一种提高电容充电计时精度的电路的制作方法

本技术涉及半导体电容计时电路，具体地，涉及一种提高电容充电计时精度的电路。

背景技术：

1、电源管理芯片用于管理电池和电能，包括各种充电、转换器、无线充、驱动芯片等，广泛应用于生活、工业、汽车领域。在具体的芯片电路设计中经常会用到各类计时电路，比如为了避免开关功率管直通引起的效率陡降、可靠性问题，需要产生精准的开关管死区时间；驱动pwm发生器模式切换，往往需要各种占空比信号；各种逻辑控制，需要固定脉冲产生器等等。

2、其中，利用电流对电容充电产生斜坡的计时电路，因为简单可靠、易调节，受到大量使用。如图1所示，是传统常用的边沿触发电容充电计时电路，输入时钟信号a经反相器i1第一pmos控制开关pm5、第一nmos控制开关nm1对电容充电或者放电，电流i经pm1-pm4的电流镜产生对计时电容c_time的充电电流，比较器i2决定计时终点，经反相器i3、与门i4输出，计时脉冲是正脉冲。其中，比较器改成施密特触发器等也可以。

3、工作波形如图2实线所示：当a为低电平时，第一nmos控制开关nm1打开，对c点挂着的电容c_time被泄放到地电位，比较器i2输出低，反相器i3输出高电平，由于此时a为低，与门i4输出y为低电平；当a翻转为高电平时，第一pmos控制开关pm5打开，对c点挂着的电容进行充电，开始产生斜坡，但起初c点电压小于vref，比较器输出低，反相器i3输出为高，与门输出y仍为高电平；随着c斜坡持续上升，当斜坡阈值达到比较器的反向端输入电压vref时，比较器i2翻转为高，经反相器i3为低，与门i4输出y转为低电平，电容充电计时结束。

4、然而，实际流片后的成品测试时，c点、计时输出y点往往就变成图2中虚线所示波形，最终计时输出y偏差出现较大偏差。一方面，c点斜坡的起始点会出现一个图2圆圈所示的圆弧台阶，台阶高度具有随机性，几十毫伏到几百毫伏不等；另一方面，由于电容、电流随工艺的偏差，c点电容充电斜坡也会偏离设计值，斜率分散，忽高忽低，最终计时输出偏差±10-60％，且偏差具有随机分布特点，会导致芯片规模量产时的一致性产生很大的差异，降低芯片性能，甚至影响可靠性、损坏芯片。综上，业内亟需一种提高电容充电计时精度的电路。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种提高电容充电计时精度的电路，改善原本电容计时随工艺变化偏差大且随机的问题，提高计时精度，使芯片量产时电容计时精度一致，增加芯片的可靠性。

2、为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：一种提高电容充电计时精度的电路，将边沿触发电容充电计时电路中的偏置电流i替换为电容充放振荡器修调电流，避免充电计时斜坡c斜率随电流、电容工艺变化；增加钳位电路，所述钳位电路设置于信号输入端a与计时开关节点b之间，通过钳位电路钳住计时开关节点b的电压，使充电计时斜坡c起点都从0开始。

3、进一步地，所述边沿触发电容充电计时电路包括：第一电流镜pm1、第二电流镜pm2、第三电流镜pm3、第四电流镜pm4、第一pmos控制开关pm5、第一nmos控制开关nm1、第一电容c_time、第一反相器i1、第一比较器i2、第二反相器i3和与门i4，所述第一电流镜pm1的源极、第三电流镜pm3的源极均与接入电压vcc连接，所述第一电流镜pm1的栅极分别与第三电流镜pm3的栅极、第二电流镜pm2的源极、第一电流镜pm1的漏极连接，所述第二电流镜pm2的栅极分别与第四电流镜pm4的栅极、第二电流镜pm2的漏极连接；所述第三电流镜pm3的漏极与第四电流镜pm4的源极连接，所述第四电流镜pm4的漏极、第一pmos控制开关pm5的源极均与计时开关节点b连接，所述第一反相器i1的输出端分别与第一pmos控制开关pm5的栅极、第一nmos控制开关nm1的栅极连接，所述第一pmos控制开关pm5的漏极、第一nmos控制开关pm1的漏极分别与第一电容c_time的一端、第一比较器i2的正相输入端连接，所述第一比较器i2的输出端与第二反相器i3的输入端连接，所述第二反相器i3的输出端和与门i4的第一输入端连接，所述与门i4的第二输入端、第一反相器i1的输入端均与信号输入端a连接；所述第一nmos控制开关nm1的源极、第一电容c_time的另一端均接地。

4、进一步地，所述钳位电路包括：电阻r1和第二pmos控制开关pm6，所述电阻r1的一端与第二pmos控制开关pm6的漏极连接，所述电阻r1的另一端接地，所述第二pmos控制开关pm6的栅极与信号输入端a连接，所述第二pmos控制开关pm6的源极与计时开关节点b连接。

5、进一步地，所述钳位电路为第二pmos控制开关pm6，所述第二pmos控制开关pm6的漏极接地，所述第二pmos控制开关pm6的栅极与信号输入端a连接，所述第二pmos控制开关pm6的源极与计时开关节点b连接。

6、进一步地，所述第二pmos控制开关pm6的尺寸与第一pmos控制开关pm5的尺寸相同。

7、进一步地，所述钳位电路包括：第二pmos控制开关pm6和第二nmos开关管nm2，所述第二pmos控制开关pm6的源极与计时开关节点b连接，所述第二pmos控制开关pm6的漏极与第二nmos开关管nm2的漏极连接，所述第二nmos开关管nm2的源极接地，所述第二pmos控制开关pm6的栅极、第二nmos开关管nm2的栅极均与信号输入端a连接。

8、进一步地，所述第二pmos控制开关pm6的尺寸与第一控制开关pm5的尺寸相同，所述第二nmos开关管nm2的尺寸与第一nmos控制开关nm1的尺寸相同。

9、进一步地，所述电容充放振荡器包括：偏置电流、修调电路、控制开关、第二电容c、第三nmos开关管nm3、第二比较器和数字逻辑电路，所述偏置电流的输入端与接入电压vcc连接，所述偏置电流的输出端与修调电路连接，所述修调电路分别与第二电流镜pm2的漏极、控制开关连接，所述控制开关还分别与第二电容c的一端、第三nmos开关管nm3的漏极、第二比较器的正相输入端连接，所述第二电容c的另一端接地，所述第三nmos开关管nm3的栅极、第二比较器的输出端、数字逻辑电路的输入端连接。

10、进一步地，所述修调电路包括：第一修调开关s1、第二修调开关s2、第三修调开关s3、第四修调开关s4、第一修调电流镜nm4、第二修调电流镜nm5、第三修调电流镜nm6、第四修调电流镜nm7、第五修调电流镜nm8、第六修调电流镜nm9、第七修调电流镜nm10、第八修调电流镜nm11、第九修调电流镜nm12、第十修调电流镜nm13、第十一修调电流镜nm14、第十二修调电流镜nm15、第十三修调电流镜nm16、第十四修调电流镜nm17，所述偏置电流的输出端分别与第一修调开关s1的一端、第二修调开关s2的一端、第三修调开关s3的一端、第四修调开关s4的一端、第一修调电流镜nm4的漏极、第一修调电流镜nm4的栅极、第二修调电流镜nm5的栅极、第三修调电流镜nm6的栅极、第四修调电流镜nm7的栅极、第五修调电流镜nm8的栅极、第六修调电流镜nm9的栅极、第七修调电流镜nm10的栅极连接，所述第一修调开关s1的另一端与第二修调电流镜nm5的漏极连接，所述第二修调开关s2的另一端与第三修调电流镜nm6的漏极连接，所述第三修调开关s3的另一端与第四修调电流镜nm7的漏极连接，所述第四修调开关s4的另一端与第五修调电流镜nm8的漏极连接，所述第六修调电流镜nm9的漏极与控制开关连接，所述第七修调电流镜nm10的漏极与第二电流镜pm2的漏极连接；所述第一修调电流镜nm4的源极分别与第八修调电流镜nm11的漏极、第八修调电流镜nm11的栅极、第九修调电流镜nm12的栅极、第十修调电流镜nm13的栅极、第十一修调电流镜nm14的栅极、第十二修调电流镜nm15的栅极、第十三修调电流镜nm16的栅极、第十四修调电流镜nm17的栅极连接，所述第九修调电流镜nm12的漏极与第二修调电流镜nm5的源极连接，所述第十修调电流镜nm13的漏极与第三修调电流镜nm6的源极连接，所述第十一修调电流镜nm14的漏极与第四修调电流镜nm7的源极连接，所述第十二修调电流镜nm15的漏极与第五修调电流镜nm8的源极连接，所述第十三修调电流镜nm16的漏极与第六修调电流镜nm9的源极连接，所述第十四修调电流镜nm17的漏极与第七修调电流镜nm10的源极连接；所述第八修调电流镜nm11的源极、第九修调电流镜nm12的源极、第十修调电流镜nm13的源极、第十一修调电流镜nm14的源极、第十二修调电流镜nm15的源极、第十三修调电流镜nm16的源极、第十四修调电流镜nm17的源极均接地。

11、进一步地，所述控制开关包括：第一控制开关pm7、第二控制开关pm8、第三控制开关pm9、第四控制开关pm10，所述第一控制开关pm7的源极、第二控制开关pm8的源极均与接入电压vcc连接，所述第一控制开关pm7的栅极分别与第一控制开关pm7的漏极、第三控制开关pm9的源极、第二控制开关pm8的栅极连接，所述第三控制开关pm9的栅极分别与第四控制开关pm10的栅极、第三控制开关pm9的漏极、第六修调电流镜nm9的漏极连接，所述第四控制开关pm10的源极与第二控制开关pm8的漏极连接，所述第四控制开关pm10的漏极分别与第二电容c的一端、第三nmos开关管nm3的漏极、第二比较器的正相输入端连接。

12、与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型提高电容充电计时精度的电路通过电容充放振荡器修调电流替代原有的偏置电流，使得电容充放振荡器内部产生与电容工艺有关的振荡器电容修调电流，可以彻底改善充电计时斜坡斜率随电流、电容工艺变化；同时，在信号输入端a与计时开关节点b之间设置钳位电路，使得计时开关节点b在信号输入端a由低到高的上升沿变化过程中，不再出现电压突变现象，原本寄生电容耦合引起的电流尖峰消失了，斜坡计时起点变得都从0开始，将计时输出偏差减小到±10％以下，大幅提高电容计时精度，使量产芯片电容计时电路具有一致性，增强芯片的性能和可靠性。

技术特征：

1.一种提高电容充电计时精度的电路，其特征在于，将边沿触发电容充电计时电路中的偏置电流i替换为电容充放振荡器修调电流，避免充电计时斜坡c斜率随电流、电容工艺变化；增加钳位电路，所述钳位电路设置于信号输入端a与计时开关节点b之间，通过钳位电路钳住计时开关节点b的电压，使充电计时斜坡c起点都从0开始。

2.根据权利要求1所述的一种提高电容充电计时精度的电路，其特征在于，所述边沿触发电容充电计时电路包括：第一电流镜pm1、第二电流镜pm2、第三电流镜pm3、第四电流镜pm4、第一pmos控制开关pm5、第一nmos控制开关nm1、第一电容c_time、第一反相器i1、第一比较器i2、第二反相器i3和与门i4，所述第一电流镜pm1的源极、第三电流镜pm3的源极均与接入电压vcc连接，所述第一电流镜pm1的栅极分别与第三电流镜pm3的栅极、第二电流镜pm2的源极、第一电流镜pm1的漏极连接，所述第二电流镜pm2的栅极分别与第四电流镜pm4的栅极、第二电流镜pm2的漏极连接；所述第三电流镜pm3的漏极与第四电流镜pm4的源极连接，所述第四电流镜pm4的漏极、第一pmos控制开关pm5的源极均与计时开关节点b连接，所述第一反相器i1的输出端分别与第一pmos控制开关pm5的栅极、第一nmos控制开关nm1的栅极连接，所述第一pmos控制开关pm5的漏极、第一nmos控制开关pm1的漏极分别与第一电容c_time的一端、第一比较器i2的正相输入端连接，所述第一比较器i2的输出端与第二反相器i3的输入端连接，所述第二反相器i3的输出端和与门i4的第一输入端连接，所述与门i4的第二输入端、第一反相器i1的输入端均与信号输入端a连接；所述第一nmos控制开关nm1的源极、第一电容c_time的另一端均接地。

3.根据权利要求2所述的一种提高电容充电计时精度的电路，其特征在于，所述钳位电路包括：电阻r1和第二pmos控制开关pm6，所述电阻r1的一端与第二pmos控制开关pm6的漏极连接，所述电阻r1的另一端接地，所述第二pmos控制开关pm6的栅极与信号输入端a连接，所述第二pmos控制开关pm6的源极与计时开关节点b连接。

4.根据权利要求2所述的一种提高电容充电计时精度的电路，其特征在于，所述钳位电路为第二pmos控制开关pm6，所述第二pmos控制开关pm6的漏极接地，所述第二pmos控制开关pm6的栅极与信号输入端a连接，所述第二pmos控制开关pm6的源极与计时开关节点b连接。

5.根据权利要求4所述的一种提高电容充电计时精度的电路，其特征在于，所述第二pmos控制开关pm6的尺寸与第一pmos控制开关pm5的尺寸相同。

6.根据权利要求2所述的一种提高电容充电计时精度的电路，其特征在于，所述钳位电路包括：第二pmos控制开关pm6和第二nmos开关管nm2，所述第二pmos控制开关pm6的源极与计时开关节点b连接，所述第二pmos控制开关pm6的漏极与第二nmos开关管nm2的漏极连接，所述第二nmos开关管nm2的源极接地，所述第二pmos控制开关pm6的栅极、第二nmos开关管nm2的栅极均与信号输入端a连接。

7.根据权利要求6所述的一种提高电容充电计时精度的电路，其特征在于，所述第二pmos控制开关pm6的尺寸与第一pmos控制开关pm5的尺寸相同，所述第二nmos开关管nm2的尺寸与第一nmos控制开关nm1的尺寸相同。

8.根据权利要求2所述的一种提高电容充电计时精度的电路，其特征在于，所述电容充放振荡器包括：偏置电流、修调电路、控制开关、第二电容c、第三nmos开关管nm3、第二比较器和数字逻辑电路，所述偏置电流的输入端与接入电压vcc连接，所述偏置电流的输出端与修调电路连接，所述修调电路分别与第二电流镜pm2的漏极、控制开关连接，所述控制开关还分别与第二电容c的一端、第三nmos开关管nm3的漏极、第二比较器的正相输入端连接，所述第二电容c的另一端接地，所述第三nmos开关管nm3的栅极、第二比较器的输出端、数字逻辑电路的输入端连接。

9.根据权利要求8所述的一种提高电容充电计时精度的电路，其特征在于，所述修调电路包括：第一修调开关s1、第二修调开关s2、第三修调开关s3、第四修调开关s4、第一修调电流镜nm4、第二修调电流镜nm5、第三修调电流镜nm6、第四修调电流镜nm7、第五修调电流镜nm8、第六修调电流镜nm9、第七修调电流镜nm10、第八修调电流镜nm11、第九修调电流镜nm12、第十修调电流镜nm13、第十一修调电流镜nm14、第十二修调电流镜nm15、第十三修调电流镜nm16、第十四修调电流镜nm17，所述偏置电流的输出端分别与第一修调开关s1的一端、第二修调开关s2的一端、第三修调开关s3的一端、第四修调开关s4的一端、第一修调电流镜nm4的漏极、第一修调电流镜nm4的栅极、第二修调电流镜nm5的栅极、第三修调电流镜nm6的栅极、第四修调电流镜nm7的栅极、第五修调电流镜nm8的栅极、第六修调电流镜nm9的栅极、第七修调电流镜nm10的栅极连接，所述第一修调开关s1的另一端与第二修调电流镜nm5的漏极连接，所述第二修调开关s2的另一端与第三修调电流镜nm6的漏极连接，所述第三修调开关s3的另一端与第四修调电流镜nm7的漏极连接，所述第四修调开关s4的另一端与第五修调电流镜nm8的漏极连接，所述第六修调电流镜nm9的漏极与控制开关连接，所述第七修调电流镜nm10的漏极与第二电流镜pm2的漏极连接；所述第一修调电流镜nm4的源极分别与第八修调电流镜nm11的漏极、第八修调电流镜nm11的栅极、第九修调电流镜nm12的栅极、第十修调电流镜nm13的栅极、第十一修调电流镜nm14的栅极、第十二修调电流镜nm15的栅极、第十三修调电流镜nm16的栅极、第十四修调电流镜nm17的栅极连接，所述第九修调电流镜nm12的漏极与第二修调电流镜nm5的源极连接，所述第十修调电流镜nm13的漏极与第三修调电流镜nm6的源极连接，所述第十一修调电流镜nm14的漏极与第四修调电流镜nm7的源极连接，所述第十二修调电流镜nm15的漏极与第五修调电流镜nm8的源极连接，所述第十三修调电流镜nm16的漏极与第六修调电流镜nm9的源极连接，所述第十四修调电流镜nm17的漏极与第七修调电流镜nm10的源极连接；所述第八修调电流镜nm11的源极、第九修调电流镜nm12的源极、第十修调电流镜nm13的源极、第十一修调电流镜nm14的源极、第十二修调电流镜nm15的源极、第十三修调电流镜nm16的源极、第十四修调电流镜nm17的源极均接地。

10.根据权利要求9所述的一种提高电容充电计时精度的电路，其特征在于，所述控制开关包括：第一控制开关pm7、第二控制开关pm8、第三控制开关pm9、第四控制开关pm10，所述第一控制开关pm7的源极、第二控制开关pm8的源极均与接入电压vcc连接，所述第一控制开关pm7的栅极分别与第一控制开关pm7的漏极、第三控制开关pm9的源极、第二控制开关pm8的栅极连接，所述第三控制开关pm9的栅极分别与第四控制开关pm10的栅极、第三控制开关pm9的漏极、第六修调电流镜nm9的漏极连接，所述第四控制开关pm10的源极与第二控制开关pm8的漏极连接，所述第四控制开关pm10的漏极分别与第二电容c的一端、第三nmos开关管nm3的漏极、第二比较器的正相输入端连接。

技术总结
本技术提供了一种提高电容充电计时精度的电路，将边沿触发电容充电计时电路中的偏置电流I替换为电容充放振荡器修调电流，增加钳位电路，钳位电路设置于信号输入端A与计时开关节点B之间。本技术通过电容充放振荡器修调电流替代原有的偏置电流，使得电容充放振荡器内部产生与电容工艺有关的振荡器电容修调电流，可以彻底改善充电计时斜坡斜率随电流、电容工艺变化；同时，在信号输入端A与计时开关节点B之间设置钳位电路，使得计时开关节点B在信号输入端A由低到高的上升沿变化过程中，不再出现电压突变现象，原本寄生电容耦合引起的电流尖峰消失了，斜坡计时起点变得都从0开始，大幅提高电容计时精度。

技术研发人员：傅剑平,庄华龙
受保护的技术使用者：上海帝迪集成电路设计有限公司
技术研发日：20240206
技术公布日：2024/9/23