CN102693796A - 数字可调电阻及其调节方法 - Google Patents

Abstract

一种数字可调电阻及其调节方法。所述数字可调电阻包括：并联的受控电阻串和调节电阻串，所述受控电阻串通过调整并联的第一电阻的数量以得出所需电阻值的近似值，所述调节电阻串连接所述受控电阻串，用于通过调整串联的第二电阻的数量对所述数字可调电阻的阻值进行调节，以得出所需电阻值。所述调节方法包括：将多个第一电阻并联以得出所需电阻值的近似值；根据所需电阻值和所述所需电阻值的近似值，将多个第二电阻串联以实现对所述数字可调电阻的阻值进行调节；将多个并联的第一电阻与多个串联的第二电阻并联以得出所需电阻值。本发明的数字可调电阻及其调节方法可以实现电阻的小步长、高精度调节。

Description

数字可调电阻及其调节方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种数字可调电阻及其调节方法。

背景技术

许多电路需要良好匹配的电阻器，然而，由于工艺限制，可获得的匹配通常有限。需要良好匹配的电路包括但不仅限于模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）。

为了在电路中获得阻值较小的电阻器，通常会采用将电阻进行并联的方式来调节电阻器的阻值。在公开号为CN101275876A的中国专利中就公开了一种桥臂平衡补偿电阻的设计方法。图1示出了现有技术中可变桥臂平衡补偿电阻的示意图，参考图1，所述可变桥臂平衡补偿电阻50为可变电阻，其由若干个电阻Rmix与若干个串联有MOS开关（MOS Switch）的电阻Rmix并联而成；所述电阻Rmix的阻值为20K欧。

虽然通过将多个电阻与多个串联有MOS开关的电阻并联的方式，可以将大电阻转换为小电阻，但是这种方式下，在实现小步长调节时的精度不够，无法实现对电阻的高精度调节。

因此，如何实现电阻的小步长、精度调节就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种数字可调电阻及其调节方法，以实现电阻的小步长、精度调节。

为解决上述问题，本发明提供一种数字可调电阻，包括：并联的受控电阻串和调节电阻串，所述受控电阻串通过调整并联的第一电阻的数量以得出所需电阻值的近似值，所述调节电阻串连接所述受控电阻串，用于通过调整串联的第二电阻的数量对所述数字可调电阻的阻值进行调节，以得出所需电阻值。

可选地，所述受控电阻串包括多个并联的支路，各个支路分别包括串联的第一电子开关和第一电阻；所述调节电阻串包括多个第二电阻和多个第二电子开关，所述多个第二电阻相互串联，所述第二电子开关用于控制进行串联的第二电阻的数量，当其中一个第二电子开关闭合时，受其控制的相应数量的第二电阻在串联之后与所述受控电路串并联。

可选地，所述第一电子开关与第二电子开关均为MOS开关。

可选地，所述第一电阻的阻值与第一电子开关的阻值的比值大于或等于1000；所述第二电阻的阻值与第二电子开关的阻值的比值大于或等于1000。

可选地，所述第一电阻的阻值等于所述第二电阻的阻值。

可选地，所述受控电阻串包括相互串联的第一子受控电阻串、第二子受控电阻串……第N子受控电阻串，所述第一子受控电阻串、第二子受控电阻串……第N受控电阻串分别包括多个并联的支路，各个支路分别包括相互串联的第一电子开关和第一电阻；

所述调节电阻串包括相互串联的第一子调节电阻串、第二调节电阻串……第N子调节电阻串；所述第一子调节电阻串与所述第一子受控电阻串并联；所述第二子调节电阻串与所述第二子受控电阻串并联……所述第N子调节电阻串与所述第N子受控电阻串并联；其中，N为大于或者等于2的自然数；

所述第一子调节电阻串、第二子调节电阻串……第N子调节电阻串分别包括多个第二电子开关和多个第二电阻，所述多个第二电阻相互串联，所述第二电子开关用于控制进行串联的第二电阻的数量，当其中一个第二电子开关闭合时，受其控制的相应数量的第二电阻在串联之后与对应的子受控电阻串并联。

可选地，当N等于2时，所述第一子受控电阻串中第一电阻的数量大于第N子受控电阻串中第一电阻的数量；所述第一子调节电阻串中第二电阻的数量小于第N子调节电阻串中第二电阻的数量。

可选地，所述第一子受控电阻串中第一电阻的数量为32个，第N子受控电阻串中第一电阻的数量为8个；所述第一子调节电阻串中第二电阻的数量为8个，第N子调节电阻串中第二电阻的数量为32个。

相应地，本发明还提供一种数字可调电阻的调节方法，包括：

将多个第一电阻并联以得出所需电阻值的近似值；

根据所需电阻值和所述所需电阻值的近似值，将多个第二电阻串联以实现对所述数字可调电阻的阻值进行调节；

将多个并联的第一电阻与多个串联的第二电阻并联以得出所需电阻值。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1)本发明的数字可调电阻及其调节方法，通过将多个第一电阻进行并联的受控电阻串来实现所需小电阻阻值的近似值，并且通过将多个第二电阻进行串联的调节电阻串来实现对数字可调电阻的阻值的调节。调节电阻串中的第二电阻串联的数量越多，可以调节的步长越小，从而越可以精确地实现电阻的调节。

2)可选方案中，所述第一电阻的阻值与第一电子开关的阻值的比值大于1000；所述第二电阻的阻值与第二电子开关的阻值的比值大于1000。这样，当第一电子开关与第一电阻串联后，或者第二电子开关与第二电阻串联后，所述第一电子开关或第二电子开关的阻值可以忽略不计，从而大大降低了其对第一电阻和第二电阻的影响，进而提高了最终调节结果的精度。

3）可选方案中，所述受控电子串包括串联的第一子受控电阻串和第N子受控电阻串，所述调节电阻串包括第一子调节电阻串和第N子调节电阻串，其中，所述第一子调节电阻串与第一子受控电阻串并联，所述第N子调节电阻串与第N子受控电阻串并联。通过用四组电阻进行串联或并联的方式，可以用较少的大电阻来实现小电阻的高精度调节，从而大大减少了大电阻的数量，进而减小了占用的芯片面积。

附图说明

图1是现有技术中可变桥臂平衡补偿电阻的示意图；

图2是本发明数字可调电阻的实施例一的示意图；

图3是本发明数字可调电阻的实施例二的示意图；

图4~图5是对图3所示的数字可调电阻的仿真结果。

具体实施方式

在当前集成电路工艺中，直接实现一个欧姆单位的电阻需要占用很大的硅片面积，成本很高；另外普通的MOS开关的导通电阻也很大，在几十欧姆左右，因此，不可能仅仅将一个MOS开关和一个欧姆级别的电阻串联来实现一个小步长的可变电阻。

在现有技术中，为了实现小电阻（几十欧数量级的电阻），可以将数量众多的大电阻进行并联，例如，为了实现20欧的小电阻，可以将100个20K欧的电阻并联。但是这种结构的电阻串的调节精度不够，无法实现对电阻的高精度调节，从而影响了电路的匹配度和性能。

本发明中，数字可调电阻包括受控电阻串和调节电阻串，所述受控电阻串用于得出所需电阻值的近似值，所述调节电阻与所述受控电阻并联，并通过调整串联的第二电阻的数量对所述数字可调电阻的阻值进行调节，以得出所需电阻值。在本发明中，通过调整受控电阻串中并联的第一电阻的数量可以得出所需电阻值的近似值，再通过调节节电串的进一步调节可以得出更为精确的电阻值以满足需求。通过这样的方式实现了电阻的高精度、小步长调节。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

实施例一

图2示出了本发明数字可调电阻的实施例一的示意图。参考图2，所述数字可调电阻包括：受控电阻串10和调节电阻串20。所述受控电阻串10与调节电阻串20并联。

其中，所述受控电阻串10通过调整并联的第一电阻102的数量以得出所需电阻值的近似值。所述调节电阻串20并联于所述受控电阻串10，用于通过调整串联的第二电阻202的数量对所述数字可调电阻的阻值进行调节，以得出所需电阻值。

具体地，在本实施例中，所述受控电阻串10通过多个第一电子开关101来调整并联的第一电阻102的数量，各第一电子开关101分别与一个第一电阻102串联，串联后的第一电子开关101和第一电阻102组成一个支路，各个支路并联后构成所述受控电阻串10。

所述调节电阻串20通过多个第二电子开关201来调整串联的第二电阻202的数量，各第二电子开关201分别与一个第二电阻202串联。

具体地，继续参考图2，将位于调节电阻串20中最右端的第二电子开关201的第二端标识为节点A，将紧邻节点A的第二电子开关201的第二端标识为节点B，将位于调节电阻串20中最左端的第二电子开关201的第二端标识为节点C。将位于调节电阻串20最右端的第二电阻202的第二端标识为节点D，将紧邻节点D左边的第二电阻202的第二端标识为节点E。

所述调节电阻串20中第二电阻202与第二电子开关201的具体连接方式为：各第二电子开关201的第一端相互连接且共同连接至受控电阻串10的第一端；各个第二电子开关201的第二端分别对应连接一个第二电阻202的第一端。各第二电阻202依次串联，也就是将后一个第二电阻202的第一端连接至紧邻的前一个第二电阻202的第二端，依次类推，将最后一个第二电阻202的第二端连接至受控电阻串10的第二端。

具体地，在图2所示的实施例中，位于所述调节电阻串20最右端的第二电阻202的第二端（即节点D）连接至受控电阻串10的第二端。

所述第二电子开关201用于控制进行串联的第二电阻202的数量；当其中一个第二电子开关201闭合时，受其控制的相应数量的第二电阻202在串联之后与所述受控电路串10并联。

在进行每次调节时，只能有一个第二电子开关201被闭合。当与节点A相连的第二电子开关201闭合时，与其相对应的位于调节电阻串20最右端的第二电阻202（即与节点D相连的第二电阻202）与所述受控电阻串10进行并联；当与节点B相连的第二电子开关201闭合时，与节点D相连的第二电阻202和与节点E相连的第二电阻202先进行串联，然后与所述受控电阻串10进行并联；相应地，当与节点C相连的第二电子开关201闭合时，调节电阻串20中的所有第二电阻202均进行串联，然后与所述受控电阻串10进行并联。

在本实施例中，所述第一电子开关101与第二电子开关201均为MOS开关。当然，其不应限制本发明的保护范围，在其他实施例中，也可以采用现有技术中任意一种电子开关来调整并联的第一电阻102的数量或者串联的第二电阻202的数量。

在本实施例中，所述第一电阻102的阻值与第一电子开关101的阻值的比值大于或等于1000。所述第二电阻202的阻值与第二电子开关201的阻值的比值大于或等于1000。

MOS开关的电阻值通常在几十欧的数量级，为了尽可能地减小MOS开关对受控电阻串10的阻值的影响，所述第一电阻102的取值可以在几十千欧的数量级上。这样，相对于第一电阻102而言，所述第一电子开关101的阻值可以忽略不计，从而可以减小第一电子开关101对受控电阻串10的阻值的影响，使得所述受控电阻串10可以更加精确地调整阻值。

类似地，所述第二电阻202的取值也可以在几十千欧的数量级上。在本实施例中，所述第一电阻102的阻值等于所述第二电阻202的阻值，具体地，所述第一电阻102和第二电阻202的阻值可以为10千欧，当然这个取值仅为举例说明，在其他实施例中，也可以根据实际需要选择其他阻值的电阻。

下面结合具体实例来说明本发明数字可调电阻的工作原理。

作为一个具体的例子，首先假定所述受控电阻串10中最大可以并联的第一电阻102的数量为256个，所述调节电阻串20中最大可以串联的第二电阻202的数量为256个。所述第一电阻102和第二电阻202的阻值均为10千欧，第一电子开关101和第二电子开关201的阻值均为10欧，所需产生的小电阻为60欧。

为了实现所需的小电阻（60欧），可以先将受控电阻串10中的一部分第一电阻102进行并联，即将部分第一电子开关101闭合。例如，在该例子中，可以先将166个第一电子开关101闭合，从而实现相应的166个第一电阻102的并联。这样，所述受控电阻串10即获得所需小电阻的近似值（10千欧/166约等于60.24欧）。

然后，再通过调节电阻串20对所述受控电阻串10得出的所需小电阻的近似值（约等于60.24欧）进行精细调节。也就是说，再将调节电阻串20中的一部分第二电阻202串联，然后与受控电阻串10进行并联，以最终得出所需小电阻值60欧。

上述实现小电阻的调节步骤仅为举例说明，在实际操作中，可以进行多次调节，并进行比较，从而选择出最接近所需小电阻的最佳实现方式。

当然，一方面受第一电子开关101和第二电子开关201的影响，另一方面受第一电阻102、第二电阻202的数量的影响，最终得出的电阻值并不能完全等于所需小电阻值60欧。但是与现有技术相比，该实施例所得的电阻值更加精确，其调节精度更高。

发明人通过反复实验验证，在上述举例中，所述数字可调电阻可以实现256步长的调节，调节精度可以达到±0.5LSB，其中LSB在这里指的是电阻的调节步长，换句话说，所述LSB指的是对电阻进行调节时每次可以调节的阻值。也就是说，本实施例中的数字可调电阻的调节精度可以控制在调节步长的一半的范围内。

以上举例仅为方便说明，其不应限制本发明的保护范围，在其他实施例中，可以根据本发明的保护精神做其他简单的修改或者替换。

本实施例中，通过将多个大电阻（第一电阻102）进行并联的受控电阻串10来实现所需小电阻阻值的近似值，然后通过将多个大电阻（第二电阻202）进行串联的调节电阻串20来实现对数字可调电阻的阻值的调节，从而实现了对小电阻的小步长调节，也提高了电阻的调节精度。

实施例二

图3示出了本发明数字可调电阻的实施例二的示意图。参考图3，所述数字可调电阻包括：受控电阻串10和调节电阻串20。所述受控电阻串10与调节电阻串20并联。

与实施例一相比，本实施例的区别在于：所述受控电阻串10包括相互串联的第一子受控电阻串110和第二子受控电阻串120。所述调节电阻串20包括相互串联的第一子调节电阻串210和第二子调节电阻串220。并且，所述第一子受控电阻串110和第一子调节电阻串210并联；所述第二子受控电阻串120和第二子调节电阻串220并联。

具体地，所述第一子受控电阻串110和第二子受控电阻串120分别包括多个并联的支路，各个支路分别包括相互串联的第一电子开关101和第一电阻102。

所述第一子调节电阻串210和第二子调节电阻串220分别包括多个第二电子开关201和多个第二电阻202，所述多个第二电阻202相互串联，所述第二电子开关201用于控制进行串联的第二电阻202的数量，当其中一个第二电子开关201闭合时，受其控制的相应数量的第二电阻202在串联之后与对应的子受控电阻串并联。

具体地，参考图3，当所述第一子调节电阻串210中的一个第二电子开关201闭合时，受其控制的相应数量的第二电阻202在串联之后与所述第一子受控电阻串110并联。

类似地，所述第二子调节电阻串220中的一个第二电子开关201闭合时，受其控制的相应数量的第二电阻202在串联之后与所述第二子受控电阻串120并联。

本实施例中各第二电子开关201与第二电阻202的连接方式与实施例一中的相类似，故在此不再赘述。

较佳地，所述第一子受控电阻串110中第一电阻102的数量大于第二子受控电阻串120中第一电阻102的数量。并且，所述第一子调节电阻串210中第二电阻202的数量小于第二子调节电阻串220中第二电阻202的数量。

在本实施例中，所述第一子受控电阻串110中第一电阻102的数量为32个，第二子受控电阻串120中第一电阻102的数量为8个；所述第一子调节电阻串210中第二电阻202的数量为8个，第二子调节电阻串220中第二电阻202的数量为32个。

在这样的设置下，本实施例的数字可调电阻可以实现256步长的调节，并且所需的电阻的数量大大减少，从而可以减小占用芯片的面积，提高电路的集成性。

采用实施例二的架构实现电阻调节时，首先需要分别调节第一子受控电阻串110和第二子受控电阻串120。通过这两个电阻串中电子开关的闭合得出所需电阻的近似值。具体地，首先根据所需的电阻值分配第一子受控电阻串110的阻值以及第二子受控电阻串120的阻值。然后再分别调节第一子调节电阻串210和第二子调节电阻串220，以实现对数字可调电阻的阻值的精细调节。所述第一子调节电阻串210以及所述第二子调节电阻串220的调节过程与实施例一中的相类似，故在此不再赘述。

通过对这四组电阻串的多次调节可以方便地得出最接近所需电阻值的阻值，从而将最接近的阻值时的调节状态作为最佳实现方式。在本实施例中，只需要四组电阻串中各电阻的串并联即可实现电阻的小步长、高精度的调节。

图4和图5是对图3所示的数字可调电阻的仿真结果。

参考图4，其横坐标表示的是理论单位电阻值，竖坐标表示的是本实施例中数字可调电阻实际输出的单位电阻值。在本实施例中，所述数字可调电阻可实现256个步长的调节，图4横坐标上的刻度40/256表示的是调节40步长时理论上应得出的单位电阻值。

通过图4可以看出本实施例的数字可调电阻可以实现电阻值的线性输出，换句话说，本实施例的数字可调电阻可以实现电阻的精细调节。

参考图5，其横坐标表示的是理论单位电阻值，竖坐标表示的是通过本实施例中数字可调电阻得出的实际电阻值与理论电阻值之间的INL（积分非线性误差）。所述INL是衡量电阻阻值精度的一个重要的参数，指的是输出电阻和理想电阻之间的偏差。

如图5所示，本实施例的数字可调电阻的最大INL（积分非线性误差）在0.06LSB左右。

通常地，可接受的电阻阻值的INL在小于或等于0.5LSB的范围内。而发明人通过模拟仿真得出的图5显示，本实施例的数字可调电阻的INL（0.06LSB左右）远远小于可接受的范围（0.5LSB），从而实现了电阻的高精度调节。也就是说，采用本实施例的数字可调电阻调节出的各个阻值的精度较高。

需要说明的是，虽然图3所示的实施例中，所述受控电阻串仅包括两个子受控电阻串，调节电阻串仅包括两个子调节电阻串；但是本发明对此不做限制，在其他实施例中，所述受控电阻串和调节电阻串还可以包括三个或三个以上的子电阻串。

相应地，本发明还提供了一种数字可调电阻的调节方法。所述方法包括：将多个第一电阻并联以得出所需电阻值的近似值；根据所需电阻值和所述所需电阻值的近似值，将多个第二电阻串联以实现对所述数字可调电阻的阻值进行调节；将多个并联的第一电阻与多个串联的第二电阻并联以得出所需电阻值。

在本发明的方法中，通过将多个第一电阻进行并联以得出所需小电阻阻值的近似值，然后再通过将多个第二电阻串联的方式对数字可调电阻进行精细调节，从而最终得出所需电阻值。第二电阻串联的数量越多，可以调节的步长就越小，从而越能够实现电阻的精细调节。通过本发明的方法可以实现电阻的小步长、精细调节。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种数字可调电阻，其特征在于，包括：并联的受控电阻串和调节电阻串，所述受控电阻串通过调整并联的第一电阻的数量以得出所需电阻值的近似值，所述调节电阻串连接所述受控电阻串，用于通过调整串联的第二电阻的数量对所述数字可调电阻的阻值进行调节，以得出所需电阻值。

2.如权利要求1所述的数字可调电阻，其特征在于，所述受控电阻串包括多个并联的支路，各个支路分别包括串联的第一电子开关和第一电阻；所述调节电阻串包括多个第二电阻和多个第二电子开关，所述多个第二电阻相互串联，所述第二电子开关用于控制进行串联的第二电阻的数量，当其中一个第二电子开关闭合时，受其控制的相应数量的第二电阻在串联之后与所述受控电路串并联。

3.如权利要求2所述的数字可调电阻，其特征在于，所述第一电子开关与第二电子开关均为MOS开关。

4.如权利要求2所述的数字可调电阻，其特征在于，所述第一电阻的阻值与第一电子开关的阻值的比值大于或等于1000；所述第二电阻的阻值与第二电子开关的阻值的比值大于或等于1000。

5.如权利要求2所述的数字可调电阻，其特征在于，所述第一电阻的阻值等于所述第二电阻的阻值。

6.如权利要求1所述的数字可调电阻，其特征在于，所述受控电阻串包括相互串联的第一子受控电阻串、第二子受控电阻串……第N子受控电阻串，所述第一子受控电阻串、第二子受控电阻串……第N受控电阻串分别包括多个并联的支路，各个支路分别包括相互串联的第一电子开关和第一电阻；

所述调节电阻串包括相互串联的第一子调节电阻串、第二调节电阻串……第N子调节电阻串；所述第一子调节电阻串与所述第一子受控电阻串并联；所述第二子调节电阻串与所述第二子受控电阻串并联……所述第N子调节电阻串与所述第N子受控电阻串并联；其中，N为大于或者等于2的自然数；

所述第一子调节电阻串、第二子调节电阻串……第N子调节电阻串分别包括多个第二电子开关和多个第二电阻，所述多个第二电阻相互串联，所述第二电子开关用于控制进行串联的第二电阻的数量，当其中一个第二电子开关闭合时，受其控制的相应数量的第二电阻在串联之后与对应的子受控电阻串并联。

7.如权利要求6所述的数字可调电阻，其特征在于，当N等于2时，所述第一子受控电阻串中第一电阻的数量大于第N子受控电阻串中第一电阻的数量；所述第一子调节电阻串中第二电阻的数量小于第N子调节电阻串中第二电阻的数量。

8.如权利要求7所述的数字可调电阻，其特征在于，所述第一子受控电阻串中第一电阻的数量为32个，第N子受控电阻串中第一电阻的数量为8个；所述第一子调节电阻串中第二电阻的数量为8个，第N子调节电阻串中第二电阻的数量为32个。

9.一种如权利要求1所述的数字可调电阻的调节方法，其特征在于，包括：

将多个第一电阻并联以得出所需电阻值的近似值；

根据所需电阻值和所述所需电阻值的近似值，将多个第二电阻串联以实现对所述数字可调电阻的阻值进行调节；

将多个并联的第一电阻与多个串联的第二电阻并联以得出所需电阻值。

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