CN1031442C - 时间/电压转换方法及装置 - Google Patents
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Abstract
提出一种时间/电压转换***，包括一种方法和适于实现本发明方法的优选装置。所说的***确定与脉冲宽度相对应的电压值。
公知的前述类型***表现出时间/电压转换的不精确性，因而出现非线性。
为避免因转换所致的非线性，本发明使其宽度适于时间/电压转换的脉冲电压与一个用来形成输出电压的辅助电压相匹配。这个辅助电压可以是由倾斜电压发生器提供的倾斜电压，或者是加到本发明装置元件上的其它电压。
本发明***可优选用作原膜技术中作为放大装置的一部分，还可适用于激发液晶显示。
Description
本发明涉及一种将时间值变换成电压值的方法及实现本发明
方法的装置。所说时间值对应于一个脉冲宽度。
关于液晶显示激发电路的在先申请P3930259.8公开了一种电流放大器，这是一种电压/时间转换器和时间/电压转换器的组合，其中电压/时间转换器将视频输入信号变换为脉冲宽度调制信号，该信号具有多个由视频输入电压幅值决定的宽度不等的脉冲。
上述脉冲宽度调制信号随后由时间/电压转换器变换成由各个脉冲宽度所决定的电压值。
一种可行的时间/电压转换器包括一个MOS晶体管，脉冲宽度调制信号就送至该管的栅极。这个晶体管的源极所加的电压以恒定梯度从最大值降到零值，于是，利用一个倾斜电压给与漏极相连的电容充电，就能从电容上测取相应的电压。
从所说的申请所知道的电压/时间转换器给出许多具有不同宽度的脉冲，而在相应的脉冲持续时间内，它们的电压波形曲线实质上是不变的。显然，所说的时间/电压转换器并不能将这样的脉冲以足够的精确性变换成电压值。
因此，本发明的目的在于确保更精确地将与脉冲宽度相对应的时间值转换为电压值。
这个任务是如下实现的。
用辅助电压把与具有予定电压波形曲线的脉冲宽度相对应的时间值变换为电压值的方法，其中所说辅助电压的值与一时间函数相对应，其特征在于脉冲的电压波形曲线由该时间函数所决定。
用辅助电压(UR)把与具有予定电压波形曲线的脉冲宽度相对应的时间值变换为电压值(Uo)的装置，其中所说辅助电压的值与一时间函数相对应，其特征在于提供部件(22、14；19)以根据该时间函数来确定脉冲的电压波形曲线。
按照本发明，输入脉冲的电压波形曲线与一呈斜形变化的辅助电压(以下简称倾斜电压)相适应，脉冲电压波形曲线与倾斜电压波形曲线之间的差值在给定值的范围内。
本发明的进一步优点是，第一，所用晶体管的电压较低；第二，由于关断(断开开关)时间较宽且电压较小，倾斜电压的斜坡端沿时间方向移到更接近所要引出的曲线末端，这就能导致更高的精度。
本发明的实施例如图所示，并将在下面予详细描述。其中：
图1为公知的具有电压/时间转换器和时间/电压转换器的放大器；
图2a至图2c以及图3为图1所示放大器的电压波形曲线；
图4为本发明的第一实施例；
图5a至图5c以及图6为图4所示实施例的电压波形曲线；
图7为本发明的第二实施例。
详细叙述实施例之前须注意各图中所示之方框仅用于帮助更好地理解本发明。通常，一些或者几个这样的方框组成块体。可以用集成电路、混合工艺、程控微机或者适合于这种控制的部分程序等形式来实现这一点。
再应指出的是各级电路的元件也可为分离的。
图1表示一种公知的放大装置10，它包括电压/时间转换器11(U/t转换器)和时间/电压转换器12(t/U转换器)。电压/时间转换器11根据输入信号Uc产生一脉冲宽度调制信号Ui，并将该信号Ui送至时间/电压转换器12的第一输入端。转换器12还经第二输入端与一倾斜电压发生器13连接；转换器12从发生器13接收倾斜电压UR。时间/电压转换器12根据信号Ui及倾斜电压UR可在其输出端产生一输出信号Uo。
时间/电压转换器12由MOS晶体管12′组成，倾斜电压UR送至其源极，漏极则连接到电容器12″的第一端。信号Ui送至晶体管12′的栅极接头；电容器12″的第二端接地。可于晶体管12′和电容器12″的公共接点处取出输出信号Uo。
图1所示放大装置的工作方式已于前述的在先申请中有所描述，下面仅就理解本发明所需的范围内加以说明。
电压/时间转换器11产生脉冲的理想波形曲线如图2a至图2c中的虚线所示。随着输到转换器11的输入电压Uc不同，这些脉冲分别具有不同的时间宽度t1、t2或t3；它们的电压值则在整个脉冲持续时间基本恒定。
图2a至图2c中用实线画出实际脉冲波形曲线，它们就是自电压/时间转换器11送到时间/电压转换器12的波形。这些波形曲线偏离理想波形曲线面呈圆形边缘，这是由寄生电容引起的。图2a至图2c中所画的阈值电压US的意义将在后面予解释。
图3示出相应于图2a至图2c实际脉冲Ui波形曲线的右边沿。另外，图3还画出曲线b，它对应着倾斜电压UR的时间曲线，在该已知装置中，仅在t1时间段终止后UR才表现为斜波形式，它特别对电容1214起作用，即先是完全充电，继而，它上面的电压Uo主要由该倾斜电压UR来决定。
时间/电压转换器12给出的输出电压Uo，其值是当曲线Ui与曲线b相交时所确定的。
此刻应当注意，若以半导体元件来得到时间/电压转换器，就须考虑一个适当的阈值电压，除了倾斜电压UR之外它还要包容波形b在内。
在t1′时刻，即图2a中第一个理想脉冲结束的时刻，曲线b具有U1值；但由于圆化，第一实际脉冲的波形曲线在T1＝t1′＋d1时刻与曲线b首次相交，其时电压值为V1。
在t2′时刻，即图2b所示的第二理想脉冲结束的时刻，曲线b具有U2值，但由于第二脉冲圆化，第二实际脉冲在T2＝t2′＋d2时刻与曲线b首次相交，其时电压值为V2。余此类推，图2c所示的圆化了的第三脉冲下降沿在T3＝t3′＋d3时刻与曲线b首次相交，其时电压值为V3而非U3。
差值V1－U1、V2－U2以及V3－U3并不相同，这是由于这种常规形状下降沿的不同宽度的时间差d1、d2和d3所引起的。
这意味着，按照图1到图3所示的时间/电压变换会出现非线性。
借助图4到图7，通过两个实施例来描述本发明。所说各图中，完成图1至图3相同作用的元件或产生同样效果的电压都具有相同的参考标号。在下面的描述中，仅在为理解本发明所必需的范围内才涉及这些。
图4表示本发明的第一实施例。时间/电压转换装置12a有一个脉冲转换器14，其输入端有阈值级15，输入信号为Ui；其输出端与开关部件16的控制输入端相连。开关部件16的第一开关端(转换连接器)与第一电阻器17的第一端相连，电阻器的第二端与倾斜电压发生器13的输出端相连。
开关部件16的第二开关端与第二电阻器18的第一端以及时间/电压转换器12的第一输入端相连。第二电阻器18的第二端接地。
倾斜电压UR经衰减组件22送至时间/电压转换器12，衰减组件以相加方式，譬如减去一个电压，和/或相乘方式，譬如采用一个适当的衰减器(放大系数小于1)衰减倾斜电压UR，并将减小后的电压送入时间/电压转换器12的第二输入端。
下面借助图2a至图2c以及图5a至图5c来解释图4所示本发明装置的工作方式。
将图2a至图2c所给出的实际脉冲信号Ui加到阈值级1S，当超过予定的阈值US时，它使开关部件16动作，使电阻器17与电阻器18连接起来。当不再超过所说的阈值电压，则开关部件16重又断开。适于开关部件16触发信号的时间曲线基本上与图2a至2c的理想脉冲相对应。阈值电压值US的位置最好由实际脉冲Ui(图2a至2c)的圆化程度来确定，具体讲是使开关部件16一直闭合的时间与理想脉冲Ui(图2a至2c)的持续时间相对应。
当开关部件16的触点闭合时，两个电阻器17和18形成一个分压器。图5a至5c中的实线画出送到时间/电压变换器12的信号脉冲Ui′，即具有圆角下降沿的脉冲。其意义是在相应的脉冲持续时间内，脉冲的电压波形曲线不恒定，而是受到倾斜电压UR影响的。
若假定倾斜电压波形曲线是按图3的曲线b那样，即斜形下降沿最先自t1′开始，则持续时间为t1的第一脉冲Ui(图2a)在传输到时间/电压转换器12第一输入端时保持其电压波形曲线Ui(图5a)在整个脉冲持续时间内基本不变。
可是，持续时间为t2的第二脉冲Ui(图2b)在所说的输入端呈修正的电压波形曲线Ui′(图5b)，即其最初为不变的电压波形曲线在t1时间段结束后线性地下降。第三脉冲也表现出类似的波形曲线。
图6中也画出所说的加到时间/电压转换器12第一输入端的脉冲，其中还给出曲线b。
波形曲线Ui′和曲线b之间的间隔由衰减组件22来予先确定。重要的在于，当脉冲Ui输入时，即本实施例中开关部件16闭合时，电压U′的波形曲线位于曲线b的上方。
由这些脉冲的修正波形曲线可得到结论，在T1′＝t1′＋d1′时刻，第一脉冲与曲线b相交于电压值V1′处；在T2′＝t2′＋d2′时刻，第二脉冲与曲线b相交于电压值V2′处；在T3′＝t3′＋d3′时刻，第三脉冲与曲线b相交于电压值V3′处。
若假设各脉冲右缘有相同的圆化，则由于波形曲线Ui的包络与曲线b基本上平行，以致时间差d1′，d2′，d3′的大小相同。这样，随着斜波曲线的一致，其效果就是使电压差V1′－U1，V2′－U2和V3′－U3为常数。由此可避免时间/电压转换当中的不精确性。
采用本发明的装置12a进行时间/电压变换，以此做与放大组件10的一部分，就使线性放大成为是可能的。
如果在送入时间/时压转换器12之前有必要对电压/时间转换器11的信号倒相，则可采用图7所示的第二实施例。
时间/电压转换器的倒相部件12b包括如图7中所示的倒相器19，它代替了脉冲转换级14。
倒相器19有第一MOS晶体管20及第二MOS晶体管21。第一晶体管20的源极与其栅极相接，并与倾斜电压发生器13相连，其漏极与第二晶体管21的源极相连。将脉冲宽度调制信号Ui加到第二晶体管21的栅极；第二晶体管的漏极接地。在两个晶体管20和21的公共接点处可拾取电压U* i，这个电压代表受到倾斜电压UR电压波形曲线影响的信号Ui的反相。
这里应该指出的是，由于两个MOS管的对称结构，所指的源极和漏极是可替换的。
按照本发明的另一种未示出的变型，输出电压不依赖于倾斜电压UR的斜形波形曲线，而依赖于与一电源相连的电容器上的电压，这个电源将一予定值的电流加到该电容器上和/或把一予定值的电压加到电容器上。
既然如此，信号U′i和U* i的脉冲电压就须分别适当地修改。
下列变化之一即可得到上述实施例的诸多变型。
不用衰减部件22，或者是除此之外在倾斜电压发生器13与脉冲转换器14或倒相器19之间加一装置，它以相加方式，譬如加上一个电压，和/或以相乘方式，譬如采用放大作用来增强倾斜电压UR，并将此增强了的电压送至脉冲转换器14或倒相器19。
由脉冲转换器14或倒相器19所给出的脉冲波形曲线可以是这样的，即脉冲电压不与倾斜电压UR或加在元件上的电压相对应的辅助电压相平行，但它们的间隔在给定的界限内变化。这对应于这些脉冲的电压值与辅助电压做为时间函数的函数值的相加组合和/或相乘组合，而且可以通过诸如二极管或其它半导体器件等附加元件来实现这些，这些附加元件与图中所示的元件可以单个地连接或者以并联和/或串联的组合方式相连。由此，就可将时间/电压转换器所属***中的非线性减至最小或避免掉。
因而，按照本发明所包括的方法以及为实现本发明方法的优选装置，给出一种确定与脉冲宽度相对应的电压值的***。
为避免因变换所致的非线性，其宽度适于时间/电压转换的脉冲电压与一辅助电压的波形曲线相匹配，后者用来形成输出电压。这个辅助电压可以是由倾斜电压发生器提供的倾斜电压，或者是加在本发明装置元件上的其它电压。
采用本发明，可减小或避免时间/电压转换所致的非线性。
因此，若将本发明用作某***的一部分，譬如放大装置的一部分，起码可减小或者避免相应的非线性。
本发明的***可优选用作原膜技术中作为放大装置的一部分，也可适用于激发液晶显示。
Claims (13)
1.将与预定电压波形曲线的脉冲宽度相应的时间值变换为电压值的方法，利用了与来自一个倾斜电压发生器(13)的瞬时可变辅助电压进行的时间比较，该辅助电压送到一个时间/电压转换器(12)，该转换器发送一个输出信号(Ua)，
其特征在于：时间/电压转换器(12a，12b)包括一个脉冲转换器(14，19)，其上加有第一信号(Ui)和第二信号，是来自所述倾斜电压发生器(13)的所述可变辅助电压，所述脉冲转换器(14，19)的输出信号(Ui’，Ui*)连到所述时间/电压转换器(12)的第一输入端，
其特征还在于：衰减级(22)，其输入端加有来自所述倾斜电压发生器(13)的所述辅助电压，并且所述衰减级(22)的输出端与所述时间/电压转换器(12)的第二输入端耦合。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述脉冲转换器(14)，含有一个阈值级(15)，其输入端施以信号(Ui)，输出端与一个开关部件(16)的控制输入端相连，其第一开关端与第一电阻(17)的第一端相连，所述电阻的第二端与倾斜电压发生器(13)的输出端相连，开关部件(16)的第二开关端一则与第二电阻(18)的第一端相连，同时与时间/电压转换器(12)的第一输入端相连，并且所述第二电阻(18)的第二端接地。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述脉冲转换器(19)是一个转换器，含有一第MOS晶体管(20)，其源极与其栅极相连，并与所述倾斜电压发生器(13)的输出端相连，所述MOS晶体(20)的漏极与第二MOS晶体管(21)的源极相连，其栅极加有第一信号，一个脉宽调制的信号(Ui)，所述MOS晶体管(21)的漏极接地，并且两个MOS晶体管(20，21)的公共接点与所述时间/电压转换器(12)的第一输入端相连。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述转换脉冲(Ui)的装置(14，19)，其被设计为使得所转换的脉冲的电压波形曲线实质上遵循瞬时可变的辅助电压(UR)。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于：产生瞬时可变辅助电压(Ui，Ui*)的所述装置(14，19)，其至少间或遵循瞬时线性增或减函数。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于：对脉冲电压波形曲线值与瞬时可变辅助电压(UR)的函数值进行加和/或乘组合的装置(22，14，19)。
7.将与预定电压波形曲线的脉冲宽度相应的时间值变换为电压值的装置，利用了与来自一个倾斜电压发生器(13)的瞬时可变辅助电压进行的时间比较，该辅助电压送到一个时间/电压转换器(12)，该转换器发送一个输出信号(Ua)，
其特征在于：用于时间/电压转换的部件(12a，12b)，其包括一个脉冲转换器(14，19)，其上加有第一信号(Ui)和第二信号，是来自所述倾斜电压发生器(13)的所述可变辅助电压，所述脉冲转换器(14，19)的输出信号(Ui’，Ui*)连到所述时间/电压转换器(12)的第一输入端，
其特征还在于：衰减级(22)，其输入端加有来自所述倾斜电压发生器(13)的所述辅助电压，并且所述衰减级(22)的输出端与所述时间/电压转换器(12)的第二输入端耦合。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于：所述脉冲转换器(14)，含有一个阈值级(15)，其输入端施以信号(Ui)，输出端与一个开关部件(16)的控制输入端相连，其第一开关端与第一电阻(17)的第一端相连，所述电阻的第二端与倾斜电压发生器(13)的输出端相连，开关部件(16)的第二开关端一则与第二电阻(18)的第一端相连，同时与时间/电压转换器(12)的第一输入端相连，并且所述第二电阻(18)的第二端接地。
9.根据权利要求7的装置，其特征在于：所述脉冲转换器(19)是一个转换器，含有一第MOS晶体管(20)，其源极与其栅极相连，并与所述倾斜电压发生器(13)的输出端相连，所述MOS晶体(20)的漏极与第二MOS晶体管(21)的源极相连，其栅极加有第一信号，一个脉宽调制的信号(Ui)，所述MOS晶体管(21)的漏极接地，并且两个MOS晶体管(20，21)的公共接点与所述时间/电压转换器(12)的第一输入端相连。
10.根据权利要求7的装置，其特征在于：所述转换脉冲(Ui)的装置(14，19)，其被设计为使得所转换的脉冲的电压波形曲线实质上遵循瞬时可变的辅助电压(UR)。
11.根据权利要求7的装置，其特征在于：产生瞬时可变辅助电压(Ui’，Ui*)的所述装置(14，19)，其至少间或遵循瞬时线性增或减函数。
12.根据权利要求7的装置，其特征在于：对脉冲电压波形曲线值与瞬时可变辅助电压(UR)的函数值进行加和/或乘组合的装置(22，14，19)。
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