CN107332562B - 信号采样电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信号采样电路，涉及模拟信号处理电路领域，用于采样信号源VX和VY的幅度，包括负载电路，其包括电源VCC以及串联在电源VCC两端的第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2。滤波电路，其用于对信号源VX滤波得到信号V1，并用于对信号源VY滤波得到信号V2。差分电路，其包括第一差分对管、第二差分对管和第三差分对管，信号V1和信号V2输入到第一差分对管、第二差分对管和第三差分对管后得到位于第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2之间的输出差分信号V0，输出差分信号V0与信号源VY的变化幅度一致，差分电路包括电流源IS，电流源IS的正端通过第三负载电阻Re1和第四负载电阻Re2与第三差分对管相连，其负端接地。本发明能够精确采样高速数据信号的幅度。

Description

信号采样电路
技术领域
本发明涉及模拟信号处理电路领域，具体涉及一种信号采样电路。
背景技术
在一些高速数据传输电路中，常常需要不同的手段来监测数据信号的幅度是否满足系统指标的要求。但是因为高速数据信号传输速度很快，而且对精度要求也很高，如何准确的对传输的数据信号的幅度进行精确的采样，对模拟电路的设计提出了较高的要求。当前的模拟电路的设计存在不能精确采样高速数据信号的幅度的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够精确采样高速数据信号的幅度的信号采样电路。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种信号采样电路，用于采样信号源VX和VY的幅度，包括：
负载电路，其包括电源VCC以及串联在所述电源VCC两端的第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2；
滤波电路，其用于对信号源VX进行滤波得到信号V1，并用于对信号源VY进行滤波得到信号V2；以及
差分电路，其包括第一差分对管、第二差分对管和第三差分对管，所述信号V1和信号V2输入到所述第一差分对管、第二差分对管和第三差分对管后得到位于所述第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2之间的输出差分信号V0，所述V0与所述VY的变化幅度一致，所述差分电路还包括电流源IS，所述电流源IS的正端通过第三负载电阻Re1和第四负载电阻Re2与所述第三差分对管相连，所述电流源IS的负端接地。
在上述技术方案的基础上，所述滤波电路包括第一RC电路、第二RC电路、第三RC电路和第四RC电路；
所述第一RC电路包括第一电容C1和第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端与所述信号源VX的正端相连，另一端与所述第一电容C1一端相连，所述第一电容C1的另一端接地；
所述第二RC电路包括第二电容C2和第二电阻R2，所述第二电阻R2的一端与所述信号源VX的负端相连，另一端与所述第二电容C2一端相连，所述第二电容C2的另一端接地；
所述第三RC电路包括第三电容C3和第三电阻R3，所述第三电阻R3的一端与所述信号源VY的正端相连，另一端与所述第三电容C3一端相连，所述第三电容C3的另一端接地；
所述第四RC电路包括第四电容C4和第四电阻R4，所述第四电阻R4的一端与所述信号源VY的负端相连，另一端与所述第四电容C4一端相连，所述第四电容C4的另一端接地。
在上述技术方案的基础上，所述第一差分对管包括三极管Q1和三极管Q2，所述第二差分对管包括三极管Q3和三极管Q4，所述第三差分对管包括三极管Q5和三极管Q6；
所述三极管Q1和三极管Q2之间的电压差以及三极管Q4和三极管Q3均为V1，所述三极管Q5和三极管Q6之间的电压差为V2，所述三极管Q1的集电极和三极管Q3的集电极通过所述第一负载电阻Rc1与电源VCC的正极相连，所述三极管Q2的集电极和三极管Q4的集电极通过所述第二负载电阻Rc2与电源VCC的负极相连，所述三极管Q1的发射极和三极管Q2的发射极相连并同时与三极管Q5的集电极相连，所述三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极相连并同时与三极管Q6的集电极相连，所述三极管Q5的发射极与三极管Q6的发射极相连，且所述三极管Q5的发射极通过第三负载电阻Re1接地，所述三极管Q6的发射极通过第四负载电阻Re2接地。
在上述技术方案的基础上，所述三极管Q1的基级与三极管Q4的基级相连，并同时与所述信号源VX的正端相连；所述三极管Q2的基级与三极管Q3的基级相连，并同时与所述信号源VX的负端相连。
在上述技术方案的基础上，所述三极管Q5的基级与所述信号源VY的正端相连，所述三极管Q6的基级与所述信号源VY的负端相连。
在上述技术方案的基础上，所述第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2的阻值相等。
在上述技术方案的基础上，所述第三负载电阻Re1和第四负载电阻Re2的阻值相等。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的信号采样电路包括差分电路，将信号V1和信号V2输入到差分电路的差分对管上后，可以得到输出信号V0，其中V0是一个与V2相关，只和电阻Rc，Re比值相关的信号。输出的V0信号经过后续的滤波电路处理，就可以得到一个与VY幅度相关的直流信号，经过滤波得到的直流信号就是想要的采样的数据信号幅度相关的电压。从而实现了精确采样高速数据信号的幅度的目的。
附图说明
图1为本发明中的信号采样电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明提供一种信号采样电路，用于采样信号源VX和VY的幅度，包括负载电路、滤波电路和差分电路。
其中，负载电路包括电源VCC以及串联在电源VCC两端的第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2，在本发明中第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2的阻值相等，均为Rc。
滤波电路用于对信号源VX进行滤波得到信号V1，并用于对信号源VY进行滤波得到信号V2。具体的，滤波电路包括第一RC电路、第二RC电路、第三RC电路和第四RC电路。第一RC电路包括第一电容C1和第一电阻R1，第一电阻R1的一端与信号源VX的正端相连，另一端与第一电容C1相连，第一电容C1的另一端接地。第二RC电路包括第二电容C2和第二电阻R2，第二电阻R2的一端与信号源VX的负端相连，另一端与第二电容C2相连，第二电容C2的另一端接地。第三RC电路包括第三电容C3和第三电阻R3，第三电阻R3的一端与信号源VY的正端相连，另一端与第三电容C3相连，第三电容C3的另一端接地。第四RC电路包括第四电容C4和第四电阻R4，第四电阻R4的一端与信号源VY的负端相连，另一端与第四电容C4相连，第四电容C4的另一端接地。
差分电路包括第一差分对管、第二差分对管和第三差分对管，信号V1和信号V2通过差分电路得到位于第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2之间的输出信号V0，差分电路还包括电流源IS，电流源IS的正端通过第三负载电阻Re1和第四负载电阻Re2与第三差分对管相连，电流源IS的负端接地，其中第三负载电阻Re1和第四负载电阻Re2的阻值相等，均为Re。
本发明中第一差分对管包括三极管Q1和三极管Q2，第二差分对管包括三极管Q3和三极管Q4，第三差分对管包括三极管Q5和三极管Q6，三极管Q1和三极管Q2之间的电压差以及三极管Q4和三极管Q3均为V1，具体的，三极管Q1的基级与三极管Q4的基级相连，并同时与信号源VX的正端相连。三极管Q2的基级与三极管Q3的基级相连，并同时与信号源VX的负端相连。从而使得三极管Q1和三极管Q2之间的电压差以及三极管Q4和三极管Q3均为V1。
三极管Q5和三极管Q6之间的电压差为V2，具体的三极管Q5的基级与信号源VY的正端相连，三极管Q6的基级与信号源VY的负端相连。从而使三极管Q5和三极管Q6之间的电压差为V2。
三极管Q1的集电极和三极管Q3的集电极通过第一负载电阻Rc1与电源VCC的正极相连，三极管Q2的集电极和三极管Q4的集电极通过第二负载电阻Rc2与电源VCC的负极相连，三极管Q1的发射极和三极管Q2的发射极相连并同时与三极管Q5的集电极相连，三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极相连并同时与三极管Q6的集电极相连，三极管Q5的发射极与三极管Q6的发射极相连，且三极管Q5的发射极通过第三负载电阻Re1接地，三极管Q6的发射极通过第四负载电阻Re2接地。
下面分析一下本发明电路的设计原理。电路中的VX和VY是高速数据差分信号，它们是完全对称的差分信号，这两路差分信号从数据放大通道中采样得到。采样后，经过RC电路滤波。电路中V1和V2是高速数据信号通道采样的信号再经过RC滤波的信号。经过滤波以后的信号应该得到：
Figure BDA0001308087380000051
其中s＝jw＝j2πf，j是虚数单位，w是角频率。
又因为RsC＞＞1，所以V1≈VX。
当RsC的值越大的时候，V1越接近于VX。基于同样的原理，可以得知V2≈VY。
从上面的分析可以得到这样的结论：当把从数据通道采样的信号VX和VY经过RC滤波后，得到了和VX、VY幅度和频率接近的信号V1、V2。因为VX和VY是采样的全差分的数据信号，所以V1，V2也是两对全差分信号。V1和V2两路差分信号输入到后面的差分对管上，产生输出差分信号V0。下面根据本发明电路，分析一下输出信号V0的特征。
从电路分析，三极管Q1，三极管Q2，三极管Q5的集电极电流之间存在这样的关系：Ic1+Ic2＝Ic5，
Figure BDA0001308087380000061
Figure BDA0001308087380000062
其中vt为PN结温度的电压当量，约26mV；
由上面的表达式(1)(2)得到表达式(3)：
Figure BDA0001308087380000063
同样的原理，可以得到：
Figure BDA0001308087380000064
由电路分析可以得到V0的表达式为：
V0＝[(Ic1-Ic2)-(Ic4-Ic3)]Rc (5)
将上面两个算式(3)和(4)带入表达式(5)中得到表达式(6)：
Figure BDA0001308087380000071
又因为三极管Q5和三极管Q6的集电极的电流差与信号V2有关，它们的电流差是：
Ic5-Ic6＝V2/Re (7)
将表达式(7)带入表达式(6)得到V0的输出表达式：
V0＝V2*Rc/Re (8)
从而可以得到V0是一个与V2相关，只和电阻Rc，Re比值相关的信号。输出的V0信号经过后续的滤波电路处理，就可以得到一个与VY幅度相关的直流信号，经过滤波得到的直流信号就是想要的采样的数据信号幅度相关的电压。从而实现了精确采样高速数据信号的幅度的目的。
在实际电路中，RC滤波电路不可能无穷大，所以通过滤波得到的V1、V2只能接近于VX、VY，在信号的幅度上可能会失真，但是这并不影响对数据信号的采样，因为只需要V0能够和VY的变化幅度保持一致就满足要求。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种信号采样电路，用于采样信号源VX和VY的幅度，其特征在于，包括：
负载电路，其包括电源VCC以及串联在所述电源VCC两端的第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2；
滤波电路，其用于对信号源VX进行滤波得到信号V1，并用于对信号源VY进行滤波得到信号V2；以及
差分电路，其包括第一差分对管、第二差分对管和第三差分对管，所述信号V1和信号V2输入到所述第一差分对管、第二差分对管和第三差分对管后得到位于所述第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2之间的输出差分信号V0，所述V0与所述VY的变化幅度一致，所述差分电路还包括电流源IS，所述电流源IS的正端通过第三负载电阻Re1和第四负载电阻Re2与所述第三差分对管相连，所述电流源IS的负端接地；
所述滤波电路包括第一RC电路、第二RC电路、第三RC电路和第四RC电路；
所述第一RC电路包括第一电容C1和第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端与所述信号源VX的正端相连，另一端与所述第一电容C1一端相连，所述第一电容C1的另一端接地；
所述第二RC电路包括第二电容C2和第二电阻R2，所述第二电阻R2的一端与所述信号源VX的负端相连，另一端与所述第二电容C2一端相连，所述第二电容C2的另一端接地；
所述第三RC电路包括第三电容C3和第三电阻R3，所述第三电阻R3的一端与所述信号源VY的正端相连，另一端与所述第三电容C3一端相连，所述第三电容C3的另一端接地；
所述第四RC电路包括第四电容C4和第四电阻R4，所述第四电阻R4的一端与所述信号源VY的负端相连，另一端与所述第四电容C4一端相连，所述第四电容C4的另一端接地；
所述第一差分对管包括三极管Q1和三极管Q2，所述第二差分对管包括三极管Q3和三极管Q4，所述第三差分对管包括三极管Q5和三极管Q6；
所述三极管Q1和三极管Q2之间的电压差以及三极管Q4和三极管Q3均为V1，所述三极管Q5和三极管Q6之间的电压差为V2，所述三极管Q1的集电极和三极管Q3的集电极通过所述第一负载电阻Rc1与电源VCC的正极相连，所述三极管Q2的集电极和三极管Q4的集电极通过所述第二负载电阻Rc2与电源VCC的负极相连，所述三极管Q1的发射极和三极管Q2的发射极相连并同时与三极管Q5的集电极相连，所述三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极相连并同时与三极管Q6的集电极相连，所述三极管Q5的发射极与三极管Q6的发射极相连，且所述三极管Q5的发射极通过第三负载电阻Re1接地，所述三极管Q6的发射极通过第四负载电阻Re2接地。
2.如权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于：所述三极管Q1的基级与三极管Q4的基级相连，并同时与所述信号源VX的正端相连；所述三极管Q2的基级与三极管Q3的基级相连，并同时与所述信号源VX的负端相连。
3.如权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于：所述三极管Q5的基级与所述信号源VY的正端相连，所述三极管Q6的基级与所述信号源VY的负端相连。
4.如权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于：所述第一负载电阻Rc1和第二负载电阻Rc2的阻值相等。
5.如权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于：所述第三负载电阻Re1和第四负载电阻Re2的阻值相等。
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