专利名称：一种峰值检测集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种峰值检测集成电路，一种用于測量交流电压信号峰值幅度的芯片。
背景技术：
測量峰值信号水平的芯片通常被用作助听器的放大器，在这些放大器中需要一定程度的自动增益控制(AGC)。在这些应用中，放大声音信号的量值不断被检测，且放大器增益保持不同信号水平在放大器的工作范围内。本发明装置，特别开发用于助听器功率放大器；然而，该芯片可以被使用在许多实际应用里，要求产生ー个反映ー个交流电压信号峰值大小的信号。在如下更完整地描述的优选检测器中，提供一个检测器峰值大小的一般设计对象可以被制作为ー个集成电路助听器放大器的一部分(除了部件，如电容器)，而且可以、从ー个提供的按照ー伏次序的电压投入运行。过去，这样的助听器放大器使用峰值水平检测器(或半波整流器执行类似功能)只响应在放大信号中的ー个特定极性的偏振。如下描述的特别的探測器同时响应一个放大信号的正极和负极偏振，因此少受制于半周期操作的瞬变和畸变特点。此外，这是ー个提供这个具有一个定义明确的检测阈值的优选检测器的对象，这将消除在规定范围内下降的低电平信号的检测。
发明内容
本发明提供ー种峰值检测集成电路，ー种产生ー个反映交流电压信号峰值的信号的芯片。第一方面，该芯片包括产生电流信号为了产生ー个具有与第一极交流电压信号每个峰值相对应的峰值的电流信号。每个电流信号的峰值直接随与之相对应的交流电压信号峰值的变化而不同。电流源用来降低电流信号至一个可控制的最大电流水平。充电电流产生用来当电流信号超过最大电流水平时产生ー个充电电流，且将这个充电电流传递给ー个电容。反馈方式电流源的最大电流水平直接随结电容式电压信号值的变化而不同。放电电流产生为了用来被作用到电容中以便于电容电压可以降低来响应交流电压信号峰值的降低。在第二方面，本发明提供一个产生反映交流电压信号峰值的信号的芯片，该芯片同时响应交流电压信号的正极和负极偏振。该芯片包括电流信号产生是为了产生第一和第二单极电流信号。第一电流信号有ー个与交流电压信号的ー个第一极的每个峰值相对应的峰值，而第二电流有ー个与交流电压信号的ー个第二季的每个峰值相对应的峰值。第一和第二电流信号的峰值每个都直接随与之相对应的交流电压信号的变化而不同。电流源被应用来降低第一电流信号至ー个第一可控制的最大电流水平。充电电流产生是为了当第一电流信号超过第一最大电流水平或者第二电流信号超过第二最大电流信号水平时，产生ー个充电电流，且该充电电流被传递到一个电容中。电流源的第一和第二最大电流水平每个的反馈方式都直接随结电容式电压的变化而不同，借以电容电压来反映交流电压信号的峰值。放电电流产生来将ー个放电电流作用到电容上以便于电容电压可以升高来响应交流电压信号峰值的降低。
在这份公开说明书和权利要求中所使用的术语“电流源”或“电流源装置“应该被理解为ー个能够吸收其它电路产生电流的电路单元或向其他电路传递电流的电路单元。无论怎样，电流源或电流源装置的工作将被描述为对于ー个电流的“收集”。
图I是ー个方框图表示一个体现本发明的半波整流器；图2是ー个方框图表示一个体现本发明的全波整流器；图3是ー个电路图说明了一个根据本发明构造的全波整流器的首选体现。本发明的
具体实施例方式參考图I这是ー个方框图表示体现本发明的电平检测器8的峰值。电平检测器8包括一个电流输入端12接收到的交流电压信号的电流源10，一个电流源14，ー个充电电流发生器16，和一个接收充电电流的电容18，一个放电电流发生器20，和ー个反馈电路22。电流源10产生ー个单极电流信号II,即ー个电流信号有一个单极性。电流信号Il最好包括一个预定幅度的直流电流，和ー个直接随输入信号的变化而不同的电流信号分量，借以电流信号I I有一个与输入信号的ー个第一单极的每个峰值相对应的峰值。输入信号ー个相反极性的峰值将会产生电流信号Il的最小值。信号分量最好是线性相关的输入信号但是这样的要求不是完全必要的。所需要的是峰值和电流信号Ii直接随与之相对应的输入信号的变化而不同以便于电流峰值将事实上反映输入信号的峰值。术语“直接在大小上不同”结果肯定会理解为这意味着ー个独特的之间相关程度的一对ー关系，即相关大小一起增大和减小。在通常的应用中，电流源10可能是ー个普通的电压电流转换器。电流源14控制吸收电流信号Il至一个可控制的最大电流水平。该吸收电流在图I中表示为12。被表示为13的多余电流由充电电流发生器16检测，通过传递ー个充电电流的到电容18来响应。该充电电流最适宜由放大的多余电流产生以至于充电电流值随电流源10和电流源之间的差异而不同。然而，因为反馈的參与，这样的多余电流和充电电流之间的关系对于本发明的目的并不是绝对必要的。反馈电路22检测电容式电压，且升高或降低电流源14最大电流降直接取决于电容电压。当电容18继续充电时，反馈电路22继续升高电流源14的最大电流水平直到电流I I完全被吸收。如果多余电流13被放大来产生充电电流，而在稳态中不是所有的电流Il都会被电池吸收而成为充电电流的必须产生来平衡作用到电容18中的放电电流。 在稳态中，电流源14有效控制降低电流源10产生的电流信号的峰值。当输入信号有ー个第一极性时这个峰值出现，相反极性的峰值不被检测出。因为这个反馈的參与，电容电压表明输入信号的峰值(并将表明正弦输入信号的均方根值)。电容电压可从输出端24得到。我们可以从操作的描述中领会到电流信号Il的确切形式不是关键的，唯一需要的是与以上描述的电流Ii和那些输入信号之间峰值相对应的峰值。检测器8的峰值电平不能立即回应输入信号电平的降低。放电装置20必须首先降低电容电压至ー个电平，该电平下的电流源14可以控制吸收电流源10为了响应新的输入信号而产生的峰值电流。显然放电电流作用到电容18将会影响检测器8响应ー个降低的输入信号的方式。ー个具有预定值的恒定电流是比较好的，电流值被恰当的选择使为了特定的应用，但是可能要提供一个更为复杂的机制。图2是ー个表示体现本发明的一个峰值水平检测器25的框图。全波整流器包括一个电流源26, —对电流输入端28,30, —个充电电流发生器32, —个电容34,放电电流产生装置36和ー个反馈电路38.检测器25的运作与检测器8相似除了检测器25同时响应交流电压信号的正极和负极偏振。电流源26产生两个单极电流信号II, 12。电流Il包括ー个信号成分,它随一个输入端40吸收的输入信号值的变化而不同，当输入信号有ー个第一极性时，输入端的信号成分升高电流信号Il的值至ー个最大电平。电流信号12包括ー个相似的信号成分，但当输入信号有ー个相反极性时，它升高电流12的值至ー个最大电平。电流输入端28，30分别吸收电流II，12的部分至第一和第二最大电平，这些吸收的电流被指定为13和14，留下多余的电流为15和16。当电流15或16被检测到时，充电电流发生器32传递ー个充电电流到电容34。反馈网络38升高电流输入端28，30的第一和第二最大电流水平直到多余的电流降低至零。在这点上电容电压将反映ー个交流输入信号的峰值。放电电流发生器36用一种可控的方式降低电容式电压来确保峰值水平检测器25可以跟随幅度降低的输入信号。图3所示的一个根据本发明构造的峰值水平检测器42的实际体现。该特定的检测器42是专门设计用于助听放大器中的自动发电控制(AGC)的程序(也可以应用于其他应用等方面的研究进展)。检测器42由一个伏电源提供电压运行。利用最終用户提供的电容组件，电路配置适合用于制造集成电路形式。双极结晶体管的ー个微分对(BJTs) 44，46用作一个电压-电流转换器。电流通过该微分对44，46被晶体管48吸收，作为ー个O. 6伏參考信号的偏置电流源。晶体管46的基极被ー个电容50耦合至一个输入端52，在这里ー个交流输入信号可以被吸收。电容50用作清除输入信号中的直流成分。晶体管54，56 (BJTs)是有源负载，它们用作可控制的电流源来吸收微分对产生的电流。正如使用在说明书和附加权利要求中的，术语“有源负载”应当被理解为ー个晶体管适宜产生ー个电流，电流的最大电流水平随与之响应的作用于芯片控制端的控制信号的变化而不同，控制端可能为ー个栅场来影响晶体管或BJT。在检测器42中晶体管54，56将通常工作在饱和状态，且晶体管54，56产生的电流由微分对吸收的电流和作用到它们基极的信号设定的最大电流水平同时決定。后者信号将决定有源负载什么时候跳出饱和状态，在这点上有源负载将开始实质上作为恒流源。微分对44，46所需要的多余电流必须被另外提供。晶体管54，56的基极相连接来提供ー个共同的控制端。晶体管54，56因在传统的方式方面有相似的特点而匹配，另外在有镜像电流的情况下与配置作为ニ极管的晶体管58相匹配。晶体管60作为ー个偏置O. 6伏參考电流的恒流源产生ー个值为I的直流电流流入晶体管58，结果晶体管54，56以此为条件吸收ー个最小电流I。电流源晶体管48的基极終端连接电流源晶体管60的基极终端以便于二者都偏置相同的O. 6伏參考信号。晶体管48形成的表面区域交界处比与之相对应的晶体管60形成的表面区域交界处大I. 7倍，晶体管48因此偏置吸收ー个值为I. 71的电流，它在晶体管44，46中都产生O. 851的直流电流。这种做法的影响是产生ー个非常精确的检测阈值来消除各种低电平信号的检测。检测、阈值完全由晶体管48，60各自偏置吸收的电流比值決定。假设电容电压较低，且没有输入信号作用，只有通过晶体管44，4各自6吸收的O. 851的直流电流。结果晶体管54，56的发射扱-集电极电压降低至大约O. 1-0. 3伏，晶体管54，56以吸收值为I的最小电流为条件，没有可作为晶体管62，64的基极驱动的电流直到ー个输入信号以大约10%的幅度升高微分对的电流。这发生在一个表达如下所给出的输入电压V(由一个关于BJT微分对操作的众所周知的规则決定)K是波尔兹曼常数q是ー个点位电荷,且T被假定为室温(293K)我们将领会到在制造过程中通过改变晶体管48，60的不同匹配，各种各样的，相对精确的阈值可以被提供。晶体管62，64被用作电流放大器。晶体管46的集电极产生的未被晶体管56吸收的任何电流作用到晶体管64的基极且被放大。相似地，晶体管44的集电极产生的未被晶体管54吸收的任何电流被传送到晶体管62的基极且被放大。晶体管62，64产生的充电电流连接在一起且与电容66耦合。晶体管68和电阻70提供反馈来调节有源负载晶体管54，56对电流的吸收。晶体管68产生ー个电流信号来响应经过电容66的电压降(电容电压作用到晶体管68的基扱-发射极结和电阻70).晶体管68的集电极产生的电流信号作用到配置作为ニ极管的晶体管58的集电极。流入晶体管58的上升电流在晶体管54，56中得到反映。结果，当电容电压升高时，有源负载晶体管54，56以吸收更大电流为条件。一个ニ极管装置晶体管72连接在伏电源和74这一点之间用作ー个电压钳。晶体管72确保通过电容66的电压降不会降至低于O. 4伏(也就是说，代表连接ニ极管的晶体管72的近似起始电压的电源电压低于O. 6伏)。这确保了当ー个输入信号突然从ー个不可检测电平跳至一个相对高的电平时，检测器42可以很快地回应。我们可以领会到这个最小电容电压不够产生任何有效的电流流入反馈晶体管68，结果将无法通过任何有效途径影响检测阈值电压。晶体管76，78同时与电阻80连接在一起组成ー个电流源，它从电容66中吸收ー个大约200微安的放电电流。这个放电电流由晶体管78的集电极传递，该晶体管从O. 6伏參考信号中接受基极驱动。晶体管76由大约比晶体管78中相对应的表面交界处大12个褶皱表面交界处组成，同样从O. 6伏參考信号中接受基极驱动，结果传递ー个有效的更大电流至电阻80。这样的安排允许一个相对小的放电电流由晶体管78传递而不需要电阻80过度地大，这促进了集成电路的构成。输入端52接受的ー个交流电压信号不被检测或调整直到它超过设定的阈值。当它超过阈值时，晶体管54,56不会偏置吸收微分对44,46的集电极产生的所有电流信号且超出的电流被送入晶体管62，64的基极终端。当负极偏振导致晶体管62产生ー个充电电流时，输入信号的正极偏振导致晶体管64产生ー个充电电流。充电电流使电容电压从O. 4伏的最小电压升高，电容电压的升高通过反馈晶体管68以有源负载晶体管54，56吸收更大电流为条件来反馈。电容电流升高直到有源负载晶体管54，56以分别吸收晶体管4，4，46的最大电流信号为条件。在这点上，电容电压反映输入信号的峰值。放电电流发生器(即晶体管76,78和电阻80)会使电容66放电来确保幅度下降的输入信号可以被追踪。电阻70影响电容电压和输入信号之间的增益幅度。由于升高的信号电压的増益以指数形式上升，输入信号和电容电压之间的传递函数是非线性的。通过降低电阻70的阻值或增加电阻与微分对晶体管44，46的发射极串联，可以得到更多的线性函数。然而，为了本发明的目的，电容电压值不需要与输入信号的峰值电压线性相关；必需的是电容电压和输入信号的峰值时一一对应的关系。很明显引起检测器42的供电线路之间的电压降的主要来源是各个晶体管的基极-发射极电压降(在导通时)。仔细回顾电路，显然地在任何供电线路之间的通路中只有一个这样的基极-发射极电压下降可能会发生。这样的结果使得检测器42可以由ー个
I.O伏的电压源供电。就发明人所知，这代表着对于现有检测器的一个明显的改 进。我们可以体会到检测器42是本发明的ー个特别体现，一个熟练的电路设计者可以在不背离本发明指导思想的条件下在制造加工过程中做出许多细节上的修改。
权利要求
1.ー种峰值检测集成电路，其特征是ー个用来产生信号反映ー个交流电压信号的峰值的设备，包括电流信号产生来响应交变电压信号产生ー个单极电流信号，它有ー个峰值对应于第一极性交流电压信号的每个峰值，每个电流信号的峰值直接随与之相对应的交流电压信号峰值大小的变化而不同；晶体管电流源与一系列电流信号连接，来使所述单极电流信号下降至一个可控的最大电流水平；当单极电流超过最大电流水平吋，充电电流会产生ー个充电电流；一个电容与充电电流连接来接收那个充电电流；反馈用来响应电容上的电压降是因为电流源的最大电流水平直接随电容上的电压降大小变化而不同，借以电容上的电压降来反映交流电压信号的峰值；还有，放电电流产生是为了将ー个实质的持续放电电流作用在电容上，以便于电容上的电压降可以下降，来响应交流电压信号的峰值的下降。
2.根据权利要求I所述的ー种峰值检测集成电路，其特征是充电单极电流产生来接收单极电流信号超过最大电流的部分和放大那个超过最大电流的电流部分来产生充电电流。
3.根据权利要求I所述的ー种峰值检测集成电路，其特征是当交流电压信号峰值低于ー个预定阈值时，反馈为电流源的可控最大电流水平设定的一个预定最小水平，借以电容上的电压降不会下降。
4.根据权利要求I所述的ー种峰值检测集成电路,其特征是电流信号组成产生的大体上给定常数级的ー个直流电流和交流电流信号，实质上它们直接随交流电压信号值的变化而不同，所述直流电流和所述交流信号相结合组成所述单极电流信号。
5.根据权利要求I所述的ー种峰值检测集成电路，其特征是ー个用来产生信号来反映ー个交流电压信号峰值的设备，包括电流信号产生为了响应交流电压信号，来产生ー个第一单极电流信号，它有ー个峰值与交流电压信号ー个第一极性的每个峰值相对应，ー个第二单极电流信号，它有ー个峰值与交流电压信号ー个第二极性的每个峰值相对应，第一和第二电流信号的每个峰值直接随相应的交流电压信号峰值的变化而不同；第一晶体管电流源用来吸收第一单极电流信号至ー个第一可控最大电流水平，而第二晶体管电流源用来吸收第二单极电流信号至ー个第二可控最大电流水平；充电电流产生用来，当第一单极电流超过第一最大电流水平，或者当第二单极电流超过第二最大电流水平时，产生一个充电电流；一个电容与为了接收充电电流而产生的充电电流连接；反馈用来响应电容上的电压降，因为电流源每个第一和第二最大电流水平直接随电容上的电压降值的下降而下降，借以电容上的电压降来反映交流电压信号的峰值；还有，放电电流产生，用来将实质上连续的放电电流作用到电容上，以便于电容上的电压降可以下降，来响应交流电压信号的峰值。
6.根据权利要求4所述的ー种峰值检测集成电路，其特征是充电电流产生，用来接收和放大第一和第二单极电流信号分别超过第一和第二电流源的第一和第二最大电流水平的部分。
7.根据权利要求4所述的ー种峰值检测集成电路，其特征是反馈为每个第一和第二不同的最大电流水平设定ー个预定的最小水平，借以当交流电压信号的总体大小低于ー个预定阈值时，电容上的电压降会升高。
8.根据权利要求4或5所述的ー种峰值检测集成电路，其特征是电流信号产生来组成产生的大体上给定常数级的ー个第一直流电流和ー个第一交流电流，实质上它们直接随交流电压信号的变化而不同，所述第一直流电流和所述第一交流信号相结合组成所述第一单极电流信号，所述电流信号产生更是为了组成产生的大体上给定常数级的ー个第二直流电流和ー个第二交流电流，实质上它们直接随所述交流电压信号值的变化而不同，所述第二直流电流和所述第二交流信号相结合组成所述第二单极电流信号。
9.根据权利要求I所述的ー种峰值检测集成电路，其特征是电流信号产生，组成ー个微分晶体管对，它们包括分别产生第一和第二单极电流信号的第一和第二晶体管，第一单极电流信号组成大体上给定常数级的ー个第一直流电流和ー个第一交流电流信号，实质上它们直接随交流电压信号值的变化而不同，借以第一单极电流信号有一个峰值来与ー个第一极性交流电压信号的每个峰值相对应，第二单极电流信号组成大体上给定常数级的ー个第二直流信号和ー个第二交流电流信号，实质上它们直接随交流电压信号值的变化而不同，借以第二单极电流信号有一个峰值来与ー个第二极性交流电流信号的每个峰值相对应；还有，电流源包括ー个第一有源负载连接到第一晶体管，来降低第一单极电流信号，而ー个第二有源负载连接到第二晶体管，来降低第二单极电流信号，第一和第二有源负载每个都有一个控制端与反馈耦合，借以第一和第二有源负载由反馈控制来降低第一和第二单极电流信号至第一和第二最大电流水平。
全文摘要
一种峰值检测集成电路，包括一个电压-电流转换器，产生一个电流信号，包括一个直流电流和一个交流电流信号，它直接随交流电压信号的变化而不同。电流源吸收电流信号到一个可控的最大电流水平。当电流信号超过最大电流水平时会产生一个充电电流，并传递给一个电容。反馈电路的电流源最大电流水平直接随电容式电压的变化而不同。因此，电容式电压反映交流电压的峰值。一个放电电流作用到电容器使电容式电压可以降低来响应交流电压信号的峰值的降低。
文档编号G01R19/04GK102692549SQ20121020097
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者包兴坤 申请人:苏州硅智源微电子有限公司