本發(fā)明涉及偽電阻電路和電荷檢測電路。

背景技術：

作為安裝在電子裝置上的傳感器，使用電荷檢測電路的傳感器是已知的，該電荷檢測電路被配置為根據從感測單元輸出的電荷來輸出電壓。例如，專利文獻1公開了在運算放大器的輸入端子和輸出端子之間提供并聯連接的電容器和電阻器的電荷檢測電路。

在使用該電荷檢測電路的傳感器中，為了檢測具有相當低的頻率(例如，大約幾mHz到幾Hz)的信號，如生物信號，有必要通過電容器和電阻器來降低高通濾波器的截止頻率。亦即，有必要增加電阻器的電阻值(例如，增加到大約10TΩ)。

在增加電阻器的電阻值時，使用典型的電阻性元件就電路尺寸而言是不實際的。因此，例如專利文獻2公開了使用MOSFET的弱反轉區(qū)來形成具有較大電阻值的電阻器的配置。

然而，使用MOSFET的弱反轉區(qū)來實現電阻器時的一個缺陷是：隨著過程或溫度的波動，電阻值波動很大。為此，在使用MOSFET的弱反轉區(qū)來實現電阻器時，有必要抑制過程中的波動或者溫度的影響。例如，專利文獻3公開了以下配置：使用具有溫度依存性的多個電流源來調整MOSFET的柵極電壓，由此抑制MOSFET的漏極電流的溫度依存性。

專利文獻1：日本未決專利申請No.2008-224230

專利文獻2：國際公布No.95/25349

專利文獻3：PCT日文翻譯專利公布：No.8-509312

在專利文獻3公開的配置中，為了抑制MOSFET的漏極電流的溫度依存性，必須精確地設置根據實驗發(fā)現的多個參數，且調整是困難的。

技術實現要素：

已在考慮現有技術的限制的情況下完成了本文描述的發(fā)明，且本發(fā)明的目的是提供能夠抑制電阻值隨著或溫度的波動而產生的波動并便于調整的偽電阻電路。

因此，描述了根據本發(fā)明的一方面的偽電阻電路，該偽電阻電路包括第一MOSFET、第二MOSFET、生成與絕對溫度大致成正比的第一電流的第一電流源、以及生成作為絕對溫度的大致線性函數的第一電壓的電壓源，其中，第一MOSFET的柵極和第二MOSFET的柵極連接在一起，第二MOSFET被連接成二極管，第一電流被提供給第二MOSFET的漏極，第一電壓被提供給第二MOSFET的源極，且在第一MOSFET的漏極和源極之間形成其電阻值取決于第一MOSFET的柵極電壓的電阻器。

根據本文的公開，有可能提供能夠抑制電阻值隨著過程或溫度的波動而產生的波動并便于調整的偽電阻電路。

附圖說明

圖1是示出根據本發(fā)明實施例的偽電阻電路的配置示例的圖。

圖2是示出圖1中示出的電路的電流源和電壓源的配置示例的圖。

圖3是示出當僅關注N通道MOSFET時的電阻值的圖。

圖4是示出當關注N通道MOSFET和電流源時的電阻值的圖。

圖5是示出根據本發(fā)明實施例的電荷檢測電路的配置示例的圖。

應該注意，附圖不一定是按照比例繪制的，且出于說明目的，在所有附圖中一般由類似的附圖標記來表示類似結構或功能的元素。還應該注意到，附圖僅旨在便于描述本文所描述的各個實施例。附圖并不描述本文公開的教導的每個方面，且不限制權利要求的范圍。

具體實施方式

在下面的描述中，僅出于解釋的目的，特定的術語被闡述用以提供對本文所述的各個實施例的全面理解。然而，本領域技術人員顯然應該明白，這些特定細節(jié)不是實施本文所述的概念所必需的。

圖1是示出根據本發(fā)明實施例的偽電阻電路的配置示例的圖。偽電阻電路100包括N通道MOSFET 110和120、電流源130和電壓源140。

N通道MOSFET 110(第二MOSFET)被連接成二極管，且其柵極連接到N通道MOSFET 120的柵極。將來自電流源130的電流I_PTAT提供給N通道MOSFET 110的漏極。將來自電壓源140的電流V_bias提供給N通道MOSFET 110的源極。

N通道MOSFET 120(第一MOSFET)的柵極連接到N通道MOSFET 110的柵極。在偽電阻電路100中，N通道MOSFET 120工作在弱反轉區(qū)，由此在N通道MOSFET 120的漏極和源極之間形成其電阻值R_eff取決于柵極電壓V_G的電阻器。

電流源130生成與絕對溫度大致成正比的電流I_PTAT(第一電流)。電流源130的配置示例將在下文描述。

電壓源140生成電壓V_bias(第一電壓)，該電壓是絕對溫度的大致線性函數。在該實施例中，如果N通道MOSFET 120的源極電壓V_s＝V_CM，則建立關系V_bias＝V_CM-A·T。在此，A是常數，且T是絕對溫度。電壓源140的配置示例將在下文描述。

圖2是示出圖1中示出的電路100的電流源130和電壓源140的配置示例的圖。

如圖所示，電流源130包括電流源210和P通道MOSFET 220。在電流源130中，從P通道MOSFET 220的漏極輸出電流I_PTAT。

電流源210(第三電流源)包括N通道MOSFET 230和231、P通道MOSFET 232和233、以及電阻器234。電流源210的輸出電流是N通道MOSFET 231的電流I_DS2(第三電流)。

如還示出的，N通道MOSFET 230被連接成二極管，且其源極接地。N通道MOSFET 231的柵極連接到N通道MOSFET 230的柵極，且N通道MOSFET 231的源極通過電阻器234接地。N通道MOSFET 230和231的尺寸比例如是1：n_pTAT。

P通道MOSFET 232被配置為使得：電源電壓V_DD被施加到源極，漏極連接到N通道MOSFET 230的漏極，且柵極連接到P通道MOSFET 233的柵極。P通道MOSFET 233被連接成二極管，且被配置為使得：電源電壓V_DD被施加到源極，且漏極連接到N通道MOSFET 231的漏極。P通道MOSFET 220被配置為使得：電源電壓V_DD被施加到源極，且柵極連接到P通道MOSFET 233的柵極。P通道MOSFET 232、233和220的尺寸比例如是1∶1∶1/n。

在電流源130中，通過表達式(1)來表達N通道MOSFET 230的柵-源電壓V_GS1：

等式1：

在此，k是玻爾茲曼常數，T是絕對溫度，q是電荷，且K是K近似參數。I_DS1是N通道MOSFET 230中流動的電流，且I_OS1是取決于N通道MOSFET 230的尺寸的電流。

電壓V_GS1也是N通道MOSFET 231的柵極電壓，并且可通過表達式(2)來表達：

等式2

V_GS1＝V_GS2+I_DS2R_PTAT...(2)

在此，V_GS2是N通道MOSFET 231的柵-源電壓。I_DS2是N通道MOSFET 231中流動的電流，亦即電流源210的輸出電流。R_PTAT是電阻器的電阻值。

根據表達式(1)和(2)推導出表達式(3)。

等式3

在此，I_OS2是取決于N通道MOSFET 231的尺寸的電流。

I_DS2通過表達式(4)來表達。

等式4

在電流源130中，在N通道MOSFET 231中流動的電流是I_DS2。P通道MOSFET 220按電流鏡配置連接到P通道MOSFET 233，并因此電流I_PTAT通過表達式(5)來表達。

等式5

在此，B是常數。根據表達式(5)，從電流源130輸出的電流I_PTAT是與絕對溫度大致成正比的電流。

電壓源140包括電阻器240和電流源250。在電壓源140中，在電阻器240和電流源250之間輸出電壓V_bias。

電阻器240(第一電阻器)被配置為使得將電壓V_CM(第二電壓：與N通道MOSFET 120的源極電壓大致相同的電壓)施加到一端，且另一端連接到N通道MOSFET 261的漏極。

如還示出的，電流源250(第二電流源)包括N通道MOSFET 260和261以及P通道MOSFET 262。在電流源250中，在N通道MOSFET 261中流動的電流變?yōu)檩敵鲭娏鱅_PTAT2(第二電流)。

N通道MOSFET 260被連接成二極管，且被配置為使得漏極連接到P通道MOSFET 262的漏極，且源極接地。N通道MOSFET 261被配置為使得柵極連接到N通道MOSFET 260的柵極，且源極接地。N通道MOSFET 260和261的尺寸比例如是1∶1/n_bias。

P通道MOSFET 262被配置為使得電源電壓V_DD被施加到源極，且柵極連接到P通道MOSFET 233的柵極。P通道MOSFET 233和262的尺寸比例如是1∶1。

與電流源130類似，電流源250生成與絕對溫度大致成正比的電流I_PTAT2。在該實施例中，I_PTAT2＝(1/n_bias)I_DS2。因此，如果電阻器240的電阻值是R_bias，則電壓V_bias通過表達式(6)來表達。

等式6

V_bias＝V_CM-R_biasI_{PTAT 2}＝V_CM-A·T...(6)

在此，A是常數。

接下來，將描述圖1中示出的偽電阻電路100中的電阻值R_eff。

首先，如圖3中所示，將僅關注N通道MOSFET 120來提供描述。當N通道MOSFET 120工作在弱反轉區(qū)中時，通過表達式(7)來表達在N通道MOSFET 120中流動的電流I_DS。

等式7

在此，V_GS是N通道MOSFET 120的柵-源電壓，且V_DS是N通道MOSFET 120的漏-源電壓。I_OS是取決于N通道MOSFET 120的尺寸的電流，且由表達式(8)來表達。

等式8

在此，μ是電子遷移率，C_ox是每單位面積的氧化物容量，W是通道寬度，L是通道長度，且K_sa是弱反轉區(qū)中的K近似參數。V_TS是閾值電壓。

根據表達式(7)和(8)，通過表達式(9)來表達N通道MOSFET120的漏極和源極之間的電阻值R_eff。

等式9

表達式(9)包括溫度T。表達式(9)還包括隨著過程波動的閾值電壓V_TS。因此，在該實施例的偽電阻電路100中，如下所述，通過電流源130和電壓源140來抑制電阻值R_eff隨著過程和溫度的波動而產生的波動。

首先，如圖4中所示，將關注電流源130的動作來提供描述。當N通道MOSFET 120工作在弱反轉區(qū)中時，通過表達式(10)來表達電壓V_G。

等式10

在表達式(7)中，由于V_GS＝V_G-V_CM，如果將表達式(10)中的V_G替換到表達式(7)中，則通過表達式(11)來表達電流I_DS。

等式11

根據表達式11，通過表達式(12)來表達電阻值R_eff。

等式12

如果在表達式(12)中代入表達式(5)中的電流I_PTAT，則通過表達式(13)來表達電阻值R_eff。

等式13

表達式(13)不包括閾值電壓V_TS。更具體地，由于電流源130的動作，過程中的波動對電阻值R_eff的影響被抑制了。然而，表達式(13)仍包括溫度T。在該實施例中，利用電壓源140的動作，抑制了電阻值R_eff的隨著溫度的波動而產生的波動。

如果在表達式(13)中代入表達式(6)中的V_bias，則通過表達式(14)來表達電阻值R_eff。

等式14

在此，在N通道MOSFET 120中，假設了表達式(15)。

等式15

V_DS≈0...(15)

因此，根據表達式(14)和表達式(15)，通過表達式(16)來表達電阻值R_eff。

等式16

可通過表達式(17)來表達電壓V_bias。

等式17

因此，考慮表達式(5)和表達式(17)，可通過表達式(18)來表達電阻值R_eff。

等式18

然后，應用表達式(15)，可通過表達式(19)來表達電阻值R_eff。

等式19

表達式(16)和表達式(19)不包括閾值電壓V_TS和溫度T。因此，在圖1中示出的偽電阻電路100中，通過電流源130和電壓源140抑制了電阻值R_eff隨著過程和溫度的波動而產生的波動。

如上所述，在圖1中示出的偽電阻電路100中，如表達式(13)所示，有可能通過電流源130和電壓源140抑制電阻值R_eff隨著過程中的波動而產生的波動，其中電流源130生成與絕對溫度大致成正比的電流IPTAT，并且電壓源140生成電壓V_bias，電壓V_bias是絕對溫度的大致線性函數。

在圖1中示出的示例性實施例的偽電阻電路100中，電壓源140生成的電壓V_bias在絕對零度處與N通道MOSFET 120的源極電壓大致相等(亦即，V_bias＝V_CM-A·T)，由此有可能抑制電阻值R_eff隨著溫度的波動而產生的波動。

因此，在偽電阻電路100中，為了抑制電阻值R_eff隨著過程或溫度的波動而產生的波動，不需要精確地設置根據實驗發(fā)現的多個參數，且方便了調整。

在示例性實施例的偽電阻電路100中，基于相同的電流源210來執(zhí)行電流源130和電流源250中的電流生成。因此，如表達式(19)中示出的，有可能通過電流源130和電流源250中的電阻比和電流比來調整電阻值R_eff。

圖5是示出根據本發(fā)明實施例的電荷檢測電路的示例的圖。電荷檢測電路500包括圖1中示出的偽電阻電路100、運算放大器510和電容器520。

運算放大器510被配置為使得非反相輸入端子接地，且將電荷Q_IN輸入到反相輸入端子。電荷Q_IN例如是從感測元件輸出的電荷。偽電阻電路100連接在運算放大器510的輸出端子和反相輸入端子之間。電容器520與偽電阻電路100并聯連接。

電荷檢測電路500根據從運算放大器510的輸出端子向反相輸入端子輸入的電荷Q_IN來輸出輸出電壓V_OUT。在電荷檢測電路500中，偽電阻電路100使用MOSFET的弱反轉區(qū)來使得偽電阻電路100的電阻值有可能是較大值，例如大約10TΩ。因此，電荷檢測電路500適于檢測具有相當低的頻率的信號，如生物信號。如上所述，在偽電阻電路100中抑制了電阻值隨著過程或溫度的波動而產生的波動。因此，變得有可能抑制電荷檢測電路500的輸出電壓隨著過程或溫度的波動而產生的波動。

雖然關于特定示例和子系統(tǒng)描述了各個實施例，但是對于本領域普通技術人員明顯的是，實施例僅是為了易于理解本發(fā)明，且無論如何也不能解釋為限制本發(fā)明。可在不偏離本發(fā)明的精神的情況下改變或改善本發(fā)明，且本發(fā)明涵蓋其等同替代。

對附圖標記的描述

100：偽電阻電路

110、120、230、231、260、261：N通道MOSFET

130、210、250：電流源

140：電壓源

220、232、233、362：P通道MOSFET

234、240：電阻器

500：電荷檢測電路

510運算放大器

520：電容器