專利名稱：一種電壓控制的等效電阻電路和一種濾波電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，尤其是涉及一種電壓控制的等效電阻電路和一種濾波電路。
背景技術(shù)：
在CMOS工藝下，有多晶硅電阻、金屬電阻等不同類型的電阻，但是這些電阻的阻值易受工藝條件和溫度等環(huán)境參數(shù)的影響，并且阻值為固定值，不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。然而在大規(guī)模集成電路中，片內(nèi)需要感應(yīng)電流或者電壓的情況下，對電阻的精度要求比較高，并且要求阻值是隨感應(yīng)電流或者電壓的變化而變化的，此時普通的無源電阻就不能滿足我們的要求了。通過晶體管或者M(jìn)OS管等效的有源電阻的精度與集成電路的制作工藝相關(guān)，而集成電路制造工藝中，遷移率μ η和寄生氧化層電容Cra相比電阻制造工藝的參數(shù)更容易控制，變化更小。因此，通過晶體管或者M(jìn)OS管等效的有源電阻的阻值精度更高，并且能夠通過電壓或者電流的變化控制阻值的變化。因此這種有源電阻成為大規(guī)模集成電路中應(yīng)用最廣泛的電阻之一。它可以應(yīng)用在有源電阻電容濾波器、振蕩器、可變增益放大器、電壓或者電流轉(zhuǎn)換頻率器件中。一種有源電阻是通過電流控制CCCII (第二代電流轉(zhuǎn)換器)制造的浮動電阻，請參閱圖I和圖2，CCCII滿足以下公式，Iy = OVx = VY+RxXIxIz = kXVx其中Rx為X端口的阻抗，理想的CCCII在Y端口的輸入阻抗無限大，，輸入端口 Z 等效一個電流產(chǎn)生器，可以驅(qū)動無限大的輸出阻抗。X端口的阻抗Rx可以通過偏置電流I。 來控制，Rx = Vt/(210)在溫度為27°C時，有Vt = kT / q = 26 mV電流增益k可以表示為k = Vl2請參閱圖3，基于CCCII提出的高值電流控制浮動電阻值Req = (2Rx+Rl) /k根據(jù)以上公式可以得出Req= I2(VVRl)ZI1其中有Iq = Iqi = Ici2可見，浮動電阻的阻值由偏置電流Itl以及I1和I2的電流比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是通過晶體管等效的有源電阻，不能在CMOS工藝中集成，因此無法用在模擬CMOS集成電路中，大大影響了它的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種電壓控制等效電阻的電路和一種濾波電路， 以實現(xiàn)能夠使用在CMOS集成電路中的高精度的電壓控制等效電阻。本發(fā)明提出的一種電壓控制的等效電阻電路包括第一 PMOS管以及與之寬長比相同的第二、第三和第四PMOS管；第五PMOS管以及與之寬長比相同的第六PMOS管；第七PMOS管以及與之寬長比相同的第八PMOS管；第一 NMOS管以及與之寬長比相同的第二 NMOS管；第三NMOS管以及與之寬長比相同的第四NMOS管；第五NMOS管以及與之寬長比相同的第六NMOS管；第七NMOS 管；第一、第三、第五、第六、第七和第八PMOS管的源極均耦合到電源電壓；第五PMOS 管的漏極和柵極、第六PMOS管的柵極耦合到第一 NMOS管的漏極；第八PMOS管的漏極和柵極、第七PMOS管的柵極耦合到第二 NMOS管的漏極；第一 PMOS管的漏極、第二 PMOS管的源極耦合到第二 NMOS管的柵極；第三PMOS管的漏極、第四PMOS管的源極耦合到第一 NMOS管的柵極；第一和第三PMOS管的柵極耦合到第七NMOS管的源極；第七NMOS管的柵極和漏極耦合到控制電壓；第二、第四PMOS管的漏極、第三、第四、第五以及第六NMOS管的源極耦合到地電壓；第四NMOS管的柵極、第三NMOS管的柵極和漏極耦合到第七PMOS管的漏極；第五 NMOS管的柵極、第六NMOS管的柵極和漏極耦合到第六PMOS管的漏極；第一NMOS管的源極、 第二 PMOS管的柵極和第四NMOS管的漏極耦合到第一節(jié)點(diǎn)；第二 NMOS管的源極、第四PMOS 管的柵極和第五NMOS管的漏極耦合到第二節(jié)點(diǎn)；第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)為所述等效電阻的兩端。優(yōu)選地，該等效電阻電路還包括一開關(guān)電源電路，其特征在于，所述開關(guān)電源電路為所述等效電阻電路提供控制電壓。優(yōu)選地，開關(guān)電源電路包括電流感應(yīng)電路和開關(guān)電源電壓轉(zhuǎn)換電路。電流感應(yīng)電路包括電壓鏡像電路、第八NMOS管和第九NMOS管，第八NMOS管的柵極和漏極耦合到電壓鏡像電路，第九NMOS管的柵極和漏極耦合到第八NMOS管的源極，第九NMOS管兩端的電壓為所述等效電阻電路提供控制電壓。本發(fā)明還提出了一種濾波電路，該濾波電路包括運(yùn)算放大器、輸入阻抗、反饋阻抗和電阻，該濾波電路中的電阻為本發(fā)明提出的等效電阻電路。由技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供了一種電壓控制等效電阻的電路，實現(xiàn)了使用MOS 管等效的有源電阻，使得此等效電阻可以廣泛使用在CMOS集成電路中。其次由于其制造工藝的參數(shù)相比無源電阻制造工藝中的參數(shù)更容易控制，變化更小，因此保證了高精度的阻值。還可通過電壓的變化控制電阻的阻值。


圖I為晶體管CCCII結(jié)構(gòu)框圖2為晶體管CCCII組成電路圖；圖3為電流控制等效電阻結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本發(fā)明等效電阻電路圖；圖5為濾波電路圖；圖6為采用了感應(yīng)電流電路的開關(guān)電源電路圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種電壓控制的等效電阻電路，包括第一 PMOS管以及與之寬長比尺寸相同的第二、第三和第四PMOS管，第五PMOS管以及與之寬長比尺寸相同的第六PMOS管，第七PMOS管以及與之寬長比尺寸相同的第八PMOS管，第一 NMOS管以及與之寬長比尺寸相同的第二 NMOS管，第三NMOS管以及與之寬長比尺寸相同的第四NMOS管，第五NMOS管以及與之寬長比尺寸相同的第六NMOS管，第七NMOS 管。第一、第三、第五、第六、第七和第八PMOS管的源極均耦合到電源電壓；第五PMOS 管的漏極和柵極、第六PMOS管的柵極耦合到第一 NMOS管的漏極；第八PMOS管的漏極和柵極、第七PMOS管的柵極耦合到第二 NMOS管的漏極；第一 PMOS管的漏極、第二 PMOS管的源極耦合到第二 NMOS管的柵極；第三PMOS管的漏極、第四PMOS管的源極耦合到第一 NMOS管的柵極；第一和第三PMOS管的柵極耦合到第七NMOS管的源極；第七NMOS管的柵極和漏極耦合到控制電壓；第二、第四PMOS管的漏極、第三、第四、第五以及第六NMOS管的源極耦合到地電壓；第四NMOS管的柵極、第三NMOS管的柵極和漏極耦合到第七PMOS管的漏極；第五 NMOS管的柵極、第六NMOS管的柵極和漏極耦合到第六PMOS管的漏極；第一NMOS管的源極、 第二 PMOS管的柵極和第四NMOS管的漏極耦合到第一節(jié)點(diǎn)；第二 NMOS管的源極、第四PMOS 管的柵極和第五NMOS管的漏極耦合到第二節(jié)點(diǎn)；第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)為所述等效電阻的兩端。本發(fā)明還可以包括一開關(guān)電源電路，開關(guān)電源電路包括電流感應(yīng)電路和開關(guān)電源電壓轉(zhuǎn)換電路。所述電流感應(yīng)電路包括電壓鏡像電路、第八NMOS管和第九NMOS管，第八 NMOS管的柵極和漏極耦合到電壓鏡像電路，第九NMOS管的柵極和漏極耦合到第八NMOS管的源極，第九NMOS管兩端的電壓為等效電阻電路提供控制電壓。請參閱圖4，實現(xiàn)本發(fā)明的電路包括NMOS管M1、M2、M11、M12、M13、M14、M15和PMOS 管M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10。其中Ml和M2的尺寸相同，M3、M4、M5和M6的尺寸相同， M7和M8的尺寸相同，M9和MlO的尺寸相同，Mll和M12的尺寸相同，M13和M14的尺寸相同，尺寸指的是MOS管的寬長比(W/L)。M3、M5、M7、M8、M9和MlO的源極均耦合到電源電壓；M7的漏極和柵極、M8的柵極耦合到Ml的漏極；M10的漏極和柵極、M9的柵極耦合到M2的漏極；M3的漏極、M4的源極耦合到M2的柵極；M5的漏極、M6的源極耦合到Ml的柵極；M3和M5的柵極耦合到M15的源極； M15的柵極和漏極耦合到控制電壓；M4和M6的漏極、M11、M12、M13以及M14的源極耦合到地電壓；M12的柵極、MlI的柵極和漏極耦合到M9的漏極;M13的柵極、M14的柵極和漏極耦
5合到M8的漏極；M1的源極、M4的柵極和M12的漏極耦合到第一節(jié)點(diǎn)A ；M2的源極、M6的柵極和M13的漏極耦合到第二節(jié)點(diǎn)B ;節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B為所述等效電阻的兩端。下面介紹這個等效電阻的控制原理。請參閱圖4，根據(jù)電流鏡像，可得出I11 = I12 = I2I13 = I14 = I1因此節(jié)點(diǎn)A有Ix = I12-I1 = I2-I1節(jié)點(diǎn)B有Iy = I13-I2 = I2-I1又根據(jù)公式， / = ^-X JLbiCoxiW/Z)i,2( Vgs -Fth, )2其中(W/L) 1>2為Ml和M2的寬長比，因此有Ix = Iy = I2-I1= Kn (Va+Vb-Vx-Vy-2Vth, n) (Vb-Va+Vx-Vy) /2 式中Kn= ync0X(ff/L)lj2由于匹配PMOS管M3和M4的漏電流相等，于是有ψ (Vg3 + Vdd - Vth, p)=字(V, + Vb-Vth, P)化簡后得到Vb = Vx-Vg3+Vdd其中有Kp = ypC0X(ff/L)3,4由于匹配PMOS管M3和M4的漏電流相等，于是有Va = Vy-Vg3+Vdd又有Vg3 = Vsense-Vthjn綜上得到Ix = Iy = Il-Ix=^KniVdcl _ Vsense^{Vx _ Vy)
Vx-VyI=^>-= -----
Ix /.KnyVdd _ VsenseJ可看出由MOS管等效的有源電阻受控于電壓Vsense0圖5為將本發(fā)明應(yīng)用于濾波電路中，該濾波電路包括運(yùn)算放大器、濾波器的輸入阻抗Zi和反饋阻抗Zf以及電阻。其中虛線部分的電阻可以用本發(fā)明的等效電阻代替。圖6為一種應(yīng)用了片內(nèi)電流感應(yīng)電路的開關(guān)電源電路，包括電流感應(yīng)電路和開關(guān)電源電壓轉(zhuǎn)換電路。電流感應(yīng)電路中包括電壓鏡像電路、NMOS管Msense、McsU Mrs以及 PMOS管Ml、M2、Msl、Ms2。電壓鏡像電路包括一個運(yùn)算放大器、NMOS管Mcs2、Mcs3、Mcs4和 Mcs5。其中Mcsl, Mcs2, Mcs3, Mcs4和Mcs5尺寸相同。avdd接電源電壓，avss接地電壓。
NMOS管Msense上的電壓作為電壓控制等效電阻的控制電壓。在電路里PMOS管M2通過一定的比例尺寸鏡像流過PMOS管Ml的電流，為了得到精確的感應(yīng)電流，運(yùn)算放大器用來使結(jié)點(diǎn)A的電壓Va和節(jié)點(diǎn)B的電壓Vb相等。當(dāng)Qb取低電平時，Q取高電平，Ml導(dǎo)通，MSl也導(dǎo)通，M2的柵極連接到地電壓是常導(dǎo)通狀態(tài)，運(yùn)算放大器的輸出電壓Vctrl要大于Mcs5和Mrs的柵源電壓加上Msense上的電壓降，使Mcs5處于飽和工作區(qū)域。Il和12是從節(jié)點(diǎn)Va和Vb流出的電流。由于運(yùn)算放大器的輸入節(jié)點(diǎn)是虛短路，所以它的兩個輸入節(jié)點(diǎn)電壓相等，即Va = Vb,由于MSl導(dǎo)通，Ml 和M2的漏源電壓相等，所以流過Ml和M2的漏電流密度也相等。假設(shè)Ml和M2的尺寸比例為800/1，即
權(quán)利要求
1.一種電壓控制的等效電阻電路，其特征在于，所述電路包括第一 PMOS管以及與之寬長比相同的第二、第三和第四PMOS管；第五PMOS管以及與之寬長比相同的第六PMOS管；第七PMOS管以及與之寬長比相同的第八PMOS管；第一 NMOS管以及與之寬長比相同的第二 NMOS管；第三NMOS管以及與之寬長比相同的第四NMOS管；第五NMOS管以及與之寬長比相同的第六NMOS管；第七NMOS管；第一、第三、第五、第六、第七和第八PMOS管的源極均耦合到電源電壓；第五PMOS管的漏極和柵極、第六PMOS管的柵極耦合到第一 NMOS管的漏極；第八PMOS管的漏極和柵極、第七PMOS管的柵極耦合到第二 NMOS管的漏極；第一 PMOS管的漏極、第二 PMOS管的源極耦合到第二 NMOS管的柵極；第三PMOS管的漏極、第四PMOS管的源極耦合到第一 NMOS管的柵極；第一和第三PMOS管的柵極耦合到第七NMOS管的源極；第七NMOS管的柵極和漏極耦合到控制電壓；第二、第四PMOS管的漏極、第三、第四、第五以及第六NMOS管的源極耦合到地電壓；第四NMOS管的柵極、第三NMOS管的柵極和漏極耦合到第七PMOS管的漏極；第五WOS 管的柵極、第六NMOS管的柵極和漏極耦合到第六PMOS管的漏極；第一 NMOS管的源極、第二 PMOS管的柵極和第四NMOS管的漏極耦合到第一節(jié)點(diǎn)；第二 NMOS管的源極、第四PMOS管的柵極和第五NMOS管的漏極耦合到第二節(jié)點(diǎn)；第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)為所述等效電阻的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述電路還包括一開關(guān)電源電路，其特征在于，所述開關(guān)電源電路為所述等效電阻電路提供控制電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述開關(guān)電源電路包括電流感應(yīng)電路和開關(guān)電源電壓轉(zhuǎn)換電路；所述電流感應(yīng)電路包括電壓鏡像電路、第八NMOS管和第九NMOS管，第八NMOS管的柵極和漏極耦合到電壓鏡像電路，第九NMOS管的柵極和漏極耦合到第八NMOS管的源極，第九 NMOS管兩端的電壓為所述等效電阻電路提供控制電壓。
4.一種濾波電路，所述電路包括運(yùn)算放大器、輸入阻抗、反饋阻抗和電阻，其特征在于， 該濾波電路中的電阻為權(quán)利要求I至3任意一項所述的等效電阻電路。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種電壓控制的等效電阻電路，實現(xiàn)了使用MOS管等效的有源電阻，使得此等效電阻可以廣泛使用在CMOS集成電路中。同時由于其制造工藝的參數(shù)相比無源電阻制造工藝中的參數(shù)更容易控制，變化更小，因此相對于無源電阻該等效電阻的阻值精度更高。此外，還可通過控制電壓的變化控制該等效電阻的阻值，滿足不同的需求?？刂齐妷嚎梢杂刹捎昧似瑑?nèi)感應(yīng)電流電路的開關(guān)電源電路提供。
文檔編號H03H7/38GK102611430SQ20121008930
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者張建強(qiáng), 徐肯 申請人:廣州市廣晟微電子有限公司