CN100425069C - 具有源极退化架构的资料分割器 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种具有源极退化架构的资料分割器，其包括一具有源极退化阻抗的共源极单元，用以提供输入讯号和该输入讯号的参考电压；以及一比较单元，用以比较该输入讯号和该输入讯号的参考电压，输出一对应于该输入讯号的方波。该发明用于FM解调系统，于讯号解调器后端，将频率偏移调变讯号经由空气传输并由解调器解调后的高频失真部分，利用资料分割器产生完美的方波供后端的基频电路使用。本发明可获得准确的参考电压，不受噪声影响，并且不需要交流耦合的电容，可降低集成电路制造的困难度及成本。

Description

具有源极退化架构的资料分割器
技术领域
本发明为一种具有源极退化架构的资料分割器，尤其指一种使用于FM解调系统，于讯号解调器后端，将频率偏移调变讯号经由空气传输并由解调器解调后的高频失真部分，利用资料分割器产生完美的方波供后端的基频电路使用。
背景技术
一般影像资料或以数字方式传输的资料，在传输之前皆以调变至方波形式，再通过特定的传输媒介传送至接收端，通常频率偏移调变讯号经由空气传输并由讯号解调器解调后，所产生的频率偏移调变讯号其高频部份已有失真，调变后的讯号常因失真导致参考电压不准，无法产生50％工作周期的方波，因此必须利用资料分割器产生完美的方波供后端的基频电路使用。
图1为已知的利用串接电阻提供参考电压给资料分割器，包括有多个电阻R11、R12、R13、R1n、一偏压门槛切换装置10和一个以放大器构成的缓冲器12，其缺点是需知输出讯号的偏压点，以及当输入讯号较小时，参考电压可能为偏离输入讯号的中心准位。
图2为已知的利用接收讯号强度侦测(RSSI)电路和一个低通滤波器得到输入讯号的平均值当作参考电压，提供此参考电压给资料分割器，包括有一接收讯号强度侦测(RSSI)电路16、一电阻R21和一电容C21，但缺点是当讯号为低准位时，会同时将噪声一起作平均，而导致参考电压提高。
图3为已知的尖峰侦测方法(Peak detector method)利用接收讯号强度侦测电路取得输入讯号的强度，然后再降6dB当作参考电压，包括有一讯号强度侦测电路20、一电容C31和以晶体管T31、电阻Rd1及电流源Id1构成的一降6dB电路，缺点则是当低准位有干扰尖峰时，此方法会去侦测此尖峰并视为高准位，导致误判。
又如，美国专利第6734918号专利「资料分割器电路(Data SlicerCircuit)」，提供一种资料分割器电路，如图4所示。该资料分割器电路包括有一电容C1，用以接收影像讯号；一嵌入电路24，通过电流耦合接收影像讯号；一第一电容C2，用以维持影像讯号的电压；一第二电容C3，用以计算一定时间内通过的影像讯号的平均电压，并维持此平均电压；一比较器26，用以比较该二维持电压，当第二电容C3的维持电压大于第一电容C2的维持电压时，比较器26会输出一讯号。然而，此方法需要一耦合电容C1，以避免前级的直流电压影响资料分割器的输入级操作电压，且为避免失真此电容又不能太小，将造成集成电路上制造的困难，及需要大面积的电容器，另外，该方法采用电容充放电的特性而取得参考电压，在处理高频讯号时，容易因电容充放电不完整而导致参考电压失真。
发明人鉴于已知技术的缺陷，乃亟思改良创新之见，进而改善上述的缺陷。
发明内容
本发明的目的主要是提供一种具有源极退化架构的资料分割器，尤其指一种使用于FM解调系统，于讯号解调器后端，将频率偏移调变(FSK)讯号经由空气传输并由解调器解调后的高频失真部分，利用资料分割器产生完美的方波供后端的基频电路使用。本发明的共源极退化架构的资料分割器可获得准确的参考电压，不受噪声影响，并且不需要交流耦合的电容，可降低集成电路制造的困难度及成本。
为了达成上述目的，本发明的具有源极退化架构的资料分割器包括有一具有源极退化阻抗的共源极单元，用以提供输入讯号和该输入讯号的参考电压；以及一比较单元，连结于该具有源极退化阻抗的共源极单元，用以比较该输入讯号和该输入讯号的参考电压，输出一对应于该输入讯号的方波。
其中该具有源极退化阻抗的共源极单元，包括有二个输入端和二个输出端，其中第一输入端为输入讯号源，并在第一输出端接上一并联电阻和一并联电容，得到一参考电压，以提供比较单元使用。而第二输入端透过一电阻输入该输入讯号。而且具有源极退化阻抗的共源极单元，更包括有一漏极电阻和一源极电阻。
本发明亦提供一种具有源极退化架构的资料分割器的讯号撷取方法，包括有：
输入待处理的讯号。
用具有源极退化阻抗的共源极电路处理该输入讯号，同时获得一输出讯号和该输出讯号的参考电压。
利用比较器处理该输出讯号和该输出讯号的参考电压，以输出一方波讯号。
利用滞后反馈提供一准位移位电压，以减低该输出讯号在该参考电压附近的高频噪声的影响。
将该准位移位电压对该输出讯号产生相对应的直流准位偏移后，再和该输出讯号的参考电压比较，以获得一输出方波，并可降低抖动(jitter)。
附图说明
图1为已知的利用串接电阻提供参考电压的电路图；
图2为已知的利用接收讯号强度侦测(RSSI)电路和低通滤波器得到输入讯号的平均值当作参考电压的电路图；
图3为已知的尖峰侦测方法(Peak detector method)利用接收讯号强度侦测电路取得输入讯号的强度及降6dB当作参考电压的电路图；
图4为已知的资料分割器电路的电路图；
图5为本发明的具有源极退化架构的资料分割器的电路图；
图6A、6B、6C、6D、6E和6F图为本发明的具有源极退化架构的资料分割器的讯号时序图；及
图7为本发明的具有源极退化架构的资料分割器的讯号撷取的流程图。
图中符号说明：
「已知技术标号」
R11、R12、R13、R1n电阻
10偏压门槛切换装置
12缓冲器
16接收讯号强度侦测(RSSI)电路
R21电阻
C21电容
20讯号强度侦测电路
C31电容
T31晶体管
Rd1电阻
Id1电流源
C1电容
24嵌入电路
C2第一电容
C3第二电容
26比较器
「本发明标号」
51具有源极退化阻抗的共源极单元
53比较器单元
55滞后单元
T51晶体管
T53晶体管
Rt电阻
Ct电容
Rh1、Rh2电阻
Rs1、Rs2电阻
Rd1、Rd2电阻
501第一输入端
502第一输出端
503第二输出端
504第二输入端
505比较器单元的负向输出端
506比较器单元的正向输出端
具体实施方式
请参照图5所示，为本发明的具有源极退化架构的资料分割器的电路图。本发明的具有源极退化架构的资料分割器，包括有一具有源极退化阻抗的共源极单元51，用以提供输入讯号和产生该输入讯号的参考电压，以及一比较器单元53，连结于该具有源极退化阻抗的共源极单元51，用以比较该输入讯号和该输入讯号的参考电压，输出一对应于该输入讯号的方波。
其中该具有源极退化阻抗的共源极单元51，包括有二个输入端501、504和二个输出端502、503，而第一输入端501为输入讯号源，并在第一输出端502接上一并联电阻Rt和一并联电容Ct，得到一参考电压，以提供该比较器单元53使用；亦可在第一输出端502接上一串联电阻和一并联电容，得到一参考电压，以提供该比较器单元53使用，为了得到一直流准位当作参考电压，上述的电阻和电容所组成的时间常数(Time constant)比较大，可依实际处理的讯号频率，作适当的设定，当讯号频率低时，时间常数也必需提高，反之则降低。第二输入端504透过一电阻Rh1输入该输入讯号。具有源极退化阻抗的共源极单元51由两个金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductorfield-effect transistor--MOSFET)所构成。而且该参考电压会随着输入讯号变化，可实时反应讯号特性。
比较器单元53由N-MOS构成，只要超过N-MOS的截止电压，就能工作，因此本发明的具有源极退化架构的资料分割器具有动态范围宽的特性。
为避免增益太大，造成饱和现象，或增益太小，讯号噪声(S/N)比小，易受噪声影响，为解决上述问题，本发明的具有源极退化阻抗的共源极单元更包括有漏极电阻Rd1、Rd2和一源极电阻Rs1、Rs2，漏极电阻Rd1、Rd2和源极电阻Rs1、Rs2的比值需作适当的调整，其中漏极电阻Rd1、Rd2和该源极电阻Rs1、Rs2的比值可为1∶1，可维持输入讯号的原来大小。
在比较器单元53输出后会有正向505和负向506两种输出方波可反馈至具有源极退化阻抗的共源极的输入端501、504当作滞后(hysteresis)作用。输入讯号源若与资料分割器输出端同向，则将此输出反馈至具有源极退化阻抗的共源极的输入单元的第二输入端504，便可得到正向滞后；反之，正向滞后则提供给反向的输入讯号源。此滞后可减低载在输入讯号上高频噪声所造成的影响，尤其接近参考电压附近，因为此处稍有一点干扰则会造成输出资料转态的错误，即所谓的抖动(jitter)。
本发明的具有源极退化架构的资料分割器，更包括有一滞后单元55，用以减低该输入讯号在该参考电压附近的高频噪声的影响，减少抖动(jitter)。其中该滞后单元由两个电阻Rh1、Rh2构成，可采用负反馈方式，提供负向滞后；或采用正反馈方式，提供正向滞后。
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E和图6F为本发明的具有源极退化架构的资料分割器的讯号时序图。图6A为第一输入端501的讯号时序图，图6B为第一输出端502的讯号时序图，图6C为第二输出端503未加入滞后单元55的讯号时序图，图6D为第二输出端503已加入滞后单元55的讯号时序图，图6E为比较器单元53的负向输出端505的讯号时序图，图6F为比较器单元53的正向输出端506的讯号时序图，通过此讯号时序图可说明本发明的具有源极退化架构的资料分割器的工作原理。
本发明亦提供一种具有源极退化架构的资料分割器的讯号撷取方法，请参照图7所示，为本发明的具有源极退化架构的资料分割器的讯号撷取的流程图。其步骤包括有：
输入待处理的讯号S100。
用具有源极退化阻抗的共源极电路处理该输入讯号，同时获得一输出讯号和该输出讯号的参考电压S102，指利用具有源极退化阻抗的共源极电路的特性，取得输入讯号并输出输出讯号和该输出讯号的参考电压。
利用比较器处理该输出讯号和该输出讯号的参考电压，以输出一方波讯号S104，该输出方波讯号具有工作周期(duty cycle)50％的特性。
利用滞后反馈提供一准位移位电压，以减低该输出讯号在该参考电压附近的高频噪声的影响S106。
将该准位移位电压对该输出讯号产生相对应的直流准位偏移后，再和该输出讯号的参考电压比较，以获得一输出方波，利用滞后反馈并可降低抖动(jitter)S108，增加讯号的合理性。
本发明的具有源极退化架构的资料分割器具有下列特点：
一、不需要交流耦合的电容，可降低集成电路制造的困难度及成本，并减少IC的接脚。
二、可获得准确的参考电压，通过具有源极退化阻抗的共源级输入级的输出而取得输入讯号的平均值，可得到准确的参考电压。
三、不受噪声影响，其高低准位皆高于噪声基准(noise floor)甚多，噪声被平均所得的值远低于参考电压，因此参考电压不易受影响。
四、一般使用小的耦合电容去做交流耦合会使低资料速率的讯号大小衰减，本发明使用具有源极退化阻抗的共源极单元省略耦合电容，可将讯号无失真的传入，并且此具有源极退化阻抗的共源极单元对前级负载影响甚小，非常适用于解调后输出讯号。
五、此源级退化输入级具有高的输入动态范围，因此前级输出电压只要高于具有源极退化阻抗的共源级输入截止电压便可工作。
综上所述，本发明实为一不可多得的发明创作产品，极具产业上的利用性、新颖性及进步性，完全符合发明专利申请要件，依法提出申请。
以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此限制本发明的专利范围，因此任何熟悉此项技艺者在本发明的领域内，所实施的变化或修饰皆被涵盖在本案的专利范围内，合予陈明。

Claims (8)

1. 一种具有源极退化架构的资料分割器，其特征是，包括：
一具有源极退化阻抗的共源极单元，用以提供输入讯号和产生该输入讯号的参考电压，该具有源极退化阻抗的共源极单元包括二个输入端和二个输出端，其中，该第一输入端为输入讯号源，并在第一输出端接上一并联电阻和一并联电容，或在第一输出端接上一串联电阻和一并联电容，得到一参考电压，以提供一比较器单元使用；以及
一比较器单元，连结于该具有源极退化阻抗的共源极单元，用以比较该输入讯号和该输入讯号的参考电压，输出一对应于该输入讯号的方波。
2. 如权利要求1所述的具有源极退化架构的资料分割器，其特征是，该具有源极退化阻抗的共源极单元，由两个金属氧化物半导体场效应晶体管所构成，该比较器单元，由N-MOSFET所构成。
3. 如权利要求1所述的具有源极退化架构的资料分割器，其特征是，该第二输入端透过一电阻输入该输入讯号。
4. 如权利要求1所述的具有源极退化架构的资料分割器，其特征是，该具有源极退化阻抗的共源极单元，更包括有一漏极电阻和一源极电阻，其中该漏极电阻和该源极电阻的比为1∶1。
5. 如权利要求1所述的具有源极退化架构的资料分割器，其特征是，更包括有一滞后单元，用以减低该输入讯号在该参考电压附近的高频噪声的影响，减少抖动。
6. 如权利要求5所述的具有源极退化架构的资料分割器，其特征是，该滞后单元由两个电阻构成。
7. 如权利要求5所述的具有源极退化架构的资料分割器，其特征是，该滞后单元采用负反馈方式，提供负向滞后，或该滞后单元采用正反馈方式，提供正向滞后。
8. 一种具有源极退化架构的资料分割器的讯号撷取方法，其特征是，包括有：
输入待处理的讯号；
用具有源极退化阻抗的共源极电路处理该输入讯号，同时获得一输出讯号和该输出讯号的参考电压；
利用比较器处理该输出讯号和该输出讯号的参考电压，以输出一方波讯号；
利用滞后反馈提供一准位移位电压，以减低该输出讯号在该参考电压附近的高频噪声的影响；以及
将该准位移位电压对该输出讯号产生相对应的直流准位偏移后，再和该输出讯号的参考电压比较，以获得一输出方波，并降低抖动。
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