專利名稱：內(nèi)置皮法級電容間歇式微電流秒級時(shí)延電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路內(nèi)部的時(shí)延電路，尤其是一種內(nèi)置皮法級電容間歇式微電流
秒級時(shí)延電路，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在電路設(shè)計(jì)中通常需要時(shí)延電路，讓信號經(jīng)過一定周期后從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一 種狀態(tài)(導(dǎo)通或截止)。傳統(tǒng)的時(shí)延電路，通常通過數(shù)字時(shí)鐘電路，采用分頻器去實(shí)現(xiàn)；或 者外置電容充放電提供時(shí)延，該電容是微法級，電阻需500千歐以上才能獲得秒級時(shí)延。這 兩種方法，它們占據(jù)集成電路芯片面積都會很大，因此，內(nèi)置比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種內(nèi)置皮法級電容間歇式微電 流秒級時(shí)延電路，解決在集成電路芯片內(nèi)，實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間后由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種狀態(tài) 的時(shí)延而又不占據(jù)大片芯片面積，能夠在集成電路內(nèi)部以很小的面積去實(shí)現(xiàn)，并能提供一 定精度的長時(shí)間延遲。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 —種內(nèi)置皮法級電容間歇式微電流秒級時(shí)延電路，其特征在于設(shè)有包括鏡像電 流源、開關(guān)管、電容充電電路、窄脈沖產(chǎn)生電路、輸出電路，鏡像電流源的輸出端及窄脈沖產(chǎn) 生電路的輸出端分別與開關(guān)管的兩個輸入端連接，開關(guān)管的輸出端與電容充電電路的輸入 端連接，電容充電電路的輸出端與輸出電路的輸入端連接，輸出電路的輸出端接后續(xù)信號 處理電路；由鏡像電流源產(chǎn)生微小電流經(jīng)開關(guān)管向電容充電時(shí)，通過窄脈沖信號控制開關(guān) 管的通、斷，實(shí)現(xiàn)微小電流對電容的間歇式充電，以延長充電時(shí)間、減少集成電路中內(nèi)置的 電容值，電容充電電路輸出電壓值達(dá)到設(shè)定值后，通過輸出電路將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信 號提供給后續(xù)信號處理電路。 鏡像電流源可采用二個NMOS管、二個PMOS管及一個偏置電阻，二個NMOS管構(gòu)成 第一級鏡像電流源，二個PMOS管構(gòu)成第二級鏡像電流源，偏置電阻為兩級鏡像電流源共 用；二個NMOS管的源極均連接電源地，二個NMOS管的柵極連接在一起并與其中一個NMOS 管的漏極相連接后再與偏置電阻的一端相連接，偏置電阻的另一端接電源；二個NMOS管中 的另一個NMOS管的漏極與二個PMOS管的柵極共連端以及二個PMOS管其中一個PMOS管的 漏極連接在一起，此PMOS管的源極接電源；二個PMOS管中另一個PMOS管的源極亦接電源， 此PMOS管的漏極作為鏡像電流源的輸出端； 開關(guān)管可采用PMOS開關(guān)管，PMOS開關(guān)管源極作為開關(guān)管的一個輸入端與鏡像電 流源的輸出端相連接，PMOS開關(guān)管柵極作為開關(guān)管電路的另一輸入端，PMOS開關(guān)管漏極作 為開關(guān)管的輸出端； 電容充電電路可采用RC充電電路，充電電阻的一端作為電容充電電路的輸入端 與開關(guān)管的輸出端連接，充電電阻的另一端與充電電容連接，且此連接點(diǎn)作為電容充電電
3路的輸出端，充電電容的另一端接電源地； 窄脈沖產(chǎn)生電路可采用兩個反相器和一個兩輸入或非門，其中一個反相器的輸出 端與開關(guān)管電路的另一輸入端相連接，此反相器的輸入端與或非門的輸出端連接，或非門 的一個輸入端和另一反相器的輸入端共連后與外部供給方波信號相連接，或非門的另一個 輸入端與前述另一反相器的輸出端相接； 輸出電路可采用一個比較器，比較器的同相輸入端由外部供給偏置電壓信號，比 較器的反相輸入端作為輸出電路的輸入端與電容充電電路的輸出端連接，比較器的輸出端 即是本發(fā)明時(shí)延電路的輸出端，接后續(xù)信號處理電路。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果 (1)本發(fā)明內(nèi)置小電容秒級時(shí)延電路采用了間歇式充電的方式，能夠有效地減少 集成電路中內(nèi)置的電容值，減小了芯片面積和成本。 (2)本發(fā)明內(nèi)置小電容秒級時(shí)延電路采用窄脈沖間歇式微小電流給電容充電，該 微小電流由兩級鏡像電流源準(zhǔn)確地提供微小電流。 (3)本發(fā)明內(nèi)置小電容秒級時(shí)延電路可以大大增加電容的充電時(shí)間，電容值屬于 皮法級，從而實(shí)現(xiàn)了小電容大時(shí)延。


圖l為本發(fā)明的原理框圖； 圖2為本發(fā)明的一種具體實(shí)現(xiàn)電路圖； 圖3為圖2部分信號的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參看圖1 ，本發(fā)明電路包括鏡像電流源1 、開關(guān)管2 、電容充電電路3 、窄脈沖產(chǎn)生電 路4和輸出電路5。鏡像電流源l的輸出端Va與開關(guān)管2的一個輸入端連接；窄脈沖形成 電路4的輸出端V。與開關(guān)管2的另一個輸入端連接；開關(guān)管2的輸出端Vb與電容充電電路 的輸入端連接；電容充電電路3的輸出端Vd與輸出電路5的輸入端連接；輸出電路5的輸 出端V。接后續(xù)信號處理電路。 參看圖2，鏡像電流源1通過改變其內(nèi)部鏡像晶體管的寬長比的比值來提供準(zhǔn)確 的微小的電流值，采用鏡像電流源來提供小電流比采用一個非常大的電阻在集成電路內(nèi)部 產(chǎn)生微小電流，所占的面積會小很多。通過適當(dāng)改變晶體管的寬長比的比值，電流可以得到 精確的控制，若采用電阻則差別會很大。鏡像電流源可采用2個NM0S管Ml與M2， 2個PM0S 管M3和M4及一個偏置電阻Rl構(gòu)成兩級鏡像電流源。偏置電阻Rl的一端與PM0S管M3的 源極以及PM0S管M4源極共接于電源端，偏置電阻R1的另一端與NM0S管M1的漏極和柵極 以及NMOS管M2的柵極連接在一起，NMOS管M2的漏極與PMOS管M3的漏極和柵極以及PMOS 管M4的柵極連接在一起；PMOS管M4的漏極作為鏡像電流源1的輸出端Va。 M2將Ml支路 上的電流成比例的縮小，M4將M3支路上的電流成比例的縮小。Ml支路上的電流通過設(shè)定 Ml的寬長比或者改變偏置電阻R1的阻值來設(shè)定。將M2的寬長比在M1的寬長比基礎(chǔ)上縮 小一定倍數(shù)可將M2支路上的電流在Ml支路上的電流基礎(chǔ)上縮小一定倍數(shù)，同理將M4的寬 長比在M3的寬長比基礎(chǔ)上縮小一定倍數(shù)可將M4支路上的電流在M3支路上的電流基礎(chǔ)上縮小一定倍數(shù)，而M2支路上的電流與M3支路上的電流相等，因此經(jīng)過兩級鏡像電流源即可 得到一個微小電流。 開關(guān)管2可以采用各種類型不同的晶體管，例如，P型M0S管、N型M0S管。在圖2
中，開關(guān)管2采用PM0S管M5實(shí)現(xiàn)，M5的源極接鏡像電流源1的輸出端Va， M5的柵極與窄
脈沖形成電路4的輸出端V。相接，M5的漏極作為開關(guān)管2的輸出端Vb。 電容充電電路3可以采用RC電路，充電電阻R2的一端與開關(guān)管2的輸出端Vb，即
PM0S管M5的漏極相連，電阻R2的另一端與電容Cl連接，并作為電容充電電路3的輸出端
Vd，電容Cl的另一端與電源地連接在一起。將鏡像電流源1產(chǎn)生的微小電流經(jīng)過開關(guān)管2
后間歇式的給電容充電，這樣可以很好的延長給電容的充電時(shí)間。 窄脈沖形成電路4可以采用與非門或者或非門通過將一種方波信號與其延遲的 反相信號相"與"或者相"或"以后，然后通過整形可以得到，亦可其他方式實(shí)現(xiàn)，所形成的 窄脈沖占空比很小。窄脈沖產(chǎn)生電路4產(chǎn)生的窄脈沖信號去控制開關(guān)管2，讓開關(guān)管2只在 很短的時(shí)間內(nèi)開啟，從而鏡像電流源1產(chǎn)生的微小電流在一個周期之內(nèi)只有很短的一個時(shí) 間段給電容充電，即間歇式充電。圖2中，窄脈沖形成電路4含有兩個反相器INV1、 INV2， 一個兩輸入或非門N0R1。外部供給方波信號Vpulse接到或非門N0R1的一個輸入端和反相 器INV2的輸入端，反相器INV2的輸出端與或非門N0R1的另一個輸入端接在一起，或非門 N0R1的輸出端接到反相器INV1的輸入端，INV1的輸出端作為窄脈沖形成電路4的輸出端 Vc與開關(guān)管2中的PMOS管M5的柵極相接。 一個方波信號和它的延遲的反相信號經(jīng)過或非 門N0R1后，就產(chǎn)生了一個高電平很窄的脈沖信號，然后通過倒相器INV1的倒相，就形成了 一個低電平很窄的窄脈沖信號，從而去控制開關(guān)管PMOS管M5只在很短的時(shí)間的開啟。
輸出電路5是讓電容充電電路3的輸出電壓值達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值后，將模擬信號 轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號提供給后續(xù)電路去處理。如圖2所示，輸出電路5可采用一個比較器C0M1 實(shí)現(xiàn)，比較器C0M1的反相輸入端與電容充電電路3的輸出端Vd接在一起，比較器C0M1的同 相輸入端接于外部提供的偏置電壓Vb^。比較器C0M1的輸出端V。作為整個發(fā)明電路內(nèi)置 皮法級小電容秒級時(shí)延電路的輸出端。當(dāng)電容充電電路3產(chǎn)生的輸出電平達(dá)到輸出電路5 采用的比較器的設(shè)定電平后，比較器輸出電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢岳玫臄?shù)字信號，提供 給一個系統(tǒng)中的后續(xù)信號處理電路。
圖2所示電路的工作過程如下 電源電壓通過偏置電阻Rl和NMOS管Ml到電源地產(chǎn)生偏置電流II ;偏置電流II 通過NMOS管Ml和NMOS管M2組成的第一級鏡像電流源產(chǎn)生12， 12按照NMOS管M2和NMOS 管Ml的寬長比之比在II的基礎(chǔ)上縮小若干倍；12通過PMOS管M3和PMOS管M4組成的第 二級鏡像電流源產(chǎn)生13， 13按照PMOS管M4和PMOS管M3的寬長比之比在12的基礎(chǔ)上縮 小若干倍；通過兩級鏡像電流源產(chǎn)生了微小電流13。方波信號Vpu^通過反相信號INV2后， 然后和它本身的信號經(jīng)過或非門N0R1進(jìn)行波形變化，產(chǎn)生一個高電平很窄的脈沖信號，再 通過反相器INV2，產(chǎn)生低電平很窄的窄脈沖信號去控制PMOS管M5的柵極，讓微小電流13 只在窄脈沖信號窄的低電平范圍內(nèi)通過充電電阻R1給電容C1充電，即間歇式的充電。當(dāng) 電容C1的電壓達(dá)到輸出比較器C0Ml設(shè)定的偏置電壓Vb^后，使比較器C0M1的輸出電平發(fā)
生翻轉(zhuǎn)，從而去控制后續(xù)的信號處理電路。
圖3信號說明如下
方波信號Vpulse經(jīng)過反相器INV2后產(chǎn)生Al信號，Al信號會產(chǎn)生一定的延時(shí)和 反相，然后與Vpulse信號經(jīng)過或非門N0R1，即可得到窄脈沖信號A2。 本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，不論其實(shí)現(xiàn)形式作任何變化，凡是由電容、開關(guān)構(gòu) 成間歇式給電容充電的方法，均應(yīng)落在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種內(nèi)置皮法級電容間歇式微電流秒級時(shí)延電路，其特征在于設(shè)有包括鏡像電流源、開關(guān)管、電容充電電路、窄脈沖產(chǎn)生電路、輸出電路，鏡像電流源的輸出端及窄脈沖產(chǎn)生電路的輸出端分別與開關(guān)管的兩個輸入端連接，開關(guān)管的輸出端與電容充電電路的輸入端連接，電容充電電路的輸出端與輸出電路的輸入端連接，輸出電路的輸出端接后續(xù)信號處理電路；由鏡像電流源產(chǎn)生微小電流經(jīng)開關(guān)管向電容充電時(shí)，通過窄脈沖信號控制開關(guān)管的通、斷，實(shí)現(xiàn)微小電流對電容的間歇式充電，以延長充電時(shí)間、減少集成電路中內(nèi)置的電容值，電容充電電路輸出電壓值達(dá)到設(shè)定值后，通過輸出電路將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號提供給后續(xù)信號處理電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置皮法級電容間歇式微電流秒級時(shí)延電路，其特征在于 鏡像電流源包括二個NM0S管、二個PM0S管及一個偏置電阻，二個NM0S管構(gòu)成第一級鏡像電流源，二個PMOS管構(gòu)成第二級鏡像電流源，偏置電阻為兩級鏡像電流源共用；二個 NM0S管的源極均連接電源地，二個NM0S管的柵極連接在一起并與其中一個NM0S管的漏極 相連接后再與偏置電阻的一端相連接，偏置電阻的另一端接電源；二個NMOS管中的另一個 NM0S管的漏極與二個PM0S管的柵極共連端以及二個PM0S管其中一個PM0S管的漏極連接 在一起，此PM0S管的源極接電源；二個PM0S管中另一個PM0S管的源極亦接電源，此PM0S 管的漏極作為鏡像電流源的輸出端；開關(guān)管為PM0S開關(guān)管，PM0S開關(guān)管源極作為開關(guān)管的一個輸入端與鏡像電流源的輸 出端相連接，PM0S開關(guān)管柵極作為開關(guān)管電路的另一輸入端，PM0S開關(guān)管漏極作為開關(guān)管 的輸出端；電容充電電路為RC充電電路，充電電阻的一端作為電容充電電路的輸入端與開關(guān)管 的輸出端連接，充電電阻的另一端與充電電容連接，且此連接點(diǎn)作為電容充電電路的輸出 端，充電電容的另一端接電源地；窄脈沖產(chǎn)生電路設(shè)有兩個反相器和一個兩輸入或非門，其中一個反相器的輸出端與開 關(guān)管電路的另一輸入端相連接，此反相器的輸入端與或非門的輸出端連接，或非門的一個 輸入端和另一反相器的輸入端共連后與外部供給方波信號相連接，或非門的另一個輸入端 與前述另一反相器的輸出端相接；輸出電路設(shè)有一個比較器，比較器的同相輸入端由外部供給偏置電壓信號，比較器的 反相輸入端作為輸出電路的輸入端與電容充電電路的輸出端連接，比較器的輸出端即是本 發(fā)明時(shí)延電路的輸出端，接后續(xù) 號處理電路。
全文摘要
一種內(nèi)置皮法級電容間歇式微電流秒級時(shí)延電路，設(shè)有包括鏡像電流源、開關(guān)管、電容充電電路、窄脈沖產(chǎn)生電路、輸出電路，鏡像電流源的輸出端及窄脈沖產(chǎn)生電路的輸出端分別與開關(guān)管的兩個輸入端連接，開關(guān)管的輸出端與電容充電電路的輸入端連接，電容充電電路的輸出端與輸出電路的輸入端連接，輸出電路的輸出端接后續(xù)信號處理電路；由鏡像電流源產(chǎn)生微小電流經(jīng)開關(guān)管向電容充電時(shí)，通過窄脈沖信號控制開關(guān)管的通、斷，實(shí)現(xiàn)微小電流對電容的間歇式充電，以延長充電時(shí)間、減少集成電路中內(nèi)置的電容值，電容充電電路輸出電壓值達(dá)到設(shè)定值后，通過輸出電路將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號提供給后續(xù)信號處理電路。
文檔編號H03K17/28GK101764596SQ200910262850
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者夏曉娟, 孫偉鋒, 孫大有, 時(shí)龍興, 楊淼, 陸生禮 申請人:東南大學(xué)