CN101471646B - 一种用于检测和控制信号斜率的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于检测和控制信号斜率的电路及方法，其由电阻、限流电阻、电容器、比较器以及模拟开关组成。其中，电阻与电容器串联，所述电阻的另一端接地；位于电阻与电容器之间的点的电压作为比较器的一个输入，所述比较器的另一个输入为一个参考电压，比较器的输出端与模拟开关相连，该比较器的输出用于控制模拟开关；所述模拟开关与限流电阻串联，模拟开关的另一端接地；所述电容器的另一端和所述限流电阻的另一端分别与信号输出端相连。其中所述与电容器串联的电阻可用开关电容等效电阻代替。本发明提供的信号斜率检测和控制电路具有斜率调节方便，输出信号波形好，占用芯片面积小等优点，特别适合在集成电路中使用。

Description

一种用于检测和控制信号斜率的电路及方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测和控制信号斜率的电路及方法。

背景技术

电路设计尤其在集成电路设计中，有时出于某种需要，希望对一个信号的上升时间或速率进行控制。现有技术一般采用的是先利用模拟数字转换器对信号进行采样，再通过数字电路计算其斜率，然后对信号波形进行修正的方法，这种方法的缺点是速度较慢，消耗资源较多。此外也经常采用一些纯模拟电路的方法。但用这些方法获得的斜率精度往往非常差，受工艺参数影响大，而且由于斜率和电路参数之间缺乏明确的公式指导，使得斜率的调节也变得较为困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有方案存在的问题，提出一种简单的模拟电路来实现信号斜率的检测和控制，并提出一种用上述电路对信号斜率进行检测和控制的方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于检测和控制信号斜率的电路，所述信号斜率检测和控制电路由电阻、限流电阻、第一电容器、比较器以及模拟开关组成；其中，电阻与第一电容器串联，所述电阻的另一端接地，位于电阻与第一电容器之间的点的电压作为比较器的一个输入，所述比较器的另一个输入为一个参考电压，比较器的输出端与模拟开关相连，该比较器的输出用于控制模拟开关，所述模拟开关与限流电阻串联，模拟开关的另一端接地，所述第一电容器的另一端和所述限流电阻的另一端分别与信号输出端相连，如果电阻和第一电容器的连接点处的电压大于比较器另一输入电压，则比较器将输出高电平使得模拟开关接通，所述输出信号的电压通过限流电阻泄放，强制信号的斜率p下降，直到等于电阻和第一电容器的连接点处的电压等于比较器另一输入电压为止。

在本发明的用于检测和控制信号斜率的电路中，所述电阻为开关电容等效电阻；所述开关电容等效电阻包括两个开关，两个两相不交迭时钟以及第二电容器，其中，第二电容器的一端接地，另一端连接于所述两个开关之间，并且所述两相不交迭时钟分别控制所述两个开关。

此外，本发明还提供一种使用上述电路对信号斜率进行检测和控制的方法。在第一电容器上端施加一个斜率为p的信号，以便使电阻和第一电容器的连接点处产生一个和所述斜率p成正比的电压，其中，该电压的值为斜率p、电阻的电阻值和第一电容器的电容的乘积。

本发明提供的信号斜率检测和控制电路具有斜率调节方便，输出信号波形好，占用芯片面积小等优点，特别适合在集成电路中使用。

附图说明

图1为本发明的信号斜率检测和控制电路的结构示意图；

图2为开关电容等效电阻的原理图；

图3为如图2所示的两个时钟的时序图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图详细描述本发明。

本发明的用于检测和控制信号斜率的电路利用电阻和电容器串联的电路实现信号上升速率的检测和控制。图1为本发明的信号斜率检测和控制电路的结构示意图。

如图1所示，信号源Vs和内阻Rs串联，用来模拟原始信号，该原始信号的最终幅值为V₁，且一般具有一个较高的上升速率。电阻R₀与电容器C₀串联，且比较器A₁的一输入端连接到电容器C₀和电阻R₀之间，如点Q所示，Q点处的电压作为比较器A₁的一输入电压，所述比较器A₁的另一个输入为一个参考电压Vref，比较器A₁的输出端与模拟开关S₁相连，且该比较器A₁的输出用于控制模拟开关S₁，当输出为高电平时，开关S₁接通；当输出为低电平时，开关S₁断开。所述模拟开关S₁与电阻R₁串联，所述电阻R₁的作用为限流。所述电阻R₀、限流电阻R₁、电容器C₀、比较器A₁以及模拟开关S₁组成斜率检测控制电路。

图1所示的本发明的工作原理描述如下：当没有由电阻R₀、限流电阻R₁、电容器C₀、比较器A₁以及模拟开关S₁所组成的斜率检测控制电路时，输出信号V_OUT一般会以一个较快的速率p(V/s)上升，将在电容器C₀上产生大小为p*C(C为电容器C₀的电容)的稳态电流I_RC，由于电阻R₀和电容器C₀串联，所以该电流将在电阻R₀上产生大小为R₀*IRC＝R₀*p*C的压降，所以Q点电位V_Q＝I_RC*R₀＝p*C₀*R₀。由此可知，Q点的电位和输出信号的斜率成正比，因此可以用Q点的电位来检测所述斜率，进而进行控制。

如果Q点的电位V_Q大于所述参考电压Vref，即V_Q＞Vref，也即p＞[Vref/(C₀*R₀)]，则比较器A₁将输出高电平使得模拟开关S₁接通，V_OUT通过限流电阻R₁泄放，强制所述信号输出上升速率下降，直到p＝[Vref/(C₀*R₀)]为止，即V_Q等于Vref时为止。

由于输出信号斜率和图1所示电路的参数之间存在着如上所述的简单关系，即p＝[Vref/(C₀*R₀)]，所以如果要把输出信号斜率限制在某个特定值p0，则只要简单设定电阻R₀、电容器C₀和参考电压Vref这三个参数，使得p0＝[Vref/(C₀*R₀)]就可以了。

然而，上述电路在集成电路上实现时还会碰到一个问题，就是在实现较低的信号输出速率时，电阻R₀可能需要较高的阻值，根据需要这个阻值甚至要求达到几百至上千兆欧姆，这样大的电阻占用的芯片面积在实践中是完全无法让人接受的。另外，在阻值可以接受的范围内，电阻的精度往往也比较差。因此，本发明的另一个实施方式进一步提出一种可以用开关电容等效电阻来实现所需要的电阻，以达到提高精度和节省芯片面积的目的。

为解决这个问题，在电阻的具体实现方式上，本发明提出可以采用开关电容等效电阻来取代图1中的电阻R₀。开关电容等效电阻的原理图如图2所示。

如图2所示，图2为开关电容等效电阻的原理图，包括两个开关Sq₁和Sq₂，两个两相不交迭时钟CK1和CK2以及电容器Cq。图3为图2所示的时钟CK1和CK2的时序图。电容器Cq的一端接地，另一端连接于所述两个开关Sq₁和Sq₂之间，所述两相不交迭时钟CK1和CK2分别控制开关Sq₁、Sq₂。将时钟频率设为Fs，则等效电阻的阻值Req＝1/(Fs*Cq)。因此，从该阻值公式可知，只要提供一个合适的电容Cq和时钟频率Fs就可以实现一个具有几乎任意大的阻值并且精度也符合要求的电阻。

另外，本领域的技术人员可以理解本发明的所述开关电容等效电阻的具体实现形式不受图2所示结构的限制。

对本领域的技术人员来说，本发明可以做出各种不同的修改。只要这些修改落入附加的权利要求书范围内，本发明将覆盖这些修改。

Claims (4)

1.一种用于检测和控制信号斜率的电路，其特征在于，

所述信号斜率检测和控制电路由电阻(R₀)、限流电阻(R₁)、第一电容器(C₀)、比较器(A₁)以及模拟开关(S₁)组成；

其中，电阻(R₀)与第一电容器(C₀)串联，所述电阻(R₀)的另一端接地，

位于电阻(R₀)与第一电容器(C₀)之间的点的电压作为比较器(A₁)的一个输入，所述比较器(A₁)的另一个输入为一个参考电压(Vref)，比较器(A₁)的输出端与模拟开关(S₁)相连，该比较器(A₁)的输出用于控制模拟开关(S₁)，

所述模拟开关(S₁)与限流电阻(R₁)串联，模拟开关(S₁)的另一端接地，

所述第一电容器(C₀)的另一端和所述限流电阻(R₁)的另一端分别与信号输出端相连，

如果电阻(R₀)和第一电容器(C₀)的连接点处的电压大于比较器(A₁)另一输入电压，则比较器(A₁)将输出高电平使得模拟开关(S₁)接通，所述输出信号的电压通过限流电阻(R₁)泄放，强制信号的斜率p下降，直到等于电阻(R₀)和第一电容器(C₀)的连接点处的电压等于比较器(A₁)另一输入电压为止。

2.如权利要求1所述的用于检测和控制信号斜率的电路，其中所述电阻(R₀)为开关电容等效电阻。

3.如权利要求2所述的用于检测和控制信号斜率的电路，其中所述开关电容等效电阻包括两个开关(Sq₁、Sq₂)，两个两相不交迭时钟(CK1、CK2)以及第二电容器(Cq)，

其中，第二电容器(Cq)的一端接地，另一端连接于所述两个开关(S1、S2)之间，并且所述两相不交迭时钟(CK1、CK2)分别控制所述两个开关(Sq₁、Sq₂)。

4.一种使用权利要求1-3中任一项所述的电路对信号斜率进行检测的方法，其特征在于，

在第一电容器(C₀)上端施加一个斜率为p的信号，以便使电阻(R₀)和第一电容器(C₀)的连接点处产生一个和所述斜率p成正比的电压，其中，该电压的值为斜率p、电阻(R₀)的电阻值和第一电容器(C₀)的电容的乘积，该电压可用于信号上升斜率的测量和控制。

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