專利名稱：一種新型施密特觸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種模擬電路，特別是涉及一種施密特觸發(fā)器。
背景技術(shù)：
施密特觸發(fā)器是一種脈沖波形整形電路，它可以把變化緩慢的信號或變化不規(guī)則的信號轉(zhuǎn)換為陡變信號。如圖1所示理想施密特觸發(fā)器的直流電壓傳輸特性曲線圖，這種 曲線類似于遲滯回線，其特性的兩個(gè)重要參數(shù)是前沿觸發(fā)電壓V+和后沿觸發(fā)電壓v_。前沿 觸發(fā)電壓V+是輸入電壓增加過程中弓I起電路翻轉(zhuǎn)動(dòng)作的觸發(fā)電壓，后沿觸發(fā)電壓τ是輸入 電壓減小過程中弓I起電路翻轉(zhuǎn)動(dòng)作的觸發(fā)電壓。圖2所示是一種采用NMOS管實(shí)現(xiàn)的施密特觸發(fā)器。作為一級近似，且忽略體效應(yīng)， 可以認(rèn)為Μ2開始導(dǎo)通時(shí)出現(xiàn)觸發(fā)點(diǎn)。當(dāng)Μ2的電流為零時(shí)，如果輸入電壓為V+，則反饋電壓 Vfb 為<formula>formula see original document page 3</formula>[0005]其中Vto是N溝晶體管的開啟電壓。對于觸發(fā)點(diǎn)處的輸入電壓，下拉管Ml處在飽 和區(qū)的邊緣。Vfb決定于Μ3與Ml的W/L之比。求解觸發(fā)電壓，可以得到<formula>formula see original document page 3</formula>[0007]其中Vk3分別為M1、M3的跨導(dǎo)系數(shù)。一旦晶體管M2導(dǎo)通，施密特觸發(fā)器輸出電壓立即翻轉(zhuǎn)為低電平，晶體管M3隨即截止。類似地，根據(jù)輸入電壓Vin從VDD降至零，可以計(jì)算得出后沿觸發(fā)電壓<formula>formula see original document page 3</formula>[0011]其中Vih是輸入高電平，它與Hk4有關(guān)。從上面分析可以看到，施密特觸發(fā)器的前后沿觸發(fā)點(diǎn)壓都隨電源電壓的變化而變 化。圖3為六管串連形式的施密特觸發(fā)器，它使用串連的兩個(gè)NMOS管和兩個(gè)PMOS管 對輸入電壓進(jìn)行檢測，從而實(shí)現(xiàn)施密特觸發(fā)器的功能。但是該施密特觸發(fā)器的前后沿觸發(fā) 點(diǎn)壓受電源電壓和溫度的影響較大。圖4所示為專利一種施密特觸發(fā)器(專利號200820066742. 4，
公開日
2009. 02. 04)采用反相器的翻轉(zhuǎn)閾值電壓來決定施密特觸發(fā)器的前后沿觸發(fā)電壓的電路。 根據(jù)CMOS反相器的定義，反相器的翻轉(zhuǎn)閾值電壓Vi為<formula>formula see original document page 4</formula>其中kn、kp分別為匪OS和PMOS的跨導(dǎo)系數(shù)，Vm、Vtp分別為匪OS和PMOS的閾值 電壓。從上式也可以看到，施密特觸發(fā)器的前后沿觸發(fā)電壓也與電源電壓緊密相關(guān)，即 受電源電壓的影響較大。由以上分析可見，前人在施密特觸發(fā)器的設(shè)計(jì)中，主要關(guān)注的問題是低電壓、低 功耗等。而忽視了電源電壓和溫度對施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)閾值電壓的影響。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有施密特觸發(fā)器以上的不足，本實(shí)用新型提出了一種不受電源電壓和 溫度干擾的新型施密特觸發(fā)器。一種新型施密特觸發(fā)器包括閾值電壓產(chǎn)生模塊和比較模塊，其中閾值電壓產(chǎn)生模 塊輸出高電壓閾值和低電壓閾值到比較模塊，輸入電壓Vin輸入比較模塊，比較模塊輸出 方波信號Vout，且輸出的方波信號Vout反饋至閾值電壓產(chǎn)生模塊。閾值電壓產(chǎn)生模塊包括開關(guān)管、電阻R0、電阻Rl以及電流源，其中RO的一端接電 流源，另一端接地，電阻Rl與開關(guān)管串聯(lián)于電流源與地之間。比較模塊為一比較器，其中比較器的負(fù)輸入端與閾值電壓產(chǎn)生模塊中的電流源和 RO之間的節(jié)點(diǎn)相連，輸入電壓Vin輸入至比較器的正輸入端，比較器的輸出端輸出方波信 號Vout，且輸出的方波信號Vout反饋至閾值電壓產(chǎn)生模塊中開關(guān)管的柵極。本實(shí)用新型可以良好地應(yīng)用于波形整形、幅度鑒別、噪聲去除和周期性脈沖發(fā)生 等電路，且本實(shí)用新型是利用開關(guān)管對參考電流的分流來產(chǎn)生遲滯窗口的，與傳統(tǒng)的施密 特觸發(fā)器相比，本實(shí)用新型的施密特觸發(fā)器具有不依賴于電源電壓和溫度的優(yōu)異特性。

圖1是理想施密特電壓轉(zhuǎn)換特性圖；圖2是NMOS管施密特觸發(fā)器圖；圖3是傳統(tǒng)六管施密特觸發(fā)器圖；圖4是反相器施密特觸發(fā)器圖；圖5是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的新型施密特觸發(fā)器模塊圖；圖6是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
新型施密特觸發(fā)器的一種具體電路圖；圖7是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
新型施密特觸發(fā)器的各節(jié)點(diǎn)的波形圖。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明如圖5所示本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式包括閾值電壓產(chǎn)生模塊501和比較模塊 502，閾值電壓產(chǎn)生模塊501輸出高電壓閾值和低電壓閾值到比較模塊502，輸入電壓Vin輸入比較模塊502，比較模塊502輸出方波信號Vout，且輸出的方波信號Vout反饋至閾值電壓產(chǎn)生模塊501。如圖6所示為本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施電路，包括比較器601、開關(guān)管602、電阻 R0、電阻Rl以及電流源603。其中RO的一端接電流源603，另一端接地。電阻Rl與開關(guān)管 602串聯(lián)于電流源603與地之間，比較器601的負(fù)輸入端與電流源603和Rl之間的節(jié)點(diǎn)相 連，輸入電壓Vin輸入比較器601的正輸入端，比較器601的輸出端輸出方波信號Vout，且 輸出的方波信號Vout反饋回開關(guān)管602的柵極。現(xiàn)結(jié)合圖6介紹該新型施密特觸發(fā)器的具體工作過程。通用比較器用于對施密特觸發(fā)器高低翻轉(zhuǎn)閾值的檢測，參考電流源提供一個(gè)與電 源電壓和溫度無關(guān)的電流源。根據(jù)施密特觸發(fā)器的要求，VR處的電壓應(yīng)該具有兩個(gè)不用的 翻轉(zhuǎn)閾值電壓值。根據(jù)圖6所示，當(dāng)開關(guān)管602關(guān)閉時(shí)，VR處的電壓為(Iref為電流源的 輸出電流)<formula>formula see original document page 5</formula>(I)而當(dāng)開關(guān)管602導(dǎo)通時(shí)，VR處的電壓為<formula>formula see original document page 5</formula> (2)從式⑴⑵可以看到，由于Iref是與電源電壓無關(guān)的電流，所以VR_、VR+都是與 電源電壓無關(guān)的基準(zhǔn)電壓，且VR_ < VR+。下面以圖7為例介紹本實(shí)用新型電路的工作原理和工作過程，其中圖7為各節(jié)點(diǎn) 波形。當(dāng)輸入端電壓Vin較低時(shí)，即Vin < VR,則此時(shí)輸出Vout為低電平，則開關(guān)管602 不導(dǎo)通，那么此時(shí)施密特觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)閾值為VR+= Iref XR0。輸入信號Vin緩慢增大，當(dāng) 輸入電壓Vin大于VR+ = IrefXRO時(shí)，此時(shí)比較器601的輸出翻轉(zhuǎn)，輸出Vout為高電平， 開關(guān)管602導(dǎo)通，施密特觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)閾值變?yōu)閂R— = IrefX (R0//R1)。當(dāng)輸入電壓Vin增加到一定程度時(shí)，開始慢慢下降，在輸入電壓Vin > VR_之前， 輸出保持不變。當(dāng)輸入電壓Vin小于VR—= IrefX (R0//R1)時(shí)，輸出Vout變?yōu)榈碗娖?，開 關(guān)管602不導(dǎo)通，那么此時(shí)施密特觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)閾值又變回到VR+ = Iref XR0。通過以上過程可以看到，正是利用了開關(guān)管的通斷實(shí)現(xiàn)了具有遲滯特性的施密特 觸發(fā)器，且該施密特觸發(fā)器的前后沿觸發(fā)電壓都跟電源電壓和溫度無關(guān)。故本實(shí)用新型施 密特觸發(fā)器的電壓和溫度特性都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的施密特觸發(fā)器。由上述可見，本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)簡單，在不增加任何電路復(fù)雜度的情況下，利用 了一個(gè)開關(guān)管和一參考電流源實(shí)現(xiàn)了施密特觸發(fā)器的前后沿觸發(fā)電壓。而且本實(shí)用新型的 前沿觸發(fā)電壓和后沿觸發(fā)電壓都可以通過調(diào)節(jié)RO和Rl的大小來實(shí)現(xiàn)。本電路可以在CMOS 工藝上實(shí)現(xiàn)，電路制造成本低。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能 認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視 為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種新型施密特觸發(fā)器，其特征在于包括閾值電壓產(chǎn)生模塊和比較模塊，其中閾值電壓產(chǎn)生模塊輸出高電壓閾值和低電壓閾值到比較模塊，輸入電壓Vin輸入至比較模塊，比較模塊輸出方波信號Vout，且輸出的方波信號Vout反饋至閾值電壓產(chǎn)生模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型施密特觸發(fā)器，其特征在于閾值電壓產(chǎn)生模塊包 括開關(guān)管、電阻R0、電阻Rl以及電流源，其中電阻RO的一端接電流源，另一端接地；電阻Rl 與開關(guān)管串聯(lián)于電流源與地之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型施密特觸發(fā)器，其特征在于比較模塊為一比較 器，其中比較器的負(fù)輸入端與閾值電壓產(chǎn)生模塊中的電流源和RO之間的節(jié)點(diǎn)相連，輸入電 壓Vin輸入至比較器的正輸入端，比較器的輸出端輸出方波信號Vout，且輸出的方波信號 Vout反饋至閾值電壓產(chǎn)生模塊中開關(guān)管的柵極。
專利摘要本實(shí)用新型公告了一種新型施密特觸發(fā)器，包括閾值電壓產(chǎn)生模塊和比較模塊，其中閾值電壓產(chǎn)生模塊輸出高電壓閾值和低電壓閾值到比較模塊，輸入電壓Vin輸入比較模塊，比較模塊輸出方波信號Vout，且輸出的方波信號Vout反饋回閾值電壓產(chǎn)生模塊。本實(shí)用新型可以良好地應(yīng)用于波形整形、幅度鑒別、噪聲去除和周期性脈沖發(fā)生等電路，且本實(shí)用新型是利用開關(guān)管對參考電流的分流來產(chǎn)生遲滯窗口的，與傳統(tǒng)的施密特觸發(fā)器相比，具有不依賴于電源電壓和溫度的優(yōu)異特性。
文檔編號H03K3/3565GK201577074SQ20092026068
公開日2010年9月8日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者劉俊秀, 劉敬波, 吳玉強(qiáng), 石嶺, 胡江鳴 申請人:深圳艾科創(chuàng)新微電子有限公司