CN108233883A - 信号幅度的控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种信号幅度的控制装置，包括可变增益放大器，以及连接到可变增益放大器的差分信号峰值检波器。差分信号峰值检波器进一步包括差分参考电压源；电压比较器，电压比较器的输入端与差分参考电压源和可变增益放大器的输出端连接；电荷泵，电荷泵的输入端与电压比较器的输出端连接；以及低通滤波器，低通滤波器的输入端与电荷泵的输出端连接，并且低通滤波器的输出端连接到可变增益放大器的增益控制端。本发明的信号幅度的控制装置通过使用电压比较器和电荷泵，能够适用于任意调制方案以及任意频段，并且能够满足各种不同的精度要求。

Description

信号幅度的控制装置
技术领域
本发明涉及集成电路设计，尤其涉及一种信号幅度的控制装置。
背景技术
在多数无线接收机中，输入到解调器的信号的幅度对无线接收机的性能有很大影响。如果信号幅度太大，会导致解调器饱和。如果信号幅度太小，会恶化信噪比。因此，在无线接收机中，必须对要被输入到解调器的信号的幅度进行控制，以将信号幅度控制在一个特定的值。
一般，通过检波器与可变增益放大器(VGA)共同来对要被输入到解调器的信号的幅度进行控制。检波器用来检测可变增益放大器的输出信号的幅度，并产生相应的直流(DC)电压，以对可变增益放大器的增益进行调节，从而将要被输入到解调器的信号的幅度放大至所需的大小。目前，存在有两种典型的解决方案来实现信号幅度的控制。
现有的第一种解决方案：
图1显示了作为现有的第一种解决方案的信号幅度的控制装置100的结构示意图。如图1所示，现有的信号幅度的控制装置100包括可变增益放大器110和检波器120，其中检波器120进一步包括A/D转换器121、逻辑块122和D/A转换器123。
现有的控制装置100使用A/D转换器121输出的数字信号峰值电压来调整可变增益放大器110的电压增益，从而达到控制信号幅度的目的。
采用这种解决方案，虽然灵活可控，但前提是必须有A/D转换器121。
现有的第二种解决方案：
图2显示了作为现有的第二种解决方案的信号幅度的控制装置200的结构示意图。如图2所示，现有的信号幅度的控制装置200包括可变增益放大器210和检波器220，其中检波器220进一步包括整流器221、低通滤波器(LPF)222和运算放大器223。
现有的控制装置200使用整流器221和低通滤波器222来得到电压均方根值，然后利用运算放大器223来构成负反馈回路，将经由整流器221和低通滤波器222获得的电压均方根值转换为参考电压值Vref。
采用该解决方案，需要确定峰值电压与经由整流器221和低通滤波器222获得的电压均方根值之间的相互关系。另外，利用低通滤波器来获得电压均方根值，较难达到高精度的要求。
由于现有的信号幅度的控制方案均有其局限性，因此需要一种新型的技术解决方案。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种信号幅度的控制装置。本发明的信号幅度的控制装置能够适用于任意调制方案以及任意频段，并且能够满足各种不同的精度要求。
根据本发明的一个方面，提供一种信号幅度的控制装置，包括：
可变增益放大器，所述可变增益放大器根据增益量对接收到的输入信号的信号幅度进行控制；以及
连接到所述可变增益放大器的差分信号峰值检波器，所述差分信号峰值检波器根据所述可变增益放大器的输出信号，调节所述可变增益放大器的所述增益量；
其中，所述差分信号峰值检波器进一步包括：
差分参考电压源，所述差分参考电压源提供参考电压；
电压比较器，所述电压比较器的输入端与所述差分参考电压源和所述可变增益放大器的输出端连接，所述电压比较器将所述可变增益放大器的所述输出信号的电压与所述参考电压进行比较，并且根据比较结果输出脉冲信号；
电荷泵，所述电荷泵的输入端与所述电压比较器的输出端连接，所述电荷泵根据所述电压比较器输出的所述脉冲信号进行充电或放电，以输出控制信号；以及
低通滤波器，所述低通滤波器的输入端与所述电荷泵的输出端连接，并且所述低通滤波器的输出端连接到所述可变增益放大器的增益控制端，所述低通滤波器在滤除所述电荷泵输出的所述控制信号中的高频信号后，将其馈送到所述可变增益放大器的所述增益控制端。
进一步地，在本发明的信号幅度的控制装置中，所述差分参考电压源进一步包括带隙基准电压源以及电位选择器，其中所述电位选择器的输入端与所述带隙基准电压源连接，并且所述电位选择器的输出端连接到所述电压比较器的输入端。1.无需A/D转换器。
通过采用本发明的信号幅度的控制装置，无需A/D转换器，只需正确使用比较器和电荷泵，即可适用于任意调制方案、任意频段，并且能够满足各种不同的精度要求。另外，由于电荷泵的输出范围非常大，因此能够与各种可变增益放大器协同工作，以满足不同的控制电压需求。进一步地，通过调整电荷泵的电流值或电容值，可改变建立时间，从而实现快速建立。
附图说明
图1显示了作为现有的第一种解决方案的信号幅度的控制装置的结构示意图；
图2显示了作为现有的第二种解决方案的信号幅度的控制装置的结构示意图；
图3显示了根据本发明的实施例的信号幅度的控制装置的结构示意图；
图4显示了各端口处的电压电流的波形示意图。
具体实施方式
下文将参考附图描述根据本发明的实施例。
图3显示了根据本发明的实施例的信号幅度的控制装置300的结构示意图。如图3所示，本发明的信号幅度的控制装置300包括可变增益放大器310和差分信号峰值检波器320。可变增益放大器310在其输入端接收输入信号，并且根据可变增益放大器310的增益量对接收到的输入信号的信号幅度进行控制。差分信号峰值检波器320的输入端与可变增益放大器310的输出端连接。差分信号峰值检波器320的输出端连接到可变增益放大器310的增益控制端。差分信号峰值检波器320根据可变增益放大器310的输出信号，调节可变增益放大器310的增益量。
下面，将结合图4来具体说明差分信号峰值检波器320中的各个部件。图4显示了各端口处的电压电流的波形示意图。
如图3所示，差分信号峰值检波器320进一步包括差分参考电压源321、电压比较器322、电荷泵323以及低通滤波器324。
差分参考电压源321提供如图4所示的参考电压Vref。差分参考电压源321可以采用各种现有的手段来产生参考电压Vref，并将产生的参考电压Vref输出到电压比较器322。
在本发明中，如图3所示，差分参考电压源321包括带隙基准电压源3211以及电位选择器3212。电位选择器3212的输入端与带隙基准电压源3211连接，并且电位选择器3212的输出端连接到电压比较器的输入端。
差分参考电压源321通过采用带隙基准电压源3211以及电位选择器3212，能够提供精确稳定的数字可选的参考电压Vref。
电压比较器322的输入端与差分参考电压源321和可变增益放大器310的输出端连接。电压比较器322将可变增益放大器310输出的输出信号(差分信号)的电压与差分参考电压源321输出的参考电压Vref进行比较，并且根据比较结果输出脉冲信号。
当可变增益放大器310的输出信号的电压(差分信号的幅度)超过差分参考电压源321输出的参考电压Vref时，电压比较器322输出脉冲信号，以控制电荷泵323。反之，电压比较器322不输出脉冲信号。如图4所示，由于可变增益放大器310输出的差分信号的峰值电压超过参考电压Vref，因此电压比较器322输出脉冲信号。
电荷泵323的输入端与电压比较器322的输出端连接。电荷泵323根据电压比较器322输出的脉冲信号进行充电或放电，以输出控制信号。
当有来自电压比较器322的脉冲信号输入到电荷泵323时，电荷泵323在其输出端以如图4所示的电流Idn放电。当没有来自电压比较器322的脉冲信号输入到电荷泵323时，电荷泵323在其输出端以如图4所示的电流Iup充电。
在平衡状态下，电荷泵323的输出端总体的充电电荷等于放电电荷，以保证DC电压不变，如图4所示。通过设计好的脉宽调制，来建立峰值电压幅度和参考电压的相互关系。
峰值电压幅度和参考电压之间的关系如以下公式(1)所示：
峰值电压幅度＝α×Vref (1)
在上述公式(1)中，α为n的函数，n为Idn/Iup的比值。
另外，输入信号的波形由调制方案决定。若输入信号的波形为正弦波，可通过计算得到α。但是，在多数情况下，输入信号的波形是随机的，因此α较难准确表示。
由于峰值电压总是大于Vref，因此α始终大于1。可通过选择较大的n值来使α非常接近于1。直观解释为，放电电流越大，所需的等效充电电流脉冲越小，这样峰值电压幅度越接近Vref。
在本发明中，通过选择相应的n，可满足各种不同的精度要求。实际中，n的合理范围约为10～100之间。
电荷泵323由于其本身是有意造成的不匹配，因此无Iup与Idn失配的问题。因此，电荷泵323只需简单设计即可有效的工作，并可实现很大的电压输出范围。
由于电荷泵323的输出范围非常大，其可与各种可变增益放大器310协同工作，以满足不同的控制电压需求。
另外，通过调整电荷泵323的电流Iup和Idn的值或电容值，可改变建立时间，从而实现快速建立。
低通滤波器324的输入端与电荷泵323的输出端连接，并且低通滤波器324的输出端连接到可变增益放大器310的增益控制端。低通滤波器324在滤除电荷泵323输出的控制信号中的高频信号后，将其馈送到可变增益放大器310的增益控制端，以调节可变增益放大器310的增益。
通过采用本发明的信号幅度的控制装置300，无需A/D转换器，并且只需使用正确比较器和电荷泵，即可应用于任意调制方案、任意频段。
虽然经过对本发明结合具体实施例进行描述，对于本技术领域的技术人员，根据上文的叙述后作出的许多替代、修改与变化将是显而易见。因此，当这样的替代、修改和变化落入附后的权利要求的精神和范围之内时，应该被包括在本发明中。

Claims (2)

1.一种信号幅度的控制装置，其特征在于，包括：
可变增益放大器，所述可变增益放大器根据增益量对接收到的输入信号的信号幅度进行控制；以及
连接到所述可变增益放大器的差分信号峰值检波器，所述差分信号峰值检波器根据所述可变增益放大器的输出信号，调节所述可变增益放大器的所述增益量；
其中，所述差分信号峰值检波器进一步包括：
差分参考电压源，所述差分参考电压源提供参考电压；
电压比较器，所述电压比较器的输入端与所述差分参考电压源和所述可变增益放大器的输出端连接，所述电压比较器将所述可变增益放大器的所述输出信号的电压与所述参考电压进行比较，并且根据比较结果输出脉冲信号；
电荷泵，所述电荷泵的输入端与所述电压比较器的输出端连接，所述电荷泵根据所述电压比较器输出的所述脉冲信号进行充电或放电，以输出控制信号；以及
低通滤波器，所述低通滤波器的输入端与所述电荷泵的输出端连接，并且所述低通滤波器的输出端连接到所述可变增益放大器的增益控制端，所述低通滤波器在滤除所述电荷泵输出的所述控制信号中的高频信号后，将其馈送到所述可变增益放大器的所述增益控制端。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述差分参考电压源进一步包括带隙基准电压源以及电位选择器，其中所述电位选择器的输入端与所述带隙基准电压源连接，并且所述电位选择器的输出端连接到所述电压比较器的输入端。
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