一种宽带低功耗高线性数模开关及控制系统与方法
阅读说明：本技术 一种宽带低功耗高线性数模开关及控制系统与方法 (Broadband low-power-consumption high-linearity digital-to-analog switch and control system and method ) 是由 范超 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种宽带低功耗高线性数模开关及控制系统与方法,包括控制信号输入端口、控制信号处理电路、数字信号输入端口、第一MOS管、传输门、信号源、接地电阻和信号输出端口；控制信号处理电路的输入端和传输门的控制端均与控制信号输入端口连接；控制信号处理电路的输出端与第一MOS管的栅极连接；第一MOS管的源极与信号源的输入端连接；信号源的负极接地；传输门的输入端与数字信号输入端口连接；传输门的输出端、第一MOS管的漏极和接地电阻均与信号输出端口连接；控制信号处理电路用于对输入的控制信号进行两次反相处理后进行滤波处理,并将处理后的信号输入第一MOS管的栅极；传输门通过控制信号进行控制。(The invention provides a broadband low-power-consumption high-linearity digital-analog switch and a control system and a control method thereof, wherein the broadband low-power-consumption high-linearity digital-analog switch comprises a control signal input port, a control signal processing circuit, a digital signal input port, a first MOS (metal oxide semiconductor) tube, a transmission gate, a signal source, a grounding resistor and a signal output port; the input end of the control signal processing circuit and the control end of the transmission gate are both connected with the control signal input port; the output end of the control signal processing circuit is connected with the grid electrode of the first MOS tube; the source electrode of the first MOS tube is connected with the input end of the signal source; the negative electrode of the signal source is grounded; the input end of the transmission gate is connected with the digital signal input port; the output end of the transmission gate, the drain electrode of the first MOS tube and the grounding resistor are all connected with the signal output port; the control signal processing circuit is used for performing two times of phase reversal processing on the input control signal, then performing filtering processing on the control signal, and inputting the processed signal into a grid electrode of the first MOS tube; the transmission gate is controlled by a control signal.)
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体而言，涉及一种宽带低功耗高线性数模开关及控制系统与方法。
背景技术
目前，在集成电路芯片中，在接收中频输出时，为了降低所用的管脚的数目，有时需要把模拟和数字输出管脚进行复用。数字部分采用传输门即可进行控制，模拟部分则通常会采用开关管进行控制。因为模拟中频在输出时，信号摆幅通常会比较大，因此输出开关的线性度非常重要，它会直接影响输出信号的质量。现有的方法很多使用开关管对模拟和数字输出的切换进行控制。采用开关管时，开关管的线性度是和导通阻抗是相关的。虽然在理想条件下，开关管的导通阻抗在输入幅度发生变化时，阻值保持不变，那么它就不会产生失真，但是实际开关的导通阻抗会随着输入幅度的变化而变化，它输出信号的摆幅就会随着输入信号的幅度而变化，因此通常它的线性度不会太好。
为了提高开关管的线性度，目前有部分方法采用源随结构，把输入信号加到栅极上，同时改变了栅极电压，可以极大的提升开关管的线性度。但是它需要额外的电路，而且当频率提升时，为了保持栅极电压摆幅足够大，它消耗的电流会提升。因此，需要提供一种方案以便于在提高开关管的线性度的同时简化电路的结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带低功耗高线性数模开关及控制系统与方法，用以实现在提高开关管的线性度的同时简化电路的结构，降低功耗的技术效果。
第一方面，本发明提供了一种宽带低功耗高线性数模开关，包括：控制信号输入端口、控制信号处理电路、数字信号输入端口、第一MOS管、传输门、信号源、接地电阻和信号输出端口；所述控制信号处理电路的输入端和所述传输门的控制端均与所述控制信号输入端口连接；所述控制信号处理电路的输出端与所述第一MOS管的栅极连接；所述第一MOS管的源极与所述信号源的输入端连接；所述信号源的负极接地；所述传输门的输入端与所述数字信号输入端口连接；所述传输门的输出端、所述第一MOS管的漏极和所述接地电阻均与所述信号输出端口连接；所述控制信号处理电路用于对输入的控制信号进行两次反相处理后进行滤波处理，并将处理后的信号输入第一MOS管的栅极；所述传输门通过上述控制信号进行控制。
进一步地，所述控制信号处理电路包括第一反相器、第二反相器和高通滤波电路；所述第一反相器的输入端与所述控制信号输入端口连接；所述第二反相器的输入端与所述第一反相器的输出端连接；所述高通滤波电路的输入端与所述第二反相器的输出端连接；所述高通滤波电路的输出端与所述第一MOS管的栅极连接。
进一步地，所述高通滤波电路包括第一电阻和第一电容；所述第一电阻的第一端与所述第二反相器的输出端连接；所述第一电阻的第二端和所述第一电容的第一端均与所述第一MOS管的栅极连接；所述第一电容的第二端与所述信号源的输入端连接。
进一步地，所述第一电阻为可调电阻；所述第一电容为可调电容。
进一步地，所述传输门包括第二MOS管和第三MOS管；所述第二MOS管的源极和所述第二MOS管的源极均与所述数字信号输入端口连接；所述第二MOS管的漏极和所述第二MOS管的漏极均与所述信号输出端口连接；所述第二MOS管的栅极与所述控制信号输入端口连接；所述第三MOS管的栅极与所述第一反相器的输出端连接。
第二方面，本发明提供了一种宽带低功耗高线性数模开关控制系统，包括控制器以及与所述控制器连接的上述宽带低功耗高线性数模开关；所述控制器用于控制所述宽带低功耗高线性数模开关进行切换。
第三方面，本发明提供了一种宽带低功耗高线性数模开关控制方法，应用于上述的中频信号接收电路，包括：通过控制器向控制信号输入端口输入控制信号；第一MOS管和传输门根据所述控制信号进行通断控制，切换信号输出端口输出的信号类型。
本发明能够实现的有益效果是：本发明提供的宽带低功耗高线性数模开关通过设置的控制信号处理电路、第一MOS管和传输门对输入的数字信号和模拟信号进行切换，在提高开关管的线性度的同时简化电路的结构，降低功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种宽带低功耗高线性数模开关的原理图；
图2为本发明实施例提供的一种宽带低功耗高线性数模开关控制系统的原理图。
图标：10-宽带低功耗高线性数模开关；100-控制信号处理电路；110-第一反相器；120-第二反相器；130-高通滤波电路；200-传输门；300-信号源；20-控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参看图1，图1为本发明实施例提供的一种宽带低功耗高线性数模开关的原理图。
经申请人研究发现，在接收中频输出时，为了降低所用的管脚的数目，有时需要把模拟和数字输出管脚进行复用。数字部分采用传输门即可进行控制，模拟部分则通常会采用开关管进行控制。但是现有的切换电路一般使用开关管进行切换控制，开关管导通后，其导通阻抗会随着输入幅度的变化而变化，输出信号的摆幅就会随着输入信号的幅度而变化，因此通常它的线性度不会太好。目前有的方法采用了源随结构进行优化，该源随结构是把输入信号加到栅极上，同时改变了栅极电压，可以极大的提升开关管的线性度。但是它需要额外的电路，而且当频率提升时，为了保持栅极电压摆幅足够大，它消耗的电流会提升。因此，为了在提高开关管的线性度的同时简化电路的结构，本发明实施例提供了一种带低功耗高线性数模开关，其具体内容如下所述。
在一种实施方式中，本发明实施例提供了一种宽带低功耗高线性数模开关10，该宽带低功耗高线性数模开关10包括控制信号输入端口(EN)、控制信号处理电路100、数字信号输入端口(DIN)、第一MOS管(VT1)、传输门200、信号源300、接地电阻(RL)和信号输出端口(VOUT)；控制信号处理电路100的输入端和传输门200的控制端均与控制信号输入端口(EN)连接；控制信号处理电路100的输出端与第一MOS管(VT1)的栅极连接；第一MOS管(VT1)的源极与信号源300的输入端连接；信号源300的负极接地；传输门200的输入端与数字信号输入端口(DIN)连接；传输门200的输出端、第一MOS管(VT1)的漏极和接地电阻(RL)均与信号输出端口(VOUT)连接；控制信号处理电路100用于对输入的控制信号进行两次反相处理后进行滤波处理，并将处理后的信号输入第一MOS管(VT1)的栅极；同时传输门200通过上述控制信号进行控制。
在一种实施方式中，控制信号处理电路100包括第一反相器110、第二反相器120和高通滤波电路；第一反相器110的输入端与控制信号输入端口(EN)连接；第二反相器120的输入端与第一反相器110的输出端连接；高通滤波电路的输入端与第二反相器120的输出端连接；高通滤波电路的输出端与第一MOS管(VT1)的栅极连接。
需要说明的是，第一反相器110和第二反相器120可以使用独立设置的反相器，也可以使用具备双反相器的集成元件，用户可以根据实际需求进行选择。
示例性地，高通滤波电路130包括第一电阻(R1)和第一电容(C1)；第一电阻(R1)的第一端与第二反相器120的输出端连接；第一电阻(R1)的第二端和第一电容(C1)的第一端均与第一MOS管(VT1)的栅极连接；第一电容(C1)的第二端与信号源300的输入端连接。
通过上述方式，可以使第一MOS管(VT1)的栅极电压更加的平稳。
具体地，在控制信号输入端口(EN)输入的信号为低时，反相器输出为低，第一MOS管(VT1)关掉，实现高阻。同时，下方的传输门打开，输出数字信号。
在控制信号输入端口(EN)输入的信号为高时，传输门关闭，第一MOS管(VT1)导通，实现模拟信号输出。此时，反相器输出为VCC，同时也是小信号，第一电阻(R1)和第一电容(C1)构成了一个高通滤波器，带宽为：
只要输出信号的频率大于fC，就可以在第一MOS管(VT1)的栅极得到一个和模拟输入信号一致的信号，只是直流点不一致：
VG＝VCC+VIN
VS＝VDC+VIN
其中，VG表示栅极输入信号的电压；VS表示源极输入信号的电压；VDC为信号源为输入信号提供的的直流偏置点；VIN为信号源输入端的模拟输入信号。
则VGS-VTH＝(VCC+VIN)-(VDC+VIN)-VTH＝VCC-VDC-VTH
式中，VTH表示第一MOS管(VT1)的驱动门限电压；VGS表示栅极与源极之间的电压；可见VGS-VTH是一个和输入信号幅度和频率无关的量，因此，第一MOS管(VT1)的导通阻抗可以保持不变，实现很高线性度的输出。
通过上述实施方式，可以通过控制信号输入端口(EN)输入的信号对第一MOS管(VT1)和传输门200进行控制，同时通过控制信号处理电路100可以对第一MOS管(VT1)的控制信号进行处理，在提高开关管的线性度的同时简化电路的结构、降低了功耗。
在一种实施方式中，第一电阻(R1)为可调电阻；第一电容(C1)为可调电容。通过设置的可调电阻和可调电容可以调整输出带宽，提高了信号的频率调整范围。
在一种实施方式中，传输门200包括第二MOS管(VT2)和第三MOS管(VT3)；第二MOS管(VT2)的源极和第三MOS管(VT3)的源极均与数字信号输入端口(DIN)连接；第二MOS管(VT2)的漏极和第三MOS管(VT3)的漏极均与信号输出端口(VOUT)连接；第二MOS管(VT2)的栅极与控制信号输入端口(EN)连接；控制信号输入端口(EN)通过一个反相器与第三MOS管(VT3)的栅极连接。
需要说明的是，控制信号输入端口(EN)通过一个反相器与第三MOS管(VT3)的栅极连接时所用的反相器可以选用第一反相器，也可以另外设置一个独立的反相器。
请参看图2，图2为本发明实施例提供的一种宽带低功耗高线性数模开关控制系统的原理图。
在一种实施方式中，本发明实施例提供了一种宽带低功耗高线性数模开关控制系统，包括控制器20以及与控制器20连接的上述的宽带低功耗高线性数模开关10；控制器20用于控制宽带低功耗高线性数模开关10进行切换。
示例性地，控制器20可以选用单片机、ARM处理器或者FPGA控制器，用户可以根据实际需求进行选择。控制器可以通过SPI接口从控制信号输入端口输入控制信号。
进一步地，本发明实施例还提供了一种宽带低功耗高线性数模开关控制方法，应用于上述的宽带低功耗高线性数模开关控制系统，包括：
通过控制器向控制信号输入端口(EN)输入控制信号；
第一MOS管(VT1)和传输门200根据控制信号进行通断控制，切换信号输出端口(VOUT)输出的信号类型。
综上所述，本发明实施例提供一种宽带低功耗高线性数模开关及控制系统与方法，包括控制信号输入端口、控制信号处理电路、数字信号输入端口、第一MOS管、传输门、信号源、接地电阻和信号输出端口；控制信号处理电路的输入端和传输门的控制端均与控制信号输入端口连接；控制信号处理电路的输出端与第一MOS管的栅极连接；第一MOS管的源极与信号源的输入端连接；信号源的负极接地；传输门的输入端与数字信号输入端口连接；传输门的输出端、第一MOS管的漏极和接地电阻均与信号输出端口连接；控制信号处理电路用于对输入的控制信号进行两次反相处理后进行滤波处理，并将处理后的信号输入第一MOS管的栅极；传输门通过控制信号进行控制。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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