一種峰值檢測集成電路的製作方法
2023-05-17 10:31:31
專利名稱：一種峰值檢測集成電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種峰值檢測集成電路，一種用於測量交流電壓信號峰值幅度的晶片。
背景技術：
測量峰值信號水平的晶片通常被用作助聽器的放大器，在這些放大器中需要一定程度的自動增益控制(AGC)。在這些應用中，放大聲音信號的量值不斷被檢測，且放大器增益保持不同信號水平在放大器的工作範圍內。本發明裝置，特別開發用於助聽器功率放大器；然而，該晶片可以被使用在許多實際應用裡，要求產生ー個反映ー個交流電壓信號峰值大小的信號。在如下更完整地描述的優選檢測器中，提供一個檢測器峰值大小的一般設計對象可以被製作為ー個集成電路助聽器放大器的一部分(除了部件，如電容器)，而且可以、從ー個提供的按照ー伏次序的電壓投入運行。過去，這樣的助聽器放大器使用峰值水平檢測器(或半波整流器執行類似功能)只響應在放大信號中的ー個特定極性的偏振。如下描述的特別的探測器同時響應一個放大信號的正極和負極偏振，因此少受制於半周期操作的瞬變和畸變特點。此外，這是ー個提供這個具有一個定義明確的檢測閾值的優選檢測器的對象，這將消除在規定範圍內下降的低電平信號的檢測。
發明內容
本發明提供ー種峰值檢測集成電路，ー種產生ー個反映交流電壓信號峰值的信號的晶片。第一方面，該晶片包括產生電流信號為了產生ー個具有與第一極交流電壓信號每個峰值相對應的峰值的電流信號。每個電流信號的峰值直接隨與之相對應的交流電壓信號峰值的變化而不同。電流源用來降低電流信號至一個可控制的最大電流水平。充電電流產生用來當電流信號超過最大電流水平時產生ー個充電電流，且將這個充電電流傳遞給ー個電容。反饋方式電流源的最大電流水平直接隨結電容式電壓信號值的變化而不同。放電電流產生為了用來被作用到電容中以便於電容電壓可以降低來響應交流電壓信號峰值的降低。在第二方面，本發明提供一個產生反映交流電壓信號峰值的信號的晶片，該晶片同時響應交流電壓信號的正極和負極偏振。該晶片包括電流信號產生是為了產生第一和第二單極電流信號。第一電流信號有ー個與交流電壓信號的ー個第一極的每個峰值相對應的峰值，而第二電流有ー個與交流電壓信號的ー個第二季的每個峰值相對應的峰值。第一和第二電流信號的峰值每個都直接隨與之相對應的交流電壓信號的變化而不同。電流源被應用來降低第一電流信號至ー個第一可控制的最大電流水平。充電電流產生是為了當第一電流信號超過第一最大電流水平或者第二電流信號超過第二最大電流信號水平時，產生ー個充電電流，且該充電電流被傳遞到一個電容中。電流源的第一和第二最大電流水平每個的反饋方式都直接隨結電容式電壓的變化而不同，藉以電容電壓來反映交流電壓信號的峰值。放電電流產生來將ー個放電電流作用到電容上以便於電容電壓可以升高來響應交流電壓信號峰值的降低。
在這份公開說明書和權利要求中所使用的術語「電流源」或「電流源裝置「應該被理解為ー個能夠吸收其它電路產生電流的電路單元或向其他電路傳遞電流的電路單元。無論怎樣，電流源或電流源裝置的工作將被描述為對於ー個電流的「收集」。
圖I是ー個方框圖表示一個體現本發明的半波整流器；圖2是ー個方框圖表示一個體現本發明的全波整流器；圖3是ー個電路圖說明了一個根據本發明構造的全波整流器的首選體現。本發明的
具體實施例方式參考圖I這是ー個方框圖表示體現本發明的電平檢測器8的峰值。電平檢測器8包括一個電流輸入端12接收到的交流電壓信號的電流源10，一個電流源14，ー個充電電流發生器16，和一個接收充電電流的電容18，一個放電電流發生器20，和ー個反饋電路22。電流源10產生ー個單極電流信號II,即ー個電流信號有一個單極性。電流信號Il最好包括一個預定幅度的直流電流，和ー個直接隨輸入信號的變化而不同的電流信號分量，藉以電流信號I I有一個與輸入信號的ー個第一單極的每個峰值相對應的峰值。輸入信號ー個相反極性的峰值將會產生電流信號Il的最小值。信號分量最好是線性相關的輸入信號但是這樣的要求不是完全必要的。所需要的是峰值和電流信號Ii直接隨與之相對應的輸入信號的變化而不同以便於電流峰值將事實上反映輸入信號的峰值。術語「直接在大小上不同」結果肯定會理解為這意味著ー個獨特的之間相關程度的一對ー關係，即相關大小一起增大和減小。在通常的應用中，電流源10可能是ー個普通的電壓電流轉換器。電流源14控制吸收電流信號Il至一個可控制的最大電流水平。該吸收電流在圖I中表示為12。被表示為13的多餘電流由充電電流發生器16檢測，通過傳遞ー個充電電流的到電容18來響應。該充電電流最適宜由放大的多餘電流產生以至於充電電流值隨電流源10和電流源之間的差異而不同。然而，因為反饋的參與，這樣的多餘電流和充電電流之間的關係對於本發明的目的並不是絕對必要的。反饋電路22檢測電容式電壓，且升高或降低電流源14最大電流降直接取決於電容電壓。當電容18繼續充電時，反饋電路22繼續升高電流源14的最大電流水平直到電流I I完全被吸收。如果多餘電流13被放大來產生充電電流，而在穩態中不是所有的電流Il都會被電池吸收而成為充電電流的必須產生來平衡作用到電容18中的放電電流。 在穩態中，電流源14有效控制降低電流源10產生的電流信號的峰值。當輸入信號有ー個第一極性時這個峰值出現，相反極性的峰值不被檢測出。因為這個反饋的參與，電容電壓表明輸入信號的峰值(並將表明正弦輸入信號的均方根值)。電容電壓可從輸出端24得到。我們可以從操作的描述中領會到電流信號Il的確切形式不是關鍵的，唯一需要的是與以上描述的電流Ii和那些輸入信號之間峰值相對應的峰值。檢測器8的峰值電平不能立即回應輸入信號電平的降低。放電裝置20必須首先降低電容電壓至ー個電平，該電平下的電流源14可以控制吸收電流源10為了響應新的輸入信號而產生的峰值電流。顯然放電電流作用到電容18將會影響檢測器8響應ー個降低的輸入信號的方式。ー個具有預定值的恆定電流是比較好的，電流值被恰當的選擇使為了特定的應用，但是可能要提供一個更為複雜的機制。圖2是ー個表示體現本發明的一個峰值水平檢測器25的框圖。全波整流器包括一個電流源26, —對電流輸入端28,30, —個充電電流發生器32, —個電容34,放電電流產生裝置36和ー個反饋電路38.檢測器25的運作與檢測器8相似除了檢測器25同時響應交流電壓信號的正極和負極偏振。電流源26產生兩個單極電流信號II, 12。電流Il包括ー個信號成分,它隨一個輸入端40吸收的輸入信號值的變化而不同，當輸入信號有ー個第一極性時，輸入端的信號成分升高電流信號Il的值至ー個最大電平。電流信號12包括ー個相似的信號成分，但當輸入信號有ー個相反極性時，它升高電流12的值至ー個最大電平。電流輸入端28，30分別吸收電流II，12的部分至第一和第二最大電平，這些吸收的電流被指定為13和14，留下多餘的電流為15和16。當電流15或16被檢測到時，充電電流發生器32傳遞ー個充電電流到電容34。反饋網絡38升高電流輸入端28，30的第一和第二最大電流水平直到多餘的電流降低至零。在這點上電容電壓將反映ー個交流輸入信號的峰值。放電電流發生器36用一種可控的方式降低電容式電壓來確保峰值水平檢測器25可以跟隨幅度降低的輸入信號。圖3所示的一個根據本發明構造的峰值水平檢測器42的實際體現。該特定的檢測器42是專門設計用於助聽放大器中的自動發電控制(AGC)的程序(也可以應用於其他應用等方面的研究進展)。檢測器42由一個伏電源提供電壓運行。利用最終用戶提供的電容組件，電路配置適合用於製造集成電路形式。雙極結電晶體的ー個微分對(BJTs) 44，46用作一個電壓-電流轉換器。電流通過該微分對44，46被電晶體48吸收，作為ー個O. 6伏參考信號的偏置電流源。電晶體46的基極被ー個電容50耦合至一個輸入端52，在這裡ー個交流輸入信號可以被吸收。電容50用作清除輸入信號中的直流成分。電晶體54，56 (BJTs)是有源負載，它們用作可控制的電流源來吸收微分對產生的電流。正如使用在說明書和附加權利要求中的，術語「有源負載」應當被理解為ー個電晶體適宜產生ー個電流，電流的最大電流水平隨與之響應的作用於晶片控制端的控制信號的變化而不同，控制端可能為ー個柵場來影響電晶體或BJT。在檢測器42中電晶體54，56將通常工作在飽和狀態，且電晶體54，56產生的電流由微分對吸收的電流和作用到它們基極的信號設定的最大電流水平同時決定。後者信號將決定有源負載什麼時候跳出飽和狀態，在這點上有源負載將開始實質上作為恆流源。微分對44，46所需要的多餘電流必須被另外提供。電晶體54，56的基極相連接來提供ー個共同的控制端。電晶體54，56因在傳統的方式方面有相似的特點而匹配，另外在有鏡像電流的情況下與配置作為ニ極管的電晶體58相匹配。電晶體60作為ー個偏置O. 6伏參考電流的恆流源產生ー個值為I的直流電流流入電晶體58，結果電晶體54，56以此為條件吸收ー個最小電流I。電流源電晶體48的基極終端連接電流源電晶體60的基極終端以便於二者都偏置相同的O. 6伏參考信號。電晶體48形成的表面區域交界處比與之相對應的電晶體60形成的表面區域交界處大I. 7倍，電晶體48因此偏置吸收ー個值為I. 71的電流，它在電晶體44，46中都產生O. 851的直流電流。這種做法的影響是產生ー個非常精確的檢測閾值來消除各種低電平信號的檢測。檢測、閾值完全由電晶體48，60各自偏置吸收的電流比值決定。假設電容電壓較低，且沒有輸入信號作用，只有通過電晶體44，4各自6吸收的O. 851的直流電流。結果電晶體54，56的發射扱-集電極電壓降低至大約O. 1-0. 3伏，電晶體54，56以吸收值為I的最小電流為條件，沒有可作為電晶體62，64的基極驅動的電流直到ー個輸入信號以大約10%的幅度升高微分對的電流。這發生在一個表達如下所給出的輸入電壓V(由一個關於BJT微分對操作的眾所周知的規則決定)K是波爾茲曼常數q是ー個點位電荷,且T被假定為室溫(293K)我們將領會到在製造過程中通過改變電晶體48，60的不同匹配，各種各樣的，相對精確的閾值可以被提供。電晶體62，64被用作電流放大器。電晶體46的集電極產生的未被電晶體56吸收的任何電流作用到電晶體64的基極且被放大。相似地，電晶體44的集電極產生的未被電晶體54吸收的任何電流被傳送到電晶體62的基極且被放大。電晶體62，64產生的充電電流連接在一起且與電容66耦合。電晶體68和電阻70提供反饋來調節有源負載電晶體54，56對電流的吸收。電晶體68產生ー個電流信號來響應經過電容66的電壓降(電容電壓作用到電晶體68的基扱-發射極結和電阻70).電晶體68的集電極產生的電流信號作用到配置作為ニ極管的電晶體58的集電極。流入電晶體58的上升電流在電晶體54，56中得到反映。結果，當電容電壓升高時，有源負載電晶體54，56以吸收更大電流為條件。一個ニ極管裝置電晶體72連接在伏電源和74這一點之間用作ー個電壓鉗。電晶體72確保通過電容66的電壓降不會降至低於O. 4伏(也就是說，代表連接ニ極管的電晶體72的近似起始電壓的電源電壓低於O. 6伏)。這確保了當ー個輸入信號突然從ー個不可檢測電平跳至一個相對高的電平時，檢測器42可以很快地回應。我們可以領會到這個最小電容電壓不夠產生任何有效的電流流入反饋電晶體68，結果將無法通過任何有效途徑影響檢測閾值電壓。電晶體76，78同時與電阻80連接在一起組成ー個電流源，它從電容66中吸收ー個大約200微安的放電電流。這個放電電流由電晶體78的集電極傳遞，該電晶體從O. 6伏參考信號中接受基極驅動。電晶體76由大約比電晶體78中相對應的表面交界處大12個褶皺表面交界處組成，同樣從O. 6伏參考信號中接受基極驅動，結果傳遞ー個有效的更大電流至電阻80。這樣的安排允許一個相對小的放電電流由電晶體78傳遞而不需要電阻80過度地大，這促進了集成電路的構成。輸入端52接受的ー個交流電壓信號不被檢測或調整直到它超過設定的閾值。當它超過閾值時，電晶體54,56不會偏置吸收微分對44,46的集電極產生的所有電流信號且超出的電流被送入電晶體62，64的基極終端。當負極偏振導致電晶體62產生ー個充電電流時，輸入信號的正極偏振導致電晶體64產生ー個充電電流。充電電流使電容電壓從O. 4伏的最小電壓升高，電容電壓的升高通過反饋電晶體68以有源負載電晶體54，56吸收更大電流為條件來反饋。電容電流升高直到有源負載電晶體54，56以分別吸收電晶體4，4，46的最大電流信號為條件。在這點上，電容電壓反映輸入信號的峰值。放電電流發生器(即電晶體76,78和電阻80)會使電容66放電來確保幅度下降的輸入信號可以被追蹤。電阻70影響電容電壓和輸入信號之間的增益幅度。由於升高的信號電壓的増益以指數形式上升，輸入信號和電容電壓之間的傳遞函數是非線性的。通過降低電阻70的阻值或增加電阻與微分對電晶體44，46的發射極串聯，可以得到更多的線性函數。然而，為了本發明的目的，電容電壓值不需要與輸入信號的峰值電壓線性相關；必需的是電容電壓和輸入信號的峰值時一一對應的關係。很明顯引起檢測器42的供電線路之間的電壓降的主要來源是各個電晶體的基極-發射極電壓降(在導通時)。仔細回顧電路，顯然地在任何供電線路之間的通路中只有一個這樣的基極-發射極電壓下降可能會發生。這樣的結果使得檢測器42可以由ー個
I.O伏的電壓源供電。就發明人所知，這代表著對於現有檢測器的一個明顯的改 進。我們可以體會到檢測器42是本發明的ー個特別體現，一個熟練的電路設計者可以在不背離本發明指導思想的條件下在製造加工過程中做出許多細節上的修改。
權利要求
1.ー種峰值檢測集成電路，其特徵是ー個用來產生信號反映ー個交流電壓信號的峰值的設備，包括電流信號產生來響應交變電壓信號產生ー個單極電流信號，它有ー個峰值對應於第一極性交流電壓信號的每個峰值，每個電流信號的峰值直接隨與之相對應的交流電壓信號峰值大小的變化而不同；電晶體電流源與一系列電流信號連接，來使所述單極電流信號下降至一個可控的最大電流水平；當單極電流超過最大電流水平吋，充電電流會產生ー個充電電流；一個電容與充電電流連接來接收那個充電電流；反饋用來響應電容上的電壓降是因為電流源的最大電流水平直接隨電容上的電壓降大小變化而不同，藉以電容上的電壓降來反映交流電壓信號的峰值；還有，放電電流產生是為了將ー個實質的持續放電電流作用在電容上，以便於電容上的電壓降可以下降，來響應交流電壓信號的峰值的下降。
2.根據權利要求I所述的ー種峰值檢測集成電路，其特徵是充電單極電流產生來接收單極電流信號超過最大電流的部分和放大那個超過最大電流的電流部分來產生充電電流。
3.根據權利要求I所述的ー種峰值檢測集成電路，其特徵是當交流電壓信號峰值低於ー個預定閾值時，反饋為電流源的可控最大電流水平設定的一個預定最小水平，藉以電容上的電壓降不會下降。
4.根據權利要求I所述的ー種峰值檢測集成電路,其特徵是電流信號組成產生的大體上給定常數級的ー個直流電流和交流電流信號，實質上它們直接隨交流電壓信號值的變化而不同，所述直流電流和所述交流信號相結合組成所述單極電流信號。
5.根據權利要求I所述的ー種峰值檢測集成電路，其特徵是ー個用來產生信號來反映ー個交流電壓信號峰值的設備，包括電流信號產生為了響應交流電壓信號，來產生ー個第一單極電流信號，它有ー個峰值與交流電壓信號ー個第一極性的每個峰值相對應，ー個第二單極電流信號，它有ー個峰值與交流電壓信號ー個第二極性的每個峰值相對應，第一和第二電流信號的每個峰值直接隨相應的交流電壓信號峰值的變化而不同；第一電晶體電流源用來吸收第一單極電流信號至ー個第一可控最大電流水平，而第二電晶體電流源用來吸收第二單極電流信號至ー個第二可控最大電流水平；充電電流產生用來，當第一單極電流超過第一最大電流水平，或者當第二單極電流超過第二最大電流水平時，產生一個充電電流；一個電容與為了接收充電電流而產生的充電電流連接；反饋用來響應電容上的電壓降，因為電流源每個第一和第二最大電流水平直接隨電容上的電壓降值的下降而下降，藉以電容上的電壓降來反映交流電壓信號的峰值；還有，放電電流產生，用來將實質上連續的放電電流作用到電容上，以便於電容上的電壓降可以下降，來響應交流電壓信號的峰值。
6.根據權利要求4所述的ー種峰值檢測集成電路，其特徵是充電電流產生，用來接收和放大第一和第二單極電流信號分別超過第一和第二電流源的第一和第二最大電流水平的部分。
7.根據權利要求4所述的ー種峰值檢測集成電路，其特徵是反饋為每個第一和第二不同的最大電流水平設定ー個預定的最小水平，藉以當交流電壓信號的總體大小低於ー個預定閾值時，電容上的電壓降會升高。
8.根據權利要求4或5所述的ー種峰值檢測集成電路，其特徵是電流信號產生來組成產生的大體上給定常數級的ー個第一直流電流和ー個第一交流電流，實質上它們直接隨交流電壓信號的變化而不同，所述第一直流電流和所述第一交流信號相結合組成所述第一單極電流信號，所述電流信號產生更是為了組成產生的大體上給定常數級的ー個第二直流電流和ー個第二交流電流，實質上它們直接隨所述交流電壓信號值的變化而不同，所述第二直流電流和所述第二交流信號相結合組成所述第二單極電流信號。
9.根據權利要求I所述的ー種峰值檢測集成電路，其特徵是電流信號產生，組成ー個微分電晶體對，它們包括分別產生第一和第二單極電流信號的第一和第二電晶體，第一單極電流信號組成大體上給定常數級的ー個第一直流電流和ー個第一交流電流信號，實質上它們直接隨交流電壓信號值的變化而不同，藉以第一單極電流信號有一個峰值來與ー個第一極性交流電壓信號的每個峰值相對應，第二單極電流信號組成大體上給定常數級的ー個第二直流信號和ー個第二交流電流信號，實質上它們直接隨交流電壓信號值的變化而不同，藉以第二單極電流信號有一個峰值來與ー個第二極性交流電流信號的每個峰值相對應；還有，電流源包括ー個第一有源負載連接到第一電晶體，來降低第一單極電流信號，而ー個第二有源負載連接到第二電晶體，來降低第二單極電流信號，第一和第二有源負載每個都有一個控制端與反饋耦合，藉以第一和第二有源負載由反饋控制來降低第一和第二單極電流信號至第一和第二最大電流水平。
全文摘要
一種峰值檢測集成電路，包括一個電壓-電流轉換器，產生一個電流信號，包括一個直流電流和一個交流電流信號，它直接隨交流電壓信號的變化而不同。電流源吸收電流信號到一個可控的最大電流水平。當電流信號超過最大電流水平時會產生一個充電電流，並傳遞給一個電容。反饋電路的電流源最大電流水平直接隨電容式電壓的變化而不同。因此，電容式電壓反映交流電壓的峰值。一個放電電流作用到電容器使電容式電壓可以降低來響應交流電壓信號的峰值的降低。
文檔編號G01R19/04GK102692549SQ20121020097
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者包興坤 申請人:蘇州矽智源微電子有限公司