CN101166021B - 可提供可变电阻值的控制电阻电路以及滤波电路 - Google Patents

可提供可变电阻值的控制电阻电路以及滤波电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可提供可变电阻值的可控制电阻电路以及滤波电路，可控制电阻电路包括晶体管、电容器、充电单元(Charging Unit)与放电单元(Discharging Unit)。晶体管可提供以连续形式变化的可变电阻值。充电单元与放电单元是用以在不同周期(Period)内分别对电容器进行充电与放电。所以电容器可在其放电周期内提供可变电压值，其中可变电压值是以连续平滑的形式变化，用来控制晶体管的等效电阻值(Equivalent Resistance)。因此，本发明提供的可控制电阻电路可以提供并控制可变电阻值以连续且平滑的形式变化。当本发明提供的可控制电阻电路用于滤波电路时，可快速消除直流偏移量并提供平滑的频率响应。

Description

可提供可变电阻值的控制电阻电路以及滤波电路
技术领域
本发明涉及一种可控制电阻电路(Controllable Resistive Circuit)，尤其是指一种控制可变电阻值连续变化的可控制电阻电路及滤波电路。
背景技术
现有的电阻电路(Resistive Circuit)可通过并联多个具有固定电阻值的电阻器来达成。这些电阻器的总等效电阻值可通过控制多个开关组件的开启/闭合(on/off)状态来调整，开关组件连接于并联的电阻器之间。因此，电阻电路的等效电阻是可变的。电阻电路通常用于直流偏移消除电路(DC OffsetCancellation Circuit)的可切换RC滤波器(Switchable RC Filter)中，用以提供可变电阻值。然而，由现有技术提供的电阻电路中，多个并联电阻器形成的可变电阻总值并不是以连续的形式来变化，而是以非连续的形式来变化。可切换RC滤波器的非连续变化电阻值会导致不良的频率响应(FrequencyResponse)与较长的瞬变过程时间(Transient Time)。所以，具有非连续变化电阻值的可切换RC滤波器无法可靠地消除直流偏移。
因此，有必要提出一种可靠的可控制电阻电路(Controllable ResistiveCircuit)，用以提供以连续且平滑的形式变化的可控制可变电阻值。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种可提供可变电阻值的可控制电阻电路，以提供以连续形式变化的可控制可变电阻值。
本发明的另一目的在于提供一种可控制电阻电路，其具有连续且平滑的频率响应用以消除直流偏移，可控制电阻电路主要是应用于滤波电路(Filtering Circuit)中。
本发明提供一种可提供可变电阻值的可控制电阻电路。其包括晶体管、电容器、充电单元(Charging Unit)与放电单元(Discharging Unit)。晶体管可提供可变电阻值，控制可变电阻值以连续形式变化。充电单元与放电单元用以在不同周期(Period)内分别对电容器进行充电与放电。所以电容器可在其放电周期内控制的可变电压值，以提供连续且以平滑形式变化的可变电压值，可变电压值可用来控制晶体管的等效电阻值(Equivalent Resistance)。因此，本发明提供的可控制电阻电路适用于任何需要可受控并以连续形式变化的可变电阻值的电路，例如：用以消除直流偏移的高通滤波器(High PassFilter)。
本发明提供一种可提供可变电阻值的可控制电阻电路，包括：第一晶体管，具有第一端子、第二端子与第三端子；电容器，具有第一端和第二端，第一端连接至第一晶体管的第一端子以及第二端连接至参考节点；充电单元，用以在第一周期内对电容器进行充电；以及放电单元，用以在第二周期内对电容器进行放电；其中可控制电阻电路的可变电阻值是由第一晶体管的第二端子与第三端子之间的等效电阻值来决定。
本发明提供一种电阻电路，用以提供可变电阻值，电阻电路包括：第一晶体管，具有第一端子、第二端子与第三端子；电容器，具有连接至第一晶体管的第一端子的第一端以及连接至接地端的第二端；电阻器，具有第三端以及第四端，第三端连接至第一晶体管的第一端子；第二晶体管，具有第四端子、连接至稳定电压供应端的第五端子及连接至第一晶体管的第一端子的第六端子；第三晶体管，具有连接至第二晶体管的第四端子的第七端子、连接至电阻器的第四端的第八端子、以及第九端子；第一电压源，具有连接至第一晶体管的第三端子的第五端以及连接至接地端的第六端；以及第二电压源，具有连接至第三晶体管的第九端子的第七端以及连接至接地端的第八端；其中可变电阻值是由第一晶体管的第二端子与第三端子之间的等效电阻值来决定。
本发明提供一种滤波电路，用以提供可变电阻电容时间常数，所述的滤波电路包括：第一电容器，具有用以接收输入信号的第一端，及用以输出输出信号的第二端；第一晶体管，具有第一端子、连接至第一电容器的第二端的第二端子、及连接至接地端的第三端子；第二电容器，具有连接至第一晶体管的第一端子的第三端、及连接至接地端的第四端；充电单元，用以在第一周期内对第二电容器进行充电；以及放电单元，用以在第二周期内对第二电容器进行放电；其中滤波电路的可变电阻电容时间常数是由第一晶体管的第二端子与第三端子之间的等效电阻值来决定。
本发明提供的可控制电阻电路可以提供并控制可变电阻值以连续且平滑的形式变化。当本发明提供的可控制电阻电路用于滤波电路时，可快速消除直流偏移量并提供平滑的频率响应。
附图说明
图1是本发明可控制电阻电路的第一实施例的电路架构示意图。
图2是本发明可控制电阻电路的第二实施例的电路架构示意图。
图3是本发明可控制电阻电路的第三实施例的电路架构示意图。
图4是本发明提供的可控制电阻电路的高通滤波器的频率响应示意图。
图5是本发明提供的可控制电阻电路的高通滤波器的-3dB频宽变化示意图。
图6是本发明提供的可控制电阻电路的高通滤波器的瞬态响应示意图。
具体实施方式
请参阅图1，是依据本发明提供的可控制电阻电路的第一实施例的电路架构示意图。可控制电阻电路1包含晶体管10、电容器14、充电单元16与放电单元18。晶体管10为N型金属氧化物半导体场效应管(N-channelMetal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOSFET)。晶体管10用以在节点120与节点150之间提供可变电阻值，即可变电阻值是提供于晶体管10的漏极(Drain)与源极(Source)之间，且控制此可变电阻值以连续且平滑的形式变化。晶体管10的栅极(Gate)与电容器14的第一端连接，并连接于节点140。电容器14的第二端连接到接地端160，并连接于节点150。偏压电压值(Bias Voltage)(图中未示)提供至节点150上用以调整电容器14的第二端的电压。节点150可被视为参考节点(Reference Node)，用以提供参考电压(Reference Voltage)。虽然在此实施例中，以N型金属氧化物半导体场效应管来实现晶体管10，然而也可以用其它类型的晶体管来实现晶体管10，例如：P型金属氧化物半导体场效应管(P-channel Metal-OxideSemiconductor Field-Effect Transistor，PMOSFET)或双极型晶体管(BipolarJunction Transistor，BJT)。
充电单元16与放电单元18分别用于对电容器14进行充电与放电。开关(Switch)11连接于充电单元16与节点140之间，而开关13连接于放电单元18与节点140之间。当开关11呈闭路状态且开关13呈开路状态时，充电单元16对电容器14进行充电；反之，当开关13呈闭路状态且开关11呈开路状态时，放电单元18对电容器14进行放电。电容器14的充电周期与放电周期彼此不重叠。然而，在其它实施方式中，只要节点140的电压的上升与下降可被连续地控制，则充电单元16与放电单元18可同时被开启或关断。所以电容器14可在晶体管10的栅极上提供可变电压值，此可变电压值以连续且平滑的形式变化。因此，晶体管10的漏极(drain)与源极(source)间的等效电阻值可根据晶体管10的栅极上的可变电压值而产生连续的变化。充电单元16与放电单元18可为电流源(Current Source)或其它形式的电源以实现充电与放电操作。
在此实施例中，电容器12的第一端连接至节点110，且电容器12的第二端与晶体管10的漏极连接，并连接至节点120。电容器12与晶体管10的组合可在节点110与节点120之间提供高通滤波器。此高通滤波器可提供可变电阻电容时间常数(Variable Resistance-Capacitance(RC)Time Constant)，通过晶体管10的等效电阻的连续变化，控制可变电阻电容时间常数以连续且平滑的形式变化。因此，高通滤波器可提供受控为以连续且平滑的形式变化的可变-3dB频宽(Variable-3dB Bandwidth)。
请参阅图2，是本发明可控制电阻电路的第二实施例的电路架构示意图。可控制电阻电路2包含晶体管20、电容器24、充电单元26与放电单元27。可控制电阻电路2的电路架构与上述可控制电阻电路1相类似，不同之处在于以晶体管来实现可控制电阻电路2的充电单元26与放电单元27。
充电单元26与放电单元27分别用于对电容器24进行充电与放电。充电单元26是P型金属氧化物半导体场效应管，而放电单元27是N型金属氧化物半导体场效应管。充电单元26的P型金属氧化物半导体场效应管的源极连接至稳定电压供应端Vdd230，而放电单元27的N型金属氧化物半导体场效应管的漏极则连接至接地端260。充电单元26与放电单元27在节点270与节点240之间构成互补金属氧化物场效应管(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)反相器(Inverter)。节点270提供电压Vi1至充电单元26与放电单元27的栅极。当电压Vi1为低电平(逻辑-0)时，充电单元26的通道被导通，与此同时，放电单元27的通道会被断开。相反地，当电压Vi1为高电平(逻辑-1)时，放电单元27的通道被导通，与此同时，充电单元26的通道会被断开。如此，当充电单元26的通道被导通而放电单元27的通道被关断时，充电单元26对电容器24进行充电；反之，当放电单元27的通道被导通而充电单元26的通道被断开时，放电单元27对电容器24进行放电。电容器24的充电周期与放电周期彼此不重叠。所以电容器24可在其放电周期内在节点240上对晶体管20的栅极提供可变电压值Vo1，此可变电压值Vo1是以连续且平滑的形式变化。因此，晶体管20的漏极与源极间的等效电阻值可根据晶体管20的栅极上的可变电压值而产生连续的变化。
在本发明提供的第二实施例中，电容器22的第一端连接至节点210，且电容器22的第二端与晶体管20的漏极和节点220相连接。电容器22与晶体管20的组合可在节点210与节点220之间提供高通滤波器。由于晶体管20具有连续变化的等效电阻，此高通滤波器可提供可变电阻电容时间常数，可变电阻电容时间常数以连续且平滑的形式变化。因此，高通滤波器可提供受控且以连续平滑形式变化的可变-3dB频宽。
请参阅图3，是本发明可控制电阻电路的第三实施例的电路架构示意图。可控制电阻电路3包含晶体管30、电容器34、充电单元36与放电单元37。可控制电阻电路3的电路架构与上述可控制电阻电路2相类似。然而，可控制电阻电路3还包含电源(Power Source)31连接至晶体管30的源极，电源33连接至放电单元37的晶体管的源极。电压Vo2被提供至晶体管30的栅极上。在电容器34的充电期间或放电期间控制电压Vo2，而使其产生变化。电源33提供稳定电压至放电单元37的晶体管的源极。电源33所提供的稳定电压是用来决定节点340上电压Vo2的最小电压值，用以调整晶体管30的电阻值。电源31耦合至电源33，用以调整晶体管30的栅极与源极的电位差(VGS)。
在本发明提供的第三实施例中，电容器32的第一端连接至节点310，且电容器32的第二端与晶体管30的漏极以及节点320连接。电容器32与晶体管30的组合可在节点310与节点320之间提供高通滤波器。由于晶体管30的等效电阻的连续变化，此高通滤波器可提供可变电阻电容时间常数，此可变电阻电容时间常数以连续的形式变化。因此，高通滤波器可提供可变-3dB频宽，此可变-3dB频宽是以连续且平滑的形式变化。
请参阅图4，是采用本发明提供的可控制电阻电路的高通滤波器的频率响应示意图。可控制电阻电路的等效电阻根据提供至晶体管栅极上的偏压电压值的变化而改变。高通滤波器的频率响应特性根据可控制电阻电路的等效电阻而变化。因此，高通滤波器可利用其连续变化的频率响应特性来逐渐消除直流偏移(DC Offset)。
请参阅图5，是采用本发明提供的可控制电阻电路的高通滤波器的-3dB频宽变化示意图。因为可控制电阻电路的晶体管提供了一个平滑变化的电阻值，所以高通滤波器可提供平滑变化的-3dB频宽以消除直流偏移。请参阅图6，是采用本发明提供可控制电阻电路的高通滤波器的瞬态响应(TransientResponse)示意图。因为高通滤波器具有平滑变化的-3dB频宽的频率响应，所以高通滤波器可在极短时间内(约3微秒)消除直流偏移。
采用本发明提供的可控制电阻电路可获得一个可变电阻值。此可变电阻值可用于滤波电路用以消除直流偏移，例如：高通滤波器。使用本发明提供的可控制电阻电路的高通滤波器可具有平滑的-3dB频宽的频率响应，并可快速消除直流偏移。
因此，本发明提供的可控制电阻电路可提供可变电阻值，并控制此可变电压值以确保其以连续且平滑的形式变化。当本发明的可控制电阻电路用于滤波电路时，可快速消除直流偏移量并提供平滑的频率响应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡根据本发明所做的均等变化与修饰，都属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种可提供可变电阻值的可控制电阻电路，其特征在于，该可提供可变电阻值的可控制电阻电路包括：
第一晶体管，具有第一端子、第二端子与第三端子；
电容器，具有第一端和第二端，所述的第一端连接至所述的第一晶体管的第一端子以及所述的第二端连接至参考节点；
充电单元，用以在第一周期内对所述的电容器进行充电；以及
放电单元，用以在第二周期内对所述的电容器进行放电；
其中所述的可控制电阻电路的可变电阻值是由所述的第一晶体管的第二端子与第三端子之间的等效电阻值来决定。
2.如权利要求1所述的可提供可变电阻值的可控制电阻电路，其特征在于，所述的参考节点具有关于所述的第一晶体管的第三端子的偏压电压值。
3.如权利要求1所述的可提供可变电阻值的可控制电阻电路，其特征在于，所述的第一晶体管是金属氧化物半导体场效应管，所述的第一晶体管的第一端子为栅极、所述的第一晶体管的第二端子为漏极以及所述的第一晶体管的第三端子为源极。
4.如权利要求1所述的可提供可变电阻值的可控制电阻电路，其特征在于，所述的充电单元是具有第一开关的第一电流源，所述的放电单元是具有第二开关的第二电流源；在所述的第一周期内，所述的第一开关呈闭路状态且所述的第二开关呈开路状态，以及在所述的第二周期内，所述的第二开关呈闭路状态且所述的第一开关呈开路状态。
5.如权利要求1所述的可提供可变电阻值的可控制电阻电路，其特征在于，所述的充电单元包括：
第二晶体管，具有第四端子、连接至稳定电压供应端的第五端子和连接至所述的第一晶体管的第一端子的第六端子，以及
所述的放电单元包括第三晶体管与电阻器，所述的第三晶体管具有连接至所述的第二晶体管的第四端子的第七端子、连接至所述的电阻器的第一端的第八端子和连接至所述的电容器的第二端的第九端子，所述的电阻器还包括连接至所述的第一晶体管的第一端子的第二端。
6.如权利要求5所述的可提供可变电阻值的可控制电阻电路，其特征在于，所述的第二晶体管是P型金属氧化物半导体场效应管；以及所述的第三晶体管是N型金属氧化物半导体场效应管；其中所述的第二晶体管的第四端子为栅极、所述的第二晶体管的第五端子为源极以及所述的第二晶体管的第六端子为漏极，所述的第三晶体管的第七端子为栅极、所述的第三晶体管的第八端子为漏极以及所述的第三晶体管的第九端子为源极。
7.如权利要求1所述的可提供可变电阻值的可控制电阻电路，其特征在于，所述的电容器的第二端与所述的第一晶体管的第三端子均连接至接地端。
8.如权利要求1所述的可提供可变电阻值的可控制电阻电路，其特征在于，所述的第一周期与所述的第二周期彼此不重叠。
9.一种电阻电路，用以提供可变电阻值，其特征在于，该电阻电路包括：
第一晶体管，具有第一端子、第二端子与第三端子；
电容器，具有连接至所述的第一晶体管的第一端子的第一端以及连接至接地端的第二端；
电阻器，具有第三端以及第四端，所述的第三端连接至所述的第一晶体管的第一端子；
第二晶体管，具有第四端子、连接至稳定电压供应端的第五端子及连接至所述的第一晶体管的第一端子的第六端子；
第三晶体管，具有连接至所述的第二晶体管的第四端子的第七端子、连接至所述的电阻器的第四端的第八端子、以及第九端子；
第一电压源，具有连接至所述的第一晶体管的第三端子的第五端以及连接至所述的接地端的第六端；以及
第二电压源，具有连接至所述的第三晶体管的第九端子的第七端以及连接至所述的接地端的第八端；
其中所述的可变电阻值是由所述的第一晶体管的第二端子与第三端子之间的等效电阻值来决定。
10.如权利要求9所述的电阻电路，其特征在于，所述的第一晶体管是金属氧化物半导体场效应管，该第一晶体管的第一端子为栅极、该第一晶体管的第二端子为漏极以及该第一晶体管的第三端子为源极。
11.如权利要求9所述的电阻电路，其特征在于，所述的第二晶体管是P型金属氧化物半导体场效应管；以及所述的第三晶体管是N型金属氧化物半导体场效应管，其中所述的第二晶体管的第四端子为栅极、所述的第二晶体管的第五端子为源极以及所述的第二晶体管的第六端子为漏极，所述的第三晶体管的第七端子为栅极、所述的第三晶体管的第八端子为漏极以及所述的第三晶体管的第九端子为源极。
12.一种滤波电路，用以提供可变电阻电容时间常数，其特征在于，该滤波电路包括：
第一电容器，具有用以接收输入信号的第一端，及用以输出输出信号的第二端；
第一晶体管，具有第一端子、连接至所述的第一电容器的第二端的第二端子、及连接至接地端的第三端子；
第二电容器，具有连接至所述的第一晶体管的第一端子的第三端、及连接至所述的接地端的第四端；
充电单元，用以在第一周期内对所述的第二电容器进行充电；以及
放电单元，用以在第二周期内对所述的第二电容器进行放电；
其中所述的滤波电路的可变电阻电容时间常数是由所述的第一晶体管的第二端子与第三端子之间的等效电阻值来决定。
13.如权利要求12所述的滤波电路，其特征在于，所述的第一晶体管是金属氧化物半导体场效应管，所述的第一晶体管的第一端子为栅极、所述的第一晶体管的第二端子为漏极以及所述的第一晶体管的第三端子为源极。
14.如权利要求12所述的滤波电路，其特征在于，所述的充电单元包括第二晶体管，具有第四端子、连接至稳定电压供应端的第五端子及连接至所述的第一晶体管的第一端子的第六端子；以及
所述的放电单元包括第三晶体管与电阻器，所述的第三晶体管具有连接至所述的第二晶体管的第四端子的第七端子、连接至所述的电阻器的第一端的第八端子，及连接至所述的第二电容器的第四端的第九端子，所述的电阻器还包括连接至所述的第一晶体管的第一端子的第二端。
15.如权利要求14所述的滤波电路，其特征在于，所述的第二晶体管是P型金属氧化物半导体场效应管；以及所述的第三晶体管是N型金属氧化物半导体场效应管，其中所述的第二晶体管的第四端子为栅极，所述的第二晶体管的第五端子为源极，所述的第二晶体管的第六端子为漏极，所述的第三晶体管的第七端子为栅极，所述的第三晶体管的第八端子为漏极，所述的第三晶体管的第九端子为源极。
16.如权利要求12所述的滤波电路，其特征在于，所述的第一周期与所述的第二周期彼此不重叠。
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