CN102088424A - 一种信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号检测装置，其特征在于它包括一增益模块、一运算模块和一比较模块。增益模块内部具有调节器，可调节地放大输入差分信号中的差模信号，并连通内部跟随的共模参考值一起传输至运算模块；运算模块将共模参考值转化为上、下限阈值电压，同时将放大后的差模信号转化为一直流参量，最后在比较模块中，将直流参量与上、下限阈值电压进行迟滞比较，得出信号丢失告警。可变增益放大器中的调节器同对差模信号增益进行调整，得到不同的上、下限阈值电压作为依据进行信号丢失判断，可满足常见多电平规范的信号丢失检测判据，同时具有温度补偿和克服参数漂移的特点，电路工作状态和迟滞系数稳定性好。

Description

一种信号检测装置

技术领域

本发明涉及一种信号检测装置。

背景技术

在高速通信系统中大量应用了高速信号传输的技术，这些应用必然包括信号检测装置。该检测装置用于监视数字信号的幅度，并在其幅度低于某一设定值时，判定为传输信号已经丢失，同时给出信号丢失的告警，以便其他的信号处理装置可作为依据及时对信号参数进行修正，从而维持传输信息的连续性。

目前在数字信号传输中，有多种协议标准描述了不同需求的数字信号电平规范，常见的比如PECL/CMOS/TTL等电平标准，这些标准所规范的逻辑电平其摆幅都有差异。因此，这些不同标准的逻辑电平其信号丢失的判据都不一样。对于信号检测装置而言，就有了这么一个需求，使得信号检测装置可以兼容这些常见的电平标准信号；并且，其成本和结构都不能过高或复杂，通过简单的设置，实现可靠的调节来满足这种兼容性。

发明内容

针对以上信号检测装置的低成本高兼容性和可靠性的要求，本发明提出一种信号检测装置，其技术方案如下：

一增益模块；该模块接入差分信号，具有一可变增益放大器；该可变增益放大器处理所述差分信号中的差模部分并得到一差模放大信号，同时还具有一调节器，通过该调节器调整所述差模放大信号的增益；该模块还具有一共模电压跟随器，用于跟随调节器差分信号中的共模信号的改变，并受所述差模放大信号增益的改变输出一个相应的共模参考值；

一运算模块；该模块具有一阈值生成器，用于接收所述共模参考值并加以运算并得到一上限和一下限阈值电压输出；该模块还具有一幅度转化器，用于接收所述差模放大信号并将其幅度转化为一特定的直流参量；以及

一比较模块；该模块接收并迟滞比较所述直流参量与所述上、下限阈值电压之间的差异，并依结果输出信号丢失告警。

作为本技术方案的优选者，可以作如下的改进：

一较佳实施例的所述调节器包括一连接在电源与地之间的分压电阻网络，通过改变所述分压电阻网络的阻值参数而改变其输出节点上的电压，并以该电压控制所述可变增益放大器的增益大小，得到不同的所述差模放大信号。

一较佳实施例的所述增益模块中的可变增益放大器包括多个级联而结构相同的差分放大器，且该多级差分放大器除最末一级以外，其余各级均具有可调节的有源负载，所述有源负载均受控于所述分压电阻网络。

一较佳实施例的所述差分放大器的相同结构包括：MOS差分对管的漏极各自通过一漏极电阻连接到电源端；所述差分对管的源极共同通过一尾恒流源接地，该尾恒流源为工作在饱和区的MOS管；

所述有源负载通过工作在饱和区的MOS管其源极漏极跨接在差分对的双端输出端实现；第一级差分放大器的MOS差分对管栅极作为差分信号输入端；末尾一级差分放大器的双端输出作为差模放大输出端；

所有有源负载的栅极相连，再连接一跟随管的栅极，该跟随管栅极漏极相连再接一第一恒流源到地；所述跟随管的源极接所述分压电阻网络的所述输出节点；

其中，所有的所述第一恒流源与尾电流源实现形式相同，其所有栅极相连而接入相同的偏置电压，所有源极相连接地。

一较佳实施例的所述共模电压跟随器包括串联的一取样电阻和一第二恒流源，其中取样电阻端接电源；第二恒流源栅极和源极分别与所述尾恒流源栅极和源极相连；所述取样电阻与第二恒流源连接点作为共模参考输出端。

一较佳实施例的所述所述阈值生成器包括一伪幅度转化器和一运算器；所述伪幅度转化器将来自所述共模电压跟随器的共模电压转化为一参考值，该参考值接入所述运算器得到所述上、下限阈值电压。

一较佳实施例的所述伪幅度转化器和所述幅度转化器均具有相同拓扑结构的差分对形式。

一较佳实施例的所述差分对形式包括：各自接有漏极电阻的差分对管，该差分对管各自的栅极与漏极短接；所述的漏极电阻另一端相互连接并通过一顶恒流源连接到电源端；所述差分对管源极相连再通过相互并联的一源极电阻和一源极电容连接到地；其中所述幅度转化电路的差分对管两个栅极分别连接所述差模放大输出端，源极作为幅度转化输出端；伪幅度转化电路的差分对管其中一个的栅极接所述共模参考输出输出端，差分对管的源极作为伪幅度转化输出端，并且两个差分对管漏极相连。

一较佳实施例的所述运算器包括一比较器，一调整管和第一、第二及第三分压电阻；其中所述调整管的源极漏极与所述第一、第二和第三分压电阻顺次串联后接入电源和地，调整管位于电源端，第三分压电阻端接地；所述比较器的负输入端接所述伪幅度转化输出端，比较器输出端接所述调整管栅极，正输入端接所述第二与第三分压电阻的连接点；

第一分压电阻高电位端作为上限阈值输出端，低电位端作为下限阈值输出端。

一较佳实施例的所述迟滞比较器包括一比较器和一对图腾柱结构MOS管，其图腾柱结构为一PMOS管和一NMOS管漏极与栅极各自相连实现；所述比较器正输入端接所述幅度转化输出端，负输入端接所述图腾柱结构MOS管的漏极，输出端接MOS管的栅极；同时NMOS管源极接所述上限阈值输出端；PMOS管源极接所述下限阈值输出端。

本发明带来的有益效果是：

1.可变增益放大器中的调节器同对差模信号增益进行调整，得到不同的上、下限阈值电压作为依据进行信号丢失判断，可满足常见多电平规范的信号丢失检测判据。

2.采用分压电阻网络实现的调节器，其结构简单，容易实现低成本。

3.跟随管与第一恒流源的结构，同多级差分放大器中有源负载和尾电流源的结构类似，如此可以实现温度补偿和克服工艺原因带来的参数漂移，提高精度，稳定性好。

4.幅度\伪幅度转化器具有相同拓扑结构的差分对形式，如此的结构也实现温度补偿和克服工艺原因带来的参数漂移，提高精度，稳定性好。

5.迟滞比较器的迟滞系数不受调节器的影响，由电路本身固定元件所决定，因此可实现精确而恒定的迟滞系数。

附图说明

以下结合附图实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例一框图；

图2是本发明实施例二增益模块电路图；

图3是本发明实施例二运算模块电路图；

图4是本发明实施例二比较模块电路图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，为本发明实施例一的框图。Vin是待测的差分信号输入端；增益模块A包括两大部分，一部分是可变增益放大器，其中具有调节器；可变增益放大器在调节器的控制下将差分信号Vin中的差模部分放大得到Vo；另一部分是电压跟随器，该电压跟随器会根据Vo输出一个共模参考值Vcom；其中，调节器由外部一个电阻Rx来调节，实现对Vo和Vcom的确定。

运算模块B也包括两大部分，一部分是幅度转化器，将放大的差模信号Vo转化为一特定的直流参量Vpeak；另一部分是阈值生成器；根据Vcom来确定后级判断信号丢失需要的上限阈值电压Vde和下限阈值电压Vas，其中Vde＞Vas。

比较模块C其内部将Vpeak同Vde和Vas作迟滞比较，该迟滞比较同一般的迟滞比较法则，即：当Vpeak低于Vas时，告警输出会提示信号已经丢失，若要解除此告警信号，Vpeak必须回复到Vde。

实施例二：

如图2所示，本发明实施例二的增益模块电路图。第一级差分放大器包括了R1、R2、M21、M22和M5，从图可知类似的放大器有三级，其中第一级和第二级具有跨接双端输出的负载M2和M3；图中Set端接如图1实施例中的可调电阻Rx，其R0和Rx就构成一分压电阻网络；跟随管M1其源极接入此分压电阻网络的节点；M1的栅极和漏极短接，并与作为第一电流源的M0漏极连接，同时有源负载M2和M3的栅极也和M1栅极连接。R0、Rx、M0、M1、M2和M3就构成了所述的调节器主要部件。当改变Rx大小时，R0与Rx的分压节点电压就会改变，通过跟随管M1和第一恒流源M0，就可改变M2和M3导电沟道的交流电阻，从而就改变了此三级放大器的总增益，从Vo端得到不同的差模放大电压；R7与第二恒流源M8构成共模电压跟随器的主要部件，其中Vcom作为共模参考输出端。同时第三级差分放大器双端输出Vo作为差模放大输出端。

需要说明的是，M5、M6和M7均是差分放大器的尾恒流源，而第一、第二恒流源M0和M8均与所有尾恒流源的拓扑一致，这样的线路结构使得整个电路的在温度补偿和克服工艺离散带来的参数漂移方面具有良好的效果，因为同样结构的电路可以互相抵消因为温度或工艺原因所引起的元件参数漂移。

如图3所示，本发明实施例二运算模块电路图。顶电流源M9，漏极电阻R8、R9，对管M91、M92，源极电阻R10和滤波电容C8构成了一个差分对形式的幅度转化器；旁边顶电流源M10，漏极电阻R11、R12、对管M101和M102、源极电阻R13和电容C9构成了同样的差分对形式，此为所述的伪幅度转化器。M91和M92的栅极分别作为差模放大信号的输入端，M101和M102共同作为共模参考电压Vcom的输入端。该比较模块还具有一运算器，包括比较器A1，调整管M11和第一、第二和第三分压电阻R14、R15及R16。其中R14高电位端作为Vde输出，低电位端作为Vas输出。

如图4所示，本发明实施例二比较模块电路图。该部分即是一个迟滞比较电路。比较器A2的正输入端接Vpeak；M12和M13构成一图腾柱式的结构，比较器A2的输出端Loss作为信号丢失告警。通常状态比较器负输入端接入下限阈值电压Vas；当Vpeak电压低于Vas时，Loss端输出高电平，比较器A2的负输入端跳变为Vde，因此，除非Vpeak再次回升超过Vde，否则，Loss端不会回复低电平，信号丢失告警将一直持续。

从图2、图3和图4所示实施例二的电路结构，可知：

V_de＝V_in，de*A*K_de

V_as＝V_in，as*A*K_as

其中，A是可变增益放大器的增益，K是幅度转化器的转化系数，而迟滞系数：

$\mathrm{HYS}=\frac{V_{\mathrm{in},\mathrm{de}}}{V_{\mathrm{in},\mathrm{as}}}=\frac{V_{\mathrm{de}}*K_{\mathrm{as}}}{V_{\mathrm{as}}*K_{\mathrm{de}}},$

由于Vde、Vas、Kas、Kde均为预设固定值，因此迟滞系数与输入信号大小，可变增益放大器的增益均无关，是一个固定值，由电路元件参数决定。

由实施例可看出，通过调节可调电阻(图1中Rx)阻值，以改变可变增益放大器的增益，就可以实现对丢失信号检测上限阈值、下限阈值的编程，同时还能保持迟滞系数稳定。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围。依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，属于本发明思路的内容，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种信号检测装置，其特征在于，它包括：

一增益模块；该模块接入差分信号，具有一可变增益放大器；该可变增益放大器处理所述差分信号中的差模部分并得到一差模放大信号，同时还具有一调节器，通过该调节器调整所述差模放大信号的增益；该模块还具有一共模电压跟随器，用于跟随调节器差分信号中的共模信号的改变，并受所述差模放大信号增益的改变输出一个相应的共模参考值；

一运算模块；该模块具有一阈值生成器，用于接收所述共模参考值并加以运算并得到一上限和一下限阈值电压输出；该模块还具有一幅度转化器，用于接收所述差模放大信号并将其幅度转化为一特定的直流参量；以及

一比较模块；该模块接收并迟滞比较所述直流参量与所述上、下限阈值电压之间的差异，并依结果输出信号丢失告警。

2.如权利要求1所述一种信号检测装置，其特征在于：所述调节器包括一连接在电源与地之间的分压电阻网络，通过改变所述分压电阻网络的阻值参数而改变其输出节点上的电压，并以该电压控制所述可变增益放大器的增益大小，得到不同的所述差模放大信号。

3.如权利要求2所述一种信号检测装置，其特征在于：所述增益模块中的可变增益放大器包括多个级联而结构相同的差分放大器，且该多级差分放大器除最末一级以外，其余各级均具有可调节的有源负载，所述有源负载均受控于所述分压电阻网络。

4.如权利要求3所述一种信号检测装置，其特征在于：

所述差分放大器的相同结构包括：MOS差分对管的漏极各自通过一漏极电阻连接到电源端；所述差分对管的源极共同通过一尾恒流源接地，该尾恒流源为工作在饱和区的MOS管；

所述有源负载通过工作在饱和区的MOS管其源极漏极跨接在差分对的双端输出端实现；第一级差分放大器的MOS差分对管栅极作为差分信号输入端；末尾一级差分放大器的双端输出作为差模放大输出端；

所有有源负载的栅极相连，再连接一跟随管的栅极，该跟随管栅极漏极相连再接一第一恒流源到地；所述跟随管的源极接所述分压电阻网络的所述输出节点；

其中，所有的所述第一恒流源与尾电流源实现形式相同，其所有栅极相连而接入相同的偏置电压，所有源极相连接地。

5.如权利要求4所述一种信号检测装置，其特征在于：所述共模电压跟随器包括串联的一取样电阻和一第二恒流源，其中取样电阻端接电源；第二恒流源栅极和源极分别与所述尾恒流源栅极和源极相连；所述取样电阻与第二恒流源连接点作为共模参考输出端。

6.如权利要求5所述一种信号检测装置，其特征在于：所述所述阈值生成器包括一伪幅度转化器和一运算器；所述伪幅度转化器将来自所述共模电压跟随器的共模参考值转化为一阈值参考值，该阈值参考值接入所述运算器得到所述上、下限阈值电压。

7.如权利要求6所述一种信号检测装置，其特征在于：所述伪幅度转化器和所述幅度转化器均具有相同拓扑结构的差分对形式。

8.如权利要求7所述一种信号检测装置，其特征在于：所述差分对形式包括：各自接有漏极电阻的差分对管，该差分对管各自的栅极与漏极短接；所述的漏极电阻另一端相互连接并通过一顶恒流源连接到电源端；所述差分对管源极相连再通过相互并联的一源极电阻和一源极电容连接到地；其中所述幅度转化电路的差分对管两个栅极分别连接所述差模放大输出端，源极作为幅度转化输出端；伪幅度转化电路的差分对管其中一个的栅极接所述共模参考输出输出端，差分对管的源极作为伪幅度转化输出端，并且两个差分对管漏极相连。

9.如权利要求8所述一种信号检测装置，其特征在于：所述运算器包括一比较器，一调整管和第一、第二及第三分压电阻；其中所述调整管的源极漏极与所述第一、第二和第三分压电阻顺次串联后接入电源和地，调整管位于电源端，第三分压电阻端接地；所述比较器的负输入端接所述伪幅度转化输出端，比较器输出端接所述调整管栅极，正输入端接所述第二与第三分压电阻的连接点；

第一分压电阻高电位端作为上限阈值输出端，低电位端作为下限阈值输出端。

10.如权利要求9所述一种信号检测装置，其特征在于：所述迟滞比较器包括一比较器和一对图腾柱结构MOS管，其图腾柱结构为一PMOS管和一NMOS管漏极与栅极各自相连实现；所述比较器正输入端接所述幅度转化输出端，负输入端接所述图腾柱结构MOS管的漏极，输出端接MOS管的栅极；同时NMOS管源极接所述上限阈值输出端；PMOS管源极接所述下限阈值输出端。

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