平方律扩展电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及一种压扩器（compander，压缩扩展器）中的扩展电路。
【背景技术】
[0002] 有些信号具有很大的动态范围（dynamic range)，例如音频信号、光信号等。这 些信号在压缩（compress)后可以被电子设备所处理，例如进行传输或存储，使用时再扩展 (expand)为原始信号。
[0003] 申请公布号为CN101800051A、申请公布日为2010年8月11日的中国发明专利申 请公开了一种处理音频信号的系统，其中包括了用来扩展音频信号的动态范围的扩展器， 该文件的图5给出了扩展器的一种示例。
[0004] 授权公布号为CN202586939U、授权公布日为2012年12月5日的中国实用新型专 利对音频压扩技术进行了简要介绍，并公开了一种音频接收机。其中包括了用来扩展数字 音频信号的动态范围的数字扩展器，该文件的图5给出了数字扩展器的一种示例。
[0005] 传统的扩展手段通常是利用PN结的电流强度与偏置电压之间的指数关系，例如 在电话通信中常用的μ律（μ-law)压扩和A律（A-Iaw)压扩。采用对数压扩的扩展电路 通常以双极工艺来制造 PN结，而不适用于以CMOS工艺来制造。
【发明内容】
[0006] 本申请所要解决的技术问题是提供一种平方律扩展电路，可以使输入电压按照平 方关系扩展为输出电压，这种扩展电路还兼容标准CMOS工艺。
[0007] 为解决上述技术问题，本申请平方律扩展电路包括两个放大器、两个PMOS管、一 个NMOS管和一个电阻；工作电压和地之间具有两条并联支路；第一支路为串联的PMOS管 一和NMOS管一；第二支路为串联的PMOS管二和电阻；所述PMOS管一和PMOS管二组成了电 流镜像，使得两条并联支路的电流相同或成整数倍；电路输入端通过放大器一连接NMOS管 一的栅极；PMOS管二的漏极通过放大器二连接电路输出端。
[0008] 本申请可以使得电路输出端电压与电路输入端电压成平方关系，可用于IP核的 设计。
【附图说明】
[0009] 图1是扩展电路的输出电压动态范围与输入电压动态范围的示意图；
[0010] 图2是本申请平方律扩展电路的一个具体实施例；
[0011] 图3是本申请平方律扩展电路的仿真结果示意图。
【具体实施方式】
[0012] 请参阅图1，本申请用来提供一种扩展电路，可以将输入电压的较小的动态范围扩 展为输出电压的较大的动态范围。
[0013] 请参阅图2,本申请的平方律扩展电路包括两个放大器、两个PMOS管、一个NMOS管 和一个电阻。工作电压VDD和地GND之间具有两条并联支路。
[0014] 第一支路为串联的PMOS管一 MPl和NMOS管一丽1，电流为il。例如，工作电压 VDD连接PMOS管一 MPl的源极，PMOS管一 MPl的漏极连接NMOS管一 MNl的漏极，NMOS管 一 MNl的源极连接地GND。
[0015] 第二支路为串联的PMOS管二MP2和电阻R，电流为i2。例如，工作电压VDD连接 PMOS管二MP2的源极，PMOS管二MP2的漏极连接电阻R的第一端，电阻R的第二端连接地 GND0
[0016] 所述两条并联支路中，PMOS管一 MPl和PMOS管二MP2组成了电流镜像（current mirror)，这使得两条并联支路的电流相同或成整数倍。此外，PMOS管一 MPl的栅极和PMOS 管二MP2的栅极相连，并与PMOS管一 MPl的漏极和NMOS管一丽1的漏极相连。
[0017] 电路输入端IN通过放大器一 AMPl连接NMOS管一丽1的栅极。例如，电路输入端 IN连接放大器一 AMPl的正输入端，放大器一 AMPl的负输入端和输出端相连并连接NMOS管 一丽1的栅极。
[0018] PMOS管二MP2的漏极通过放大器二AMP2连接电路输出端OUT。例如，PMOS管二 MP2的漏极连接放大器二AMP2的正输入端，放大器二AMP2的负输入端和输出端相连并连接 电路输出端OUT。
[0019] 本申请的平方律扩展电路的工作原理如下。为便于描述，将NMOS管一 MNl的栅极 称为A点，将PMOS管二MP2的漏极称为B点。放大器一 AMPl、PM0S管一 MPl和电阻R组成 了一个电压跟随器（voltage follower)，并可得公式一为Va= Vin，其中V^A点电压，Vin 指电路输入端电压。NMOS管一 MNl根据MOSFET(场效应晶体管）的电流方程可得公式二 为 " ^ ,其中 Vth指 NMOS 管一 MNl 的阈值电压（threshold voltage)。
【主权项】
1. 一种平方律扩展电路，其特征是，包括两个放大器、两个PMOS管、一个NMOS管和一 个电阻；工作电压和地之间具有两条并联支路；第一支路为串联的PMOS管一和NMOS管一； 第二支路为串联的PMOS管二和电阻；所述PMOS管一和PMOS管二组成了电流镜像，使得两 条并联支路的电流相同或成整数倍；电路输入端通过放大器一连接NMOS管一的栅极；PMOS 管二的漏极通过放大器二连接电路输出端。
2. 根据权利要求1所述的平方律扩展电路，其特征是，所述放大器一、PMOS管一和电阻 组成了一个电压跟随器，使得NMOS管一的栅极电压等于电路输入端电压。
3. 根据权利要求1所述的平方律扩展电路，其特征是，所述放大器二作为缓冲放大器。
4. 根据权利要求1所述的平方律扩展电路，其特征是，V与VIN成平方关系，其中VIN 是电路输入端电压，Vott是电路输出端电压。
5. 根据权利要求4所述的平方律扩展电路，其特征是，VOTT与（VIN-VTH)2成正比，其中VTH 是NMOS管一的阈值电压。
6. 根据权利要求1所述的平方律扩展电路，其特征是，所述第一支路中，工作电压连接 PMOS管一的源极，PMOS管一的漏极连接NMOS管一的漏极，NMOS管一的源极连接地。
7. 根据权利要求1所述的平方律扩展电路，其特征是，所述第二支路中，工作电压连接 PMOS管二的源极，PMOS管二的漏极连接电阻的第一端，电阻的第二端连接地。
8. 根据权利要求1所述的平方律扩展电路，其特征是，所述两条并联支路中，PMOS管一 的栅极和PMOS管二的栅极相连，并与PMOS管一的漏极和NMOS管一的漏极相连。
9. 根据权利要求1所述的平方律扩展电路，其特征是，所述放大器一的连接关系为：电 路输入端连接放大器一的正输入端，放大器一的负输入端和输出端相连并连接NMOS管一 的栅极。
10. 根据权利要求1所述的平方律扩展电路，其特征是，所述放大器二的连接关系为： PMOS管二的漏极连接放大器二的正输入端，放大器二的负输入端和输出端相连并连接电路 输出端。
【专利摘要】本申请公开了一种平方律扩展电路，包括两个放大器、两个PMOS管、一个NMOS管和一个电阻；工作电压和地之间具有两条并联支路；第一支路为串联的PMOS管一和NMOS管一；第二支路为串联的PMOS管二和电阻；电路输入端通过放大器一连接NMOS管一的栅极；PMOS管二的漏极通过放大器二连接电路输出端。本申请可以使得电路输出端电压与电路输入端电压成平方关系，可用于IP核的设计。
【IPC分类】H03K19-094
【公开号】CN104779948
【申请号】CN201510106955
【发明人】秦义寿
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月11日