[发明专利]基于单极型晶体管的电压频率转换器电路、方法及芯片

说明书

本发明公开了一种基于单极型晶体管的电压频率转换器电路、方法及芯片，其中电压频率转换器电路包括：积分器，积分器包括放大器、电阻和电容，电容的一端连接在放大器的反相输入端，电容的另一端连接在放大器的输出端，电阻的一端与放大器的反相输入端连接；施密特触发器，放大器的输出端与施密特触发器的输入端连接；电子开关，施密特触发器的输出端与电子开关的控制端连接，电子开关的第一端与电容的一端连接，电子开关的第二端与电容的另一端连接。本发明通过施密特触发器的数字输出按周期启动和复位积分器，从而产生振荡，震荡频率与输入电压高度线性相关，极大地提高分辨率，可广泛应用于半导体集成电路领域。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，尤其涉及一种基于单极型晶体管的电压频率转换器电路、方法及芯片。

背景技术

与传统的硅互补氧化物半导体(CMOS)技术相比，薄膜晶体管技术具有吸引人的特性，包括柔韧性，透明性，重量轻，超薄尺寸，可拉伸性以及大面积低成本制造的能力。由于这些优点，它们在可穿戴传感器应用中很有前途。尽管薄膜技术有很多优势，但缺少高性能的互补器件在大多数情况下对电路设计提出了挑战。例如，a-Si TFT技术，氧化物TFT技术主要器件类型为n型晶体管；而有机TFT技术，碳纳米管技术主要器件类型则为p型晶体管。因此，通常情况下，薄膜晶体管电路仅能基于单极型晶体管实现，这意味着传统CMOS电路设计技术不再适用，相比成熟的CMOS集成电路设计技术，薄膜晶体管集成电路的设计面临很多挑战。

本发明仅以纯n型电路为例进行讨论，对于纯p型电路，只需将电路上下翻转即可，因此不再做详述。

为了改善信号完整性，应使用接口电路将传感器的模拟输出转换为数字代码。电压-频率转换器作为一种接口电路，可以将模拟输入转换为一系列具有不同频率的脉冲。而且，与其他类型的转换器相比，其具有简单紧凑的结构。通过组合片外计数器，可以轻松实现模数转换器。目前，基于单极型薄膜晶体管的电压-频率转换器的几种常用的结构及其缺点简述如下：1、利用器件的背栅调节振荡频率，此方法会增加电路制造工艺复杂性，并且与商用的单栅技术不兼容；2、采用压控环形振荡器结构，这种结构的缺点是功耗高，因为电源电压直接由输入信号控制；3、采用张弛振荡器结构，但是其拓扑较复杂(需要外部时钟控制信号)，且线性度较差；4、采用基于有源电感的LC的结构，但是，其输出频率范围很低，这限制了其应用范围。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，本发明的目的是提供一种基于单极型晶体管的电压频率转换器电路、方法及芯片，其中电压频率转换器电路基于积分器和施密特触发器，能同时实现高分辨率，高调谐灵敏度和低功耗。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于单极型晶体管的电压频率转换器电路，包括：

积分器，所述积分器包括放大器、电阻和电容，所述电容的一端连接在所述放大器的反相输入端，所述电容的另一端连接在所述放大器的输出端，所述电阻的一端与所述放大器的反相输入端连接，所述电阻的另一端作为电压频率转换器电路的输入端；

施密特触发器，所述放大器的输出端与所述施密特触发器的输入端连接，所述施密特触发器的输出端作为所述电压频率转换器电路的输出端；

电子开关，所述施密特触发器的输出端与所述电子开关的控制端连接，所述电子开关的第一端与所述电容的一端连接，所述电子开关的第二端与所述电容的另一端连接。

进一步，所述放大器采用正反馈及两级放大结构，包括一级放大单元和二级缓冲单元。

进一步，所述放大器由N沟道场效应晶体管组成，所述一级放大单元包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管第一电流源和第二电流源；