一种变时间常数数字指数波生成器的制作方法

技术特征：

1.一种变时间常数数字指数波生成器，其特征在于，包括分频器、编码器、四选一通道选择器、指数生成电路；分频器的输入信号为振荡器产生的时钟信号clk和去磁时间信号T_D，分频器对由振荡器OSC模块输出的信号进行分频，分别得到clk、1/2clk、1/4clk、1/8clk四个充放电信号，这四个充放电信号分别连接通道选择器的四个输入端，同时其计数结果将作为编码器的输入信号实现编码。由于振荡器频率固定，所以分频器也同时起着等时间间距计数的作用，计数器从开关管导通后开始计数，直到下一周期开关管再次导通瞬间计数结果重置为零后，再重新开始计数，编码器会根据导通时间的大小对其进行编码，此编码信号将直接控制通道选择器的导通和关断，通道选择器的输出将控制指数生成器的充电频率，通过对不同频率信号通道的切换，得到逐步倍增的时间常数的指数波；

1)分频器由10个下降沿触发的D触发器级联组成，每个触发器的D端与Qn端相连，ck端与前一级触发器Q端相连，所有触发器的清零端cp统一连接信号线cp1，cp端为低电平清零，连接去磁时间信号T_D，信号clk为分频器初始输入信号，经过10级分频后，得到分频信号clk_1d、clk_2d、……clk_10d，分别代表clk信号的2¹、2²、2³、……2¹⁰次分频后的振荡信号，clk_1dn、clk_2dn……clk_10dn等代表clk_1d、clk_2d……clk_10d等信号的非信号，信号cp1为开关导通后产生的一个低电平脉冲，在每次开关开启后将计数器的结果重置为零，然后计数器重新开始计数，直到下一个周期cp1再次将结果重置，该分频器能够在每个周期内对开关周期进行计数，所计的二进制数，用于设置电路时间常数切换的时间点，由于分频器由下降沿触发的D触发器构成，所以当分频器用作计数器时，以clk_1dn、clk_2dn、clk_3dn……clk_10dn输出信号作计数结果；

2)编码器包括时间常数切换逻辑控制电路和编码逻辑电路两个部分，二输入或非门NOR1、三输入或非门NOR2以及三个上升沿触发的D触发器DFF1、DFF2、DFF3组成时间常数切换逻辑电路，确定时间常数的切换点，其输入输出信号连接关系为：NOR1的输入端接clk_7dn，clk_8dn，其输出信号j1连接DFF2的ck端；NOR2的输入端接clk_7dn，clk_8dn，clk_9dn，其输出信号j2连接DFF3的ck端，DFF1的信号的ck端连接clk_7d，DFF1、DFF2、DFF3的D端均连接vreg1信号基准，复位信号cp均连接分频器中的cp1信号，输出信号分别为S_T0、S_T1、S_T2，代表了时间常数切换点；或非门NOR3、四个与非门NAND1、NAND2、NAND3、NAND4和三个反相器INV1、INV2、INV3构成编码逻辑电路，选择控制对电容充放电频率的信号通道，NOR3和NAND2的输入信号为S_T1、S_T2，NOR3通过反相器INV1连接至NAND1的一个输入端，其另一个输入端为NAND2的输出，NAND3的另一个输入端信号为S_T0，NAND4的输入信号为S_T0、S_T1，NAND3和NAND4的输出信号分别为V_S2、V_S1，再分别连接反相器INV2、INV3得到的输出信号分别为V_S2N、V_S1N；

3)四选一通道选择器由六个传输门TG1、TG2、TG3、TG4、TG5、TG6控制四个通道的导通与关断，TG1、TG2、TG4、TG5的输入分别连接clk、clk_1d、clk_2d、clk_3d，TG1和TG2的输出相连作为TG3的输入信号，TG4和TG5的输出相连作为TG6的输入信号，TG3和TG6的输出信号相连通过连接两个反相器输出信号f_C1，由编码器生成的V_S1作为TG3的正向控制信号和TG6的负向控制信号，V_S2作为TG1和TG4的正向控制信号以及TG2和TG5的负向控制信号，V_S1N作为TG3的负向控制信号和TG6的正向控制信号，V_S2N作为TG2和TG5的正向控制信号以及TG1和TG4的负向控制信号；

4)指数生成电路包括由两个放大器OTA1、OTA2，传输门TG7、TG8、TG9、TG10，电容C1、C2、C3、C4，电阻R1组成的指数器和二输入或非门NOR1、反相器INV1组成的逻辑控制电路，NOR1的输入信号为T_D和f_C1，其输出为f_C2，再经过反相器INV1得到f_C2N,放大器OTA1的正输入端连接基准电压vref_3v，其典型值为3v，负端连接至输出端并接一电容C3构成缓冲器，并且该信号作为TG7的输入信号，其输出信号连接至TG8的输入端并接一电容C1至地，TG8的输出信号连接一个电容C2、电阻R1、以及TG9的输出和TG10的输入，TG9的输入端为基准电压vref_1v经过OTA2构成的缓冲级的信号，TG10的输出端信号连接电阻R1的另一端作为指数信号的输出信号V_exp，该信号接一电容C4至地。

2.根据权利要求1所述的变时间常数数字指数波生成器，按照如下步骤工作：

1)分频器对由振荡器OSC模块输出的充放电信号进行分频，分别得到clk、1/2clk、1/4clk、1/8clk四个充放电信号，由于振荡器频率固定，所以分频器也同时起着等时间间距计数的作用，计数器从开关管导通后开始计数，直到下一周期开关管再次导通瞬间计数结果重置为零后，再重新开始计数；

2)编码器和通道选择器组成了一个四通道的数据选择器，编码器对计数结果进行实时编码，编码器有三个时间切换点为T₀、T₁、T₂，当计数时间小于T₀时，编码器将S_T0闭合，其余开关断开，电路以clk频率对C₁、C₂两电容充放电；若计数时间超过T₀但小于T₁时，编码器断开S_T0，闭合S_T1，电路以1/2clk频率对C₁、C₂两电容充放电，时间常数倍增；同理，当时间超过T₁但小于T₂，S_T1被断开，S_T2被闭合1/4clk信号通道被导通，时间常数进一步倍增；最终，当时间超过T₂，1/8clk信号通道被导通，时间常数达到最大值，通过对不同频率信号通道的切换，得到逐步倍增的时间常数，信号S_T0、S_T1、S_T2分别代表了时间常数切换点，当指数波电压上升过程经历到相应的时间，需要增大时间常数时，三信号会分别由低电平跳变到高电平，并保持到开关周期结束。设置clk信号为振荡器输出信号，频率为500kHz，当clk的2⁷分频信号clk_7d第一次由低电平跳变至高电平时，时间常数第一次切换，此时S_T0由低变高，指数波到达第一次切换点所用时间为1/2×1/500×2⁷ms，第一时间常数切换点T₀约等于0.128ms；当分频信号clk_7dn与clk_8dn经或非门作用后第一次产生上升跳变时，发生第二次时间常数切换，S_T1跳变至高电平，用时3/4×1/500×2⁸ms，第二时间常数切换点T₁约等于0.384ms；分频信号clk_7dn、clk_8dn以及clk_9dn经三输入或非门作用后第一次产生上升跳变，发生第三次时间常数切换，此时S_T2跳变至高电平，用时7/8×1/500×2⁹ms，第三时间常数切换点T₂约为0.896ms；

3)当指数电压上升时间小于T₀时，V_S1N与V_S2N为低电平，V_S1与V_S2为高电平，传输门TG1与TG3开启，clk信号所在通道被导通，f_C1输出clk信号；当上升时间超过T₀但小于T₁时，V_S2N与V_S2两信号翻转，TG1关断而TG2开启，此时只有TG2与TG3开启，clk_1d信号所在通道被开启，f_C1输出clk_1d信号；指数电压继续上升，时间超过T₁但小于T₂时，V_S1与V_S2N变为低电平，而V_S1N与V_S2跳为高电平，TG4和TG6被开启，其余皆关断，clk_2d信号所在通道导通，输出端输出clk_2d信号；最后，时间超过T₂后，V_S2N与V_S2两信号翻转，TG5与TG6导通，clk_3d信号所在通道被开启；

4)指数电压在去磁结束之后开始生成，所以当变压器还处于去磁阶段，T_D为高电平，T_D的非信号T_D_n变低，传输门TG8关闭，TG9和TG10开启，指数电压V_exp处于初始值1V。去磁结束后，T_D变低，TG9、TG10关闭，指数电压V_exp开始上升，TG7与TG8受f_C1控制交替导通，V_exp电压开始上升，形成指数波电压。信号f_C1随时间的增大频率逐渐减半，使指数波的时间常数逐级增大。直至下个周期开关管开启，指数波电压被重置至1V。