专利名称：一种电压控制的等效电阻电路和一种滤波电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路领域，尤其是涉及一种电压控制的等效电阻电路和一种滤波电路。
背景技术：
在CMOS工艺下，有多晶硅电阻、金属电阻等不同类型的电阻，但是这些电阻的阻值易受工艺条件和温度等环境参数的影响，并且阻值为固定值，不能进行调节。然而在大规模集成电路中，片内需要感应电流或者电压的情况下，对电阻的精度要求比较高，并且要求阻值是随感应电流或者电压的变化而变化的，此时普通的无源电阻就不能满足我们的要求了。通过晶体管或者MOS管等效的有源电阻的精度与集成电路的制作工艺相关，而集成电路制造工艺中，迁移率μ η和寄生氧化层电容Cra相比电阻制造工艺的参数更容易控制，变化更小。因此，通过晶体管或者MOS管等效的有源电阻的阻值精度更高，并且能够通过电压或者电流的变化控制阻值的变化。因此这种有源电阻成为大规模集成电路中应用最广泛的电阻之一。它可以应用在有源电阻电容滤波器、振荡器、可变增益放大器、电压或者电流转换频率器件中。一种有源电阻是通过电流控制CCCII (第二代电流转换器)制造的浮动电阻，请参阅图I和图2，CCCII满足以下公式，Iy = OVx = VY+RxXIxIz = kXVx其中Rx为X端口的阻抗，理想的CCCII在Y端口的输入阻抗无限大，，输入端口 Z 等效一个电流产生器，可以驱动无限大的输出阻抗。X端口的阻抗Rx可以通过偏置电流I。 来控制，Rx = Vt/(210)在温度为27°C时，有Vt = kT / q = 26 mV电流增益k可以表示为k = Vl2请参阅图3，基于CCCII提出的高值电流控制浮动电阻值Req = (2Rx+Rl) /k根据以上公式可以得出Req= I2(VVRl)ZI1其中有Iq = Iqi = Ici2可见，浮动电阻的阻值由偏置电流Itl以及I1和I2的电流比例进行调节。但是通过晶体管等效的有源电阻，不能在CMOS工艺中集成，因此无法用在模拟CMOS集成电路中，大大影响了它的使用范围。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电压控制等效电阻的电路和一种滤波电路， 以实现能够使用在CMOS集成电路中的高精度的电压控制等效电阻。本发明提出的一种电压控制的等效电阻电路包括第一 PMOS管以及与之宽长比相同的第二、第三和第四PMOS管；第五PMOS管以及与之宽长比相同的第六PMOS管；第七PMOS管以及与之宽长比相同的第八PMOS管；第一 NMOS管以及与之宽长比相同的第二 NMOS管；第三NMOS管以及与之宽长比相同的第四NMOS管；第五NMOS管以及与之宽长比相同的第六NMOS管；第七NMOS 管；第一、第三、第五、第六、第七和第八PMOS管的源极均耦合到电源电压；第五PMOS 管的漏极和栅极、第六PMOS管的栅极耦合到第一 NMOS管的漏极；第八PMOS管的漏极和栅极、第七PMOS管的栅极耦合到第二 NMOS管的漏极；第一 PMOS管的漏极、第二 PMOS管的源极耦合到第二 NMOS管的栅极；第三PMOS管的漏极、第四PMOS管的源极耦合到第一 NMOS管的栅极；第一和第三PMOS管的栅极耦合到第七NMOS管的源极；第七NMOS管的栅极和漏极耦合到控制电压；第二、第四PMOS管的漏极、第三、第四、第五以及第六NMOS管的源极耦合到地电压；第四NMOS管的栅极、第三NMOS管的栅极和漏极耦合到第七PMOS管的漏极；第五 NMOS管的栅极、第六NMOS管的栅极和漏极耦合到第六PMOS管的漏极；第一NMOS管的源极、 第二 PMOS管的栅极和第四NMOS管的漏极耦合到第一节点；第二 NMOS管的源极、第四PMOS 管的栅极和第五NMOS管的漏极耦合到第二节点；第一节点和第二节点为所述等效电阻的两端。优选地，该等效电阻电路还包括一开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路为所述等效电阻电路提供控制电压。优选地，开关电源电路包括电流感应电路和开关电源电压转换电路。电流感应电路包括电压镜像电路、第八NMOS管和第九NMOS管，第八NMOS管的栅极和漏极耦合到电压镜像电路，第九NMOS管的栅极和漏极耦合到第八NMOS管的源极，第九NMOS管两端的电压为所述等效电阻电路提供控制电压。本发明还提出了一种滤波电路，该滤波电路包括运算放大器、输入阻抗、反馈阻抗和电阻，该滤波电路中的电阻为本发明提出的等效电阻电路。由技术方案可知，本发明提供了一种电压控制等效电阻的电路，实现了使用MOS 管等效的有源电阻，使得此等效电阻可以广泛使用在CMOS集成电路中。其次由于其制造工艺的参数相比无源电阻制造工艺中的参数更容易控制，变化更小，因此保证了高精度的阻值。还可通过电压的变化控制电阻的阻值。
图I为晶体管CCCII结构框图2为晶体管CCCII组成电路图；图3为电流控制等效电阻结构框图；图4为本发明等效电阻电路图；图5为滤波电路图；图6为采用了感应电流电路的开关电源电路图。
具体实施例方式本发明提供了一种电压控制的等效电阻电路，包括第一 PMOS管以及与之宽长比尺寸相同的第二、第三和第四PMOS管，第五PMOS管以及与之宽长比尺寸相同的第六PMOS管，第七PMOS管以及与之宽长比尺寸相同的第八PMOS管，第一 NMOS管以及与之宽长比尺寸相同的第二 NMOS管，第三NMOS管以及与之宽长比尺寸相同的第四NMOS管，第五NMOS管以及与之宽长比尺寸相同的第六NMOS管，第七NMOS 管。第一、第三、第五、第六、第七和第八PMOS管的源极均耦合到电源电压；第五PMOS 管的漏极和栅极、第六PMOS管的栅极耦合到第一 NMOS管的漏极；第八PMOS管的漏极和栅极、第七PMOS管的栅极耦合到第二 NMOS管的漏极；第一 PMOS管的漏极、第二 PMOS管的源极耦合到第二 NMOS管的栅极；第三PMOS管的漏极、第四PMOS管的源极耦合到第一 NMOS管的栅极；第一和第三PMOS管的栅极耦合到第七NMOS管的源极；第七NMOS管的栅极和漏极耦合到控制电压；第二、第四PMOS管的漏极、第三、第四、第五以及第六NMOS管的源极耦合到地电压；第四NMOS管的栅极、第三NMOS管的栅极和漏极耦合到第七PMOS管的漏极；第五 NMOS管的栅极、第六NMOS管的栅极和漏极耦合到第六PMOS管的漏极；第一NMOS管的源极、 第二 PMOS管的栅极和第四NMOS管的漏极耦合到第一节点；第二 NMOS管的源极、第四PMOS 管的栅极和第五NMOS管的漏极耦合到第二节点；第一节点和第二节点为所述等效电阻的两端。本发明还可以包括一开关电源电路，开关电源电路包括电流感应电路和开关电源电压转换电路。所述电流感应电路包括电压镜像电路、第八NMOS管和第九NMOS管，第八 NMOS管的栅极和漏极耦合到电压镜像电路，第九NMOS管的栅极和漏极耦合到第八NMOS管的源极，第九NMOS管两端的电压为等效电阻电路提供控制电压。请参阅图4，实现本发明的电路包括NMOS管M1、M2、M11、M12、M13、M14、M15和PMOS 管M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10。其中Ml和M2的尺寸相同，M3、M4、M5和M6的尺寸相同， M7和M8的尺寸相同，M9和MlO的尺寸相同，Mll和M12的尺寸相同，M13和M14的尺寸相同，尺寸指的是MOS管的宽长比(W/L)。M3、M5、M7、M8、M9和MlO的源极均耦合到电源电压；M7的漏极和栅极、M8的栅极耦合到Ml的漏极；M10的漏极和栅极、M9的栅极耦合到M2的漏极；M3的漏极、M4的源极耦合到M2的栅极；M5的漏极、M6的源极耦合到Ml的栅极；M3和M5的栅极耦合到M15的源极； M15的栅极和漏极耦合到控制电压；M4和M6的漏极、M11、M12、M13以及M14的源极耦合到地电压；M12的栅极、MlI的栅极和漏极耦合到M9的漏极;M13的栅极、M14的栅极和漏极耦
5合到M8的漏极；M1的源极、M4的栅极和M12的漏极耦合到第一节点A ；M2的源极、M6的栅极和M13的漏极耦合到第二节点B ;节点A和节点B为所述等效电阻的两端。下面介绍这个等效电阻的控制原理。请参阅图4，根据电流镜像，可得出I11 = I12 = I2I13 = I14 = I1因此节点A有Ix = I12-I1 = I2-I1节点B有Iy = I13-I2 = I2-I1又根据公式， / = ^-X JLbiCoxiW/Z)i,2( Vgs -Fth, )2其中(W/L) 1>2为Ml和M2的宽长比，因此有Ix = Iy = I2-I1= Kn (Va+Vb-Vx-Vy-2Vth, n) (Vb-Va+Vx-Vy) /2 式中Kn= ync0X(ff/L)lj2由于匹配PMOS管M3和M4的漏电流相等，于是有ψ (Vg3 + Vdd - Vth, p)=字(V, + Vb-Vth, P)化简后得到Vb = Vx-Vg3+Vdd其中有Kp = ypC0X(ff/L)3,4由于匹配PMOS管M3和M4的漏电流相等，于是有Va = Vy-Vg3+Vdd又有Vg3 = Vsense-Vthjn综上得到Ix = Iy = Il-Ix=^KniVdcl _ Vsense^{Vx _ Vy)
Vx-VyI=^>-= -----
Ix /.KnyVdd _ VsenseJ可看出由MOS管等效的有源电阻受控于电压Vsense0图5为将本发明应用于滤波电路中，该滤波电路包括运算放大器、滤波器的输入阻抗Zi和反馈阻抗Zf以及电阻。其中虚线部分的电阻可以用本发明的等效电阻代替。图6为一种应用了片内电流感应电路的开关电源电路，包括电流感应电路和开关电源电压转换电路。电流感应电路中包括电压镜像电路、NMOS管Msense、McsU Mrs以及 PMOS管Ml、M2、Msl、Ms2。电压镜像电路包括一个运算放大器、NMOS管Mcs2、Mcs3、Mcs4和 Mcs5。其中Mcsl, Mcs2, Mcs3, Mcs4和Mcs5尺寸相同。avdd接电源电压，avss接地电压。
NMOS管Msense上的电压作为电压控制等效电阻的控制电压。在电路里PMOS管M2通过一定的比例尺寸镜像流过PMOS管Ml的电流，为了得到精确的感应电流，运算放大器用来使结点A的电压Va和节点B的电压Vb相等。当Qb取低电平时，Q取高电平，Ml导通，MSl也导通，M2的栅极连接到地电压是常导通状态，运算放大器的输出电压Vctrl要大于Mcs5和Mrs的栅源电压加上Msense上的电压降，使Mcs5处于饱和工作区域。Il和12是从节点Va和Vb流出的电流。由于运算放大器的输入节点是虚短路，所以它的两个输入节点电压相等，即Va = Vb,由于MSl导通，Ml 和M2的漏源电压相等，所以流过Ml和M2的漏电流密度也相等。假设Ml和M2的尺寸比例为800/1，即
权利要求
1.一种电压控制的等效电阻电路，其特征在于，所述电路包括第一 PMOS管以及与之宽长比相同的第二、第三和第四PMOS管；第五PMOS管以及与之宽长比相同的第六PMOS管；第七PMOS管以及与之宽长比相同的第八PMOS管；第一 NMOS管以及与之宽长比相同的第二 NMOS管；第三NMOS管以及与之宽长比相同的第四NMOS管；第五NMOS管以及与之宽长比相同的第六NMOS管；第七NMOS管；第一、第三、第五、第六、第七和第八PMOS管的源极均耦合到电源电压；第五PMOS管的漏极和栅极、第六PMOS管的栅极耦合到第一 NMOS管的漏极；第八PMOS管的漏极和栅极、第七PMOS管的栅极耦合到第二 NMOS管的漏极；第一 PMOS管的漏极、第二 PMOS管的源极耦合到第二 NMOS管的栅极；第三PMOS管的漏极、第四PMOS管的源极耦合到第一 NMOS管的栅极；第一和第三PMOS管的栅极耦合到第七NMOS管的源极；第七NMOS管的栅极和漏极耦合到控制电压；第二、第四PMOS管的漏极、第三、第四、第五以及第六NMOS管的源极耦合到地电压；第四NMOS管的栅极、第三NMOS管的栅极和漏极耦合到第七PMOS管的漏极；第五WOS 管的栅极、第六NMOS管的栅极和漏极耦合到第六PMOS管的漏极；第一 NMOS管的源极、第二 PMOS管的栅极和第四NMOS管的漏极耦合到第一节点；第二 NMOS管的源极、第四PMOS管的栅极和第五NMOS管的漏极耦合到第二节点；第一节点和第二节点为所述等效电阻的两端。
2.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述电路还包括一开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路为所述等效电阻电路提供控制电压。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述开关电源电路包括电流感应电路和开关电源电压转换电路；所述电流感应电路包括电压镜像电路、第八NMOS管和第九NMOS管，第八NMOS管的栅极和漏极耦合到电压镜像电路，第九NMOS管的栅极和漏极耦合到第八NMOS管的源极，第九 NMOS管两端的电压为所述等效电阻电路提供控制电压。
4.一种滤波电路，所述电路包括运算放大器、输入阻抗、反馈阻抗和电阻，其特征在于， 该滤波电路中的电阻为权利要求I至3任意一项所述的等效电阻电路。
全文摘要
本发明提出了一种电压控制的等效电阻电路，实现了使用MOS管等效的有源电阻，使得此等效电阻可以广泛使用在CMOS集成电路中。同时由于其制造工艺的参数相比无源电阻制造工艺中的参数更容易控制，变化更小，因此相对于无源电阻该等效电阻的阻值精度更高。此外，还可通过控制电压的变化控制该等效电阻的阻值，满足不同的需求。控制电压可以由采用了片内感应电流电路的开关电源电路提供。
文档编号H03H7/38GK102611430SQ20121008930
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者张建强, 徐肯 申请人:广州市广晟微电子有限公司