CN103873066B - 平方根压缩电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种平方根压缩电路，采用本发明提出的平方根压缩电路能够对输入的电压信号进行压缩处理，并由电压输出端输出，从而能够将具有较大动态范围的信号进行平方根压缩，使得经过电子设备处理后，强信号部分能够完全表现的同时，弱信号部分也能得到充分表现，并且其工艺与CMOS工艺兼容，便于生产和实现。

Description

平方根压缩电路
技术领域
本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种平方根压缩电路。
背景技术
通常，很多信号具有较大的动态范围，尤其如交响乐等场面宏大的音频信号。而电子电路或设备对输入信号往往只有有限的响应能力，比如模拟数字转换器（ADC）。ADC的分辨率是有限的，它对小于其量化阶的信号幅度没有响应。因此有必要将这些信号预先进行非线性压缩，即将信号的强弱部分进行非均匀变换，或者更清楚地说，将强信号部分进行相对缩小而将弱信号部分进行相对放大处理。当然经过这样处理的信号必然是失真的，不过经过后续相反的非线性扩展即可无失真地还原原始信号。关于扩展电路细节不在此处涉及。
目前的压缩电路一般基于双极工艺中三极管的集电极电流与基极射极电压差之间的近似指数关系进行对数压缩。但是这些电路在主流的CMOS工艺中难以实现。而本发明所提出的平方根压缩电路则是基于CMOS工艺中MOSFET的漏极电流与栅极源极电压差之间的平方关系，因此完全可以在目前主流的CMOS工艺中实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平方根压缩电路，能够将具有较大动态范围的信号进行平方根压缩，使得经过电子设备处理后，强信号部分能够完全表现的同时，弱信号部分也能得到充分表现。
为了实现上述目的，本发明提出了一种平方根压缩电路，包括：电压输入端、电流镜像单元、电阻、电流电压转换单元以及电压输出端，其中，所述电压输入端、电阻、电流电压转换单元均与所述电流镜像单元相连，所述电压输出端与所述电流电压转换单元相连。
进一步的，所述平方根压缩电路还包括输入跟随器和输出跟随器，所述输入跟随器连接在所述电压输入端和电流镜像单元之间，所述输出跟随器连接在所述电压输出端与所述电流电压转换单元之间。
进一步的，所述电流镜像单元包括第一P型MOS管和第二P型MOS管，并分别将两者的源极和栅极相接。
进一步的，所述输入跟随器为一放大器，将所述输入跟随器的输出端与所述第一P型MOS管的栅极相连，将所述输入跟随器的正输入端与所述第一P型MOS管的漏极相连，所述输入跟随器的负输入端作为电压输入端。
进一步的，所述电流电压转换单元为一N型MOS管，所述N型MOS管的源极接地，将所述N型MOS管的栅极和漏极短接，并将所述N型MOS管的漏极与所述第二P型MOS管的漏极相连。
进一步的，所述输出跟随器为一放大器，所述输出跟随器的正输入端与所述N型MOS管的栅极相连，将所述输出跟随器的负输入端和输出端短接作为电压输出端。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：采用本发明提出的平方根压缩电路能够对输入的电压信号进行压缩处理，并由电压输出端输出，从而能够将具有较大动态范围的信号进行平方根压缩，使得经过电子设备处理后，强信号部分能够完全表现的同时，弱信号部分也能得到充分表现，并且其工艺与CMOS工艺兼容，便于生产和实现。
附图说明
图1为本发明一实施例中平方根压缩电路的电路示意图；
图2为本发明一实施例中未压缩电压信号和压缩后电压信号的曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的平方根压缩电路进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，在本实施例中，提出了一种平方根压缩电路，包括：电压输入端IN、电流镜像单元、电阻R、电流电压转换单元以及电压输出端OUT，其中，所述电压输入端IN、电阻R、电流电压转换单元均与所述电流镜像单元相连，所述电压输出端OUT与所述电流电压转换单元相连。
在本实施例中，所述平方根压缩电路还包括输入跟随器AMP1和输出跟随器AMP2，所述输入跟随器AMP1连接在所述电压输入端IN和电流镜像单元之间，所述输出跟随器AMP2连接在所述电压输出端OUT与所述电流电压转换单元之间。
在本实施例中，所述电流镜像单元包括第一P型MOS管MP1和第二P型MOS管MP2，并分别将两者的源极和栅极相接。
在本实施例中，所述输入跟随器AMP1为一放大器，将所述输入跟随器AMP1的输出端与所述第一P型MOS管MP1的栅极相连，将所述输入跟随器AMP1的正输入端与所述第一P型MOS管MP1的漏极相连，所述输入跟随器AMP1的负输入端作为电压输入端IN。
在本实施例中，所述电流电压转换单元为一N型MOS管MN1，所述N型MOS管MN1的源极接地，将所述N型MOS管MN1的栅极和漏极短接，并将所述N型MOS管MN1的漏极与所述第二P型MOS管MP2的漏极相连。
所述输出跟随器AMP2为一放大器，所述输出跟随器AMP2的正输入端与所述N型MOS管MN1的栅极相连，将所述输出跟随器AMP2的负输入端和输出端短接作为电压输出端OUT。
由于所述输入跟随器AMP1、第一P型MOS管MP1和电阻R组成了电压跟随单元，因此可以得出A点的电压VA和输入电压VIN之间的关系：
VA=VIN （1）
从而可以得出第一P型MOS管MP1的漏极电流i1：
i1=VA/R （2）
由于第一P型MOS管MP1和第二P型MOS管MP2组成了电流镜像单元，因此，可以得到第二P型MOS管MP2的漏极电流i2：
i2=i1 （3）
由MOS管在饱和区的电流电压关系可以得出：
其中，μn为所述N型MOS管MN1的载流子迁移率常数，Cox为所述N型MOS管MN1栅氧化层的电容值，W为所述N型MOS管MN1的宽度，L为所述N型MOS管MN1的长度，VB为B点的电压；VTH为所述N型MOS管MN1的阈值电压；
由于所述输出跟随器AMP2起缓冲（Buffer）跟随作用，因此可以得出输出电压VOUT；
VOUT=VB （5）
由方程式（1）、（2）、（3）、（4）和（5）可以得出输出电压VOUT和输入电压V IN之间的关系：
由公式（6）可知，所述输出电压VOUT与所述输入电压VIN的平方根成正比，也就是说，请参考图2，所述输出电压VOUT能够将所述输入电压VIN采用平方根形式进行压缩（Compressed）并输出，即将信号的强弱部分进行非均匀变换，或者更清楚地说，将强信号部分进行相对缩小而将弱信号部分进行相对放大处理。当然经过这样处理的信号必然是失真的，不过经过后续相反的非线性扩展即可无失真地还原原始信号。关于扩展电路细节不在此处涉及。
综上，在本发明实施例提供的平方根压缩电路中，采用本实施例提出的平方根压缩电路能够对输入的电压信号进行压缩处理，并由电压输出端输出，从而能够将具有较大动态范围的信号进行平方根压缩，并且其工艺与CMOS工艺兼容，使得经过电子设备处理后，强信号部分能够完全表现的同时，弱信号部分也能得到充分表现。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种平方根压缩电路，包括：电压输入端、电流镜像单元、电阻、电流电压转换单元以及电压输出端，其中，所述电压输入端、电阻、电流电压转换单元均与所述电流镜像单元相连，所述电压输出端与所述电流电压转换单元相连；所述平方根压缩电路还包括输入跟随器和输出跟随器，所述输入跟随器连接在所述电压输入端和电流镜像单元之间，所述输出跟随器连接在所述电压输出端与所述电流电压转换单元之间；所述电流镜像单元包括第一P型MOS管和第二P型MOS管，并分别将两者的源极和栅极相接；所述输入跟随器为一放大器，将所述输入跟随器的输出端与所述第一P型MOS管的栅极相连，将所述输入跟随器的正输入端与所述第一P型MOS管的漏极相连，所述输入跟随器的负输入端作为电压输入端；所述电流电压转换单元为一N型MOS管，所述N型MOS管的源极接地，将所述N型MOS管的栅极和漏极短接，并将所述N型MOS管的漏极与所述第二P型MOS管的漏极相连；所述输出跟随器为一放大器，所述输出跟随器的正输入端与所述N型MOS管的栅极相连，将所述输出跟随器的负输入端和输出端短接作为电压输出端。
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