專利名稱：模擬式階梯波形發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種模擬式階梯波形發(fā)生器，其中包括一個電流鏡(current mirror)參考源作為波形發(fā)生器的參考電源、以及一個波形發(fā)生器，其波形發(fā)生器的階梯差異值，直接以元件之大小來表示，從而達到模擬階梯變化。
傳統(tǒng)的數(shù)字電路波形發(fā)生器，如

圖1所示，是由幾個電阻R串接而成一串接網(wǎng)路，在各電阻之間，其中間抽頭經(jīng)由適當?shù)拈_關元件S1、S2、S3、S4、S5、S6分別接通到輸出點OUT，通過適當?shù)馗淖兏鏖_關控制訊號C1、C2、C3便可產(chǎn)生不同的輸出波形。在圖1的傳統(tǒng)電阻分壓式波形發(fā)生器中，其動作為例如控制各開關元件，而依序接通節(jié)點A、再接通B、再改接C、…再改接G，再改接H，再回到G，再回到F，…再回到C，再回到B，再接回A，則可形成一個三角波，此時各狀態(tài)的輸出差均為一個單位。如果適當?shù)卣{(diào)整電阻R的比例，則正弦波或各種波形都可能產(chǎn)生。但是由于電阻本身在集成電路中較占面積，因此一個單位電阻不能做得太小，因此其精確度受到限制。而且由于電阻受集成電路中偏壓影響，精準度并不好。另外由于在控制開關動作時有過渡過程而容易產(chǎn)生噪音，及由于輸出阻抗太大，因而并非容易與其它電路作接口連接，所以常常需要一個緩沖運算放大器(OP Buffer)來作阻抗匹配。
因此，上述電路其缺點主要是輸出阻抗高，且開關切換瞬間容易產(chǎn)生噪音，另外由于電阻在集成電路中占較大面積，且工作電壓會影響到電阻值。因此該傳統(tǒng)技術不適應實用需要。圖2所示是另一種傳統(tǒng)的數(shù)字電路波形發(fā)生器，它是一種傳統(tǒng)的R/2R式波形發(fā)生器，其結構為通過多個電阻R、2R及非門而形成電阻網(wǎng)路的連結方式。適當?shù)母淖冚斎胗嵦朌3、D2、D1、D0便可得到不同的輸出波形。其輸出阻抗優(yōu)于圖1的情況，但阻抗仍較大，且其輸出信號為階梯狀，其中每一階梯差由輸入位數(shù)決定，故失真與位數(shù)有極大的關系，且當輸入改變時容易造成所謂暫態(tài)跳變噪音，因此上述兩種傳統(tǒng)方案，都有其待改進之處。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種成本低、噪音小、輸出阻抗匹配恰當?shù)牡褪д娌ㄐ伟l(fā)生器。
現(xiàn)配合附圖將本發(fā)明的目的與功效作一詳細說明其中圖1為傳統(tǒng)的電阻分壓式波形發(fā)生器電路。
圖2為傳統(tǒng)的R/2R式波形發(fā)生電路。
圖3為正弦波波形以15°相位差時所得到的相對振幅差與振幅的圖解表示。
圖4為本發(fā)明的模擬式階梯波形發(fā)生器的一個實施例，其輸出為電流，其波形以正弦波來示范。
圖5為本發(fā)明的另一個實施例，其輸出為雙極推挽式(Push-Pull)，其波形亦以正弦波示范。
圖6為本發(fā)明的又一個實施例，其輸出為雙極性(即正為輸出電流，負為吸入電流)，其波形亦以正弦波示范說明。
表1為正弦波按15°相位差從0°到90°的相對正弦波值、差值及歸一化(Normalized)后的單位量。
表2為圖4的實例中的控制訊號與狀態(tài)相關表。
表3為圖5及圖6的實例中的控制訊號與狀態(tài)相關表。
首先參閱圖3所示，它是本發(fā)明的實施例中的正弦波振幅以15°相位差時的相對歸一化值及振幅階梯值的示意圖。
參閱表1所示，它是正弦波值、正弦波差值與歸一化后的差值表。
圖4為本發(fā)明的模擬式階梯波形發(fā)生器的一個實施例，其輸出為電流，其波型以正弦波來示范。在圖4中，標號111為電流鏡參考電源，它利用晶體管Q1的基極與發(fā)射極間電位差V，使流過M8之電流I為I=VR1,]]>因此，參考源Ioc不受電壓變化影響，不受集成電路中場效應晶體管之電特性影響，而呈恒定值。
圖4中的標號112為一組正弦波發(fā)生器輸出級，其輸出端OUT為流出電流，其正弦波的最低點電流為0，而最高點為所有電流鏡均接通。
表2所示即是正弦波發(fā)生器輸出級112的各電流鏡控制開關的輸入訊號(N1，N1…N12)與狀態(tài)關系表，其中1代表接通，0代表切斷。因此狀態(tài)0～23正好代表圖3的橫軸，由于相鄰狀態(tài)，控制訊號僅改變一條，因而使過渡過程噪音降到最低，另外由于各個電流鏡的元件大小正好是正弦波的階梯差值，故量化差值誤差只由元件精度決定，而與其它制造參數(shù)無關，故使量化失真接近0。因此稱為模擬式階梯。表2中各控制訊號可以用12級的約翰遜計數(shù)器(Johnson Counter)來完成。
圖5為本發(fā)明的正弦波發(fā)生器的另一實施例，其輸出端OUT+、OUT-為雙極推挽式(Push-Pull)。相同功能的元件標示以相同的符號，其中MOS開關M33、M66可視為接地的開關。正弦波的直流電流為0，故狀態(tài)6時電流為0，狀態(tài)12時電流為正向最大值，狀態(tài)18時電流又回到0，而狀態(tài)0時電流為反向最大值。其狀態(tài)如表3所示。
圖6為本發(fā)明另一實施例的電路結構，其輸出為雙極性(即正為輸出電流，負為吸入電流)。
在圖6中，其中標號131提供P型電流鏡參考源與N型電流鏡參考源，標號132是正弦波發(fā)生器，其狀態(tài)表如表3所示，當狀態(tài)6時輸出電流為0，然后流出電流由狀態(tài)7逐漸增加到狀態(tài)8…一直到狀態(tài)12，流出電流最大，其后遞減直到狀態(tài)18，電流又回到0，狀態(tài)19時，輸出吸入電流，到狀態(tài)0時吸入電流量最大，然后再依狀態(tài)遞減。
由上述實施例，可以看出電流式波形發(fā)生器的好處在于易于加減，而由于利用電流鏡原理，因此電流大小由元件大小決定，而不受制造過程與電壓影響。下面，通過上述舉例分析其誤差。
誤差＝0.05W，而最大幅度(Amplitude)＝(1+2.9+4.7+6.1+7.1+7.6)W＝29.4W
(約為9比特品質(zhì))輸出阻抗方面輸出電流為恒定，故直流輸出阻抗極低，而小訊號輸出阻抗極高，非常適合集成電路應用，由于控制訊號在相鄰狀態(tài)之間，只改變一條控制線而已(不包括極性控制訊號如N7)。因此，過渡過程噪音達到最小。由于應用電流鏡原理，所以是由元件大小比例來決定，比利用電阻比例方式省面積且不受電壓影響。
綜合上述本發(fā)明的模擬式階梯波形發(fā)生器，在解決傳統(tǒng)波形發(fā)生器之缺點上為確實有效，可以使噪音降低，不受制造過程參數(shù)影響，不受工作電壓范圍限制，因此大大地提高產(chǎn)品制造效率、使用效果，同時降低成本。
表1SIN(90N/6) DELTA #UNITN＝61 0.034 1N＝50.966 0.099 2.9N＝40.867 0.160 4.7N＝30.707 0.207 6.1N＝20.500 0.240 7.1N＝10.260 0.260 7.6N＝00
表2COUNTER NNNNNNNNNNNN計數(shù) 123456789111012STATE 0 000000000000STATE 1 100000000000STATE 2 110000000000STATE 3 111000000000STATE 4 111100000000STATE 5 111110000000STATE 6 111111000000STATE 7 111111100000STATE 8 111111110000STATE 9 111111111000STATE 10 111111111100STATE 11 111111111110STATE 12 111111111111STATE 13 011111111111STATE 14 001111111111STATE 15 000111111111STATE 16 000011111111STATE 17 000001111111STATE 18 000000111111STATE 19 000000011111STATE 20 000000001111STATE 21 000000000111STATE 22 000000000011STATE 23 000000000001表3COUNTER NNNNNNN計數(shù) 1234567STATE 6 0000000STATE 7 1000000STATE 8 1100000STATE 9 1110000STATE 10 1111000STATE 11 1111100STATE 12 1111110STATE 13 1111100STATE 14 1111000STATE 15 1110000STATE 16 1100000STATE 17 1000000STATE 18 0000001STATE 19 1000001STATE 20 1100001STATE 21 1110001STATE 22 1111001STATE 23 1111101STATE 0 1111111STATE 1 1111101STATE 2 1111001STATE 3 1110001STATE 4 1100001STATE 5 100000權利要求
1.一種模擬式階梯波形發(fā)生器，包括一電流鏡參考源，作為波形發(fā)生器的之參考電源；一波形發(fā)生器；其特征在于，波形發(fā)生器的階梯差異值直接以元件的大小來表示，以達到模擬階梯變化而完成波形之產(chǎn)生；并且波形發(fā)生器中用以控制電流鏡的控制訊號在相鄰狀態(tài)間僅改變一條訊號線，即波形發(fā)生器中的控制各組電流鏡之訊號永遠只有一個訊號改變狀況，從而使波形失真可達到最小。
2.如權利要求1所述的模擬式階梯波形發(fā)生器，其特征在于，其中波形發(fā)生器由P型MOS組成的電流鏡輸出電流。
3.如權利要求1所述的模擬式階梯波形發(fā)生器，其特征在于，其中波形 發(fā)生器由兩組PMOS電流鏡與兩個NMOS開關來達到推挽輸出方式。
4.如權利要求1所述的模擬式階梯波形發(fā)生器，其特征在于，其中波形發(fā)生器由一組PMOS電流鏡與一組NMOS電流鏡分別作為輸出與吸入電流的雙極性輸出。
5.如權利要求1所述的模擬式階梯波形發(fā)生器，其特征在于，其中波形發(fā)生器是由NMOS組成的電流鏡，其輸出僅吸入電流。
全文摘要
一種模擬階梯變化的波形發(fā)生器，利用電流鏡原理，將階梯差異值直接用元件的大小來表示，因此達到模擬階梯變化的目的，從而完成波形之產(chǎn)生，由于控制各組電流鏡的訊號永遠只有一個訊號改變狀況，因此波形失真可以達到最小。
文檔編號H03K4/02GK1085699SQ9211154
公開日1994年4月20日 申請日期1992年10月16日 優(yōu)先權日1992年10月16日
發(fā)明者陳陽成 申請人:凌陽科技股份有限公司