CN110703849A - 一种低功耗正弦波转方波电路 - Google Patents

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李国峰
胡锦龙
徐华超
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    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
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Abstract

一种低功耗正弦波转方波电路。包括电流偏置电路、高通滤波电路和反相器电路。电流偏置电路采用电流镜结构，给反相器提供稳定且小的偏置电流，使反相器的静态功耗处于极低的状态。利用高通滤波电路减小输入正弦信号到反相器输入端的损耗，通过反相器电路将正弦波信号转换成方波信号。通过控制电流偏置电路偏置电流的大小，可以控制正弦波转方波电路的整体静态功耗，实现正弦波转方波电路的超低功耗。

Description

一种低功耗正弦波转方波电路
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域，具体涉及一种低功耗正弦波转方波电路。
背景技术
在如恒温晶体振荡器专用芯片的数模混合集成电路中，需要将正弦波信号转换为方波信号作为输出的控制信号。现有正弦波转方波的波形转换电路采用如图1所示的电阻分压结构为反相器提供偏置电压，这使得反相器的PMOS管和NMOS管同时导通，静态功耗较大。在低功耗集成电路系统设计中，降低正弦波转方波电路的静态功耗是当前极为重要的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低功耗正弦波转方波电路的实现方案，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低功耗正弦波转方波电路主要包括电流偏置电路、高通滤波电路和反相器电路，该低功耗正弦波转方波电路如图2所示。
上述低功耗正弦波转方波电路，所述电流偏置电路由基准电流源CS1、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2和第一PMOS管MP1采用电流镜结构所构成。基准电流源CS1的基准电流为小于10μA的小电流。利用电流偏置电路对基准电流源CS1的电流IREF进行镜像，使得流过第一PMOS管MP1和第二NMOS管MN2的静态电流与IREF相等，分别在第一PMOS管MP1和第二NMOS管MN2的栅端形成稳定的偏置电压，为组成反相器电路的第二PMOS管MP2和第三NMOS管MN3提供稳定的直流偏置点，第二PMOS管MP2和第三NMOS管MN3的偏置电流为基准电流源CS1电流IREF的镜像电流，二者大小相等。
上述低功耗正弦波转方波电路，所述高通滤波电路分为CLKIN信号输入端到第三NMOS管MN3栅端的高通滤波电路和CLKIN信号输入端到第二PMOS管MP2栅端的高通滤波电路。其中第一电阻R1和第一电容C1构成CLKIN信号输入端到第三NMOS管MN3栅端的高通滤波电路；第二电阻R2和第二电容C2构成CLKIN信号输入端到第二PMOS管MP2栅端的高通滤波电路。利用高通滤波电路，输入正弦信号CLKIN到达第三NMOS管MN3栅端和第二PMOS管MP2栅端的损耗可以大幅度减小。
上述低功耗正弦波转方波电路，所述反相器电路由第二PMOS管MP2和第三NMOS管MN3构成。第二PMOS管MP2的直流偏置点由第一PMOS管MP1的栅压提供，第三NMOS管MN3的直流偏置点由第二NMOS管MN2的栅压提供。通过信号输入端的直流偏置点分开提供的方式，以及电流镜偏置方式，使得第二PMOS管MP2和第三NMOS管MN3的偏置电流与基准电流源CS1的电流IREF大小相等，两个管子不会同时处于导通状态，较小的静态偏置电流可以保证反相器较低的静态功耗。通过反相器电路将输入正弦信号CLKIN转换成方波信号CLKOUT。
本发明具有如下有益效果：本发明一种低功耗正弦波转方波电路，利用电流偏置电路，采用电流镜结构对反相器进行两路直流偏置，反相器偏置电流大小可控，使得正弦波转方波电路具有更低的功耗，以满足低功耗集成电路设计要求。电路结构简单，易于实现。
附图说明
图1为常用正弦波转方波电路；
图2为发明的一种低功耗正弦波转方波电路；
具体实施方式
如图2所示，本发明一种低功耗正弦波转方波电路。其中电流偏置电路由基准电流源CS1、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、和第一PMOS管MP1采用电流镜结构所构成。基准电流源CS1的正端和第一PMOS管MP1源端都接电源电压VDD，基准电流源CS1的负端与MN1的栅端和漏断相连，MN1和MN2的栅端相连，它们的源端都接地。第一PMOS管MP1的漏断和栅端与MN2的漏端相连。将MN1和MN2设置相同的尺寸，MP1与MN2的宽长比之比为3/1。通过该电流镜结构，MP1和MN2的偏置电流与基准电流源CS1的基准电流IREF大小相等。
第一电阻R1和第一电容C1构成CLKIN信号输入端到第三NMOS管MN3栅端的高通滤波电路；第二电阻R2和第二电容C2构成CLKIN信号输入端到第二PMOS管MP2栅端的高通滤波电路。利用高通滤波电路，输入正弦信号CLKIN到达第三NMOS管MN3栅端和第二PMOS管MP2栅端的损耗可以大幅度减小。R1两端分别与MN2和MN3的栅端相连，R2两端分别与MP1和MP2的栅端相连。R1与R2都无直流电流通过，MP1和MP2的栅压相等，MN2和MN3的栅压相等。第一电容C1和第二电容C2的左端都与输入正弦信号CLKIN相连，右端分别与MN3和MP2的栅端相连。
反相器电路由第二PMOS管MP2和第三NMOS管MN3构成。MP2的源端接电源，漏断与MN3的漏断相连，MN3的源端接地。第二PMOS管MP2的直流偏置点由第一PMOS管MP1的栅压提供，第三NMOS管MN3的直流偏置点由第二NMOS管MN2的栅压提供。反相器电路的偏置电流I2可以表示为：
I2＝I1＝IREF (1)
由于基准电流源CS1的基准电流IREF大小可以选择，反相器电路的静态偏置电流I2可以控制到很小，并且该电流稳定，几乎不受电源影响，从而有效降低正弦波转方波波形电路的功耗。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，根据本发明公开的技术启示所做出的各种不脱离本发明实质的其他各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种低功耗正弦波转方波电路，其特征在于包括电流偏置电路、高通滤波电路和反相器电路。
2.根据权利要求1所述的电流偏置电路，其特征在于，所述电流偏置电路由基准电流源CS1、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2和第一PMOS管MP1采用电流镜结构所构成，利用电流偏置电路对基准电流源CS1的电流IREF进行镜像，使得流过第一PMOS管MP1和第二NMOS管MN2的静态电流与IREF相等，分别在第一PMOS管MP1和第二NMOS管MN2的栅端形成稳定的偏置电压。
3.根据权利要求1所述的高通滤波电路，其特征在于，第一电阻R1和第一电容C1构成信号输入端到第三NMOS管MN3栅端的高通滤波电路，第二电阻R2和第二电容C2构成信号输入端到第二PMOS管MP2栅端的高通滤波电路，利用高通滤波电路，可以减小输入正弦信号CLKIN到达第三NMOS管MN3栅端和第二PMOS管MP2栅端的损耗。
4.根据权利要求1所述的反相器电路，其特征在于，所述反相器电路由第二PMOS管MP2和第三NMOS管MN3构成，第二PMOS管MP2的直流偏置点由第一PMOS管MP1的栅压提供，第三NMOS管MN3的直流偏置点由第二NMOS管MN2的栅压提供，第二PMOS管MP2和第三NMOS管MN3的偏置电流与基准电流源CS1的电流IREF相等，上述两个管子不会同时处于导通状态，基准电流源CS1的电流IREF大小可控，可以保证反相器较低的静态功耗，通过反相器电路将输入正弦信号CLKIN转换成方波信号CLKOUT。
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