CN102025349B - 时刻检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种时刻检测装置，其包括后退量获取单元和检测单元。该后退量获取单元被配置为获取接收到的信号相对于该信号峰值的后退量。该检测单元被配置为检测由后退量获取单元获取的后退量超过恒定值的时刻，将该时刻作为切换该信号的值的时刻。

Description

时刻检测装置
技术领域
本发明涉及一种时刻检测装置，其用于基于接收信号对切换该接收信号的值的时刻进行检测。
背景技术
用于传输通信信号的传输线具有频率特性，并且所通过的通信信号受到例如衰减失真、相位(延迟)失真的影响。衰减失真是由于具有频带的信号的衰减程度根据频率而不同所产生的。相位失真是由于信号的相位与其频率不直接相关(即，群传播时间根据频率而不同)所产生的。在简单通信的情况中，偶尔会利用基带系统来进行调制和解调，以减少电路成本。例如，可以将其中仅向串行数据序列添加了起始位和结束位的RS-232作为其一个示例。然而，在此情况中，只能使用几乎不受传输线影响的低比特率或缩短传输线，而没有其他选择。
专利文献1：日本专利申请公开第Sho 64-71316号。
图9A和图9B是示出了当通过传输线传输具有5V幅值的脉冲信号时得到的波形的曲线图。图9A示出了其中传输线较短的情况，而图9B示出了其中传输线较长的另一种情况。
在图9A和图9B中的每个图中，在其上部示出了传输波形(Drive)，在其下部示出了接收波形(Receive)。当再现脉冲信号同时将接收侧脉冲信号的电压幅值的中心电位(2.5V)用作阈值时，就会观察到这样的现象：长脉冲后的短脉冲变窄、并且相反地短脉冲后的长脉冲变宽。尽管图9A中的脉冲宽度的变化不是很显著，但是图9B所示的通过长传输线从发送侧发送的脉冲的宽度在接收侧几乎不能被精确再现。这是由于发送脉冲信号(D_Tx)和接收脉冲信号(D_Rx)之间的时间差取决于L→H转换时刻(从L到H的转换时刻)以及H→L转换时刻(从H到L的转换时刻)的脉冲形状、并且该时间差不恒定(如图9B所示)造成的。在如上所述脉冲宽度不能被再现的情况中，不能适当地传输串行数据序列等。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种能够精确再现信号脉冲宽度的时刻检测装置。
根据本发明的一个示例性实施例的时刻检测装置包括：
后退量获取单元，其被配置用于获取接收信号相对于该信号的峰值的后退量；以及
检测单元，其被配置用于检测由后退量获取单元获取的后退量超过恒定值的时刻，将该时刻作为切换该信号的值的时刻。
利用该时刻检测装置，将信号从其峰值后退的量超过恒定值的时刻检测作为切换该信号的值的时刻，从而使检测到的时刻的偏移宽度稳定，且可以精确地再现该信号的脉冲宽度。
该时刻检测装置还包括：
延迟单元，其被配置用于使检测单元的检测操作的重启时间延迟一定的时间，该一定的时间为从由检测单元检测到对该信号的值进行切换的时刻起经过的恒定时间。
在该时刻检测装置中，后退量获取单元包括被配置为保持峰值的峰值保持电路，并且检测单元检测由峰值保持电路保持的峰值与信号的值之间的差超过恒定值的时刻，并将该时刻作为切换信号的值的时刻。
在该时刻检测装置中，后退量获取单元包括被配置用于提取信号的移动的提取电路，并且检测单元检测由提取电路提取的移动超过恒定值的时刻，并将该时刻作为切换信号的值的时刻。
在该时刻检测装置中，提取电路包括：钳位电路，其被配置用于消除信号的DC偏移量并且提取移动；以及电容器，其被配置用于吸收由钳位电路消除的DC偏移量。
利用根据本发明的时刻检测装置，将信号从其峰值后退的量超过恒定值的时刻检测作为切换该信号的值的时刻，从而使检测到的时刻的偏移宽度稳定，且可以精确地再现该信号的脉冲宽度。
附图说明
图1是示出根据实施例1的时刻检测装置的构造的视图。
图2是示出根据实施例1的时刻检测装置中各电路部分的电压的曲线图。
图3是示出接收脉冲信号(D_Rx)的上升时刻和下降时刻的曲线图。
图4是示出根据实施例2的时刻检测装置的构造的视图。
图5是示出根据实施例2的时刻检测装置中各电路部分的电压的曲线图。
图6是示出根据实施例3的时刻检测装置的构造的视图。
图7是示出根据实施例3的时刻检测装置中各电路部分的电压和电流的视图。
图8是示出包含根据本发明的时刻检测装置的接收器的构造的视图。
图9A是示出其中传输线较短情况中的波形的视图，而图9B示出其中传输线较长情况中的波形的视图。
具体实施方式
接下来，将在下面描述根据本发明的时刻检测装置的示例性实施例。
(实施例1)
下面将描述根据实施例1的时刻检测装置。
图1是示出根据实施例1的时刻检测装置的构造的视图。
如图1所示，根据该实施例的时刻检测装置1包括峰值保持电路11、电平移动电路12、峰值保持电路13、电平移动电路14、比较器15、比较器16和触发器17。
峰值保持电路11是具有一般构造并用于保持前一波形的最小值以找到脉冲上升沿的峰值保持电路。电平移动电路12接收来自峰值保持电路11的输出电压(PK_P)，并产生比该输出电压高恒定电平的电压(TH_P)。电平移动电路12的移动量由恒流电路I01和电阻器R02确定。
峰值保持电路13是具有一般构造并用于保持前一波形的最大值以找到脉冲下降沿的峰值保持电路。电平移动电路14接收来自峰值保持电路13的输出电压(PK_N)，并产生比该输出电压低恒定电平的电压(TH_N)。电平移动电路14的移动量由恒流电路I11和电阻器R12确定。
比较器15将输入信号电压(Receive)的电平与阈值(TH_P)的电平进行比较，而比较器16将输入信号电压(Receive)的电平与阈值(TH_N)的电平进行比较。根据比较结果设置或重置触发器17。峰值保持电路11的开关SW01或峰值保持电路13的开关SW11根据触发器17的状态而导通，从而重置两个峰值保持电路11和13中的一个。
图1中，发送电路21、电缆22和噪声混频器23是用于模拟时刻检测装置1并产生施加至时刻检测装置1的输入信号电压(Receive)的电路。
图2是图1所示的时刻检测装置1中各电路部分的电压的曲线图。
尽管基于所发送的脉冲信号(D_TX)并且由发送电路21传送的信号电压(Drive)具有方波波形，但是该信号电压(即，脉冲信号)通过电缆22进行发送时发生了失真，并且该信号电压被看作是接收侧的电压(Receive)。图2中，以虚线来表示阈值(TH_P和TH_N)。当接收信号电压(Receive)的波形与这些阈值中的一个相交时，相应比较器15或16的输出端(D_COMP_P或D_COMP_N)的极性翻转为负。从而，触发器17的输出反相，并且峰值保持电路11和13的状态被重置为其相反的状态。此外，触发器17的输出被检测作为接收脉冲信号(D_RX)。
图3是示出接收脉冲信号(D_RX)的上升时刻和下降时刻的曲线图。如图1和图2所示，当接收脉冲信号(D_RX)上升时，阈值(TH_P)表示比接收到的输入信号电压(Receive)的负峰值高恒定电平的电压。当接收脉冲信号(D_RX)下降时，阈值(TH_N)表示比接收到的输入信号电压(Receive)的正峰值低恒定电平的电压。因此，当输入信号电压(Receive)从峰值衰减恒定电平时(更具体地，当输入信号电压(Receive)比负峰值高恒定电平或比正峰值低恒定电平时)，分别检测到接收脉冲信号(D_RX)的上升时刻和下降时刻。参照图2和图3，应该理解的是，在从发送脉冲信号(D_TX)延迟接近恒定延迟时间时产生接收脉冲信号(D_RX)，并且接收脉冲信号(D_RX)适当地反映了发送脉冲信号(D_TX)的变化点和脉冲宽度。
如上所述，在该实施例中，利用输入信号电压(Receive)的峰值来检测发送波形的沿。更具体地，将每个阈值电平都设置为可变，并且将每个阈值电平动态地设置为从前一峰值电平略微返回一点的电平。因此，极大地抑制了脉冲检测延迟的变化，从而将发送脉冲信号(D_TX)的脉冲宽度准确地反映到了接收脉冲信号(D_RX)的脉冲宽度。因此，排除了由于信号波形在传输线中的变形而造成的影响。例如，即使发送并接收简单的串行数据序列，也可以准确地传递数据。由于可以从已明显失真的接收波形精确地再现发送侧的脉冲(脉冲宽度)，因此即使在使用廉价的基带通信时，也可以按照比传统可达到的速度更高的速度进行通信，或可以跨越比传统可达到的距离更远的距离进行通信。
(实施例2)
下面将描述根据实施例2的时刻检测装置。
尽管根据实施例1的时刻检测装置1操作精确，但是时刻检测装置1具有例如两个峰值保持电路和两个比较器，从而其较复杂且成本较高。根据实施例2的时刻检测装置利用比时刻检测装置1更简单的电路实现了与根据实施例1的时刻检测装置1的操作类似的操作。
图4是示出根据实施例2的时刻检测装置的构造的视图。
如图4所示，在根据该实施例的时刻检测装置5中，输入信号电压(Receive)不是直接输入至比较器52，而是利用耦合电容器C_cpI去除其DC偏移量。钳位电路51被用来将耦合电容器C_cpI内的电压(S_Receive)保持在电压幅值的中心电位(2.5V)左右。在钳位电位为2.5V的情况中，当钳位电路51的二极管的正向电压(Vf)恒定时(例如0.6V)，钳位电路51内的电位(V01和V02)只应被设置为2.5±0.6V。
此外，通过利用来自比较器52的反馈信号电压(FB)来控制开关SW01、以及通过利用比较器52的反向输出来控制开关SW11对钳位电路51的电压限制方向进行切换。因此，当时刻检测装置检测到电压脉冲的上升沿时，钳位电路51进行操作，从而仅在电压的电压下降方向上限制电压，并且当时刻检测装置检测到电压脉冲的下降沿时，钳位电路51进行操作，从而仅在电压上升方向上限制电压。
此外，通过施加从比较器52的输出端到正输入端的正反馈来在检测脉冲上升沿情况中的阈值电平(TH)与检测脉冲下降沿情况中的阈值电平(TH)之间进行切换。
图5是示出时刻检测装置5的各电路部分的电压的曲线图。
如图5所示，即使输入信号电压(Receive)变化，耦合电容器C_cpI内的电压(S_Receive)仍通过钳位电路51的操作而被钳制在2.5V左右。在输入信号电压(Receive)沿着与钳位方向相反的方向转换时，电压(S_Receive)迅速变化并达到比较器52的正端电压。在该电路中，通过利用电阻器R2的电阻和电阻器R3的电阻对比较器52的输出电压进行分压得到的电压确定峰值和阈值电压(TH)之间的差。
当电压(S_Receive)达到阈值电平(TH)时，切换比较器52的输出，从而切换接收脉冲信号(D_RX)。由于响应于发送脉冲信号(D_TX)的切换而在短时间内对接收脉冲信号(D_RX)进行切换，从而发送脉冲信号(D_TX)的脉冲宽度被精确地反映到接收脉冲信号(D_RX)的脉冲宽度。
如上所述，在根据实施例2的时刻检测装置5中，通过提取输入信号电压(Receive)的变化作为电压(S_Receive)抑制了电容器C_cpI内的电压变化宽度，从而简化了时刻检测装置5的电路。电容器C_cpI被提供为具有根据输入信号电压(Receive)的幅值吸收输入信号电压(Receive)和电压(Drive)的DC偏移量的功能。
(实施例3)
下面将描述根据实施例3的时刻检测装置。
在该实施例中，即使在信号电平较低时，也可以可靠地检测到信号脉冲。根据实施例2的时刻检测装置适用于信号的波形大到钳位电路的二极管的正向电压Vf被看作为常量的程度的情况。然而，在信号电平较低的情况中，例如在正向电压Vf的温度系数中会出现问题。根据实施例3的时刻检测装置旨在弥补这种缺陷，以使得尽管该装置构造简单但也可用于接收具有低信号电平的脉冲。
图6是示出根据实施例3的时刻检测装置6的构造的视图。此外，图7是示出时刻检测装置6的操作、示出其各电路部分的电压以及流经电容器Cs和电阻器R_FB2的电流的视图。
如图6所示，根据实施例3的时刻检测装置6装备有钳位电路61和比较器62。其电容器C_cpI起到和在实施例2的情况中相同的作用。
如图6所示，时刻检测装置6的钳位电路61装备有由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成的二极管开关。在该电路中，在二极管D1与二极管D3平衡且二极管D2与二极管D4平衡的情况中，钳位电路61的钳位电流的方向根据二极管D1和二极管D2的中间点(即，电压(S_Receive))与二极管D3和二极管D4的中间点(即，2.5V)之间的微小的差进行切换。换言之，钳位电路61进行操作以将电压(S_Receive)精确地控制为2.5V。
如图6和图7所示，钳位电路61仅在一个方向中进行操作，且检测到上升沿时的方向与检测到下降沿时的方向相反，这与实施例2中的情况相同。钳位电路61的切换操作基于反馈信号电压(FB)。反馈信号电压(FB)通过为比较器62的输出信号(Out)赋予由延迟电路U1造成的延迟而获得。这延迟了由电容器Cs和电阻器R_FB1和R_FB2组成的加速电路进行操作的时间，从而有效防止了对电压(S_Receive)变化的过补偿。此外，通过电阻器R2的电阻和电阻器R3的电阻对反馈信号电压(FB)进行分压产生阈值电平(TH)，并且根据反馈信号电压(FB)的切换而切换阈值电平(TH)。本文中的延迟电路U1用作延迟单元。
如图7所示，在根据该实施例的时刻检测装置6中，即使在输入信号电压(Receive)的幅值很小的情况中(例如，在幅值约为1V的情况中)，发送脉冲信号(D_TX)的上升时刻与接收脉冲信号(D_RX)的上升时刻之间的差也是恒定的，并且发送脉冲信号(D_TX)的下降时刻与接收脉冲信号(D_RX)的下降时刻之间的差也是恒定的。因此，可以精确地检测脉冲宽度。
图8是示出包含根据本发明的时刻检测装置的接收器的构造的视图。如图8所示，接收器10装备有根据实施例1、2或3的时刻检测装置1、5或6，且其还装备有基带解调电路10a，该基带解调电路10a用于基于从时刻检测装置1、5或6输出的接收脉冲信号(D_RX)进行解调。从发送器20的基带调制电路20a输出的信号经由传输线被传递到接收器10，并由基带解调电路10a进行解调。
本发明的可应用范围不限于上述各实施例。本发明可广泛应用于基于接收信号对切换该接收信号的值的时刻进行检测的时刻检测装置。

Claims (3)

1.一种时刻检测装置，其包括：
后退量获取单元，其被配置用于获取接收到的信号相对于所述信号的峰值的后退量，所述后退量是所述信号的电压比所述信号的负的峰值高的量或者比所述信号的正的峰值低的量；以及
检测单元，其被配置用于检测由所述后退量获取单元获取的所述后退量超过恒定值的时刻，将该时刻作为对所述信号的值进行切换的时刻，所述恒定值为峰值与阈值电压之间的差，
其中，所述后退量获取单元包括提取电路，其被配置用于提取所述信号的电压变化，
其中，所述检测单元检测由所述提取电路提取的所述信号的电压变化超过恒定值的时刻，并将该时刻作为对所述信号的值进行切换的时刻，并且
其中，所述提取电路包括：钳位电路，其被配置用于消除所述信号的DC偏移量并且提取所述信号的电压变化；以及电容器，其被配置用于吸收由所述钳位电路消除的所述DC偏移量。
2.根据权利要求1所述的时刻检测装置，还包括：
延迟单元，其被配置用于使所述检测单元的检测操作的重启时间延迟一定的时间，所述一定的时间为从由所述检测单元检测到对所述信号的值进行切换的时刻起经过的恒定时间。
3.根据权利要求1或2所述的时刻检测装置，
其中，所述后退量获取单元包括峰值保持电路，其被配置用于保持所述峰值，并且
其中，所述检测单元检测由所述峰值保持电路保持的峰值与所述信号的值之间的差超过恒定值的时刻，并将该时刻作为对所述信号的值进行切换的时刻。
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