CN109873615B - 一种脉冲宽度滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种带工艺偏差校准的脉冲宽度滤波器。所述带工艺偏差校准的脉冲宽度滤波器包括：电流源电路，电容充放电电路和比较器电路。所述电流源电路旨在校准电阻R的工艺偏差并产生电容充放电电路所需的VGS/R电流；所述电容充放电电路根据输入信号DIN产生电容C的上极板电压VOP和下极板电压VOM；所述比较器电路把VOP和VOM转换为单端的输出信号DOUT。本发明所述的工艺偏差校准的脉冲宽度滤波器，电阻R的电容C乘积决定了预设截止脉冲宽度，通过校准电阻R，得到工艺偏差下固定的预设截止脉冲宽度，输入信号中宽度小于预设截止脉冲宽度的脉冲将不会传递到输出端，从而达到筛选信号的目地。

Description

一种脉冲宽度滤波器

技术领域

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种脉冲宽度滤波器。

背景技术

某些串行通讯应用中利用不同宽度的脉冲来携带不同的信息，这时需要一种精确的脉冲宽度滤波器来筛选不同的信息。但是在集成电路生产制造过程中，不免会存在工艺偏差以影响电阻、电容和半导体器件的参数，使脉冲宽度滤波器偏离预设的精确筛选效果，所以需要校准技术来消除工艺偏差的影响。

现有技术的脉冲宽度滤波器电路结构各不相同，但是基本原理均为通过脉冲宽度大于预设截止脉冲宽度的脉冲并滤除脉冲宽度小于预设截止脉冲宽度的脉冲。所谓预设截止脉冲宽度，就是精确筛选脉冲宽度的阈值，由电阻R和电容C的乘积RC决定。但由于电阻R和电容C的值受工艺偏差的影响大，导致脉冲滤波效果不准确。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种脉冲宽度滤波器，解决以上技术问题。本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种脉冲宽度滤波器，包括：

一电流源电路，用以校准电阻的工艺偏差并产生电容充放电电路所需电流；

一电容充放电电路，根据一输入信号产生电容上极板电压和电容下极板电压；

一比较器电路，用以把所述电容上极板电压和所述电容下极板电压转换为单端的输出信号。

为了优化上述的技术方案，本发明采取的技术措施还包括：

优选地，所述电流源电路包括：

一运算放大器，设有同相输入端，反相输入端以及输出端，所述反相输入端连接一反馈电压，所述同相输入端连接一参考电压；

一第一PMOS管，所述第一PMOS管的栅极连接所述运算放大器的输出端，所述第一PMOS管的源极连接电源电压端，所述第一PMOS管的漏极连接所述电阻的一端，所述电阻的另一端连接接地端，所述第一PMOS管的漏极与所述电阻的连接端引出所述反馈电压；

一第二PMOS管，所述第二PMOS管的栅极连接所述运算放大器的输出端，所述第二PMOS管的源极连接电源电压端，所述第二PMOS管的漏极连接于第一NMOS管的漏极和栅极，所述第一NMOS管源极接地，所述第二PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的连接端引出所述参考电压；所述第一NMOS管源极接地。

优选地，所述电容充放电电路还包括：

一电容，设有上极板，下极板，所述上极板连接第四NMOS管的漏极,连接端作为上极板电压，所述下极板连接第五NMOS管的漏极，连接端作为下极板电压；

一反相器，设有输入端，输出端，所述反相器的输入端连接第四PMOS管的栅极，并作为输入信号，所述反相器的输出端连接第五PMOS管的栅极，并作为反相的输入信号。

所述第四PMOS管和第五PMOS管的源极连接第三PMOS管的漏极；

所述第四PMOS管的漏极连接所述第二NMOS管的栅极和漏极，所述第二NMOS管源极接地；

所述第五PMOS管的漏极连接所述第三NMOS管的栅极和漏极，所述第三NMOS管源极接地；

所述第三PMOS管的栅极连接所述电流源电路中运算放大器的输出端；

所述第五NMOS管的栅极和所述第四NMOS管的栅极连接所述参考电压，所述第五NMOS管的栅极和所述第四NMOS管的源极接地。

优选地，所述比较器电路包括：

所述比较器电路设有同相输入端，反相输入端，输出端，所述同相输入端连接电容上极板电圧，所述反相输入端连接电容下极板电圧，所述输出端作为脉冲宽度滤波器的输出端。

优选地，所述电流源电路中第一PMOS管和第二PMOS宽长比相等，且为电容充放电电路中的第三PMOS管宽长比的二分之一；电容充放电电路中的第二NMOS管，第三NMOS管，第四NMOS管，第五NMOS管，宽长比都相等，且和电流源电路中的第一NMOS管宽长比相等。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明通过电流源电路中的电阻R和电容充放电电路中的电容C的乘积决定了预设截止脉冲宽度，采用对电阻R校准的技术，在不同工艺偏差下的得到相同预设截止脉冲宽度，消除预设截止脉冲宽度受工艺偏差的影响，实现了相同的脉冲滤波效果，提高了脉冲滤波效果的准确性。

附图说明

图1是本发明提供的带工艺偏差校准的脉冲宽度滤波器电路示意图。

图2a是本发明提供的带工艺偏差校准的脉冲宽度滤波器的输入高电平时的简化电路示意图。

图2b是本发明提供的带工艺偏差校准的脉冲宽度滤波器的输入低电平时的简化电路示意图。

图3a是本发明提供的带工艺偏差校准的脉冲宽度滤波器滤除高电平脉冲时的波形图。

图3b是本发明提供的带工艺偏差校准的脉冲宽度滤波器滤除低电平脉冲时的波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参见图1，一种带脉冲宽度滤波器，包括：

一电流源电路1，用以校准电阻的工艺偏差并产生电容充放电电路所需电流；

一电容充放电电路2，根据一输入信号DIN产生电容上极板电压VOP和电容下极板电压VOM；

一比较器电路3，用以把电容C上极板电压VOP和电容下极板电压VOM转换为单端的输出信号DOUT；

本发明的脉冲宽度滤波器，电阻R和电容C乘积决定了预设截止脉冲宽，通过校准电阻R，得到工艺偏差下固定的预设截止脉冲宽，输入信号中宽度小于预设截止脉冲宽的脉冲将不会传递到输出端，从而达到筛选信号的目地。

作为本发明的一种优选的实施例，电流源电路1包括运算放大器的输出端连接于第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的栅极，并作为偏置电压VBP；

电流源电路中的运算放大器AMP有足够大的开环增益且处于负反馈环路中，从而其工作在深度负反馈状态，使得其同相输入端的反馈电压VR与反相输入端的反馈电压VGS相等，表示为：

VR＝VGS

电流源电路中的第一晶体管MP1和第二晶体管MP2有相等的宽长比和栅源电压，从而流过它们的电流相等，此电流直接由可调电阻支路决定，表示为：

作为本发明的一种优选的实施例，电流源电路1主要由：

一运算放大器，设有同相输入端，反相输入端以及输出端，反相输入端连接一反馈电压VR，同相输入端连接一参考电压VGS；

一第一PMOS管MP1，第一PMOS管MP1的栅极连接运算放大器的输出端VBP，第一PMOS管的源极连接电源电压端VDD，第一PMOS管MP1的漏极连接电阻R的一端，电阻R的另一端连接接地端，第一PMOS管MP1的漏极与电阻R的连接端引出反馈电压VR；

一第二PMOS管MP2，第二PMOS管MP2的栅极连接运算放大器的输出端VBP，第二PMOS管MP2的源极连接电源电压端VDD，第二PMOS管MP2的漏极连接于第一NMOS管MP1的漏极和栅极，第一NMOS管MN1源极接地，第二PMOS管MP2的漏极与第一NMOS管MN1的连接端引出参考电压VGS；第一NMOS管源极接地。

作为本发明的一种优选的实施例，电容充放电电路2还包括：

一电容C，设有上极板，下极板，上极板连接第四NMOS管MN4的漏极,连接端作为上极板电压VOP，下极板连接第五NMOS管MN5的漏极，连接端作为下极板电压VOM；

一反相器，设有输入端，输出端，反相器的输入端连接第四PMOS管MP4的栅极，并作为输入信号DIN，反相器的输出端连接第五PMOS管MP5的栅极，并作为反相的输入信号DINB。

第四PMOS管MP4和第五PMOS管MP5的源极连接第三PMOS管MP3的漏极；

第四PMOS管MP4的漏极连接第二NMOS管MN2的栅极和漏极，第二NMOS管MN2的源极接地；

第五NMOS管MP5的漏极连接第三NMOS管MN3的栅极和漏极，第三NMOS管MN3的源极接地；

第三PMOS管MP3的栅极连接电流源电路中运算放大器的输出端VBP；

第五NMOS管MN5的栅极和第四NMOS管MN4的栅极连接参考电压VGS，第五NMOS管MN5的栅极和第四NMOS管MN4的源极接地。

参照图2a是本发明提供的脉冲宽度滤波器的输入高电平时的简化电路示意图。如图2a所示，当输入信号DIN为高电平、反相的输入信号DINB为低电平时，第四PMOS管MP4开启、第五PMOS管MP5关闭。此时电路以流过第三PMOS管MP3与第四NMOS管MN4的电流之差即电流I给电容C上极板充电，以流过第五NMOS管MN5电流I给电容C下极板放电。

参照图2b是本发明提供的脉冲宽度滤波器的输入低电平时的简化电路示意图。如图2b所示，当输入信号DIN为低电平、反相的输入信号DINB为高电平时，第四PMOS管MP4关闭、第五PMOS管MP5开启。此时电路以流过第三PMOS管MP3与第五NMOS管MN5的电流之差即电流I给电容C下极板充电，以流过第五NMOS管MN5电流I给电容C上极板放电。

上述两说明中，共同点在于都是以等效电流2I对电容C充电或放电，当充放电时间足够长时，使电容C上下极板电压之差的绝对值在0到2VGS范围内改变，表示为：

进一步地推导出电容C由0充电到2VGS或由2VGS放电到0所需要的时间为：

上式中Δt即预设截止脉冲宽度，其中电阻R和电容C受工艺偏差的影响大，本发明对电阻R校准的技术，可以在不同工艺偏差下的得到相同预设截止脉冲宽度，以实现精确的脉冲滤波效果。

作为本发明的一种优选的实施例，比较器电路3包括：

比较器电路设有同相输入端，反相输入端，输出端，同相输入端连接电容上极板电圧VOP，反相输入端连接电容下极板电圧VOM，输出端作为脉冲宽度滤波器的输出端。

作为本发明的一种优选的实施例，电流源电路中第一PMOS管和第二PMOS宽长比相等，且为电容充放电电路中的第三PMOS管宽长比的二分之一；电容充放电电路中的第二NMOS管，第三NMOS管，第四NMOS管，第五NMOS管，宽长比都相等，且和电流源电路中的第一NMOS管宽长比相等。

本发明脉冲滤波效果的时序波形图参照图3a和图3b

图3a是本发明提供的脉冲宽度滤波器滤除高电平脉冲时的波形图。

如图3a所示，时刻t1与t0之间和时刻t3与t2之间为预设截止脉冲宽度Δt，输入信号DIN上时刻t2与t0之间为的一个脉冲宽度大于预设截止脉冲宽度的高电平脉冲P1，输入信号DIN上时刻t5与t4之间为的一个脉冲宽度小于预设截止脉冲宽度的高电平脉冲P2。其中P1经过一个预设截止脉冲宽度后传递到输出信号DOUT上时刻t3与t1之间，P2没有传递到输出信号DOUT上。

图3b是本发明提供的脉冲宽度滤波器滤除低电平脉冲时的波形图。

如图3a所示，时刻t1与t0之间和时刻t3与t2之间为预设截止脉冲宽度Δt，输入信号DIN上时刻t2与t0之间为的一个脉冲宽度大于预设截止脉冲宽度的低电平脉冲P1，输入信号DIN上时刻t5与t4之间为的一个脉冲宽度小于预设截止脉冲宽度的低电平脉冲P2。其中P1经过一个预设截止脉冲宽度后传递到输出信号DOUT上时刻t3与t1之间，P2没有传递到输出信号DOUT上。

上述两说明中，共同点在于当输入信号DIN上的脉冲宽度足够大，即对电容C的充放电时间超过预设截止脉冲宽度时，电容C上下极板电压的差值由±2VGS变为0，此时比较器输出即输出信号DOUT开始翻转；当输入信号DIN上的脉冲宽度过小，即对电容C的充放电时间达不到预设截止脉冲宽度时，电容C上下极板电压的差值最终值达不到0，此时比较器输出即输出信号DOUT保持原电平。

由上述实施例可知，本发明的一种脉冲宽度滤波器通过电流源电路1中的电阻R和电容充放电电路2中的电容C的乘积决定了预设截止脉冲宽度，采用对电阻R校准的技术，在不同工艺偏差下的得到相同预设截止脉冲宽度，消除预设截止脉冲宽度受工艺偏差的影响，实现了相同的脉冲滤波效果，提高了脉冲效果的准确性。

以上对本发明的具体实施例进能够行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种脉冲宽度滤波器，包括：

一电流源电路，用以校准电阻的工艺偏差并产生电容充放电电路所需电流；

一电容充放电电路，根据一输入信号产生电容上极板电压和电容下极板电压；

一比较器电路，用以把所述电容上极板电压和所述电容下极板电压转换为单端的输出信号；

所述电容充放电电路包括：

一电容，设有上极板，下极板，所述上极板连接第四NMOS管的漏极,连接端作为所述上极板电压，所述下极板连接第五NMOS管的漏极，连接端作为所述下极板电压；

一反相器，设有输入端，输出端，所述反相器的输入端连接第五PMOS管的栅极，并作为输入信号，所述反相器的输出端连接第四PMOS管的栅极，并作为反相的输入信号；

所述第四PMOS管和第五PMOS管的源极连接第三PMOS管的漏极；

所述第四PMOS管的漏极连接一第二NMOS管的栅极和漏极，所述第二NMOS管源极接地；

所述第五PMOS管的漏极连接一第三NMOS管的栅极和漏极，所述第三NMOS管源极接地；

所述第三PMOS管的栅极连接所述电流源电路中运算放大器的输出端；

所述第五NMOS管的栅极和所述第四NMOS管的栅极连接一参考电压，所述第五NMOS管的源极和所述第四NMOS管的源极接地。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲宽度滤波器，其特征在于，所述电流源电路包括：

一运算放大器，设有同相输入端，反相输入端以及输出端，所述反相输入端连接一反馈电压，所述同相输入端连接一参考电压；

一第一PMOS管，所述第一PMOS管的栅极连接所述运算放大器的输出端，所述第一PMOS管的源极连接电源电压端，所述第一PMOS管的漏极连接所述电阻的一端，所述电阻的另一端连接接地端，所述第一PMOS管的漏极与所述电阻的连接端引出所述一反馈电压；

一第二PMOS管，所述第二PMOS管的栅极连接所述运算放大器的输出端，所述第二PMOS管的源极连接电源电压端，所述第二PMOS管的漏极连接于第一NMOS管的漏极和栅极，所述第一NMOS管源极接地，所述第二PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的连接端引出所述一参考电压；所述第一NMOS管源极接地。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲宽度滤波器，其特征在于，所述比较器电路包括：

所述比较器电路设有同相输入端，反相输入端，输出端，所述同相输入端连接电容上极板电圧，所述反相输入端连接电容下极板电圧，所述输出端作为脉冲宽度滤波器的输出端。

4.根据权利要求2所述的一种脉冲宽度滤波器，其特征在于，所述电流源电路中第一PMOS管和第二PMOS宽长比相等。

5.根据权利要求1所述的一种脉冲宽度滤波器，其特征在于，所述电容充放电电路中的第三PMOS管宽长比是所述电流源电路中第一PMOS管的两倍；所述电容充放电电路中的第二NMOS管，第三NMOS管，第四NMOS管，第五NMOS管，宽长比都相等，且和所述电流源电路中的第一NMOS宽长比相等。

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