專利名稱：模擬-時間轉(zhuǎn)換電路及模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種模擬-時間轉(zhuǎn)換電路及模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
單穩(wěn)態(tài)電路(即單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)最經(jīng)常的用途是用作延時。例如圖1 (a)和(b) 是微分型單穩(wěn)態(tài)電路的電路。其中(a)是R接地的，(b)是R接電源的。傳統(tǒng)上單穩(wěn)態(tài)電 路實現(xiàn)延時的原理可以從圖1看出。單穩(wěn)態(tài)的延時時間T為T = RC 二 \ 、(1)
Fc(CO)-Fm其中Vc(c )為電容充放電的最終電壓，此電壓在圖1(a)中為零，圖1(b)中為電 源電壓Vcc ；Vc(O)為電容的初始電壓，只要兩次觸發(fā)有足夠的時間間隔，一般可認為是零； Vth是門電路的閾值電壓。通常利用單穩(wěn)態(tài)電路做延時的原理是，當電源電壓和門電路確定 時，延時時間T和R、C的乘積成正比。對于CMOS電路，在圖1的電阻接地或接電源的情況下，有些教科書把公式⑴簡 化為公式(2)。T= (3 5) RC(2)由以上可知，單穩(wěn)態(tài)電路的延時時間和所用的R和C的大小有關(guān)，從公式(1)和公 式(2)中可以看出這一點。傳統(tǒng)的改變單穩(wěn)態(tài)延時時間的做法是改變其R和C的大小。由 于太大的電阻和電容其值是不穩(wěn)定的，而且由于制造工藝的限制，電阻和電容的標稱值是 有極限的。所以通常來說，用單穩(wěn)態(tài)的延時電路很難獲得比較長的延時。另外，現(xiàn)在還沒有人采用單穩(wěn)態(tài)電路做為模擬_時間轉(zhuǎn)換電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，限 制了單穩(wěn)態(tài)電路的使用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種模擬_時間轉(zhuǎn)換電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種數(shù)字化模擬_時間轉(zhuǎn)換電 路，包括單穩(wěn)態(tài)電路和時間量化電路，所述單穩(wěn)態(tài)電路中原來接電源或地的電阻或電容一 端用于接一模擬電壓量；所述的單穩(wěn)態(tài)電路輸出端與時間量化電路相連接，所述的時間量 化電路用于對單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)輸出脈沖進行計數(shù)。所述的時間量化電路為計數(shù)器。本實用新型提供的一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括單穩(wěn)態(tài)電路、時間量化電路和折算電路， 所述單穩(wěn)態(tài)電路中原來接電源或地的電阻或電容一端用于接一模擬電壓量；所述的單穩(wěn)態(tài) 電路輸出端與時間量化電路相連接，所述的時間量化電路用于對單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)輸出脈 沖進行計數(shù)；所述時間量化電路的輸出端與折算電路的輸入端相連接，所述折算電路用于 按照單穩(wěn)態(tài)電路模擬電壓輸入和延時時間輸出的關(guān)系計算出所施加的模擬電壓值。所述的時間量化電路為計數(shù)器。
3[0014]所述的折算電路為查表電路或其他計算電路。在利用單穩(wěn)態(tài)電路進行延時的同時，這一過程也完成了模擬電壓量到時間量的轉(zhuǎn) 換，即模擬_時間轉(zhuǎn)換。在完成模擬_時間轉(zhuǎn)換得到模擬量對應(yīng)的時間值后，由于時間量的 數(shù)字化有簡單成熟的電路，在其后端附加一個測量時間的電路，就得到了數(shù)字化的時間輸 出量，即完成了數(shù)字化的模擬-時間轉(zhuǎn)換。將此數(shù)字輸出按照公式(1)的對應(yīng)關(guān)系換算成 對應(yīng)的模擬電壓值，就可以完成模擬-數(shù)字變換(ADC)。上述電路的優(yōu)點在于無論在模擬_時間轉(zhuǎn)換還是模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，由于單穩(wěn)態(tài)電 路本身是數(shù)字電路，所以全部電路除了一個電阻R和一個電容C外，其他均可以采用數(shù)字電 路實現(xiàn)。因此，將電路的延時部分和系統(tǒng)中其他數(shù)字電路設(shè)計成一個完整的數(shù)字電路，以降 低集成電路的成本和提高可靠性。另一個優(yōu)點是本實用新型可以用目前比較成熟且得到廣 泛應(yīng)用的可編程數(shù)字電路(PLD)實現(xiàn)。目前在可編程電路中嵌入模數(shù)變換器尚沒有技術(shù)上 可行的方法。數(shù)字化模數(shù)轉(zhuǎn)換一直是電路設(shè)計領(lǐng)域追求的目標。本實用新型用單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)了模擬_時間轉(zhuǎn)換電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，拓寬了單穩(wěn) 態(tài)電路的應(yīng)用。

圖1 (a)和圖1 (b)分別是常1和常0微分型單穩(wěn)態(tài)電路的示意圖；圖2(a)和圖2(b)分別是圖1的常1和常0微分型單穩(wěn)態(tài)電路中接有模擬電壓VX 的示意圖；圖3是圖2中電路的原理框圖；圖4是數(shù)字化模擬_時間轉(zhuǎn)換電路的電路原理示意圖；圖5是模擬_數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路原理示意圖。
具體實施方式
利用單穩(wěn)態(tài)做延時應(yīng)用存在的一個困難就是不能獲得較長的延時時間，傳統(tǒng)的辦 法是增大R和C的值來增大延時時間，但是當R或C非常大時，其值是不穩(wěn)定的，造成延時 時間的不穩(wěn)定；另外R和C的標稱值受到制造的限制不能無限增大。如圖2(a)、圖2(b)和 圖3所示，本實用新型用單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)長延時的方法是將單穩(wěn)態(tài)電路中通常接地或者接 電源的電容(或電阻)一端接一個模擬電壓Vx，將Vx代替公式(1)中的電容終點充放電電 壓Vc(⑴)，通過控制外加的這個電壓，就可以控制單穩(wěn)態(tài)的延時時間。也就是說，單穩(wěn)態(tài)的 延時時間，除了可以傳統(tǒng)的通過R和C的值來控制外，還可以通過一個外加的電壓來控制。 從公式⑴可以看出，當Vx和單穩(wěn)態(tài)的門電路的閾值電壓Vth比較接近時，可以得到長的延 時時間。當外加電壓和Vth很接近的時候，分母會很小，使延時時間T大大增大。根據(jù)實驗， 本方法的延時時間通?？梢员葌鹘y(tǒng)方法大10 20倍。圖3中Vi是單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)脈沖輸入，在需要輸出的時候給電路一個極性合適 的脈沖就可以。Vx是模擬電壓量輸入，輸出是和這個模擬量Vx相關(guān)的脈沖延續(xù)時間T。由 于輸入和輸出都是模擬量，因此這一過程完成了從模擬電壓到模擬時間的轉(zhuǎn)換。反過來，對于一個未知的Vx，則可以從單穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)輸出脈沖的寬度來推算出所 施加的模擬電壓Vx大小。[0026]圖2(a)和圖2(b)以及圖3的電路本質(zhì)上是一個把一個模擬電壓Vx轉(zhuǎn)換為模擬 時間輸出量T的電路，將一個范圍在0 Vth或Vth Vcc的電壓Vx施加于單穩(wěn)態(tài)電路，則 可以在觸發(fā)脈沖來到時，在其輸出端得到一個與Vx對應(yīng)的模擬時間輸出T。上述電路在觸 發(fā)脈沖的作用下，完成的即是模擬電壓到模擬時間的轉(zhuǎn)換(ATC)。在得到模擬時間后，由于時間量的量化是比較容易和成熟的，如可以用高頻振蕩 器計數(shù)等方法實現(xiàn)。所以在獲得模擬時間的前提下，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字時間也比較容易和成 熟。如圖4所示的數(shù)字化模擬_時間轉(zhuǎn)換電路，包括單穩(wěn)態(tài)電路和時間量化電路，所述單穩(wěn) 態(tài)電路中原來接電源或地的電阻或電容一端用于接一模擬電壓量；所述的單穩(wěn)態(tài)電路輸出 端與時間量化電路相連接，所述的時間量化電路用于對單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)輸出脈沖進行計 數(shù)。所述的時間量化電路可采用高頻振蕩器之類的計數(shù)器。在完成模擬時間-數(shù)字時間的轉(zhuǎn)換后，把所得到的數(shù)字時間按公式(1)折算成其 對應(yīng)的模擬電壓輸入，就完成了模擬-數(shù)字變換(ADC)，就是通常說的模數(shù)變換。如圖5所 示，本實用新型提供的模擬_數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括單穩(wěn)態(tài)電路、時間量化電路和折算電路，所述 單穩(wěn)態(tài)電路中原來接電源或地的電阻或電容一端用于接一模擬電壓量；所述的單穩(wěn)態(tài)電路 輸出端與時間量化電路相連接，所述的時間量化電路用于對單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)輸出脈沖進 行計數(shù)；所述時間量化電路的輸出端與折算電路的輸入端相連接，所述折算電路用于按照 單穩(wěn)態(tài)電路模擬電壓輸入和延時時間輸出的關(guān)系計算出所施加的模擬電壓值。折算電路的作用是按照單穩(wěn)態(tài)電路模擬電壓輸入和延時時間輸出的關(guān)系中計算 出所施加的模擬電壓大小。最簡單和直觀的折算電路是查表電路。即按照設(shè)定的分辨率， 通過實驗，逐點測量每一個電壓所對應(yīng)的延時時間T，在測到延時時間T的數(shù)字值后就可以 通過查表得到其對應(yīng)的模擬電壓值。比如當設(shè)定分辨率為8位的時候，數(shù)字電壓一共有28 =256個狀態(tài)，分別測量出每個狀態(tài)所對應(yīng)的延時時間輸出值，從而得到兩個量值的對應(yīng) 表格，將表格保存在ROM或RAM電路中，就可以作為一種折算電路。從上面敘述可以看出，在完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中，實際上通過本電路完成了一個 對未知電壓輸入的測量過程。
權(quán)利要求一種模擬 時間轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括單穩(wěn)態(tài)電路和時間量化電路，所述單穩(wěn)態(tài)電路中原來接電源或地的電阻或電容一端用于接一模擬電壓量；所述的單穩(wěn)態(tài)電路輸出端與時間量化電路相連接，所述的時間量化電路用于對單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)輸出脈沖進行計數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬-時間轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述的時間量化電路為計數(shù)ο
3.一種模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括單穩(wěn)態(tài)電路、時間量化電路和折算電路， 所述單穩(wěn)態(tài)電路中原來接電源或地的電阻或電容一端用于接一模擬電壓量；所述的單穩(wěn)態(tài) 電路輸出端與時間量化電路相連接，所述的時間量化電路用于對單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)輸出脈 沖進行計數(shù)；所述時間量化電路的輸出端與折算電路的輸入端相連接，所述折算電路用于 按照單穩(wěn)態(tài)電路模擬電壓輸入和延時時間輸出的關(guān)系計算出所施加的模擬電壓值。
4.如權(quán)利要求3所述的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的時間量化電路為計數(shù)ο
5.如權(quán)利要求3或4所述的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的折算電路為查表電路。
專利摘要本實用新型涉及一種模擬-時間轉(zhuǎn)換電路，包括單穩(wěn)態(tài)電路和時間量化電路，所述單穩(wěn)態(tài)電路中通常接電源或地的電阻或電容一端用于接一模擬電壓量；所述的單穩(wěn)態(tài)電路輸出端與時間量化電路相連接，所述的時間量化電路用于對單穩(wěn)態(tài)電路的輸出脈沖進行計數(shù)。模擬-時間轉(zhuǎn)換電路再連接一折算電路即構(gòu)成模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本實用新型用單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)了模擬-時間轉(zhuǎn)換電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，拓寬了單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用。
文檔編號H03M1/12GK201733289SQ201020115600
公開日2011年2月2日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者呂磊, 時偉, 楊玉葉, 王瑋, 王福源 申請人:鄭州大學(xué)