仅有一个差分对并能将一对半波 整流电流组成一全波整流电流的全波整流电路 本发明涉及全波整流电路，具体讲，涉及用于半导体集成电路中的全波整流电路。
如已往所知，全波整流电路将诸如正弦波的输入交流信号全波整流成全波整流后的信号。
在随后要加描述的方法中，传统的全波整流电路具有分别加有第一和第二源电位的第一和第二电源端子。第一电源电位高于第二电源电位。第一电源位可以是正电源电压而第二电源电位可为零电压。全波整流电路包括差分放大器、电压参考电路及第一和第二差分对电路。差分放大器具有第一和第二放大器输入端，其间加有输入交流信号。差分放大器将输入交流信号差动地放大。差分放大器具有第一和第二放大器输出端，用于分别产生第一和第二放大的输出电压。电压参考电路在第一和第二电源电位之间产生参考电压。
第一差分对电路具有联在第一放大器输出端上的第一差分输入端，在第一参考输入端上加有参考电压。第一差分对电路在参考电压的基础上对第一放大的输出电压进行半波整流，以获得一第一半波整流电流。第一差分对电路具有一第一半波电流输出端，用于产生第一半波整流的电流。
与此相似，第二差分对电路具有联在第二放大器输出端上的第二差分输入端，第二参考输入端加有参考电压。第二差分对电路在参考电压的基础上对第二放大的输出电压进行半波整流。第二差分对电路具有用于产生第二半波整流电流的第二半波电流输出端。
传统的全波整流电路还包括具有分别联到第一和第二半波电流输出端的第一和第二半波电流输入端的电流/电压转换部分。电流/电压转换部分将第一和第二半波整流电流组合成一个全波整流电流，并将全波整流电流转换成全波整流电压。电流/电压转换电路具有用于产生全波整流电压的全波电压输出端子。
具体讲，传统电流/电压转换部分包括电流镜电路和输出电阻。电流镜电路联在第一电源端子上并具有分别作为第一和第二半波电流输入端子的第一和第二镜输入端。第一和第二镜输入端加有作为第一和第二镜输入电流地第一和第二半波整流的电流。电流镜电路将第一和第二镜输入电流组合成一个镜输出电流。电流镜电路具有一个联到全波电压输出端并产生作为全波整流电流的镜输出电流的镜输出端。也就是说，电流镜电路用作将第一和第二半波整流电流组合成全波整流电流的组合电路装置。输出电阻一端联到全波电压输出端，而另一端联到第二电源端。输出电阻将镜输出电流转换成全波整流电压，从而从全波电压输出端上输出全波整流的电压。
如上所述，传统全波整流电路包括第一和第二差分对电路。此外，传统全波整流电路包括用作将第一和第二半波整流电流转换成全波整流电流的组合电路装置的电流镜电路。因此。传统全波整流电路的缺点在于结构复杂，且难于用小规格的集成电路(IC)实现。
其它全波整流电路已知公知了。例如，名为“全波检测电路”的日本已审的专利公报昭63-58,484，即58,484/1988中公开了全波整流电路。该专利的电路包括一个差分放大电路、第一至第四电流镜电路、电压参考源、以及第一和第二晶体管。该差分放大器电路具有一个加有输入交流信号的输入端。差分放大器电路差分地放大输入交流信号。差分放大器电路具有分别用来产生第一和第二放大的输出电流的第一和第二放大器输出端，两者彼此反相。
第一电流镜电路位于第一放大器输出端和加有正电源电压的正电源端之间。第一电流镜电路具有联在第一放大器输出端的第一镜输入端。第一电流镜电路具有用于产生第一镜输出电流的第一镜输出端，第一镜电流输出电流中的每一个其电流值均等于第一放大的输出电流的值。与此相似，第二电流镜电路位于第二放大器输出端与正电源端之间。第二电流镜电路具有联到第二放大器输出端上的第二镜输入端。第二电流镜电路具有用于产生第二镜输出电流的第二镜输出端，其电流值均与第二放大输出电流的值相等。
第三电流镜电路联到零伏的地端子上，并具有联到第一镜输出端子之一的第三镜输入端。第四电流镜电路接地，并具有联到第二镜输出端子之一的第四镜输入端。第三电流镜电路具有联到另一第二镜输出端的第三镜输出端，而第四电流镜电路具有联到另一第一镜输出端的第四镜输出端。第三和第四镜输出端产生彼此反相的第一和第二单端输出电流。
电压参考源在第三和第四镜输出端产生预定的偏置电流，以将第一和第二单端输出电流叠加到预定偏置电流上。第一和第二晶体管具有分别联到第三和第四镜输出端的第一和第二基极。第一和第二晶体管具有共同联到正电源端上的第一和第二集电极，其发射极彼此相联。第一和第二晶体管的组合用作将第一和第二单端输出电流转换成全波整流信号的组合电路装置。第一和第二发射极联到输出电阻的一端，电阻其另一端接输出端。输出端接其另一端接地的平滑电容的一端。在输出端上产生全波整流的信号。
由于上述专利的全波整流电路包括第一至第四电流镜电路，其结构复杂，且难于按上述方法以小规格集成电路来实现。
在名为“全波整流电路”的日本未审专利公开平3-2,676，即2,676/1991中提出了另一全波整流电路。该全波整流电路第一和第二差分对电路(差分耦合电路)、直流电压源以及由第一和第二输出晶体管构成的射极耦合电路。第一和第二差分对电路在结构上与上述传统全波整流电路相似。直流电压源用作产生参考电压的电压参考电路。随后将会更加清楚，第一和第二差分对电路的每一个都具有一对其射极彼此相联的晶体管。
第一输出晶体管具有联到第一差分对电路发射极的第一基极，而第二输出晶体管具有联到第二差分对电路发射极的第二基极。第一和第二输出晶体管具有联到提供正电源电压的正电源端子上的第一和第二集电极。第一和第二输出晶体管具有共同联到输出端的第一和第二发射极。输出端子经恒流源接地。
但是平3-2,676的全波整流电路的弱点是结构复杂且难于用小规格IC实现。这是因为该全波电路包括与上述传统全波整流电路中电路相似的第一和第二差分对电路。
因此，本发明的一个目的在于提供一种结构简单的全波整流电路。
本发明的另一目的在于提供上述类型的全波整流电路，它易于用小规格集成电路来实现。
本发明的其它目的将随着描述的进行而更加清楚。
在描述本发明的一个方面中，应当明白，全波整流电路具有分别加有第一和第二电源电位的第一和第二电源端。第一电源电位高于第二电源电位。
根据本发明，上述全波整波电路包括：差分放大器，具有在其间加有输入交流信号的第一和第二放大器输入端，用于差分地放大输入交流信号，所述差分放大器具有第一和第二放大器输出端，用于分别产生第一和第二放大的输出电压，二者彼此反相；电压参考电路，用于在第一和第二电源电位之间产生参考电压；以及差分对电路，具有分别联到第一和第二放大器输出端的第一和第二差分输入端，并且具有加有参考电压的参考输入端，用于在参考电压的基础上对第一和第二放大的输出电压进行半波整流，以获得第一和第二半波整流的电流，所述差分对电路包括一个组合部分，用于将第一和第二半波整流的电流组合成一个全波整流的电流，所述差分对电路具有一联到组合部分的全波电流输出端，用于产生全波整流的电流。
优选的情况下，上述全波整流电路还包括电流/电压转换部分，其全波电流输入端接所述差分对电路的全波电流输出端，所述电流/电压转换部分将全波整流的电流转换成全波整流的电压，所述电流/电压转换部分具有一个全波电压输出端，用于产生全波整流的电压。
图1为传统全波整流电路的电路图；
较2为根据本发明优选实施例的全波整流电路的电路图；
图3示出用于图2所示全波整流电路中的差分对电路中集电极电流的特性；
图4示出在图2所示全波整流电路中的输入交流信号对全波整流电流的输入/输出特性；
图5为偏置电路以及用于与图2所示全波整流电路组合使用的信号源的电路图；以及
图6为用于描述图2所示全波整流电路工作的时间图。
为了便于理解本发明，下面参照图1先描述传统全波整流电路。全波整流电路用于将诸如正弦波信号的输入交流信号VIN全波整流成全波整流后的信号。
传统全整电路具有分别加上第一和第二源电位的第一和第二电源端子11和12。第一源电位高于第二源电位。在所示实例中，第一电源端子11为提供作为第一电源电位的正电源电压VCC的正电源端子，而第二电源端子12接地或为提供作为第二电源电位的零伏电压的接地端子。全波整流电路还具有全波电压输出端13。
所示的全波整流电路包括差分放大器20，电压参考电路30、第一和第二差分对电路40-1和40-2，以及电流/电压转换部分50′。差分对电路可被称作差分耦合电路。差分放大器20具有其间加有输入交流信号VIN的第一和第二放大器输入端子21和22。差分放大器20差分地放大输入交流信号VIN，差分放大器具有第一和第二放大器输出端23和24，分别用于产生第一和第二放大的输出电压V01和V02。
V01和V02间具有差输出电压VOUT。即：
VOUT＝V01-V02
具体讲，差分放大器20包括可差分工作的第一和第二晶体管Q1和Q2，第一和第二电阻R1和R2，以及第一恒流源IO1。第一和第二晶体管Q1和Q2联到第一和第二放大器输出端子21和22上。Q1和Q2具有分别联在第一和第二放大器输出端23和24上的第一和第二节点。R1一端接端子11，另端接第一节点25。R2一端接端子11，另一端接节点26。源IO1在Q1、Q2之间和端子12之间。在全波整流电路中，每个晶体管均为具有基极、集电极和发射极的双极型三极管。
Q1为第一npn型双极晶体管，其第一基极接端子21、作为第一节点25的第一集电极、和联到第一恒流源IO1的第一发射极。Q2为第二npn型双极晶体管，其第二基极接端子22、作为第二节点22的第二集电极，以及联在第一恒流源IO1上的第二发射极。
电压参考电路30在第一和第二电源电位间产生参考电压VREF。
第一差分对电路40-1具有联到第一放大器输出端23的第一差分输入端41，且第一参考输入端43-1加有基准电压VREF。电路40-1在参考电压VREF的基础上对第一放大的输出电压V01进行半波整流，以获得第一半波整流的电流IC3。电路40-1具有用于产生第一半波整流电流IC3的第一半波电流输出端44-1。
同理，第二差分对电路40-2具有联在第二放大器输出端24上的第二差分输入端42，且在第二参考输入端43-2上提供参考电压VREF。电路40-2在VREF的基础上对第二放大输出电压V02进行半波整流，以获得第二半波整流电流IC4。电路40-2具有用于产生第二半波整流电流IC4的第二半波电流输出端44-2。
具体讲，电路40-1包括一对晶体管Q3和Q51以及一第二恒流源IO2。Q3接第一差分输入端41和第一半波电流输出端44-1。Q51接第一参考输入端43-1和端子11。第二恒流源IO2在Q3、Q51和第二电源端子12之间。Q3为npn型双极三极管，其基极接第一差分输入端41、集电极接第一半波电流输出端45-1，发射极接第二恒流源IO2。Q51为npn型双极三极管，其基极接第一参考输入端43-1，集电极接端子11、发射极接IO2。
同理，第二差分对电路40-2包括一对晶体管Q4和Q52以及一个第三恒流源IO3。Q4联到第二差分输入端42和第二半波电流输出端44-2上。Q52联到第二参考输入端43-2和第一电流端11上。第三恒流源IO3位于Q3、Q52与第二电源端12之间。Q4为npn型双极三极管，其基极接第二差分输入端42、集电极接第二半波电流输出端45-2，发射极接第三恒流源IO3。Q52为npn型双极三极管，其基极接第二参考输入端43-2，集电极接第一电源端11、发射极接第三恒流源IO3。
电流/电压转换部分50′具有分别接第一、二半波电流输出端45-1和45-2的第一和第二半波电流输入端51-1和51-2。50′将第一、二半波整流电流IC3、IC4组合成全波整流电流IRO，并将IRO转换成全波整流电压VRO。50′还具有用于产生VRO的全波电压输出端13。
具体讲，50′包括电流镜电路60′和输出电阻RO。电流镜电路60接第一电源端子11，并具有分别作为第一和第二半波电流输入端子51-1和51-2的第一和第二镜输入端61-1和61-2。端子61-1和61-2加有作为第一和第二镜输入电流的第一和第二半波整流的电流IC3和IC4。60′将第一和第二镜输入电流组合成镜输出电流IMO。60′具有镜输出端62，它联到全波电压输出端13，并产生作为全波整流电流IRO的镜输出电流IMO。也就是说，60′用作将IC3和IC4组合成IRO的组合电路装置。输出电阻RO一端接全波电压输出端13另端接第二电源端12。RO将IMO转成VRO，从而在端子13上输出全波整流后的电压VRO。
电路60′包括三个晶体管Q61、Q62和Q7。Q61接61-1和端子11、Q62接61-2和端子11。Q7接61-1和61-2、镜输出端子61、以及端子11。Q61为npn型双极三极管，其基极接61-1、集电极接61-1、发射极接端子11。Q62为npn型双极三极管，其基极接61-2、集电极接61-2、发射极接端子11。Q7为npn型双极三极管，其基极接61-1和61-2，集电极接61，发射极接端子11。
但是，传统全波整流电路的缺点正象前文所述结构复杂且难于以小规格集成电路来实现。这是因为传统的电路包括差分对电路40-1和40-2，以及电流镜电路60′，而该电路60′是用于将IC3和IC4组合成IRO的组合电路装置。
见图2，本发明的优选实施例的全波整流电路除包括代替原第一和第二差分对电路40-1和40-2的一个差分对40且电流/电压转换部分与图1所示的不同外，其余结构相似。电流/电压转换部分描绘在图50部分。
差分对电路40具有分别联到第一和第二放大器输出端23和24的第一和第二差分输入端41和42，并具有加有参考电压VREF的参考输入端43。差分对电路40在参考电压VREF的基础上对第一和第二放大的输出电压V01和V02进行半波整流，以获得第一和第二半波整流的电流IC3和IC4。差分对电路40包括用于将第一和第二半波整流电流IC3和IC4组合成全波整流的电流IRO的组合部分44。差分对电路40具有联到组合部分44上的全波电流输出端45。端子45上产生IRO。
差分对电路40包括第三至第五晶体管Q3、Q4和Q5，以及第二恒流源IO2。第三和第四晶体管Q3和Q4联到第一和第二差分输入端41和42，且其第三和第四节点46和47经组合部分44接全波电流输出端45。第五晶体管Q5接到参考输入端43和第一电源端11上。第二恒流源IO2在第三至第五晶体管Q3-Q5与第二电源端12之间。
具体讲，第三晶体管Q3是npn型双极三极管，其第三基极接第一差分输入端41、作为第三节点46的第三集电极和第三发射极接到第二恒流源IO2上。Q4为npn型双极三极管，其基极接端子42、作为第四节点47的第四集电极和第四发射极接IO2。组合部分44是一条联线，用于将第三和第四集电极联到端子45上。Q5为npn型双极三极管，其基极接参考输入端43、集电极接端子11，而发射极接IO2。
电流/电压转换部分50其全波电流输入端51接差分对电路40的全波电流输出端45，它将IRO转换成全波整流电压VRO，它具有一用来产生全波整流电压VRO的全波电压输出端子13。
具体讲，部分50包括电流镜电路60和输出电阻RO。电路60接端子11，它具有一个作为全波电流输入端51的镜输入端61和接到端子13上的镜输出端62。镜输出端62产生镜输出电流IMO。IMO的电流值等于IRO的电流值。即电路60用作将全波整波的电流IRO变转成镜输出电流IMO的变换装置。
电路60包括第六和第七晶体管Q6和Q7。Q6接端子61和端子11。Q7接接端子61、62和11。Q6为第一pnp型双极三极管，其基极和集电极接端子61、发射极接端子11。Q7为第二pnp型双极三极管，其基板接端子61、集电极接端子61、发射极接端子11。
利用这种结构，在差分对电路40中，一对第三和第五晶体管Q3和Q5用于VREF基础上对第一放大的输出电压V01进行半波整流以获得第一半波整流电流IC3，而另一对第四和第五晶体管Q3和Q5用于在VREF基础上对第二放大的输出电压V03进行半波整流以获得第二半波整流电流IC4。
现在，在参阅图2的基础上再参阅图3，描述偏离电压加到差分对电路40的输入偏置电压上(即Q3和Q4基极电压)和参考电压VREF(即Q5的基极电压)上的工作情况。假定Q3的第三基极电压为VB3，集电极具有作为第一半波整流电流的集电极电流IC3，Q4具有第四基极电压VB4，以及作为第二半波整流电流的第四集电极电流IC4，Q5具有作为参考电压VREF的第五基极电压和作为参考电流IREF的第五集电极电流。在此情形下，由下述方程(1)，(2)，(3)和(4)表示第三基极电压VB3的第三集电极电流(第一半波整流电流)和第五基极电压(参考电压)VREF、第三基极电压VB3的第五集电极电流(参考电流)IREF和第五基极电压(参考电压)VREF、第四基极电压VB4的第四集电极电流(第二半波整流电流)IC4如和第五基极电压(参考电压)VREF、以及第四基极VB4的第五集电极电流(参考电流)IREF和第五基极电压(参考电压)VREF：IC3=aIO1+exp-q(VB3-VREF)KT---(1)]]>IREF=aIO1+expq(VB3-VREF)KT---(2)]]>IC4=aIO1+exp-q(VB4-VREF)KT---(3)]]>IREF=aIO1+expq(VB4-VREF)KT---(4)]]>
其中IO代表恒电流，a代表电流放大系数(它是到达集电极的电子与从发射极发出的电子的比，a＝1)，q代表电容，k代表波尔兹曼常数，T代表绝对温度。
图3表示IC3、IC4和IREF的特性。图3中，横座标代表以(KT/q＝25mV)为单位的电压差(VB3-VREF)和(VB4-VREF)，纵座标代表以(aIO)为单位的集电极电流。
从图3可知，当|VB3-VREF|或|VB4-VREF|等于电压4KT/q或100mV以上时，则IC3、IC4和IREF近似等于零或者等于aIO。也就是说，在图2所示的全波整流电路中，当第一、二放大器输出电压V01和V02加到Q3和Q4基极上，且VREF(Q5的第五基极电压)的基极偏离电压高于第三和第四基极电压VB和VB4时，即由电压4KT/q的差分放大器20的输出偏置电压所决定后，Q3和Q4则具有了分别对第一和第二放大器输出电压V01和V02半波整流后所获的第三和第四集电极电流IC3和IC4。通过用线44将Q3的集电极与Q4的集电极相联，则获得输入交流信号VIN的全波整流的电流IRO。
图4示出输入交流信号VIN对全波整流电流IRO的输入/输出特性。
见图5，通过将信号源70与偏置电路80组合产生输入交流信号VIN。信号源70接第二电源端12，并且产生原交流信号VA。偏置电路80具有一经耦合电容C联到信号源70的偏置输入端81。偏置电路80按下面将要描述的方式产生偏置电压。偏置电路80将原交流信号VA叠加到偏置电压上以获得输入交流信号VIN。电路80具有第一和第二偏置输出端86和87，用于在二者之间产生输入交流信号VIN。端子86、87分别接差分放大器20的第一和第二放大器输入端21和22，并分别产生第一和第二偏置输出电压VI1和VI2。在VI1和VI2之间具有一输入交流信号VIN。即VIN下式表示为：
VIN＝VI1-VI2
具体讲，偏置电路80包括一对npn型双极三极管Q8和Q9、四个电阻R3、R4、R5和R6，以及恒流源IO。Q8基极接偏置输入端81、集电极接第一偏置输出端82、发射极接恒流源IO0。Q9集电极接第二偏置输出端87、发射极接恒流源IO0。电阻R3一端接Q8集电极，另端接端子11，电阻R4一端接Q8集电极、另端接端子11。电阻R5一端接Q8基极，另端接第一电源端11。电阻R9一端接Q9基极，另端接端子11。恒流源IO0位于Q8和Q9的发射极与第二电源端12之间。
假定电阻R3和R4的每一个其阻值为R0，恒流源IO0中流过为I0的恒流。在此情况下，偏置电压等于(VCC-R0·I0/2)。
除参阅图2和5外，再参阅图6，描述图2所示的全波整流电路的工作。沿图6的从最上端的第一行至最下端的一行分别顺序地描绘出了原交流信号VA、第一和第二偏置输出电压VI1和VI2、第一和第二放大的输出电压V01和V02、第一和第二半波整流的电流IC3和IC4、全波整流的电流IRO以及全波整流的电压VRO。
信号源70按图中第一行的方式产生原交流信号VA。偏置电路80分别接第二和第三行的方式产生第一和第二偏置输出电压VI1和VI2，二者具有相反的相位并与原交流信号VA同相位。VI1和VI2的每个的电压等于(VCC-R0·I0/2)。差分放大器20分别按第四和第五行的方式产生第一和第二放大的输出电压V01和V02，它与第一和第二偏置输出电压VI1和VI2反相。第一和第二放大的输出电压V01和V02的每一个都有一个输出偏置电压。假定第一和第二电阻R1和R2的阻值为R1且恒流源IO1流过恒流I1。在此情况下，输出偏置电压等于(VCC-R1·I1/2)。
在差分对电路40中，按图中第六和第七行的方式在参考电压VREF的基础上流过第一和第二半波整流的电流IC3和IC4。差分电路40通过将第一半波整流电流IC3按图中第八行的方式与第二半波整流电流IC4组合起来而产生全波整流电流IRO。在电流/电压转换部分50中的输出电阻RO接图中最后一行的方式将全波整流电流IRO转换成全波整流的电压VRO。
虽然本发明参考了优选实施例进行了描述，但应明白，本技术领域的普通技术人员可对其进行各种变型，例如组成全波整流电路的晶体管可以为具有栅极、源极和漏极的场效应管，而这些也是属于本发明已要求保护的范畴。