CN212675437U - 一种集成电路及斜坡电压发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及集成电路领域，公开一种集成电路及斜坡电压发生器，包括：主动电容的VA端连接于电压输入端，主动电容的VB端接地，电压输入端与主动电容形成有用于给主动电容充电至基准电压的第一充电电路；主动电容的VA端依次连接于用于示出输出电压的积分电容的一端以及运放AMP的正输入端，积分电容的另一端接地，主动电容的VB端依次连接于运放AMP的输出Vp端和运放AMP的负输入端，主动电容与运放AMP形成有用于给积分电容分配电荷的第二充电电路；控制信号产生电路用于使得第一充电电路和第二充电电路交替导通而给积分电容充电以使其电压达到示出输出用户需求的目标电压。本实用新型可以产生线性度高的斜坡电压。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路领域，具体地，涉及一种集成电路及斜坡电压发生器。
背景技术
电压斜坡信号可以用在需要电压呈线性变化的电路中，通常用作参考信号、斜率补偿器或电压扫描发生器。斜坡电压发生器可用于显示装置或者信号转换的场合，其通常是由运算放大器构成的一个积分器组成，其可以执行积分的数学运算，也就是说我们可以使输出电压响应于输入电压随时间的变化，原理是运算放大器构成的积分器产生的输出电压与输入电压的积分成正比。
下面结合两种放大器积分电路来进行说明。图1为一种常用运算放大器积分电路，如图1所示，反馈电容C由于输入电压的影响而开始充电，其阻抗Xc与其充电速率成比例地缓慢增加。电容器以由RC串联网络的RC时间常数确定的速率充电，负反馈强制运算放大器A产生输出电压-Vout，在运算放大器的反相输入端保持虚拟接地，电容器C两端产生的电压Vc缓慢增加，导致充电电流If随电容器阻抗的增加而减小。这导致Xc/Rin(Rin为RC串联网络的电阻器的阻值)的比率增加，产生线性增加的斜坡输出电压，该输出电压持续增加，直到电容器完全充电。在电容器完全充电时，电容器充当开路，阻止任何更多的直流电流。反馈电容C与输入电阻R的比率现在无限大，从而产生无限增益。这种高增益的结果是放大器的输出进入饱和状态。图2是另一种积分电路的电路图，图2的积分电路包含高增益运算放大器A、高速MOS开关、积分电容C。复位信号Reset控制MOS开关决定斜坡电压的运算范围。斜坡电压的斜率由基准电流和电容决定。在图2的积分电路中的实际的复位信号产生系统中，所使用的高增益运算放大器并非理想器件，在产生复位信号Reset时，受生产工艺、电源、电压和温度的影响，斜坡电压的线性度不是很好，而且输出斜坡电压范围有幅度限制，在应用中很难达到设计所需精度。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种集成电路及斜坡电压发生器，该集成电路及斜坡电压发生器可以产生线性度较高的斜坡电压。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种斜坡电压发生器，所述斜坡电压发生器包括：开关组、运放AMP、主动电容、积分电容以及控制信号产生电路；其中，所述主动电容的VA端连接于电压输入端，所述主动电容的VB端接地，所述电压输入端与所述主动电容形成有用于给所述主动电容充电至基准电压的第一充电电路；所述主动电容的VA端依次连接于用于产生输出电压的所述积分电容的一端以及所述运放AMP的正输入端，所述积分电容的另一端接地，所述主动电容的VB端依次连接于所述运放AMP的输出Vp端和所述运放AMP的负输入端，所述主动电容与所述运放AMP形成有用于给所述积分电容分配电荷的第二充电电路；所述控制信号产生电路用于产生控制信号，其中所述控制信号被配置为用于控制置于所述第一充电电路和所述第二充电电路中的所述开关组的导通或断开，以使得所述第一充电电路和所述第二充电电路交替导通而给所述积分电容充电以使其电压达到输出用户需求的目标电压。
优选地，所述开关组包括：第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关；其中，所述第一开关置于所述主动电容的VA端与所述电压输入端之间，所述第二开关置于所述主动电容的VB端与地之间，所述第三开关置于所述主动电容的VA端与所述积分电容之间，所述第四开关置于所述主动电容的 VB端与所述运放AMP的输出Vp端之间。
优选地，所述控制信号产生电路包括：用于产生非交叠时钟信号的时钟电路和用于调整所述非交叠时钟信号时序的时序调整电路；其中，所述时钟电路接收CLK时钟信号，并发送所述非交叠时钟信号至所述第一开关、第二开关以及所述时序调整电路，所述时序调整电路发送调整时序后的非交叠时钟信号至所述第三开关和第四开关。
优选地，所述第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关中的至少一者由PMOS管组成；或所述第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关中的至少一者由NMOS管组成。
优选地，所述电压输入端被配置为输入基准电压，其中所述基准电压小于输出用户需求的目标电压。
另外，还提供一种集成电路，所述集成电路包括上述的斜坡电压发生器。
另外，还提供一种斜坡电压的生成方法，所述斜坡电压的生成方法使用上述的斜坡电压发生器，且所述斜坡电压的生成方法包括：在一个积分周期中，控制置于所述第一充电电路中的开关组导通且所述第二充电电路中的开关组断开，以使得所述主动电容的电压达到反映用户需求电压变化速率的基准电压，基于所述基准电压继续控制置于所述第一充电电路中的开关组断开且所述第二充电电路中的开关组导通，以将所述主动电容上的所有电荷充至所述积分电容上；以及重复多个所述积分周期，以使得所述积分电容的电压达到输出用户需求的目标电压，其中所述目标电压大于所述基准电压。
根据上述技术方案，本实用新型利用设计的开关组控制所述第一充电电路和所述第二充电电路的导通或断开，其中，在第一充电电路导通时所述主动电容可以存储基准电压，在第二充电电路导通时所述主动电容可以与所述积分电容、运放AMP相配合将所述主动电容上的电荷分配至所述积分电容上，进而使得所述积分电容的电压达到输出用户需求的目标电压。上述控制电路解决了传统积分电路的线性度不足、输出电压易饱和的缺点，能够在目标电压的范围内，保持较好的线性度。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是现有技术中的一种运算放大器的积分电路图；
图2是现有技术中的另一种运算放大器的积分电路图；
图3是说明本实用新型的一种斜坡电压发生器的电路图；
图4是说明本实用新型的一种斜坡电压发生器的具体实施方式的电路图；
图5是说明本实用新型的开关组的控制信号的控制时序的时序图；
图6是说明本实用新型的斜坡电压的仿真输出波形图；以及
图7是说明本实用新型的一种斜坡电压的生成方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
图1-图2是现有技术中的运算放大器积分电路，用于产生图3所示的斜坡电压。本实用新型图1及图2中的运算放大器积分电路无论是结构又或是控制原理上均存在较大的差别。下面结合图3-图6具体描述本实用新型的斜坡电压发生器。
图3是本实用新型的一种斜坡电压发生器的电路图，如图3所示，所述斜坡电压发生器包括：开关组(开关组包括4个开关)、运放AMP、主动电容C0、积分电容C1以及控制信号产生电路；控制信号产生电路的输出信号，用于控制S1、S2、S3、S4四个开关。其中，所述主动电容C0的VA端连接于电压输入端VR，所述主动电容C0的VB端接地，所述电压输入端VR与所述主动电容C0形成有用于给所述主动电容C0充电至基准电压的第一充电电路；所述主动电容C0的VA端依次连接于用于产生输出电压的所述积分电容C1的一端以及所述运放AMP的正输入端，所述积分电容C1的另一端接地，所述主动电容C0的VB端依次连接于所述运放AMP的输出Vp端和所述运放AMP的负输入端，所述主动电容C0与所述运放AMP形成有用于给所述积分电容C1分配电荷的第二充电电路；所述控制信号产生电路用于产生控制信号，其中所述控制信号被配置为用于控制置于所述第一充电电路和所述第二充电电路中的所述开关组的导通或断开，以使得所述第一充电电路和所述第二充电电路交替导通而给所述积分电容充电以使其电压达到示出用户需求的目标电压。其中，所述电压输入端被配置为输入基准电压，所述基准电压小于输出用户需求的目标电压VDD。
其中，如图3所示，所述开关组包括：第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4；其中，所述第一开关S1置于所述主动电容C0 的VA端与所述电压输入端VR之间，所述第二开关S2置于所述主动电容 C0的VB端与地之间，所述第三开关S3置于所述主动电容C0的VA端与所述积分电容C1之间，所述第四开关S4置于所述主动电容C0的VB端与所述运放AMP的输出Vp端之间。
进一步优选地，图4是本实用新型的另一种斜坡电压发生器的电路图，图5在图4的基础上增加了控制信号产生电路以及开关组的具体结构，其中，所述第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关均由PMOS管和/或NMOS 管组成。如图4所示，晶体管M1构成第一开关S1；晶体管M2、M3构成第二开关S2；晶体管M4、M5构成第三开关S3；晶体管M6、M7构成第四开关S4，U0为运算放大器AMP。其中，所述控制信号产生电路包括：用于产生非交叠时钟信号的时钟电路和用于调整所述非交叠时钟信号时序的时序调整电路；其中，所述时钟电路接收CLK时钟信号，并发送所述非交叠时钟信号至所述第一开关S1、第二开关S2以及所述时序调整电路，所述时序调整电路发送调整时序后的非交叠时钟信号至所述第三开关S3和第四开关S4。
图5是控制信号产生电路所产生的控制信号的时序图。如图6所示，所述第一开关S1和第二开关S2在高电平下可以同步打开，所述第三开关S3 和第四开关S4在高电平下可以同步打开，S1和S2与S3和S4交替打开。
图6是说明本实用新型的斜坡电压的仿真输出波形图。如图7所示，斜坡电压发生器的输出电压范围可以达到0V～VDD，其范围可以通过输入基准电压VR进行调整，并且该电路在输出电压范围内，有着较好的线性度，适合很多对输出电压范围和线性度要求较高的场合。
图7是说明本实用新型使用图4或图5的斜坡电压发生器的一种斜坡电压的生成方法的流程图。如图7所示，所述斜坡电压的生成方法包括：
Step1，在一个积分周期中，执行：
第一阶段：控制置于所述第一充电电路中的开关组导通且所述第二充电电路中的开关组断开，以使得所述主动电容的电压达到反映用户需求电压变化速率的基准电压；以及
第二阶段：基于所述基准电压继续控制置于所述第一充电电路中的开关组断开且所述第二充电电路中的开关组导通，以将所述主动电容上的所有电荷充至所述积分电容上。
Step2，重复多个所述积分周期，以使得所述积分电容的电压达到产生用户需求的目标电压。其中，所述目标电压大于所述基准电压。
具体地，在Step1中的第一阶段工作时，S1和S2闭合，S3和S4打开， VA点处的电位为VR，VB处的电位为GND(0V)，此时，将主动电容C0的电压充电至VR；在第二阶段工作时，S1和S2断开，S3和S4闭合，VB处的电位为VP，也就是VOUT的电位，VA点处的电位为(VOUT+VR)大于VOUT，此时，将主动电容C0的电荷流至积分电容C1。
Step2中，S1～S4是在时钟CLK的控制下，完成多个周期的充电和电荷分配工作。积分电容C1的端电压VOUT，会从最初的0V，逐渐升高，最终可以到达(VOUT+VR)。在这个过程中，主动电容C0的电荷量是固定的，对积分电容C1的充电电压的变化过程接近于线性，而且输出范围可以达到满电压量程即0V～VDD。
此外，本实用新型还提供一种集成电路，其包括图3、图4所述的斜坡电压发生器。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (6)
1.一种斜坡电压发生器，其特征在于，所述斜坡电压发生器包括：开关组、运放AMP、主动电容、积分电容以及控制信号产生电路；
其中，所述主动电容的VA端连接于电压输入端，所述主动电容的VB端接地，所述电压输入端与所述主动电容形成有用于给所述主动电容充电至基准电压的第一充电电路；
所述主动电容的VA端依次连接于用于输出电压的所述积分电容的一端以及所述运放AMP的正输入端，所述积分电容的另一端接地，所述主动电容的VB端依次连接于所述运放AMP的输出Vp端和所述运放AMP的负输入端，所述主动电容与所述运放AMP形成有用于给所述积分电容分配电荷的第二充电电路；
所述控制信号产生电路用于产生控制信号，其中所述控制信号被配置为用于控制置于所述第一充电电路和所述第二充电电路中的所述开关组的导通或断开，以使得所述第一充电电路和所述第二充电电路交替导通而给所述积分电容充电以使其电压达到输出用户需求的目标电压。
2.根据权利要求1所述的斜坡电压发生器，其特征在于，所述开关组包括：第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关；
其中，所述第一开关置于所述主动电容的VA端与所述电压输入端之间，所述第二开关置于所述主动电容的VB端与地之间，所述第三开关置于所述主动电容的VA端与所述积分电容之间，所述第四开关置于所述主动电容的VB端与所述运放AMP的输出Vp端之间。
3.根据权利要求1所述的斜坡电压发生器，其特征在于，所述控制信号产生电路包括：用于产生非交叠时钟信号的时钟电路和用于调整所述非交叠时钟信号时序的时序调整电路；
其中，所述时钟电路接收CLK时钟信号，并发送所述非交叠时钟信号至第一开关、第二开关以及所述时序调整电路，所述时序调整电路发送调整时序后的非交叠时钟信号至第三开关和第四开关。
4.根据权利要求2所述的斜坡电压发生器，其特征在于，所述第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关中的至少一者由PMOS管组成；或
所述第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关中的至少一者由NMOS管组成。
5.根据权利要求1所述的斜坡电压发生器，其特征在于，所述电压输入端被配置为输入基准电压，其中所述基准电压小于输出用户需求的目标电压。
6.一种集成电路，其特征在于，所述集成电路包括权利要求1-5中任意一项所述的斜坡电压发生器。
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| CN202021142296.8U CN212675437U (zh) | 2020-06-18 | 2020-06-18 | 一种集成电路及斜坡电压发生器 |
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| CN111752327A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-10-09 | 安徽赛腾微电子有限公司 | 一种斜坡电压发生器以及斜坡电压的生成方法 |
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