CN111208347A - 高速差分信号幅值检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高速差分信号幅值检测电路，包括第一输入信号端、第二输入信号端、与第一输入信号端及第二输入信号端相连的幅值计算电路、基准电压产生电路以及与幅值计算电路和基准电压产生电路相连的比较器，所述比较器的正相输入端与幅值计算电路相连，所述比较器的反相输入端与基准电压产生电路相连；所述第一输入信号端及第二输入信号端共同输入一对差分信号，所述幅值计算电路计算输入差分信号的幅值，得到差分信号的幅值电压，所述基准电压产生电路产生基准电压，所述比较器通过比较幅值电压与基准电压的大小产生输出电压，当幅值电压大于基准电压时，所述输出信号端为高电平；当幅值电压小于基准电压时，所述输出信号端为低电平。

Description

高速差分信号幅值检测电路
技术领域
本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种高速差分信号幅值检测电路。
背景技术
现有的差分信号幅值检测电路多是通过比较器对差分信号和基准电压进行比较来检测差分信号的幅值，在高速信号应用中，信号的频率变高，幅值变低，对于现有的结构来说，在将差分信号直接与基准电压做比较时，如果信号频率很高，且信号的幅值又比较低，这样就需要比较器有很高的增益，并且还需要很高的带宽才能正确的检测差分信号的幅值，而比较器要同时实现高增益和高带宽是比较困难的，现有的结构很难实现通过正确的比较来进行差分信号幅值的检测。
因此，有必要提供一种能够实现准确检测高速差分信号中幅值的高速差分信号幅值检测电路。
发明内容
本发明提供一种高速差分信号幅值检测电路，其主要目的在于可以实现高速差分信号中的幅值检测，且检测结果准确。
为实现上述目的，本发明提供一种高速差分信号幅值检测电路，包括第一输入信号端、第二输入信号端、与所述第一输入信号端及所述第二输入信号端相连的幅值计算电路、与所述第一输入信号端及所述第二输入信号端相连的基准电压产生电路以及与所述幅值计算电路和所述基准电压产生电路相连的比较器，所述比较器的正相输入端与所述幅值计算电路相连，所述比较器的反相输入端与所述基准电压产生电路相连；所述第一输入信号端及所述第二输入信号端共同输入一对差分信号至所述幅值计算电路和所述基准电压产生电路，所述幅值计算电路计算所述输入差分信号的幅值，得到差分信号的幅值电压，所述基准电压产生电路产生基准电压，所述比较器通过比较所述幅值电压与所述基准电压的大小产生输出电压至输出信号端，当所述幅值电压大于所述基准电压时，所述输出信号端为高电平；当所述幅值电压小于所述基准电压时，所述输出信号端为低电平。
可选地，所述幅值计算电路包括第一场效应管、第二场效应管、与所述第一场效应管相连的第三场效应管、与所述第三场效应管相连的第四场效应管、与所述第二输入信号端相连的第五场效应管、与所述第一输入信号端相连的第六场效应管、与所述第五场效应管相连的第一电阻及与所述第六场效应管和所述第一电阻相连的第二电阻；所述基准电压产生电路包括第七场效应管、与所述第一场效应管和所述第二场效应管相连的第八场效应管及连接于所述第七场效应管和所述第八场效应管之间的第三电阻。
可选地，所述第一场效应管的栅极、所述第二场效应管的栅极及所述第八场效应管的栅极共同连接偏置电压端，所述第一场效应管的漏极与所述第三场效应管的源极和所述第五场效应管的源极相连，形成第一节点电压。
可选地，所述第二场效应管的漏极与所述第四场效应管的源极和所述第六场效应管的源极相连，形成第二节点电压。
可选地，所述第三场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极及所述第二电阻的一端共同连接所述第一输入信号端，所述第三场效应管的漏极与所述第四场效应管的漏极相连，产生所述幅值电压；所述第四场效应管的栅极、所述第五场效应管的栅极及所述第一电阻的一端共同连接所述第二输入信号端；所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端相连，形成第三节点电压。
可选地，所述第七场效应管的栅极输入所述第三节点电压，其源极与所述第三电阻的一端相连，所述第八场效应管的漏极与所述第三电阻的另一端相连，并产生所述基准电压至所述比较器的反相输入端，所述幅值计算电路产生幅值电压至所述比较器的正相输入端，所述比较器的输出端为所述输出信号端。
可选地，所述第一场效应管、所述第二场效应管及所述第八场效应管的源极共同连接电源端，所述第五场效应管的漏极、所述第六场效应管的漏极及所述第七场效应管的漏极共同连接地端。
可选地，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第六场效应管、所述第七场效应管及所述第八场效应管均为P型场效应管。
可选地，所述第一场效应管、所述第二场效应管与所述第八场效应管形成电流镜像结构，所述偏置电压端为电流镜的偏置电压，所述第五场效应管与所述第六场效应管为差分信号输入管，所述第三场效应管与所述第四场效应管为两个开关电路，当所述第二输入信号端的电压小于所述第一输入信号端的电压时，所述第三场效应管不导通，所述第四场效应管导通，所述幅值电压等于所述第二节点电压；当所述第二输入信号端的电压大于所述第一输入信号端的电压时，所述第三场效应管导通，所述第四场效应管不导通，所述幅值电压等于所述第一节点电压，所述第三节点电压为所述差分信号的共模电压。
本发明提供的高速差分信号幅值检测电路，能够准确检测高速差分信号中输入差分信号的幅值。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的高速差分信号幅值检测电路的结构框图；
图2为本发明一实施例提供的高速差分信号幅值检测电路的具体电路结构图；
图3为本发明一实施例提供的高速差分信号幅值检测电路的信号波形示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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。
本发明提供一种高速差分信号幅值检测电路。参照图1所示，为本发明一实施例提供的高速差分信号幅值检测电路的结构框图。
如图1所示，本发明高速差分信号幅值检测电路包括第一输入信号端IP、第二输入信号端IN、与所述第一输入信号端IP及所述第二输入信号端IN相连的幅值计算电路、与所述第一输入信号端IP及所述第二输入信号端IN相连的基准电压产生电路及与所述幅值计算电路和所述基准电压产生电路相连的比较器，所述比较器的正相输入端与所述幅值计算电路相连，所述比较器的反相输入端与所述基准电压产生电路相连；所述第一输入信号端IP及所述第二输入信号端IN共同输入一对差分信号至所述幅值计算电路和所述基准电压产生电路，所述幅值计算电路计算所述输入差分信号的幅值，得到差分信号的幅值电压VH，所述基准电压产生电路产生基准电压VREF，所述比较器通过比较所述幅值电压VH与所述基准电压VREF的大小产生输出电压至输出信号端VO，当所述幅值电压VH大于所述基准电压VREF时，所述输出信号端VO为高电平；当所述幅值电压VH小于所述基准电压VREF时，所述输出信号端VO为低电平。
请同时参阅图2，图2为本发明一实施例提供的高速差分信号幅值检测电路的具体电路结构图。在本实施例中，所述幅值计算电路包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、与所述第一场效应管M1相连的第三场效应管M3、与所述第三场效应管M3相连的第四场效应管M4、与所述第二输入信号端IN相连的第五场效应管M5、与所述第一输入信号端IP相连的第六场效应管M6、与所述第五场效应管M5相连的第一电阻R1及与所述第六场效应管M6和所述第一电阻R1相连的第二电阻R2；所述基准电压产生电路包括第七场效应管M7、与所述第一场效应管M1和所述第二场效应管M2相连的第八场效应管M8及连接于所述第七场效应管M7和所述第八场效应管M8之间的第三电阻R3。
本发明一实施例提供的高速差分信号幅值检测电路的具体电路连接关系如下：所述第一场效应管M1的栅极、所述第二场效应管M2的栅极及所述第八场效应管M8的栅极共同连接偏置电压端VB，所述第一场效应管M1的漏极与所述第三场效应管M3的源极和所述第五场效应管M5的源极相连，形成第一节点电压VN；所述第二场效应管M2的漏极与所述第四场效应管M4的源极和所述第六场效应管M6的源极相连，形成第二节点电压VP；所述第三场效应管M3的栅极、所述第六场效应管M6的栅极及所述第二电阻R2的一端共同连接所述第一输入信号端IP，所述第三场效应管M3的漏极与所述第四场效应管M4的漏极相连，产生所述幅值电压VH；所述第四场效应管M4的栅极、所述第五场效应管M5的栅极及所述第一电阻R1的一端共同连接所述第二输入信号端IN；所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的另一端相连，形成第三节点电压VA；所述第七场效应管M7的栅极输入所述第三节点电压VA，其源极与所述第三电阻R3的一端相连，所述第八场效应管M8的漏极与所述第三电阻R3的另一端相连，并产生所述基准电压VREF至所述比较器的反相输入端，所述幅值计算电路产生幅值电压VH至所述比较器的正相输入端，所述比较器的输出端为所述输出信号端VO；所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2及所述第八场效应管M8的源极共同连接电源端VDD，所述第五场效应管M5的漏极、所述第六场效应管M6的漏极及所述第七场效应管M7的漏极共同连接地端GND。
其中，在本实施例中，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第六场效应管、所述第七场效应管及所述第八场效应管均为P型场效应管，在其他实施例中，上述场效应管可以为其他结构可以实现相同功能的元器件，并不限于此。
本发明高速差分信号幅值检测电路的工作原理如下：所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2与所述第八场效应管M8形成电流镜像结构，所述偏置电压端VB为电流镜的偏置电压，所述第五场效应管M5与所述第六场效应管M6为差分信号输入管，所述第三场效应管M3与所述第四场效应管M4为两个开关电路，当所述第二输入信号端IN的电压小于所述第一输入信号端IP的电压时，所述第三场效应管M3不导通，所述第四场效应管M4导通，所述幅值电压VH等于所述第二节点电压VP，VH=VGS+IP；当所述第二输入信号端IN的电压大于所述第一输入信号端IP的电压时，所述第三场效应管M3导通，所述第四场效应管M4不导通，所述幅值电压VH等于所述第一节点电压VN，VH=VGS+IN；即
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，所述幅值电压VH等于输入差分信号的最大值加VGS；假设第一电阻R1与第二电阻R2的电阻值为R，则可以得到所述第三节点电压
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，即所述第三节点电压VA为差分信号的共模电压。
所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2与所述第八场效应管M8形成的电流镜像结构提供到所述第三电阻R3的电流为I1，可以得到所述基准电压
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，其中
Figure 457348DEST_PATH_IMAGE003
即
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；所述比较器比较所述基准电压VREF和所述幅值电压VH，当VREF=VH时，则为比较器的翻转电压，即
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，而
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为差分信号幅值的一半；则当差分幅值小于2*I1*R3时，所述输出信号端VO的输出电压为0，当差分幅值大于2*I1*R3时，所述输出信号端VO的输出电压为1，从而实现高速差分信号幅值的检测。
请继续参阅图3，图3为本发明一实施例提供的高速差分信号幅值检测电路的信号波形示意图，所述第一输入信号端IP输入的差分信号波形为实线，所述第二输入信号端IN输入的差分信号波形为虚线，通过图2电路产生所述幅值电压VH，使所述幅值电压VH等于
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，相当于把差分信号的幅值转换为一个直流电压信号，通过图2电路产生的所述基准电压VREF等于
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，利用这两个直流电压信号作比较得到所述输出信号端VO的输出电压，当输出信号为1时则表示差分信号幅值大于2*I1*R3，当输出信号为0则表示差分信号幅值小于2*I1*R3，从而实现准确检测输入差分信号的幅值。
本发明提供的高速差分信号幅值检测电路，能够准确检测高速差分信号中输入差分信号的幅值，电路结构简单，检测结果准确。
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。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种高速差分信号幅值检测电路，其特征在于：所述高速差分信号幅值检测电路包括第一输入信号端、第二输入信号端、与所述第一输入信号端及所述第二输入信号端相连的幅值计算电路、与所述第一输入信号端及所述第二输入信号端相连的基准电压产生电路以及与所述幅值计算电路和所述基准电压产生电路相连的比较器，所述比较器的正相输入端与所述幅值计算电路相连，所述比较器的反相输入端与所述基准电压产生电路相连；所述第一输入信号端及所述第二输入信号端共同输入一对差分信号至所述幅值计算电路和所述基准电压产生电路，所述幅值计算电路计算所述输入差分信号的幅值，得到差分信号的幅值电压，所述基准电压产生电路产生基准电压，所述比较器通过比较所述幅值电压与所述基准电压的大小产生输出电压至输出信号端，当所述幅值电压大于所述基准电压时，所述输出信号端为高电平；当所述幅值电压小于所述基准电压时，所述输出信号端为低电平。
2.如权利要求1所述的高速差分信号幅值检测电路，其特征在于，所述幅值计算电路包括第一场效应管、第二场效应管、与所述第一场效应管相连的第三场效应管、与所述第三场效应管相连的第四场效应管、与所述第二输入信号端相连的第五场效应管、与所述第一输入信号端相连的第六场效应管、与所述第五场效应管相连的第一电阻及与所述第六场效应管和所述第一电阻相连的第二电阻；所述基准电压产生电路包括第七场效应管、与所述第一场效应管和所述第二场效应管相连的第八场效应管及连接于所述第七场效应管和所述第八场效应管之间的第三电阻。
3.如权利要求2所述的高速差分信号幅值检测电路，其特征在于，所述第一场效应管的栅极、所述第二场效应管的栅极及所述第八场效应管的栅极共同连接偏置电压端，所述第一场效应管的漏极与所述第三场效应管的源极和所述第五场效应管的源极相连，形成第一节点电压。
4.如权利要求3所述的高速差分信号幅值检测电路，其特征在于，所述第二场效应管的漏极与所述第四场效应管的源极和所述第六场效应管的源极相连，形成第二节点电压。
5.如权利要求4所述的高速差分信号幅值检测电路，其特征在于，所述第三场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极及所述第二电阻的一端共同连接所述第一输入信号端，所述第三场效应管的漏极与所述第四场效应管的漏极相连，产生所述幅值电压；所述第四场效应管的栅极、所述第五场效应管的栅极及所述第一电阻的一端共同连接所述第二输入信号端；所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端相连，形成第三节点电压。
6.如权利要求5所述的高速差分信号幅值检测电路，其特征在于，所述第七场效应管的栅极输入所述第三节点电压，其源极与所述第三电阻的一端相连，所述第八场效应管的漏极与所述第三电阻的另一端相连，并产生所述基准电压至所述比较器的反相输入端，所述幅值计算电路产生幅值电压至所述比较器的正相输入端，所述比较器的输出端为所述输出信号端。
7.如权利要求2所述的高速差分信号幅值检测电路，其特征在于，所述第一场效应管、所述第二场效应管及所述第八场效应管的源极共同连接电源端，所述第五场效应管的漏极、所述第六场效应管的漏极及所述第七场效应管的漏极共同连接地端。
8.如权利要求2所述的高速差分信号幅值检测电路，其特征在于，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第六场效应管、所述第七场效应管及所述第八场效应管均为P型场效应管。
9.如权利要求6所述的高速差分信号幅值检测电路，其特征在于，所述第一场效应管、所述第二场效应管与所述第八场效应管形成电流镜像结构，所述偏置电压端为电流镜的偏置电压，所述第五场效应管与所述第六场效应管为差分信号输入管，所述第三场效应管与所述第四场效应管为两个开关电路，当所述第二输入信号端的电压小于所述第一输入信号端的电压时，所述第三场效应管不导通，所述第四场效应管导通，所述幅值电压等于所述第二节点电压；当所述第二输入信号端的电压大于所述第一输入信号端的电压时，所述第三场效应管导通，所述第四场效应管不导通，所述幅值电压等于所述第一节点电压，所述第三节点电压为所述差分信号的共模电压。
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