一種用於檢測和控制信號斜率的電路及方法

2024-03-07 22:55:15

專利名稱：一種用於檢測和控制信號斜率的電路及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於檢測和控制信號斜率的電路及方法。
背景技術：
電路設計尤其在集成電路設計中，有時出於某種需要，希望對一 個信號的上升時間或速率進行控制。現有技術一般採用的是先利用模 擬數字轉換器對信號進行採樣，再通過數字電路計算其斜率，然後對 信號波形進行修正的方法，這種方法的缺點是速度較慢，消耗資源較 多。此外也經常採用一些純模擬電路的方法。但用這些方法獲得的斜 率精度往往非常差，受工藝參數影響大，而且由於斜率和電路參數之 間缺乏明確的公式指導，使得斜率的調節也變得較為困難。

發明內容
本發明的目的在於針對現有方案存在的問題，提出一種簡單的模 擬電路來實現信號斜率的檢測和控制，並提出一種用上述電路對信號 斜率進行;險測和控制的方法。
為了實現上述目的，本發明提供一種用於檢測和控制信號斜率的 電路，所述信號斜率4企測和控制電路由電阻、限流電阻、電容器、比
較器以及模擬開關組成；其中，電阻與電容器串聯，所述電阻的另一 端接地，位於電阻與電容器之間的點的電壓作為比較器的 一個輸入， 所述比較器的另一個輸入為一個參考電壓，比較器的輸出端與模擬開 關相連，該比較器的輸出用於控制模擬開關，所述模擬開關與限流電
4阻串聯，模擬開關的另一端接地，所述電容器的另一端和所述限流電 阻的另一端分別與信號輸出端相連。.
此外，本發明還提供一種使用上述電路對信號斜率進行檢測和控 制的方法。在電容器上端施加一個斜率為p的信號，以侵Z使電阻和電 容器的連接點處產生一個和所述斜率p成正比的電壓，其中，該電壓
的值為斜率p、電阻的電阻值和電容器的電容的乘積；如果電阻和電容 器的連接點處的電壓大於比較器另 一輸入電壓，則比較器將輸出高電 平使得模擬開關接通，所述輸出信號的電壓通過限流電阻洩放，強制 信號的斜率p下降，直到等於電阻和電容器的連接點處的電壓等於比 較器另一輸入電壓為止。
本發明提供的信號斜率檢測和控制電路具有斜率調節方便，輸出 信號波形好，佔用晶片面積小等優點，特別適合在集成電路中使用。


圖1為本發明的信號斜率檢測和控制電路的結構示意圖； 圖2為開關電容等效電阻的原理圖； 圖3為如圖2所示的兩個時鐘的時序圖。
具體實施例方式
在下文中，將結合附圖詳細描述本發明。
本發明的用於檢測和控制信號斜率的電路利用電阻和電容器串聯 的電路實現信號上升速率的檢測和控制。圖1為本發明的信號斜率檢 測和控制電路的結構示意圖。
5如圖1所示，信號源Vs和內阻Rs串聯，用來模擬原始信號，該 原始信號的最終幅值為Vl,且一般具有一個較高的上升速率。電阻Ro 與電容器Co串聯，且比較器Ai的一輸入端連接到電容器Co和電阻 Ro之間，如點Q所示，Q點處的電壓作為比較器Ai的一輸入電壓， 所述比較器Ai的另一個輸入為一個參考電壓Vref，比較器Ai的輸出 端與模擬開關Si相連，且該比較器Ai的輸出用於控制模擬開關Si, 當輸出為高電平時，開關Si接通；當輸出為低電平時，開關Si斷開。 所述模擬開關Si與電阻Ri串聯，所述電阻Ri的作用為限流。所述電 阻Ro、限流電阻Ri、電容器Co、比較器Ai以及模擬開關Si組成斜率 才企測控制電3各。
圖1所示的本發明的工作原理描述如下當沒有由電阻Ro、限流 電阻Ri、電容器Co、比較器Ai以及模擬開關Si所組成的斜率檢測控 制電路時，輸出信號VouT—般會以一個較快的速率p(V/s)上升，將在 電容器Co上產生大小為p*C ( C為電容器Co的電容)的穩態電流Irc, 由於電阻Ro和電容器Co串聯，所以該電流將在電阻Ro上產生大小為 Ro*IRC = Ro*p*C的壓降，所以Q點電位Vq=Irc*Ro=p*Co*Ro。由此可 知，Q點的電位和輸出信號的斜率成正比，因此可以用Q點的電位來 檢測所述斜率，進而進行控制。
如果Q點的電位Vq大於所述參考電壓Vref，即VQ>Vref,也即 p>[Vref7(Co*Ro)]，則比較器Ai將輸出高電平使得模擬開關Si接通， VouT通過限流電阻Ri洩放，強制所述信號輸出上升速率下降，直到 p=[Vref/(Co*Ro)〗為止，即Vq等於Vref時為止。
由於輸出信號斜率和圖1所示電路的參數之間存在著如上所述的 簡單關係，即p=[Vref/(Co*Ro)]，所以如果要把輸出信號斜率限制在某個特定值p0，則只要簡單設定電阻Ro、電容器Co和參考電壓Vref這 三個參數，使得pO-[Vref/(C(^Ro)]就可以了。
然而，上述電路在集成電路上實現時還會碰到一個問題，就是在 實現較低的信號輸出速率時，電阻Ro可能需要較高的阻值，根據需要 這個阻值甚至要求達到幾百至上千兆歐姆，這樣大的電阻佔用的晶片 面積在實踐中是完全無法讓人接受的。另外，在阻值可以接受的範圍 內，電阻的精度往往也比較差。因此，本發明的另一個實施方式進一 步提出 一種可以用開關電容等效電阻來實現所需要的電阻，以達到提 高精度和節省晶片面積的目的。
為解決這個問題，在電阻的具體實現方式上，本發明提出可以採 用開關電容等效電阻來取代圖1中的電阻Ro。開關電容等效電阻的原 理圖如圖2所示。
如圖2所示，圖2為開關電容等效電阻的原理圖，包括兩個開關 Sqi和Sq2,兩個兩相不交迭時鐘CKl和CK2以及電容器Cq。圖3為 圖2所示的時鐘CK1和CK2的時序圖。電容器Cq的一端接地，另一 端連接於所述兩個開關Sqi和Sq2之間，所述兩相不交迭時鐘CK1和 CK2分別控制開關Sqi、 Sq2。將時鐘頻率設為Fs,則等效電阻的阻值 Req=l/(Fs*Cq)。因此，從該阻值公式可知，只要提供一個合適的電容 Cq和時鐘頻率Fs就可以實現一個具有幾乎任意大的阻值並且精度也 符合要求的電阻。
另外，本領域的技術人員可以理解本發明的所述開關電容等效電 阻的具體實現形式不受圖2所示結構的限制。
7對本領域的技術人員來說，本發明可以做出各種不同的修改。只 要這些修改落入附加的權利要求書範圍內，本發明將覆蓋這些修改。
權利要求
1、一種用於檢測和控制信號斜率的電路，其特徵在於，所述信號斜率檢測和控制電路由電阻(R0)、限流電阻(R1)、電容器(C0)、比較器(A1)以及模擬開關(S1)組成；其中，電阻(R0)與電容器(C0)串聯，所述電阻(R0)的另一端接地，位於電阻(R0)與電容器(C0)之間的點的電壓作為比較器(A1)的一個輸入，所述比較器(A1)的另一個輸入為一個參考電壓(Vref)，比較器(A1)的輸出端與模擬開關(S1)相連，該比較器(A1)的輸出用於控制模擬開關(S1)，所述模擬開關(S1)與限流電阻(R1)串聯，模擬開關(S1)的另一端接地，所述電容器(C0)的另一端和所述限流電阻(R1)的另一端分別與信號輸出端相連。
2、 如權利要求1所述的用於檢測和控制信號斜率的電路，其中所 述電阻(Ro)為開關電容等效電阻。
3、 如權利要求2所述的用於檢測和控制信號斜率的電路，其中所 述開關電容等效電阻包括兩個開關(Sqi、 Sq2),兩個兩相不交迭時鐘(CK1、 CK2)以及電容器(Cq),其中，電容器(Cq)的一端接地，另一端連接於所述兩個開關(S1、 S2)之間，並且所述兩相不交迭時鐘(CK1、 CK2)分別控制所述兩個 開關(Sqi、 Sq2)。
4、 '一種使用權利要求1-3中任一項所述的電路對信號斜率進行檢 測的方法，其特徵在於，在電容器(Co)上端施加一個斜率為p的信號，以便使電阻(Ro) 和電容器(Co)的連接點處產生一個和所述斜率p成正比的電壓，其 中，該電壓的值為斜率p、電阻(Ro)的電阻值和電容器(Co)的電容 的乘積，該電壓可用於信號上升斜率的測量和控制。
5、 一種使用權利要求1-3中任一項所述的電路對信號斜率進行控 制的方法，其特徵在於，如果電阻(Ro)和電容器(Co)的連接點處的電壓大於比較器(Ai) 另一輸入電壓，則比較器(Ai)將輸出高電平使得模擬開關(SO接 通，所述輸出信號的電壓通過限流電阻(Ri)洩;改，強制信號的斜率p 下降，直到等於電阻(Ro)和電容器(Co)的連接點處的電壓等於比 較器(Ai)另一輸入電壓為止。
全文摘要
本發明提供一種用於檢測和控制信號斜率的電路及方法，其由電阻、限流電阻、電容器、比較器以及模擬開關組成。其中，電阻與電容器串聯，所述電阻的另一端接地；位於電阻與電容器之間的點的電壓作為比較器的一個輸入，所述比較器的另一個輸入為一個參考電壓，比較器的輸出端與模擬開關相連，該比較器的輸出用於控制模擬開關；所述模擬開關與限流電阻串聯，模擬開關的另一端接地；所述電容器的另一端和所述限流電阻的另一端分別與信號輸出端相連。其中所述與電容器串聯的電阻可用開關電容等效電阻代替。本發明提供的信號斜率檢測和控制電路具有斜率調節方便，輸出信號波形好，佔用晶片面積小等優點，特別適合在集成電路中使用。
文檔編號H03K5/24GK101471646SQ20071017386
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月29日 優先權日2007年12月29日
發明者穎 李, 王光春 申請人:上海貝嶺股份有限公司