專利名稱：用于將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的電子電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的領(lǐng)域，尤其涉及使用集成電阻器來進(jìn)行電壓-電流的轉(zhuǎn)換。
背景和現(xiàn)有技術(shù)從現(xiàn)有技術(shù)中可以了解到集成電阻器的多種制造方法。較為便利的是在與剩余集成電路相同的工序中制造這些電阻器。因此，制造電阻器的確切方式取決于使用何種工藝來制造集成電路。
集成電路通常是使用那些在半導(dǎo)體基底上形成的多晶硅電阻器制造的。這種電阻器通常具有一個由摻雜多晶硅形成的電阻器主體，并且具有通常通過場氧化層中的觸點而與電阻器主體的對端相耦合的金屬引線。這些觸點連接到金屬的相互連接線路。電阻器主體則可以與多晶硅晶體管門電極同時形成，這種電阻器主體通常摻有雜質(zhì)并置于場氧化層上。
需要無源電阻器的集成電路經(jīng)常具有關(guān)于這些電阻器器的阻值的緊密度容限(tight tolerance)。然而，這些現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體電阻器易經(jīng)受阻值變化。而這些電阻器的阻值變化源則包含了使物理尺寸或電阻率之類的電阻器特性產(chǎn)生物理變化的工藝波動以及溫度上的變化。溫度變化源可以是在電阻器自身的外部，也可以因為與功率耗散相關(guān)的自熱效應(yīng)而在電阻器的內(nèi)部。隨著電阻器溫度的改變，電阻器的阻值也會發(fā)生變化。
用于將半導(dǎo)體電阻器(由半導(dǎo)體材料形成的電阻器)的電阻溫度系數(shù)(TCR)所導(dǎo)致的電阻變化效應(yīng)減至最小的一般現(xiàn)有技術(shù)方法是將電阻器主體中的摻雜濃度提高到一個足夠高的水平，使得電阻器主體的TCR處在最小。然后以那些使得電阻器頭電阻只占電阻器主體電阻一小部分的大小來構(gòu)造所述電阻器。這樣一來，電阻器頭TCR對總的電阻器溫度特性幾乎沒有影響。
在US6,333,238中顯示了一種相應(yīng)的集成電路，該電路具有一個溫度系數(shù)最小化的集成電阻。從US6,329,262中則可以了解到另外一種用于制造帶有集成電阻器的半導(dǎo)體集成電路的方法。
此外，將集成電阻器應(yīng)用于數(shù)模轉(zhuǎn)換器同樣是已知的。US5,604,501顯示了一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中包括一個在電阻器接合處以及電阻器-電位接合處都具有中間抽頭的電阻器串。開關(guān)晶體管耦合在相應(yīng)的中間抽頭與一個輸出節(jié)點之間。解碼電路能夠同時將至少兩個晶體管切換到導(dǎo)通狀態(tài)，以便將一個以上的中間抽頭電耦合到輸出節(jié)點，從而產(chǎn)生至少一個模擬輸出。在這里一行選擇線路可以與至少兩列選擇線路同時被激勵。作為選擇，也可以使至少兩行選擇線路與一列選擇線路同時被激勵。
US6,278,393顯示了一個包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器的集成電路，在這個數(shù)模轉(zhuǎn)換器中將電阻器串適配成與一個基準(zhǔn)源相耦合。所述電阻器串包含了在其接合處定義了中間抽頭的多個串聯(lián)耦合的阻抗。在第一輸出節(jié)點與那些相應(yīng)的中間抽頭之間則耦合了多個第一開關(guān)。
第一選擇電路接收第一數(shù)字編碼的信號并與第一多個開關(guān)中的各個開關(guān)相耦合。第一選擇電路依照向其提供的第一數(shù)字編碼的信號，而有選擇地將第一多個開關(guān)切換到預(yù)定狀態(tài)，以便產(chǎn)生一個第一模擬輸出。而在第二輸出節(jié)點與相應(yīng)的中間抽頭之間則耦合了第二多個開關(guān)。與第二多個開關(guān)中的各個開關(guān)相耦合的第二選擇電路依照向其提供的第二數(shù)字編碼的信號，而有選擇地將第二多個開關(guān)切換到預(yù)定狀態(tài)，以便產(chǎn)生一個第二模擬輸出。
通常，集成電阻器的電阻容差在大約20％以內(nèi)。具有高平方電阻的集成電阻器具有甚至更高的容差。而缺少一種制造具有精確阻抗值的集成電阻器的方法則限制了現(xiàn)有技術(shù)中的集成電阻器的使用范圍。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的電子電路，用于借助一個具有很高精度并且適合于單片集成的電阻器來將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
本發(fā)明提供了一種用于將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的電子電路，包括-一個第一電阻器和一個第二電阻器，-基于施加到第一電阻器的基準(zhǔn)電壓來產(chǎn)生第一電流的裝置，-產(chǎn)生第二電流的裝置，其中第二電流的大小是基于第一電流與電流信號相乘的大小來確定的，
-用于將第二電流施加到第二電阻器，以便產(chǎn)生電壓信號的裝置。
在從屬權(quán)利要求中給出了關(guān)于本發(fā)明的電子電路的更進(jìn)一步的實施例。
此外，本發(fā)明提供了一種用于將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的方法，包括以下步驟-通過將基準(zhǔn)電壓施加到第一電阻器來產(chǎn)生一個第一電流，-產(chǎn)生一個第二電流，這個第二電流的大小是基于第一電流與電流信號相乘的大小來確定的，-將第二電流施加于第二電阻器，以便產(chǎn)生電壓信號。
在從屬權(quán)利要求中給出了關(guān)于本發(fā)明的方法的更進(jìn)一步的實施例。
由于本發(fā)明允許借助第一和第二電阻器來將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，由此所述轉(zhuǎn)換是以很高精度執(zhí)行的，因此本發(fā)明是非常有利的。為了取得很高的精度，沒有必要提供具有準(zhǔn)確阻抗值的精密電阻器。
相反，依照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換的精度是由第一和第二電阻器的電阻值比率的精度來確定的。由于有可能毫無困難地制造一對具有精確電阻比的集成電阻器，因此上述處理使得本發(fā)明的電子電路尤其適合單片集成。
本發(fā)明的一個應(yīng)用領(lǐng)域針對的是CMOS集成電路，例如帶有模擬電流輸出的處理器。舉例來說，出于放大的目的，通常需要將這種模擬電流輸出轉(zhuǎn)換成一個電壓。在處理器與后續(xù)放大級之間提供精密和費效合理的接口的問題是借助本發(fā)明來加以解決的。
附圖簡述

圖1顯示的是依照本發(fā)明的電子電路的第一實施例的框圖，圖2顯示的是依照本發(fā)明的電子電路的第二實施例的框圖，圖3顯示的是用于產(chǎn)生圖1和2的實施例中的電路Igain的框圖，圖4顯示的是圖1電子電路的詳細(xì)實施例，圖5顯示的是圖2電子電路的詳細(xì)實施例，圖6到9顯示的是在圖1和2的實施例中進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的多個詳細(xì)的實施例。
詳細(xì)說明圖1顯示的是用于將電流信號Isignal轉(zhuǎn)換成電壓信號Vout的電子電路1的框圖。電子電路1具有兩個集成電阻器Rgain和Rconversion。一個基準(zhǔn)電壓Vreference被提供給電子電路1或者是在電子電路1內(nèi)部產(chǎn)生。借助于基準(zhǔn)電壓Vreference和集成電阻器Rgain，而在電子電路1的塊2中產(chǎn)生電流Igain。電流Igain與Vreference除以Rgain所得到的商相等。
電流Igain被提供給除法器3。此外一個基準(zhǔn)電流Ireference也被提供給除法器3。提供者3的用途是將電流Igain與基準(zhǔn)電流Ireference相除。而所得到的電流Igain/Ireference被提供給乘法器4。此外要轉(zhuǎn)換的電流信號Isignal被施加到乘法器4。乘法器4提供一個輸出電流，該電流的大小是基于電流信號Isignal以及電流Igain與基準(zhǔn)電流Ireference相除的大小來確定的。在這里所考慮的實例中，乘法器4提供的輸出電流是Isignal與Igain除以Ireference后的乘積。
乘法器4的輸出電流提供到電子電路1中包含了集成電阻器Rconversion的塊5。塊5用來將乘法器4的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓信號Vout。這個操作是通過將乘法器4的至少一部分輸出電流施加到集成電阻器Rconversion來完成的。結(jié)果，電壓信號Vout將會如下所示Vout=IsignalIreferenceVreferenceRconversionRgainN]]>其中N是一個常數(shù)并且取決于實施配置。對N來說，較為便利的選擇是N＝1/2或N＝1。
從以上公式中可以明顯看出，電壓信號Vout的值并不取決于Rgain和Rconversion的絕對值，而是取決于Rconversion和Rgain的比率。因此，即使Rgain和Rconversion的電阻絕對值可能存在很大的容差，也能以較高的精度來產(chǎn)生Rgain和Rconversion的電阻比率，這樣一來，即使使用集成電阻器，也能以較高精度實現(xiàn)本發(fā)明中電流到電壓的轉(zhuǎn)換。
圖2顯示的是電子電路1的一個替換實施例，其中同樣的元件是用與圖1實施例中的元件相同的參考數(shù)字來表示的。
在圖2的實施例中，電流信號Isignal被施加于除法器3，以及基準(zhǔn)電流Ireference也被施加于該除法器。除法器3提供的輸出是Isignal/Ireference。這個值被輸入到了乘法器4。
此外，乘法器4接收來自塊2的電流Igain。在乘法器4中，這個電流Igain與Isignal/Ireference相乘。乘法器4輸出Igain與Isignal被Ireference除后的乘積。
乘法器4的輸出被提供到塊5，以便以與圖1實施例相同的方式來進(jìn)行電流到電壓的轉(zhuǎn)換。
圖3顯示的是圖1和2的實施例中的塊2的一個詳細(xì)實施例。基準(zhǔn)電壓Vreference可以從外部施加于電子電路1，也可以在電子電路1內(nèi)部產(chǎn)生?；鶞?zhǔn)電壓Vreference被施加于集成電阻器Rgain上。電阻器Rgain的一個端子與接地的電流反射鏡6相連。由此獲取了電流Igain。
圖4顯示的是圖1電子電路的一個更詳細(xì)的實施例。電流信號Isignal是借助雙極性晶體管Q3和Q4的差分對來分離的。差分的基極-發(fā)射極電壓則是從包含晶體管Q1、Q2、Q5和Q6的電路裝置提供到雙極性晶體管Q3和Q4的差分對的。
晶體管Q1和Q2的基極與一個公共電位相耦合，該公共電位也為Q1和Q2的集電極所共有?；鶞?zhǔn)電流Ireference被施加于這個公共電位。晶體管Q1的發(fā)射極與晶體管Q5的集電極相耦合。晶體管Q5的發(fā)射極則與Rgain相耦合。
晶體管Q2的發(fā)射極與晶體管Q6的集電極相耦合。晶體管Q6的發(fā)射極與另一個基準(zhǔn)電壓Vreference相耦合。
晶體管Q6的基極與晶體管Q1的發(fā)射極相耦合；晶體管Q5的基極則耦合到晶體管Q2的發(fā)射極。用于雙極性晶體管Q3和Q4的差分對的差分基極-發(fā)射極電壓則是在晶體管Q2的發(fā)射極與晶體管Q1的發(fā)射極的電位之間提供的。
圖5顯示的是一個與圖2實施例對應(yīng)的實施例。與圖4的實施例相比，電流Isignal和Igain被互換。作為結(jié)果，是對電流Igain而不是對電流Isignal進(jìn)行分離。電壓Vin確定Q5的發(fā)射極上的輸入電壓。晶體管Q3和Q4的集電極支路中的所得到的電流與圖4實施例中的相同。
圖6顯示的是一種借助集成電阻器Rconversion來將補償電流信號轉(zhuǎn)換成電壓的方法。晶體管Q3和Q4的集電極支路(參看圖4和圖5)與電流反射鏡7相連。電阻器Rconversion則連接在晶體管Q4的集電極電位與VDD之間，以便產(chǎn)生電壓Vout。
圖7顯示的是帶有反饋的圖1和圖2中的塊5的一個實施例。為了提供反饋，在這里使用了一個運算放大器8來產(chǎn)生電壓Vout。而電壓基準(zhǔn)Vx則連接到運算放大器8的非反相輸入端。運算放大器8的反相輸入端與晶體管Q4的集電極電位相耦合。此外，電阻器Rconversion耦合在運算放大器8的反相輸入端與運算放大器8的輸出端之間。
圖8顯示的是一個替換實施例，其中僅僅使用了一個集電極電流來進(jìn)行所述轉(zhuǎn)換。為此目的，在這里將電阻器Rconversion耦合在VDD與晶體管Q4的集電極電位之間，以便產(chǎn)生輸出電壓Vout。而這種處理與選擇N＝1/2相對應(yīng)。
圖9顯示的是用于生成差分輸出電壓Vout1和Vout2的另一個實施例。電阻器Rconversion耦合在VDD與晶體管Q3和Q4的集電極電位之間。差分電壓Vout＝Vout1-Vout2可用于計算機監(jiān)視器中的放大器輸入或是需要差分輸出電壓的相似應(yīng)用。
實質(zhì)上，在這里有可能借助每個輸入電流信號一條附加線路以及一條獨立的線路來實施本發(fā)明，以便提供基準(zhǔn)電流Ireference。對單聲道音頻信號來說，這意味著需要兩條線路—一條用于電流信號Isignal，一條則用于基準(zhǔn)電流Ireference。對立體聲音頻信號來說，需要一條用于附加音頻信道的附加線路。就RGB視頻的情形而言，除了用于基準(zhǔn)電流Ireference的線路之外，還需要三條用于三個信道的信號線路。
可以提供一個差分輸入，而不是在一條單獨的線路上輸入一個或多個信號電流以及所述基準(zhǔn)電流。對單聲道音頻信號來說，這個操作可以通過在一條線路上提供信號Ireference-Isignal并在另一條線路上提供Ireference+Isignal來加以實施。同樣，也可以為一條以上的信道實施這個操作。
作為選擇，可以將輸入線路數(shù)目限制成信道數(shù)目。換句話說，可以免除一條用于Ireference的獨立線路。通過利用電流信號自身作為基礎(chǔ)來形成基準(zhǔn)電流Ireference，可以實現(xiàn)這個操作。也可以通過將Isignal的最大值、最小值、平均值或RMS用作一個基準(zhǔn)來完成這個操作。例如對視頻信號而言，可以使用每一個視頻幀或行的黑色信號作為基準(zhǔn)Ireference。
就超過一條信道的情況來說，可以使用一個或多個或者所有信道來形成基準(zhǔn)電流Ireference。
作為另一種替換方案，通過對用于信號Isignal的輸入線路進(jìn)行時分復(fù)用而提供基準(zhǔn)電流Ireference。在不止一條信道的情況下，可以使用一個或多個或所有信道來對基準(zhǔn)電流進(jìn)行時分復(fù)用。
參考數(shù)字列表電子電路1塊 2除法器 3乘法器 4塊 5電流反射鏡 6電流反射鏡 7運算放大器 8
權(quán)利要求
1.一種用于將電流信號(Isignal)轉(zhuǎn)換成電壓信號(Vout)的電子電路，包括-一個第一電阻器(Rgain)和一個第二電阻器(Rconversion)，-根據(jù)施加到第一電阻器上的基準(zhǔn)電壓(Vreference)來產(chǎn)生第一電流(Igain)的裝置(2)，-用于生成第二電流的裝置(3，4)，其中第二電流的大小是基于第一電流與電流信號相乘的大小來確定的，-用于將第二電流施加到第二電阻器，以便產(chǎn)生電壓信號的裝置(5)。
2.權(quán)利要求1的電子電路，所述用于生成的裝置包括-用于使第一電流與一個基準(zhǔn)電流(Ireference)相除，以便確定一個第一參數(shù)(Igain/Ireference)的裝置(3)，-用于將電流信號與第一參數(shù)相乘，以便產(chǎn)生第二電流的裝置(4)。
3.權(quán)利要求1的電子電路，所述用于生成的裝置包括-用于使電流信號與一個基準(zhǔn)電流相除，以便確定一個第一參數(shù)(Isignal/Ireference)的裝置(3)，-用于將第一電流與第一參數(shù)相乘，以便產(chǎn)生第二電流的裝置(4)。
4.權(quán)利要求1、2或3的電子電路，用于生成第一電流的裝置包括電流反射鏡裝置(6)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求1～4中任何一個權(quán)利要求的電子電路，用于生成第二電流的裝置包括-一個雙極性晶體管(Q3，Q4)的差分對，-用于將差分的基極-發(fā)射極電壓施加到雙極性晶體管的差分對的裝置(Q1，Q2，Q5，Q6)，所述差分電壓是第一電流被基準(zhǔn)電流除后的對數(shù)函數(shù)。
6.權(quán)利要求5的電子電路，其中雙極性晶體管差分對的僅一個集電極電流與該第二電阻器相耦合。
7.權(quán)利要求5的電子電路，其中雙極性晶體管差分對的兩個集電極電流全都與第二電阻器中相應(yīng)的電阻器相耦合，以便產(chǎn)生一個差分電壓信號。
8.前述權(quán)利要求1～7中任何一個權(quán)利要求的電子電路，包括基于最大電流信號、最小電流信號、平均電流信號或是電流信號的RMS來提供基準(zhǔn)電流的裝置。
9.權(quán)利要求8的電子電路，其中用于提供基準(zhǔn)電流的裝置被適配成基于當(dāng)前視頻信號的黑色信號分量來提供基準(zhǔn)電流。
10.前述權(quán)利要求1～9中任何一個權(quán)利要求的電子電路，還包括對用于電流信號的輸入線路進(jìn)行時分復(fù)用，以便提供一個時分復(fù)用的基準(zhǔn)電流的裝置。
11.前述權(quán)利要求1～10中任何一個權(quán)利要求的電子電路，其中所述電子電路是一個集成電路并且第一和第二電阻器被集成在所述集成電路中。
12.一種用于將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的方法，包括以下步驟-通過將基準(zhǔn)電壓施加到第一電阻器來產(chǎn)生一個第一電流，-產(chǎn)生一個第二電流，所述第二電流的大小是基于第一電流與電流信號相乘的大小來確定的，-將第二電流施加于第二電阻器，以便產(chǎn)生電壓信號。
13.權(quán)利要求12的方法，其中產(chǎn)生第二電流的步驟包括以下步驟-使第一電流與一個基準(zhǔn)電流相除，以便確定一個第一參數(shù)，-使該電流信號與第一參數(shù)相乘，以便產(chǎn)生第二電流。
14.權(quán)利要求12的方法，其中用于產(chǎn)生第二電流的步驟還包括-使該電流信號與一個基準(zhǔn)電流相除，以便確定一個第一參數(shù)，-使第一電流與第二參數(shù)相乘，以便產(chǎn)生第二電流。
15.權(quán)利要求12、13或14的方法，還包括基于電流信號的最大值、電流信號的最小值、電流信號的平均值或是電流信號的RMS值來提供基準(zhǔn)電流。
16.前述權(quán)利要求12～15中任何一個權(quán)利要求的方法，還包括通過對用于電流信號的輸入線路進(jìn)行時分復(fù)用來提供基準(zhǔn)電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將電流信號Isignal轉(zhuǎn)換成電壓信號Vout的方法和電子電路，包括一個第一電阻器Rgain和一個第二電阻器Rconversion，基于施加到第一電阻器上的基準(zhǔn)電壓Vreference來產(chǎn)生一個第一電流Igain的裝置(2)，用于生成第二電流的裝置(3，4)，其中第二電流的大小是基于第一電流與電流信號相乘的大小來確定的，通過將第二電流施加到第二電阻器上來產(chǎn)生電壓信號的裝置(5)。
文檔編號H03F3/34GK1615488SQ02827467
公開日2005年5月11日 申請日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者F·J·P·范倫斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司