CN117055678B - 一种幅度可调电压电流模拟电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种幅度可调电压电流模拟电路，通过包括串联的PMOS管、第一电阻模块、NMOS管和第二电阻模块的终端阻抗电路提供注入至输出负载的主电流，其中，PMOS管的漏级与第一电阻模块的第一端相连，第一电阻模块的第二端与第二电阻模块的第一端相连，第二电阻模块的第二端与NMOS管的漏级相连，且PMOS管和NMOS管的栅极均与第一控制信号相连，PMOS管的源极与第一电源相连，NMOS管的源极接地；第一电阻模块与第二电阻模块的连接处为终端阻抗电路的输出端；再利用能够提供电流大小可调的注入电流的电流源电路，通过调整电流源电路输出的注入电流的电流值，实现调整输出信号幅度的目的，且电路结构简单、功耗较低。
Description
技术领域
本发明涉及信号控制技术领域，尤其涉及一种幅度可调电压电流模拟电路。
背景技术
电压电流模拟电路是一种基于操作放大器（op-amp）的电路，用于将输入信号转换为相应的输出电压或电流。通常，输入信号以电压形式提供给电路，并被送入操作放大器中的反馈环路，从而产生所需的输出信号。电压电流模拟电路可以分为两类：电压型和电流型。电压型模电路将输入电压转换为输出电压，常见的应用包括信号放大器和滤波器等；电流型模电路将输入电压转换为输出电流，用于驱动各种负载，例如LED灯、电机、电池充电器等。
幅度可调的电压电流模拟电路则在此基础上加强了控制性能，可以根据需要自动控制输出信号的幅度。然而，现有的幅度可调的电压电流模拟电路结构复杂且功耗较高，因此，需要一种结构简单、功耗较低且输出信号幅度灵活调整的幅度可调电压电流模拟电路。
发明内容
本发明提供一种幅度可调电压电流模拟电路，用以解决现有技术中幅度可调的电压电流模拟电路结构复杂且功耗较高的缺陷，实现一种结构简单、功耗较低且输出信号幅度灵活调整的幅度可调电压电流模拟电路。
本发明提供一种幅度可调电压电流模拟电路，包括：
终端阻抗电路和电流源电路；
其中，所述终端阻抗电路包括PMOS管、第一电阻模块、NMOS管和第二电阻模块，所述终端阻抗电路的PMOS管的漏级与所述第一电阻模块的第一端相连，所述第一电阻模块的第二端与所述第二电阻模块的第一端相连，所述第二电阻模块的第二端与所述终端阻抗电路的NMOS管的漏级相连，且所述终端阻抗电路的PMOS管的栅极和所述终端阻抗电路的NMOS管的栅极均与第一控制信号相连，所述终端阻抗电路的PMOS管的源极与第一电源相连，所述终端阻抗电路的NMOS管的源极接地；所述第一电阻模块的第二端与所述第二电阻模块的第一端的连接处为所述终端阻抗电路的输出端；
所述电流源电路与第二电源相连，用于提供电流大小可调的注入电流；
所述终端阻抗电路的输出端以及所述电流源电路的输出端均与输出负载相连，用于为所述输出负载提供幅度可调的输出信号；所述输出负载表征所述幅度可调电压电流模拟电路的下级电路。
根据本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路，所述第一电源的电压小于所述第二电源的电压。
根据本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路，所述第一电源的电压小于或等于1.2V，所述第二电源的电压大于或等于3.3V。
根据本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路，所述电路还包括开关切换电路，用于控制所述电流源电路的启动和关闭，或者，控制所述幅度可调电压电流模拟电路整体的启动和关闭；所述开关切换电路包括PMOS管和第三电阻模块；所述开关切换电路的PMOS管的栅极与第二控制信号相连，所述开关切换电路的PMOS管的源极与所述电流源电路的输出端相连，所述开关切换电路的PMOS管的漏极与所述第三电阻模块的第一端相连，所述第三电阻模块的第二端与所述输出负载相连。
根据本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路，当所述开关切换电路用于控制所述幅度可调电压电流模拟电路整体的启动和关闭时，所述第二控制信号等于所述第一控制信号。
根据本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路，所述第三电阻模块的阻值小于100欧姆。
根据本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路，所述第一电阻模块的阻值等于所述第二电阻模块的阻值。
根据本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路，所述第一电阻模块的阻值和所述第二电阻模块的阻值均等于50欧姆、60欧姆或80欧姆。
根据本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路，所述第一电阻模块和所述第二电阻模块由一个电阻构成或者由多个电阻并联而成。
根据本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路，所述电流源电路包括参考电流源和电流倍增控制位；所述电流源电路输出的注入电流的电流值等于所述电流倍增控制位的当前值与所述参考电流源的电流值的乘积。
本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路，通过包括PMOS管、第一电阻模块、NMOS管和第二电阻模块的终端阻抗电路提供注入至输出负载的主电流，其中，终端阻抗电路的PMOS管的漏级与第一电阻模块的第一端相连，第一电阻模块的第二端与第二电阻模块的第一端相连，第二电阻模块的第二端与终端阻抗电路的NMOS管的漏级相连，且终端阻抗电路的PMOS管的栅极和终端阻抗电路的NMOS管的栅极均与第一控制信号相连，终端阻抗电路的PMOS管的源极与第一电源相连，终端阻抗电路的NMOS管的源极接地；第一电阻模块的第二端与第二电阻模块的第一端的连接处为终端阻抗电路的输出端；再利用能够提供电流大小可调的注入电流的电流源电路，通过调整电流源电路输出的注入电流的电流值，实现调整输出信号幅度的目的，且电路结构简单、功耗较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路的结构示意图之一；
图2是本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路的电流注入方向示意图；
图3是本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路的结构示意图之二；
附图标记：
110：终端阻抗电路；111：PMOS管；112：第一电阻模块；
113：NMOS管；114：第二电阻模块；120：电流源电路；
130：第一电源；140：第二电源；150：输出负载；
160：开关切换电路；161：PMOS管；162：第三电阻模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
电压电流模拟电路是一种基于操作放大器（op-amp）的电路，用于将输入信号转换为相应的输出电压或电流。通常，输入信号以电压形式提供给电路，并被送入操作放大器中的反馈环路，从而产生所需的输出信号。电压电流模拟电路可以分为两类：电压型和电流型。电压型模电路将输入电压转换为输出电压，常见的应用包括信号放大器和滤波器等；电流型模电路将输入电压转换为输出电流，用于驱动各种负载，例如LED灯、电机、电池充电器等。
幅度可调的电压电流模拟电路则在此基础上加强了控制性能，可以根据需要自动控制输出信号的幅度。然而，现有的幅度可调的电压电流模拟电路结构复杂且功耗较高，因此，需要一种结构简单、功耗较低且输出信号幅度灵活调整的幅度可调电压电流模拟电路。
对此，本发明提供一种幅度可调电压电流模拟电路，该电路包括：
终端阻抗电路和电流源电路；
其中，所述终端阻抗电路包括PMOS管、第一电阻模块、NMOS管和第二电阻模块，所述终端阻抗电路的PMOS管的漏级与所述第一电阻模块的第一端相连，所述第一电阻模块的第二端与所述第二电阻模块的第一端相连，所述第二电阻模块的第二端与所述终端阻抗电路的NMOS管的漏级相连，且所述终端阻抗电路的PMOS管的栅极和所述终端阻抗电路的NMOS管的栅极均与第一控制信号相连，所述终端阻抗电路的PMOS管的源极与第一电源相连，所述终端阻抗电路的NMOS管的源极接地；所述第一电阻模块的第二端与所述第二电阻模块的第一端的连接处为所述终端阻抗电路的输出端；
所述电流源电路与第二电源相连，用于提供电流大小可调的注入电流；
所述终端阻抗电路的输出端以及所述电流源电路的输出端均与输出负载相连，用于为所述输出负载提供幅度可调的输出信号；所述输出负载表征所述幅度可调电压电流模拟电路的下级电路。
具体地，图1是本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路的结构示意图之一，如图1所示，该电路包括终端阻抗电路110（如图1中的Rterm）和电流源电路120（如图1中的Current）。其中，终端阻抗电路（Rterm）110，由PMOS管和NMOS管串联电阻组成。具体而言，终端阻抗电路110包括PMOS管111、第一电阻模块112、NMOS管113和第二电阻模块114，四者之间的连接关系为：终端阻抗电路110的PMOS管111的漏级与第一电阻模块112（即图1中的RP）的第一端（可以是任一端）相连，第一电阻模块112的第二端与第二电阻模块114（即图1中的RN）的第一端（可以是任一端）相连，第二电阻模块114的第二端与终端阻抗电路110的NMOS管113的漏级相连，并且终端阻抗电路110的PMOS管111的栅极和终端阻抗电路110的NMOS管113的栅极均与第一控制信号（即图1中的CTR1信号）相连，第一控制信号可以控制PMOS管111和NMOS管113的开闭；终端阻抗电路110的PMOS管111的源极与第一电源130相连，终端阻抗电路110的NMOS管113的源极接地。此处，第一电阻模块112的第二端与第二电阻模块114的第一端的连接处为终端阻抗电路的输出端（即图1中的OUT）。
需要说明的是，终端阻抗电路110的结构能够支持在低水平电压的情形下工作，因此为终端阻抗电路110提供电压的第一电源130可以为低压电源，使得终端阻抗电路110可以以低功耗模式运行。
在一些实施例中，第一电阻模块112的阻值等于第二电阻模块114的阻值。其中，第一电阻模块112的阻值和第二电阻模块114均可以由一个电阻构成或者由多个电阻并联而成，本发明实施例对此不作具体限定，只需满足最后组装成的第一电阻模块112与第二电阻模块114的阻值相等即可。进一步地，第一电阻模块的阻值和第二电阻模块的阻值均可以等于50欧姆、60欧姆或80欧姆。此处，当第一电阻模块112的阻值和第二电阻模块114由多个电阻并联而成时，可以通过调整并联电阻中导通电阻的数量调整整个第一电阻模块112的阻值和第二电阻模块114的阻值，从而调整终端阻抗电路110输出电流的电流值。
电流源电路120与第二电源140相连，用于提供电流大小可调的注入电流。在一些实施例中，电流源电路120包括参考电流源（其电流值记为IREF，在具体应用场景下该电流值为定值，而其电流值的具体取值则取决于具体应用场景下对于幅度可调电压电流模拟电路的输出信号的幅度的需求）和电流倍增控制位（可在0至N之间进行调整，N的取值同样取决于具体应用场景下对于幅度可调电压电流模拟电路的输出信号的幅度的需求）。电流源电路120输出的注入电流的电流值等于电流倍增控制位的当前值（记为ICtr）与参考电流源的电流值的乘积（即ICtr×IREF），由于电流倍增控制位的值可以任意调整，因此电流源电路120输出的注入电流的电流值是可调的。
在一些实施例中，为终端阻抗电路110提供电压的第一电源130的电压小于为电流源电路120提供电压的第二电源140的电压。进一步地，第一电源130的电压可以小于或等于1.2V，第二电源140的电压可以大于或等于3.3V，而第一电源130和第二电源140具体的电压值可以根据设计需求而定。
终端阻抗电路110的输出端以及电流源电路120的输出端均与输出负载（即图1中的RLoad）150相连，用于为输出负载150提供幅度可调的输出信号。其中，幅度可调电压电流模拟电路的输出信号为终端阻抗电路110和电流源电路120的输出信号之和。此处，由于电流源电路120输出的注入电流的电流值是可调的，因此幅度可调电压电流模拟电路的输出信号的幅度也是可调的。需要说明的是，输出负载150表征了幅度可调电压电流模拟电路的下级电路，为了方便示意，在图1中将其抽象和简化为了电阻形式。
具体而言，幅度可调电压电流模拟电路中，当第一控制信号CTR1被置为1时，终端阻抗电路110的NMOS管113打开，PMOS管111关断，此时第二电阻模块114（RN）接地，此时终端阻抗电路110输出的电流为0；当第一控制信号CTR1被置为0时，终端阻抗电路110的NMOS管113关断，PMOS管111打开，第二电阻模块114（RN）不起作用，此时终端阻抗电路110输出主电流Imain。
如图2所示，该主电流Imain的注入方向为PMOS管111→第一电阻模块112（RP）→输出负载150（RLoad）。而电流源电路120输出的注入电流ICtr×IREF也会注入至输出负载150（RLoad），因此，注入至输出负载150的总电流为终端阻抗电路110以及电流源电路120输出的电流之和，即Imain+ICtr×IREF，而输出电压则为RLoad×（Imain+ICtr×IREF），电流幅度提高了ICtr×IREF，电压幅度提高了RLoad×ICtr×IREF（此处，RLoad指代输出负载150的阻值）。根据输出电压/电流的需求，可以对电流源电路120中的电流倍增控制位进行调整，改变ICtr×IREF的值，以提供不同电流值的注入电流，达到调整输出信号幅度的目的。此外，通过电流源电路的电流注入，来提高输出信号的幅度，由于电流源电路的电流可以低于终端阻抗电路的输出电流（例如为Imain的1/5到1/10），即可使输出信号的幅度增加，达到幅度可调的目的，在终端阻抗电路的功耗较低的基础上降低了整个幅度可调电压电流模拟电路的功耗。
可见，本发明实施例提供的幅度可调电压电流模拟电路，通过包括PMOS管、第一电阻模块、NMOS管和第二电阻模块的终端阻抗电路提供注入至输出负载的主电流，其中，终端阻抗电路的PMOS管的漏级与第一电阻模块的第一端相连，第一电阻模块的第二端与第二电阻模块的第一端相连，第二电阻模块的第二端与终端阻抗电路的NMOS管的漏级相连，且终端阻抗电路的PMOS管的栅极和终端阻抗电路的NMOS管的栅极均与第一控制信号相连，终端阻抗电路的PMOS管的源极与第一电源相连，终端阻抗电路的NMOS管的源极接地；第一电阻模块的第二端与第二电阻模块的第一端的连接处为终端阻抗电路的输出端；再利用能够提供电流大小可调的注入电流的电流源电路，通过调整电流源电路输出的注入电流的电流值，实现调整输出信号幅度的目的，且电路结构简单、功耗较低。
基于上述实施例，幅度可调电压电流模拟电路中还包括开关切换电路，用于控制所述电流源电路的启动和关闭，或者，控制所述幅度可调电压电流模拟电路整体的启动和关闭；所述开关切换电路包括PMOS管和第三电阻模块；所述开关切换电路的PMOS管的栅极与第二控制信号相连，所述开关切换电路的PMOS管的源极与所述电流源电路的输出端相连，所述开关切换电路的PMOS管的漏极与所述第三电阻模块的第一端相连，所述第三电阻模块的第二端与所述输出负载相连。
具体地，图3是本发明提供的一种幅度可调电压电流模拟电路的结构示意图之二，如图3所示，在幅度可调电压电流模拟电路中，在电流源电路120和输出负载150之间添加了开关切换电路160，用于控制电流源电路120的启动和关闭，或者，控制幅度可调电压电流模拟电路整体的启动和关闭。
具体而言，如图3所示，开关切换电路160包括PMOS管161和第三电阻模块162。其中，开关切换电路160的PMOS管161的栅极与第二控制信号（CTR2）相连，开关切换电路160的PMOS管161的源极与电流源电路120的输出端相连，开关切换电路160的PMOS管161的漏极与第三电阻模块162的第一端（可以是任一端）相连，而第三电阻模块162的第二端与输出负载150相连。
此处，当开关切换电路160用于单独控制电流源电路120的启动和关闭时，第二控制信号CTR2可以是与第一控制信号CTR1相互独立的信号，当不需要对幅度可调电压电流模拟电路的输出信号幅度进行调整时，可以将第二控制信号CTR2置为1，使得开关切换电路160的PMOS管161关断，电流源电路120将不会向输出负载150注入幅度可调的电流，而输出负载150处的电流将仅由终端阻抗电路110提供，使得输出负载150处的电流为定值Imain。
当开关切换电路160用于控制幅度可调电压电流模拟电路整体的启动和关闭时，第二控制信号CTR2等于第一控制信号CTR1，即第二控制信号与第一控制信号是相同的信号。此处，若需要关闭幅度可调电压电流模拟电路，可以将第一控制信号CTR1（等同于第二控制信号CTR2）置为1，此时终端阻抗电路110的NMOS管113打开，PMOS管111关断，此时第二电阻模块114（RN）接地，此时终端阻抗电路110输出的电流为0，同时开关切换电路160的PMOS管161关断，电流源电路120也不会向输出负载150注入幅度可调的电流，输出负载150处的电流为0。若需要关闭幅度可调电压电流模拟电路，可以将第一控制信号CTR1（等同于第二控制信号CTR2）置为0，终端阻抗电路110的NMOS管113关断，PMOS管111打开，第二电阻模块114（RN）不起作用，此时终端阻抗电路110输出主电流Imain，同时电流源电路120向输出负载150注入电流ICtr×IREF，输出负载150处的电流为Imain+ICtr×IREF。
在一些实施例中，第三电阻模块162的阻值小于100欧姆，以减小电流源电路120的输出阻抗。其中，由于第三电阻模块162的阻值越小、其面积越大，因此第三电阻模块162的阻值的具体设定可以根据芯片面积的设计需求而定，本发明实施例对此不作具体限定。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种幅度可调电压电流模拟电路，其特征在于，包括：
终端阻抗电路和电流源电路；
其中，所述终端阻抗电路包括PMOS管、第一电阻模块、NMOS管和第二电阻模块，所述终端阻抗电路的PMOS管的漏级与所述第一电阻模块的第一端相连，所述第一电阻模块的第二端与所述第二电阻模块的第一端相连，所述第二电阻模块的第二端与所述终端阻抗电路的NMOS管的漏级相连，且所述终端阻抗电路的PMOS管的栅极和所述终端阻抗电路的NMOS管的栅极均与第一控制信号相连，所述终端阻抗电路的PMOS管的源极与第一电源相连，所述终端阻抗电路的NMOS管的源极接地；所述第一电阻模块的第二端与所述第二电阻模块的第一端的连接处为所述终端阻抗电路的输出端；
所述电流源电路与第二电源相连，用于提供电流大小可调的注入电流；
所述终端阻抗电路的输出端以及所述电流源电路的输出端均与输出负载相连，用于为所述输出负载提供幅度可调的输出信号；所述输出负载表征所述幅度可调电压电流模拟电路的下级电路；
所述电路还包括开关切换电路，用于控制所述电流源电路的启动和关闭，或者，控制所述幅度可调电压电流模拟电路整体的启动和关闭；所述开关切换电路包括PMOS管和第三电阻模块；所述开关切换电路的PMOS管的栅极与第二控制信号相连，所述开关切换电路的PMOS管的源极与所述电流源电路的输出端相连，所述开关切换电路的PMOS管的漏极与所述第三电阻模块的第一端相连，所述第三电阻模块的第二端与所述输出负载相连。
2.根据权利要求1所述的一种幅度可调电压电流模拟电路，其特征在于，所述第一电源的电压小于所述第二电源的电压。
3.根据权利要求2所述的一种幅度可调电压电流模拟电路，其特征在于，所述第一电源的电压小于或等于1.2V，所述第二电源的电压大于或等于3.3V。
4.根据权利要求1所述的一种幅度可调电压电流模拟电路，其特征在于，当所述开关切换电路用于控制所述幅度可调电压电流模拟电路整体的启动和关闭时，所述第二控制信号等于所述第一控制信号。
5.根据权利要求1所述的一种幅度可调电压电流模拟电路，其特征在于，所述第三电阻模块的阻值小于100欧姆。
6.根据权利要求1所述的一种幅度可调电压电流模拟电路，其特征在于，所述第一电阻模块的阻值等于所述第二电阻模块的阻值。
7.根据权利要求6所述的一种幅度可调电压电流模拟电路，其特征在于，所述第一电阻模块的阻值和所述第二电阻模块的阻值均等于50欧姆、60欧姆或80欧姆。
8.根据权利要求6所述的一种幅度可调电压电流模拟电路，其特征在于，所述第一电阻模块和所述第二电阻模块由一个电阻构成或者由多个电阻并联而成。
9.根据权利要求1所述的一种幅度可调电压电流模拟电路，其特征在于，所述电流源电路包括参考电流源和电流倍增控制位；所述电流源电路输出的注入电流的电流值等于所述电流倍增控制位的当前值与所述参考电流源的电流值的乘积。
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2023
- 2023-10-10 CN CN202311308009.4A patent/CN117055678B/zh active Active
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