CN101567729B - 差分信号强度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够对包括较小的差分信号在内的大动态范围的差分信号进行强度检测的装置，包括第一积分器、第二积分器、缓冲器、多路选择器、比较器组和自动控制单元；所述第一积分器用于对待测信号进行第一次积分；所述第二积分器用于对所述第一积分器的输出信号进行积分；所述缓冲器用于对两个积分器进行隔离，所述多路选择器用于在所述第一积分器的输出信号和所述第二积分器的输出信号中选择一路并将其送入所述比较器组中；所述比较器组用于输出表征所述输入其中的差分两路信号之间的电压差的数字信号到所述自动控制单元中，其可用模数转换器替代。所述自动控制单元用于对本发明装置的检测流程进行自动控制。
Description
技术领域
本发明属于测量测试技术领域，尤其涉及一种差分信号强度检测装置。
背景技术
在无线通讯等技术领域，差分信号强度的检测具有重要的意义，例如无线射频发射机的本振泄漏的校准、无线射频接收机信号能量检测等。传统的差分信号强度检测装置其结构如图1所示，由一个积分器和一个比较器组组成，其中积分器用于对差分信号(rf+，rf-)进行积分处理，比较器组则将积分器输出的直流信号电平dc与参考信号电平ref之间的差值进行量化，输出表征该差值的数字信号DOUT，根据比较器组的输出并结合积分器的总的积分倍数可以得出待测差分信号的强度，其具体过程为首先根据比较器组的输出以及比较器组输入输出之间的模数对应关系得出所述积分器输出的直流信号电平与参考信号电平之间的差值，然后用该差值除以所述积分器的总的积分倍数即可得出待测差分信号的强度。这里所述积分器输出的直流信号指该积分器差分正端的输出信号，所述积分器输出的参考信号是指该积分器差分负端的输出信号。
对于上述传统的差分信号强度检测装置而言，由于积分器的积分周期不能太长，如果积分周期过长，一方面组成积分器的电容可能会放电影响积分的精度，另一方面，在用于例如本振泄漏校准的场合会导致本振泄漏校准过程延长，而影响到通信系统的正常工作，因此当输入的差分信号强度较小时，积分器输出的差分两路信号的电平之差就有可能小于比较器组的分辨门限，如图2所示检测死区，比较器组便无法准确地对输入其中的差分两路信号的电平之差进行准确量化，并得出反映待测差分信号强度的数字信号。因而传统的差分信号强度检测装置的检测范围受到限制，无法准确地对较小的差分信号实施检测，如图2所示检测死区，要解决该技术问题，即减小直至清除图2所示检测死区，可以采用提高比较器组量化的分辨能力的方式，即细化图2的纵轴，但是，这样做就对比较器组模块提出很高的要求，需要有非常大的动态范围，这在集成电路系统设计中需要大的功耗和面积，成本很高，因而不适于实用。
发明内容
针对背景技术中所述传统的差分信号强度检测装置存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种适用实用的能够检测大动态范围的差分信号强度的装置，采用该装置能够对包括较小的差分信号在内的差分信号的强度进行检测。
为解决上述技术问题，本发明差分信号强度检测装置包括：第一积分器、第二积分器、多路选择器、比较器组和自动控制单元；所述第一积分器用于对待测信号进行第一次积分处理；所述第二积分器用于对所述第一积分器的输出信号进行再次积分；所述多路选择器用于在所述第一积分器的输出信号和所述第二积分器的输出信号中选择一个并将其送入所述比较器组中；所述比较器组用于对所述多路选择器送入其中的信号进行处理，输出表征该差分两路信号之间的电压差的数字信号到所述自动控制单元中；所述自动控制单元用于对本发明装置的检测流程进行自动控制。
本发明差分信号强度检测装置还可以包括缓冲器，所述缓冲器用于对所述第一积分器和所述第二积分器进行隔离，以使所述第一积分器和所述第二积分器能够独立和稳定地工作。
由于所述缓冲器本身存在失调，因此本发明装置在使用前需要对所述缓冲器进行校准，如果采用的校准方案不能确保在校准过程中，所述缓冲器输出的差分两路信号之间的电压大小关系满足使所述比较器组正常工作的要求，那么作为本发明的一种改进，本发明差分信号强度检测装置还可以包括翻转器，所述翻转器用于在所述缓冲器的校准过程中，当所述缓冲器输出的差分两路信号之间的电压大小关系不能满足使所述比较器组正常工作的要求时，对所述缓冲器的输出信号进行翻转，即对所述缓冲器输出的差分信号的正负端进行交换。在使用本发明装置对待测差分信号强度进行检测之前，所述翻转器需要再次翻转以恢复本发明装置能够对待测差分信号进行正常检测的状态。本发明也可以通过在所述缓冲器之前增加一个翻转器来实现在所述缓冲器校准流程结束后，使本发明装置恢复到能够对待测差分信号进行正常检测的状态。
在采用本发明装置对待测信号强度的检测过程中，所述第二积分器可以始终处于运行状态，也可以仅当所述第一积分器输出的差分两路信号间的电压差小于所述比较器组的分辨门限时运行，采用后一种方案有利于节省资源。
为节约资源起见，所述多路选择器在用于从所述第一积分器的输出信号和所述第二积分器的输出信号中选择一个并将其送入所述比较器组中时，其采用的具体方案可以为：当所述第一积分器输出的差分两路信号间的电压差小于所述比较器组的分辨门限时，将所述第二积分器的输出信号送入所述比较器组中，当所述第一积分器输出的差分两路信号间的电压差大于所述比较器组的分辨门限时，将所述第一积分器的输出信号送入所述比较器组中。
所述比较器组可以采用全并行(flash)结构的比较器组。
作为本发明的另一种解决方案，所述比较器组可以用模数转换器来代替，采用模数转换器的方案能够更精确地对待测差分信号的强度进行检测。则本发明差分信号强度检测装置包括第一积分器、第二积分器、多路选择器、模数转换器和自动控制单元；所述第一积分器用于对待测信号进行第一次积分处理；所述第二积分器用于对所述第一积分器的输出信号进行再次积分；所述多路选择器用于在所述第一积分器的输出信号和所述第二积分器的输出信号中选择一个并将其送入所述模数转换器中；所述模数转换器用于对所述多路选择器送入其中的信号进行处理，输出表征该差分两路信号之间的电压差的数字信号到所述自动控制单元中；所述自动控制单元用于对本发明装置的检测流程进行自动控制。
所述模数转换器可以采用全并行(flash)结构的模数转换器。
采用本发明差分信号强度检测装置，在待测差分信号强度处于第一积分器的检测死区时，可以通过启用第二积分器对待测差分信号进行第二次积分，使处于第一积分器检测死区的待测差分信号的强度也能够被比较器组准确反映出来，因而采用本发明装置能够对大动态范围的差分信号强度进行检测。
附图说明
图1为传统的差分信号强度检测装置结构示意图；
图2为图1所述差分信号强度检测装置的检测效果示意图；
图3为本发明差分信号强度检测装置的结构示意图；
图4为是第一积分器电路结构示意图；
图5为多路选择器的电路结构示意图；
图6为缓冲器的校准示意图；
图7为比较器组的结构示意图；
图8为采用传统的差分信号强度检测装置测得的数据进行本振泄漏校准的效果示意图；
图9为采用本发明差分信号强度检测装置测得的数据进行本振泄漏校准的效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图3是本发明实施例的差分信号强度检测装置的结构示意图，如图所示，本发明差分信号强度检测装置包括第一积分器、缓冲器、第二积分器、多路选择器、比较器组和自动控制单元。
所述第一积分器为高频积分器，工作在比第二积分器高的频段，该积分器电路的增益可调，所述第一积分器对待检测的差分信号(rf+，rf-)进行积分处理，经过积分的待测信号从高频转变为低频。所述第一积分器的电路结构如图4所示，待检测的差分信号(rf+，rf-)经过由第一晶体管M1、第二晶体管M2、第一电阻R1、第二电阻R2以及第一电流源I1组成的多级放大器放大后通过电容Cc耦合到第三晶体管M3，与第三晶体管M3上的偏置电压Vref叠加后进行检波输出，作为所述第一积分器输出的差分两路信号中的直流信号，该直流信号的电平为dc1；所述第四晶体管M4上的偏置电压Vref经检波后输出作为所述第一积分器输出的差分两路信号中的参考信号，该参考信号的电平为ref1，由于第三晶体管M3上的偏置电压和第四晶体管M4上的偏置电压相等，因此dc1大于ref1。所述第一积分器中的检波电路由第三晶体管M3、第四晶体管M4、第二电流源I2、第三电源I3、第一开关sw1、第一电容C1和第二电容C2组成。
所述第二积分器为低频积分器，该积分器可以是常用的离散时间积分器，比如开关电容积分器。在本实施例中，当所述第一积分器输出的差分两路信号的电压差即直流信号电平与参考信号电平之差小于所述比较器组的分辨门限时，启动所述第二积分器，对所述第一积分器的输出信号进行每个时钟周期2倍的积分运算，所述第二积分器输出的差分两路信号中的直流信号电平为dc2，参考信号电平为ref2。
所述多路选择器的电路结构如图5所示，图中inv1、inv2均为反相器，sw221、sw222、sw223和sw224均为开关。在本发明实施例中，当所述第一积分器输出的差分两路信号的电压差小于所述比较器组的分辨门限时，所述多路选择器接收所述自动控制单元通过信号det_intput_se1发送的命令，将所述第二积分器的输出信号送入所述比较器组中，即当det_intput_se1为高时，所述多路选择器输出的差分两路信号中的直流信号电平dc＝dc2，参考信号电平ref＝ref2；反之，当det_intput_se1为低时，dc＝dc1，ref＝ref1。
所述缓冲器用于隔离所述第一积分器和所述第二积分器，以便所述第一积分器和所述第二积分器的工作独立且稳定；但是，所述缓冲器本身也存在直流失调，为避免所述缓冲器的直流失调对差分信号强度检测过程的影响，需要在差分信号的强度检测流程开始前对其校准。
本实施例采用的对缓冲器进行校准的方案为：如图6所示，所述缓冲器的校准过程由所述缓冲器、比较器和所述自动控制单元来实现，此处采用的比较器可以是一个单独的比较器，也可以是上述比较器组中的任意一个比较器。首先把所述缓冲器的差分输入(dc00，ref00)短路，此时所述缓冲器输出的差分两路信号中的直流信号电平dc01与参考信号电平ref01之间的差值就表示失调的大小，所述比较器将所述缓冲器输出的差分两路信号的电平差进行比较，并将比较结果输入到所述自动控制单元，如果dc01＞ref01，那么，所述比较器的输出Dout为高电平“1”，则所述自动控制单元输出控制负向补偿值增加一个步进；反之，如果dc01＜ref01，那么，比较器的输出Dout为低电平“0”，则所述自动控制单元输出控制正向补偿值增加一个步进。如果所述比较器的输出Dout出现连续的两个“10”，就停止失调校准过程。
所述比较器组采用如图7所示flash结构的比较器组，其中R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19为等值电阻，八个比较器为相同的比较器，VDD为所述比较器组的公共电源电压，VSS为所述比较器组的公共地电位。所述比较器组输入的差分两路信号中的参考信号通过八个电阻R11-R18分压产生八个电压，它们分别与所述比较器组输入的差分两路信号中的直流信号输入到八个比较器中产生8bit的输出信out[0:7]。
所述比较器组的输出Dout与输入其中的差分两路信号的电压差(dc-ref)是相互对应的，所述比较器组的实质是将该电压差转变成数字信号输出到所述自动控制单元中，则根据模数转换关系，即可由所述比较器组的输出Dout得到其输入差分两路信号的电压差(dc-ref)，然后根据待测差分信号在送入所述比较器组之前的总积分倍数，即可得到待测差分信号的强度。例如，设比较器组的量化范围和对应关系如表一所示，如果当前比较器组的输出Dout＝8’d0000_1111，设总积分倍数为1000，根据表1可知，(dc-ref)大于150mV，小于200mV，则待测差分信号的强度应该在0.15-0.20mV(＝(150-200mV)/1000)之间。
表一、比较器输出与其输入电平差的关系
| Dout | Dc-ref的差值 |
| 0000_0000 | ＜25mV |
| 0000_0001 | ＞25mV |
| 0000_0011 | ＞50mV |
| 0000_0111 | ＞100mV |
| 0000_1111 | ＞150mV |
| 0001_1111 | ＞200mV |
| 0011_1111 | ＞250mV |
| 0111_1111 | ＞300mV |
| 1111_1111 | ＞350mV |
本发明差分信号强度检测装置中的比较器组也可以用模数转换器来代替，即采用模数转换器来代替实现所述比较器组的功能，所述模数转换器具体可以为全并行(flash)结构的模数转换器。采用模数转换器代替比较器组能够更精确地对待测差分信号的强度进行检测。
由于所述比较器组结构单向触发翻转的限制，必须保证其输入的差分两路信号中的直流信号电平dc大于参考信号电平ref，因此也要保证dc2＞ref2和dc12＞ref12。而如果采用的缓冲器校准方案不能确保在所述缓冲器的校准过程中，所述缓冲器输出差分两路信号中的直流信号电平大于参考信号电平，所述比较器组的正常工作便无法得到保证，于是为了确保该种情况下所述比较器组也能够正常工作，本发明差分信号强度检测装置中增设了一个翻转器。在缓冲器的校准过程中，当dc12＜ref12时，所述翻转器对缓冲器的输出信号进行翻转，保证所述比较器组能够正常工作。在所述缓冲器的校准过程结束后，使用本发明装置对待测差分信号强度进行检测前，所述翻转器需要再次翻转以恢复本发明装置能够对待测差分信号进行正常检测的状态。本发明也可以通过在所述缓冲器之前增设一个翻转器来实现在缓冲器的校准流程结束后，使本发明装置恢复到能够对待测差分信号进行正常检测的状态。
所述自动控制单元用于对整个检测流程以及装置的自校准流程进行控制。在差分信号强度检测过程中，所述自动控制单元每读取一次比较器组输出，需要在高电平时对两个积分器清零，其输出控制信号int_rst对所述第一积分器进行清零，输出控制信号new_int_rst对所述第二积分器进行清零；所述自动控制单元输出信号det_intput_se1对所述多路选择器进行控制；所述自动控制单元输出信号Vcross_en对所述翻转器进行控制，当vcross_en为高时，所述反转器对所述缓冲器的输出差分信号进行翻转。在本发明实施例中，所述自动控制单元是根据所述比较器组的输出来判断发出何种控制命令的，例如，在差分信号强度检测流程中，当所述比较器组的输出全0时，所述自动控制单元认为此时作为比较器组输入信号的所述第一积分器的输出差分两路信号的电压差过小，以致所述比较器组不能对该差值进行准确识别，则此时所述自动控制单元发出控制命令启动所述第二积分器工作，并发出控制命令给所述多路选择器，使所述多路选择器选择所述第二积分器的输出信号到所述比较器组中。
采用本发明差分信号强度检测装置能够对包括较小的差分信号在内的大动态范围的差分信号强度进行检测，例如采用传统的差分信号强度检测装置测得的数据进行本振泄漏校准，在校准之后可能仍然存在较小的本振泄露，如图10所示；而采用本发明差分信号强度检测装置测得的数据进行本振泄漏校准，能够清除全部本振泄露，如图11所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应注意的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求记载的技术方案及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种差分信号强度检测装置，其特征在于包括：第一积分器、第二积分器、多路选择器、比较器组和自动控制单元；所述第一积分器用于对待测信号强度进行第一次积分处理；所述第二积分器用于对所述第一积分器的输出信号进行再次积分；所述多路选择器用于在所述第一积分器的输出信号和所述第二积分器的输出信号中选择一个并将其送入所述比较器组中；所述比较器组用于对所述多路选择器送入其中的信号进行处理，输出表征该差分两路信号之间的电压差的数字信号到所述自动控制单元中；所述自动控制单元用于对本发明装置的检测流程进行自动控制，所述待测信号为差分信号。
2.根据权利要求1所述的差分信号强度检测装置，其特征在于：该装置还包括缓冲器，所述缓冲器用于对所述第一积分器和所述第二积分器进行隔离。
3.根据权利要求2所述的差分信号强度检测装置，其特征在于：该装置还包括翻转器，所述翻转器用于在所述缓冲器的校准过程中，当所述缓冲器输出的差分两路信号之间的电压大小关系不能满足使所述比较器组正常工作的要求时，对所述缓冲器的输出信号进行翻转。
4.根据权利要求2所述的差分信号强度检测装置，其特征在于：该装置还包括第一翻转器和第二翻转器，所述第二翻转器用于在所述缓冲器的校准过程中，当所述缓冲器输出的差分两路信号之间的电压大小关系不能满足使所述比较器组正常工作的要求时，对所述缓冲器的输出信号进行翻转；所述第一翻转器用于当所述第二翻转器对所述缓冲器的输出信号进行了翻转的情况下，在对待测差分信号进行强度检测开始之前，对所述缓冲器的输入信号进行翻转。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的差分信号强度检测装置，其特征在于：所述第二积分器在所述第一积分器输出的差分两路信号之间的电压差小于所述比较器组的分辨门限时方处于运行状态。
6.根据权利要求5所述的差分信号强度检测装置，其特征在于所述多路选择器在用于从所述第一积分器的输出信号和所述第二积分器的输出信号中选择一个并将其送入所述比较器组中时，采用的具体方案为：当所述第一积分器输出的差分两路信号间的电压差小于所述比较器组的分辨门限时，将所述第二积分器的输出信号送入所述比较器组中，当所述第一积分器输出的差分两路信号间的电压差大于所述比较器组的分辨门限时，将所述第一积分器的输出信号送入所述比较器组中。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的差分信号强度检测装置，其特征在于所述多路选择器在用于从所述第一积分器的输出信号和所述第二积分器的输出信号中选择一个并将其送入所述比较器组中时，采用的具体方案为：当所述第一积分器输出的差分两路信号间的电压差小于所述比较器组的分辨门限时，将所述第二积分器的输出信号送入所述比较器组中，当所述第一积分器输出的差分两路信号间的电压差大于所述比较器组的分辨门限时，将所述第一积分器的输出信号送入所述比较器组中。
8.一种差分信号强度检测装置，其特征在于包括：第一积分器、第二积分器、多路选择器、模数转换器和自动控制单元；所述第一积分器用于对待测信号强度进行第一次积分处理；所述第二积分器用于对所述第一积分器的输出信号进行再次积分；所述多路选择器用于在所述第一积分器的输出信号和所述第二积分器的输出信号中选择一个并将其送入所述模数转换器中；所述模数转换器用于对所述多路选择器送入其中的信号进行处理，输出表征该差分两路信号间的电压差的数字信号到所述自动控制单元中；所述自动控制单元用于对本发明装置的检测流程进行自动控制，所述待测信号为差分信号。
9.根据权利还要求8所述的差分信号强度检测装置，其特征在于：该装置还包括缓冲器，所述缓冲器用于对所述第一积分器和第二积分器进行隔离。
10.根据权利要求8或9所述的差分信号强度检测装置，其特征在于：所述模数转换器为flash结构的模数转换器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20130717 |