專利名稱：開(kāi)關(guān)充電乘法器－除法器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電子領(lǐng)域，特別是涉及一種模擬乘法器-除法器。
背景技術(shù)：
模擬乘法器-除法器在現(xiàn)代電子技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。乘法器-除法器產(chǎn)生與兩個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)成比例的一輸出信號(hào)。所述輸入和輸出信號(hào)既可以是電壓也可以是電流。
乘法器-除法器常見(jiàn)的用途之一是用于功率因數(shù)校正(PFC，powerfactor correction)電路。PFC電路通常使用乘法器-除法器根據(jù)輸入電流、反饋信號(hào)和輸入電壓生成控制信號(hào)。乘法器-除法器電路的其他用途還包括但不限于自動(dòng)增益控制(AGC，automatic gain control)電路。
構(gòu)建模擬乘法器-除法器有許多已知的方法，例如對(duì)數(shù)放大器和反對(duì)數(shù)放大器。對(duì)數(shù)放大器通常利用p-n接面電壓-安培特性實(shí)現(xiàn)；由下式給出ID＝I0×[exp(VD/ηVT)-1]---------------(1)其中I0為反向飽和電流；VD為正向偏壓；η為常數(shù)；VT＝T/11,600并且T為溫度°K。由于輸出電流ID是正向偏壓VD的指數(shù)函數(shù)，因此線性工作范圍很小。David A.Johns和Ken Martin所著“Analog Integrated CircuitDesign”一書(shū)(1997，p 366-367)中教授了另一種已知的模擬乘法器-除法器。該乘法器-除法器也是利用p-n接面元件實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，其被稱為四象限乘法器。
如圖1所示現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器是采用雙極晶體管元件構(gòu)建的。其提供輸出電流，該輸出電流的幅度與第一輸入電流和一電流比率的乘積成比例。電流比率等于第二輸入電流幅度除以一偏壓電流幅度。
其他許多現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器都是以圖1所示的原理為依據(jù)的。這些現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器由于都是采用雙極晶體管構(gòu)建，因此具有相同的缺陷。
圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器的缺陷之一是高制造成本。目前在許多應(yīng)用中，如PFC電路，采用雙極晶體管制造集成電路是不適宜的，因?yàn)殡p極晶體管占用許多芯片空間(die space)并且增加成本。
圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器的又一缺陷是電路的輸出受溫度影響變化極大。參見(jiàn)式(1)，顯然，雙極晶體管具有很高的溫度系數(shù)。因此，電路的輸出極易受溫度變化的影響。
圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器的又一缺陷是高功耗?，F(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器要求持續(xù)的非零的偏壓電流以便使雙極晶體管在線性模型下工作。這樣導(dǎo)致極高的功耗。
圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器的又一缺陷是極差的噪聲抗擾度。這是因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器使用高增益雙極晶體管元件。由于使用了這種元件，即使相對(duì)較小的輸入信號(hào)失真也會(huì)導(dǎo)致極大的輸出信號(hào)失真。
圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器的又一缺陷是其具有較窄的輸入范圍，如圖1所示的乘法器-除法器極易受到失真所影響。
因此，有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器的缺陷進(jìn)行改進(jìn)。特別是非常需要一種具有較小芯片尺寸同時(shí)適合于更大工作溫度范圍的乘法器-除法器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明的乘法器-除法器根據(jù)三個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生一輸出信號(hào)。該輸出信號(hào)與第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)的乘積除以第三輸入信號(hào)成比例。
本發(fā)明的一目的在于提供一種通用乘法器-除法器。本發(fā)明的目的還在于提供一種適合應(yīng)用于開(kāi)關(guān)型電源供應(yīng)器的功率因數(shù)校正(PFC)電路的乘法器-除法器。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種采用CMOS工藝制造的乘法器-除法器。根據(jù)本發(fā)明的乘法器-除法器獨(dú)一地采用了基于MOSFET的元件。因此，與現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器相比，本發(fā)明的乘法器-除法器能夠大大減少芯片尺寸、以獲得較低的制造成本。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種與現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器相比具有與溫度無(wú)關(guān)特性的乘法器-除法器。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種低功耗的乘法器-除法器。根據(jù)本發(fā)明乘法器-除法器不需要一持續(xù)的偏壓電流。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種提高了噪聲抗擾度的乘法器-除法器。根據(jù)本發(fā)明的乘法器-除法器的輸出信號(hào)精度不會(huì)受來(lái)自輸入信號(hào)的低噪聲分量的嚴(yán)重影響。
簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)充電(switched charge)乘法器-除法器。該開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器是根據(jù)電容器充電理論構(gòu)建的。電容器上的電壓與充電電流和充電時(shí)間間隔的乘積成比例，且再除以電容器的電容量。利用調(diào)制充電電流和可編程充電時(shí)間來(lái)開(kāi)關(guān)電容器，可以控制電容器上的電壓。該電容器電壓就是所述開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器的輸出電壓。
根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器能夠執(zhí)行信號(hào)乘法和除法。采用電容器充電技術(shù)能夠以更低的功耗、更高的噪聲抗擾度、更寬的工作范圍和更低的溫度系數(shù)實(shí)現(xiàn)乘法器-除法器。
上述簡(jiǎn)要說(shuō)明和下面的詳細(xì)說(shuō)明都僅僅是示范性的，用來(lái)為后附權(quán)利要求所主張的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。


附圖用來(lái)進(jìn)一步理解本發(fā)明，并且構(gòu)成本發(fā)明的一部分。附圖展示了本發(fā)明的實(shí)施例與說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。
圖1是現(xiàn)有乘法器-除法器的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器的方塊圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器的鋸齒信號(hào)發(fā)生器的示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器的鋸齒信號(hào)發(fā)生器的動(dòng)態(tài)電流吸收器的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器的脈沖發(fā)生器的示意圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器的鋸齒信號(hào)發(fā)生器的時(shí)序圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器的脈沖發(fā)生器的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，附圖中的內(nèi)容僅用來(lái)展示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例并非對(duì)其進(jìn)行限定。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器?，F(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器由6個(gè)雙極晶體管10、11、12、13、14和15的陣列構(gòu)成。每個(gè)晶體管10、11、12、13、14和15的基極連接在一起。
晶體管10的集電極與晶體管10的基極連接。晶體管的發(fā)射極連接到接地參考。晶體管10的集電極連接到第一正輸入端。晶體管11的集電極連接到負(fù)輸出端。晶體管12的集電極連接到正輸出端。晶體管13的集電極連接到負(fù)輸出端。晶體管12的發(fā)射極和晶體管13的發(fā)射極連接到第二正輸入端。晶體管14的集電極連接到正輸出端。晶體管11的發(fā)射極和晶體管14的發(fā)射極連接第二負(fù)輸入端。晶體管15的集電術(shù)連接到第一負(fù)輸入端。晶體管15的集電極連接到晶體管15的基極。晶體管15的發(fā)射極連接到接地參考。該電路的工作是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，在此沒(méi)有必要詳細(xì)說(shuō)明。
如上所述，該現(xiàn)有技術(shù)的乘法器-除法器的主要缺陷是它是由雙極晶體管構(gòu)成。這樣導(dǎo)致較大的芯片尺寸并且其特性中受溫度影響很高。
為了克服這些缺陷，本發(fā)明提出了一種由MOSFET元件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器。圖2是本發(fā)明的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100的方塊圖。開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100具有接收第一乘法器輸入信號(hào)VB的第一乘法器輸入端、接收第二乘法器輸入信號(hào)IA的第二乘法器輸入端，以及接收除法器輸入信號(hào)VC的除法器輸入端。該開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100還具有生成輸出電壓信號(hào)VM的輸出端。輸出電壓信號(hào)VM的大小與與第一乘法器輸入信號(hào)VB的大小乘以第二乘法器輸入信號(hào)IA的大小除以除法器輸入信號(hào)VC所得結(jié)果成比例。第一乘法輸入信號(hào)VB和除法器輸入信號(hào)VC是電壓信號(hào)，而第二乘法器輸入信號(hào)IA是電流信號(hào)。開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100的輸出可以用下式表達(dá)VM∝k×(IA×VBVC)---(2)]]>其中k為常數(shù)。
然而，應(yīng)該理解電壓輸入/輸出可轉(zhuǎn)換為電流輸入/輸出，而在不脫離本發(fā)明精神下電流輸入/輸出也可轉(zhuǎn)換為電壓輸入/輸出。電流轉(zhuǎn)換為電壓或電壓轉(zhuǎn)換為電流的方法都是本技術(shù)領(lǐng)域?qū)I(yè)人員所熟知的。
開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100是根據(jù)電容器充電理論而實(shí)現(xiàn)。下面是一個(gè)描述電容器特性的重要公式Q＝C×V＝l×T---------------(3)其中Q是電荷，C是電容器的電容量，V是電容器電壓，I是充電電流，T是充電時(shí)間。
根據(jù)式(3)，可編程充電時(shí)間T1可下式表示T1=VB×C1I1---(4)]]>充電電流I1對(duì)電容量為C1的電容器充電。
I1=VCR1]]>式(4)還可寫(xiě)為T1=R1×C1B×VBVC---(5)]]>在可編程充電時(shí)間T1期間使用第二乘法器輸入信號(hào)IA對(duì)電容量為C2的電容器進(jìn)行充電將在乘法器-除法器100的輸出端生成輸出電壓信號(hào)VM。
VM=IAC2×T1=C1C2×R1×IA×VBVC=k×IA×VBVC]]>其中R1是電阻器的電阻，C1和C2是電容器的電容量，k是常數(shù)，等于R1×(C1/C2)。
因此，乘法器-除法器的基本模型按如上所述構(gòu)造。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100的優(yōu)選實(shí)施例。開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100包括鋸齒信號(hào)發(fā)生器110、充電時(shí)間控制電路120、線性充電電路130、采樣保持電路140，以及脈沖發(fā)生器200。鋸齒信號(hào)發(fā)生器110生成具有固定周期的鋸齒信號(hào)VSAW。鋸齒信號(hào)VSAW的最大電壓和轉(zhuǎn)換率與除法器輸入信號(hào)VC的大小成比例。鋸齒信號(hào)VSAW與第一乘法器輸入信號(hào)VB進(jìn)行比較，生成充電時(shí)間信號(hào)VCT。充電時(shí)間信號(hào)VCT確定充電時(shí)間控制電路120的可編程充電時(shí)間T1。由此可編程充電時(shí)間T1受到除法器輸入信號(hào)VC和第一乘法器的輸入信號(hào)VB控制。線性充電電路130包括被第二乘法器輸入信號(hào)IA充電的充電電路。線性充電電路130的充電時(shí)間由可編程充電時(shí)間T1控制。采樣保持電路140采樣線性充電電路130的輸出級(jí)信號(hào)VC2并在開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100的輸出端保持輸出電壓信號(hào)VM。
脈沖發(fā)生器200產(chǎn)生多個(gè)控制信號(hào)，包括脈沖信號(hào)PLS、采樣信號(hào)SMP和清除信號(hào)CLR。如圖8所示，采樣信號(hào)SMP經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間tD1后跟隨脈沖信號(hào)PLS。清除信號(hào)CLR在經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間tD2后跟隨采樣信號(hào)SMP發(fā)生。
圖6所示為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的脈沖發(fā)生器200。脈沖發(fā)生器200包括電流源210、開(kāi)關(guān)211、開(kāi)關(guān)212及電流宿213。脈沖發(fā)生器200還包括電容器220、遲滯比較器221、非門222、非門223。脈沖發(fā)生器200還包括比較器230、非門231、非門232、與非門240、與非門241及非門242。脈沖發(fā)生器200還包括非門250、非門251、非門252及與門253。脈沖發(fā)生器200還包括非門260、非門261、非門262、與門263及與非門270。
電流源210的輸入端連接到電壓源VDD。開(kāi)關(guān)211連接于電流源210的輸出端與輸入節(jié)之間。開(kāi)關(guān)212連接于輸入節(jié)和電流宿213的輸入端之間。電流宿213的輸出端連接到接地參考。遲滯比較器221的輸入端連接到輸入節(jié)。電容器220連接于遲滯比較器221的輸入端與接地參考之間。遲滯比較器221的輸出端連接到非門222的輸入端。非門222的輸出端連接到非門223的輸入端。電壓端VR連接到非門223的輸出端。
比較器230的正輸入端連接到鋸齒信號(hào)發(fā)生器110的輸出端，用來(lái)接收鋸齒信號(hào)VSAW。比較器230的負(fù)輸入端被施加以參考電壓VREF。比較器230的輸出端連接到非門231的輸入端。非門231的輸出端連接到非門232的輸入端。非門232的輸出端連接到電壓端VS。
與非門240的第一輸入端連接到非門223的輸出端。與非門240的第二輸入端連接到與非門241的輸出端。與非門241的第一輸入端連接到與非門240的輸出端。與非門241的第二輸入端連接到與非門232的輸出端。與非門240的輸出端輸出時(shí)鐘信號(hào)CK1，該時(shí)鐘信號(hào)CK1被供給開(kāi)關(guān)212的控制端。時(shí)鐘信號(hào)CK1還經(jīng)由非門242供給至開(kāi)關(guān)211的控制端。
非門250的輸入端連接到與非門240的輸出端，以便接收時(shí)鐘信號(hào)CK1。非門251的輸入端連接到非門250的輸出端，非門252的輸入端連接到非門251輸出端。非門252的輸出端連接到與門253的輸入端。非門253的反相輸入連接到非與門240的輸出端。脈沖發(fā)生器200的與門253輸出采樣信號(hào)SMP。
非門260的輸入端連接到電壓端VR。非門261的輸入端連接到非門260的輸出端。非門262的輸入端連接到非門261的輸出端。非門262的輸出端連接到與門263的輸入端。與門263的反相輸入連接到電壓端VR。脈沖發(fā)生器200的與門263輸出清除信號(hào)CLR。
與非門270的第一輸入端連接到與非門240的輸出端。與非門270的第二輸入端連接到電壓端VR。脈沖發(fā)生器200的與非門270的輸出端輸出脈沖信號(hào)PLS。
圖8是脈沖發(fā)生器200生成的輸出信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)的工作時(shí)序圖。此種電路的工作是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，因此這里不再進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
當(dāng)脈沖發(fā)生器200生成脈沖信號(hào)PLS時(shí)，鋸齒信號(hào)發(fā)生器110就會(huì)響應(yīng)除法器輸入信號(hào)VC輸出鋸齒信號(hào)VSAW。脈沖信號(hào)PLS變低邏輯時(shí)，充電時(shí)間控制電路120就會(huì)將鋸齒信號(hào)VSAW與第一乘法器輸入信號(hào)VB進(jìn)行比較，產(chǎn)生充電時(shí)間信號(hào)VCT。充電時(shí)間信號(hào)VCT的可編程充電時(shí)間T1將會(huì)與第一乘法器輸入信號(hào)VB除以除法器輸入信號(hào)VC的量值成比例。線性充電電路130會(huì)對(duì)電容器131進(jìn)行充電，充電持續(xù)時(shí)間為可編程充電時(shí)間T1。電容器131將被幅度與第二乘法器輸入信號(hào)IA的量值成比例的電流充電。在這一點(diǎn)，電容器131的電荷將決定開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100的輸出電壓信號(hào)VM的量值。當(dāng)脈沖發(fā)生器200提供采樣信號(hào)SMP時(shí)，線性充電電路130的輸出級(jí)信號(hào)VC2將被采樣保持電路140采樣，產(chǎn)生乘法器-除法器100的輸出電壓信號(hào)VM。采樣信號(hào)SMP的下降沿和清除信號(hào)CLR的上升沿之間被插入延遲時(shí)間tD2，對(duì)開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100進(jìn)行重置。
圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的鋸齒信號(hào)發(fā)生器110。鋸齒信號(hào)發(fā)生器110包括開(kāi)關(guān)111、非門112、開(kāi)關(guān)113、電容量為C1的電容器114、以及動(dòng)態(tài)電流宿115。脈沖發(fā)生器200的脈沖信號(hào)PLS提供至開(kāi)關(guān)111的控制端和非門112的輸入端。非門112的輸出端連接到開(kāi)關(guān)113的控制端。開(kāi)關(guān)111被供給除法器輸入信號(hào)VC并連接到鋸齒發(fā)生器110的輸出端。電容器114連接于鋸齒信號(hào)發(fā)生器110的輸出端和接地參考之間。開(kāi)關(guān)113連接于鋸齒信號(hào)發(fā)生器110的輸出端和動(dòng)態(tài)電流宿115的輸入端之間。動(dòng)態(tài)電流宿115的輸出端連接到接地參考。除法器輸入信號(hào)VC提供給動(dòng)態(tài)電流宿115的調(diào)制端。
當(dāng)脈沖發(fā)生器200提供高邏輯脈沖信號(hào)PLS時(shí)，開(kāi)關(guān)111將閉合。這樣會(huì)導(dǎo)致除法器輸入信號(hào)VC向電容器114充電。當(dāng)脈沖信號(hào)PLS變?yōu)榈瓦壿嫊r(shí)，會(huì)使開(kāi)關(guān)111斷開(kāi)與開(kāi)關(guān)113閉合。在這一點(diǎn)上，電容器114會(huì)開(kāi)始經(jīng)由動(dòng)態(tài)電流宿115放電。為了確保放電時(shí)間與除法器輸入信號(hào)VC無(wú)關(guān)，動(dòng)態(tài)電流宿115生成與除法器輸入信號(hào)VC成比例的吸收電流I1。因此鋸齒信號(hào)VSAW的最大電壓和轉(zhuǎn)換率將會(huì)與除法器輸入信號(hào)VC的量值成比例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電流宿115。動(dòng)態(tài)電流宿115生成與除法器輸入信號(hào)VC的量值成比例的吸收電流I1。將其用來(lái)調(diào)節(jié)電容器114的放電時(shí)間，從而使鋸齒信號(hào)VSAW的周期長(zhǎng)度與開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100的輸入信號(hào)的量值無(wú)關(guān)。
動(dòng)態(tài)電流宿115包括運(yùn)算放大器116、電阻值為R1的電阻器117和MOSFET 118。運(yùn)算放大器116的正極端，也就是動(dòng)態(tài)電流宿115的調(diào)制端，被施加除法器輸入信號(hào)VC。運(yùn)算放大器116的負(fù)極端連接到MOSFET 118的源極。MOSFET 118的漏極，也就是動(dòng)態(tài)電流宿115的輸入端，連接到圖4中所示的開(kāi)關(guān)113的輸出端。電阻器117的第一端連接到MOSFET 118的源極。電阻器117的第二端，也就是動(dòng)態(tài)電流宿115的輸出端，連接到接地參考。運(yùn)算放大器116的輸出端連接到MOSFET 118的柵極。動(dòng)態(tài)電流宿115生成吸收電流I1，其與除法器輸入信號(hào)VC除以電阻器117的電阻值R1的量值成比例。該電路的工作是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，這里不再進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
參見(jiàn)圖3，鋸齒信號(hào)發(fā)生器110的輸出端向充電時(shí)間控制電路120提供鋸齒信號(hào)VSAW。充電時(shí)間控制電路120包括比較器121、與門122和非門123。
比較器121的負(fù)極端連接到鋸齒信號(hào)發(fā)生器110的輸出端。第一乘法器輸入信號(hào)VB被提供給比較器121的正極端。比較器121的輸出端連接到與門122的第一輸入端。與門122的第二輸入端連接到非門123的輸出端。脈沖信號(hào)發(fā)生器200向非門123的輸入端提供脈沖信號(hào)PLS。與門122的輸出端生成充電時(shí)間信號(hào)VCT，以便決定可編程充電時(shí)間T1。
比較器121將對(duì)第一乘法器輸入信號(hào)VB和鋸齒信號(hào)發(fā)生器110的鋸齒信號(hào)VSAW進(jìn)行比較。當(dāng)脈沖信號(hào)發(fā)生器200提供的脈沖信號(hào)PLS變低邏輯時(shí)，與門122會(huì)輸出充電時(shí)間信號(hào)VCT，其中所述充電時(shí)間信號(hào)VCT的接通時(shí)間與第一乘法器輸入信號(hào)VB的量值成比例。
充電時(shí)間信號(hào)VCT被提供給線性充電電路130。線性充電電路130包括具有電容量C2的電容器131、開(kāi)關(guān)132和開(kāi)關(guān)133。
開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100的第二乘法器輸入信號(hào)IA提供給線性充電電路130的輸入端。開(kāi)關(guān)132連接于線性充電電路130的輸入端和線性充電電路130的輸出端。開(kāi)關(guān)132的控制端連接到與門122的輸出。開(kāi)關(guān)132的接通時(shí)間t132與電阻器117的電阻值R1、電容器114的電容量C1和第一乘法器輸入信號(hào)VB的量值的乘積成比例。開(kāi)關(guān)132的接通時(shí)間t132與除法器輸入信號(hào)VC的量值成反比關(guān)系。開(kāi)關(guān)133連接于線性充電電路130的輸出端與接地參考之間。脈沖發(fā)生器200向開(kāi)關(guān)133的控制端提供清除信號(hào)CLR。電容器131連接于線性充電電路130的輸出端與接地參考之間。
當(dāng)開(kāi)關(guān)132被與門122提供的充電時(shí)間信號(hào)VCT閉合時(shí)，開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100的第二乘法器輸入信號(hào)IA就會(huì)提供電流為電容器131充電。該電流的幅度與第二乘法器輸入信號(hào)IA的量值成比例。當(dāng)脈沖發(fā)生器200生成高邏輯清除信號(hào)CLR時(shí)，開(kāi)關(guān)133將閉合，電容器131中存儲(chǔ)的電荷會(huì)被放電。
采樣保持電路140包括運(yùn)算放大器141、開(kāi)關(guān)142和電容器143。運(yùn)算放大器141的正輸入端連接到線性充電電路130的輸出端。運(yùn)算放大器141的負(fù)極輸入連接到運(yùn)算放器141的輸出端。開(kāi)關(guān)142連接于運(yùn)算放大器141的輸出端和開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100的輸出端之間。開(kāi)關(guān)142的控制端被脈沖發(fā)生器200的采樣信號(hào)SMP控制。電容器143連接于開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100的輸出端和接地參考之間。
運(yùn)算放大器141是電容器131的電荷的緩沖器。當(dāng)來(lái)自脈沖發(fā)生器200高邏輯采樣信號(hào)SMP將開(kāi)關(guān)142閉合時(shí)，運(yùn)算放大器141的輸出端的電壓就會(huì)等于電容器131的電勢(shì)。電容器131的最大電壓將決定開(kāi)關(guān)充電乘法器-除法器100輸出端的輸出電壓信號(hào)VM。在常數(shù)因子內(nèi)，該輸出電壓信號(hào)VM將與第一乘法器輸入信號(hào)VB乘以第二乘法器輸入信號(hào)IA再除以除法器輸入信號(hào)VC的量值所得結(jié)果成比例。電容器143作為保持電容器保持輸出電壓信號(hào)VM。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種乘法器-除法器電路，其特征在于其包括一第一乘法器輸入端，用以接收一第一乘法器輸入信號(hào)；一第二乘法器輸入端，用以接收一第二乘法器輸入信號(hào)；一除法器輸入端，用以接收一除法器輸入信號(hào)；一輸出電壓端，用以生成一輸出電壓信號(hào)；一脈沖發(fā)生器，用以生成一脈沖信號(hào)、一采樣信號(hào)和一清除信號(hào)；一鋸齒信號(hào)發(fā)生器，用以響應(yīng)所述除法器輸入信號(hào)而生成一鋸齒信號(hào)，所述鋸齒信號(hào)的周期是固定的，并且所述鋸齒信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率和最大電壓與所述除法器輸入信號(hào)成比例；一充電時(shí)間控制電路，用以生成一充電時(shí)間信號(hào)，以便產(chǎn)生一可編程充電時(shí)間，將所述鋸齒信號(hào)與所述第一乘法器輸入信號(hào)進(jìn)行比較，以便產(chǎn)生所述充電時(shí)間信號(hào)；一線性充電電路，具有用以生成一輸出級(jí)信號(hào)的一充電電路，所述線性充電電路的充電時(shí)間由所述可編程充電時(shí)間決定；和一采樣保持電路，用以對(duì)所述輸出級(jí)信號(hào)進(jìn)行采樣并在所述乘法器-除法器電路的所述輸出電壓端產(chǎn)生所述輸出電壓信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述乘法器-除法器電路的所述輸出電壓信號(hào)的量值與所述第一乘法器輸入信號(hào)的量值和所述第二乘法器輸入信號(hào)的量值的乘積成比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述乘法器-除法器電路的所述輸出電壓信號(hào)的量值與所述除法器輸入信號(hào)的量值成反比關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述鋸齒信號(hào)發(fā)生器包括一第一鋸齒輸入端，用以接收所述脈沖信號(hào)；一第二鋸齒輸入端，用以接收所述除法器輸入信號(hào)；一鋸齒輸出端，用以生成所述鋸齒信號(hào)；一鋸齒電容器，連接于所述鋸齒輸出端和一接地參考之間；鋸齒電流宿，用以對(duì)所述鋸齒電容器進(jìn)行放電，其中所述鋸齒電流宿具有連接到所述接地參考的一輸出端，并且其中所述鋸齒電流宿具有一連接到所述第二鋸齒輸入端的調(diào)制端；一鋸齒反相器，具有一連接到所述第一鋸齒輸入端的輸入端；鋸齒放電開(kāi)關(guān)，連接于所述鋸齒輸出端和所述鋸齒電流宿的一輸入端之間，所述鋸齒放電開(kāi)關(guān)具有一連接到所述鋸齒反相器輸出端的控制端；和一鋸齒充電開(kāi)關(guān)，連接于所述第二鋸齒輸入端和所述鋸齒輸出端之間，所述鋸齒充電開(kāi)關(guān)具有一連接到所述第一鋸齒輸入端的控制端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述鋸齒電流宿包括一鋸齒晶體管，用以產(chǎn)生一放電電流；一鋸齒放大器，具有一用來(lái)控制所述鋸齒晶體管的輸出端，其中所述鋸齒放大器具有一連接到所述鋸齒晶體管源極的負(fù)輸入端，并且所述鋸齒放大器具有一連接到所述第二鋸齒輸入端的正輸入端；和一鋸齒電阻器，連接于所述鋸齒晶體管源極和所述鋸齒電流宿的所述輸出端之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述鋸齒電容器的放電時(shí)間在所述除法器輸入信號(hào)變化的情況下仍保持恒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述鋸齒信號(hào)的峰值與所述除法器輸入信號(hào)的量值成比例。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述充電時(shí)間控制電路包括一充電時(shí)間比較器，其具有一連接到所述第一乘法器輸入端的正輸入端，并且所述充電時(shí)間比較器具有一被提供所述鋸齒信號(hào)的負(fù)輸入端；一脈沖反相器，用以反相所述脈沖信號(hào)；和一與門，用以生成所述充電時(shí)間信號(hào)，所述與門具有一連接到所述充電時(shí)間比較器輸出端的第一輸入端，并且所述與門具有一連接到所述脈沖反相器輸出端的第二輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述可編程充電時(shí)間的周期與所述第一乘除信號(hào)的量值除以所述除法器輸入信號(hào)的量值所得之比率成比例。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述線性充電電路包括一充電電容器，用以生成所述輸出級(jí)信號(hào)，所述充電電容器連接到所述接地參考；一充電開(kāi)關(guān)，連接于所述第二乘法器輸入端和所述充電電容器之間，所述充電開(kāi)關(guān)具有一被提供所述充電時(shí)間信號(hào)的控制端；和一放電開(kāi)關(guān)，連接于所述充電電容器和所述接地參考之間，用以對(duì)所述充電電容器進(jìn)行放電，所述放電開(kāi)關(guān)具有一受到所述清除信號(hào)控制的控制端。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述乘法器-除法器電路的狀態(tài)是響應(yīng)于所述清除信號(hào)和所述采樣信號(hào)而被刷新。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述采樣保持電路包括一采樣保持放大器，用以緩沖所述輸出級(jí)信號(hào)，所述采樣保持放大器具有一被提供所述第一輸出狀態(tài)信號(hào)的正輸入端，并且所述采樣保持放大器具有一連接到所述采樣保持放大器輸出端的輸入端；一采樣保持開(kāi)關(guān)，用以對(duì)所述輸出級(jí)信號(hào)進(jìn)行采樣，所述采樣保持開(kāi)關(guān)連接于所述采樣保持放大器的所述輸出端與所述乘法器-除法器電路的所述輸出電壓端之間，并且所述采樣保持開(kāi)關(guān)具有一被提供所述采樣信號(hào)的控制端；和一采樣保持電容器，用以保持所述輸出電壓信號(hào)，所述采樣保持電容器連接于所述乘法器-除法器電路的輸出電壓端和所述接地參考之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述脈沖發(fā)生器包括一脈沖輸出端，用以生成所述脈沖信號(hào)；一采樣輸出端，用以生成所述采樣信號(hào)；一清除輸出端，用以生成所述清除信號(hào)；一脈沖發(fā)生器電流源，具有一連接到電壓源的輸入端；一脈沖發(fā)生器電流宿，具有一連接到接地參考的輸出端；一脈沖發(fā)生器接合點(diǎn)；一第一脈沖發(fā)生器開(kāi)關(guān)，連接于所述脈沖發(fā)生器電流源的一輸出端和所述脈沖發(fā)生器接合點(diǎn)之間；一第二脈沖發(fā)生器開(kāi)關(guān)，連接于所述脈沖發(fā)生器接合點(diǎn)和所述脈沖發(fā)生器電源宿的一輸入端之間；和一控制電路，用以控制所述第一脈沖發(fā)生器開(kāi)關(guān)和所述第二脈沖發(fā)生器開(kāi)關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述控制電路包括一遲滯比較器，其具有一連接到所述脈沖發(fā)生器接合點(diǎn)的一輸入端；一脈沖發(fā)生器電容器，連接于所述遲滯比較器的所述輸入端和所述接地參考之間；一由兩個(gè)非門構(gòu)成的第一陣列，具有一連接到所述遲滯比較器輸出端的輸入端；一脈沖發(fā)生器比較器，具有一連接到所述鋸齒信號(hào)發(fā)生器的所述鋸齒輸出端的正輸入端，所述脈沖發(fā)生器比較器具有一連接到一參考電壓端的負(fù)輸入端；一由兩個(gè)非門構(gòu)成的第二陣列，具有一連接到所述脈沖發(fā)生器比較器輸出端的輸入端；一閂鎖電路，由一第一與非門和一第二與非門構(gòu)成，所述閂鎖電路具有一連接到所述第一陣列的一輸出端的第一輸入端，所述閂鎖電路具有一連接到所述第二陣列的一輸出端的第二輸入端，并且所述閂鎖電路具有一用來(lái)向所述第二脈沖發(fā)生器開(kāi)關(guān)的控制端提供時(shí)鐘信號(hào)的輸出端；和一非門，用以向所述第一脈沖發(fā)生器開(kāi)關(guān)的控制端提供一反相時(shí)鐘信號(hào)，其中所述非門具有一連接到所述閂鎖電路的所述輸出端的輸入端。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述控制電路還包括一由三個(gè)非門構(gòu)成的第三陣列，具有一連接到所述閂鎖電路的所述輸出端的輸入端；一第一脈沖發(fā)生器與門，具有一連接到所述第三陣列的一輸出端的輸入端，所述第一脈沖發(fā)生器與門具有一連接到所述閂鎖電路的輸出端的反相輸入端，并且所述第一脈沖發(fā)生器與門具有一連接到所述采樣輸出端的輸出端；一由三個(gè)非門構(gòu)成的第四陣列，具有一連接到所述閂鎖電路的所述第一輸入端的輸入端；一第二脈沖發(fā)生器與門，具有一連接到所述第四陣列的一輸出端的輸入端，所述第二脈沖發(fā)生器與門具有一連接到所述閂鎖電路的所述第一輸入端的反相輸入端，并且所述第二脈沖發(fā)生器與門具有一連接到所述脈沖發(fā)生器的所述清除輸出端的輸出端；和一第三與非門，具有一連接到所述閂鎖電路所述輸出端的第一輸入端，所述第三與非門具有一連接到所述閂鎖電路的所述第一輸入端的第二輸入端，并且所述第三與非門具有一連接到所述脈沖發(fā)生器的所述脈沖輸出端的輸出端。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述采樣信號(hào)是響應(yīng)于所述脈沖信號(hào)在一第一延遲時(shí)間之后生成的，所述清除信號(hào)是響應(yīng)于所述采樣信號(hào)在一第二延遲時(shí)間之后生成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘法器-除法器電路，其特征在于其中所述乘法器-除法器電路是由基于CMOS MOSFET的組件構(gòu)成。
18.一種乘法器-除法器電路中電路工作的方法，其特征在于其包括以下步驟接收第一乘法器輸入信號(hào)；接收第二乘法器輸入信號(hào)；接收除法器輸入信號(hào)；生成一脈沖信號(hào)；響應(yīng)于所述脈沖信號(hào)在一第一延遲時(shí)間之后生成一采樣信號(hào)；響應(yīng)于所述采樣信號(hào)在一第二延遲時(shí)間之后生成一清除信號(hào)；響應(yīng)于所述脈沖信號(hào)生成一鋸齒信號(hào)，其中所述鋸齒信號(hào)的峰值與所述除法器輸入信號(hào)的量值成比例，并且所述鋸齒信號(hào)的周期是恒定的；對(duì)一電容器充電以便生成一輸出級(jí)信號(hào)，所述電容器被幅度與所述第二乘法器輸入信號(hào)的量值成比例的一電流充電；控制所述電容器的一充電時(shí)間，其中所述電容器的所述充電時(shí)間與所述第一乘法器輸入信號(hào)的量值成比例，其中所述電容器的所述充電時(shí)間與所述除法器輸入信號(hào)的量值成反比例關(guān)系；對(duì)所述電容器放電，以便刷新所述乘法器-除法器電路的狀態(tài)；以及采樣并保持所述輸出級(jí)信號(hào)，以便產(chǎn)生一輸出電壓信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的乘法器-除法器電路中電路工作的方法，其特征在于其中所述乘法器-除法器電路的所述輸出電壓信號(hào)的量值與所述第一乘法器輸入信號(hào)的量值和所述第二乘法器輸入信號(hào)的量值的乘積成比例。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的乘法器-除法器電路中電路工作的方法，其特征在于其中所述乘法器-除法器電路的所述輸出電壓信號(hào)的量值與所述除法器輸入信號(hào)的量值成反比例關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明的開(kāi)關(guān)充電乘法器－除法器由CMOS元件構(gòu)建。運(yùn)用電容器充電理論實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)充電乘法器－除法器的電路。該開(kāi)關(guān)充電乘法器－除法器包括輸出電容器并控制該輸出電容器的一電壓，使該電壓與充電電流和充電時(shí)間的乘積成比例。該開(kāi)關(guān)充電乘法器－除法器可理想地用于開(kāi)關(guān)型電源供應(yīng)器的功率因數(shù)校正(PFC)。該開(kāi)關(guān)充電乘法器－除法器還可用于自動(dòng)增益控制(AGC)電路。
文檔編號(hào)H03K19/0944GK1836204SQ200480022952
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月12日
發(fā)明者楊大勇, 林振宇, 呂瑞鴻 申請(qǐng)人:崇貿(mào)科技股份有限公司