CN102014017B - 一种信号检测电路、方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种信号检测电路、方法及系统，其中，信号检测电路包括：信号转换模块、阈值控制模块、比较模块；信号转换模块用于将参考电压信号转换为参考电流信号，将参考电流信号发送给阈值控制模块；将待检测电压信号转换为待检测电流信号，将待检测电流信号发送给比较模块；阈值控制模块用于根据参考电流信号生成阈值电流信号，将阈值电流信号发送给比较模块；接收阈值控制信号，根据阈值控制信号改变阈值电流信号的大小；比较模块用于比较待检测电流信号和阈值电流信号的大小，并输出比较结果。根据阈值控制信号改变阈值电流信号的大小，使得信号检测电路的阈值可以灵活配置，提高了信号检测电路的检测灵活性。

Description

一种信号检测电路、方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种信号检测电路、方法及系统。
背景技术
目前，局域网(Local Area Networks，简称LANs)通常基于10BASE-T，100BASE-T，1000BASE-T协议，使用双绞线进行信号收发。在发送方的物理层芯片(Physical Layer Device，简称PHY)与接收方PHY进行通信时，发送方与接收方需要各自向对方发送10Mbps链接信号或者100Mbps信号(以下简称为协商信号)。所述协商信号用于通知对方其各自的通信能力，例如：速度模式和双工模式。如果远端PHY断电或者双绞线断开等导致本地PHY接收不到协商信号的故障出现时，本地PHY可以进入低功耗模式，关掉大部分信号处理电路以节省功耗，这对于电池供电的电子设备尤为重要。如果所述故障恢复，也就是当本地PHY能够接收到协商信号时，本地的PHY要能够被唤醒，进入正常的工作模式，开始自协商过程。因此，为了节省功耗，同时不影响正常工作，PHY需要一个信号检测电路来监视双绞线上的能量状态(例如：信号的幅度)以指示协商信号的出现与否。
现有信号检测电路技术通常采用分立器件实现，从而使得整个信号检测电路的搭建成本较高；另外，由于现有信号检测电路所采用比较器的阈值设置单一，所以使得整个信号检测电路的检测灵活性较差。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种信号检测电路、方法及系统。
一方面，本发明实施例提供的一种信号检测电路，包括：信号转换模块、阈值控制模块、比较模块；
所述信号转换模块用于：将参考电压信号转换为参考电流信号，将参考电流信号发送给阈值控制模块；将待检测电压信号转换为待检测电流信号，将待检测电流信号发送给所述比较模块；
所述阈值控制模块用于：根据参考电流信号生成与参考电流信号成第一比例关系的阈值电流信号，将阈值电流信号发送给比较模块；接收阈值控制信号，根据所述阈值控制信号改变阈值电流信号的大小；
所述比较模块用于：比较待检测电流信号和阈值电流信号的大小，并输出比较结果。
另一方面，本发明实施例提供的一种信号检测方法，包括：
将参考电压信号转换为参考电流信号，将参考电流信号发送给阈值控制模块；将待检测电压信号转换为待检测电流信号，将待检测电流信号发送给比较模块；
根据参考电流信号生成与参考电流信号成阈值电流信号，将阈值电流信号发送给比较模块；接收阈值控制信号，根据所述阈值控制信号改变阈值电流信号的大小；
比较待检测电流信号和阈值电流信号的大小，并输出比较结果。
再一方面，本发明实施例提供的一种信号检测系统，包括：如上所述的信号检测电路。
本发明实施例提供的一种信号检测电路、方法及系统，本发明实施例通过信号转换模块将参考电压信号转换为参考电流信号；将待检测电压信号转换为待检测电流信号；所述阈值控制模块可以接收阈值控制信号，根据所述阈值控制信号改变阈值电流信号的大小，将阈值电流信号发送给比较模块；这样，实现了信号检测电路阈值的灵活配置，提高了所述信号检测电路的检测灵活性。还由于本发明实施例采用了集成电路工艺将所述信号检测电路集成在PHY芯片上，与现有技术相比，降低了搭建成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种信号检测电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种信号检测电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种信号检测电路图；
图4为本发明实施例提供的一种对称全差分结构的信号检测电路图；
图5为本发明实施例提供的一种信号检测电路中信号转换模块的具体实现电路图；
图6为本发明实施例提供的一种信号检测电路中可编程MOS管电路图；
图7为本发明实施例提供的一种信号检测电路中参考信号生成模块的具体实现电路图；
图8为本发明实施例提供的一种信号检测电路中隔离滤波模块的具体实现电路图；
图9为本发明实施例提供的一种信号检测方法流程图；
图10为本发明实施例提供的另一种信号检测方法流程图；
图11为本发明实施例提供的再一种信号检测方法流程图；
图12为本发明实施例提供的再一种信号检测方法流程图；
图13为本发明实施例提供的一种信号检测系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图对本发明提供的一种信号检测电路进行详细的说明。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种信号检测电路100，该电路包括：信号转换模块101、阈值控制模块102、比较模块103；
信号转换模块101用于：将参考电压信号转换为参考电流信号，将参考电流信号发送给阈值控制模块；将待检测电压信号转换为待检测电流信号，将待检测电流信号发送给比较模块。
阈值控制模块102用于：根据参考电流信号生成阈值电流信号，将阈值电流信号发送给比较模块；接收根据检测需求输入的阈值控制信号，根据阈值控制信号改变阈值电流信号的大小。
可选的，阈值控制信号是数字阈值控制信号。阈值控制模块具体用于：根据参考电流信号生成与参考电流信号成第一比例关系的阈值电流信号；接收数字阈值控制信号，根据数字阈值控制信号调整阈值电流信号和参考电流信号的第一比例关系，以改变阈值电流信号的大小。
比较模块103用于：比较待检测电流信号和阈值电流信号的大小，并输出比较结果。
根据阈值控制信号改变阈值电流信号的大小，使得信号检测电路的阈值可以灵活配置，提高了信号检测电路的检测灵活性。。还由于本发明实施例可采用集成电路工艺将信号检测电路可集成在物理层PHY芯片上，降低了搭建成本。
如图2所示，为本发明实施例提供的另一种信号检测电路，该电路包括：信号转换模块201、阈值控制模块202、比较模块203、迟滞产生模块204；
信号转换模块201用于：将参考电压信号转换为参考电流信号，将参考电流信号发送给阈值控制模块；将待检测电压信号转换为待检测电流信号，将待检测电流信号发送给比较模块。
阈值控制模块202用于：根据参考电流信号生成与参考电流信号成第一比例关系的阈值电流信号，将阈值电流信号发送给比较模块；接收根据检测需求输入的阈值控制信号，根据阈值控制信号改变阈值电流信号的大小。可选的，阈值控制信号是数字阈值控制信号。阈值控制模块202还用于：接收数字阈值控制信号，根据数字阈值控制信号调整阈值电流信号和参考电流信号的第一比例关系，以改变阈值电流信号的大小。可选的，根据检测需求输入的阈值控制信号可以根据不同应用场景设置，如需要检测不同的待检测阈值电流信号时，设置不同阈值控制信号，根据阈值控制信号调整所述第一比例关系，以改变阈值电流信号的大小。
比较模块203用于：比较待检测电流信号和阈值电流信号的大小，并输出比较结果。
迟滞产生模块204用于，根据参考电流信号生成与参考电流信号成第二比例关系的迟滞电流信号；接收比较模块输出的比较结果；根据比较结果确定是否将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号中；接收数字迟滞控制信号，并根据数字迟滞控制信号调整第二比例关系，以改变迟滞电流信号大小。
当比较结果为高电平时，将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号上；当比较结果为低电平时，不将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号上；其中，不将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号上可以理解为：产生迟滞电流信号但不叠加到阈值电流信号中，或产生迟滞电流信号但叠加到阈值电流信号中的迟滞电流信号为0，或不产生迟滞电流信号。
本发明实施例通过将迟滞电流信号选择性的叠加到阈值电流信号中，进而在待检测电压信号由小变大和由大变小时，可以产生对应的两个信号检测电路的阈值，从而引入迟滞，增强了信号检测电路抑制噪声的能力。
基于如上实施例，如图3所示，为本发明实施例提供的一种单端信号检测电路：
信号转换模块包括：第一信号转换模块G1和第二信号转换模块G2。第一信号转换模块用于将参考电压信号转换为参考电流信号，第二信号转换模块用于将待检测电压信号转换为待检测电流信号；第一信号转换模块和第二信号转换模块的电压转换电流增益相同。具体的电压转电流电路模块可参见图5。
阈值控制模块包括：第一反相器INV1、运算放大器AMP和第一MOS管MP1、第三MOS管MP3；其中，第一MOS管MP1为可编程MOS管，具体电路结构可以结合参见图6。
比较模块包括包括：第二反相器INV2、第三反相器INV3。
迟滞产生模块包括包括：第二MOS管MP2、第四MOS管MP4、第五MOS管MP5；其中，第二MOS管MP2为可编程MOS管，具体电路结构也可以结合参见图6。
第一反相器INV1输出端与输入端相接，且第一反相器INV1输出端与运算放大器AMP的负相输入端相连；
运算放大器AMP的正相输入端与第一MOS管MP1漏极和第一信号转换模块G1的第一输出端相连；
运算放大器AMP的输出端与第一MOS管MP1栅极、第三MOS管MP3栅极相连；
第一MOS管MP1的源极、第三MOS管MP3的源极与电源VDD相连；
第三MOS管MP3的漏极与第二反相器INV2的输入端、第二信号转换模块G2的第一输出端相连。
第二反相器INV2的输出端与第三反相器INV3的输入端相连；
第三反相器INV3的输出端输出第一比较结果VON，且将VON反馈到迟滞产生模块的第五MOS管MP5的栅极；第二反相器INV2输出端输出信号VON_N反馈到迟滞产生模块的第四MOS管MP4的栅极。
第二MOS管MP2的源极、第五MOS管MP5的源极接电源VDD；
第二MOS管MP2的栅极与第四MOS管MP4的源极、第五MOS管MP5的漏极相连；
第二MOS管MP2的漏极分别与第二信号转换模块G2的第一输出端、第二反相器INV2输入端、第三MOS管MP3的漏极相连；
第五MOS管MP5的栅极与第三反相器INV3的输出端相连；
第四MOS管MP4的栅极与第二反相器INV2的输出端相连；
第四MOS管MP4的漏极与第三MOS管MP3的栅极相连。
本发明实施例中，所述的MOS管全部为PMOS管(P型金属氧化物半导体场效应管)，也可以全部用NMOS管(N型金属氧化物半导体场效应管)以相同方式实现，本领域技术人员可以容易根据本发明实施例的揭露，对本发明实施例中的部分或全部电路进行适当替换，如替换MOS管为其他种类晶体管，或者可以使用与信号转换模块、阈值控制模块，或比较模块、或迟滞产生模块等具有相同功能的其他类似电路替换。
如图3所示的实施例中，当流出比较模块输入端(INV2的输入端)的待检测电流信号大于流入比较模块输入端的阈值电流信号时，比较模块输出低电平电压；当流出比较模块输入端的待检测电流信号小于流入比较模块输入端的阈值电流信号时，比较模块输出高电平电压；当待检测电流信号和阈值电流信号都流入比较模块输入端时，比较模块输出高电平电压。可以理解，在电流方向相反时，及当流入比较模块输入端(INV2的输入端)的待检测电流信号大于流出比较模块输入端的阈值电流信号时，比较模块输出高电平电压；当流入比较模块输入端的待检测电流信号小于流出比较模块输入端的阈值电流信号时，比较模块输出低电平电压；当待检测电流信号和阈值电流信号都流出比较模块输入端时，比较模块输出低电平电压。
这里迟滞产生模块同样用于，当比较模块输出端(INV3的输出端)输出的比较结果是高电平电压时，将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号中；当比较模块输出的比较结果是低电平电压时，不将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号中。
这里第二信号转换模块具有第一输入端，第二输入端，第一输出端和第二输出端，当第一输入端电压大于第二输入端电压时，待检测电流信号由第一输出端流入第二信号转换模块且由第二输出端流出第二信号转换模块；当第一输入端电压小于第二输入端电压时，待检测电流信号由第一输出端流出第二信号转换模块且由第二输出端流入第二信号转换模块；将第一输入端和第二输入端输入的差分待检测电压信号转换为第一输出端和第二输出端输出的差分待检测电流信号。
第二信号转换模块通过第一输出端将待检测电流信号发送给比较模块，第二输出端可以为悬空或接成其他合适方式；比较模块输出低电平电压时，指示差分待检测电压信号(VIP-VIN)大于信号检测电路的阈值，比较模块输出高电平电压时，指示差分待检测电压信号(VIP-VIN)小于信号检测电路的阈值。
可选的，该电路还包括：参考信号生成模块RE1；该模块的实现具体可参见如下图7。
参考信号生成模块RE1，用于产生正比于带隙基准电压信号VBG的差分参考电压信号(正端VREFP和负端VRERN)，并将VREFP和VRERN分别送给第一信号转换模块G1的第一输入端和第二输入端。
可选的，该电路还包括：隔离滤波模块A1；该模块A1具体实现可参见如下图8。
隔离滤波模块A1，用于将待检测电压信号RX+和RX-进行隔离滤波处理，并将隔离滤波处理后的待检测电压信号VIP和VIN分别发送给第二信号转换模块G2的第一输入端和第二输入端。
可选的，该电路还包括：一个反相器INV0。
反相器INV0，用于连接第三反相器输出端。其中，第三反相器输出端输出比较结果VON。
可选的，该电路还包括：数字缓冲模块D1。
数字缓冲模块D1的输入端与反相器INV0的输出端相连，用于增强INV0的输出驱动能力，输出能量指示信号ENERGY DETECT。
基于如上实施例，如图4所示，为本发明实施例提供的一种全差分结构的信号检测电路；该电路包括信号转换模块、阈值控制模块、迟滞产生模块、复制迟滞产生模块、比较模块、复制比较模块。可以理解，与图3相比较，全差分结构的信号检测电路中：阈值控制模块多了与第三MOS管MP3相同的第七MOS管MP7；与迟滞产生模块相同的复制迟滞产生模块；与比较模块相同的复制比较模块。具体的：
信号转换模块包括：第一信号转换模块G1和第二信号转换模块G2。
阈值控制模块包括：第一反相器INV1、运算放大器AMP和第一MOS管MP1、第三MOS管MP3、第七MOS管MP7；其中，第一MOS管MP1为可编程MOS管，具体电路结构可以参见图6。
比较模块包括：第二反相器INV2和第三反相器INV3。
复制比较模块包括：第四反相器INV4和第五反相器INV5。
迟滞产生模块包括：第二MOS管MP2、第四MOS管MP4、第五MOS管MP5。
复制迟滞产生模块包括：第六MOS管MP6、第八MOS管MP8和第九MOS管MP9。
其中，第二MOS管MP2和第六MOS管MP6为可编程MOS管，具体电路结构可以参见图6。
其中，信号转换模块的G1用于将参考电压信号转换为参考电流信号，并将转换后的参考电流信号发送给阈值控制模块；第二信号转换模块G2用于将待检测电压信号转换为待检测电流信号，分别通过G2的第一输出端和第二输出端送给比较模块和复制比较模块。
此处，第一信号转换模块G1和第二信号转换模块G2的电压转换电流增益相同，具体实现可参见如下图5。
第一反相器INV1输出端与输入端相接，且第一反相器INV1输出端与运算放大器AMP的负相输入端相连；
运算放大器AMP的正相输入端与第一MOS管MP1漏极和第一信号转换模块G1的第一输出端相连；
运算放大器AMP的输出端与第一MOS管MP1栅极、第三MOS管MP3栅极和第七MOS管MP7栅极相连；
第一MOS管MP1的源极、第三MOS管MP3的源极、第七MOS管MP7的源极与电源VDD相连；
第三MOS管MP3的漏极与第二反相器INV2的输入端、第二信号转换模块G2的第一输出端相连；
第七MOS管MP7的漏极与第四反相器INV4的输入端、第二信号转换模块G2的第二输出端相连。
第二反相器INV2的输出端与第三反相器INV3的输入端相连；
第三反相器INV3的输出端输出全差分结构的第一比较结果VON，且第三反相器INV3输出端将第一比较结果VON反馈到迟滞产生模块的第五MOS管MP5的栅极；第二反相器INV2输出端输出信号VON_N反馈到迟滞产生模块的第四MOS管MP4的栅极。
第第四反相器INV4的输出端与第五反相器INV5的输入端相连；
第五反相器INV5的输出端输出全差分结构的第二比较结果VOP，且第五反相器INV5输出端输出的第二比较结果VOP反馈到迟滞产生模块的第九MOS管MP9的栅极；第四反相器INV4输出端输出信号VOP_N反馈到迟滞产生模块的第八MOS管MP8的栅极。
第二MOS管MP2的源极、第五MOS管MP5的源极和第六MOS管MP6的源极、第九MOS管MP9的源极接电源VDD；
第二MOS管MP2的栅极与第四MOS管MP4的源极、第五MOS管MP5的漏极相连；
第六MOS管MP6的栅极与第八MOS管MP8的源极、第九MOS管MP9的漏极相连；
第二MOS管MP2的漏极分别与第二信号转换模块G2的第一输出端、第二反相器INV2输入端、第三MOS管MP3的漏极相连；
第六MOS管MP6的漏极分别与第二信号转换模块G2的第二输出端、第四反相器INV4输入端、第七MOS管MP7的漏极相连；
第五MOS管MP5的栅极与第三反相器INV3的输出端相连；
第九MOS管MP9的栅极与第五反相器INV5的输出端相连；
第四MOS管MP4的栅极与第二反相器INV2的输出端相连；
第八MOS管MP8的栅极与第四反相器INV4的输出端相连；
第四MOS管MP4的漏极与第三MOS管MP3的栅极相连；
第八MOS管MP8的漏极与第七MOS管MP7的栅极相连。
这里，阈值控制模块根据阈值控制信号改变阈值电流信号的大小，来确定信号检测电路的阈值。第二信号转换模块具有第一输入端，第二输入端，第一输出端和第二输出端，当第一输入端电压大于第二输入端电压时(及VIP大于VIN时)，待检测电流信号由第一输出端(NODEB)流入第二信号转换模块且由第二输出端(NODEC)流出第二信号转换模块；当第一输入端电压小于第二输入端电压时(及VIP小于VIN时)，待检测电流信号由第一输出端(NODEB)流出第二信号转换模块且由第二输出端(NODEC)流入第二信号转换模块；将第一输入端和第二输入端输入的差分待检测电压信号转换为第一输出端和第二输出端输出的差分待检测电流信号。
可以理解这里阈值控制模块，用于生成与阈值电流信号相等的复制阈值电流信号；将复制阈值电流信号发送给复制比较模块；
第二信号转换模块通过第一输出端(也可以理解为NODEB)和第二输出端(也可以理解为NODEC)将差分待检测电流信号分别输出给比较模块和复制比较模块。
复制迟滞产生模块用于，生成与迟滞电流信号相等的复制迟滞电流信号；接收复制比较模块输出的比较结果；根据复制比较模块输出的比较结果确定是否将复制迟滞电流信号叠加到复制阈值电流信号中。
复制比较模块用于：当流出复制比较模块输入端的待检测电流信号大于流入复制比较模块输入端的复制阈值电流信号时，输出低电平电压；当流出复制比较模块输入端的待检测电流信号小于流入复制比较模块输入端的复制阈值电流信号时，输出高电平电压；当待检测电流信号和复制阈值电流都流入复制比较模块输入端时，输出高电平电压；
比较模块与复制比较模块任意一个输出低电平电压时，指示差分待检测电压信号的绝对值大于信号检测电路的阈值。可以理解，如果比较模块输出低电平电压时，指示第二信号转换模块的第一输入端电压减去第二输入端电压大于信号检测电路的阈值。如果复制比较模块输出低电平电压时，指示第二信号转换模块的第二输入端电压减去第一输入端电压大于信号检测电路的阈值。
可以理解，本发明实施例中，如果G1模块和G2模块增益不同，可以调整G1或者G2模块的增益来调整信号检测电路的阈值，或者可以通过调整参考电压信号来调整信号检测电路的阈值，在本发明实施例中，阈值电流信号可以理解为流过MP3的电流，或者是流过MP3和MP2的电流的叠加电流。
可以理解，该电路还包括：参考信号生成模块RE1；该模块的实现具体可参见如下图7。
本发明实施例中，所述的MOS管全部为PMOS管(P型金属氧化物半导体场效应管)，也可以全部用NMOS管(N型金属氧化物半导体场效应管)以相同方式实现，本领域技术人员可以容易根据本发明实施例的揭露，对本发明实施例中的部分或全部电路进行适当替换，如替换MOS管为其他种类晶体管，或者可以使用与信号转换模块、阈值控制模块，或比较模块、或迟滞产生模块等具有相同功能的其他类似电路替换
参考信号生成模块RE1，用于产生正比于带隙基准电压信号VBG的差分参考电压信号(正端VREFP和负端VRERN)，并将VREFP和VRERN分别发送给第一信号转换模块G1的第一输入端和第二输入端。需要注意的是，该电路还包括：隔离滤波模块A1；该模块A1具体实现可参见如下图8。
隔离滤波模块A1，用于将待检测电压信号RX+和RX-进行隔离滤波处理，并将隔离滤波处理后的待检测电压信号VIP和VIN分别发送给第二信号转换模块G2的第一输入端和第二输入端。
还需要注意的是，该电路还包括：一个两输入的与非门N1。
与非门的两个输入端，分别用于连接全差分结构电路中第三反相器输出端和第五反相器输出端。其中，第三反相器输出端输出比较结果VON；第五反相器输出端输出比较结果VOP。
还需要注意的是，该电路还包括：数字缓冲模块D1。
数字缓冲模块D1的输入端与与非门N1的输出端相连，用于增强与非门的输出驱动能力，输出能量指示信号ENERGY DETECT。
基于以上的信号检测电路，以下通过信号检测电路的工作原理进一步对本发明进行详细说明：通过参考信号生成模块RE1产生一个正比于带隙基准电压VBG的参考电压VREF，即VREF＝VREFP-VREFN＝K*VBG，其中K为比例因子。VREF不受工艺、电压、温度(Process Voltage Temperature，简称PVT)的影响。VREF驱动G1电路产生一个大小为VREF*Gm的电流流过P型MOS管MP1；其中，Gm为G1电路的增益。MP1为可编程MOS管电路，其Multiple(并联个数)为L，L可由数字信号DW1编程控制，MP1由电压VBP偏置。第一反相器INV1的翻转点为VMID，由INV1的输入输出短接得到，VMID通常设计为电源电压VDD的一半。AMP驱动NODEA的电压等于VMID。P型MOS管MP3，MP7也由VBP偏置，Multiple均为M。P型MOS管MP2，MP6为可编程MOS管电路，其栅极电压分别受到VON，VOP的控制，Multiple均为N，N可由数字信号DW2编程控制。MP4，MP5，MP8，MP9为开关管，栅极电压为低电平时导通，高电平时断开。因此，当VON为高电平时，VON_N为低电平，MP 5不导通，MP4导通，MP2栅极电压等于VBP；当VON为低电平时，VON-N为高电平，MP 5导通，MP4不导通，MP2栅极电压等于VDD，MP2不导通。当VOP为高电平时，VOP_N为低电平，MP9不导通，MP8导通，MP6栅极电压等于VBP；当VOP为低电平时，VOP_N为高电平；MP9导通，MP8不导通，MP6栅极电压等于VDD，MP6不导通。MP2，MP3的电流均流入节点NODEB，MP6，MP7的电流均流入节点NODEC实现了迟滞电流信号与阈值电流信号的叠加。输入差分信号RX+，RX-输入到A1模块进行隔离和滤波；A1模块输出的VIP和VIN信号分别输入到G2模块的第一输入端和第二输入端；G2电路和G1电路的电压转换电流增益相同，G2的第一输出端和第二输出端分别连接NODEB和NODEC。NODEB和NODEC的电压分别驱动反相器INV2，INV4。INV2和INV4的输出信号VON_N和VOP_N分别驱动反相器INV3和INV5，INV3和INV5的输出信号VON和VOP经过与非逻辑运算得到VTEMP，VTEMP再经由D1模块输出能量指示信号ENERGY DETECT。D1模块用来驱动信号检测电路的负载。图4中的INV2，INV3，INV4，INV5完全和INV1相同。图4中的MP1～MP9均为P型MOS管，图4的信号检测电路实现方法也可以用N型MOS管以相同的方式实现。
设VIP大于等于VIN，当VIP-VIN＝0时，G2电路输出电流为0，NODEB和NODEC电压均被拉高，VON_N和VOP_N均为低电平，VON和VOP均为高电平，MP2和MP6均导通，VTEMP和能量指示信号ENERGY DETECT均为低电平。
当VIP-VIN由0增大至VTRIP+(信号检测电路输入信号由低到高变化时，信号检测电路的阈值)时，且满足Gm*VTRIP+＝VREF*Gm*(M+N)/L，即VTRIP+＝VREF*(M+N)/L＝VBG*K*(M+N)/L时，NODEB的电压下降至NODEA的电压即VMID，反相器INV2将翻转，VON_N将由低电平变为高电平，VON将由高电平变为低电平，能量指示信号ENEFGY DETECT由低电平变为高电平，此时MP2被关断，而NODEC依然为高电平，VOP_N依然为低电平，VOP依然为高电平，MP6依然导通。当VIP-VIN由一个较大值(大于VTRIP+)减小至VTRIP-(信号检测电路输入信号由高到低变化时，信号检测电路的阈值)时，且满足Gm*VTRIP-＝VREF*Gm*M/L即VTRIP-＝VREF*M/L＝VBG*K*M/L时，NODEB的电压上升至VMID，反相器INV2将翻转，VON_N将由高电平变为低电平，VON将由低电平变为高电平，而VOP依然为高电平，所以能量指示信号ENERGY DETECT将由高电平变为低电平，此时MP2又将导通。
由于信号通路为对称的全差分结构，VIP小于VIN的情况和VIP大于VIN的情况类似，只是NODEB一直为高电平，NODEC随着VIN-VIP的变化而变化。
综上，当|VIP-VIN|＞VTRIP+时，能量指示信号ENERGY DETECT为高电平；当|VIP-VIN|＜VTRIP-时，能量指示信号ENERGY DETECT为低电平；迟滞的大小为(VTRIP+)-(VTRIP-)＝VBG*K*N/L；迟滞的相对大小为((VTRIP+)-(VTRIP-))/((VTRIP+)+(VTRIP-))＝N/(2M+N)。因此，信号检测电路的阈值和迟滞的大小均正比于带隙基准电压VBG，因而不受PVT影响。阈值和迟滞相对大小均可独立编程控制，阈值可以通过对L的编程来控制，而迟滞的相对大小可以通过对N的编程来控制，两者互不影响。此外，PHY还可以通过能量指示信号ENERGYDETECT信号的脉冲密度来区分10Mbps和100Mbps信号。
在设计时要保证信号检测电路对10Mbps和100Mbps信号有足够快的响应速度。
如果仅需要判断(RX+)-(RX-)的大小，而非(RX+)-(RX-)的绝对值大小，则可以删去图4中的MP6、MP7、MP8、MP9、INV4和INV5；与此同时，需要将与非门N1换为一个反相器，此时，反相器的输入端为VON，输出端与D1模块的输入端相连。
如果仅需要判断(RX-)-(RX+)的大小，而非(RX-)-(RX+)的绝对值大小，则可以删去图4中的MP2、MP3、MP4、MP5、INV2和INV3；与此同时，需要将与非门N1换为一个反相器，此时，反相器的输入端为VOP，输出端与D1模块的输入端相连。
需要说明的是，D1模块可以根据信号检测电路的负载情况，选择使用。
可以理解，当不需要对待检测电压信号RX+和RX-进行隔离滤波处理的时候，则图4中隔离滤波模块A1可以删去，直接将待检测电压信号RX+和RX-分别送至第二信号转化模块G2的第一输入端和第二输入端。
如图5所示，为本发明实施例中一种信号检测电路中信号转换模块的具体实现电路图；
信号转换模块包括：MOS管M21，M22、电阻R0和4个电流源；其中，M21，M22为差分对，偏置电流为I，R0为线性化信号转换模块增益的电阻，如果R0的值足够大则信号转换模块的增益近似为1/R0。
MOS管M21的栅极用于接收经由隔离滤波处理后的待检测电压信号VIP；漏极与电流源一I1的负端相连；源极分别与电流源二I2的正端、电阻R0一端相连；其中，MOS管M21的漏极还用于连接信号转换模块第一输出端ION。
电流源一I1的正端与电源VDD相连；电流源二I2的负端接地。
MOS管M22的栅极用于接收经由隔离滤波处理后的待检测电压信号VIN；漏极与电流源三I3的负端相连；源极分别与电流源四I4的正端、电阻R0另一端相连；其中，MOS管M22的漏极还用于连接信号转换模块第二输出端IOP。
电流源三I3的正端与电源VDD相连；电流源四I4的负端接地。
可以理解，图5仅为信号转换模块的一种实现方式，本发明不对信号转换模块的具体实现进行限定。
如图6所示，为本发明实施例中一种信号检测电路中可编程MOS管电路图；
可编程MOS管电路包括：MP31，MP32，MP33，MP34，MP35，MP36，MP37；其中，由MP31，MP32，MP33组合而成的等效MOS管的Multiple可以通过两位数字信号编程控制。两位数字信号控制MP34，MP35，MP36，MP37四个开关管。由MP31，MP32，MP33组合而成的等效MOS管的Multiple可以通过两位数字信号编程为1，2，3，4共四个值，例如：D1、D0输入为0、0，则Multiple为1；D1、D0输入为0、1，则Multiple为2；D1、D0输入为1、0，则Multiple为3；D1、D0输入为1、1，则Multiple为4。
可以理解，图6仅为可编程MOS管电路的一种实现方式，本发明不对可编程MOS管电路的具体实现进行限定。
如图7所示，为本发明实施例中一种信号检测电路中参考信号生成模块RE1的具体实现电路图；
参考信号生成模块RE1包括：MOS管MP11和MP12，运算放大器AMP2，电阻R11、R12、R13；
运算放大器AMP2的负相输入端接收带隙基准电压信号VBG，正输入端分别与MP11的漏极、电阻R11一端相连；
运算放大器AMP2输出端与MP11和MP12的栅极相连。
MP11和MP12的源极与电源VDD相连。
电阻R11另一端接地。
MP12的漏极与电阻R12的一端相连；电阻R12的另一端与电阻R13一端相连；其中，R12的两端电压信号分别为VRERP和VRERN。
R13的另一端接地。
其中，R11，R12，R13为同种类型的片上电阻，比如POLY(多晶硅)电阻；MP11和MP12形成电流镜，AMP2为放大器；VREFP-VREFN＝VBG*R12/R11，其中R12/R11比值可以看成一个常量。图7中的R13为可调电阻，用于调整VREFP和VREFN的共模电平，使之等于信号检测电路的输入VIP和VIN的共模电平。
可以理解，图7仅为参考信号生成模块RE1的一种实现方式，本发明不对参考信号生成模块RE1的具体实现进行限定。
如图8所示，为本发明实施例中一种信号检测电路中隔离滤波模块的具体实现电路图；
隔离滤波模块包括：电容C1，电容C2，电阻R1和电阻R2；输入端INP和INN分别通过电容C1和C2交流耦合至输出端OUTP和OUTN。其中，电容C1，C2和电阻R1，R2形成高通滤波器，滤波器的带宽满足以太网信号的速度要求。电容C1和电容C2的值相等，比如可以为5pF；电阻R1，R2的值相同，比如可以为30K欧姆。VCM用来设置OUTP和OUTN的共模电平。
可以理解，图8仅为隔离滤波模块的一种实现方式，本发明不对隔离滤波模块的具体实现进行限定。
请参阅图9，本发明实施例还提供一种信号检测方法，
包括以下步骤：
步骤901：将参考电压信号转换为参考电流信号；将待检测电压信号转换为待检测电流信号；
步骤902：根据参考电流信号生成与阈值电流信号；
步骤903：接收阈值控制信号，根据阈值控制信号改变阈值电流信号的大小；
步骤904：比较待检测电流信号和阈值电流信号的大小，并输出比较结果。
可选的，这里的阈值控制信号是数字阈值控制信号，步骤903具体为：根据参考电流信号生成与参考电流信号成第一比例关系的阈值电流信号；接收根 据检测需求输入的数字阈值控制信号，根据所述数字阈值控制信号调整第一比例关系，以改变阈值电流信号的大小。
可选的，请参阅图10，本实施例一种信号检测方法还包括：
步骤905：根据参考电流信号生成与参考电流信号成第一比例关系的迟滞电流信号；
步骤906：接收所述比较结果，根据所述比较结果确定是否将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号中；
步骤907：接收数字迟滞控制信号，并根据所述数字迟滞控制信号调整迟滞电流信号和参考电流信号的第二比例关系，以改变所述迟滞电流信号大小。
可选的，本实施例一种信号检测方法还包括：步骤906：参考电压信号转换为参考电流信号的增益和将待检测电压信号转换为待检测电流信号的增益相同。
可选的，请参阅图11，本实施例一种信号检测方法还包括：
步骤908：根据所述阈值控制信号改变阈值电流信号的大小，并确定信号检测电路的阈值；
步骤909：根据所述比较结果判断差分待检测电压信号与信号检测电路的阈值的大小关系；所述比较结果为低电平电压时，指示差分待检测电压信号大于信号检测电路的阈值，所述比较结果为高电平电压时，指示差分待检测电压信号小于信号检测电路的阈值。
可选的，请参阅图12，本实施例一种信号检测方法还包括：
步骤910：生成与所述阈值电流信号相等的复制阈值电流信号；
步骤911：生成与迟滞电流信号相等的复制迟滞电流信号；接收所述比较结果；根据所述比较结果确定是否将复制迟滞电流信号叠加到复制阈值电流信号中。
请参阅图13，本实施例一种信号检测系统包括信号检测电路和处理系统，该系统包括信号检测电路100和处理器130，信号检测电路100可以参考本申请说明书上述叙述；处理器130用于接收信号检测电路100的结果进行运算处理，执行信号能量检测，信号速度判别，信号极性判别，功耗管理等操作。
本发明实施例提供的一种信号检测电路、方法及系统，通过信号转换模块将参考电压信号转换为参考电流信号，将参考电流信号发送给阈值控制模块；将待检测电压信号转换为待检测电流信号，将待检测电流信号发送给比较模块；通过阈值控制模块根据参考电流信号生成与参考电流信号成第一比例关系的阈值电流信号，将阈值电流信号发送给比较模块；接收阈值控制信号，根据阈值控制信号改变阈值电流信号的大小；比较模块用于比较待检测电流信号和阈值电流信号的大小，并输出比较结果。实现了信号检测电路阈值的灵活配置，提高了信号检测电路的检测灵活性。本领域技术人员可以理解，本发明中的低电平电压和高电平电压可以是相对值，不一定特指具体低电压值或具体高电压值。低电平电压和高电平电压可以分别定义为第一电平电压和第二电平电压以示区别。
本发明实施例提供的信号检测电路或方法中，可以采用互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS)集成电路工艺将信号检测电路集成在物理层PHY芯片上，与现有技术相比，降低了搭建成本；可选的，采用带隙基准电压信号生成参考电压信号，可以减小参考电压信号受到PVT的影响，提高检测精度；可选的，采用全差分结构电路，可以比较差分信号绝对幅度；另外通过引入迟滞特性，可以提高信号检测电路对噪声的免疫能力，提高检测的可靠性；另外，可编程的迟滞大小进一步提高了检测的灵活性。
需要注意的是，本发明中信号检测电路不但可以应用于有线通讯的各种终端和系统中，还可以用于光通讯，无线电通讯等各种终端和系统中的信号检测，只是检测对象的信号频率和幅度与本发明不一样，因而信号检测电路的阈值设置和速度要求也有所不同。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种信号检测电路，其特征在于，包括：信号转换模块、阈值控制模块、比较模块；
所述信号转换模块用于：将参考电压信号转换为参考电流信号，将参考电流信号发送给阈值控制模块；将待检测电压信号转换为待检测电流信号，将待检测电流信号发送给所述比较模块；
所述阈值控制模块用于：根据所述参考电流信号生成与所述参考电流信号成第一比例关系的阈值电流信号，将阈值电流信号发送给比较模块；接收根据检测需求输入的阈值控制信号，根据所述阈值控制信号调整所述第一比例关系以改变所述阈值电流信号的大小，其中，所述阈值控制信号是数字阈值控制信号；
所述比较模块用于：比较所述待检测电流信号和所述阈值电流信号的大小，并输出比较结果。
2.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，该信号检测电路还包括：迟滞产生模块；
所述迟滞产生模块用于，根据所述参考电流信号生成与参考电流信号成第二比例关系的迟滞电流信号；接收所述比较模块输出的比较结果，根据所述比较结果选择性地将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号中；接收根据检测需求输入的数字迟滞控制信号，并根据所述数字迟滞控制信号调整所述第二比例关系，以改变所述迟滞电流信号大小。
3.根据权利要求2所述的信号检测电路，其特征在于：
所述比较模块用于：当流出比较模块输入端的待检测电流信号大于流入比较模块输入端的阈值电流信号时，输出第一电平电压；当流出比较模块输入端的待检测电流信号小于流入比较模块输入端的阈值电流信号时，输出第二电平电压；当待检测电流信号和阈值电流信号都流入比较模块输入端时，输出第二电平电压；
所述迟滞产生模块用于，当所述比较模块输出的比较结果是第二电平电压时，将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号中；当所述比较模块输出的比较结果是第一电平电压时，不将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号中。
4.根据权利要求3所述的信号检测电路，其特征在于，所述信号转换模块包括：第一信号转换模块和第二信号转换模块；所述第一信号转换模块用于将所述参考电压信号转换为所述参考电流信号，所述第二信号转换模块用于将所述待检测电压信号转换为所述待检测电流信号；所述第一信号转换模块和第二信号转换模块的电压转换电流增益相同。
5.根据权利要求4所述的信号检测电路，其特征在于，
所述第二信号转换模块具有第一输入端，第二输入端，第一输出端和第二输出端，当第一输入端电压大于第二输入端电压时，待检测电流信号由第一输出端流入第二信号转换模块且由第二输出端流出第二信号转换模块；当第一输入端电压小于第二输入端电压时，待检测电流信号由第一输出端流出第二信号转换模块且由第二输出端流入第二信号转换模块；将第一输入端和第二输入端输入的差分待检测电压信号转换为第一输出端和第二输出端输出的差分待检测电流信号。
6.根据权利要求5所述的信号检测电路，其特征在于，
所述阈值控制模块还用于通过改变根据阈值电流信号的大小，来确定信号检测电路的阈值；
所述第二信号转换模块，通过第一输出端将待检测电流信号发送给所述比较模块；所述比较模块输出第一电平电压时，指示差分待检测电压信号大于信号检测电路的阈值，所述比较模块输出第二电平电压时，指示差分待检测电压信号小于信号检测电路的阈值。
7.根据权利要求5所述的信号检测电路，其特征在于，还包括复制比较模块和复制迟滞产生模块，
所述阈值控制模块还用于：通过改变根据阈值电流信号的大小，来确定信号检测电路的阈值；生成与所述阈值电流信号相等的复制阈值电流信号；将复制阈值电流信号发送给复制比较模块；
所述第二信号转换模块还用于，通过第一输出端和第二输出端将差分待检测电流信号分别输出给比较模块和复制比较模块；
复制迟滞产生模块用于，生成与迟滞电流信号相等的复制迟滞电流信号；接收所述复制比较模块输出的比较结果；根据复制比较模块输出的比较结果确定是否将复制迟滞电流信号叠加到复制阈值电流信号中；
所述复制比较模块用于：当流出复制比较模块输入端的待检测电流信号大于流入复制比较模块输入端的复制阈值电流信号时，输出第一电平电压；当流出复制比较模块输入端的待检测电流信号小于流入复制比较模块输入端的复制阈值电流信号时，输出第二电平电压；当待检测电流信号和复制阈值电流信号都流入复制比较模块输入端时，输出第二电平电压；
所述比较模块与所述复制比较模块任意一个输出第一电平电压时，指示差分待检测电压信号的绝对值大于信号检测电路的阈值。
8.根据权利要求7所述的信号检测电路，其特征在于，所述比较模块包括：第二反相器和第三反相器；所述复制比较模块包括：第四反相器和第五反相器；
所述第二反相器的输入端用于接收经由所述第二信号转换模块的第一输出端输出的待检测电流信号与所述阈值电流信号；
所述第二反相器的输出端与所述第三反相器的输入端相连；
所述第三反相器的输出端输出第一比较结果，且所述第三反相器输出端输出的所述第一比较结果反馈到所述迟滞产生模块；
所述第四反相器的输入端用于接收经由所述第二信号转换模块的第二输出端输出的待检测电流信号与所述复制阈值电流信号；
所述第四反相器的输出端与所述第五反相器的输入端相连；
所述第五反相器的输出端输出第二比较结果，且所述第五反相器输出端输出的所述第二比较结果反馈到所述复制迟滞产生模块。
9.根据权利要求8所述的信号检测电路，其特征在于，所述阈值控制模块包括：第一反相器、运算放大器和第一MOS管、第三MOS管、第七MOS管；
所述第一反相器输出端与输入端相接，且所述第一反相器输出端与所述运算放大器的负相输入端相连；
所述运算放大器的正相输入端与所述第一MOS管漏极和所述第一信号转换模块的第一输出端相连；
所述运算放大器的输出端与所述第一MOS管栅极、第三MOS管栅极和第七MOS管栅极相连；
所述第一MOS管的源极、所述第三MOS管的源极、所述第七MOS管的源极与电源相连；
所述第三MOS管的漏极与所述第二反相器的输入端、所述第二信号转换模块的第一输出端相连；
所述第七MOS管的漏极与所述第四反相器的输入端、所述第二信号转换模块的第二输出端相连。
10.根据权利要求9所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一反相器、所述第二反相器、所述第三反相器、所述第四反相器和所述第五反相器相同。
11.根据权利要求10所述的信号检测电路，其特征在于，所述迟滞产生模块包括：第二MOS管、第四MOS管、第五MOS管；所述复制迟滞产生模块包括：第六MOS管、第八MOS管和第九MOS管；
所述第二MOS管的源极、第五MOS管的源极和第六MOS管的源极、第九MOS管的源极接电源；
所述第二MOS管的栅极与所述第四MOS管的源极、第五MOS管的漏极相连；
所述第六MOS管的栅极与所述第八MOS管的源极、第九MOS管的漏极相连；
所述第二MOS管的漏极分别与所述第二信号转换模块的第一输出端、第二反相器输入端、第三MOS管的漏极相连；
所述第六MOS管的漏极分别与所述第二信号转换模块的第二输出端、第四反相器输入端、第七MOS管的漏极相连；
所述第五MOS管的栅极与所述第三反相器的输出端相连；
所述第九MOS管的栅极与所述第五反相器的输出端相连；
所述第四MOS管的栅极与所述第二反相器的输出端相连；
所述第八MOS管的栅极与所述第四反相器的输出端相连；
所述第四MOS管的漏极与所述第三MOS管的栅极相连；
所述第八MOS管的漏极与所述第七MOS管的栅极相连。
12.根据权利要求11所述的信号检测电路，其特征在于，该电路还包括：一个两输入端的与非门；
所述与非门的两个输入端，分别用于连接所述第三反相器输出端和第五反相器输出端。
13.根据权利要求12所述的信号检测电路，其特征在于，该电路还包括：参考信号生成模块；所述参考信号生成模块，用于产生正比于带隙基准电压信号的差分参考电压信号，并将所述产生的差分参考电压信号发送给所述第一信号转换模块。
14.根据权利要求13所述的信号检测电路，其特征在于，该电路还包括：数字缓冲模块；
所述数字缓冲模块的输入端与所述与非门的输出端相连，用于增强所述与非门的输出驱动能力。
15.根据权利要求5至12中任意一项所述的信号检测电路，其特征在于，该电路还包括：隔离滤波模块；
所述隔离滤波模块，用于将所述待检测电压信号进行隔离滤波处理，并将所述隔离滤波处理后的待检测电压信号发送给所述第二信号转换模块的输入端。
16.一种信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
将参考电压信号转换为参考电流信号；将待检测电压信号转换为待检测电流信号；
根据参考电流信号生成阈值电流信号；
接收阈值控制信号，根据所述阈值控制信号改变阈值电流信号的大小；
比较待检测电流信号和阈值电流信号的大小，并输出比较结果；
其中，当所述阈值控制信号是数字阈值控制信号时，所述接收阈值控制信号，根据所述阈值控制信号改变阈值电流信号的大小的步骤具体为：
接收根据检测需求输入的数字阈值控制信号，根据参考电流信号生成与参考电流信号成第一比例关系的阈值电流信号；根据所述数字阈值控制信号调整阈值电流信号和参考电流信号的第一比例关系，以改变阈值电流信号的大小；
所述信号检测方法还包括：
根据参考电流信号生成与参考电流信号成第二比例关系的迟滞电流信号；接收所述比较结果；根据所述比较结果确定是否将迟滞电流信号叠加到阈值电流信号中；接收数字迟滞控制信号，并根据所述数字迟滞控制信号调整所述第二比例关系，以改变所述迟滞电流信号大小。
17.根据权利要求16所述的信号检测方法，其特征在于，该方法还包括：
参考电压信号转换为参考电流信号的增益和将待检测电压信号转换为待检测电流信号的增益相同。
18.根据权利要求17所述的信号检测方法，其特征在于，该方法还包括：
根据所述阈值控制信号改变阈值电流信号的大小，并确定信号检测电路的阈值；
所述比较结果为第一电平电压时，指示差分待检测电压信号大于信号检测电路的阈值，所述比较结果为第二电平电压时，指示差分待检测电压信号小于信号检测电路的阈值。
19.根据权利要求18所述的信号检测方法，其特征在于，该方法还包括：
生成与所述阈值电流信号相等的复制阈值电流信号；
生成与迟滞电流信号相等的复制迟滞电流信号；接收复制比较模块的比较结果；根据所述复制比较模块的比较结果确定是否将复制迟滞电流信号叠加到复制阈值电流信号中。
20.一种信号检测系统，其特征在于，该系统包括：如权利要求1至15中任意一项所述信号检测电路。
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