CN103675474A - 信号幅度检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信号幅度检测电路，包括检测器及修调算法模块，所述检测器预设有基准阈值参考量，待测信号输入所述检测器，所述检测器的输出端与所述修调算法模块连接，所述修调算法模块记录所述检测器的输出结果并将所述输出结果进行译码并输出幅度编码值，且所述修调算法模块还产生一控制信号，所述控制信号控制所述基准阈值参考量从地电平上升至电源电平或从电源电平下降到地电平，且，当所述基准阈值参考量与所述被测信号交越时，所述检测器的输出结果为1，否则所述检测器的输出结果为0。本发明的信号幅度检测电路使用数字方式对信号幅度进行检测，结构简单，功耗低，且芯片面积小，结果稳定无PVT漂移。

Description

信号幅度检测电路

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，更具体地涉及一种信号幅度检测电路。

背景技术

传统的信号幅度检测电路通常采用模拟电路滤波或模拟信号幅度-能量转换电路方式对信号幅度进行检测，即主要通过模拟电路的方式实现对信号幅度的检测。但是模拟电路因为制造工艺参数的原因，通常检测结果的偏差较大。另外模拟滤波器带宽不能准确确定，而模拟信号幅度-能量转换电路工作点不能准确确定；且无论是使用模拟滤波器还是模拟信号幅度-能量转换电路，若需后续数字电路对信号幅度进行检测，均需要额外增加一套A-D转换电路，从而使得整个信号幅度检测电路结构复杂，不易于实现。

因此，有必要提供一种改进的信号幅度检测电路来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供了一种信号幅度检测电路，该信号幅度检测电路使用数字方式对信号幅度进行检测，结构简单，功耗低，且芯片面积小，结果稳定无PVT漂移。

为实现上述目的，本发明提供一种信号幅度检测电路，包括检测器及修调算法模块，所述检测器预设有基准阈值参考量，待测信号输入所述检测器，所述检测器的输出端与所述修调算法模块连接，所述修调算法模块记录所述检测器的输出结果并将所述输出结果进行译码后输出幅度编码值，且所述修调算法模块还产生一控制信号，所述控制信号控制所述基准阈值参考量从地电平上升至电源电平或从电源电平下降到地电平，且，当所述基准阈值参考量与所述被测信号交越时，所述检测器的输出结果为1，否则所述检测器的输出结果为0。

较佳地，所述控制信号为N位的2进制数字信号，且N为大于或等于2的正整数，所述控制信号控制所述基准阈值参考量以2^N为档位均匀从地电平上升至电源电平或从电源电平下降到地电平。

较佳地，所述检测器包括第一反相器、第二反相器、与门、第一异或门及第二异或门，所述被测信号包括正被测信号与负被测信号，所述正被测信号与控制信号输入所述第一反相器的输入端，所述负被测信号与控制信号输入所述第二反相器的输入端，所述第一反相器的输出端分别与所述第一异或门及与门的一输入端连接，所述第二反相器的输出端分别与所述第一异或门及与门的另一输入端连接，所述第一异或门及与门的输出端均与所述第二异或门的输入端连接，所述第一异或门及与门的输出端分别与所述第二异或门的两个输入端连接，所述第二异或门的输出端输出所述检测器的输出结果。

较佳地，所述检测器还包括第一电容与第二电容，所述第一电容的一端与所述第一异或门的输出端及第二异或门的一个输入端连接，另一端接地；所述第二电容的一端与所述与门的输出端及第二异或门的另一个输入端连接，另一端接地。

较佳地，所述第一反相器与第二反相器具有完全相同的结构特征。

较佳地，所述第一反相器包括第一控制开关组、第二控制开关组、电流源组及电流沉组，所述待测信号输入所述电流源组与电流沉组的输入端，所述电流源组与电流沉组的输出端输出转换后的信号，所述第一控制开关组与所述电流源组连接，控制所述电流源组的工作，所述第二控制开关组与所述电流沉组连接，控制所述电流沉组的工作。

较佳地，所述控制信号控制所述第一控制开关组与第二控制开关组的闭合与断开，且所述第一控制开关组与第二控制开关组均包括N个控制开关，所述电流源组包括N个电流源，所述电流沉组包括N个电流沉，所述第一控制开关组的N个控制开关对应与所述电流源组的N个电流源连接，所述第二控制开关组的N个控制开关对应与所述电流沉组的N个电流沉连接。

较佳地，所述N个电流源与N个电流沉均可为场效应管或双极结型晶体管。

与现有技术相比，本发明的信号幅度检测电路，通过所述控制信号控制所述基准阈值参考量从地电平上升至电源电平或从电源电平下降到地电平，使所述被测信号在其电平幅度范围内与基准阈值参考量交越，且当所述基准阈值参考量与所述被测信号交越时，所述检测器的输出结果为1，否则所述检测器的输出结果为0；从而通过判决所述检测器的输出结果的状态即可获知所述被测信号的幅度值，且本发明是使用数字方式对信号幅度进行检测，结构简单，功耗低，且芯片面积小，结果稳定无PVT漂移。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明。

附图说明

图1为本发明信号幅度检测电路的结构框图。

图2为本发明信号幅度检测电路工作的波形图。

图3为本发明信号幅度检测电路工作的时序图。

图4为本发明信号幅度检测电路的检测器的电路结构图。

图5为图4所示第一反相器的结构框图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种信号幅度检测电路，该信号幅度检测电路使用数字方式对信号幅度进行检测，结构简单，功耗低，且芯片面积小，结果稳定无PVT(工艺-电压-温度)漂移。

请参考图1-3，如图所示，本发明的信号幅度检测电路包括检测器及修调算法模块；所述检测器内预设有基准阈值参考量ref（如图2所示）；待测信号input输入所述检测器，所述检测器的输出端与所述修调算法模块连接，所述修调算法模块记录所述检测器的输出结果out1，所述修调算法模块将所述检测器的输出结果out1进行译码并输出幅度编码值out2；且所述修调算法模块还产生一控制信号ctrl，其中，所述控制信号为N位的2进制数字信号，且N为大于或等于2的正整数，所述控制信号ctrl控制所述基准阈值参考量ref以2^N为档位均匀地从地电平GND上升至电源电平VCC（见图2）或从电源电平VCC下降到地电平GND（图未示）；且，当所述基准阈值参考量ref与所述被测信号input交越时，所述检测器的输出结果out1为1，否则所述检测器的输出结果out1为0（见图3）；从而通过所述检测器的输出结果out1为1的长度，并通过所述修调算法模块的转换，即可有效地测试出所述被测信号input的幅度，即为所述幅度编码值out2。在本发明中，因N的取值越大，所述基准阈值参考量ref上升或下降的档位越多，即与所述待测信号input的交越点越多，使得所述检测器的输出结果out1的准确度越高，因此N的取值可根据精度需要而设定，其取值越大，输出结果的精度越高。

具体地，请再结参考图4与图5。所述检测器包括第一反相器inv1、第二反相器inv2、与门AND、第一异或门NOR1及第二异或门NOR2；所述被测信号input为差分输入信号，其包括有正被测信号inputp与负被测信号inputn，所述正被测信号inputp与控制信号ctrl输入所述第一反相器inv1的输入端，所述负被测信号inputn与控制信号ctrl输入所述第二反相器inv2的输入端；从而所述控制信号ctrl控制所述正被测信号inputp在所述第一反相器inv1内的翻转且输出信号pb，并同时控制所述负被测信号inputn在所述第二反相器inv2内的翻转且输出信号nb；所述第一反相器inv1的输出端分别与所述第一异或门NOR1及与门AND的一输入端连接，所述第二反相器inv2的输出端分别与所述第一异或门NOR1及与门AND的另一输入端连接，所述第一异或门NOR1及与门AND的输出端均与所述第二异或门NOR2的输入端连接，所述第一异或门NOR1及与门AND的输出端均与所述第二异或门NOR2的输入端连接，所述第二异或门NOR2的输出端输出所述检测器的输出结果out1。在本发明的优选实施方式中，所述检测器还包括第一电容c1与第二电容c2，所述第一电容c1的一端与所述第一异或门NOR1的输出端及第二异或门NOR2的一个输入端连接，另一端接地；所述第二电容c2的一端与所述与门AND的输出端及第二异或门NOR2的另一个输入端连接，另一端接地;从而所述第一电容c1与第二电容c2可滤除所述第一异或门NOR1输出的信号dip及所述与门AND输出的信号din的噪声，使整个电路工作更稳定。

另，在本发明的优选实施方式中，所述第一反相器inv1与第二反相器inv2具有完全相同的结构特征，因此，在此仅介绍所述第一反相器inv1的结构特征，不再重复介绍所述第二反相器inv2的结构特征。如图5所示，所述第一反相器inv1包括第一控制开关组、第二控制开关组、电流源组及电流沉组；所述正待测信号inputp输入所述电流源组与电流沉组的输入端，所述电流源组与电流沉组的输出端输出转换后的信号pb，所述第一控制开关组与所述电流源组连接，控制所述电流源组的工作，所述第二控制开关组与所述电流沉组连接，控制所述电流沉组的工作；其中所述第一控制开关组与第二控制开关组均包括N个控制开关，每个所述控制开关的控制端受所述控制信号ctrl对应的二进制数码控制，所述电流源组包括N个电流源，且N个电流源均并联连接，所述电流沉组包括N个电流沉，且N个电流沉均并联连接，所述第一控制开关组的N个控制开关对应与所述电流源组的N个电流源连接，所述第二控制开关组的N个控制开关对应与所述电流沉组的N个电流沉连接；另所述控制信号控制所述第一控制开关组与第二控制开关组的闭合与断开，（如图5所示），且所述控制信号的每一个控制字对应控制第一控制开关组一个开关与第二控制开关组的一个开关，从而所述控制信号的N个控制字对应所述第一控制开关与第二控制开关的N个开关。另，在本发明的优选实施方式中，所述N个电流源与N个电流沉均可为场效应管或双极结型晶体管，当然也可以为其它可充当电流沉或电流源的器件或电路。

下面结合图1-5描述本发明信号幅度检测器的工作过程。

所述修调算法模块的一控制端rst置1后，整个信号幅度检测电路开始工作。所述控制信号ctrl控制所述基准阈值参考量以2^N为档位均匀从地电平GND上升至电源电平VCC（当然也可通过更改所述控制信号ctrl的控制方式，使所述基准阈值参考量从电源电平VCC降低至地电平GND），即完成一次从地至电源或从电源至地的电平扫描；且在扫描过程中所述修调算法模块检测所述检测器输出结果out1的状态，当被测信号input与所述基准阈值参考量发生穿越时，所述检测器的输出结果out1为1，无交越时所述检测器的输出结果out1为0；在扫描过程中，所述修调算法模块记录所述检测器的输出结构out1的状态；当扫描结束时，所述修调算法模块将所述检测器输出结果out1的各状态信息译码得到被测信号input幅度编码值out2，同时将所述修调算法模块的另一控制端cal置1表示检测过程结束。

具体地，当输入的被测信号input（正被测信号inputp与负被测信号inputn）的电平高于所述基准阈值参考量，如图2左边所示，则正被测信号inputp经过所述第一反相器inv1后输出信号pb，负被测信号inputn经过第二反相器inv2后输出信号nb，且信号pb与np均为“0”；信号pb、nb通过与之连接的第一异或门NOR，输出信号dip为“1”；信号pb、nb通过与之连接的与门AND，输出信号din为“0”；信号dip与din通过与之连接的第二异或门NOR得到所述检测器的输出结果out1，且out1为“0”，表示输入的被测信号input未与所述基准阈值参考量交越。当输入的被测信号input的电平低于所述基准阈值参考量，如图2右边所示，则正被测信号inputp经过所述第一反相器inv1后输出信号pb，负被测信号inputn经过第二反相器inv2后输出信号nb，且信号pb与np均为“1”；信号pb、nb通过与之连接的第一异或门NOR，输出信号dip为“0”；信号pb、nb通过与之连接的与门AND，输出信号din为“1”；信号dip与din通过与之连接的第二异或门NOR得到所述检测器的输出结果out1，且out1为“0”，表示输入的被测信号input未与所述基准阈值参考量交越。当输入的被测信号input的电平等于所述基准阈值参考量，如图2中间所示，则正被测信号inputp经过所述第一反相器inv1后输出信号pb，负被测信号inputn经过第二反相器inv2后输出信号nb，且信号pb为“0”，np为“1”；信号pb、nb通过与之连接的第一异或门NOR，输出信号dip为“0”；信号pb、nb通过与之连接的与门AND，输出信号din为“0”；信号dip与din通过与之连接的第二异或门NOR得到所述检测器的输出结果out1，且out1为“1”，表示输入的被测信号input与所述基准阈值参考量发生了交越；也即只要所述被测信号input与所述基准阈值参考量发生交越，所述检测器的输出结果out1才为“1”，而且所述基准阈值参考量是从地电平GND上升至电源电平VCC的，使得所述被测信号input的电平值均会与所述基准阈值参考量发生交越（明显地，N取值越大，交越点越多），从而所述检测器的输出结果out1为“1”的状态即反应了所述被测信号input的信号幅度；通过所述修调算法模块对人手一册检测器的输出结果out1的转换而输出out2，所述输出结果out2即为所述被测信号input的信号幅度。

另外，下面描述所述反相器对被测信号input的处理过程，由于所述第一反相器inv1与第二反相器inv2的结构特征完全相同，在此仅描述所述第一反相器inv1。当第一控制开关组并联控制电流源组的N-1个电流源开启，且同时第二控制开关组并联控制电流沉组仅1个电流沉开启，此时电流源组的作用远大于电流沉组的作用，电流源开启阈值较低即被测信号input幅度较高时电流源已呈现出主导作用，使得输出信号pb翻转（即相对于被测信号input取反）；当第一控制开关组并联控制电流源组仅1个电流源开启，而同时第二控制开关组并联控制电流沉组的N-1个电流沉开启，此时电流沉作用远大于电流源作用，电流沉开启阈值较低即被测信号input幅度较低时电流沉已呈现出主导作用，使得输出pb翻转；对于以上两种情况的普通状态，当第一控制开关组并联控制电流源组的N-M（M为小于N的正整数）个电流源开启，而同时第二控制开关组并联控制电流沉组的M个电流沉开启时，电流源组、电流沉组根据各自权重控制输出bp的翻转点；具体地，当接入电流源组的电流源个数大于接入电流沉组的电流沉的个数，电流源起主导作用，电流源开启阈值较低即被测信号input幅度较高时电流源已呈现出主导作用，使得输出信号pb翻转；当接入电流沉组的电流沉个数大于接入电流源组的电流源的个数，电流沉起主导作用，电流沉开启阈值较低即被测信号input幅度较低时电流沉已呈现出主导作用，使得输出pb翻转。即pb翻转阈值直接由电流源组、电流沉组接入的权重确定。另外，图3中jdg所示为所述检测器对被测信号input的判决误差，众所周知地，由于被测信号input是模拟信号，而模拟信号在幅度上通常会有噪声抖动，使得所述检测器在其输出结果out1状态跳变临界交越时出现判决误差，该判决误差即为图3中jdg所示。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (8)

1.一种信号幅度检测电路，其特征在于，包括检测器及修调算法模块，所述检测器预设有基准阈值参考量，待测信号输入所述检测器，所述检测器的输出端与所述修调算法模块连接，所述修调算法模块记录所述检测器的输出结果并将所述输出结果进行译码并输出幅度编码值，且所述修调算法模块还产生一控制信号，所述控制信号控制所述基准阈值参考量从地电平上升至电源电平或从电源电平下降到地电平，且，当所述基准阈值参考量与所述被测信号交越时，所述检测器的输出结果为1，否则所述检测器的输出结果为0。

2.如权利要求1所述的信号幅度检测电路，其特征在于，所述控制信号为N位的2进制数字信号，且N为大于或等于2的正整数，所述控制信号控制所述基准阈值参考量以2^N为档位均匀从地电平上升至电源电平或从电源电平下降到地电平。

3.如权利要求2所述的信号幅度检测电路，其特征在于，所述检测器包括第一反相器、第二反相器、与门、第一异或门及第二异或门，所述被测信号包括正被测信号与负被测信号，所述正被测信号与控制信号输入所述第一反相器的输入端，所述负被测信号与控制信号输入所述第二反相器的输入端，所述第一反相器的输出端分别与所述第一异或门及与门的一输入端连接，所述第二反相器的输出端分别与所述第一异或门及与门的另一输入端连接，所述第一异或门及与门的输出端均与所述第二异或门的输入端连接，所述第一异或门及与门的输出端均与所述第二异或门的输入端连接，所述第二异或门的输出端输出所述检测器的输出结果。

4.如权利要求3所述的信号幅度检测电路，其特征在于，所述检测器还包括第一电容与第二电容，所述第一电容的一端与所述第一异或门的输出端及第二异或门的一个输入端连接，另一端接地；所述第二电容的一端与所述与门的输出端及第二异或门的另一个输入端连接，另一端接地。

5.如权利要求4所述的信号幅度检测电路，其特征在于，所述第一反相器与第二反相器具有完全相同的结构特征。

6.如权利要求5所述的信号幅度检测电路，其特征在于，所述第一反相器包括第一控制开关组、第二控制开关组、电流源组及电流沉组，所述待测信号输入所述电流源组与电流沉组的输入端，所述电流源组与电流沉组的输出端输出转换后的信号，所述第一控制开关组与所述电流源组连接，控制所述电流源组的工作，所述第二控制开关组与所述电流沉组连接，控制所述电流沉组的工作。

7.如权利要求6所述的信号幅度检测电路，其特征在于，所述控制信号控制所述第一控制开关组与第二控制开关组的开/关，且所述第一控制开关组与第二控制开关组均包括N个控制开关，所述电流源组包括N个电流源，所述电流沉组包括N个电流沉，所述第一控制开关组的N个控制开关对应与所述电流源组的N个电流源连接，所述第二控制开关组的N个控制开关对应与所述电流沉组的N个电流沉连接。

8.如权利要求7所述的信号幅度检测电路，其特征在于，所述N个电流源与N个电流沉均可为场效应管或双极结型晶体管。

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