專利名稱：被包含在半導(dǎo)體器件內(nèi)部的積分電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被包含在一個(gè)半導(dǎo)體器件內(nèi)部的積分電路，特別是一種在積分時(shí)間內(nèi)具有提高了的精度的積分電路。
被包括在半導(dǎo)體器件內(nèi)部的積分電路例如可用作微機(jī)中的定時(shí)電路之一。參考

圖1，示出了一種現(xiàn)有技術(shù)的積分電路的方框圖。
所示的積分電路包括用于接收被測(cè)信號(hào)VIN的一個(gè)輸入端IN，一個(gè)連接端CPT用于外部連接一個(gè)積分電容(未示出)，用于產(chǎn)生一個(gè)預(yù)定恒定電壓VREF的穩(wěn)壓電路41，電壓-電流轉(zhuǎn)換電路42，用于將恒壓電路41的電壓VREF轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鱅REF或I0，該電流被提供給與連接端CPT外部相連的電容(未示出)。為了檢測(cè)與連接端CPT相連的電容(未示出)中的積分電壓充電過程，所示的積分電路同樣包括一個(gè)輸入端和電容連接端CPT相連而另一輸入端和輸入端IN相連的電壓比較器43，該比較器比較輸入電壓并且當(dāng)輸入電壓都相同時(shí)，反相到達(dá)的輸出端OUT的輸出電壓。更進(jìn)一步，所示的積分電路包括一NPN晶體管NSW，晶體管的集電極與電容連接端CPT相連并且發(fā)射極接地，這樣的結(jié)構(gòu)使晶體管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)，以響應(yīng)晶體管基極提供的控制電壓VCTL，并且控制電路44和控制端CTL相連，用于根據(jù)一個(gè)外加在控制端CTL上的控制信號(hào)來給晶體管SW的基極提供控制電壓VCTL。
參考圖2，示出了圖1中所示現(xiàn)有技術(shù)積分電路的工作時(shí)序圖。如果控制電路44通過控制端CTL受外部控制，則在時(shí)間t=t0時(shí)，從控制電路44輸出的控制電壓信號(hào)VCTL將從邏輯低電平變?yōu)檫壿嫺唠娖?。為了響?yīng)控制電壓信號(hào)的這種電平變化，晶體管NSW從飽和導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。結(jié)果是，從電壓-電流轉(zhuǎn)換電路42輸出的恒定電流的輸出電流I0開始通過連接端CPT提供給電容(未示出)，使電容開始充電。
電容的充電電壓Vc逐漸升高。結(jié)果是，在時(shí)間t=t1時(shí)，充電電壓Vc到達(dá)被測(cè)電壓值VIN，該電壓用于比較的目標(biāo)值，電壓比較器43的輸出反相以便于輸出一個(gè)高電壓給輸出端OUT。另一方面，充電電壓Vc繼續(xù)升高不降低，并且如果充電電壓Vc到達(dá)電壓-電流轉(zhuǎn)換電路42的輸出電壓時(shí)，則充電電壓Vc繼續(xù)保持電壓-電流轉(zhuǎn)換電路42的輸出電壓。
這里，假設(shè)從控制電壓信號(hào)VCTL從低電平變成高電平的那一刻(t0)到電壓比較器43的輸出從低電平到高電平的那一刻(t1)的時(shí)間長(zhǎng)度為“T”，電容的容量為C，并且處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)下晶體管NSW的集電極-發(fā)射極電壓為VCEsat，則T可以表示為T=C×(VIN-VCEsat)／I0(1)即，信號(hào)的電壓VIN被測(cè)值可作為時(shí)間T的長(zhǎng)度。
然而，在上述現(xiàn)有技術(shù)的積分電路中，晶體管NSW的飽和電壓值包括積分時(shí)間的準(zhǔn)確度。但是，不僅是晶體管NSW的飽和電壓受制造過程中各種擴(kuò)散的影響，而且它還有溫度相關(guān)性。所以，為了提高積分電路的準(zhǔn)確度，晶體管NSW的尺寸必須擴(kuò)大。
然而，有不利之處，因?yàn)闉榱颂岣叻e分電路的準(zhǔn)確度而加大晶體管的尺寸有悖于半導(dǎo)體器件的發(fā)展趨勢(shì)，半導(dǎo)體器件的趨勢(shì)是更進(jìn)一步微型化，隨著半導(dǎo)體制造工藝的微加工的發(fā)展，集成密度進(jìn)一步提高。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能克服上述的傳統(tǒng)積分電路中缺點(diǎn)的積分電路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠在一個(gè)積分時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確度提高的積分電路，其被包括在一個(gè)半導(dǎo)體器件內(nèi)部并且是那種能通過測(cè)量出擁有已知容量并且被恒定電流充電的電容的充電電壓來計(jì)算出積分時(shí)間的那種類型，并且用于控制電容充電過程的晶體管的尺寸不增加，這就是現(xiàn)有技術(shù)中所需的用來防止由于晶體管的不同的飽和電壓造成的影響和溫度偏差造成的影響。
上述和本發(fā)明的其它的目的是根據(jù)本發(fā)明的積分電路得以實(shí)現(xiàn)的，該積分電路包括用于接收被測(cè)信號(hào)的輸入端，輸出端，用來連接外部電容的連接端，用于產(chǎn)生第一恒定電壓的穩(wěn)壓電路，電壓-電流的轉(zhuǎn)換電路，該電路用于將第一恒定電壓轉(zhuǎn)換為通過連接端提供給積分電容的恒定電流，電壓比較器，它的一個(gè)輸入端和連接端相連另一輸入端和輸入端相連，用來將積分電容的電壓和待測(cè)的信號(hào)電壓比較，并且當(dāng)兩個(gè)電壓一致時(shí)，反相到達(dá)輸出端的輸出電壓，開關(guān)裝置，它的輸入端和穩(wěn)壓電路相連，輸出端和連接端相連并且有一個(gè)充電裝置，開關(guān)裝置被通過控制端由外部提供的控制信號(hào)來控制，用這種方法可以使當(dāng)開關(guān)裝置被控制信號(hào)接通時(shí)，充電裝置把和連接端相連的積分電容充電到一個(gè)預(yù)置的恒定電壓，并且當(dāng)開關(guān)裝置被控制信號(hào)斷開時(shí)，開關(guān)裝置使充電裝置脫離連接端，以便于積分電容被第二恒定電壓以恒定電流進(jìn)行充電。
特別地，當(dāng)開關(guān)裝置被控制信號(hào)接通時(shí)，充電裝置象提供預(yù)置恒定電壓那樣給連接端提供從穩(wěn)壓電路獲得并且比第一恒定電壓小的第二恒定電壓。
另外，從開關(guān)裝置被控制信號(hào)斷開的那一刻到電壓比較器反相它的輸出電壓那一刻的時(shí)間長(zhǎng)度或?yàn)橐粋€(gè)積分時(shí)間。
在一個(gè)具體的實(shí)施例中，開關(guān)裝置包括由一對(duì)第一和第二PNP晶體管構(gòu)成的電流鏡電路，PNP晶體管的基極連在一起并且它們的發(fā)射極連接在一條高電壓饋送線上，第一PNP晶體管的基極和集電極和第一NPN晶體管的集電極連在一起，NPN晶體管的發(fā)射極通過第一電阻接到地線上，并且第三PNP晶體管和第一PNP晶體管并聯(lián)在一起并且基極和控制端相連。充電裝置包括一個(gè)反饋運(yùn)算放大器，它的電源輸入端和接地端分別和第二PNP晶體管的集電極和地線相連，它的非反相輸入端接收第二恒定電壓，該電壓是將從恒壓電路產(chǎn)生的第一恒定電壓分壓而獲得的，反饋運(yùn)算放大器它的倒置輸入端和的輸出端相連，該輸出端和連接端、電壓-電流轉(zhuǎn)換電路的電流輸出端以及電壓比較器的輸入端相連。
變成積分電容的起始充電電壓的預(yù)置恒定電壓是由負(fù)反饋運(yùn)算放大器的輸出端所獲得的。
本發(fā)明的以上和其它目的、特征和有益效果將從隨后結(jié)合附圖對(duì)最佳實(shí)施例的描述中顯現(xiàn)出來。
圖1是顯示了現(xiàn)有技術(shù)中積分電路的一個(gè)例子的方框圖；圖2是說明圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中積分電路工作的時(shí)序圖；圖3是顯示與本發(fā)明相關(guān)的一個(gè)最佳實(shí)施例的方框圖；圖4是圖3所示積分電路的具體電路圖；并且圖5是說明圖3和4中所示積分電路工作的時(shí)序圖。
參考圖3，顯示了一個(gè)體現(xiàn)與本發(fā)明相關(guān)的積分電路的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
所示的實(shí)施例包括了一個(gè)用于接收待測(cè)的VIN信號(hào)的輸入端IN，一個(gè)外部連接了一個(gè)積分電容15(虛線所示的)的連接端CPT，用于產(chǎn)生預(yù)置恒定電壓VREF的穩(wěn)壓電路11，用于將穩(wěn)壓電路11的電壓VREF變換為恒定電流IREF或I0的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路12，IPEF或I0是提供給與連接端CPT外部相連的電容15。為了檢測(cè)和連接端CPT相連的電容15中充電的積分電壓，所示的實(shí)施例還包括一個(gè)輸入端和與連接端CPT相連的電容相連并且另一輸入端和輸入端IN相連的電壓比較器14，用來把積分電容的電壓與待測(cè)的信號(hào)的電壓相比較；并且當(dāng)電壓一致時(shí)，反相到達(dá)輸出端的輸出電壓。更進(jìn)一步，所示的實(shí)施例包括一個(gè)輸入端和穩(wěn)壓電路11的一個(gè)輸出端相連的開關(guān)電路13，一個(gè)和電容連接端CPT相連的輸出端以及一個(gè)和控制端CTL相連的控制輸入。開關(guān)電路13的這種結(jié)構(gòu)使之或進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)或進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)，以便和通過控制端CTL由外部提供的一個(gè)控制電壓。
比較圖1和圖3可以看出，實(shí)施例和圖1所示現(xiàn)有技術(shù)中積分電路不同之處在于用于控制外部連接電容的充電的開關(guān)裝置。
參考圖4，示出了圖3所示積分電路的具體電路圖和一個(gè)輔助積分時(shí)間計(jì)數(shù)電路的邏輯電路圖。穩(wěn)壓電路11在高電壓饋送線VCC與地線GND之間相連，并且有用于預(yù)置恒定電壓VREF的輸出，穩(wěn)壓電路通過串聯(lián)電阻R2和R3和地線GND相連。串聯(lián)電阻R2和R3組成一個(gè)分壓電路，并且所分電路V0從電阻R2和R3之間的節(jié)點(diǎn)輸出。
電壓-電流轉(zhuǎn)換電路12包括由一對(duì)PNP晶體管QP1和QP2構(gòu)成的電流鏡電路，QP1和QP2基極連在一起，它們的發(fā)射極和高壓供電線VCC相連。PNP晶體管QP1的基極和集電極和NPN晶體管QN1的集電極連在一起，NPN晶體管QN1的發(fā)射極通過電阻R0和地線GND相連。PNP晶體管QP2的集電極構(gòu)成了電壓-電流轉(zhuǎn)換電路12的一個(gè)電流輸出端，并且和電容連接端CPT相連。電壓-電流轉(zhuǎn)換電路12還包括一個(gè)反饋運(yùn)算放大器UP0，它的一個(gè)輸出端與NPN晶體管QN1的基極相連，一個(gè)反相輸入端(-)與NPN晶體管QN1的發(fā)射極相連，以及非反相輸入端(+)和穩(wěn)壓電路11的預(yù)置恒定電壓VREF的輸出相連。這個(gè)運(yùn)算放大器OP0的電源輸入端和接地端分別和高電壓饋送線VCC和地線GND相連。
開關(guān)電路13包括一個(gè)由一對(duì)PNP晶體管CP3和CP4構(gòu)成的電流鏡電路，CP3和CP4的基極連在一起它們的發(fā)射極和高壓供電線VCC相連。PNP晶體管CP3的基極和集電極連在一起并和NPN晶體管QN2的集電極連在一起，QN2有一發(fā)射極通過電阻R1和地線GND相連并且其基極和運(yùn)算放大器OP0的輸出端相連。開關(guān)電路13還包括一個(gè)和PNP晶體管OP3并聯(lián)的PNP晶體管PSW。即，PNP晶體管PSW的發(fā)射極和集電極分別和PNP晶體管OP3的發(fā)射極和集電極相連。PNP晶體管PSW的基極和控制端CTL相連。進(jìn)一步，開關(guān)電路13包括一個(gè)反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1，OP1的電源輸入端和接地端分別和PNP晶體管QP4和地線GND相連。反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1有一非反相輸入端(+)和串聯(lián)電阻R2和R3的連接節(jié)點(diǎn)相連(即和恒穩(wěn)壓電路11的輸出端相連的分壓電路(R2+R3)的分壓(V0)輸出端)以及一個(gè)反相輸入和運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1自己的輸出相連。運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1的輸出還與電容連接端CPT相連，與電壓到電流轉(zhuǎn)換電路12的電流輸出(即，PNP晶體管OP2的集電極)以及電壓比較器14的非反相輸入(+)相連，電壓比較器有一反相輸入端(-)與輸入端IN相連。
圖4中通常標(biāo)為20的輔助積分時(shí)間計(jì)數(shù)電路包括一個(gè)“或非”門21，“或非”門21第一輸入和控制端CTL相連，第二輸入和輸出端OUT相連并且第三輸入和用于接收時(shí)鐘的時(shí)鐘端CLK相連，和計(jì)數(shù)器22，其輸入和“或非”門21的一個(gè)輸出相連并且其輸出用于輸出一個(gè)作為積分時(shí)間的計(jì)數(shù)值。
現(xiàn)在，參考圖3、4和圖5將描述上述提到的積分電路的工作情況，圖5是說明圖3和4中所示的積分電路的工作時(shí)序圖。
在通常的工作情況下，因?yàn)榉€(wěn)壓電路11的輸出電壓VREF和反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP0的非反相輸入端(+)相連，該反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP0的輸出電壓通過其基極被反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP0的輸出電壓驅(qū)動(dòng)的NPN晶體管QN1的發(fā)射極被反饋回反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP0的反相輸入端。所以，通過連接在NPN晶體管QN1的發(fā)射極和地GND之間的電阻R0的作用使NPN晶體管QN1的發(fā)射極電壓轉(zhuǎn)換為電流。這個(gè)電流是I0并且表示為I0=VREF／R0。該電流I0從PNP晶體管QP1的集電極流到NPN晶體管QN1。
NPN晶體管QN1的集電極電流I0通過由PNP晶體管QP1和QP2組成的電流鏡象電路的作用被復(fù)制到PNP晶體管QP2的集電極電流，以致于使從PNP晶體管QP2的集電極電流I0流到電容連接端CPT，給與電容連接端CPT相連的電容15充電。
同時(shí)，從恒壓電路11提供的預(yù)置恒定電壓VREF被電阻R2和R3的分壓電路分成分壓V0，V0提供給反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1的非反相輸入端。
在圖5的時(shí)序圖中，在t=t0線的左邊表示開關(guān)電路13的導(dǎo)通狀態(tài)(ON)，t=t0線的右邊表示開關(guān)電路13的非導(dǎo)通狀態(tài)(OFF)。
在t=t0時(shí)間之前，即在t＜t0的時(shí)間里，由外部提供給控制端CTL的控制電壓VCTL是高電平，以致于PNP晶體管PSW是處于非導(dǎo)通狀態(tài)，所以，PNP晶體管QP3和QP4的電流鏡像電路處于激活狀態(tài)，即處于工作狀態(tài)。
更進(jìn)一步，因?yàn)檫B接在PNP晶體管QP3的集電極和電阻R1之間的NPN晶體管QN2是由電壓-電流轉(zhuǎn)換電路12的反饋運(yùn)算放大器OP0的輸出電壓來驅(qū)動(dòng)的，由電阻R1的作用使NPN晶體管QN2的發(fā)射極電壓轉(zhuǎn)換成電流。這里稱為“I1”的該電流表示為I1=VREF／R1，并且從PNP晶體管QP3的集電極流到NPN晶體管QN2。
PNP晶體管QP3的集電極電流通過PNP晶體管QP3和QP4的電流鏡像電路被復(fù)制形成PNP晶體管QP4的集電極電流，以便使從PNP晶體管QP4的集電極流出的電流I1提供給反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1作為驅(qū)動(dòng)電流。
因?yàn)榱鬟^PNP晶體管QP4的集電極電流I1提供給反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1的電源輸入端，因此，連接在PNP晶體管QP4集電極和地線GND之間的反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1進(jìn)入激活狀態(tài)，即，進(jìn)入工作狀態(tài)。
因而，反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1的輸出電壓V0提供給電容連接端CPT，使電容15的電壓維持在V0。
這時(shí)，當(dāng)t=t0時(shí)，由外部提供給控制端CTL的控制電壓VCTC從高電平變成低電平，使PNP晶體管PSW進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，結(jié)果使電流鏡像電路的PNP晶體管QP3和QP4進(jìn)入非激活狀態(tài)，即進(jìn)入非工作狀態(tài)。因此，電流I1不再?gòu)腜NP晶體管QP4的集電極電流流入反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1的電源輸入端，從而使反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1進(jìn)入非激活狀態(tài)，即，進(jìn)入非工作狀態(tài)，并且使反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1的輸出進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。
在這種情況下，從在電壓-電流轉(zhuǎn)換電路12中的電流鏡電路的晶體管QP2的集電極流出的電流I0流入電容15，使電容15開始充電。因?yàn)椋趖＜t0的時(shí)；電容15的電壓維持在反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器OP1的輸出電壓V0，因此，電容15的充電從這個(gè)電壓V0開始，并且電容15的電壓從這個(gè)充電起始電壓V0漸漸升高。
從時(shí)間t0到時(shí)間t1，由外部提供給控制端CTL的控制電壓VCTL維持在低電平，PNP晶體管PSW維持在導(dǎo)通狀態(tài)。所以，電流鏡像電路的PNP晶體管QP3和QP4維持在非激活狀態(tài)，并且電流I1不再?gòu)腜NP晶體管QP4的集電極電流流到反饋運(yùn)算放大器OP1的電流輸入端，從而使反饋運(yùn)算放大器OP1的輸出維持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。因而，電流I0繼續(xù)從電壓到電流轉(zhuǎn)換電路12中的電流鏡像電路的晶體管QP2的集電極流到電容15中，使充電狀態(tài)維持。所以，電容15的電壓繼續(xù)升高直到達(dá)到提供給信號(hào)輸入端LN的被測(cè)的信號(hào)的電壓VIN。
在t=t1時(shí)，電容15的電壓變得和提供給信號(hào)輸入端IN的被測(cè)信號(hào)的電壓VIN一致。電壓比較器14檢測(cè)這種一致性，從而使電壓比較器14的輸出電壓從低電平變成高電平。
即，當(dāng)電容15的充電電壓剛達(dá)到被測(cè)信號(hào)電壓VIN的那一刻，能被電壓比較器14把握并作為其輸出電壓的電平變化的時(shí)間。
在積分計(jì)數(shù)時(shí)間電路20中，在另一方面，當(dāng)控制信號(hào)VCTL變成低電平，因?yàn)樵谀莻€(gè)時(shí)間電壓比較器14的輸出電壓同樣是低電平，所以通過NOR門21的時(shí)鐘信號(hào)CLK在計(jì)數(shù)器22中被計(jì)數(shù)。在控制信號(hào)CTL和電壓比較器14的輸出都處于低電平期間，計(jì)數(shù)器20繼續(xù)把時(shí)鐘CLK加起來。當(dāng)電壓比較器14的輸出變成高電平時(shí)，NOR門21的一個(gè)輸出固定在低電平，使時(shí)鐘CLK不再進(jìn)入計(jì)數(shù)器22。即，計(jì)數(shù)器22停止計(jì)數(shù)。所以，計(jì)數(shù)器22的一個(gè)計(jì)數(shù)值體現(xiàn)了從控制信號(hào)VCTL變成低電平的時(shí)刻到電壓比較器的輸出變成高電平那一刻的時(shí)間長(zhǎng)度。
在t=t1時(shí)，電容15的充電電壓被稱為V1。該V1可以表示如下V1=V0+(I0xt1)／C(2)這里，假設(shè)被測(cè)信號(hào)的電壓是VIN，從控制信號(hào)VCTL由高電平變成低電平的那一刻(t0)到電壓比較器14的輸出從低電平變成高電平的那一刻(t1)的時(shí)間長(zhǎng)度可以表示如下t1-t0=C×(VIN-V0)／I0(3)即，被測(cè)信號(hào)的電壓VIN的大小可以被作為時(shí)間的長(zhǎng)度。
在t=t1之后，電容15的充電電壓繼續(xù)升高直到它達(dá)到PNP晶體管QP2的集電極電壓。這時(shí)，電容15的充電電壓維持PNP晶體管QP2的集電極電壓直到控制電壓VCTL從低電平變成高電平。
那么，將描述上述積分電路和現(xiàn)有技術(shù)中積分電路的不同點(diǎn)。
首先，要討論電容的充電起始電壓中的變化對(duì)積分精度的影響，即檢測(cè)到積分時(shí)間的精度。這里，假設(shè)電容的充電起始電壓的標(biāo)準(zhǔn)值為“VD”，在標(biāo)準(zhǔn)值和在擴(kuò)散過程中由于變化而導(dǎo)致的上限值的差為“a”，在標(biāo)準(zhǔn)值和在擴(kuò)散過程中由于變化而導(dǎo)致的下限值的差為“b”，充電起始電壓的最大值為“V0+a”，充電起始電壓的最小值為“V0-b”，積分電容的電容量為“C”，被測(cè)信號(hào)的電壓為“VIN”，從積分電容的充電起始時(shí)間到充電電壓到達(dá)被測(cè)信號(hào)電壓那一刻的時(shí)間長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)值為“T(TYP)”，該時(shí)間長(zhǎng)度的最小值是“T(MIN)”，時(shí)間長(zhǎng)度的最大值為“T(MAX)”。在這種假設(shè)下，變化的長(zhǎng)度可以表示成如下T(MAX)／T(TYP)=1+{b／(VIN-V0)}(4)T(MIN)／T(TYP)=1-{a／(VIN-V0)} (5)其次，在相同芯片面積上的集成精度，包括溫度特征，和現(xiàn)有技術(shù)相同是特殊的。
組成本發(fā)明的積分電路的功能塊包括穩(wěn)壓電路11，包括反饋運(yùn)算放大器OP0的電壓到電流的轉(zhuǎn)換電路12，電壓比較器14，以及包括反饋運(yùn)算放大器OP1的開關(guān)電路13。另一方面，組成現(xiàn)有技術(shù)積分電路的功能塊包括穩(wěn)壓電路41，包括反饋運(yùn)算放大器OP0的電壓到電流轉(zhuǎn)換電路42，電壓比較器43，以及開關(guān)晶體管NSW。
這里，因?yàn)樾录尤氡景l(fā)明的積分電路的開關(guān)電路可以足夠用最小尺寸的晶體管構(gòu)成，如果把開關(guān)電路變成n個(gè)電路元件，則無關(guān)電路與25個(gè)電路元件相對(duì)應(yīng)。因?yàn)?，為了認(rèn)識(shí)在現(xiàn)有技術(shù)相同芯片面積上集成的電路，分配給現(xiàn)有技術(shù)中的開關(guān)晶體管NSW的面積相對(duì)應(yīng)于25個(gè)最小尺寸晶體管的總面積。因此，積分時(shí)間的精度要通過把飽和電壓的變化和基于這種情況現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)晶體管的溫度特性，與在本發(fā)明的積分電路的開關(guān)電路的變化和溫度特性相比較來進(jìn)行討論。(A)比較絕對(duì)精度假設(shè)VREF=1V，VIN=1V，I0=1mA，開關(guān)晶體管的驅(qū)動(dòng)比(在飽和狀態(tài)下集電極電流與基極電流之比)是5，并且在現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)晶體管的飽和電壓的變化是V0(=VCEsat)=0．05V±0．01V，積分時(shí)間的精度可以表示如下
T(MAX)／T(TYP)=1．01(+1％) (6)T(MIN)／T(TYP)=0．99(-1％) (7)另一方面，假設(shè)VREF=1V，VIN=1V，I0=1mA，并且由開關(guān)電路的變化導(dǎo)致的V0的變化是V0=0．05V±0．002V，積分時(shí)間的精度可以表示如下T(MAX)／T(TYP)=1．002 (+0．2％)(8)T(MIN)／T(TYP)=0．998(-0．2％)(9)(B)溫度特性的比較假設(shè)VREF=1V，VIN=1V，I0=1mA，開關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)比是5，并且現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)晶體管的飽和電壓的溫度特性是5000ppm／℃，當(dāng)Ta=25℃(+60℃，-55℃)，它變成V0(=VCEsat)=0．05V(+0．015V，-0．014V)，所以，積分時(shí)間的精度可以表示如下T(MAX)／T(TYP)=1．016 (+1．6％)(10)T(MIN)／T(TYP)=0．998(-1．5％)(11)另一方面，假設(shè)VREF=1V，VIN=1V，I0=1mA，并且開關(guān)電路的溫度特性是0．1mV／℃，當(dāng)Ta=25℃(+60℃，-55℃)，它變成V0=0．05V(+0．006V，-0．0055V)，并且因此，積分時(shí)間的精度可以表示如下T(MAX)／T(TYP)=1．007(+0．7％)(12)T(MIN)／T(TYP)=0．994(-0．6％)(13)從上面可以看出，與本發(fā)明相關(guān)的積分電路的積分時(shí)間精度比現(xiàn)有技術(shù)中的積分電路提高。
從上述可以看出，與本發(fā)明相關(guān)的積分電路包括響應(yīng)通過控制端由外部提供的控制信號(hào)的開關(guān)裝置，該裝置有選擇地或是提供或是切斷穩(wěn)壓電路的輸出電壓給積分電容連接端，用于給連接在積分電容連接端的電容充電的充電裝置，該裝置當(dāng)開關(guān)裝置被激活時(shí)給電容充上一個(gè)預(yù)置的恒定電壓。充電裝置如此的結(jié)構(gòu)是為了維持在由穩(wěn)壓電路提供的恒定電壓下電容的電壓，這個(gè)恒定電壓是通過被激活的開關(guān)裝置響應(yīng)控制信號(hào)的作用產(chǎn)生的，并且當(dāng)開關(guān)裝置響應(yīng)控制信號(hào)時(shí)被釋放，導(dǎo)致電容在由電壓-電流轉(zhuǎn)換電路提供的預(yù)置的恒定電流作用下被充電。因此，在積分起始時(shí)間電容的電壓被設(shè)置成由穩(wěn)壓電路提供的恒定電壓。因而，既然電容從恒定電壓被開始充電，就可能防止積分電容的積分起始電壓的變化，結(jié)果是有可能提高從積分起始時(shí)間到充電電壓達(dá)到被比較電壓那一刻的時(shí)間長(zhǎng)度的精度。
另外，既然充電起始電壓被設(shè)置到恒定電壓，就不再需要增加現(xiàn)有技術(shù)中所需的開關(guān)晶體管的尺寸，并且因此，就不需要增加芯片面積。
本發(fā)明已經(jīng)參考具體實(shí)施例被展示并描述。但是，應(yīng)該注意本發(fā)明對(duì)已被說明的結(jié)構(gòu)的具體細(xì)節(jié)并沒有窮盡，但是任何可能作出的修改和改良都在隨后所附權(quán)利要求的范圍之間。
權(quán)利要求
1.積分電路包括一個(gè)用于接收被測(cè)信號(hào)的輸入端，一個(gè)輸出端，一個(gè)積分電容可以在外部被連接的連接端，用于產(chǎn)生第一恒定電壓的恒壓電路，用于將所述第一恒定電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^所述連接端提供給所述積分電容的恒定電流的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，電壓比較器，它的一個(gè)輸入端和所述連接端相連，另一個(gè)輸入和所述輸入端相連，用于將所述積分電容的電壓和所述被測(cè)信號(hào)的電壓相比較，并且當(dāng)兩個(gè)電壓彼此一致時(shí)，反相它的到達(dá)輸出端的輸出電壓，開關(guān)裝置，它的一個(gè)輸入端和所述恒壓電路相連，一個(gè)輸出和所述的連接端相連，并且有一個(gè)充電裝置，所述開關(guān)裝置被由控制端提供的外部信號(hào)以這種方式來控制當(dāng)所述開關(guān)裝置被所述控制信號(hào)接通時(shí)，所述充電裝置將和所述連接端相連的所述積分電容充電到預(yù)置的恒定電壓，并且當(dāng)所述的開關(guān)裝置被控制信號(hào)斷開時(shí)，所述的開關(guān)裝置把充電裝置和所述連接端隔離開，以便于所述的積分電容在所述恒定電流的作用下充電至所述的第二恒定電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的積分電路，其特征在于當(dāng)所述的開關(guān)裝置被所述的控制信號(hào)接通時(shí)，所述的充電裝置給所述連接端提供作為預(yù)置恒定電壓的第二恒定電壓，該第二恒定電壓是從所述穩(wěn)壓電路中獲得并且比所述的第一恒定電壓小。
3.如權(quán)利要求2所述的積分電路，更進(jìn)一步包括一個(gè)積分時(shí)間計(jì)數(shù)裝置，該裝置接收所述的控制信號(hào)和所述電壓比較器的所述輸出，并且給積分時(shí)間計(jì)數(shù)，積分時(shí)間表示了從所述開關(guān)裝置被控制信號(hào)接通的那一刻到所述的電壓比較器轉(zhuǎn)化它的輸出電壓那一刻的時(shí)間長(zhǎng)度。
4.如權(quán)利要求2所述的積分電路，其特征在于所述的開關(guān)裝置包括一個(gè)由一對(duì)第一和第二PNP晶體管構(gòu)成的電流鏡像電路，PNP晶體管的基極連在一起，它們的發(fā)射極連接在一個(gè)高電壓饋送線上，所述第一PNP晶體管的所述基極和集電極連在一起并且和一個(gè)第一NPN晶體管的集電極連在一起，NPN晶體管的發(fā)射極通過第一電阻和地線相連，并且一個(gè)和所述第一PNP晶體管并聯(lián)的第三PNP晶體管并且有一個(gè)基極和所述的控制端相連，以及其特征在于所述的充電裝置包括一個(gè)反饋運(yùn)算放大器，反饋運(yùn)算放大器有一個(gè)電源輸入端和一個(gè)分別和所述第二PNP晶體管和地線相連的接地端，所述的反饋運(yùn)算放大器有一個(gè)非反相輸入端用來接收通過將所述恒壓電路的所述第一恒定電壓分壓而獲得的所述的第二恒定電壓，一個(gè)反相輸入端和所述的反饋運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述反饋運(yùn)算放大器的所述輸出和所述的連接端相連，所述電壓到電流轉(zhuǎn)換電路的電流輸出端以及所述電壓比較器的所述的一個(gè)輸入。
5.如權(quán)利要求4所述的積分電路，其特征在于變成所述積分電容的充電起始電壓的所述預(yù)置恒定電壓是通過所述反饋運(yùn)算放大器的所述輸出獲得的。
6.如權(quán)利要求1所述的積分電路，其特征在于所述的開關(guān)裝置包括一個(gè)由一對(duì)第一和第二PNP晶體管構(gòu)成的電流鏡電路，PNP晶體管的基極連在一起，它們的發(fā)射極連接在一個(gè)高電壓饋送線上，所述第一PNP晶體管的所述基極和集電極連在一起并且和一個(gè)第一NPN晶體管的集電極連在一起，NPN晶體管的發(fā)射極通過第一電阻和地線相連，并且一個(gè)和所述第一PNP晶體管并聯(lián)的第三PNP晶體管有一個(gè)基極和所述的控制端相連，以及其特征在于所述的充電裝置包括一個(gè)反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器，反饋運(yùn)算放大器有一個(gè)電源輸入端和一個(gè)分別和所述第二PNP晶體管和地線相連的接地端，所述的反饋運(yùn)算放大器有一個(gè)非反相輸入端連接來接收通過將所述穩(wěn)壓電路的所述第一恒定電壓分壓而獲得的所述的第二恒定電壓，一個(gè)反相輸入端和所述的反饋運(yùn)算放大器的輸出端所述相連，反饋運(yùn)算放大器的所述輸出端和所述的連接端、所述電壓-電流轉(zhuǎn)換電路的電流輸出端以及所述電壓比較器的所述的一個(gè)輸入端相連。
7.如權(quán)利要求6所述的積分電路，其特征在于變成所述積分電容的充電起始電壓的所述預(yù)置恒定電壓是通過所述反饋運(yùn)算放大器的所述輸出端獲得的。
8.一個(gè)積分電路包括用于接收被測(cè)信號(hào)的輸入端；輸出端；外部接有一個(gè)積分電容的連接端；用于接收控制信號(hào)的控制端；穩(wěn)壓電路，用于產(chǎn)生第一恒定電壓以及比第一恒定電壓小的第二恒定電壓；電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，用于將所述的第一恒定電壓轉(zhuǎn)換成恒定電流，該恒定電流是通過所述連接端提供給所述積分電容；電壓比較器，其一個(gè)輸入和所述連接端相連而另一輸入和所述輸入端相連用來比較所述積分電容的電壓和被測(cè)信號(hào)的電壓，并且當(dāng)所述的2個(gè)電壓彼此一致時(shí)將它的輸出電壓轉(zhuǎn)化到所述的輸出端；并且一裝置，有連接用來接收所述第二恒定電壓的一個(gè)輸入端，和所述連接端相連的輸出端和一個(gè)和所述控制端相連的控制輸入端，所述裝置通過由所述控制端提供的所述控制信號(hào)以這種方式被控制；當(dāng)所述裝置被所述控制信號(hào)接通時(shí)，所述裝置給所述連接端提供所述的第二恒定電壓，迫使和所述連接端相連所述積分電容的所述電壓維持在所述的第二恒定電壓，并且當(dāng)所述裝置被所述控制信號(hào)釋放時(shí)，所述裝置停止提供所述第二恒定電壓給所述連接端，以便于和所述連接端相連的所述積分電容，在所述恒定電流作用下，開始從所述第二恒定電壓充電。
9.如權(quán)利要求8所述的積分電路，其特征在于所述裝置包括；由一對(duì)第一和第二PNP晶體管構(gòu)成的電流鏡電路，它們的基極連在一起，發(fā)射極和高壓供電線相連；第一NPN晶體管，其集電極和所述第一PNP晶體管的基極和集電極連在一起，發(fā)射極通過第一電阻和地線相連；并聯(lián)和所述第一PNP晶體管相連的第三PNP晶體管，有一基極和所述控制端相連；并且一個(gè)反饋運(yùn)算運(yùn)算放大器，有一電源輸入端和一個(gè)分別和所述第二PNP晶體管的集電極和地線相連的接地端，所述的反饋運(yùn)算放大器有一非反相輸入端連接用來接收所述的第二恒定電壓，以及一個(gè)和所述反饋運(yùn)算放大器的輸出端相連的反相輸入端，使當(dāng)在所述控制信號(hào)作用下，所述第三PNP晶體管進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述的電流鏡電路從所述的高電壓饋送線上給所述的反饋運(yùn)算放大器提供電源，因此，所述反饋運(yùn)算放大器進(jìn)入工作狀態(tài)輸出所述的第二恒定電壓給所述連接端，并且當(dāng)在所述控制信號(hào)作用下使所述第三PNP晶體管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，所述電流鏡電路進(jìn)入非工作狀態(tài)，因此，所述反饋運(yùn)算放大器也同樣進(jìn)入非工作狀態(tài)以維持反饋運(yùn)算放大器的所述輸出端處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，使和所述連接端相連的所述積分電容開始在從電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中流出的所述恒定電流作用下，從所述第二恒定電壓開始充電。
全文摘要
包括在半導(dǎo)體器件中的積分電路,包括恒壓電路11,用于產(chǎn)生預(yù)置恒定電壓V
文檔編號(hào)G01R19/255GK1205484SQ98108050
公開日1999年1月20日 申請(qǐng)日期1998年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月30日
發(fā)明者巖田浩充 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社