的想法。目前最常用的方法如图2所示，它直接从交流电源，经过限流电阻Rlimit送到集成电路的ZC引脚，经过内部的整形电路22整形输出时钟。这个方法的缺点是它需要一个专门的交流信号输入管脚，整个电路至少要4个输入/输出管脚，增加了封装成本和器件的尺寸，而有些大众的、便宜的封装类型就不能包封此电路，如TO92。另外，ZC上的信号电压幅值如果没有集成电路的ESD保护二极管D1、D2的钳位，将与交流电源相同，即使有了钳位和限流电阻Rlimit，其对集成电路电源和地线的灌/拉电流也在数百微安的量级，容易引发集成电路大家熟知的锁定现象，损毁集成电路或产生误动作，其电压/电流波形如图7所示，其中，图7(a)为交流电源电压波形，图7(b)为当无ESD二极管钳位时，ZC的电压波形与交流电源波形相同，图7(c)示意了当有ESD二极管钳位时，ZC的电压波形图，图7(d)给出了对集成电路电源ESD保护二极管的电流，图7(e)为对集成电路地线ESD保护二极管的电路。
在上述两种方法的基础上，为了实现三个管脚就可以完成计时/定时的控制，还采用了第三种方法如图3，该电路包括三部分，即稳压电源31、由电阻分压链R1和R2、以及基准电源34和误差比较器32组成的时钟比较电路30、计时定时控制电路33。此电路的原理是对稳压电源31上的电压纹波进行检测，从而产生输出时钟。由于集成电路工艺的离散性，电阻R1、R2的分压比会有变动，基准电源34也会由于集成电路工艺的变化而变化，通常电阻R1、R2的分压比的变化范围为5％，基准电压的变化范围是10％，为了保证能检测出时钟信号，就要增加稳压电源31上的纹波幅度，从而破坏了稳压效果，破坏了集成电路的安全工作环境，如果基准电压与电阻分压比的变化范围如上所述，5v稳压电源上的纹波要达到±1v，才能保证总有时钟被检测输出。
发明内容
本实用新型的目的是以低成本稳定提取交流电源的固有时钟信号，实现方法是不再检测稳压电源的电压波动，而是检测稳压电路的泄放电流，来产生时钟信号，对泄放电流的检测是基于这样一个事实在交流电源的正半周的一定时段，一定会有泄放电流通过稳压电路，在交流电源的负半周，一定无泄放电流通过稳压电路，利用这两个不同的状态决定时钟的高低电平实现时钟的提取。
为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为，一种利用稳压电路从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置，其特征在于，所述装置进一步包括稳压电路，根据交流电源进行导通或关闭，导通时泄放多余的电荷，为所述装置提供稳定电压；泄放电流的取样放大电路，其输入端与所述稳压电路的输出端相连；取样放大负载，所述取样放大负载与所述取样放大电路相连。
本实用新型的有益效果(1)降低封装成本，减小器件尺寸，实现只需要三个管脚，就可对交流电源进行时钟提取，达到计时/定时的目的。(2)减小了对集成电路工艺稳定性/一致性的要求，由于不再需要对集成电路芯片后道的测试修正(trimming)，减小了芯片面积，降低了测试成本。(3)增加了稳压的效果，改善了集成电路的工作环境。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1是现有技术中一种电路图；图2是现有技术中另一种电路图；图3是现有技术中的第三种电路图；图4是本实用新型的电路框图；图5是本实用新型的一较佳实施例的电路结构图；图6是本实用新型的另一较佳实施例的电路结构图；图7给出了采用已有技术的电压/电流波形如波形图；图8示意了本实用新型的装置的电压/电流波形图。
具体实施方式
请参见附图4所示的本装置的原理图。本实用新型的从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置包括三部分，稳压电路41、泄放电流的取样放大电路42和取样放大负载43，其中，稳压电路41是根据交流电源进行导通或关闭，导通时泄放多余的电荷，为所述装置提供稳定电压；泄放电流的取样放大电路42的输入端与稳压电路41的输出端相连；取样放大负载43与取样放大电路42相连，取样放大电路42和取样放大负载43对稳压电路41的电流进行取样放大，输出提取的交流电源固有时钟。
图5示意了根据图4的方案的一电路图，该电路图中虚线左侧为外围电路，右侧为本实用新型的提取时钟装置，在该装置中，稳压电路部分包括基准电压源52，电阻分压链R1/R2，误差比较器51以及泄放器件N0，其中误差比较器51的一输入端连接至电阻分压链上与电阻R1、R2相连的第一端，另一输入端连接一基准电压源52后再与电阻R2的第二端相连。误差比较器51的输出端连接泄放器件N0，泄放器件N0的输出端分别与电阻R1、R2的第二端相连。此外该电路中的取样放大负载为一电流源负载53，一端与电阻R1的第二端相连，另一端与本装置的输出端相连，该电路中的泄放电流取样放大电路42采用的是泄放电流取样放大器件N1，其输入端连接至误差比较器51的输出端，其输出端与本装置的输出端相连。
需要指出的是，该电路中，稳压电路中的基准电压源52一般由能隙基准源来实现，电阻分压链R1/R2的比值由要实现的稳压电源52的电压值来确定。误差比较器51用以比较放大电阻链R1/R2的输出分压与基准电压源52的误差。泄放器件N0旨在泄放基准电压源52上多余的电荷，达到稳定电压的目的，在交流电源的正半周的一定时段里，泄放器件N0会导通。而在交流电源的负半周，泄放器件N0将关闭，无电流通过，集成电路的工作电压靠外围电路中的滤波稳压电容C0维持。
在泄放电流的取样及时钟产生及输出电路部分，泄放电流的取样放大器件N1是用以镜像反映稳压电路中泄放器件N0中通过的电流。电流源负载53是从基准电压源52中产生，与取样放大器件N1一起，输出被提取的交流电源固有周期时钟信号。
外围电路中的功率限流电阻R0在交流电源正半周时，限制流向集成电路的电流，保护集成电路，通常阻值为1MΩ，整流二极管D0产生半波整流，让稳压电源保持正电位。滤波稳压电容C0在交流电源正半周时存储电荷，在交流电源的负半周，集成电路利用存储在此电容上的电荷工作。
图6给出与图5的实施例有稍许区别的另一种电路组成，该电路图中虚线左侧为外围电路，右侧为本实用新型的提取时钟装置，在该装置中，稳压电路部分包括基准电压源62，电阻分压链R1/R2，误差比较器61以及泄放器件N0，其中误差比较器61的一输入端连接至电阻分压链上与电阻R1、R2相连的第一端，另一输入端连接一基准电压源62后再与电阻R2的第二端相连。误差比较器61的输出端连接泄放器件N0，泄放器件N0的输出端分别与电阻R1、R2的第二端相连。此外在该电路中，还包括泄放电流取样及时钟产生输出电路，该电路中的取样放大负载有别于图5，采用了电阻R3和比较器63替代了图5中的电流源负载53，电阻R3的一端与电阻R1的第二端相连，电阻R3的第二端与泄放电流取样放大器件N1的第一输出端相连，第二输出端与电阻R2的第二端相连，泄放电流取样放大器件N1的输入端连接至误差比较器61的输出端。比较器63的两输入端与电阻R3并联，其输出即为本装置的输出端。
采用上述两种电路结构的交流电源时钟提取电路，可以在稳压电源纹波极小的情况下，得到稳定的交流电源固有的时钟信号输出，对集成电路工艺的一致性要求较低。
波形图8是使用hspice仿真得到的波形，各部件的参数如下交流电压110v，R0＝24k Ω，C0＝47uf，R1＝1.5MΩ，R2＝500kΩ，(W/L)N0＝20/0.6，(W/L)N1＝3/0.6。波形图8(a)为交流电源的电压波形。波形图8(b)是稳压电路泄放器件的电流波形。波形图8(c)是输出时钟。波形图8(d)是稳压电源电压波形，其纹波幅值只有10mv，由此可见在几乎没有电压纹波的情况下，也可以得到稳定的时钟输出。
输出时钟的高电平可以定义成有或无泄放电流时段，而输出时钟的低电平则定义成无或有泄放电流时段。
本实用新型的装置从交流电源中提取交流电源的固有周期信号作为时钟，成本低、对集成电路的工艺要求低、能满足所有以交流电作为电源的电子装置对计时/定时的要求。
需要说明的是，以上诸实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴应由各权利要求限定。
权利要求1.一种利用稳压电路从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置，其特征在于，所述装置进一步包括稳压电路，根据交流电源进行导通或关闭，导通时泄放多余的电荷，为所述装置提供稳定电压；泄放电流的取样放大电路，其输入端与所述稳压电路的输出端相连；取样放大负载，所述取样放大负载与所述取样放大电路相连。
2.根据权利要求1所述的利用稳压电路从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置，其特征在于，所述稳压电路进一步包括，基准电压源，第一电阻和第二电阻串联组成的电阻分压链，误差比较器以及泄放器件，其中所述误差比较器的一输入端连接至电阻分压链上第一、二电阻串联连接的第一端，所述误差比较器的第二输入端通过所述基准电压源与第二电阻的第二端相连，所述误差比较器的输出端连接泄放器件的输入端，所述泄放器件的输出端分别与第一、二电阻的第二端相连；所述泄放电流的取样放大电路，其输入端连接至所述误差比较器的输出端，其第一输出端与所述装置的输出端相连，第二输出端连接所述第二电阻的第二端；取样放大负载，所述取样放大负载连接在所述第一电阻的第二端与所述装置的输出端之间；其中，所述取样放大电路对所述稳压电路中泄放器件通过的电流进行取样放大，并与取样放大负载输出提取的交流电源固有时钟。
3.根据权利要求2所述的利用稳压电路从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置，其特征在于，所述泄放电流的取样放大电路为泄放电流取样放大器件。
4.根据权利要求3所述的利用稳压电路从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置，其特征在于，所述取样放大负载为电流源负载。
5.根据权利要求3所述的利用稳压电路从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置，其特征在于，所述取样放大负载由比较器与第三电阻并联构成，所述比较器的输出端为所述装置的输出端。
6.根据权利要求4或5所述的利用稳压电路从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置，其特征在于，所述装置的输出端的信号状态由所述稳压电路中流经所述泄放电流取样放大器件的电流值决定，与所述第一电阻的第二端电压值无关。
专利摘要本实用新型涉及一种利用稳压电路从交流电源中提取交流电源固有时钟的装置，其特征在于，所述装置进一步包括稳压电路，根据交流电源进行导通或关闭，导通时泄放多余的电荷，为所述装置提供稳定电压；泄放电流的取样放大电路，其输入端与所述稳压电路的输出端相连；取样放大负载，所述取样放大负载与所述取样放大电路相连。本实用新型降低了封装成本，减小器件尺寸，实现只需要三个管脚，就可对交流电源进行时钟提取，达到计时/定时的目的；减小了对集成电路工艺稳定性/一致性的要求，由于不再需要对集成电路芯片后道的测试修正(trimming)，减小了芯片面积，降低了测试成本；增加了稳压的效果，改善了集成电路的工作环境。
文档编号H03K17/28GK2876857SQ20052004716
公开日2007年3月7日 申请日期2005年12月2日 优先权日2005年12月2日
发明者姜自力, 娄冰, 黄德松, 戴忠伟, 李健 申请人:百利通电子(上海)有限公司