CN102749528A - 高速信号检测电路及系统 - Google Patents

Abstract

一种高速信号检测电路，包括一输入端，一基准端，一输出端，一电源端，一接地端，一与输入端、基准端及接地端相连的前置接收器，一与前置接收器及接地端相连的次级放大器，一与次级放大器、输出端、电源端及接地端相连的末级放大器，一与前置接收器、次级放大器、末级放大器、电源端及接地端相连的偏置电路。本发明还公开了一种高速信号检测方法，可以对高速信号进行准确的检测，并通过改变基准端来改变高速信号的检测门限，具有很大的灵活性。

Description

高速信号检测电路及系统

技术领域

本发明涉及一种信号检测电路，尤指一种具有高带宽高增益的高速信号检测电路。

背景技术

高速信号检测电路用于检测信号频率很高的信号，通常要求检测电路具备很高的带宽，当设置了信号的检测门限时，为了缩小检测误差，必须在具备高带宽的同时具备高增益。

而在现有技术当中，为了同时实现高带宽和高增益，通常需要在两者之间进行折中，这样的检测电路限制了高增益和高带宽的同时提高，从而影响了检测电路的设计，因此有必要提供一种能够同时提高增益和带宽的信号检测电路。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种同时具有高增益和高带宽的高速信号检测电路及系统。

一种高速信号检测电路，包括一输入端，一基准端，一输出端，一电源端，一接地端，一与输入端、基准端及接地端相连的前置接收器，一与前置接收器及接地端相连的次级放大器，一与次级放大器、输出端、电源端及接地端相连的末级放大器，一与前置接收器、次级放大器、末级放大器、电源端及接地端相连的偏置电路，所述前置接收器包括一与所述输入端及所述接地端相连的第一场效应管、一与所述基准端及所述接地端相连的第二场效应管；所述次级放大器包括一与所述第一场效应管相连的第三场效应管、一与所述第二场效应管相连的第四场效应管、一与所述第三场效应管相连的第五场效应管、一与所述第四场效应管相连的第六场效应管、一与所述第三场效应管相连的第一电阻、一与所述第四场效应管相连的第二电阻、一与所述第一电阻、所述第二电阻及所述电源端相连的第三电阻、一与所述第五场效应管相连的第四电阻、一与所述第六场效应管相连的第五电阻、一与所述第四电阻、所述第五电阻及所述电源端相连的第六电阻；所述末级放大器包括一所述第五场效应管相连的第七场效应管、一与所述第六场效应管及所述输出端相连的第八场效应管、一与所述第七场效应管及所述电源端相连的第九场效应管、一与所述第七场效应所述第八场效应管、所述第九场效应管、所述输出端及所述电源端相连的第八场效应管；所述偏置电路包括一与所述第一场效应管、所述第三场效应管及所述电源端相连的第一电流源、一与所述第二场效应管、所述第四场效应管及所述电源端相连的第二电流源、一与所述第三场效应管、所述第四场效应管及所述电源端相连的第三电流源、一与所述第五场效应管、所述第六场效应管及所述电源端相连的第四电流源、一与所述第七场效应管、所述第八场效应管及所述电源端相连的第五电流源。

一种高速信号检测方法，包括一输入端，一基准端，一输出端，一电源端，一接地端，一用于将输入端与基准端比较的前置接收器，一用于将前置接收器输出VO1及VO2放大的次级放大器，一用于将次级放大器输出V2A及V2B放大并转换成单端输出的末级放大器，一为前置接收器、次级放大器及末级放大器提供偏置电流源的偏置电路。所述基准端输入高速信号检测门限，在所述输入端输入一高速信号，所述前置接受器负责将所述输入端输入的高速信号和所述基准端输入的高速信号检测门限进行比较后进行放大，并得到输出信号VO1、VO2；输出信号VO1、VO2进入所述次级放大器，所述次级放大器对所述输出信号VO1、VO2进行比较并将比较结果进行放大得到输出信号V2A、V2B，同时输出至末级放大器，所述输出信号V2A、V2B进入所述末级放大器，所述末级放大器对所述输出信号V2A、V2B进行比较并将比较结果转换成单端输出信号输出至输出端。

相对现有技术，本发明可以对高速信号进行准确的检测，并且可以通过改变该基准端VREF来改变高速信号的检测门限，具有很大的灵活性。

附图说明

图1为本发明系统架构图。

图2为本发明电路图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明高速信号检测方法较佳实施方式包括一输入端VIN，一基准端VREF，一输出端VOUT，一电源端VCC，一接地端GND，一用于将输入端VIN与基准端VREF比较的前置接收器，一用于将前置接收器输出的VO1及VO2放大的次级放大器，一用于将次级放大器输出V2A及V2B放大并转换成单端输出的末级放大器，一为前置接收器、次级放大器及末级放大器提供偏置电流源的偏置电路。

在所述基准端输入高速信号检测门限，在所述输入端输入一高速信号，所述高速信号经过所述前置接收器放大以后得到输出信号VO1、VO2，所述输出信号VO1、VO2进入所述次级放大器，所述次级放大器对所述输出信号VO1、VO2进行二级放大以后得到输出信号V2A、V2B，所述输出信号V2A、V2B进入所述末级放大器，所述末级放大器对所述输出信号V2A、V2B进行放大并转换成单端输出信号输出至输出端。

请同时参阅图2，本发明高速信号检测电路较佳实现方式包括一输入端VIN，一基准端VREF，一输出端VOUT，一电源端VCC，一接地端GND，一与输入端VIN、基准端VREF及接地端GND相连的前置接收器，一与前置接收器及接地端GND相连的次级放大器，一与次级放大器、输出端VOUT、电源端VCC及接地端GND相连的末级放大器，一与前置接收器、次级放大器、末级放大器、电源端VCC及接地端GND相连的偏置电路。所述前置接收器包括一与所述输入端VIN及所述接地端GND相连的第一场效应管M1、一与所述基准端VREF及所述接地端GND相连的第二场效应管M2；所述次级放大器包括一与所述第一场效应管M1相连的第三场效应管M3、一与所述第二场效应管M2相连的第四场效应管M4、一与所述第三场效应管M3相连的第五场效应管M5、一与所述第四场效应管M4相连的第六场效应管M6、一与所述第三场效应管M3相连的第一电阻R1、一与所述第四场效应管M4相连的第二电阻R2、一与所述第一电阻R1、所述第二电阻R2及所述电源端VCC相连的第三电阻R3、一与所述第五场效应管M5相连的第四电阻R4、一与所述第六场效应管M6相连的第五电阻R5、一与所述第四电阻R4、所述第五电阻R5及所述电源端VCC相连的第六电阻R6；所述末级放大器包括一与所述第五场效应管M5相连的第七场效应管M7、一与所述第六场效应管M6及所述输出端VOUT相连的第八场效应管M8、一与所述第七场效应管M7及所述电源端VCC相连的第九场效应管M9、一与所述第七场效应管M7、所述第八场效应管M8、所述第九场效应管M9、所述输出端VOUT及所述电源端VCC相连的第十场效应管；所述偏置电路包括一与所述第一场效应管M1、所述第三场效应管M3及所述电源端VCC相连的第一电流源I1、一与所述第二场效应管M2、所述第四场效应管M4及所述电源端VCC相连的第二电流源I2、一与所述第三场效应管M3、所述第四场效应管M4及所述电源端VCC相连的第三电流源I3、一与所述第五场效应管M5、所述第六场效应管M6及所述电源端VCC相连的第四电流源I4、一与所述第七场效应管M7、所述第八场效应管M8及所述电源端VCC相连的第五电流源I5。

本发明高速信号检测电路较佳实施方式的连接关系如下：该第一场效应管M1的栅极与输入端VIN相连，该第二场效应管M2的栅极与基准端VREF相连，该第一场效应管M1的源极、该第三场效应管M3的栅极、该第一电流源I1的一端共同相连，该第二场效应管M2的源极、该第四场效应管M4的栅极、该第二电流源I2的一端共同相连，该第三场效应管M3的漏极、该第五场效应管M5的栅极、该第一电阻R1的一端共同相连，该第四场效应管M4的漏极、该第六场效应管M6的栅极、该第二电阻R2的一端共同相连，该第一电阻R1的另一端、该第二电阻R2的另一端、该第三电阻R3的一端共同相连，该第五场效应管M5的漏极、该第七场效应管M7的栅极、该第四电阻R4的一端共同相连，该第六场效应管M6的漏极、该第八场效应管M8的栅极、该第五电阻R5的一端共同相连，该第四电阻R4的另一端、该第五电阻R5的另一端、该第六电阻R6的一端共同相连，该第七场效应管M7的漏极、该第九场效应管M9的栅极和漏极、该第十场效应管M10的栅极共同相连，该第十场效应管M10的漏极、该第八场效应管M8的漏极、该输出端VOUT共同相连，该第七场效应管M7的源极、该第八场效应管M8的源极、该第五电流源I5的一端共同相连，该第五场效应管M5的源极、该第六场效应管M6的源极、该第四电流源I4的一端共同相连，该第三场效应管M3的源极、该第四场效应管M4的源极、该第三电流源I3的一端共同相连，该第一电流源I1的另一端、该第二电流源I2的另一端、该第三电阻R3的另一端、该第六电阻R6的另一端、该第九场效应管M9的源极、该第十场效应管M10的源极共同连接于电源端VCC，该第一场效应管M1的漏极、该第二场效应管M2的漏极、该第三电流源I3的另一端、该第四电流源I4的另一端、该第五电流源I5的另一端共同连接与接地端GND。

本发明高速信号检测系统的工作原理如下所述：设置所述基准端VREF为一固定电平，即高速信号的检测门限，通过所述输入端VIN加入一高速信号，该高速信号经过所述前置接收器接收后从VO1、VO2输出，进入所述次级放大器并经次级放大器放大以后得到输出信号V2A、V2B，所述输出信号V2A、V2B进入所述末级放大器并经所述末级放大器转换成单端输出信号VOUT从所述输出端输出。

各级放大器分析：

前置接收器：

直流增益：A1＝gma/(gma+gmb)

其中gma＝gm1＝gm2，gmb＝gmb1＝gmb2，gm1、gm2为该第一场效应管M1、该第二场效应管M2的小信号跨导，gmb1、gmb2为该第一场效应管M1、该第二场效应管M2的体效应小信号跨导，因为gma远大于gmb，故

A1＝gma/(gma+gmb)≈1，即具有低增益；

交流特性：p1＝(gma+ gmb)/C1，其中C1为前置放大器输出端的等效电容，由于gma+ gmb较大，可见该极点p1较大，即具有高带宽。即前置接收器具有低增益和高带宽，可将输入信号无衰减的接收下来，并输出至次级放大器。

次级放大器：

直流增益：A2＝(gmc*R)/2

其中gmc＝gm3 = gm4 = gm5 = gm6，R = R1 = R2 = R4 = R5，gm3、gm4、gm5、gm6分别为该第三场效应管M3、该第四场效应管M4、该第五场效应管M5、该第六场效应管M6的小信号跨导，因为R的值较小，一般不超过5KΩ，故A2的值不会太大，即具有中等增益；

交流特性：p2、p3＝1/(R*C2)，其中C2为次级放大器输出端的等效电容，由于R较小，可见极点p2、p3均较大，即具有高带宽，且由于p2、p3重合，即具有滤波作用，可以迅速衰减大于信号频率的噪声。即次级放大器具有中等增益和高带宽。

末级放大器：

直流增益：A3＝gmd*(ron∥rop)

其中gmd＝gm7 = gm8，gm7、gm8为该第七场效应管M7、该第八场效应管M8的小信号跨导，rop为该第七场效应管M7的小信号电阻，ron为该第八场效应管M8的小信号电阻，因为ron、rop通常较大，一般大于100KΩ，故A3较大，即具有高增益；

交流特性：p4＝1/(C3*(ron∥rop))，其中C3为输出端Vout的等效电容，由于ron、rop较大，故p4较小，即具有低带宽。即末级放大器具有高增益和低带宽，可以对信号进行幅度放大。

综上，由于前置接收器和次级放大器均具有高带宽，可保证高速信号无衰减的通过，同时又具有中等增益，可以将高速信号的摆幅和该基准端的差值进行放大，以便末级放大器可以正确接收并放大输出至该输出端VOUT，从而实现检测高速信号的作用。

功能分析：

如果输入端VIN的信号摆幅始终小于该基准端VREF，经过前置接收器之后，VO1的摆幅也始终小于VO2，经过次级放大器放大后，输出V2B的摆幅也始终小于V2A，再经过末级放大器放大以后，从该输出端VOUT一直输出低电平。即此时高速信号检测电路未检测到高速信号。

如果输入端VIN的信号摆幅始终大于该基准端VREF，经过前置接收器之后，VO1的摆幅也始终大于VO2，经过次级放大器放大后，输出V2B的摆幅也始终大于V2A，再经过末级放大器放大以后，从该输出端VOUT输出有效信号。即此时高速信号检测电路检测到高速信号。

经过以上原理分析，可知该高速信号检测电路可以对高速信号进行准确的检测，并且可以通过改变该基准端VREF来改变高速信号的检测门限，具有很大的灵活性。

Claims (10)

1.包括一输入端，一基准端，一输出端，一电源端，一接地端，一与输入端、基准端及接地端相连的前置接收器，一与前置接收器及接地端相连的次级放大器，一与次级放大器、输出端、电源端及接地端相连的末级放大器，一与前置接收器、次级放大器、末级放大器、电源端及接地端相连的偏置电路。

2.如权利要求1所述的高速信号检测电路，其特征在于：所述前置接收器包括一与所述输入端及所述接地端相连的第一场效应管、一与所述基准端及所述接地端相连的第二场效应管；所述次级放大器包括一与所述第一场效应管相连的第三场效应管、一与所述第二场效应管相连的第四场效应管、一与所述第三场效应管相连的第五场效应管、一与所述第四场效应管相连的第六场效应管、一与所述第三场效应管相连的第一电阻、一与所述第四场效应管相连的第二电阻、一与所述第一电阻、所述第二电阻及所述电源端相连的第三电阻、一与所述第五场效应管相连的第四电阻、一与所述第六场效应管相连的第五电阻、一与所述第四电阻、所述第五电阻及所述电源端相连的第六电阻；所述末级放大器包括一所述第五场效应管相连的第七场效应管、一与所述第六场效应管及所述输出端相连的第八场效应管、一与所述第七场效应管及所述电源端相连的第九场效应管、一与所述第七场效应所述第八场效应管、所述第九场效应管、所述输出端及所述电源端相连的第八场效应管；所述偏置电路包括一与所述第一场效应管、所述第三场效应管及所述电源端相连的第一电流源、一与所述第二场效应管、所述第四场效应管及所述电源端相连的第二电流源、一与所述第三场效应管、所述第四场效应管及所述电源端相连的第三电流源、一与所述第五场效应管、所述第六场效应管及所述电源端相连的第四电流源、一与所述第七场效应管、所述第八场效应管及所述电源端相连的第五电流源。

3.如权利要求2所述的高速信号检测电路，其特征在于：所述第一场效应管的栅极与所述输入端相连，所述第二场效应管的栅极与所述基准端相连，所述第一场效应管的源极、所述第三场效应管的栅极、所述第一电流源的一端共同相连，所述第二场效应管的源极、所述第四场效应管的栅极、所述第二电流源的一端共同相连。

4. 如权利要求2所述的高速信号检测电路，其特征在于：所述第三场效应管的漏极、所述第五场效应管的栅极、所述第一电阻的一端共同相连，所述第四场效应管的漏极、所述第六场效应管的栅极、所述第二电阻的一端共同相连，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端、所述第三电阻的一端共同相连，所述第五场效应管的漏极、所述第七场效应管的栅极、所述第四电阻的一端共同相连，所述第六场效应管的漏极、所述第八场效应管的栅极、所述第五电阻的一端共同相连，所述第四电阻的另一端、所述第五电阻的另一端、所述第六电阻的一端共同相连，所述第五场效应管的源极、所述六场效应管的源极、所述第四电流源的一端共同相连，所述第三场效应管的源极、所述第四场效应管的源极、所述第三电流源的一端共同相连。

5.如权利要求2所述的高速信号检测电路，其特征在于：所述第七场效应管的漏极、所述第九场效应管的栅极和漏极、所述第十场效应管的栅极共同相连，所述第十场效应管的漏极、所述第八场效应管的漏极、所述输出端共同相连，所述第七场效应管的源极、所述第八场效应管的源极、所述第五电流源的一端共同相连。

6.如权利要求2所述的高速信号检测电路，其特征在于：所述第一电流源的另一端、所述第二电流源的另一端、所述第三电阻的另一端、所述第六电阻的另一端、所述第九场效应管的源极、所述第十场效应管的源极共同连接于电源端，所述第一场效应管的漏极、所述第二场效应管的漏极、所述第三电流源的另一端、所述第四电流源的另一端、所述第五电流源的另一端共同连接与接地端。

7.一种高速信号检测方法，包括一输入端，一基准端，一输出端，一电源端，一接地端，一用于将输入端与基准端比较的前置接收器，一用于将前置接收器输出VO1及VO2放大的次级放大器，一用于将次级放大器输出V2A及V2B放大并转换成单端输出的末级放大器，一为前置接收器、次级放大器及末级放大器提供偏置电流源的偏置电路。

8.如权利要求7所述的一种高速信号检测方法，其特征在于：所述前置接收器包括一与所述输入端及所述接地端相连的第一场效应管、一与所述基准端及所述接地端相连的第二场效应管；所述次级放大器包括一与所述第一场效应管相连的第三场效应管、一与所述第二场效应管相连的第四场效应管、一与所述第三场效应管相连的第五场效应管、一与所述第四场效应管相连的第六场效应管、一与所述第三场效应管相连的第一电阻、一与所述第四场效应管相连的第二电阻、一与所述第一电阻、所述第二电阻及所述电源端相连的第三电阻、一与所述第五场效应管相连的第四电阻、一与所述第六场效应管相连的第五电阻、一与所述第四电阻、所述第五电阻及所述电源端相连的第六电阻；所述末级放大器包括一所述第五场效应管相连的第七场效应管、一与所述第六场效应管及所述输出端相连的第八场效应管、一与所述第七场效应管及所述电源端相连的第九场效应管、一与所述第七场效应所述第八场效应管、所述第九场效应管、所述输出端及所述电源端相连的第八场效应管；所述偏置电路包括一与所述第一场效应管、所述第三场效应管及所述电源端相连的第一电流源、一与所述第二场效应管、所述第四场效应管及所述电源端相连的第二电流源、一与所述第三场效应管、所述第四场效应管及所述电源端相连的第三电流源、一与所述第五场效应管、所述第六场效应管及所述电源端相连的第四电流源、一与所述第七场效应管、所述第八场效应管及所述电源端相连的第五电流源。

9.如权利要求8所述的高速信号检测方法，其特征在于：所述基准端输入一被设置为固定电平的高速信号，在所述输入端输入一高速信号，所述前置接受器将所述输入端输入的高速信号和所述基准端输入的具有固定电平的高速信号进行比较后进行放大，并得到输出信号VO1、VO2；输出信号VO1、VO2进入所述次级放大器，所述次级放大器对所述输出信号VO1、VO2进行比较并将比较结果进行放大得到输出信号V2A、V2B，同时输出至末级放大器，所述输出信号V2A、V2B进入所述末级放大器，所述末级放大器对所述输出信号V2A、V2B进行比较并将比较结果转换成单端输出信号输出至输出端。

10. 如权利要求9所述的高速信号检测方法，其特征在于：所述基准端预先设置的一固定电平就是高速信号的检测门限。

Images