[发明专利]一种固定斜率三角波信号发生与采样电路

说明书

本发明是一种固定斜率三角波信号发生与采样电路，可用于任何采样电路，如过/欠采样锁相环电路、数模转换器电路。本电路产生的三角波可代替正弦信号用于采样电路，周期内固定的斜率保证了增益的一致性，确保了采样电压的线性，为后级电路的设计提供了便利。并且在锁相环电路中，线性电路相比非线性电路具有更好的噪声性能。本发明对普通的电流型三角波发生电路做了改进，提出了电压型三角波发生电路。相对于电流型，电压型将电流截止开关换成电压截止开关，消除了开关带来的电流过冲等非理想因素。对应的双开关采样电路将采样交流信号转换为采样直流信号，有效地减少了交流信号耦合带来的负面影响，保证后级电路的正确结果。

技术领域

本发明是一种固定斜率三角波信号发生与采样电路，主要应用于采样保持电路，如过采样锁相环、数模转换器等。

背景技术

在采样电路中，被采样信号的斜率即信号的增益，对电路的性能以及设计复杂度有着重要影响。在性能方面，如在过采样锁相环电路中，需要用反馈信号采样输入信号，根据采样得到的信息对频率和相位进行相应操作。在这种电路中，输入信号通常为正弦信号，而正弦信号最大的缺点为增益会随着时间变化，这种增益的非线性会导致采样的偏差进而影响环路的噪声性能，而且为了弥补这种增益的变化，需要额外产生对应的正交增益，导致需要使用额外的电路以及消耗额外的功耗，甚至部分使用电流镜的结构还会贡献大量的噪声；在设计复杂度方面，较大的信号增益能够为后续电路提供较大的设计空间。如在上述提到的锁相环电路中，在一定的设计要求下，将受输入信号斜率影响的鉴相器的增益提高，可以为滤波器的电阻，以及压控振荡器的增益留出更大的调节空间，降低电阻面积或者降低压控振荡器的设计复杂度。因此，具有良好线性度的输入信号显得格外重要。

三角波信号提供了相对固定的斜率，因此可以克服上述缺点。传统的三角波产生电路可以用以运算放大器为核心的积分器实现，但由于运算放大器本身设计较复杂、功耗较高，且需要使用电阻电容，芯片的面积也较大，因此在低功耗应用中有较大局限性，并且由于较大的电阻电容的存在，在某些反馈系统中还会影响系统稳定性。本发明提出的三角波产生电路相比传统电路可以极大地减小电路功耗，且对环路的稳定性没有影响，因此具有广泛的应用前景。

在采样保持电路中，通常使用单个开关对信号进行采样，在采样开关导通期间，被采样信号电压的变化会通过寄生电容交流耦合到后级电路，在某些差分应用中会产生固定的电压差，影响输出结果。本发明提出的双开关采样结构可以解决上述问题，两个采样开关间断性工作，避免了信号交流耦合造成的影响，能够保证后级电路正确的输出结果。

发明内容

本发明以MOS管和电容代替传统的基于运算放大器的三角波发生器，由于去掉了运算放大器，减小了元器件的数目，实现了电路的简化，面积的优化以及功耗的降低。同时，在传统单管采样的基础上，增加了第二组采样开关和采样电容，避免了采样信号的交流耦合引起的输出异常。

一种固定斜率三角波信号发生与采样电路，包括用PMOS管MP1、MP2做的电流镜电路；由PMOS管MP3和NMOS管MN1做成开关复位电路；对电荷进行积分的电容C；实现第一级采样的开关SW1与采样电容C1；实现第二级采样的开关SW2与采样电容C2；MP1与MP2的源极接到VDD，MP1漏极与栅极短接，接到输入Vtri以及MP3的源极；MP2的栅极接MP3的漏极，MP2的漏极、电容C的上极板、开关SW1的一端以及开关管MN1的漏极接在一起；电容C的下极板、MN1的源极、电容C1、C2的下极板均接到地；开关SW1、电容C1的上极板、开关SW2的一端接在一起；开关SW2、电容C2的上极板接在一起，作为电路的输出端口。