CN201667619U - 一种全波整流电路 - Google Patents

Abstract

一种全波整流电路，包括用于将输入的正电压转换成电流的正半波电压转电流电路；用于将输入的负电压转换成电流的负半波电压转电流电路；对正半波电压转电流电路输出的正电流和负半波电压转电流电路输出的负电流叠加成完整的电流信号的叠加电路；将叠加电路输出的电流信号整流成正向的电流信号的正向全波电流整流电路；将正向全波电流整流电路的输出电流转换成电压信号的正向全波电流转电压电路。本实用新型实施例提供的一种全波整流电路，先将正负半波的电压转换成正负半波的电流，再对正负半波的电流进行整流，然后再将整流后的电流转换成电压输出，这样需要整流的电压可以不受二极管导通电压的限制并且精度较高。

Description

一种全波整流电路

技术领域

本实用新型属于整流电路领域，具体涉及一种全波整流电路。

背景技术

全波整流电路广泛的应用在AC电压计、RF解调器、线性函数发生器、非线性信号处理电路等方面，传统的全波整流电路如图1所示主要由二极管所构成，其主要工作原理是当输入信号V_i处于正半周时，二极管D1、D3导通，二极管D2、D4截止，同理在V_i的负半周时二极管D2、D4导通，二极管D1、D3截止，其主要优点是输出电压高，纹波电压较小，但是传统上由二极管电桥组成的全波整流电路受到本身二极管导通电压的限制，输入信号电压必须高于二极管的导通电压时才能实现全波整流，已不能满足应用在小信号高精度要求的集成电路上。

实用新型内容

本实用新型解决的现有技术问题是现有技术全波整流电路中输入信号电压比较高、精度比较低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种全波整流电路，包括：

用于将输入的正电压转换成电流的正半波电压转电流电路；

用于将输入的负电压转换成电流的负半波电压转电流电路；

对正半波电压转电流电路输出的正电流和负半波电压转电流电路输出的负电流叠加成完整的电流信号的叠加电路；

将叠加电路输出的电流信号整流成正向的电流信号的正向全波电流整流电路；

将正向全波电流整流电路的输出电流转换成电压信号的正向全波电流转电压电路。

本实用新型实施例提供的一种全波整流电路，先将正负半波的电压转换成正负半波的电流，再对正负半波的电流进行整流，然后再将整流后的电流转换成电压输出，这样需要整流的电压可以不受二极管导通电压的限制并且精度较高。

附图说明

图1是现有技术全波整流电路的原理图；

图2是本实用新型实施例全波整流电路的原理框图；

图3是本实用新型实施例全波整流电路的原理图；

图4是本实用新型实施例中单位增益缓冲器示意图；

图5是本实用新型实施例中输入输出信号的波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图2是本实用新型实施例全波整流电路的原理框图；一种全波整流电路，包括正半波电压转电流电路1：用于将输入的正电压转换成电流；负半波电压转电流电路2：用于将输入的负电压转换成电流；叠加电路3：用于对正半波电压转电流电路输出的正电流和负半波电压转电流电路输出的负电流叠加成完整的电流信号；正向全波电流整流电路4：用于将叠加电路输出的电流信号整流成正向的电流信号；正向全波电流转电压电路5：用于将正向全波电流整流电路的输出电流转换成电压信号。

本实用新型实施例提供的一种全波整流电路，先将正负半波的电压转换成电流，再对正负半波的电流进行整流，然后再将整流后的电流转换成电压输出，这样需要整流的电压可以不受二极管导通电压的限制并且精度较高。

图3是本实用新型实施例全波整流电路的原理图；图中正半波电压转电流电路1包括：第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三PMOS管P3、第四PMOS管P4、第五PMOS管P5；第三PMOS管P3的源极、第四PMOS管P4的源极和第五PMOS管P5的源极均与电源连接，第三PMOS管P3的栅极与第四PMOS管P4的栅极连接，第三PMOS管P3的漏极连接第二偏置电流IB₂；第一NMOS管N1的漏极与第四PMOS管P4的漏极连接，第一NMOS管N1的源极连接外部输入信号V_in；第五PMOS管P5的漏极与第二NMOS管P2的漏极连接，第二NMOS管P2的源极经过第一电阻R1后与共模电压COM连接。

负半波电压转电流电路2包括：第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第三NMOS管V3、第四NMOS管N4、第五NMOS管N5；第三NMOS管N3的源极、第四NMOS管N4的源极和第五NMOS管N5的源极均与地连接，第三NMOS管N3的栅极与第四NMOS管N4的栅极连接，第三NMOS管N3的漏极连接第一偏置电流IB₁；第一PMOS管P1的漏极与第四NMOS管N4的漏极连接，第一PMOS管P1的源极连接外部输入信号V_in；第五NMOS管N5的漏极与第二PMOS管P2的漏极连接，第二PMOS管的源极经过第一电阻R1后与共模电压COM连接。

叠加电路3包括：第六PMOS管P6和第六NMOSN6管；第六PMOS管P6的源极与电源连接，第六PMOS管P6的栅极连接第五PMOS管P5的栅极；第六NMOS管N6的源极与电源连接，第六NMOS管N6的栅极连接第五PMOS管P5的栅极，第六PMOS管P6的漏极与第六NMOS管N6的漏极连接作为叠加电路的输出端。

正向全波电流整流电路4包括：第七PMOS管P7、第八PMOS管P8、第九PMOS管P9、第十PMOS管P10、第十一PMOS管P11、第十二PMOS管P12、第七NMOS管N7、第八NMOS管N8、第九NMOS管N9、第十NMOS管N10、第十一NMOS管N11、第十二NMOS管N12、第一电容C1、第二电容C2；所述第九PMOS管P9、第十PMOS管P10、第十一PMOS管P11和第十二PMOS管P12的源极均与电源连接，第九PMOS管P9的漏极连接第四偏置电流IB₄，第九PMOS管P9的栅极与第十PMOS管P10的栅极连接；第十PMOS管P10的漏极与第七NMOS管N7的漏极连接，第七NMOS管N7的栅极连接第八NMOS管N8的栅极，第八NMOS管N8的漏极与第十一PMOS管P11的漏极连接，第十一PMOS管P11的栅极连接第十二PMOS管P12的栅极，第十二PMOS管P12的漏极作为正向全波电流整流电路4的输出端；第九NMOS管N9、第十NMOS管N10、第十一NMOS管N11和第十二NMOS管N12的源极均与地连接，第九NMOS管N9的漏极连接第三偏置电流IB₃，第九NMOS管N9的栅极与第十NMOS管N10的栅极连接；第十NMOS管N10的漏极与第七PMOS管P7的漏极连接，第七PMOS管P7的栅极连接第八PMOS管P8的栅极，第八PMOS管P8的漏极与第十一NMOS管N11的漏极连接，第十一NMOS管N11的栅极连接第十二NMOS管N12的栅极，第十二NMOS管N12的漏极与第八NMOS管N8的漏极连接；第七PMOS管P7的源极与第七NMOS管N7的源极连接；第八PMOS管P8的源极与第八NMOS管N8的源极连接并与叠加电路的输出端连接；第一电容C1连接电源和第七NMOS管N7的栅极，第二电容C2连接地和第七PMOS管的栅极。

正向全波电流转电压电路5包括第二电阻R2，第二电阻R2的一端连接第十二PMOS管P12的漏极，另一端连接共模电压COM。

为了提供一较强驱动能力的共模电压COM，先将一共模电压VCM经过单位增益缓冲器得到共模电压COM，图4是本实用新型实施例中单位增益缓冲器示意图；正输入端为共模电压VCM，输出端与负输入端相连作为整体的输出，对其具体要求为开环增益高，转换速率大，输出电压失调非常小。

以下详细描述其工作原理：

第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第一PMOS管P1和第二PMOS管P2的源级均连接在自身的衬底上，主要是为了消除衬偏效应，增大信号输入范围。

假设外部输入信号V_in偏置在VCM的共模电压上，外部输入信号V_in镜像至A点，即V_in＝V_A；这是因为假定第一NMOS管N1和第二NMOS管N2、第一PMOS管P1和第二PMOS管P2均处于饱和区，第三NMOS管N3和第四NMOS管N4、第三PMOS管P3和第四PMOS管P4均是1∶1镜像，而且IB₁＝IB₂＝IB，所以第一NMOS管N1和第一PMOS管P1的漏电流相等，第一NMOS管N1和第二NMOS管N2参数特性完全一样，第一PMOS管P1和第二PMOS管P2参数特性也完全一样，其N1和N2为1∶1电流镜，其栅极-源极之间的电压应该是一样的，同理第一PMOS管P1和第二PMOS管P2栅极-源极之间的电压也是相等的，而第一NMOS管N1和第二NMOS管N2共栅极，第一PMOS管P1和第二PMOS管P2共栅极，自然第一NMOS管N1和第二NMOS管的源端电压以及第一PMOS管P1和第二PMOS管P2的源端电压也相等。

当信号处于正半波时，即V_in＞COM，此时由此所产生的正半波电流的流向为从电源流经第五PMOS管P5，之后流经第二NMOS管N2再流向第一电阻R1，最后灌至单位增益缓冲器中。同理，当信号处于负半波时，即V_in＜COM，此时由此所产生的负半波电流的流向为从单位增益缓冲器中抽取电流流经第一电阻R1，之后流经第二PMOS管P2，再到第五NMOS管N5，最后流至地信号上，正半波电流通过第五PMOS管P5和第六PMOS管P6这对镜像管传输出去，而负半波电流则通过第五NMOS管N5和第六NMOS管N6这对镜像管传输出去，最后再叠加成全波电流，也就是I_in。因为由第五PMOS管P5、第六PMOS管P6传输的正半波电流和和第五NMOS管N5、第六NMOS管N6传输的负半波电流均偏置在IB上，所以其不会体现在I_in上。

电压转电流装置所产生的电流为：

$I_{\mathrm{in}}=\frac{V_{\mathrm{in}}-\mathrm{COM}}{R1}=\frac{V_{\mathrm{in}}-\mathrm{VCM}}{R1}---\left(1\right)$

其中V_in为外部输入信号，COM为单位增益缓冲器产生的输出，其值等于VCM，为了使得V_in＝V_A，在这里必须将正半波电压转电流装置和负半波电压转电流装置的输出阻抗做的比第一电阻R1大很多，其输出阻抗为：

$r_{\mathrm{out}}=\frac{1}{g_{\mathrm{mn}2}+g_{\mathrm{mp}2}}---\left(2\right)$

其中g_mn2和g_mp2分别为第二NMOS管N2和第二PMOS管P2的跨导，假设所有MOS管均处于饱和区，其MOS管的跨导等于：

$g_m=\sqrt{{2\mathrm{\μC}}_{\mathrm{OX}}(W/L)I_D}---\left(3\right)$

其中μ是载流子的迁移率，W和L分别为MOS管的宽和长，C_ox为MOS管的单位面积的栅氧化层电容。第一NMOS管N1和第二NMOS管N2，第一PMOS管P1和第二PMOS管P2，第三NMOS管N3和第四NMOS管N4，第三PMOS管P3和第四PMOS管P4，第五NMOS管N5和第六NMOS管N6，第五PMOS管P5和第六PMOS管P6都是等比例镜像管。

第三偏置电流IB₃和第四偏置电流IB₄相等，即IB₃＝IB₄；第七NMOS管N7、第八NMOS管N8、第七PMOS管P7和第八PMOS管P8的源级均连接在自身的衬底上，主要是为了消除衬偏效应，增大信号输入范围。正向全波电流整流电路4有六路电流镜，分别为第七NMOS管N7和第八NMOS管N8，第七PMOS管P7和第八PMOS管P8，第九NMOS管N9和第十NMOS管N10，第九PMOS管P9和第十PMOS管P10，第十一NMOS管N11和第十二NMOS管N12，第十一PMOS管P11和第十二PMOS管P12，均是1∶1镜像，第一电容C1的作用是稳定第七NMOS管N7和第八NMOS管N8的栅极电压，第二电容C2的作用是用于稳定第七PMOS管P7和第八PMOS管P8的栅极电压。

第三偏置电流IB3和第四偏置电流IB4是为了使得第八NMOS管N8和第八PMOS管P8始终处于微导通状态，进而使其第八NMOS管N8和第八PMOS管P8在|V_in-VCM|值很小的时候都能实现开启，由于第三偏置电流IB₃和第四偏置电流IB₄的值非常小，所以对整体输出的I_out影响很小。

当V_in＞VCM时，第八PMOS管P8导通，第八NMOS管N8关闭，此时的I_in是通过第十一NMOS管N11，第十二NMOS管N12，第十一PMOSP11和第十二PMOS管P12传输出去作为I_out，此时第八PMOS管P8的漏电流与I_in同向，同理，当V_in＜VCM时，第八NMOS管N8导通，第八PMOS管P8关闭，此时I_in的通过第十一PMOSP11和第十二PMOS管P12传输出去作为I_out，此时第八NMOS管N8的漏电流与I_in反向，上述可以表示成为：

这也就是说。从而实现了电流的全波整流。

正向全波电流转电压电路用于将全波整流的电流转化成全波整流的电压，其中R1＝R2，由此可得其输出V_out＝I_out×R2，即：

从而实现了电压的全波整流，其中VCM是输入信号的共模电压。其共模范围是：

V_effp2+V_effn5+V_THp2+V_THn5≤VCM≤VCC-V_effn2-V_effp5-V_THn2-V_THp5   (6)

这里V_effni和V_effpi分别是指Ni和Pi的过驱动电压，V_THni和V_THpi是指Ni和Pi的阈值电压，其中

由图3可以看出，其正向(指V_in＞VCM)处理范围为：

V_in+≤VCC-V_effn2-V_effp5-V_THn2-V_THp5-VCM     (7)

其负向(指V_in＜VCM)处理范围为：

V_in-≤VCM-V_effp2-V_effn5-V_THp2-V_THn5         (8)

图3还包括用于对全波整流电路取信号包络的第三电容C3，第三电容C3的一端与第十二PMOS管的漏极连接，另一端与地连接；通过对此电容充放电得到输入信号V_in的精确包络。

图5是本实用新型实施例中输入输出信号的波形图；图中波形101为输入信号V_in的波形，VCM为共模电压，输入信号V_in偏置在共模电压VCM上；102为正半波电压转电流电路和负半波电压转电流电路的输出，为输入信号V_in转换后的电流；103为正向全波电流整流电路的输出，将102的电流信号整流后的信号；104为正向全波电流转电压电路的输出信号，将整流后的信号转换成电压并偏置在共模电压VCM上，105为经过第三电容C3后得到的输入信号的包络信号。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全波整流电路，其特征在于：包括

用于将输入的正电压转换成电流的正半波电压转电流电路；

用于将输入的负电压转换成电流的负半波电压转电流电路；

对正半波电压转电流电路输出的正电流和负半波电压转电流电路输出的负电流叠加成完整的电流信号的叠加电路；

将叠加电路输出的电流信号整流成正向的电流信号的正向全波电流整流电路；

将正向全波电流整流电路的输出电流转换成电压信号的正向全波电流转电压电路。

2.根据权利要求1所述的一种全波整流电路，其特征在于：所述正半波电压转电流电路包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管；第三PMOS管的源极、第四PMOS管的源极和第五PMOS管的源极均与电源连接，第三PMOS管的栅极与第四PMOS管的栅极连接，第三PMOS管的漏极连接第二偏置电流；第一NMOS管的漏极与第四PMOS管的漏极连接，第一NMOS管的源极连接外部输入信号；第五PMOS管的漏极与第二NMOS管的漏极连接，第二NMOS管的源极经过第一电阻后与共模电压连接。

3.根据权利要求1所述的一种全波整流电路，其特征在于：所述负半波电压转电流电路包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管；第三NMOS管的源极、第四NMOS管的源极和第五NMOS管的源极均与地连接，第三NMOS管的栅极与第四NMOS管的栅极连接，第三NMOS管的漏极连接第一偏置电流；第一PMOS管的漏极与第四NMOS管的漏极连接，第一PMOS管的源极连接外部输入信号；第五NMOS管的漏极与第二PMOS管的漏极连接，第二PMOS管的源极经过第一电阻后与共模电压连接。

4.根据权利要求1所述的一种全波整流电路，其特征在于：所述叠加电路包括：第六PMOS管和第六NMOS管；第六PMOS管的源极与电源连接，第六PMOS管的栅极连接第五PMOS管的栅极；第六NMOS管的源极与电源连接，第六NMOS管的栅极连接第五PMOS管的栅极，第六PMOS管的漏极与第六NMOS管的漏极连接作为叠加电路的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种全波整流电路，其特征在于：所述正向全波电流整流电路包括：第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第十二NMOS管、第一电容、第二电容；所述第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管和第十二PMOS管的源极均与电源连接，第九PMOS管的漏极连接第四偏置电流，第九PMOS管的栅极与第十PMOS管的栅极连接；第十PMOS管的漏极与第七NMOS管的漏极连接，第七NMOS管的栅极连接第八NMOS管的栅极，第八NMOS管的漏极与第十一PMOS管的漏极连接，第十一PMOS管的栅极连接第十二PMOS管的栅极，第十二PMOS管的漏极作为正向全波电流整流电路的输出端；第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管和第十二NMOS管的源极均与地连接，第九NMOS管的漏极连接第三偏置电流，第九NMOS管的栅极与第十NMOS管的栅极连接；第十NMOS管的漏极与第七PMOS管的漏极连接，第七PMOS管的栅极连接第八PMOS管的栅极，第八PMOS管的漏极与第十一NMOS管的漏极连接，第十一NMOS管的栅极连接第十二NMOS管的栅极，第十二NMOS管的漏极与第八NMOS管的漏极连接；第七PMOS管的源极与第七NMOS管的源极连接；第八PMOS管的源极与第八NMOS管的源极连接并与叠加电路的输出端连接；第一电容连接电源和第七NMOS管的栅极，第二电容连接地和第七PMOS管的栅极。

6.根据权利要求1所述的一种全波整流电路，其特征在于：所述正向全波电流转电压电路包括第二电阻，第二电阻的一端连接第十二PMOS管的漏极，另一端连接共模电压。

7.根据权利要求1所述的一种全波整流电路，其特征在于：还包括用于对全波整流电路取信号包络的第三电容，第三电容的一端与第十二PMOS管的漏极连接，另一端与地连接。

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