Rc濾波器的校準電路及方法
2023-07-05 13:04:36
專利名稱：Rc濾波器的校準電路及方法
技術領域：
本發明涉及一種校準電路，尤其涉及一種RC濾波器的校準電路；此外，本 發明還涉及上述校準電路的校準方法。
背景技術：
有源RC濾波器因為其較好的線性度和實現簡單而廣泛的應用於模擬集成電 路中，但是在現代半導體製造工藝中，電容電阻均可能存在較大的偏差，因此必 須針對RC進行校準。在傳統校準中，採用時鐘比較方案，也會因為RC多諧振蕩 器精度影響整個校準效果。除此之外，以前校準電路是在晶片上電過程中一次完 成校準，隨後校準模塊停止工作。這種方法具有功耗低，對電路幹擾小等優點， 但是卻不能實時校準電路工作過程中環境變化而造成的電容電阻值的改變。
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傳統校準方案採用多諧振蕩器產生一個RC相關的時鐘頻率 ^^l+A) ， △ 是多諧振蕩器內部遲滯比較器的遲滯誤差，由於該誤差也隨著工作環境以及製造 偏差而發生改變，因此電路校準很難確保高精度。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種RC濾波器的校準電路，可以最大 限度提高校準精度。
另外，本發明還提供上述校準電路的校準方法。 為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案一種RC濾波器的4交準電路，所述RC濾波器包括電阻R、電容C， RC濾波器 的一端接電壓為VDD的電源，另一端接地；該電路包括放大器、比較器、控制器； 所述放大器的輸出端接入電阻R、電容C之間，所述;^文大器的第一輸入分得電壓 為VDD/2，放大器的第二輸入接入電阻R的一端；所述比較器的兩輸入分別獲耳又 ;改大器的第一輸^入的電壓Vref、電容C的充電電壓Vcap,對電容C恆流充電時 間T後，把比較結果發送至控制器；所述控制器根據比較器的比較結果調節電容 C;若Vcap〉Vref，控制器調高電容C; Vcap〈Vref，控制器調低電容C;直至Vcap 與Vref的差在設定範圍內，結束調節。
作為本發明的一種優選方案，設置串聯的電阻值相同的兩電阻，產生的參考 電壓Vref=VDD/2;所述;^文大器的第一輸入接入兩電阻之間。
作為本發明的一種優選方案，設置用於控制電容C充電的開關sl、 s2;開 關sl設置於電容C與放大器之間，開關sl連接電容C的一端；開關s2連接電 容C的另 一端；設置一與電容C並聯的用於控制電容C》文電的開關s3。
作為本發明的一種優選方案，所述比較器比較Vcap和Vref;如果)^^>^^/ 即r〉/ C,向控制器返回Sign=0 ，控制器將電容C增大1LSB;如果^邵<^/即 n,向控制器返回sign=l，控制器將電容C減小1LSB。
作為本發明的一種優選方案，所述控制器根據比較器的比較結果的波動實時 對電容C進行調節，重複一定次數後才對主電路電容進行同步。
作為本發明的一種優選方案，時鐘脈衝clkl的佔空比為50%，周期為2T。
上述校準電路的校準方法，所述比較器的兩輸入分別獲取放大器的第一輸入 的電壓Vref、電容C的充電電壓Vcap,對電容C恆流充電時間T後，把比較結 果發送至控制器；所述控制器根據比較器的比較結果調節電容C;若Vcap〉Vref，
6控制器調高電容C; Vcap〈Vref,控制器調低電容C;直至Vcap與Vref的差在設 定範圍內，結束調節。
作為本發明的一種優選方案，所述比較器比較Vcap和Vref;如果^"p〉K^/ 即7^/ C，向控制器返回sign=0 ，控制器將電容C增大1LSB;如果^^<^￡/即 r<WC，向控制器返回sign=l,控制器將電容C減小ILSB。
作為本發明的一種優選方案，設置用於控制電容C充電的開關sl、 s2;開 關sl設置於電容C與放大器之間，開關sl連接電容C的一端；開關s2連接電 容C的另一端；設置一與電容C並聯的用於控制電容C放電的開關s3。
本發明的有益效果在於本發明提出的RC濾波器的校準電路及方法，直接
採用電壓比較方法，通過對電容的充電，從而得到一個電壓—及C ,利用該 電壓與參考電壓^W比較，根據結果調整電容值，最終收斂結果為7^^C,該 方案校準精度直接取決於比較器的失調，通過合理設計，可以最大限度提高校準 精度。在邏輯電路中能夠對電容的兩方向調節實現實時監控RC變化；同時通過 合理的算法，避免了邏輯突變對主電路的幹擾。
圖1為本發明RC濾波器校準電路的電路圖。 圖2為本發明的控制時序圖。 圖3為控制器的邏輯功能示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。 實施例一
請參閱圖l，本發明揭示了一種RC濾波器的校準電路，所述RC濾波器包括 電阻R、電容C， RC濾波器的一端接電壓為VDD的電源，另一端接地。該電路包 括放大器、比4交器、控制器。
所述放大器的輸出端接入電阻R、電容C之間，所述;^文大器的第一輸入分得 電壓為VDD/2 (放大器第一輸入的電壓Vref=VDD/2)，放大器的第二輸入接入電 阻R的一端(放大器第二輸入的電壓丙《^^/ = |^^ )。放大器的第一輸入分得 電壓為VDD/2的方法可以為設置串聯的電阻值相同的兩電阻，產生的參考電壓 Vref=VDD/2;所述放大器的第一輸入接入兩電阻之間。
上述校準電路的校準方法為所述比較器的兩輸入分別獲取放大器的第一輸 入的電壓Vref、電容C的充電電壓Vcap,對電容C恆流充電時間T後，把比較 結果發送至控制器；所述控制器根據比較器的比較結杲調節電容C;若 Vcap〉Vref，控制器調高電容C; Vcap〈Vref,控制器調^f氐電容C;直至Vcap與 Vref的差在設定範圍內，結束調節。調節方法可以為比較器比較Vcap和Vref; 如果Fc"/^F /即r〉及C,向控制器返回sign-O ，控制器將電容C增大1LSB; 如果Fc叩〈Fre/即r〈i C，向控制器返回sign-l，控制器將電容C減小1LSB。
設置用於控制電容C充電的開關sl、 s2;開關sl設置於電容C與放大器之 間，開關sl連接電容C的一端，開關s2連接電容C的另一端；設置一與電容C 並聯的用於控制電容C放電的開關s3。開關sl、 s2、 s3的時鐘信號clkl、clkln、 discharge的控制時序如圖2所示。如圖2,所示，latch、discharge和clk—logic 時鐘相互之間存在一定的延時，確保各個模塊建立正常。所述控制器根據比較器的比較結果的波動實時對電容c進行調節，重複一定次數後才對主電路電容進行同步。
綜上所述，本發明提出的RC濾波器的校準電路及方法，直接採用電壓比較
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方法，通過對電容的充電，從而得到一個電壓—i c ,利用該電壓與參考電壓「"/比較，根據結果調整電容值，最終收斂結果為r-z c，該方案校準精度
直接取決於比較器的失調，通過合理設計，可以最大限度提高校準精度。在邏輯電路中能夠對電容的兩方向調節實現實時監控RC變化；同時通過合理的算法，避免了邏輯突變對主電路的幹擾。
從本發明的結構和機理的介紹可以看到，本發明所提到的技術與現有的技術
相比，有以下幾個優點
U)精度高將對頻率的比較轉換為電壓比較，減小了額外的誤差源。其校準精度主要取決於比較器精度，比較器的輸入寄生電容。
(2) 實時在線而又不影響到主電路的工作狀態。邏輯電路能夠根據sign信號的波動實時對校準電容C〈5:0〉進行調節，如果重複一定次數後才對主電路電容進行同步，最大限度減小對主電路的影響。
(3) 不需要額外的參考電壓。
實施例二
RC校準的實質是在不同工作環境，不同製造工藝條件下，通過調節R、 C或者二者兼而調節，從而保"〖正電路的RC乘積保持不變。在本發明中只單獨調節C。請參閱圖1，本發明的具體的電路實現如圖l所示。通過電阻對電源進行分
9=丄Fl 片e/ =丄PDD壓得到2 ,放大器Amp以緩衝器buffer連接， 2 ，由此
流過電阻R的電流亦即對電容的充電電流"，"i。對電容C恆流充電時間
T, FDD*,T後，電容電壓 2i C 。
比較器COMP將Vcap和Vref進行比較，等效於r和i C的比較。如果Fc^〉p^/即r〉i c, sign=0 ，邏輯電路將c增大lLSB 。如果rc叩〈^/即r〈及C， sign=i ,邏輯電路將C減小1LSB 。通過這種反饋， 一段時間之後，電路收斂的結果為^卬。^e/，即r-i C。 T
為輸入參考時鐘周期，因此電路完成RC校準。
在主電路工作過程中，該電路保持正常工作狀態，sign信號及時反映工作
環境對RC的影響，通過邏輯電路實時調節主電路對應電容，實現在線實時校準功能。
圖2為電路的控制時序示意圖。clkl和clkln為非交疊時鐘。clkl佔空比為50%，周期為2T。 latch、 discharge和elk—logic時鐘相互之間存在一定的延時，確保各個模塊建立正常。
圖3中列出了邏輯部分的基本功能示意。邏輯部分根據sign信號判定是否對充電電容進行增減。 一旦電容值在某兩個數值之間變化一段時間後，便認定校準電路完成收斂。根據外部控制，可以在兩個數值之間進行選擇，以滿足實際校準出來頻率偏差要求。
這裡本發明的描述和應用是說明性的，並非想將本發明的範圍限制在上述實施例中。這裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本質特徵的情況下，本發明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本發明範圍和精神的情況下，可以對這裡所披露的實施例進行其它變形和改變。
權利要求
1、一種RC濾波器的校準電路，所述RC濾波器包括電阻R、電容C，RC濾波器的一端接電壓為VDD的電源，另一端接地；其特徵在於該電路包括放大器、比較器、控制器；所述放大器的輸出端接入電阻R、電容C之間，所述放大器的第一輸入分得電壓為VDD/2，放大器的第二輸入接入電阻R的一端；所述比較器的兩輸入分別獲取放大器的第一輸入的電壓Vref、電容C的充電電壓Vcap，對電容C恆流充電時間T後，把比較結果發送至控制器；所述控制器根據比較器的比較結果調節電容C；若Vcap＞Vref，控制器調高電容C；Vcap＜Vref，控制器調低電容C；直至Vcap與Vref的差在設定範圍內，結束調節。
2、 根據權利要求1所述的RC濾波器的校準電路，其特徵在於設置串聯的電阻值相同的兩電阻，產生的參考電壓Vref=VDD/2; 所述放大器的第 一輸入接入兩電阻之間。
3、 根據權利要求1所述的RC濾波器的校準電路，其特徵在於設置用於控制電容C充電的開關sl、 s2;開關sl設置於電容C與放大器之間，開關sl連接電容C的一端；開關 s2連接電容C的另一端；設置一與電容C並聯的用於控制電容C放電的開關s3。
4、 根據權利要求1所述的RC濾波器的校準電路，其特徵在於所述比爭i器比專交Vcap和Vref;如果^a/^F^/即7^WC，向控制器返回sign-O ,控制器將電容C增大 1LSB;如果^"/^「w/即r〈i c，向控制器返回Sign=l,控制器將電容C減小 1LSB。
5、 根據權利要求1所述的RC濾波器的校準電路，其特徵在於所述控制器根據比較器的比較結果的波動實時對電容C進行調節，重複 一定次數後才對主電路電容進行同步。
6、 根據權利要求1所述的RC濾波器的校準電路，其特徵在於時鐘^c衝clkl的佔空比為50%,周期為2T。
7、 權利要求1至6之一所述校準電路的校準方法，其特徵在於所述比較器的兩輸入分別獲取放大器的第一輸入的電壓Vref 、電容C的 充電電壓Vcap,對電容C恆流充電時間T後，把比較結果發送至控制器；所述控制器4艮據比較器的比較結果調節電容C;若Vcap〉Vref，控制器調 高電容C; Vcap〈Vref,控制器調低電容C;直至Vcap與Vref的差在設定範 圍內，結束調節。
8、根據權利要求7所述的校準方法，其特徵在於: 所述比較器比4交Vcap和Vref;' 如果^^〉^e/即r〉i C，向控制器返回sign=0 ，控制器將電容c增大 1LSB;如果F^^P^/即7^i c，向控制器返回sign=l，控制器將電容C減小 1LSB。
9、根據權利要求7所述的校準方法，其特徵在於 設置用於控制電容C充電的開關sl、 s2;開關sl設置於電容C與放大器之間，開關sl連接電容C的一端；開關 s2連接電容C的另一端；設置一與電容C並聯的用於控制電容C放電的開關s3。
全文摘要
本發明揭示了一種RC濾波器的校準電路及方法，校準電路包括放大器、比較器、控制器；放大器的輸出端接入電阻R、電容C之間，放大器的第一輸入分得電壓為VDD/2，放大器的第二輸入接入電阻R的一端；比較器的兩輸入分別獲取放大器的第一輸入的電壓Vref、電容C的充電電壓Vcap，對電容C恆流充電時間T後，把比較結果發送至控制器；控制器根據比較器的比較結果調節電容C；若Vcap＞Vref，控制器調高電容C；Vcap＜Vref，控制器調低電容C。本發明直接採用電壓比較方法，通過對電容充電得到充電電壓，利用該電壓與參考電壓比較，根據結果調整電容值，最終收斂結果為T＝RC；本發明校準精度直接取決於比較器的失調，可最大限度提高校準精度。
文檔編號H03H7/01GK101656519SQ20091005637
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月13日 優先權日2009年8月13日
發明者敏 鄧 申請人:捷頂微電子(上海)有限公司