专利名称：一种斜波发生电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种斜波生成电路，尤其涉及一种可用于模数转换器中，而且斜率和上下限分别可调的斜波发生电路。
背景技术：
一个模拟数字转换器(ADC)，可用于转换模拟信号(如由传感器产生的电流或电压)转换成数字信号，可以通过其它设备使用(如一个微处理器)。例如，在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像处理应用程序中，ADC是越来越多地被用来作为首选手段将CMOS传感器获得的模拟信号转换成数字信号并读出。目前使用的ADC中较常见的有反馈类型的转换器，双斜波转换器，闪光转换器，电荷再分配的转换器和数字斜波转换器等几种类型。其中每个类型使用不同的技术，完成不同的A / D转换。但现有的斜波转换器中的斜波生成电路往往使得转换速率不高，而且不容易实现斜波斜率和上下限的调节。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种斜率和上下限可调的斜波发生电路，同时提高模数转换的速率。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种斜波发生电路，包括电容以及电容充电电路和电容放电电路，其中，电容的端电压作为斜波输出，
所述电容充电电路由电流源阵列和连接在电流源阵列的输出端和电容间的电容充电开关&构成，所述电流源阵列包括N个并联的电流源，N个电流源中除一个以外的N-I个电流源分别对应一个开关；
所述电容放电电路由电流镜负载和连接在电流镜负载和电容之间的电容放电开关
f构成，其中电容充电开关&和电容放电开关I为互补开关。进一步地，所述电流镜负载包括一电流源、第一 NMOS管和第二 NMOS管，其中，第一 NMOS管和第二 NMOS管的栅极接在一起，源极接地，电流源的输出连接在第二 NMOS管的漏极和两个NMOS管的栅极上，第一 NMOS管的漏极与电容放电开关f相连。进一步地，所述电流源阵列中的电流源为六个，且电流的大小分别为I、1、21、41、 81 禾口 161。进一步地，所述电流源阵列的输出端还通过一开关接地，所述开关与电容充电开关&为互补开关。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
(1)采用一个电流源阵列作为输入电流，可调能力高，易操作，可以调节充电回路总电流大小，实现斜波上限点的调节；
(2)采用一个电流镜作为放电负载，可控能力强，可以调节斜波下限点；(3)下限的抬高，意味着在模数转换中可以省去下限以下的电压扫描，从而极大地优化了转换的速率。(4)因为放电电流的独立可调，可以通过计算而得到相应的放电电流，使得电容端电压在一个放电周期内的下降电压等于在某个充电周期内多充的电压。从而可以避免斜波出现漂移的情况，使得斜波的上下限均独立可调。
图1为本发明的基本电路示意图； 图2为调节输入电流的仿真结果图； 图3为单独调节下限的仿真结果图； 图4为调节斜波上下限的仿真结果图。
具体实施例方式下面将结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的描述。斜波发生器的基本原理如图1所示先闭合开关Stl，断开开关I ,使输入总电流
i对电容c进行充电，接着断开Stl，闭合f，使得电容c开始放电，然后闭合Stl，断开I，使电容c又开始充电，如此循环往复。而输出电压V。ut作为电容端电压，可由以下公式(1)、 (2)、(3)推导得到，其输出波形即为一个斜波。电容端电压V-与电容值c和电容电荷q的关系为
Vout=q/c公式(1)
电容电荷q与充电电流i和时间t的关系为
q=iXt公式(2)
将公式(2)代入公式(1)，有
Vout= (i/c) Xt公式(3)
易知，当c和i固定不变时，Vout输出为一个斜线。参见图1，为本发明的一个基本电路图，整体电路由电容充电回路，以及电容放电回路组成，电容c的端电压则为斜波输出电压。图1中电流源阵列中的电流源的大小分别为I、I、2I、4I、8I和161，通过开关开闭组合的不同，可控制得到从I到321的电流输入，其中步长为一个I。而&和I为2个互
补开关，其中&为电容充电开关，而I为电容放电开关，控制充电、放电回路的工作状态。 电流镜可以通过调节电流Itl的大小，从而调节斜波输出的下限。而在放电状态时，充电电流通过左侧的Γ导通流向&id，避免了电路的悬空而造成电路的异常。图2是调节输入电流大小，仿真得到的结果图。由上述说明可知，通过对开关S1X5 的控制可得到以I为步长从I到321的输入电流。本例展示了从I到81的输入电流下，斜波斜率的变化情况。图2中第1个斜波由图1电路可知，在S1X5全为低电平时，因为电路充电时只有一个大小为I的电流源处于导通状态，充电回路中总电流较小，斜波上限值较低，所以斜波斜率较小。图2中第2个斜波如图中时序所示，开关S1为高电平处于闭合状态，即此时有大小为21的电流作为充电输入总电流，所以这个斜波的斜率要大于第1个斜波。而图2中第3个斜波由时序知，只有开关&处于闭合状态，即这个时候由大小为31 的电流作为输入，所以这个斜波的斜率要更大一些。以此类推，充电输入电流大小为41、51、 61,71和81分别对应第4、5、6、7和8个斜波。图3为单独调节负载电流镜电流，使得下限抬高的仿真结果图。此图中充电输入电流均能使斜波在一个充电周期内达到饱和状态，即v。ut上升到Vdd后，电容不再继续充电， 此时v。ut维持Vdd水平不变，直到开始放电。随着Itl的调低，斜波的下限开始抬高。图3中 I1^ I2和I3依次递减，并且在I2和I3放电电流下，电容未完全放电。而斜波下限的抬高，意味着在模数转换中，可以省去对斜波下限以下的电压的扫描，从而加快了转换速率。图4是调节放电负载电流镜的电流大小而得到的仿真结果图，其中充电未使电容端电压到达饱和。该图展示了通过对输入电流和放电电流的控制而得到斜波上下限的调节。如图所示，在前4个斜波时输入电流大小为一个I，而在第5个充电周期内充电电流大小增大为21，从而使得斜波的上限升高。而与此同时，可通过计算得到放电电流Itl,该放电电流使得电容在一个放电周期内，电容端的电压正好下降一个I充电所得的电压。如图在第2阶段的斜波下限也相应抬高。而在第6、个斜波充电周期内，输入电流大小回复到一个I。这样可以避免因充电上升电压与放电下降电压不同而引起斜波的漂移。同理，在第 10个斜波处，可以增加输入电流到31，同样调节放电电流Itl可使得电容在一个放电周期内的下降电压等于一个I充电所得的电压。而后，在第1广15个斜波充电周期内，输入电流大小回复到一个I。通过这个实例，可以发现斜波的上下限均可调节。本发明中斜波斜率可调，主要通过对电流源阵列的开关控制来实现。其中开关
Vs5采用高电平表示闭合，低电平表示打开，而I与&为一对互补开关，即在任一时刻两者有且只有一个是闭合的。换言之，I采用的是低电平表示闭合，高电平表示打开。调节斜波上限值时将&置为高电平使其闭合，此时$断开，电容器接入充电回
路，通过控制开关S^S5的闭合则使对应支路中电流源接入充电回路，任意调节开关的闭合状态则可以自由选择充电回路总电流的大小，从而改变电容器上的电压值，充电电流越大， 电容器上电压则越大，从而输出电压上限值增大，而放电结束时输出电压下限值不变，使得输出斜波电压的斜率增大，实现了斜波斜率可调的功能。其斜波上下限分别可调，主要通过对放电负载的电流镜的电流大小的调节，以及改变充电回路中总电流来实现的。其中电流Itl的减小使得电路放电电流因为电流镜作用同步减小，从而导致斜波下限的抬高，而同时保持充电电流值较小，使电容充电未达到饱和， 那么在相同的充电时间里，输出电压值v。ut的增量相等，使得斜波上限相应升高，这时斜波上下限同时发生变化。如果单独改变电流镜的电流大小，而使得电容充电达到饱和，那么只有输出电压的下限值发生改变，实现单独调节斜波下限值的功能。保持充电电流为较大值，使电容在一个充电周期内达到饱和，那么输出斜波电压上限值保持不变，此时通过改变电流镜中电流 Itl，斜波下限则可以独立发生变化。电路采用一个电流镜作为放电负载，可以通过控制电流Itl的大小来调节斜波的上下限。由原理图可知减小Itl，因为电流镜作用使得通过M1管的电流同样减小，可得放电速度变慢，那么电容在一个放电周期内未放电完全，即电容端的最低电压升高，表现为斜波的下限抬高。当电容充电达到饱和时，斜波上限稳定不变，此时可以通过改变电流镜电流单独调节斜波下限点的大小。而当减小充电回路的总电流大小，使电容充电未达到饱和，那么在相同充电时间内，电容端增加相同的电压，使得斜波的上限同样升高，那么伴随斜波下限的升高，斜波上限值也会相应升高，实现了同时调节斜波上下限的功能。
当然还可以通过改变输入电流，使得斜波的上限独立可调。只要电流镜中电流保持恒定，斜波下限固定，改变充电回路中总电流，在相同的充电时间内，电容的端电压值不同，斜波上限值就会独立发生变化。
权利要求
1.一种斜波发生电路，其特征在于包括电容以及电容充电电路和电容放电电路，其中，电容的端电压作为斜波输出，所述电容充电电路由电流源阵列和连接在电流源阵列的输出端和电容间的电容充电开关&构成，所述电流源阵列包括N个并联的电流源，N个电流源中除一个以外的N-I个电流源分别对应一个开关；所述电容放电电路由电流镜负载和连接在电流镜负载和电容之间的电容放电开关I构成，其中电容充电开关&和电容放电开关I为互补开关。
2.根据权利要求1所述的一种斜波发生电路，其特征在于所述电流镜负载包括一电流源、第一 NMOS管和第二 NMOS管，其中，第一 NMOS管和第二 NMOS管的栅极接在一起，源极接地，电流源的输出连接在第二 NMOS管的漏极和两个NMOS管的栅极上，第一 NMOS管的漏极与电容放电开关Γ相连。
3.根据权利要求1所述的一种斜波发生电路，其特征在于所述电流源阵列中的电流源为六个，且电流的大小分别为Ι、Ι、2Ι、4Ι、8Ι和161。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种斜波发生电路，其特征在于所述电流源阵列的输出端还通过一开关接地，所述开关与电容充电开关&为互补开关。
全文摘要
本发明公开了一种斜波发生电路，包括电容以及电容充电电路和电容放电电路，电容的端电压作为斜波输出，电容充电电路由电流源阵列和连接在电流源阵列的输出端和电容间的电容充电开关S0构成，电流源阵列包括N个并联的电流源，N个电流源中除一个以外的N-1个电流源分别对应一个开关；电容放电电路由电流镜负载和连接在电流镜负载和电容之间的电容放电开关构成，其中电容充电开关S0和电容放电开关为互补开关。本发明采用电流源阵列作为输入电流，可调能力高，易操作，可以调节充电回路总电流大小，实现斜波上限点的调节；电流镜作为放电负载，可控能力强，可以调节斜波下限点；在模数转换中可以省去下限以下的电压扫描，优化了转换的速率。
文档编号H03K4/50GK102412810SQ201110419258
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者何伟, 吕坚, 吴志明, 周云, 王璐霞 申请人:电子科技大学