专利名称：音频去加重网络内部集成的方法
技术领域：
本发明是一种利用CMOS工作在三极管区时所具有的电阻特性，实现去加重网络的内部集成，属于集成电路设计技术领域。
背景技术：
语音和图像信号低频段能量大，高频段信号能量明显小；而鉴频器输出噪声的功率谱密度随频率的平方而增加(低频噪声小，高频噪声大)，造成信号的低频信噪比很大，而高频信噪比明显不足，使高频传输困难。为了抵消这种不希望的现象，在调频系统中人们普遍的采用了一种叫做预加重和去加重措施，其核心思想是利用信号特性和噪声特性的差别来有效的对信号进行处理。预加重与去加重电路的实现由简单的RC高通和低通滤波器回路来实现。由于音频信号频率较低，预加重及去加重点的频率也相应较低，约为15-20K。去加重的时间常数为50u/75u。目前音频系统中去加重网络主要由集成电路内部的较小电阻约涨与外部电容串接实现。在该结构中，外部去加重电容的容值为C=10nF。要想在集成电路内部集成IOnF的电容，在成本和技术芯片尺寸方面都是不可接受的，因此要实现去加重网络的集成化，必要的方法就是减小电容，相应的增大电阻以保证去加重常数。集成电路中的电容均为PF级，即电容至少要减少100倍，相应的电阻要增大一百倍。要集成1兆的电阻，所需要的芯片面积及技术条件都无法接受。MOS电阻是利用晶体管在一定偏置下的等效电阻，以提供直流电压降，或在小范围内呈线性的小信号交流电阻。在大多数的情况下，获得小信号电阻所需要的面积比直线性重要得多。一个MOS器件就是一个模拟电阻，与等价的多晶硅或跨三电阻相比，其尺寸要小得多。但如果直接做IM的MOS电阻，其精度及直线性就会太差，因此不能直接集成大电阻来完成去加重网络的内部集成问题。为了解决精度及线性度的问题，本发明便介绍了一种新的方法。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种利用CMOS的电阻特性，实现兆级电阻内部集成的方法，在集成电路内部集成精确的超大电阻(约1M)，与集成电路内部小电容实现RC常数与外部去加重网络一致的RC回路。技术方案
为了解决超大MOS电阻的误差及线性度问题，本发明的超大电阻由多个MOS可变电阻串接而成，每个MOS可变电阻的VG及Id精确可调，以此来保证大电阻的精度及可控性。另一方面做小尺寸的MOS器件其工艺难度及工艺控制都会得到很大的改善，从而降低了工艺波动对大电阻的影响。由CMOS的工作原理我们知道，如果VDS< (VGS-VT)，则ID与VDS之间关系为直线性，CMOS线性区电阻表达式R=KL/W，K=1/ [ μ 0C0X (VGS-VT)], μ ^为载流子的表面迁移率， Cox为栅沟电容密度；K值通常在1000 3000 Ω / 口。
本电路中采用MOS电阻做基准电阻电路，控制MOS栅电压使得电阻电路中产生的电压被控制为与基准电压相同，然后参照基准电路中的MOS的栅电压，控制MOS电阻的可变电阻电路中MOS的栅电压，完成电阻的控制。音频去加重网络内部集成的方法，包含利用MOS电阻反馈的闭环运放产生控制电压的模块，利用控制电压转换的电流控制MOS可变电阻，由多个MOS可变电阻串接构成兆级电阻的模块，以及可选电容模块；其中利用MOS电阻反馈的闭环运放产生的控制电压，经 MOS管转换成电流，该电流再去控制受控MOS电阻，多个受控电阻串接后再与可选电容构成去加重网络。利用MOS电阻做反馈，使运放工作在稳定状态，在控制信号变化不大的情况下，输出控制电压基本保持不变；当控制电压变大致使控制电流变大时，输出电压开始先变小，输出电压变高，控制反馈电阻的电流变大，反馈电阻变小，输入电压升高，输出降低，最终输出与原值保持一致；当控制电流变小时，输入电压先变高，输出电压变低，控制反馈电阻的电流变小，反馈电阻变大，输入再变低，输出变高，最终输出与原值保持一致。可变电阻大小只受控制电压控制，而不受工艺条件及体效应的影响，实现了电阻的精确可控。基准电阻控制回路Mpel8，Mpel9构成差分对，再与Te38，Te39—起构成一开环运放，Mpe 19栅极接Vrefl，Mpe 18栅极通过MOS管与Vref2相接，同时Mpe 18栅极接一下拉电流源，该电流源由控制电压VC控制。该运放输出接Mne21栅极，该MOS管为倒比管，栅电压控制其电阻大小，恒流源电流在该电阻上产生压降，控制Mne25的电阻，Mne25上接漏栅短接的PMOS管Mpe32，该路电流控制与MpelS栅极相接的MOS电阻的大小，通过这个回路，运放形成闭环负反馈。MpelS栅极电流源为定值时，系统稳定后Mne21栅极电压固定。Mne21 栅压与下拉电流形成严格的对应关系，该电压即为受控电阻控制电压。MOS电阻栅压产生模块图1是基准电阻控制模块框图，控制模块产生的电压接至 Mne26的栅极，Mne26的漏极接Te64的发射极，Te64基极接基准电压Vrefl，据此条件可算出Mnde漏极电流，该电流再经电流镜转换后作为可变电阻模块的基准电流，改变基准电流即可改变电阻的大小。图2中，根据各管子的比例关系可知
τ =9T = Trpf T =T T =T -T =T -T =T
1CTeZO HCTe66 11 ，χ0 β66 χ Μρβ53' χ Μρβ54 1CTeZO χ Μρβ53 1CTeZO LCte66 χ0 β66
因为Mpe53，MpeM的源极电位相同，因此Mpe53，Mpd4栅极电压相同，即Vaipe53= VeMpe54。 Mpe55的电流Id=l/2Iref，所以Mpe55栅极电压VG可算出。Mpe55的栅极与Mpe58栅极相连，Mpe58为受控电阻(如图3)。该受控电阻只受基准电压及MpelS栅极电流源控制，而不受工艺误差及体效应的影响，实现了电阻的精确可控。与可控电阻并接的另一可控电阻受与此模块完全相同的模块控制，两个并联电阻具有互补的作用，保证了电阻的稳定，由于该电阻所接负载为电容，因此流过该受控电阻的直流电阻接近为零，因此各串接模块所控制的受控电阻相同，因此总电阻值约为6*ΜΕ ρ 8。本网络中，当电路工作稳定后，可变电阻为定值。电容为61. Op和91. 5ρ通过选择器选通，实现去加重常数50u/75u的控制。图4是去加重网络内部线路图；图如是去加重网络内部线路图第一部分；图4b是去加重网络内部线路图第二部分；图如是去加重网络内部线路图第三部分。集成去加重网络，去加重常数(50u/75u)的切换由选择器选择电容的大小实现。去加重网络完全由集成电路内部电阻电容构成，而不需要外围元件。有益效果目前电视机及相关音频处理电路中去加重网络均由外接电容与内部电阻完成，通过控制内部集成电阻的变化完成，RC常数的选择，在芯片集成度越来越高的情况下，该结构对相关集成电路的封装及外围应用成本都产生极为不利的影响。本方案通过内部集成大电阻及可选电容的方法，实现去加重网络的内部集成化，不仅对此类电路封装上节省一个PIN脚，而且简化了外围元件。为芯片使用者节省了成本，产生明显的经济效益。
图1是基准电阻控制模块框图； 图2是基准电阻控制线路图3是单个受控电阻线路图； 图4是去加重网络内部线路图如是去加重网络内部线路图第一部分；图4b是去加重网络内部线路图第二部分； 图4c是去加重网络内部线路图第三部分； 图5是集成去加重网络功能框图。
具体实施例方式
基准电阻控制回路Mpel8，Mpel9构成差分对，再与Te38，Te39 一起构成一开环运放， Mpe 19栅极接Vrefl，Mpe 18栅极通过MOS管与Vref 2相接，同时Mpe 18栅极接一下拉电流源，该电流源由控制电压VC控制。该运放输出接Mne21栅极，该MOS管为倒比管，栅电压控制其电阻大小，恒流源电流在该电阻上产生压降，控制Mne25的电阻，Mne25上接漏栅短接的PMOS管Mpe32，该路电流控制与MpelS栅极相接的MOS电阻的大小，通过这个回路，运放形成闭环负反馈。MpelS栅极电流源为定值时，系统稳定后Mne21栅极电压固定。Mne21 栅压与下拉电流形成严格的对应关系，该电压即为受控电阻控制电压。MOS电阻栅压产生模块图1是基准电阻控制模块框图，控制模块产生的电压接至 Mne26的栅极，Mne26的漏极接Te64的发射极，Te64基极接基准电压Vrefl，据此条件可算出Mnde漏极电流，该电流再经电流镜转换后作为可变电阻模块的基准电流，改变基准电流即可改变电阻的大小。图2中，根据各管子的比例关系可知
τ =9T = Trpf T =T T =T -T =T -T =T
1CTeZO HCTe66 11 ，χ0 β66 χ Μρβ53' χ Μρβ54 1CTeZO χ Μρβ53 1CTeZO LCte66 χ0 β66
因为Mpe53，MpeM的源极电位相同，因此Mpe53，Mpd4栅极电压相同，即Vaipe53= VeMpe54。 Mpe55的电流Id=l/2Iref，所以Mpe55栅极电压VG可算出。Mpe55的栅极与Mpe58栅极相连，Mpe58为受控电阻(如图3)。该受控电阻只受基准电压及MpelS栅极电流源控制，而不受工艺误差及体效应的影响，实现了电阻的精确可控。与可控电阻并接的另一可控电阻受与此模块完全相同的模块控制，两个并联电阻具有互补的作用，保证了电阻的稳定，由于该电阻所接负载为电容，因此流过该受控电阻的直流电阻接近为零，因此各串接模块所控制的受控电阻相同，因此总电阻值约为6*MRMpe58。本网络中，当电路工作稳定后，可变电阻为定值。电容为61. Op和91. 5p通过选择器选通，实现去加重常数50u/75u的控制。图5是集成去加重网络功能框图。
权利要求
1.一种音频去加重网络内部集成的方法，其特征在于包含利用MOS电阻反馈的闭环运放产生控制电压的模块，利用控制电压转换的电流控制MOS可变电阻，由多个MOS可变电阻串接构成兆级电阻的模块，以及可选电容模块；其中利用MOS电阻反馈的闭环运放产生的控制电压，经Mnde转换成电流，该电流再去控制受控MOS电阻，多个受控电阻串接后再与可选电容构成去加重网络。
2.根据权利要求1所述的音频去加重网络内部集成的方法，利用MOS电阻反馈的闭环运放产生控制电压的模块，其特征在于利用MOS电阻做反馈，使运放工作在稳定状态，在控制信号变化不大的情况下，输出控制电压基本保持不变；当控制电压变大致使控制电流变大时，输出电压开始先变小，输出电压变高，控制反馈电阻的电流变大，反馈电阻变小，输入电压升高，输出降低，最终输出与原值保持一致；当控制电流变小时，输入电压先变高，输出电压变低，控制反馈电阻的电流变小，反馈电阻变大，输入再变低，输出变高，最终输出与原值保持一致。
3.根据权利要求1所述的音频去加重网络内部集成的方法，其特征在于利用控制电压转换的电流控制的可变电阻，其特征在于可变电阻大小只受控制电压控制，而不受工艺条件及体效应的影响，实现了电阻的精确可控。
4.根据权利要求1所述的音频去加重网络内部集成的方法，其特征在于去加重网络完全由集成电路内部电阻电容构成，而不需要外围元件。
5.根据权利要求4所述的音频去加重网络内部集成的方法，其特征在于内部去加重网络，去加重常数(50u/75u)的切换由选择器选择电容的大小实现。
全文摘要
本发明公布了一种音频去加重网络内部集成的方法，包含利用MOS电阻反馈的闭环运放产生控制电压的模块，利用控制电压转换的电流控制MOS可变电阻，由多个MOS可变电阻串接构成兆级电阻的模块，以及可选电容模块；其中利用MOS电阻反馈的闭环运放产生的控制电压，经Mne26转换成电流，该电流再去控制受控MOS电阻，多个受控电阻串接后再与可选电容构成去加重网络。本发明网络不需要外部电容，即可完成音频去加重功能。
文档编号H04R3/00GK102355615SQ20111015552
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者张炜, 滕龙, 王一六, 雍广虎 申请人:无锡市晶源微电子有限公司