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CN101764596A - 内置皮法级电容间歇式微电流秒级时延电路 - Google Patents

内置皮法级电容间歇式微电流秒级时延电路 Download PDF

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Abstract

一种内置皮法级电容间歇式微电流秒级时延电路，设有包括镜像电流源、开关管、电容充电电路、窄脉冲产生电路、输出电路，镜像电流源的输出端及窄脉冲产生电路的输出端分别与开关管的两个输入端连接，开关管的输出端与电容充电电路的输入端连接，电容充电电路的输出端与输出电路的输入端连接，输出电路的输出端接后续信号处理电路；由镜像电流源产生微小电流经开关管向电容充电时，通过窄脉冲信号控制开关管的通、断，实现微小电流对电容的间歇式充电，以延长充电时间、减少集成电路中内置的电容值，电容充电电路输出电压值达到设定值后，通过输出电路将模拟信号转变为数字信号提供给后续信号处理电路。

Description

内置皮法级电容间歇式微电流秒级时延电路
技术领域
本发明涉及集成电路内部的时延电路，尤其是一种内置皮法级电容间歇式微电流秒级时延电路，属于微电子技术领域。
背景技术
在电路设计中通常需要时延电路，让信号经过一定周期后从一种状态转化为另一种状态(导通或截止)。传统的时延电路，通常通过数字时钟电路，采用分频器去实现；或者外置电容充放电提供时延，该电容是微法级，电阻需500千欧以上才能获得秒级时延。这两种方法，它们占据集成电路芯片面积都会很大，因此，内置比较困难。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术之不足，提供一种内置皮法级电容间歇式微电流秒级时延电路，解决在集成电路芯片内，实现较长时间后由一种状态转换成另一种状态的时延而又不占据大片芯片面积，能够在集成电路内部以很小的面积去实现，并能提供一定精度的长时间延迟。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种内置皮法级电容间歇式微电流秒级时延电路，其特征在于：设有包括镜像电流源、开关管、电容充电电路、窄脉冲产生电路、输出电路，镜像电流源的输出端及窄脉冲产生电路的输出端分别与开关管的两个输入端连接，开关管的输出端与电容充电电路的输入端连接，电容充电电路的输出端与输出电路的输入端连接，输出电路的输出端接后续信号处理电路；由镜像电流源产生微小电流经开关管向电容充电时，通过窄脉冲信号控制开关管的通、断，实现微小电流对电容的间歇式充电，以延长充电时间、减少集成电路中内置的电容值，电容充电电路输出电压值达到设定值后，通过输出电路将模拟信号转变为数字信号提供给后续信号处理电路。
镜像电流源可采用二个NMOS管、二个PMOS管及一个偏置电阻，二个NMOS管构成第一级镜像电流源，二个PMOS管构成第二级镜像电流源，偏置电阻为两级镜像电流源共用；二个NMOS管的源极均连接电源地，二个NMOS管的栅极连接在一起并与其中一个NMOS管的漏极相连接后再与偏置电阻的一端相连接，偏置电阻的另一端接电源；二个NMOS管中的另一个NMOS管的漏极与二个PMOS管的栅极共连端以及二个PMOS管其中一个PMOS管的漏极连接在一起，此PMOS管的源极接电源；二个PMOS管中另一个PMOS管的源极亦接电源，此PMOS管的漏极作为镜像电流源的输出端；
开关管可采用PMOS开关管，PMOS开关管源极作为开关管的一个输入端与镜像电流源的输出端相连接，PMOS开关管栅极作为开关管电路的另一输入端，PMOS开关管漏极作为开关管的输出端；
电容充电电路可采用RC充电电路，充电电阻的一端作为电容充电电路的输入端与开关管的输出端连接，充电电阻的另一端与充电电容连接，且此连接点作为电容充电电路的输出端，充电电容的另一端接电源地；
窄脉冲产生电路可采用两个反相器和一个两输入或非门，其中一个反相器的输出端与开关管电路的另一输入端相连接，此反相器的输入端与或非门的输出端连接，或非门的一个输入端和另一反相器的输入端共连后与外部供给方波信号相连接，或非门的另一个输入端与前述另一反相器的输出端相接；
输出电路可采用一个比较器，比较器的同相输入端由外部供给偏置电压信号，比较器的反相输入端作为输出电路的输入端与电容充电电路的输出端连接，比较器的输出端即是本发明时延电路的输出端，接后续信号处理电路。
本发明的优点及显著效果：
(1)本发明内置小电容秒级时延电路采用了间歇式充电的方式，能够有效地减少集成电路中内置的电容值，减小了芯片面积和成本。
(2)本发明内置小电容秒级时延电路采用窄脉冲间歇式微小电流给电容充电，该微小电流由两级镜像电流源准确地提供微小电流。
(3)本发明内置小电容秒级时延电路可以大大增加电容的充电时间，电容值属于皮法级，从而实现了小电容大时延。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的一种具体实现电路图；
图3为图2部分信号的示意图。
具体实施方式
参看图1，本发明电路包括镜像电流源1、开关管2、电容充电电路3、窄脉冲产生电路4和输出电路5。镜像电流源1的输出端Va与开关管2的一个输入端连接；窄脉冲形成电路4的输出端Vc与开关管2的另一个输入端连接；开关管2的输出端Vb与电容充电电路的输入端连接；电容充电电路3的输出端Vd与输出电路5的输入端连接；输出电路5的输出端Vo接后续信号处理电路。
参看图2，镜像电流源1通过改变其内部镜像晶体管的宽长比的比值来提供准确的微小的电流值，采用镜像电流源来提供小电流比采用一个非常大的电阻在集成电路内部产生微小电流，所占的面积会小很多。通过适当改变晶体管的宽长比的比值，电流可以得到精确的控制，若采用电阻则差别会很大。镜像电流源可采用2个NMOS管M1与M2，2个PMOS管M3和M4及一个偏置电阻R1构成两级镜像电流源。偏置电阻R1的一端与PMOS管M3的源极以及PMOS管M4源极共接于电源端，偏置电阻R1的另一端与NMOS管M1的漏极和栅极以及NMOS管M2的栅极连接在一起，NMOS管M2的漏极与PMOS管M3的漏极和栅极以及PMOS管M4的栅极连接在一起；PMOS管M4的漏极作为镜像电流源1的输出端Va。M2将M1支路上的电流成比例的缩小，M4将M3支路上的电流成比例的缩小。M1支路上的电流通过设定M1的宽长比或者改变偏置电阻R1的阻值来设定。将M2的宽长比在M1的宽长比基础上缩小一定倍数可将M2支路上的电流在M1支路上的电流基础上缩小一定倍数，同理将M4的宽长比在M3的宽长比基础上缩小一定倍数可将M4支路上的电流在M3支路上的电流基础上缩小一定倍数，而M2支路上的电流与M3支路上的电流相等，因此经过两级镜像电流源即可得到一个微小电流。
开关管2可以采用各种类型不同的晶体管，例如，P型MOS管、N型MOS管。在图2中，开关管2采用PMOS管M5实现，M5的源极接镜像电流源1的输出端Va，M5的栅极与窄脉冲形成电路4的输出端Vc相接，M5的漏极作为开关管2的输出端Vb。
电容充电电路3可以采用RC电路，充电电阻R2的一端与开关管2的输出端Vb，即PMOS管M5的漏极相连，电阻R2的另一端与电容C1连接，并作为电容充电电路3的输出端Vd，电容C1的另一端与电源地连接在一起。将镜像电流源1产生的微小电流经过开关管2后间歇式的给电容充电，这样可以很好的延长给电容的充电时间。
窄脉冲形成电路4可以采用与非门或者或非门通过将一种方波信号与其延迟的反相信号相“与”或者相“或”以后，然后通过整形可以得到，亦可其他方式实现，所形成的窄脉冲占空比很小。窄脉冲产生电路4产生的窄脉冲信号去控制开关管2，让开关管2只在很短的时间内开启，从而镜像电流源1产生的微小电流在一个周期之内只有很短的一个时间段给电容充电，即间歇式充电。图2中，窄脉冲形成电路4含有两个反相器INV1、INV2，一个两输入或非门NOR1。外部供给方波信号Vpulse接到或非门NOR1的一个输入端和反相器INV2的输入端，反相器INV2的输出端与或非门NOR1的另一个输入端接在一起，或非门NOR1的输出端接到反相器INV1的输入端，INV1的输出端作为窄脉冲形成电路4的输出端Vc与开关管2中的PMOS管M5的栅极相接。一个方波信号和它的延迟的反相信号经过或非门NOR1后，就产生了一个高电平很窄的脉冲信号，然后通过倒相器INV1的倒相，就形成了一个低电平很窄的窄脉冲信号，从而去控制开关管PMOS管M5只在很短的时间的开启。
输出电路5是让电容充电电路3的输出电压值达到预定的设定值后，将模拟信号转变为数字信号提供给后续电路去处理。如图2所示，输出电路5可采用一个比较器COM1实现，比较器COM1的反相输入端与电容充电电路3的输出端Vd接在一起，比较器COM1的同相输入端接于外部提供的偏置电压Vbias。比较器COM1的输出端Vo作为整个发明电路内置皮法级小电容秒级时延电路的输出端。当电容充电电路3产生的输出电平达到输出电路5采用的比较器的设定电平后，比较器输出电平发生翻转，转变为可以利用的数字信号，提供给一个系统中的后续信号处理电路。
图2所示电路的工作过程如下：
电源电压通过偏置电阻R1和NMOS管M1到电源地产生偏置电流I1；偏置电流I1通过NMOS管M1和NMOS管M2组成的第一级镜像电流源产生I2，I2按照NMOS管M2和NMOS管M1的宽长比之比在I1的基础上缩小若干倍；I2通过PMOS管M3和PMOS管M4组成的第二级镜像电流源产生I3，I3按照PMOS管M4和PMOS管M3的宽长比之比在I2的基础上缩小若干倍；通过两级镜像电流源产生了微小电流I3。方波信号Vpulse通过反相信号INV2后，然后和它本身的信号经过或非门NOR1进行波形变化，产生一个高电平很窄的脉冲信号，再通过反相器INV2，产生低电平很窄的窄脉冲信号去控制PMOS管M5的栅极，让微小电流I3只在窄脉冲信号窄的低电平范围内通过充电电阻R1给电容C1充电，即间歇式的充电。当电容C1的电压达到输出比较器COM1设定的偏置电压Vbias后，使比较器COM1的输出电平发生翻转，从而去控制后续的信号处理电路。
图3信号说明如下：
方波信号Vpulse经过反相器INV2后产生A1信号，A1信号会产生一定的延时和反相，然后与Vpulse信号经过或非门NOR1，即可得到窄脉冲信号A2。
本发明不局限于上述实施方式，不论其实现形式作任何变化，凡是由电容、开关构成间歇式给电容充电的方法，均应落在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种内置皮法级电容间歇式微电流秒级时延电路，其特征在于：设有包括镜像电流源、开关管、电容充电电路、窄脉冲产生电路、输出电路，镜像电流源的输出端及窄脉冲产生电路的输出端分别与开关管的两个输入端连接，开关管的输出端与电容充电电路的输入端连接，电容充电电路的输出端与输出电路的输入端连接，输出电路的输出端接后续信号处理电路；由镜像电流源产生微小电流经开关管向电容充电时，通过窄脉冲信号控制开关管的通、断，实现微小电流对电容的间歇式充电，以延长充电时间、减少集成电路中内置的电容值，电容充电电路输出电压值达到设定值后，通过输出电路将模拟信号转变为数字信号提供给后续信号处理电路。
2.根据权利要求1所述的内置皮法级电容间歇式微电流秒级时延电路，其特征在于：
镜像电流源包括二个NMOS管、二个PMOS管及一个偏置电阻，二个NMOS管构成第一级镜像电流源，二个PMOS管构成第二级镜像电流源，偏置电阻为两级镜像电流源共用；二个NMOS管的源极均连接电源地，二个NMOS管的栅极连接在一起并与其中一个NMOS管的漏极相连接后再与偏置电阻的一端相连接，偏置电阻的另一端接电源；二个NMOS管中的另一个NMOS管的漏极与二个PMOS管的栅极共连端以及二个PMOS管其中一个PMOS管的漏极连接在一起，此PMOS管的源极接电源；二个PMOS管中另一个PMOS管的源极亦接电源，此PMOS管的漏极作为镜像电流源的输出端；
开关管为PMOS开关管，PMOS开关管源极作为开关管的一个输入端与镜像电流源的输出端相连接，PMOS开关管栅极作为开关管电路的另一输入端，PMOS开关管漏极作为开关管的输出端；
电容充电电路为RC充电电路，充电电阻的一端作为电容充电电路的输入端与开关管的输出端连接，充电电阻的另一端与充电电容连接，且此连接点作为电容充电电路的输出端，充电电容的另一端接电源地；
窄脉冲产生电路设有两个反相器和一个两输入或非门，其中一个反相器的输出端与开关管电路的另一输入端相连接，此反相器的输入端与或非门的输出端连接，或非门的一个输入端和另一反相器的输入端共连后与外部供给方波信号相连接，或非门的另一个输入端与前述另一反相器的输出端相接；
输出电路设有一个比较器，比较器的同相输入端由外部供给偏置电压信号，比较器的反相输入端作为输出电路的输入端与电容充电电路的输出端连接，比较器的输出端即是本发明时延电路的输出端，接后续信号处理电路。
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