[发明专利]一种变时间常数数字指数波生成器

摘要

一种变时间常数数字指数波生成器，包括分频器、编码器、四选一通道选择器、指数生成电路，分频器的输入为振荡器产生的时钟信号clk和去磁时间信号TD，分频器对振荡器输出进行分频，得到clk、1/2clk、1/4clk、1/8clk四个充放电信号，分别连接通道选择器的四个输入端，其计数结果作为编码器的输入信号实现编码。计数器从开关管导通后开始计数，直到下一周期开关管再次导通瞬间计数结果重置为零后，再重新开始计数。编码器根据导通时间的大小对其进行编码，编码信号将直接控制通道选择器的导通和关断，通道选择器的输出将控制指数生成器的充电频率，通过对不同频率信号通道的切换，可以得到逐步倍增的时间常数的指数波。

主权项

1.一种变时间常数数字指数波生成器，其特征在于，包括分频器、编码器、四选一通道选择器、指数生成电路；分频器的输入信号为振荡器产生的时钟信号clk和去磁时间信号TD，分频器对由振荡器输出的时钟信号clk进行分频，分别得到clk、1/2clk、1/4clk、1/8clk四个充放电信号，这四个充放电信号分别连接通道选择器的四个输入端，同时其计数结果将作为编码器的输入信号实现编码，由于振荡器频率固定，所以分频器也同时起着等时间间距计数的作用，计数器从开关管导通后开始计数，直到下一周期开关管再次导通瞬间计数结果重置为零后，再重新开始计数，编码器会根据导通时间的大小对其进行编码，此编码信号将直接控制通道选择器的导通和关断，通道选择器的输出将控制指数生成器的充电频率，通过对不同频率信号通道的切换，得到逐步倍增的时间常数的指数波；1)分频器由10个下降沿触发的D触发器级联组成，每个触发器的D端与Qn端相连，ck端与前一级触发器Q端相连，所有触发器的清零端cp统一连接信号线cp1，cp端为低电平清零，连接去磁时间信号TD，信号clk为分频器初始输入信号，经过10级分频后，得到分频信号clk_1d、clk_2d、……clk_10d，分别代表clk信号的21、22、23、……210次分频后的振荡信号，clk_1dn、clk_2dn……clk_10dn代表clk_1d、clk_2d……clk_10d信号的非信号，信号cp1为开关导通后产生的一个低电平脉冲，在每次开关开启后将计数器的结果重置为零，然后计数器重新开始计数，直到下一个周期cp1再次将结果重置，该分频器能够在每个周期内对开关周期进行计数，所计的二进制数，用于设置电路时间常数切换的时间点，由于分频器由下降沿触发的D触发器构成，所以当分频器用作计数器时，以clk_1dn、clk_2dn、clk_3dn……clk_10dn输出信号作计数结果；2)编码器包括时间常数切换逻辑控制电路和编码逻辑电路两个部分，二输入或非门NOR1、三输入或非门NOR2以及三个上升沿触发的D触发器DFF1、DFF2、DFF3组成时间常数切换逻辑电路，确定时间常数的切换点，其输入输出信号连接关系为：NOR1的输入端接clk_7dn，clk_8dn，其输出信号j1连接DFF2的ck端；NOR2的输入端接clk_7dn，clk_8dn，clk_9dn，其输出信号j2连接DFF3的ck端，DFF1的信号的ck端连接clk_7d，DFF1、DFF2、DFF3的D端均连接vreg1信号基准，复位信号cp均连接分频器中的cp1信号，输出信号分别为ST0、ST1、ST2，代表了时间常数切换点；或非门NOR3、四个与非门NAND1、NAND2、NAND3、NAND4和三个反相器INV1、INV2、INV3构成编码逻辑电路，选择控制对电容充放电频率的信号通道，NOR3和NAND2的输入信号为ST1、ST2，NOR3通过反相器INV1连接至NAND1的一个输入端，其另一个输入端为NAND2的输出，NAND3的另一个输入端信号为ST0，NAND4的输入信号为ST0、ST1，NAND3和NAND4的输出信号分别为VS2、VS1，再分别连接反相器INV2、INV3得到的输出信号分别为VS2N、VS1N；3)四选一通道选择器由六个传输门TG1、TG2、TG3、TG4、TG5、TG6控制四个通道的导通与关断，TG1、TG2、TG4、TG5的输入分别连接clk、clk_1d、clk_2d、clk_3d，TG1和TG2的输出相连作为TG3的输入信号，TG4和TG5的输出相连作为TG6的输入信号，TG3和TG6的输出信号相连通过连接两个反相器输出信号fC1，由编码器生成的VS1作为TG3的正向控制信号和TG6的负向控制信号，VS2作为TG1和TG4的正向控制信号以及TG2和TG5的负向控制信号，VS1N作为TG3的负向控制信号和TG6的正向控制信号，VS2N作为TG2和TG5的正向控制信号以及TG1和TG4的负向控制信号；4)指数生成电路包括由两个放大器OTA1、OTA2，传输门TG7、TG8、TG9、TG10，电容C1、C2、C3、C4，电阻R1组成的指数器和二输入或非门NOR1、反相器INV1组成的逻辑控制电路，NOR1的输入信号为TD和fC1，其输出为fC2，再经过反相器INV1得到fC2N,放大器OTA1的正输入端连接基准电压vref_3v，其典型值为3v，负端连接至输出端并接一电容C3构成缓冲器，并且该信号作为TG7的输入信号，其输出信号连接至TG8的输入端并接一电容C1至地，TG8的输出信号连接一个电容C2、电阻R1、以及TG9的输出和TG10的输入，TG9的输入端为基准电压vref_1v经过OTA2构成的缓冲级的信号，TG10的输出端信号连接电阻R1的另一端作为指数信号的输出信号Vexp，该信号接一电容C4至地。