专利名称：一种新型施密特触发器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模拟电路，特别是涉及一种施密特触发器。
背景技术：
施密特触发器是一种脉冲波形整形电路，它可以把变化缓慢的信号或变化不规则的信号转换为陡变信号。如图1所示理想施密特触发器的直流电压传输特性曲线图，这种 曲线类似于迟滞回线，其特性的两个重要参数是前沿触发电压V+和后沿触发电压v_。前沿 触发电压V+是输入电压增加过程中弓I起电路翻转动作的触发电压，后沿触发电压τ是输入 电压减小过程中弓I起电路翻转动作的触发电压。图2所示是一种采用NMOS管实现的施密特触发器。作为一级近似，且忽略体效应， 可以认为Μ2开始导通时出现触发点。当Μ2的电流为零时，如果输入电压为V+，则反馈电压 Vfb 为<formula>formula see original document page 3</formula>[0005]其中Vto是N沟晶体管的开启电压。对于触发点处的输入电压，下拉管Ml处在饱 和区的边缘。Vfb决定于Μ3与Ml的W/L之比。求解触发电压，可以得到<formula>formula see original document page 3</formula>[0007]其中Vk3分别为M1、M3的跨导系数。一旦晶体管M2导通，施密特触发器输出电压立即翻转为低电平，晶体管M3随即截止。类似地，根据输入电压Vin从VDD降至零，可以计算得出后沿触发电压<formula>formula see original document page 3</formula>[0011]其中Vih是输入高电平，它与Hk4有关。从上面分析可以看到，施密特触发器的前后沿触发点压都随电源电压的变化而变 化。图3为六管串连形式的施密特触发器，它使用串连的两个NMOS管和两个PMOS管 对输入电压进行检测，从而实现施密特触发器的功能。但是该施密特触发器的前后沿触发 点压受电源电压和温度的影响较大。图4所示为专利一种施密特触发器(专利号200820066742. 4，
公开日
2009. 02. 04)采用反相器的翻转阈值电压来决定施密特触发器的前后沿触发电压的电路。 根据CMOS反相器的定义，反相器的翻转阈值电压Vi为<formula>formula see original document page 4</formula>其中kn、kp分别为匪OS和PMOS的跨导系数，Vm、Vtp分别为匪OS和PMOS的阈值 电压。从上式也可以看到，施密特触发器的前后沿触发电压也与电源电压紧密相关，即 受电源电压的影响较大。由以上分析可见，前人在施密特触发器的设计中，主要关注的问题是低电压、低 功耗等。而忽视了电源电压和温度对施密特触发器翻转阈值电压的影响。
发明内容为了克服现有施密特触发器以上的不足，本实用新型提出了一种不受电源电压和 温度干扰的新型施密特触发器。一种新型施密特触发器包括阈值电压产生模块和比较模块，其中阈值电压产生模 块输出高电压阈值和低电压阈值到比较模块，输入电压Vin输入比较模块，比较模块输出 方波信号Vout，且输出的方波信号Vout反馈至阈值电压产生模块。阈值电压产生模块包括开关管、电阻R0、电阻Rl以及电流源，其中RO的一端接电 流源，另一端接地，电阻Rl与开关管串联于电流源与地之间。比较模块为一比较器，其中比较器的负输入端与阈值电压产生模块中的电流源和 RO之间的节点相连，输入电压Vin输入至比较器的正输入端，比较器的输出端输出方波信 号Vout，且输出的方波信号Vout反馈至阈值电压产生模块中开关管的栅极。本实用新型可以良好地应用于波形整形、幅度鉴别、噪声去除和周期性脉冲发生 等电路，且本实用新型是利用开关管对参考电流的分流来产生迟滞窗口的，与传统的施密 特触发器相比，本实用新型的施密特触发器具有不依赖于电源电压和温度的优异特性。
图1是理想施密特电压转换特性图；图2是NMOS管施密特触发器图；图3是传统六管施密特触发器图；图4是反相器施密特触发器图；图5是本实用新型具体实施方式
的新型施密特触发器模块图；图6是本实用新型具体实施方式
新型施密特触发器的一种具体电路图；图7是本实用新型具体实施方式
新型施密特触发器的各节点的波形图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明如图5所示本实用新型的一种实施方式包括阈值电压产生模块501和比较模块 502，阈值电压产生模块501输出高电压阈值和低电压阈值到比较模块502，输入电压Vin输入比较模块502，比较模块502输出方波信号Vout，且输出的方波信号Vout反馈至阈值电压产生模块501。如图6所示为本实用新型的一种具体实施电路，包括比较器601、开关管602、电阻 R0、电阻Rl以及电流源603。其中RO的一端接电流源603，另一端接地。电阻Rl与开关管 602串联于电流源603与地之间，比较器601的负输入端与电流源603和Rl之间的节点相 连，输入电压Vin输入比较器601的正输入端，比较器601的输出端输出方波信号Vout，且 输出的方波信号Vout反馈回开关管602的栅极。现结合图6介绍该新型施密特触发器的具体工作过程。通用比较器用于对施密特触发器高低翻转阈值的检测，参考电流源提供一个与电 源电压和温度无关的电流源。根据施密特触发器的要求，VR处的电压应该具有两个不用的 翻转阈值电压值。根据图6所示，当开关管602关闭时，VR处的电压为(Iref为电流源的 输出电流)<formula>formula see original document page 5</formula>(I)而当开关管602导通时，VR处的电压为<formula>formula see original document page 5</formula> (2)从式⑴⑵可以看到，由于Iref是与电源电压无关的电流，所以VR_、VR+都是与 电源电压无关的基准电压，且VR_ < VR+。下面以图7为例介绍本实用新型电路的工作原理和工作过程，其中图7为各节点 波形。当输入端电压Vin较低时，即Vin < VR,则此时输出Vout为低电平，则开关管602 不导通，那么此时施密特触发器的翻转阈值为VR+= Iref XR0。输入信号Vin缓慢增大，当 输入电压Vin大于VR+ = IrefXRO时，此时比较器601的输出翻转，输出Vout为高电平， 开关管602导通，施密特触发器的翻转阈值变为VR— = IrefX (R0//R1)。当输入电压Vin增加到一定程度时，开始慢慢下降，在输入电压Vin > VR_之前， 输出保持不变。当输入电压Vin小于VR—= IrefX (R0//R1)时，输出Vout变为低电平，开 关管602不导通，那么此时施密特触发器的翻转阈值又变回到VR+ = Iref XR0。通过以上过程可以看到，正是利用了开关管的通断实现了具有迟滞特性的施密特 触发器，且该施密特触发器的前后沿触发电压都跟电源电压和温度无关。故本实用新型施 密特触发器的电压和温度特性都明显优于传统的施密特触发器。由上述可见，本实用新型电路结构简单，在不增加任何电路复杂度的情况下，利用 了一个开关管和一参考电流源实现了施密特触发器的前后沿触发电压。而且本实用新型的 前沿触发电压和后沿触发电压都可以通过调节RO和Rl的大小来实现。本电路可以在CMOS 工艺上实现，电路制造成本低。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能 认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视 为属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种新型施密特触发器，其特征在于包括阈值电压产生模块和比较模块，其中阈值电压产生模块输出高电压阈值和低电压阈值到比较模块，输入电压Vin输入至比较模块，比较模块输出方波信号Vout，且输出的方波信号Vout反馈至阈值电压产生模块。
2.根据权利要求1所述的一种新型施密特触发器，其特征在于阈值电压产生模块包 括开关管、电阻R0、电阻Rl以及电流源，其中电阻RO的一端接电流源，另一端接地；电阻Rl 与开关管串联于电流源与地之间。
3.根据权利要求1所述的一种新型施密特触发器，其特征在于比较模块为一比较 器，其中比较器的负输入端与阈值电压产生模块中的电流源和RO之间的节点相连，输入电 压Vin输入至比较器的正输入端，比较器的输出端输出方波信号Vout，且输出的方波信号 Vout反馈至阈值电压产生模块中开关管的栅极。
专利摘要本实用新型公告了一种新型施密特触发器，包括阈值电压产生模块和比较模块，其中阈值电压产生模块输出高电压阈值和低电压阈值到比较模块，输入电压Vin输入比较模块，比较模块输出方波信号Vout，且输出的方波信号Vout反馈回阈值电压产生模块。本实用新型可以良好地应用于波形整形、幅度鉴别、噪声去除和周期性脉冲发生等电路，且本实用新型是利用开关管对参考电流的分流来产生迟滞窗口的，与传统的施密特触发器相比，具有不依赖于电源电压和温度的优异特性。
文档编号H03K3/3565GK201577074SQ20092026068
公开日2010年9月8日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者刘俊秀, 刘敬波, 吴玉强, 石岭, 胡江鸣 申请人:深圳艾科创新微电子有限公司