CN104730376A - 一种检波电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检波电路，包括用于对高电平进行全波整流的正向检波电路，以及用于对低电平进行全波整流的反向检波电路；所述正向检波电路包括相互连接的正向检波模块和第一滤波模块，所述正向检波模块具第一备差分输入端，用于差分输入被测电压，所述第一滤波模块具备输出端，用于输出正向检波信号；所述反向滤波电路包括相互连接的反向检波模块和第二滤波模块，所述反向检波模块具备第二差分输入端，用于差分输入被测电压，所述第二滤波模块具备输出端，用于输出反向检波信号。本发明的检波电路提供了一种面积和功耗都非常小的高速小信号检波电路解决方案，可以很好解决超级二极管检波电路的缺陷。

Description

一种检波电路

技术领域

本发明涉及一种检波电路。

背景技术

图1为现有技术的检波电路，如图所示，传统的检波电路采用二极管检波，但是该电路主要缺点是不能检测小信号，信号幅度必须大于二极管的开启电压Vth。为了克服这个缺陷可在二极管前面加入运算放大器,对输入信号进行放大，构成所谓的超级二极管检波电路，如附图2所示。该检波电路很好的解决了二极管检波电路的输入信号幅度限制问题，但在处理高速信号时要求运算放大器同时具备高增益，大带宽两个特点以满足对高速信号的大增益放大要求，这就使得运算放大器的功耗和面积开销都非常大。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，旨在提供一种面积和功耗都非常小的高速小信号检波电路解决方案。很好解决超级二极管检波电路的缺陷。

本发明所涉及的检波电路，包括用于对高电平进行全波整流的正向检波电路以及用于对低电平进行全波整流的反向检波电路；

所述正向检波电路包括相互连接的正向检波模块和第一滤波模块，所述正向检波模块具备第一差分输入端，用于差分输入被测电压，所述第一滤波模块具备输出端，用于输出正向检波信号；

所述反向滤波电路包括相互连接的反向检波模块和第二滤波模块，所述反向检波模块具备第二差分输入端，用于差分输入被测电压，所述第二滤波模块具备输出端，用于输出反向检波信号。

具体的，所述正向检波模块包括：

第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极与作为所述第一差分输入端的正端，与所述被测电压的正端相连接，其漏极与电源相连接，其源极与第一节点相连接，；

第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅极作为所述第一差分输入端的负端，与所述被测电压的负端相连接，其漏极与所述电源相连接，其源极与所述第一节点相连接；

第三NMOS管，所述第三NMOS管的漏极与所述第一节点相连接，源极接地，栅极与偏置电压端连接，所述第三NMOS管用于作为电流源。

具体的，所述第一滤波模块具备：

第一电阻，所述第一电阻连接在所述第一节点与所述第一滤波模块的输出端之间；

第一电容，所述第一电容连接在所述第三NMOS管的源极与所述第一滤波模块的输出端之间。

具体的，所述反向检波模块包括：

第一PMOS管，所述第一PMOS管的漏极接地，其源极与第二节点相连接，其栅极作所述第二差分输入端的正端，与所述被测电压的正端相连接；

第二PMOS管，所述第二PMOS管的漏极接地，其源极与所述第二节点相连接，其栅极作为所述第二差分输入端的负端，与所述被测电压的负端相连接；

第三PMOS管，所述第三PMOS管的漏极与第二节点相连接，源极与电源相连接，栅极与偏置电压端相连接，所述第三PMOS管用于作为电流源。

具体的，所述第二滤波模块包括：

第二电阻，所述第二电阻连接在所述第二节点与所述第二滤波模块的输出端之间；

第二电容，所述第二电容连接在所述电源与所述第二滤波模块的输出端之间。

本发明的检波电路，是一种所需面积和功耗都非常小的高速小信号检波电路，尤其能够对高速小信号进行检波处理。特别适合在高速输入信号的自动增益控制(AGC)电路，输入信号强度检测(RSSI)，峰值检测(PEAK DETECT)等电路领域使用。

附图说明

图1为现有技术的二极管检波电路电路图；

图2为现有技术中超级二极管检波电路的电路图；

图3为本发明的检波电路中正向检波电路的电路图；

图4为本发明的检波电路中反向检波电路的电路图。

具体实施方式

以下接合附图对本发明的检波电路的具体实施方式做进一步说明。本发明的检波电路具有用于对高电平进行全波整流的正向检波电路，以及用于对低电平进行全波整流的反向检波电路。

图3是本发明的检波电路中正向检波电路的电路图，包括相互连接的正向检波模块I和第一滤波模块II，其中，正向检波模块I由三个NMOS管构成，第一节点A和电源VDDA之间并联有第一NMOS管M1和第二NMOS管M2，第一NMOS管M1的栅极与第二NMOS管M2的栅极共同构成第一差分输入端，分别差分输入正向被测信号Vinp和负向被测信号Vinn。第三NMOS管M3作为电流源，其漏极与第一节点A相连接，源极接地GNDA，栅极与偏置电压Vbn相连接，偏置电压Vbn的作用是使得第三NMOS管导通。

第一电阻R1、第一电容C1构成第一滤波模块II，第一电阻R1连接在第一节点A与第一滤波模块II的输出端之间，第一电容C1的一端与第一滤波模块II的输出端相连接，另一端接地GNDA。

当输入信号为正向输入时，即仅输入Vinp，第一PMOS管M1导通，第二PMOS管M2截止。则输出信号，第一电容C1的充电电流Ic1＝I1-Ib1＝gm1(Vinp-Va)-Ib1(gm1为第一PMOS管M1的跨导)，正端输入信号Vinp越大则对电容充电电流越大，输出信号越大。

当输入负端信号时，即仅输入Vinn时，第一PMOS管M1截止，第二PMOS管M2导通。则输出信号，即第一电容C1的充电电流Ic1＝I2-Ib1＝gm2(Vinn-Va)-Ib1(gm2为第二MOS管M2的跨导)，负端输入信号Vinn越大则对电容充电电流越大，输出信号越大,负端信号被反转到输出信号，从而实现对输入信号的整流。

然后分析在小信号输入，在小信号输入情况下，电路不会出现一个管子导通一个管子截止的情况。这时充电电流Ic1由下面公式给出：

$\begin{array}{c}{I}_{c1}=I_1+I_2-I_{b1}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}{(V_{\mathrm{inp}}-V_A-V_{\mathrm{th}})}^2+\frac{1}{2}\mathrm{\β}{(v_{\mathrm{inn}}-V_A-V_{\mathrm{th}})}^2-I_{b1}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}{(V_{\mathrm{inp}}-V_A)}^2+\frac{1}{2}\mathrm{\β}{(V_{\mathrm{inn}}-V_A)}^2-I_{b1}\end{array}$

其中Vth为常量，可略去其影响，因此上式可以简化为：

$\begin{array}{c}=\frac{1}{2}\mathrm{\β}{(V_{\mathrm{inp}}-V_A)}^2+\frac{1}{2}\mathrm{\β}{(V_{\mathrm{inn}}-V_A)}^2-I_{b1}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}[V_{\mathrm{inp}}^2+V_A^2-2V_{\mathrm{inp}}{V}_A+V_{\mathrm{inn}}^2+V_A^2-2V_{\mathrm{inn}}{V}_A]-I_{b1}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}[V_{\mathrm{inp}}^2+V_{\mathrm{inn}}^2-2V_A(V_{\mathrm{inp}}+V_{\mathrm{inn}})+2V_A^2]-I_{b1}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}[{(V_{\mathrm{inp}}+V_{\mathrm{inn}}-V_A)}^2-V_A^2-2V_{\mathrm{inp}}{V}_{\mathrm{inn}}+2V_A^2]-I_{b1}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}[{(V_{\mathrm{inp}}+V_{\mathrm{inn}}-V_A)}^2-2V_{\mathrm{inp}}{V}_{\mathrm{inn}}+V_A^2]-I_{b1}\end{array}$

对差分信号Vinn＝-Vinp；而且Vinn+Vinp＝Vcm；为一常量，对交流输出不产生影响。则上式可进一步化简为：

$\begin{array}{c}=\frac{1}{2}\mathrm{\β}[{(V_{\mathrm{inp}}+V_{\mathrm{inn}}-V_A)}^2-2V_{\mathrm{inp}}{V}_{\mathrm{inn}}+V_A^2]-I_{b1}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}[{(V_{\mathrm{cm}}-V_A)}^2+2V_{\mathrm{cm}}^2+V_A^2]-I_{b1}\end{array}$

上式Vcm,β,Ib1均为常量，所以充电电流Ic1与输入信号幅值成平方关系。可以用以实现检波功能。

图4为本发明的检波电路中反向检波电路的电路图。反向检波电路包括反向检波模块III和第二滤波模块IV。反向检波模块III由三个PMOS管构成，具体的，在接地端GNDA与第二节点A’之间并联有第一NMOS管M1’和第二NMOS管M2’，第一NMOS管M1’的栅极和第二NMOS管M2’的栅极共同构成第二差分输入端，分别用于差分输入正向待测信号Vinp’和负向待测信号Vinn’，第三NMOS管M3’连接在第二节点A’和电源VDDA之间，第三NMOS管M3’作为电流源，同时对第三NMOS管M3’提供偏置电压Vbp’使得第三NMOS管M3’导通。

第二滤波模块IV包括第二电阻R2、第二电容C2，第二电阻R2连接在第二节点A’与第二滤波模块IV的输出端之间，第一电容C1连接在第二滤波模块IV的输出端与电源VDDA之间。

同样，对反向滤波电路的工作原理进行简要说明。当输入信号为正向输入时，第一PMOS管M1’导通，第二PMOS管M2’截止。则Ic2＝I1’-Ib2＝gm1’(Vinp’-Va)-Ib2，，其中gm1’为第一PMOS管M1’的跨导。正端输入信号Vinp’越大则第二电容C2充电电流越大，输出信号越大Ic2。

当输入负端信号时，第一PMOS管M1’截止，第二PMOS管M2’导通。则Ic2＝I2’-Ib2＝gm2’(Vinn’-Va)-Ib2，其中gm2’为第二PMOS管M2’的跨导。负端输入信号Vinn’越大则，第二电容C2的充电电流越大，输出信号越大Ic2,负端信号被反转到输出信号，从而实现对输入信号的整流。

然后分析在小信号输入，在小信号输入情况下，电路不会出现一个管子导通一个管子截止的情况。这时充电电流Ic2由下面公式给出：

$\begin{array}{c}{I}_{c2}={I_1}^{\′}+{I_2}^{\′}-I_{b2}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}{({V_{\mathrm{inp}}}^{\′}-V_A-V_{\mathrm{th}})}^2+\frac{1}{2}\mathrm{\β}{({V_{\mathrm{inn}}}^{\′}-V_A-V_{\mathrm{th}})}^2-I_{b2}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}{({V_{\mathrm{inp}}}^{\′}-V_A)}^2+\frac{1}{2}\mathrm{\β}{({V_{\mathrm{inn}}}^{\′}-V_A)}^2-I_{b2}\end{array}$

其中Vth为常量，可略去其影响，因此上式可以简化为：

$\begin{array}{c}=\frac{1}{2}\mathrm{\β}{({V_{\mathrm{inp}}}^{\′}-V_A)}^2+\frac{1}{2}\mathrm{\β}{({V_{\mathrm{inn}}}^{\′}-V_A)}^2-I_{b2}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}[{V_{\mathrm{inp}}^2}^{\′}+V_A^2-2{V_{\mathrm{inp}}}^{\′}{V}_A+{V_{\mathrm{inn}}^2}^{\′}+V_A^2-2{V_{\mathrm{inn}}}^{\′}{V}_A]-I_{b2}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}[{V_{\mathrm{inp}}^2}^{\′}+{V_{\mathrm{inn}}^2}^{\′}-2V_A({V_{\mathrm{inp}}}^{\′}+{V_{\mathrm{inn}}}^{\′})+2V_A^2]-I_{b2}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}[{({V_{\mathrm{inp}}}^{\′}+{V_{\mathrm{inn}}}^{\′}-V_A)}^2-V_A^2-2{V_{\mathrm{inp}}}^{\′}{V_{\mathrm{inn}}}^{\′}+2V_A^2]-I_{b2}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}[{({V_{\mathrm{inp}}}^{\′}+{V_{\mathrm{inn}}}^{\′}-V_A)}^2-2{V_{\mathrm{inp}}}^{\′}{V_{\mathrm{inn}}}^{\′}+V_A^2]-I_{b2}\end{array}$

对差分信号Vinn’＝-Vinp’；而且Vinn’+Vinp’＝Vcm；为一常量。则上式可进一步化简为：

$\begin{array}{c}=\frac{1}{2}\mathrm{\β}[{({V_{\mathrm{inp}}}^{\′}+{V_{\mathrm{inn}}}^{\′}-V_A)}^2-2{V_{\mathrm{inp}}}^{\′}{V_{\mathrm{inn}}}^{\′}+V_A^2]-I_{b2}\\ =\frac{1}{2}\mathrm{\β}[{(V_{\mathrm{cm}}-V_A)}^2+2V_{\mathrm{cm}}^2+V_A^2]-I_{b2}\end{array}$

上式Vcm,β,Ib2均为常量，所以充电电流Ic2与输入信号幅值成平方关系。

综上所述，本发明提供了一种所需面积和功耗都非常小的高速小信号检波电路，能对高速小信号进行检波处理。特别适合在高速输入信号的自动增益控制(AGC)电路，输入信号强度检测(RSSI)，峰值检测(PEAK DETECT)等电路领域使用。

Claims (5)

1.一种检波电路，其特征在于，包括用于对高电平进行全波整流的正向检波电路，以及用于对低电平进行全波整流的反向检波电路；

所述正向检波电路包括相互连接的正向检波模块和第一滤波模块，所述正向检波模块具备第一差分输入端，用于差分输入被测电压，所述第一滤波模块具备输出端，用于输出正向检波信号；

所述反向滤波电路包括相互连接的反向检波模块和第二滤波模块，所述反向检波模块具备第二差分输入端，用于差分输入被测电压，所述第二滤波模块具备输出端，用于输出反向检波信号。

2.如权利要求1所述的检波电路，其特征在于，所述正向检波模块包括：

第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极作为所述第一差分输入端的正端，与所述被测电压的正端相连接，其漏极与电源相连接，其源极与第一节点相连接；

第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅极作为所述第一差分输入端的负端，与所述被测电压的负端相连接，其漏极与所述电源相连接，其源极与所述第一节点相连接；

第三NMOS管，所述第三NMOS管的漏极与所述第一节点相连接，源极接地，栅极与偏置电压端连接，所述第三NMOS管用于作为电流源。

3.如权利要求2所述的检波电路，所述第一滤波模块具备：

第一电阻，所述第一电阻连接在所述第一节点与所述第一滤波模块的输出端之间；

第一电容，所述第一电容连接在所述第三NMOS管的源极与所述第一滤波模块的输出端之间。

4.如权利要求1所述的检波电路，其特征在于，所述反向捡波模块包括：

第一PMOS管，所述第一PMOS管的漏极接地，其源极与第二节点相连接，其栅极作为所述第二差分输入端的正端，与所述被测电压的正端相连接；

第二PMOS管，所述第二PMOS管的漏极接地，其源极与所述第二节点相连接，其栅极作为所述第二差分输入端的负端，与所述被测电压的负端相连接；

第三PMOS管，所述第三PMOS管的漏极与第二节点相连接，源极与电源相连接，栅极与偏置电压端相连接，所述第三PMOS管用于作为电流源。

5.如权利要求4所述的检波电路，其特征在于，所述第二滤波模块包括：

第二电阻，所述第二电阻连接在所述第二节点与所述第二滤波模块的输出端之间；

第二电容，所述第二电容连接在所述电源与所述第二滤波模块的输出端之间。