专利名称：模拟输入信号之间的平滑切换的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在两个不同的模拟输入信号之间进行平滑切换的方法和设备。
背景技术：
参照图1，其描述了用于在两个输入模拟信号S1和S2之间进行切换以生成输出信 号0的现有技术电路。该电路使用两个开关，其在优选实施方式中是MOS晶体管装置。该第 一晶体管开关Tl具有在接收第一模拟信号SI的输入节点与产生输出信号0的公共节点N 之间连接的导通路径(源极-漏极电路)。该第二晶体管开关T2具有在接收第二模拟信号 S2的输入节点与产生输出信号0的公共节点N之间连接的导通路径(源极-漏极电路)。 控制信号CTRL选择性地控制第一和第二晶体管开关Tl和T2的激励。该控制信号CTRL直 接应用于第一晶体管开关T1的控制端子(栅极)，并且在应用于第二晶体管开关T2的控制 端子(栅极)之前通过反相器装置进行反相。 当控制信号CTRL处于第一逻辑状态时，该第一晶体管开关Tl被开启，并且该第一 模拟信号SI通过该导通路径(源极_漏极电路)到达该公共节点N，以输出作为输出信号 0。在这一时间点，该反相器将处于第二逻辑状态的控制信号CTRL应用于该第二晶体管开 关T2，其导致该第二晶体管开关T2关闭。 相反，当控制信号CTRL处于第二逻辑状态时，该反相器将处于第一逻辑状态的控 制信号CTRL应用于该第二晶体管开关T2。该第二晶体管开关T2被开启，并且该第二模拟 信号S2通过该导通路径(源极-漏极电路)到达公共节点N，以输出作为输出信号0。在 这一时间点，该反相器将处于第二逻辑状态的控制信号CTRL应用于第一晶体管开关Tl，其 导致该第一晶体管开关T1关闭。 现在参照图2，其描述了示出图1的该电路的操作的时序图。当控制信号CTRL处 于第一逻辑状态(例如逻辑低电平)时，输出信号处于与第一输入信号相关联的电压电平。 相反，当控制信号CTRL处于第二逻辑状态(例如逻辑高电平)时，该输出信号处于与第二 输入信号相关联的电压电平。虽然所示出的输出信号(其在两个输入模拟信号S1和S2之 间切换)具有常数电压，但是要理解的是，该输入模拟信号SI和S2可以并且极有可能会是 时变信号。 要注意的是，在控制信号CTRL的状态改变的时候，并且如果两个输入模拟信号SI 和S2处于不同的电压电平，那么输出信号将会出现不连续性(或者阶梯或者电压跳变)。 在某些应用中，这种不连续性可以导致问题。例如，在输出信号O始终应用于扬声器的音频 应用中，该输出信号0在两个输入模拟信号Sl和S2的电压电平之间的电压跳变会产生"冲 击"噪声。如果可以实现两个输入模拟信号Sl和S2的电压电平之间的平滑过渡将是最好 的。 现在参照图3，其描述了用于在两个输入模拟信号Sl和S2之间进行切换以生成输 出信号0的另一个现有技术电路。该电路使用了两个开关组，每一组都包括多个MOS晶体管装置和多个电阻器，公共用来选择性地将两个输入模拟信号SI和S2切换到公共节点N， 以从其产生输出信号O。 与第一模拟信号SI关联的第一开关组包括多个通道，其中每一通道由一系列连 接的M0S晶体管和电阻器组成。这些通道彼此并行连接在接收第一模拟信号SI的输入节 点与产生输出信号0的公共节点N之间。该第一开关组中的电阻器是二进制加权的。
与第二模拟信号S2关联的第一开关组包括多个通道，其中每一通道由一系列连 接的M0S晶体管和电阻器组成。这些通道彼此并行连接在接收第二模拟信号S2的输入节 点与产生输出信号0的公共节点N之间。该第二开关组中的电阻器也是以与第一开关组的 电阻器相同的方式进行二进制加权的。 不同的控制信号应用于该第一和第二开关组中的每一晶体管开关的控制端子 (栅极)。这些栅极控制信号通过逻辑控制电路生成，逻辑控制电路在其输入端接收控制 信号CTRL。这种逻辑控制电路典型实施为计数器电路。响应于所接收到的控制信号CTRL 的状态改变，该逻辑控制电路在过渡时间段上选择性地改变该输出栅极控制信号的逻辑状 态。该逻辑控制电路通过其计数器电路主要将控制信号CTRL的跳变过渡转换为两个输入 模拟信号SI和S2之间的输出信号0中的多个小的跳跃变化。 现在参照图4，其描述了示出图3的电路的操作的时序图。当该控制信号CTRL处 于第一逻辑状态(例如逻辑低电平)时，该输出信号是与第一输入信号Sl相关联的电压电 平。在控制信号CTRL的状态改变的时候，要注意的是，输出电压0并不立即跳到第二输入 信号S2的电压电平。而是在过渡时间段上，存在从第一输入信号SI的电压到第二输入信 号S2的电压的步进过渡。这一过渡中的步进数通过第一和第二开关组中晶体管开关的数 量、电阻器的二进制加权以及该计数器电路的实施方式来控制。 虽然这种电路提供了两个输入模拟信号SI和S2的电压电平之间的平滑过渡，但 是存在许多与图3的电路相关联的缺陷。首先，如果实施成为一个集成电路，那么所需要的 二进制加权电阻器将导致难以接受的电路尺寸(面积)的增加。其次，在输出信号O中产 生了不想要的音调，其是由在第一和第二输入信号SI和S2的电压之间的步进过渡中的每 一小步之间的固定期间所产生的。第三，在第一和第二输入信号SI和S2的电压之间存在 一定阻抗的情况下，那么除非计数器的阻抗必须更大，否则将引入误差到这些小台阶中。最 后，该第一和第二输入信号SI和S2的电压之间的过渡的形状并不容易被控制/改变。
相应地，需要一种电路和方法，使用所想要的过渡来实现两个模拟输入信号之间 的平滑过渡。
发明内容
在实施例中，一种装置包括第一开关电路，具有用于接收第一输入信号的输入 端；第二开关电路，具有用于接收第二输入信号的输入端；节点，其被连接用来接收来自该 第一和第二开关电路的输出；滤波器，具有用于接收来自该节点的未滤波的信号的输入端， 并具有输出端；以及电路，其在过渡时间段交替地激励该第一和第二开关电路，从而平滑过 渡该第一和第二输入信号之间的滤波器的输出。 在实施例中，一种装置包括第一开关电路，具有用于接收第一输入信号的输入 端；第二开关电路，具有用于接收第二输入信号的输入端；节点，其被连接用来接收来自该第一和第二开关电路的输出；滤波器，具有用于接收来自该节点的未滤波的信号的输入端， 并具有输出端；以及电路，其在过渡时间段选择性地激励该第一和第二开关电路，从而平滑 过渡来自该第一和第二输入信号之间的节点的输出信号。 在实施例中，一种装置包括第一开关电路，用于选择性地将第一输入信号朝向输 出端传送；第二开关电路，用于以与该第一开关电路交替的方式选择性地将第二输入信号 朝向输出端传送；以及控制电路，其在脉冲序列所定义的过渡时间段中控制该第一和第二 输入信号的交替选择通过。该序列中的每一脉冲具有用于第一开关电路的开启时间和用于 第二开关电路的开启时间，从而使得在该过渡时间段的第一个半段中，该第二开关电路的 开启时间的长度固定，并且第一开关电路的开启时间的长度逐渐减少，并且在该过渡时间 段的第二个半段中，该第一开关电路的开启时间的长度固定，并且第二开关电路的开启时 间的长度逐渐增加。 在实施例中，一种装置包括第一M0S晶体管，其具有耦合用来接收第一输入信号 的源极-漏极电路，该第一MOS晶体管具有第一控制栅极；第二M0S晶体管，其具有耦合用 来接收第二输入信号的源极-漏极电路，该第二MOS晶体管具有第二控制栅极；公共节点， 其被耦合用来接收来自该第一和第二MOS晶体管的源极-漏极电路的输出；脉冲发生器电 路，其输出应用于该第一控制栅极的过渡脉冲序列；以及反相器电路，其接收该过渡脉冲序 列并将其逻辑反相应用于该第二控制栅极。该过渡脉冲序列具有脉冲宽度和频率特征，从 而平滑过渡来自该第一和第二输入信号之间的公共节点的输出信号。 在实施例中，一种方法包括选择性地将第一输入信号朝向输出端传送；以与该 第一输入信号交替的方式选择性地将第二输入信号朝向输出端传送；以及在脉冲序列所定 义的过渡时间段中控制该第一和第二输入信号的交替选择通过，该过渡脉冲序列具有脉冲 宽度和频率特征，从而平滑过渡该第一和第二输入信号之间的输出信号。
根据对下面仅仅通过非限定性范例的方式提供的描述的阅读，并参照附图将会清 楚本发明的其它目的、特征和优点，其中 图1描述了用于在两个输入模拟信号之间切换以产生输出信号的现有技术电路；
图2描述了示出图1的该电路的操作的时序图； 图3描述了用于在两个输入模拟信号之间切换以产生输出信号的另一个现有技 术电路； 图4描述了示出图3的该电路的操作的时序图； 图5描述了用于在两个输入模拟信号之间进行平滑切换以产生输出信号的电路；
图6描述了示出图5的该电路的操作的时序图。
具体实施例方式
参照图5，其描述了用于在两个输入模拟信号Sl和S2之间进行平滑切换以产生输 出信号0的电路。该电路使用两个开关，其在优选实施方式中是MOS晶体管装置。该第一 晶体管开关T1具有连接在用于接收第一模拟信号S1的输入节点与公共节点N之间的导通 路径(源极_漏极电路)。该第二晶体管开关T2具有连接在用于接收第二模拟信号S2的输入节点与公共节点N之间的导通路径(源极_漏极电路)。低通滤波器电路连接在公共 节点N与产生输出信号0的输出节点之间。晶体管控制端子(栅极)驱动控制信号DCTRL 交替地控制第一和第二晶体管开关Tl和T2的激励。该栅极驱动控制信号DCTRL直接应用 于第一晶体管开关Tl的控制端子(栅极)，并且在应用于第二晶体管开关T2的控制端子 (栅极)之前通过反相器装置进行反相。 当栅极驱动控制信号DCTRL处于第一逻辑状态时，该第一晶体管开关Tl开启，并 且第一模拟信号SI传输通过导通路径(源极-漏极电路)到达公共节点N，以输出作为输 出信号0。在这一时间点，该反相器将处于第二逻辑状态的栅极驱动控制信号DCTRL应用于 第二晶体管开关T2，其导致该第二晶体管开关T2关闭。 相反，当栅极驱动控制信号DCTRL处于第二逻辑状态时，该反相器将处于第一逻 辑状态的栅极驱动控制信号DCTRL应用于第二晶体管开关T2。该第二晶体管开关T2开启， 并且第二模拟信号S2传输通过导通路径(源极-漏极电路)到达公共节点N，以输出作为 输出信号0。在这一时间点，处于第二逻辑状态的栅极驱动控制信号DCTRL应用于第一晶体 管开关Tl，其导致第一晶体管开关Tl关闭。 栅极驱动控制信号DCTRL通过脉冲发生器电路产生，其在其输入端接收控制信号 CTRL。该控制信号CTRL是逻辑信号，其值指定将两个输入模拟信号SI和S2中的哪一个 以提供输出信号0。例如，如果该控制信号CTRL是逻辑低电平，那么这就向该脉冲发生器 电路指示应用于该第一和第二晶体管开关Tl和T2的栅极驱动控制信号DCTRL应该让第 一模拟信号SI通过作为输出信号0。相反，如果该控制信号CTRL是逻辑高电平，那么这就 向该脉冲发生器电路指示应用于该第一和第二晶体管开关Tl和T2的栅极驱动控制信号 DCTRL应该让第二模拟信号S2通过作为输出信号0。该栅极驱动控制信号DCTRL通过脉冲 发生器电路被产生，这样便于在两个输入模拟信号SI和S2之间进行切换以便通过平滑的 方式提供输出信号0。 图6描述了示出图5的电路的操作的时序图。虽然所示输出信号(其在两个输入 模拟信号SI和S2之间切换)具有常数电压，但是要理解的是，输入模拟信号SI和S2可以 并且极有可能会是时变信号。 假定控制信号CTRL处于第一状态(例如，逻辑低电平)，并且该输出信号具有与 该第一输入信号SI相关联的电压电平。该脉冲发生器电路将产生常数栅极驱动控制信号 DCTRL，其具有适当的逻辑状态来开启晶体管开关Tl和关闭晶体管开关T2，从而将第一输 入信号SI传送到公共节点N、通过低通滤波器并产生输出信号0。 在时间tl的第一时刻，该控制信号CTRL从第一状态切换到第二状态(例如逻辑 高电平)，表示想要将输出O从与第一输入信号SI关联的电压电平切换到与第二输入信号 S2关联的电压电平。与结合现有技术的图l和2所示的过程相反，在输出端的这种信号的 切换是非瞬时的。 该脉冲发生器电路响应于控制信号CTRL的状态改变，产生过渡时间段tl-t2上的 脉冲流作为栅极驱动控制信号DCTRL，该脉冲流具有一个或多个不同的脉冲宽度和/或不 同的频率。在该过渡时间段tl-t2中，该栅极驱动控制信号DCTRL的交替逻辑状态使得与 第一和第二输入信号SI和S2相关联的电压电平交替地传送到公共节点N、通过低通滤波器 并产生输出信号O。
如图6中所示，朝向该过渡时间段tl-t2的前端，该脉冲发生器电路产生这样的栅 极驱动控制信号DCTRL :其具有着重于将第一输入信号SI传送到公共节点N的逻辑状态的 脉冲。于是，该脉冲关于与传送第一输入信号S1关联的逻辑状态更宽。关于与传送第二输 入信号S2关联的逻辑状态的每一脉冲宽度在该过渡时间段tl-t2的第一半段中是相同的， 但是关于与传送第一输入信号SI关联的逻辑状态的每一脉冲宽度逐渐减小。
朝向该过渡时间段tl-t2的中央部分移动，该脉冲发生器电路产生这样的栅极驱 动控制信号DCTRL :其具有使得第一和第二输入信号SI和S2相对均匀地(或等同地)传 送到公共节点N的脉冲。 朝向该过渡时间段tl-t2的后端，该脉冲发生器电路产生这样的栅极驱动控制信
号DCTRL :其具有着重于将第二输入信号S2传送到公共节点N的逻辑状态的脉冲。于是，
该脉冲关于与传送第二输入信号S2关联的逻辑状态变得更宽。关于与传送第一输入信号
SI关联的逻辑状态的每一脉冲宽度在该过渡时间段tl-t2的第二半段中是相同的，但是关
于与传送第二输入信号S2关联的逻辑状态的每一脉冲宽度逐渐增大。 在时间t2时刻出现的过渡时间段的末尾，该脉冲发生器电路将产生常数栅极驱
动控制信号DCTRL，其具有适当的逻辑状态来关闭晶体管开关Tl和开启晶体管开关T2，从
而将第二输入信号S2传送到公共节点N、通过低通滤波器并产生输出信号0。 该低通滤波器用来滤除来自公共节点N处的信号中的高频噪声。这种高频噪声是
在过渡时间段tl-t2中通过开启和关闭晶体管Tl和T2而引入的。 要认识到，图6中所示用于栅极驱动控制信号DCTRL的脉冲的结构只是用于过渡 时间段tl-t2的控制脉冲波形的范例。通过使用为脉冲宽度调制(P丽)或德尔塔-西格马 调制而配置的脉冲发生器电路可以产生替换的控制脉冲波形。 两个输入模拟信号SI和S2之间的输出信号0的过渡在图6中所示为线性斜坡。要 认识到，通过调节脉冲发生器电路所产生的控制脉冲波形可以控制和选择该过渡的形状。 该过渡形状可选择的可以是S形、抛物线、双曲线、或者任何其它所选择的平滑曲线函数。
该两个输入模拟信号S1和S2可以采用任何形式，包括固定(静态)电压、动态电 压、或者其任何组合。 虽然已经描述了作为两个输入模拟信号Sl和S2之间的切换，但是要理解的是，这 里所描述的技术同样的可以应用于其中想要在任何数目的模拟输入信号之间切换的场合。 在这种情况下，要为每一输入信号提供一个切换晶体管，并且栅极驱动控制信号DCTRL要 为包括开关晶体管的每一个都产生单独的晶体管控制信号。 图5的电路优选地实施为集成电路(例如，实施为分立的集成电路或者在多功能 集成电路装置中实施)。 虽然已经结合附图描述了本发明的方法和设备的优选实施例，并且已经在前面的 发明详述中进行了描述，但是要理解的是，本发明并不限于所公开的实施例，而是可以应用 于不脱离如下面的权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的许多调整、修改和替换。
权利要求
一种装置，包括第一开关电路，其具有用于接收第一输入信号的输入端；第二开关电路，其具有用于接收第二输入信号的输入端；节点，其被连接以便接收来自该第一和第二开关电路的输出；以及电路，其在过渡时间段交替地激励该第一和第二开关电路，从而平滑过渡来自在该第一和第二输入信号之间的节点的输出信号。
2. 权利要求1的装置，进一步包括低通滤波器，其具有用于接收来自该节点的输出信号的输入端。
3. 权利要求1的装置，其中该第一和第二输入信号是时变模拟信号。
4. 权利要求1的装置，其中该第一和第二输入信号的至少其中之一是时变模拟信号。
5. 权利要求1的装置，其中该第一和第二开关电路是晶体管。
6. 权利要求5的装置，其中该晶体管是M0S晶体管。
7. 权利要求l的装置，其中在该第一和第二输入信号之间的平滑过渡具有由所述电路为了交替激励该第一和第二开关电路而输出的脉冲的脉冲宽度和频率特征所确定的形状。
8. 权利要求7的装置，其中该平滑过渡的形状是线性斜坡。
9. 权利要求7的装置，其中该平滑过渡的形状是S形曲线。
10. 权利要求7的装置，其中该平滑过渡的形状是抛物线曲线。
11. 权利要求7的装置，其中该平滑过渡的形状是双曲线。
12. —种装置，包括第一开关电路，其用于选择性地将第一输入信号朝向输出端传送；第二开关电路，其用于以与第一开关电路交替的方式选择性地将第二输入信号朝向输出端传送；以及控制电路，其在脉冲序列所定义的过渡时间段中控制该第一和第二输入信号的交替选择性通过，其中该脉冲序列中的每一脉冲具有用于第一开关电路的开启时间和用于第二开关电路的开启时间，使得在该过渡时间段的第一个半段中，该第二开关电路的脉冲开启时间的长度固定，并且第一开关电路的脉冲开启时间的长度逐渐减少；并且在该过渡时间段的第二个半段中，该第一开关电路的脉冲开启时间的长度固定，并且第二开关电路的脉冲开启时间的长度逐渐增加。
13. 权利要求12的装置，进一步包括用于过滤从输出端所接收到的信号的滤波器。
14. 权利要求12的装置，其中该第一和第二输入信号的至少其中之一是时变模拟信号。
15. 权利要求12的装置，其中该第一和第二开关电路是晶体管。
16. —种装置，包括第一 MOS晶体管，其具有被耦合以接收第一输入信号的源极_漏极电路，该第一 MOS晶体管具有第一控制栅极；第二MOS晶体管，其具有被耦合以接收第二输入信号的源极-漏极电路，该第二MOS晶体管具有第二控制栅极；公共节点，其被耦合以接收来自该第一和第二MOS晶体管的源极-漏极电路的输出；脉冲发生器电路，其输出应用于该第一控制栅极的过渡脉冲序列；反相器电路，其接收该过渡脉冲序列并将其逻辑反相应用于该第二控制栅极；其中该过渡脉冲序列具有脉冲宽度和频率特征，从而平滑过渡来自该第一和第二输入信号之间的公共节点的输出信号。
17. 权利要求16的装置，其中该过渡脉冲序列中的每一脉冲具有由该脉冲宽度和频率特征定义的用于激励第一MOS晶体管的开启时间和用于激励第二开关电路的开启时间，使得在由该过渡脉冲序列的长度所定义的过渡时间段的第一个半段中，用于激励该第二M0S晶体管的脉冲开启时间的长度固定，并且用于激励该第一MOS电路的脉冲开启时间的长度逐渐减少；并且在该过渡时间段的第二个半段中，用于激励该第一MOS晶体管的脉冲开启时间的长度固定，并且用于激励该第二MOS晶体管的脉冲开启时间的长度逐渐增加。
18. 权利要求16的装置，进一步包括低通滤波器，其具有用于接收来自该公共节点的输出信号的输入端。
19. 权利要求16的装置，其中该第一和第二输入信号之间的平滑过渡具有由该脉冲宽度和频率特征确定的形状。
20. 权利要求19的装置，其中该平滑过渡的形状是线性斜坡。
21. 权利要求19的装置，其中该平滑过渡的形状是曲线。
22. —种方法，包括选择性地将第一输入信号朝向输出端传送；以与该第一输入信号交替的方式选择性地将第二输入信号朝向输出端传送；以及在脉冲序列所定义的过渡时间段中，以交替的方式控制该第一和第二输入信号的选择性通过，该过渡脉冲序列具有脉冲宽度和频率特征从而平滑过渡该第一和第二输入信号之间的输出信号。
23. 权利要求22的方法，其中该过渡脉冲序列中的每一脉冲具有由该脉冲宽度和频率特征定义的用于激励该第一MOS晶体管的开启时间和用于激励该第二开关电路的开启时间，并且控制包括在由该过渡脉冲序列的长度所定义的过渡时间段的第一个半段中，控制用于选择性地传送该第二输入信号的脉冲开启时间的长度为固定，并且用于选择性地传送该第一输入信号的脉冲开启时间的长度逐渐减少；并且在该过渡时间段的第二个半段中，控制用于选择性地传送该第一输入信号的脉冲开启时间的长度为固定，并且用于选择性地传送该第二输入信号的脉冲开启时间的长度逐渐增加。
24. 权利要求22的方法，其中该过渡脉冲序列中的每一脉冲具有由该脉冲宽度和频率特征定义的用于激励该第一MOS晶体管的开启时间和用于激励该第二开关电路的开启时间，并且控制包括减少用于在该过渡时间段上选择性地传送该第一输入信号的脉冲开启时间；禾口增加用于在该过渡时间段上选择性地传送该第二输入信号的脉冲开启时间。
25. 权利要求22的方法，进一步包括对该输出信号进行滤波。
全文摘要
本发明涉及模拟输入信号之间的平滑切换。第一开关电路具有用于接收第一输入信号的输入端，并且第二开关电路具有用于接收第二输入信号的输入端。节点被连接以接收来自该第一和第二开关电路的输出。滤波器具有用于接收来自该节点的未滤波的信号以产生输出信号。提供一个电路以在过渡时间段选择性地激励该第一和第二开关电路，从而平滑过渡该第一和第二输入信号之间的滤波器的输出。第一和第二输入信号的至少其中之一是时变模拟信号。该第一和第二输入信号之间的平滑过渡具有由该电路为了交替激励该第一和第二开关电路而输出的脉冲的脉冲宽度和频率特征所确定的形状。该过渡形状可以包括线性斜坡、S形曲线、抛物线曲线和双曲线。
文档编号H03K17/00GK101741357SQ20081017619
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者G·奈德哈德特, P·柯希莱希纳, 闸钢 申请人:意法半导体研发(深圳)有限公司;意法半导体设计及应用有限责任公司