包括参考电压电路的信号处理器的制作方法

专利名称：包括参考电压电路的信号处理器的制作方法
技术领域：
本发明的一方面涉及一种包括参考电压电路的信号处理器。例 如，所述信号处理器可以是能以单供电电压工作的音频放大器。所述 参考电压电路可以提供例如为单供电电压和信号地线的中间值的参 考电压。本发明的其他方面涉及一种提供参考电压的方法以及一种计 算机程序产品。
背景技术：
能以单供电电压工作的信号处理电路通常具有可以向其施加参 考电压的参考电压输入端。在很多应用中，应当将参考电压输入端通 过相对较大的电容耦接到信号地线，该相对较大的电容构成了有用频 率范围内的短路。以下，这个相对较大的电容将被称为参考电压电容。 参考电压电路向参考电压电容施加参考电压。该参考电压通常介于供 电电压和信号地线之间。当单供电电压接通时，该信号处理电路呈现过渡行为。当单供 电电压断开时，会出现同样的情形。无论在哪种情况下，这种过渡行 为都与参考电压电容的充电或放电(无论哪种情况都适用)有关。该 过渡行为可能导致信号处理电路产生不期望的输出信号。例如，在音 频应用中，当接通或断开单供电电压时，过渡行为会导致可听到的扑通声或咔嗒声。通过根据s形-曲线特性对参考电压电容进行充电或放电(无论哪种情况都适用)，能阻止这种不期望的过渡行为。US专利申请No.2005/0084120公开了一种音频功率放大器内的 信号地线电压产生电路。该信号地线电压产生电路包括耦接在参考电 压源和信号地线端之间的电压跟踪放大器。该电压跟踪放大器输出电 流，该电流对耦接至该信号地线端的电容器进行充电。电流控制电路 对该输出电流进行控制，使得该输出电流等于最大电流。所述电流控制电路包括两个差分MOSFET对，每个差分 MOSFET对具有耦接至所述信号地线端的栅极。 一个差分MOSFET 对接收第一中间点电压。另一个差分MOSFET对接收第二中间点电 压。最大输出电流是一个差分MOSFET对的漏极电流之间的差值和 另一个差分MOSFET对的漏极电流之间的差值之和。即，最大电流 通过向多个电流应用加法运算和减法运算来产生，所述多个电流作为 所述信号地线端上的电压的函数发生变化。发明内容本发明的目的是改善参考电压的过渡行为，以防止音频应用中 的扑通声和咔嗒声。独立权利要求限定了本发明的各个方面。从属权 利要求限定了用于有利实现本发明的附加特征。本发明考虑了以下几点。在上述专利申请中所述的信号地线电 压产生电路通过电流域中的一组相对较复杂的加法和加法运算来控 制最大电流。而且，最大电流作为两个所谓的中间点电压的函数发生 变化，这两个所谓中间点电压需要被精确定义。因此，最大电流将对 元件公差、不匹配、环境条件和老化相对比较敏感。因此，最大电流 可能不能提供上述S形曲线特性的足够精确的近似。因此，音频应 用可能仍然会受到可听见的扑通声或咔嗒声的影响。而且，仅仅当接通供电电压时，上述专利申请中所述的信号地 线电压产生电路才能够产生s形曲线特性。即，当断开供电电压时，该电路不能防止不期望的过渡影响(例如，扑通声或咔嗒声)的发生。 该电路仅仅"单向"有效。根据本发明， 一种信号处理器包括用于向电容施加参考电压的 参考电压电路，该信号处理器具有以下特性。负斜率模块提供负斜率 信号，当所述电容上的电压增大时，负斜率信号的幅度减小。正斜率 模块提供正斜率信号，当所述电容上的电压增大时，正斜率信号的幅 度增大。如果负斜率信号的幅度小于正斜率信号的幅度，则最小选择 模块实质上根据负斜率信号来控制参考电压电路能向所述电容施加 的最大电流。如果正斜率信号的幅度小于负斜率信号的幅度，则最小选择模块实质上根据正斜率信号来控制最大电流。因此，本发明提供了一种从根本上来说不同的技术，来控制用 以对参考电压电容进行充电和放电的最大电流。涉及最小选择的这种 技术不需要一组相对较复杂的减法和加法运算，而且也不依赖于需要 被精确定义的任何中间点电压。因此，能相对较精确地实现上述的S 形曲线特性。而且，本发明还允许根据S形曲线特性来对参考电压 电容进行充电以及放电。即，本发明允许"双向"有效。因此，本发 明改善了参考电压的过渡行为，从而防止了音频应用中的扑通声和咔 嗒声。本发明的另一个优点是能以相对适度的成本来实现所述参考电 压电路。这是因为不需要一组相对复杂的减法和加法运算。本发明的实现有利地包括一个或多个以下附加特征，这些附加 特征在与各个从属权利要求相对应的各段落中进行描述。所述负斜率模块优选地包括比较器，该比较器对参考电压电容 上的电压和期望的参考电压进行比较。如果该电容上的电压基本等于 期望的参考电压，则最大电流具有最小的值。所述正斜率模块优选地包括比较器，该比较器对参考电压电容 上的电压和信号地线电压进行比较。如果该电容上的电压基本等于信 号地线电压，则最大电流具有最小的值。这些附加特征以及在之前段 落中提到的那些特征对相对较精确地实现S形曲线特性具有贡献。所述负斜率模块优选地包括用于提供电流形式的负斜率信号的 跨导电路，所述电流形式的负斜率信号被称为负斜率电流。所述正斜 率模块优选地包括用于提供电流形式的正斜率信号的跨导电路，该电 流形式的正斜率信号被称为正斜率电流。所述最小选择模块优选地包 括电流开关，其提供选择控制电流，如果负斜率电流小于正斜率电流， 则选择控制电流基于负斜率电流，如果正斜率电流小于负斜率电流， 则选择控制电流基于正斜率电流。所述参考电压电路优选地包括差分晶体管对，其用于对参考电 压电容上的电压和期望的参考电压进行比较。所述差分晶体管对接收 作为尾电流的选择控制电流。电流镜装置提供输出电流，该输出电流基于从差分晶体管对获得的差分电流。所述参考电压电容接收该输出 电流。这些附加特征以及在之前段落中所述的那些特征容许低成本的 实现。电流镜装置优选地包括一对电流镜，这对电流镜被布置成交叉 耦合的结构，以对从差分晶体管对获得的差分电流进行放大。参考电压电路优选地包括输出级，其向参考电压电容提供输出 电流。该输出级包括偏置电路，用于将输出电流控制为选择控制电流 的函数。这些附加特征以及在之前段落中所述的那些特征对相对较精 确地实现S形曲线特性具有贡献。所述最小选择模块优选地包括能提供负斜率电流的复制的第一 电流复制晶体管和能提供正斜率电流的复制的第二电流复制晶体管。 所述最小选择模块还包括第一串联晶体管和第二串联晶体管。第一串 联晶体管具有主端子和控制端子，其中该主端子耦接至第一电流复制 晶体管的主端子，而该控制端子耦接至第二电流复制晶体管的控制端 子。第二串联晶体管具有主端子和控制端子，该主端子耦接至第二电 流复制晶体管的主端子，而该控制端子耦接至第一电流复制晶体管的 控制端子。这些附加特征允许低成本的实现。


参照附图的详细说明描述了此前概括的本发明以及附加特征。 图1是图示音频系统的框图。图2是图示构成音频系统的一部分的参考电压电路的框图。 图3是图示参考电压电路的过渡行为的框图。 图4是图示参考电压电路中的各个模块的实现的电路图。 图5是图示构成参考电压电路的一部分的电压缓冲器的基本实 现的电路图。图6是图示电压缓冲器的高环路增益实现的电路图。 图7是图示电压缓冲器的恒定环路增益实现的电路图。 图8是图示最小电压选择器的示例的电路图，该最小电压选择 器能用于参考电压电路的实现中。图9是图示最小电压选择器的另一示例的电路图，该最小电压 选择器能用于参考电压电路的实现中。
具体实施方式
图1图示了音频系统ASY。该音频系统ASY包括音源AS、立 体声放大器装置SAA、控制器CTRL、两个隔直流(DC)电容器Cl， C2、以及两个扬声器LS1， LS2。所述音频系统ASY例如可以是诸 如MP3播放器之类的便携式装置的形式或者个人计算机的形式。所 述音源AS可以是以下形式如光盘播放器、硬盘驱动器、固态存储 器或通信网络接口。立体声放大器装置SAA可以为如集成电路元件 的形式。所述控制器CTRL通常是适当程控的处理器的形式。所述立体声放大器装置SAA包括参考电压电路RVC、参考电压 电容Cr和两个放大器AMP1、 AMP2: —个放大器AMP1用于左声 道，另一个放大器AMP2用于右声道。每个放大器具有音频输入端 AI和参考电压输入端VI。立体声放大器装置SAA接收单供电电压 VCC。这个供电电压VCC被施加给立体声放大器装置SAA中的每个 上述元件。控制器CTRL优选地对供电电压VCC的施加进行管理。音频系统ASY实质上以如下方式来工作。音源AS提供左声道 音频信号LI和右声道音频信号RI。立体声放大器装置SAA中的放 大器AMP1在其音频输入端AI接收左声道音频信号LI，并且提供经 放大的左声道音频信号LO。放大器AMP2在其音频输入端AI接收 右声道音频信号RI，并且提供经放大的右声道音频信号RO。经放大 的左声道音频信号LO通过隔直流电容器Cl到达扬声器LSI,所述 隔直流电容器Cl去除可能存在于经放大的左声道音频信号LO中的 任何直流分量。类似地，经放大的右声道音频信号RO通过隔直流电 容器C2到达扬声器LS2。这两个放大器AMP1、AMP2中的每个放大器均需要在其参考电 压输入端VI接收参考电压VR，以便正确地工作。在工作的稳态模 式中，参考电压VR通常是供电电压V C C和信号地线之间的中间值。 参考电压电路RVC向参考电压电容Cr施加参考电压VR。即，耦接通时，参考电压VR具有过渡行为。 当立体声放大器装置SAA断开时，参考电压VR也具有过渡行为。 这些各自的过渡行为可能引起可听到的扑通声或咔嗒声。以下将详细 描述的参考电压电路RVC会防止这种情况发生。图2图示了参考电压电路RVC。在图2中也图示了参考电压电 容Cr。参考电压电路RVC包括参考电压发生器VRG、开关SW以 及电压缓冲器VBF。参考电压电路RVC还包括负斜率模块NSM、 正斜率模块PSM以及最小选择模块MSM。参考电压电路RVC可选 择性地包括以虚线示出的抽样保持电路SHC。电压缓冲器VBF通常包括运算放大器，该运算放大器具有同相 输入端(+ )、反相输入端(-)以及输出端。所述输出端通过短路耦 接至反相输入端，所述短路构成了电压增益为1的反馈路径。运算放 大器的同相输入端构成通过开关SW耦接至参考电压发生器VRG的 电压缓冲器VBF的输入端。运算放大器的输出端构成耦接至参考电 压电容Cr的电压缓冲器VBF的输出端。参考电压电路RVC实质上以下列方式来工作。参考电压发生器 VRG提供内部参考电压VRI。参考电压发生器VRG可以从例如所谓 的带隙参考来获得内部参考电压VRI。开关SW具有"接通"位置和 "断开"位置。在接通位置，开关SW向电压缓冲器VBF的正相输 入端施加内部参考电压VRI。在断开位置，开关SW耦接电压缓冲器 VBF的正相输入端至信号地线。电压缓冲器VBF能够通过输出电流对参考电压电容Cr进行充 电或放电。因此，电压缓冲器VBF对参考电压电容Cr上的电压进行 控制。该电压是在图1中示出的两个放大器AMP1、 AMP2接收到的 参考电压VR。参考电压电容Cr上的电压以下将被称为施加的参考 电压VRO。假设开关SW从断开位置切换到接通位置。这构成了图1所示 的立体声放大器装置SAA的电源接通情况。电压缓冲器VBF的输入端将具有在相对较短的时间间隔内从信号地线上升到内部参考电压 VRI的电压。当开关SW从断开位置切换至接通位置时，施加的参考电压VRO通常将小于内部参考参考电压VRI。因此，电压缓冲器VBF 的输出电流将具有对参考电压电容Cr进行充电的正极性。该输出电 流将持续对参考电压电容Cr进行充电，直到施加的参考电压VRO 基本等于内部的参考电压VRI为止。现在假设开关SW从接通位置切换至断开位置。这构成了图1 所示的立体声放大器装置SAA的电源断开情况。电压缓冲器VBF输 入端的电压在相对较短的时间间隔内将降至0。 一旦输入端的电压己 经降至0，施加的参考电压VRO仍将大于0。因此，电压缓冲器VBF 的输出电流将具有对参考电压电容Cr进行放电的负极性。输出电流 将持续对参考电压电容Cr进行放电，直到施加的参考电压VRO基 本等于0为止。除非立体声放大器装置SAA在己经断开后相对短的 时间内接通，否则上述情况均适用。在上述情况(电源接通或电源断开)的任一情况中，电压缓冲 器VBF的输出电流在给定的时刻具有给定的幅度。输出电流的幅度 分别确定了参考电压电容Cr被充电或放电的速度。即，输出电流的 幅度分别确定了施加参考电压VRO增大或减小的速度。图3图示了电源接通的情况。图3包括具有表示时间T的水平 轴和表示电压V的垂直轴的图表。相对较粗的实线形式的曲线表示 电压缓冲器VBF的输入端的电压。以下，这个被指定为VIN的电压 将被称为输入电压VIN。相对较粗的虚线形式的另一条曲线表示施加 的参考电压VRO。电源接通情况从当立体声放大器装置SAA接通的 时刻to延伸到到达稳态情况的时刻tp输入电压VIN在h之前很久相对较快地到达稳态值VREF。所述稳态值VKEF对应于内部参考电压VRI。施加的参考电压VRO根据S形曲线特性从0逐渐增大到稳态值 VREF。即，表示施加的参考电压VRO的曲线是S形的。当施加的参 考电压VRO离开0时，该曲线在时刻t。具有基本等于0的第一导数。 当施加的参考电压VRO到达稳态值VREF时，第一导数在时刻^也基本等于0。以众人皆知的名称表述就是，施加的参考电压VRO呈现平滑的起飞和平滑的着陆。施加的参考电压VRO在电源断开的情况 中呈现类似S形的行为。这是通过如下所述的适当控制电压缓冲器 VBF的输出电流来实现的。图1所示的控制器CTRL优选地以下列方式对开关SW进行控 制。假设音频系统ASY接通。在这种情况下， 一旦获得了内部参考 电压VRI，控制器CTRL就将开关SW置于接通位置。在图3中，这 对应于时刻to。现在假设音频系统ASY断开。在这种情况下，控制 器CTRL在保持供电电压VCC —段相对短的时间间隔的同时将开关 置于断开位置。再次参照图示了参考电压电路RVC的图2。负斜率模块NSM、 正斜率模块PSM以及最小选择模块MSM构成了限流装置，该限流 装置将电压缓冲器VBF的输出电流限制为最大幅度IMX。因此，该 限流装置向施加的参考电压VRO增大或减小的速度施加了一个限 制，无论哪种情况均适用。限流装置将电压缓冲器VBF的输出电流 的最大幅度IMX控制为施加的参考电压VRO的函数。更详细地讲，负斜率模块NSM基于施加的参考电压VRO提供 负斜率信号SN。当施加的参考电压VRO增大时，所述负斜率信号 SN的幅度降低。当施加的参考电压VRO等于内部参考电压VRI时， 负斜率信号SN优选地等于0。图2通过虚线示出了这种情况，负斜 率模块NSM经由该虚线来接收内部参考电压VRI。正斜率模块PSM基于施加的参考电压VRO提供正斜率信号SP。 当施加的参考电压VRO增大时，正斜率信号SP的幅度增大。在电 源断开的情况中，当施加的参考电压VRO等于0时，正斜率信号SP 优选地等于0。在电源接通的情况下，当电源接通情况开始时，艮口， 当立体声放大器装置SAA接通时，正斜率信号SP优选地等于0。当 电源接通情况开始时，施加的参考电压VRO通常将是0。如果立体声放大器装置SAA在已经断开相对较短的时间后接 通，则所施加的参考电压VRO可能具有实质上大于0的初始值。这 是因为在这种情况下参考电压电容Cr仍将包括电荷。抽样保持电路SHC (可选地)可以保持这个初始的非零值，并且将该值施加给正斜率模块PSM。接着正斜率模块PSM可使正斜率信号SP的幅度作为 施加的参考电压VRO和初始的非零值之间的差值的函数发生变化。最小选择模块MSM接收负斜率信号SN和正斜率信号SP。最 小选择模块MSM有效地确定这些信号中的哪个信号具有最小的幅 度。更具体地讲，最小选择模块MSM基于具有最小幅度的信号来控 制电压缓冲器VBF的输出电流的最大幅度IMX。因此，如果负斜率 信号SN的幅度小于正斜率信号SP的幅度，则输出电流的最大幅度 IMX作为负斜率信号SN的幅度的函数发生变化。相反地，如果正斜 率信号的幅度小于负斜率信号SN的幅度，则输出电流的最大幅度 IMX作为正斜率信号的幅度的函数发生变化。换句话说，根据负斜率信号SN和正斜率信号SP中的哪一个信 号具有最小的幅度，最小选择模块MSM有效地将输出电流的最大幅 度IMX手动控制为负斜率信号SN或正斜率信号SP。这允许在电源 接通的情况下以及在电源断开的情况下施加的参考电压VRO的平滑 起飞和平滑着陆。图4示出了组成了电压缓冲器VBF的限流装置的各个模块 NSM、 PSM、 MSM的实现。该实现包括三个运算放大器Al、 A2、 A3，七个晶体管Ml-M7以及两个电阻Rl、 R2。每个晶体管可以是 如具有栅极、源极和漏极的场效应类型的。每个运算放大器具有反相 输入端(-)、同相输入端(+ )和输出端。更具体地讲，负斜率模块NSM包括运算放大器Al、 A2，晶体 管M1、 M2以及电阻R1。运算放大器Al在其反相输入端接收内部 参考电压VR1。运算放大器的输出端耦接至晶体管Ml的栅极，晶体 管Ml的漏极耦接至运算放大器Al的反相输入端。运算放大器A2 在其反相输入端接收施加的参考电压VRO。与运算放大器Al类似， 运算放大器A2的输出端耦接至晶体管M2的栅极，晶体管M2的漏 极耦接至运算放大器A2的反相输入端。电阻Rl耦接在晶体管Ml 和晶体管M2的各自漏极之间。正斜率模块PSM包括运算放大器A3、晶体管M3和电阻器R2。运算放大器A3在其反相输入端接收施加的参考电压VRO。运算放大 器A3的输出端耦接至晶体管M3的栅极，晶体管M3的漏极耦接至 运算放大器A3的反相输入端。电阻R2耦接在晶体管M3的漏极和 信号地线之间。最小选择模块MSM包括晶体管M4-M7。晶体管M4的栅极和 源极耦接至晶体管Ml的栅极和源极。同样，晶体管M5的栅极和源 极耦接至晶体管M3的栅极和源极。实际上，晶体管M4和晶体管 M5构成了分别耦接至负斜率模块NSM和正斜率模块PSM的最小选 择模块MSM的各个输入端。晶体管M6的源极耦接至晶体管M4的 漏极，而晶体管M6的栅极耦接至晶体管M5的栅极。类似地，晶体 管M7的源极耦接至晶体管M5的漏极，而晶体管M7的栅极耦接至 晶体管M4的栅极。晶体管M4-M7被布置成所谓的交叉耦合的串联 结构。晶体管M6和晶体管M7的各自漏极相互耦接，并且构成最小 选择模块MSM的输出端。图4中所示的实现是以下列方式进行工作的。在负斜率模块 NSM中，运算放大器Al和晶体管M1构成了电压跟随器电路，其将 内部参考电压VRI施加给晶体管M1的漏极。运算放大器A2和晶体 管M2同样构成了电压跟随器电路，其将施加的参考电压VRO施加 给晶体管M2的漏极。因此，电流将流经电阻R1，该电流作为内部 参考电压VRI和施加的参考电压VRO之间的差值的函数发生变化。 当施加的参考电压VRO增大时，该电流减小。因此，流经电阻Rl 的电流以下将被称为负斜率电流ISN。负斜率电流Isw通过晶体管Ml 的源极和漏极流经该晶体管。在正斜率模块PSM中，运算放大器A3和晶体管M3构成了电 压跟随器电路，其将施加的参考电压VRO施加给晶体管M3的漏极。 因此，电流将流经电阻R2，当施加的参考电压VRO增大时，该电流 增大。因此，该电流以下将被称为正斜率电流ISP。正斜率电流ISP 通过晶体管M3的源极和漏极流经该晶体管。在最小选择模块MSM中，晶体管M4试图复制流经晶体管Ml 的负斜率电流ISN。晶体管M5试图复制流经晶体管M3的正斜率电流ISP。晶体管M6和晶体管M7构成电流选择器。假设晶体管M6 在其栅极接收到的电压实质上小于晶体管M7在其栅极接收到的电 压。在这种情况下，晶体管M6构成电流跟随器，而晶体管M7有效 地构成了电流阻隔器。相反地，如果晶体管M7在其栅极接收到的电 压实质上小于晶体管M6在其栅极接收到的电压，则晶体管M7将构 成电流跟随器，而晶体管M6将有效地构成电流阻隔器。因此，最小 选择模块MSM将提供选择控制电流Isel，其或者是负斜率电流ISN 的复制或者是正斜率电流Isp的复制。除了其中各自的栅极电压基本 相等的相对狭窄的接收区域(takeover region)之外，上述情况均适 用。假设负斜率电流IsN的幅度实质上大于正斜率电流Isp的幅度。在这种情况下，将在晶体管M1的栅极和源极之间存在电压差，该电 压差实质上大于晶体管M3的栅极和源极之间的电压差。因此，晶体 管M7在其栅极接收到的电压实质上小于晶体管M6在其栅极接收到 的电压。在这种情况下，晶体管M7将成为电流跟随器，而晶体管 M6将成为电流阻隔器。晶体管M5提供的正斜率电流ISP的复制将构 成选择控制电流Is^。最小选择模块MSM有效地选择了其幅度小于 负斜率电流IsN的正斜率电流Isp。类似地，如果负斜率电流IsN的幅 度实质上小于正斜率电流Isp的幅度，则最小选择模块MSM将选择 负斜率电流ISN。在这种情况下，负斜率电流I,将构成选择控制电流IsELo存在各种其中选择控制电流ISEL能对图2所示的电压缓冲器VBF的输出电流的最大幅度IMX进行设置的方式。每种方式均与电 压缓冲器VBF的具体实现类型相关。以下通过示例描述各种实现。图5图示了电压缓冲器VBF的基本实现，所述电压缓冲器VBF 的这种实现以下将被称为基本电压缓冲器。基本电压缓冲器包括8 个晶体管M101-M108，这些晶体管可以是如场效应类型的。晶体管 M101和晶体管M102构成了差分对，该差分对接收作为尾电流的选 择控制电流IsEL。晶体管M102的栅极接收内部参考电压VRI。晶体 管M101的栅极耦接至基本电压缓冲器的输出端，基本电压缓冲器的输出端上提供施加的参考电压VRO。晶体管M106和晶体管M108 的相互耦接的各自漏极构成了这个输出端。晶体管MlOl、 M102尺 寸相等。这同样适用于晶体管M103、 104、 M105, 106以及晶体管 M107、 108。基本电压缓冲器以下列方式工作。由晶体管M101、 M102形成 的差分对提供了差分电流，该差分电流具有两个分量晶体管MIOI 的漏极电流和晶体管M102的漏极电流。该差分电流作为内部参考电 压VRI和基本电压缓冲器的输出端上的施加的参考电压VRO之间的 差值的函数发生变化。晶体管MIOI的漏极电流通过晶体管M103、 M104、 M107、 M108被两次镜像。更具体地讲，晶体管M103、 M104 构成了第一电流镜，其提供了这个漏极电流的一次镜像形式。晶体管 M107、 M108构成了第二电流镜，其提供了晶体管MlOl的漏极电流 的二次镜像形式。晶体管M105、 M106构成了电流镜，其提供了晶 体管M102的漏极电流的镜像形式。输出构成了电流相减点，在该电 流相减点处，晶体管MlOl的漏极电流的两次镜像形式减去晶体管 M102的漏极电流的镜像形式。基本电压缓冲器试图达到其中施加的参考电压VRO基本等于内 部参考电压VRI的稳态条件。即，基本电压缓冲器试图将内部参考 电压VRI施加到输出端。假设电压缓冲器VBF的输出端上的施加的 参考电压VRO小于内部参考电压VRI。在这种情况下，晶体管M101 的漏极电流将大于晶体管M102的漏极电流。充电电流将从基本电压 缓冲器的输出端流入图2所示的参考电压电容Cr。相反，如果施加 的参考电压VRO大于内部参考电压VRI，则放电电流将从参考电压 电容Cr流入基本电压缓冲器的输出端。无论哪种情况，电流的幅度 都不能超过最小选择模块MSM提供的选择控制电流Isel的幅度。图6图示了图2所示的电压缓冲器VBF的高环路增益的实现。 这种实现以下将被称为高环路增益电压缓冲器。通过向图5所示的基 本电压缓冲器增加两个晶体管M109、 M110来获得高环路增益电压 缓冲器。在图6中强调了这两个添加的晶体管M109、 MllO。高环路 增益电压缓冲器的其他晶体管M101-M108中的每个晶体管均具有图5所示的基本电压缓冲器中的对应晶体管。这些对应的晶体管具有相 同的参考标记。高环路增益电压缓冲器以实质上类似于基本电压缓冲器工作的 方式来进行工作。晶体管M109、 M110有效地对来自晶体管MlOl、 M102构成的差分对的差分电流进行放大。更确切地讲，晶体管M103、 M104、 M105、 M106、 M109、 M110 —起构成了差分电流放大器， 该差分电流放大器包括两个交叉耦接的电流镜。晶体管M103和晶体 管M109形成了这两个电流镜中的一个。晶体管M105和晶体管MllO 形成了另一个电流镜。每个电流镜均提供稍微小于1 (unity)的电流 增益。正反馈环路是通过将这些电流镜交叉耦接形成的。正反馈环路 使得由晶体管M103、 M104、 M105、 M106、 M109、 M110形成的差 分电流放大器提供基本等于上述电流镜的电流增益的倒数(inverse) 的电流增益。因此，高环路增益电压缓冲器将具有实质上大于基本电 压缓冲器的环路增益。较高的环路增益允许更准确地控制施加的参考 电压VRO。图7图示了电压缓冲器VBF的恒定环路增益实现。该实现以下 将被称为恒定环路增益电压缓冲器。恒定环路增益电压缓冲器包括 15个可以是如场效应类型的晶体管M201-M215。晶体管M201和 M202构成了差分对，该差分对具有晶体管M209耦接至的共源极节 点。晶体管209接收固定偏置电压VB。晶体管M202的栅极接收内 部参考电压VRI。另一晶体管M201的栅极耦接至其上提供施加的参 考电压VRO的输出端。晶体管M210的源极构成这个输出端。晶体 管M201、M202尺寸相等。这同样适用于晶体管M203、M204、M205、 M206、 M207、 M208以及晶体管M213、 M214、 M215。晶体管M211 的所谓的W/L比率为晶体管M212的W/L比率的2倍。恒定环路增益电压缓冲器以下列方式进行工作。晶体管M209 向由晶体管M201、 M202形成的差分对提供固定偏置电流lB。因此，与图5和6所示的跨导增益作为选择控制电流IsEL的函数发生变化的差分对MIOI、 M102相反，这个差分对具有固定的跨导增益。差分 对M201、 M202提供差分电流，该差分电流具有两个分量晶体管M201的漏极电流和晶体管M202的漏极电流。这个差分电流作为内 部参考电压VRI和基本电压缓冲器的输出端上的施加参考电压VRO 之间的差值的函数发生变化。晶体管M203、 M204构成了第一电流镜，其提供了晶体管M201 的漏极电流的一次镜像形式。晶体管M207、 M208构成了第二电流 镜，其提供了晶体管M201的漏极电流的二次镜像形式。晶体管 M205、 M206构成了另一个电流镜，其提供了晶体管M202的漏极电 流的镜像形式。晶体管M208、 M209的各自漏极和晶体管M210的 栅极构成了电流相减点，在该电流相减点处晶体管M201的漏极电流 的二次镜像形式减去晶体管M202的漏极电流的镜像形式。被布置成 共源极结构的晶体管M210构成了耦接在上述的电流相减点和恒定 环路增益电压缓冲器之间的电压跟随器。恒定环路增益电压缓冲器试图达到其中施加的参考电压VRO基 本等于内部参考电压VRI的稳态条件。恒定环路增益电压缓冲器以 类似于图5和图6中所示的实现试图达到同样的稳态条件的方式来试 图达到该稳态条件。区别在于存在晶体管M210，与图5所示的基本 电压缓冲器相比，这允许相对较高的增益。实际上，通过将以下两种变型应用到现在要参照的图5所示的 基本电压缓冲器中来部分地获得恒定环路增益电压缓冲器。首先，增 加与图7中的晶体管M210对应的输出晶体管。该输出晶体管的栅极 耦接至晶体管M106、 M108的相互耦接的各自漏极。晶体管M101 的栅极耦接至该输出晶体管的源极，而不是耦接至晶体管M106、 M108的各自漏极。其次，用包括图7中的晶体管M209的固定尾电 流源来代替从最小选择模块MSM向图5中所示的差分对提供的选择控制电流isel。在恒定环路增益电压缓冲器中，选择控制电流isel以不同方式来控制输出电流的最大幅度。再次参照图示了恒定环路增益电压缓冲器的图7。晶体管 M211-M215构成了输出限流装置，其将输出电流的最大幅度限定为 来自最小选择模块MSM的选择控制电流Isel的函数。更具体地讲， 晶体管M213和晶体管M215构成了电流镜，其提供了选择控制电流Is^的镜像形式。选择控制电流Isel的这个镜像形式构成了晶体管M210的偏置电流，该晶体管M210是上述的输出晶体管。晶体管 M213提供的偏置电流构成了恒定环路增益电压缓冲器能从图2所示 的参考电压电容Cr中提取的最大放电电流。由于该偏置电流是选择 控制电流IsEL的镜像形式，所以选择控制电流Isel限定了该最大放电 电流。晶体管M214和晶体管M215同样构成了电流镜，该电流镜提供选择控制电流ISE^的另一镜像形式。选择控制电流Isel的这个镜像形 式流经其中栅极和漏极相互耦接的晶体管M212。即，晶体管M212 被布置成二极管结构，并且在其栅极和其源极之间产生的电压作为选 择控制电流IsEL的函数发生变化。这个电压被施加在晶体管M211的 栅极和源极之间。因此被偏置并且其W/L比率为晶体管M212的2 倍的晶体管M211有效地防止了图2所示的参考电压电容Cr接收到超过选择控制电流IsEL的充电电流。假设恒定环路增益电压缓冲器提供实质上小于选择控制电流 IsEiJ勺充电电流。在这种情况下，晶体管M210的漏极电流将等于充 电电流和晶体管M213提供的基本等于选择控制电流IsEL的偏置电流 之和。在这种情况下，漏极电流实质上将小于二倍的选择控制电流 ISEL。在这种情况下，晶体管M211构成了漏极电流流经的电阻。晶 体管M210构成了如上所述的电压跟随器。现在假设恒定环路增益电压缓冲器提供了等于选择控制电流ISEL的充电电流。在这种情况下，等于选择控制电流IsEL的二倍的电流将流经晶体管M210。在这种情况下，晶体管M210构成了其源极 和其漏极之间的电阻，而晶体管M211构成了电流源，该电流源提供 了为选择控制电流IsEL二倍的固定电流。可以说晶体管M213吸收了 来自晶体管M211的这个固定电流的一半。因此，充电电流不能超过选择控制电流ISEL。当充电电流变得小于选择控制电流IsEL时，该限 流情况停止。当充电电流增加到其中该电流等于的选择控制电流Isel的点时，该限流情况将再次起作用。恒定环路增益电压缓冲器的优点是环路增益与选择控制电流ISEL无关。这有助于准确和稳定的工作。再次参考图示了最小选择模块MSM的实现的图4。这个特定的实现方式在电流域中执行了最小选择。还能在电压域中实现最小信号选择。即，图2中所示的负斜率信号SN和正斜率信号SP的电压可 以相等，而不是电流。图8图示了可以形成最小选择模块MSM的基于电压的实现的一 部分的最小电压选择器的示例。该最小电压选择器包括两个可以是如 场效应类型的晶体管M301、M302。每个晶体管被布置成二极管结构， 这意味着每个晶体管的漏极和栅极相互耦接。一个晶体管的源极接收 第一信号电压V^另一个晶体管的源极接收第二信号电压V2。这两 个晶体管M301、 M302的各自栅极和漏极相互耦接，从而形成共栅 极-漏极节点。该共栅极-漏极节点被施加偏置电流ID，该偏置电流通 过两个晶体管M301、 M302流到信号地线。共栅极-漏极节点提供选择电压VSEL，该选择电压V犯L是由上述的两个信号电压V2中的 较小电压确定的。即，最小电压选择器有效地选择了上述的两个信号 电压V,、 V2中的较小电压。图9图示了最小电压选择器的另一个示例。该最小电压选择器 包括形成了差分对的两个晶体管M401、 M402。晶体管M401在其栅 极接收第一信号电压V"晶体管M402在其栅极接收第二信号电压 V2。该差分对包括接收尾电流lT的共源极节点。所述共源极节点提供选择电压VsEL，该选择电压VsEL是由上述的两个信号电压V!、 V2中的较小电压确定的。因此，最小电压选择器有效地选择了上述的两 个信号电压V,、 V2中的较小电压。 结论参照附图的上述详细描述仅仅示出了在权利要求中限定的本发 明和附加特征。能以多种不同的方式实现本发明。为了阐明这点，简 略地指出一些替代方案。可以在其中需要在电容上施加参考电压的任何类型的产品或方 法中应用本发明来获得优势。图1所示的音频系统ASY仅仅是一个 示例。例如在视频系统或对信号进行处理的任何其他类型的系统中也路，该输出电流具有能被加以控制的最大幅度。图5、 6和7提供了几种实现示例。多种其他实现也是可行的。存在多种不同的方式来实现最小选择模块MSM。图4图示了其 中在电流域中进行最小选择的实现示例。其他实现可以在电压域中进 行最小选择。图8和图9提供了可以用在这种实现中的电路示例。上述描述提供了包括场效应类型的晶体管的实现示例。包括双 极型晶体管的实现也是可行的。还应当注意可以通过适当可程控的处 理器和一个或多个模拟数字转换器来实现图2中所示的负斜率模块 NSM、正斜率模块PSM和最小选择模块MSM。即，可以在数字域 中通过计算机程序产品来进行最小选择，该计算机程序产品使得处理 器能执行连同上述模块所述的操作。存在多种通过硬件或软件及其结合的项目来实现功能的方式。 在这方面，附图是图解性的，每个附图仅仅表示本发明的一个可能实 施例。因此，虽然附图将不同功能显示为不同模块，但是这决不排除 单项硬件或软件执行几个功能的情况。也不排除硬件或软件及其结合 的项目的组合实现 一 个功能的情况。此前所进行的论述表明参照附图所进行的详细描述说明了而不 是限制了本发明。存在多种落入所附权利要求范围内的可替换方式。 权利要求中的任何参考标号不应当被理解为对权利要求的限制。词语 "包括"不排除在权利要求中列举的元素或步骤之外的其他元素或步 骤的存在。元素或步骤之前的词语"一个"或"一种"不排除多个这 种元素或步骤的存在。
权利要求
1.一种信号处理器，其包括用于对电容(Cr)施加参考电压(VR)的参考电压电路(RVC)，该参考电压电路包括负斜率模块(NSM)，用于提供负斜率信号(SN)，当所述电容上的电压(VRO)增大时，负斜率信号(SN)的幅度减小；正斜率模块(PSM)，用于提供正斜率信号(SP)，当所述电容上的电压增大时，正斜率信号(SP)的幅度增大；最小选择模块(MSM)，如果负斜率信号的幅度小于正斜率信号的幅度，则最小选择模块(MSM)根据负斜率信号来控制参考电压电路能向电容施加的最大电流；如果正斜率信号的幅度小于负斜率信号的幅度，则最小选择模块(MSM)根据正斜率信号来控制最大电流。
2. 根据权利要求1所述的信号处理器，其中负斜率模块(NSM) 包括对电容(Cr)上的电压(VRO)和期望的参考电压(VRI)进行 比较的比较器(Al， A2， Ml， M2， Rl)，如果电容上的电压等于 期望的参考电压，则最大电流具有最小值。
3. 根据权利要求1所述的信号处理器，其中正斜率模块(PSM) 包括对电容(Cr)上的电压和信号地线电压进行比较的比较器(A3， M3， R2)，如果电容上的电压等于信号地线电压，则最大电流具有 最小值。
4. 根据权利要求1所述的信号处理器，其中负斜率模块(NSM)包括跨导电路(Al， A2， Ml， M2， Rl)，该跨导电路用于提供被称作负斜率电流的电流(ISN)形式的负斜率 信号(SN);正斜率模块(PSM)包括跨导电路(A3, M3， R2)，该跨导电 路用于提供被称作正斜率电流的电流(IsP)形式的正斜率信号(SP);最小选择模块(MSM)包括电流开关(M4-M7)，其提供选择 控制电流(ISEl)，如果负斜率电流小于正斜率电流，则选择控制电 流(ISEL)基于负斜率电流，如果正斜率电流小于负斜率电流，则选 择控制电流(ISEL)基于正斜率电流。
5. 根据权利要求4所述的信号处理器，所述参考电压电路 (RVC)包括差分晶体管对(M101，M102)，用于对电容(Cr)上的电压(VRO) 和期望的参考电压(VRI)进行比较，差分晶体管对被耦接成接收作 为尾电流的选择控制电流(Isel);以及电流镜装置(M103-M110)，用于提供输出电流，该输出电流 基于从差分晶体管对获得的差分电流，电容被耦接成接收该输出电 流。
6. 根据权利要求5所述的信号处理器，所述电流镜装置包括一 对电流镜(M103， M109; M105， M110)，这对电流镜被布置成交 叉耦接的结构，以便对从差分晶体管对(MIOI， M102)获得的差分 电流进行放大。
7. 根据权利要求4所述的信号处理器，所述参考电压电路 (RVC )包括被耦接成给电容(Cr )提供输出电流的输出级 (M210-M215)，该输出级包括用于将输出电流限制为选择控制电流(ISEL)的函数的偏置电路(M211-M215)。
8. 根据权利要求4所述的信号处理器，所述最小选择模块 (MSM)包括第一电流复制晶体管(M4)，被耦接成提供负斜率电流(ISN) 的复制；第二电流复制晶体管(M5)，被耦接成提供正斜率电流(ISP) 的复制；第一串联晶体管(M6)，具有主端子和控制端子，其中，主端 子耦接至第一电流复制晶体管的主端子，控制端子耦接至第二电流复 制晶体管的控制端子；以及第二串联晶体管(M7)，具有主端子和控制端子，其中，主端 子耦接至第二电流复制晶体管的主端子，控制端子耦接至第一电流复 制晶体管的控制端子。
9. 根据权利要求1所述的信号处理器，所述信号处理器包括放 大器(AMP1， AMP2)，该放大器被耦接成接收作为参考电压(VR) 的电容(Cr)上的电压(VRO)。
10. —种对电容(Cr)施加参考电压(VR)的方法，该方法包括负斜率信号产生步骤，在该步骤中产生负斜率信号(SN)，当 电容上的电压增大时，负斜率信号的幅度减小；正斜率信号产生步骤，在该步骤中产生正斜率信号(SP)，当 电容上的电压增大时，正斜率信号的幅度增大；最小选择步骤，在该步骤中，如果负斜率信号的幅度小于正斜 率信号的幅度，则根据负斜率信号来控制能施加给电容的最大电流； 如果正斜率信号的幅度小于负斜率信号的幅度，则根据正斜率信号来 控制最大电流。
11. 一种用于可编程处理器的计算机程序产品，该计算机程序产 品包括一组指令，当载入可编程处理器时，这组指令使可编程处理器执行根据权利要求io所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种包括参考电压电路的信号处理器。所述信号处理器包括用于对电容(Cr)施加参考电压(VR)的参考电压电路(RVC)。参考电压电路(RVC)包括用于提供负斜率信号(SN)的负斜率模块(NSM)，当电容器(Cr)上的电压增大时，该负斜率信号(SN)的幅度减小。正斜率模块(PSM)提供正斜率信号(SP)，当电容(Cr)上的电压增大时，正斜率信号(SP)的幅度增大。如果负斜率信号(SN)的幅度小于正斜率信号(SP)的幅度，则最大选择模块(MSM)实质上根据负斜率信号(SN)来控制参考电压电路(RVC)能向电容(Cr)施加的最大电流(IMX)。如果正斜率信号(SP)的幅度小于负斜率信号(SN)的幅度，则最大选择模块(MSM)实质上根据正斜率信号(SP)来控制最大电流。
文档编号H03F1/30GK101627534SQ200880007228
公开日2010年1月13日 申请日期2008年3月5日 优先权日2007年3月7日
发明者保卢斯·P·F·M·布鲁因 申请人:Nxp股份有限公司