專利名稱：時間常數(shù)檢測電路和時間常數(shù)調(diào)整電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時間常數(shù)檢測電路和時間常數(shù)調(diào)整電路。時間常數(shù)檢測電路用于檢測包含電阻和電容的電路(例如在LSI中含有的RC有源濾波器)的時間常數(shù)的變化，時間常數(shù)調(diào)整電路用于調(diào)整上述時間常數(shù)的變化。
在單片LSI中包含采用電阻和電容作為組成元件的電路(例如RC有源濾波器)。但是，如在以往的實踐中眾所周知的那樣，這會引發(fā)元件值誤差的問題，這些元件值的絕對值是很大的。更準(zhǔn)確地說，電阻和電容的元件值的變化在同一芯片中小于1%或更小，而在不同芯片之間是很大的如大于20%-40%。
如果這種元件值的變化范圍在+/-30%以內(nèi)用電阻和電容構(gòu)成一有源濾波器就會引起截止頻率在40%到100%范圍內(nèi)的變化，這樣一來，截止頻率變化很嚴重，不可能實現(xiàn)精確度高的濾波器。
為了解決已有技術(shù)的這一難題，近來在被用于單片LSIs中的濾波器的設(shè)計中采用了切換電容濾波器形式的電路而不是RC形式的電路。但是，這種切換電容濾波器形式的電路，由于取樣結(jié)構(gòu)在前級和下一級必然需要防混淆濾波器和平滑濾波器，只有這些濾波器必須分別用RC有源濾波器來構(gòu)成。因此截止頻率的上述變化是不可避免的并且產(chǎn)生電路設(shè)計中的幾個嚴重問題。
考慮到在LSI中形成的電阻和電容的元件值具有非常小的誤差，本發(fā)明的目的是提供時間常數(shù)檢測電路，該電路能夠檢測RC電路的時間常數(shù)形式的元件值的變化。
本發(fā)明的另一個目的是提供時間常數(shù)調(diào)整電路，該電路根據(jù)時間常數(shù)檢測電路的檢測結(jié)果能夠保證對這樣的元件值進行微調(diào)。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，時間常數(shù)檢測電路和時間常數(shù)調(diào)整電路被如下設(shè)置本發(fā)明的被包括在LSI中作為相關(guān)電路的一部分的時間常數(shù)檢測電路用于對施加的予定DC電壓進行分壓的電壓分壓電阻電路和平滑來自電壓分壓電阻電路的被分壓電壓的平滑電容，電壓分壓電阻電路由用切換電容電路形成的偽電阻和普通電阻的串聯(lián)電路組成。
本發(fā)明的被包括在LSI中作為相關(guān)電路的一部分的時間常數(shù)調(diào)整電路包括本發(fā)明的時間常數(shù)檢測電路，判斷所述時間常數(shù)檢測電路的輸出電壓范圍和根據(jù)如此判斷的范圍輸出控制信號的判斷電路以及設(shè)置在相關(guān)的電路中的包括電阻和電容作為組成元件用于通過接收所述控制信號改變相應(yīng)電阻和電容值的裝置。
本發(fā)明如上設(shè)置的時間常數(shù)檢測電路和時間常數(shù)調(diào)整電路工作如下根據(jù)本發(fā)明的時常數(shù)檢測電路，雖然切換電容電路可以以各種形式來構(gòu)成，但它包括電容和多個用于在周期T(秒)中對電容進行充電和放電的模擬開關(guān)，假設(shè)電容的容值為C、P，則偽電阻的阻值Rp為Rp＝T/C。予定電壓被偽電阻Rp的系列電路和普通電阻分壓并且通過平滑電容被進一步平滑。被平滑的電壓由時間常數(shù)τ＝1/RC唯一地確定。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明的電路能夠檢測隨著時間常數(shù)τ的變化諸如在LSI中形成的電阻和電容這樣的元件值的變化。因為在同一芯片中的相對誤差非常小，這些變化作為判斷包括電阻和電容的電路的特性的變化的數(shù)據(jù)是很有效的。
根據(jù)本發(fā)明的時間常數(shù)調(diào)整電路，對來自所述時間常數(shù)檢測電路的輸出電壓的范圍進行判斷，根據(jù)判斷的范圍改變和微調(diào)在目標(biāo)電路中的相應(yīng)電阻和電容的值。更準(zhǔn)確地說，一旦在LSI中包括了所需的RC有源濾波器，就自動地調(diào)整電路的截止頻率。
結(jié)合附圖閱讀最佳實施例的以下描述將更好地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特點和優(yōu)點，其中

圖1是本發(fā)明第一實施例的時間常數(shù)檢測電路的電路圖;
圖2是用于開啟/關(guān)閉圖1中的模擬開關(guān)的開啟/關(guān)閉控制信號;
圖3是本發(fā)明第二實施例的時間常數(shù)檢測電路的電路圖;
圖4是本發(fā)明的實施例的時間常數(shù)調(diào)整電路;
圖5是舉例說明圖4中的判斷電路的電路圖;
圖6是舉例說明具有調(diào)整功能的有源濾波器的電路圖。
以下參考附圖描述本發(fā)明。
參看圖1，圖中表示了本發(fā)明第一實施例的時間常數(shù)檢測電路。在第一實施例的電路中，普通電阻4和偽電阻6的串聯(lián)電路構(gòu)成了普通電阻4位于DC電源的一側(cè)而偽電阻6位于地的一側(cè)的電阻電壓分壓電，在上述電阻4和6之間的節(jié)點(輸出端7)和地之間設(shè)置了一平滑電容。用于LSI的電源或其它DC電源都可用作該DC電源。
在本實施例中，偽電阻6用并聯(lián)型切換電容電路來實現(xiàn)。更準(zhǔn)確地說，偽電阻(虛電阻)6包括一端接至地的充電/放電電容2，位于電容2的另一端和地之間的一模擬開關(guān)1和位于電容2的另一端和當(dāng)前電阻電壓分壓電路的輸出端7之間的一模擬開關(guān)3。
在切換電容電器中，模擬開關(guān)1、3在周期T(秒)內(nèi)根據(jù)圖2所示的開啟/關(guān)閉控制信號ΦA(chǔ)和ΦB交替地接通和斷開以便控制正在被充電和放電的電容2。假設(shè)電容2的容抗為C和電容5的端電壓(電阻電壓分壓電路的被分壓輸出電壓)為Vout，在當(dāng)模擬開關(guān)3閉合的期間內(nèi)，由于電容2的工作，相應(yīng)于由表達式I＝C·Vout/T(安培)表示的電流I經(jīng)電容5從輸出端7流到地。
因此，偽電阻6的電阻Rp由表達式表示為Rp＝T/C(歐姆)被電容與平滑之后的出現(xiàn)于輸出端7的輸出電壓因此被表示為Vout＝Vdd·(T/C)/T/(C+R)(伏)上式中，Vdd是DC電源的電壓，R是普通電阻4的電阻。用時間常數(shù)τ(τ＝1/RC)將該表達式變?yōu)閂out＝Vdd·｛τ/τ+(1/T)｝(伏)換句話說，平均輸出電壓Vout由用普通電阻4和電容2產(chǎn)生的時間常數(shù)τ唯一地確定，可見通過測量電壓Vout，能夠判斷和檢測時間常數(shù)τ。
參看圖3，圖中表示了本發(fā)明第二實施例的時間常數(shù)檢測電路。
在第二實施例的電路中，普通電阻4和偽電阻6的位置相互交換，偽電阻6位于DC電源的一側(cè)面普通電阻4位于地的一側(cè)。
在第二實施例的電路中，等效于由I＝C·(Vdd-Vout)/T(安培)表示的電流I從DC電源(Vdd流到輸出端7。
輸出電壓Vout因此被表示為Vout＝Vdd·R/｛T/C+R｝(伏)用時間常數(shù)τ可改寫為Vout＝Vdd·(1/T)/｛τ+(1/T)｝(伏)由此可知如在第一實施例的電路的情形那樣能夠檢測時間常數(shù)。
參看圖4，圖中舉例表示利用上述時間常數(shù)檢測電路調(diào)整時間常數(shù)的時間常數(shù)調(diào)整電路。
在圖4中，標(biāo)為34的是一RC有源濾波器，它被包含在LSI中，以予定的截止頻率對經(jīng)由輸入端32的輸入信號進行濾波和自輸出端33輸出同一信號。為了調(diào)整有源濾波器34的截止頻率，在LSI中設(shè)置了時間常數(shù)檢測電路8和判斷電路9。在這種情況下，有源濾波器34被設(shè)計成具有某些其它的功能判斷電路9接收在時間常數(shù)檢測電路8的輸出端7處出現(xiàn)的被檢測電壓(上述輸出電壓Vout)以便判斷時間常數(shù)τ如何變化和傳送表示判斷結(jié)果的多個控制信號10給有源濾波器34的控制輸入端(Φ1到Φn)。判斷電路9可用A/D轉(zhuǎn)換器來構(gòu)成或可簡單地用多個電壓比較器和邏輯電路的組合來構(gòu)成。
參看圖5，圖中舉例表示用剛提及的組合電路構(gòu)成的判斷電路9。
在圖5中，被標(biāo)為35到38的是具有由分壓電阻40到44確定的基準(zhǔn)值的比較器，39是包括“與”電路和“或非”電路的用于處理來自比較器35到38的輸出的組合邏輯電路。
在輸出端7提取的來自時間常識檢測電路8(如圖1或圖3所示)的輸出被比較器35到38用通過分壓電阻40到44對電源壓Vdd分壓產(chǎn)生的各自的基準(zhǔn)電壓進行比較。來自比較器35到38的輸出由組合電路39以予定的邏輯進行處理并作為控制信號Φ1，Φ2…Φn輸出。
現(xiàn)參看圖4，有源濾波器34根據(jù)控制信號10改變相關(guān)的電阻和電容的元件值。有源濾波器34由此被自動地調(diào)整，使其達到最佳的予定截止頻率。這就是加進有源濾波器34的附加功能。將參看圖6描述其具體實例。
圖6舉例說明用于微調(diào)截止頻率的第二級RC有源低通濾波器的配置。
在圖6中，標(biāo)為31的是作為主要元件的一運算放大器，在其輸入一側(cè)設(shè)置有必需的電阻13，16和電容19，22，短路開關(guān)23，24，27，28，分別與之并聯(lián)設(shè)置的其它電阻11，12，14，15以及電容17，18，20，21，它們的開關(guān)由四個控制信號Φ1到Φ4打開和關(guān)閉。
在所舉的例子中，開關(guān)25，29由控制信號10的Φ1打開和關(guān)閉以便連接和斷開電容17，20，開關(guān)26，30由Φ2打開和關(guān)閉以便連接和斷開電容18，21，開關(guān)23，27被打開和關(guān)閉以便短路和連接電阻11，14，開關(guān)24，28由Φ4打開和關(guān)閉以便短路和連接電阻12，15。
根據(jù)本發(fā)明的時間常數(shù)檢測電路，如上所述，予定DC電壓被用切換電容電路構(gòu)成的偽電阻和普通電阻的串聯(lián)電路分壓并且被分壓電壓的平均電壓被輸出。
因此，輸出電壓能唯一地被由在切換電容電路中的電容和普通電阻定義的時間常數(shù)確定使在LSI中形成的電阻和電容的元件值的變化可被作為時間常數(shù)的變化來檢測。
根據(jù)本發(fā)明的時間常數(shù)調(diào)整電路，包括作為組成元件的電阻和電容的電路的時間常數(shù)的變化能自動地被微調(diào)以便使在LSI中能形成具有截止頻率較小變化的濾波器。
權(quán)利要求
1.被包含在LSI中作為相關(guān)電路一部分的時間常數(shù)檢測電路，包括用于對施加的予定DC電壓進行分壓的由用切換電容電路形成的偽電阻和普通電阻構(gòu)成的電阻分壓電路和用于平滑由所述電阻分壓電路分壓的電壓的平滑電容。
2.如權(quán)利要求1的時間常數(shù)檢測電路，在該電路中，所述偽電阻包括其一端被接至地的電容和與所述電容的另一端連接的兩模擬開關(guān)，位于電容相反一側(cè)的一模擬開關(guān)的一端接地，位于電容相反一側(cè)的另一模擬開關(guān)的一端與所述普通電阻和所述電容之間的節(jié)點連接，所述兩模擬開關(guān)分別交替接通和斷開。
3.被包含在LSI中作為相關(guān)電路一部分的時間常數(shù)調(diào)整電路，包括權(quán)利要求1的時間常數(shù)檢測電路，判斷來自所述時間常數(shù)檢測電路的輸出電壓的范圍和根據(jù)所述判斷的范圍輸出控制信號的判斷電路，在包括電阻和電容作為組成元件的電路中設(shè)置的用于接收所述控制信號以便改變相應(yīng)電阻和電容的元件值的裝置。
4.如權(quán)利要求3的時間常數(shù)調(diào)整電路，在該電路中，所述判斷電路包括每個具有不同的基準(zhǔn)值的多個比較器和根據(jù)予定的邏輯處理來自所述比較器的輸出的組合邏輯電路。
全文摘要
本發(fā)明提供在LSI中的時間常數(shù)檢測電路，以檢測在LSI中作為時間常數(shù)的電阻和電容元件值的變化。模擬開關(guān)1和3在周期T(秒)內(nèi)分別交替地接通和斷開，以控制電容2的充放電。電容2的電容量C形成電阻R
文檔編號G01R27/00GK1077800SQ9211524
公開日1993年10月27日 申請日期1992年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月26日
發(fā)明者市原正貴 申請人:日本電氣株式會社