CN111258944A - 一种信号接收电路及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信号接收电路，主要解决现有USB CC线上的BMC信号失真的问题。该电路包括一低通滤波网络，用于滤除BMC信号的高频噪声；一高通滤波网络，用于采样BMC信号的峰峰值Vpeak_ac；一高电压信号获取网络，用于获取高电压信号VREFH；一低电压信号获取网络，用于获取低电压信号VREFL；两个传输门，分别用于传输高电压信号VREFH和低电压信号VREFL；一比较器，比较器的负端同时连接两个传输门，比较器的负端INN接入峰峰值Vpeak_ac叠加后的信号，比较器的输出端输出信号BMC_IN。本发明的USB PD通信的BMC信号的接收电路能够接收不同等级的功率传输情况下的USB PD通信BMC信号，可以有效解决不同电源电压工作下，比较器工作点偏移的问题，减小USB CC线上的BMC信号失真度。

Description

一种信号接收电路及其实现方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体地说，是涉及一种信号接收电路及其实现方法。
背景技术
随着电子技术的发展，USB接口在电子设备中的角色也发生了演变。USB接口在诞生初期，以数据传输为主要功能，附带极为有限的供电能力。然而现在，USB的电能传送已上升到与数据传输同等重要的地位。USB逐渐成为电子设备的一个标准配置接口。每天，数以亿计的便携式电子产品，MP3播放器、智能手机、平板电脑和智能穿戴设备等，通过USB接口获取电能。
从USB 1.0发展到USB BC 1.2，USB接口的供电能力，也从5V/500mA提升到5V/1.5A，满足了许多便携式电子产品的供电需求。尽管如此，仍然有许多功率稍大的电子设备，如笔记本电脑、PC液晶显示屏等，无法通过USB接口获取得到维持其工作的足够功率。此外，部分有产业远见的科技人员，希望用USB接口替代电子设备中的其他供电接口，使得产品的集成度更高，成本更低，还能优化整个电子产业生态圈，减少各种供电适配器和输电线缆的浪费。于是，支持更大功率传输的USB PD(Power Delivery)协议应运而生。USB PD支持多种电压电流组态，最大可支持100W(20V/5A)的功率传输，同时支持供电角色切换，使得相当大的一部分电子设备又囊括到USB供电的生态圈里面。
同时，在集成电路USB PD通信的BMC信号传输过程当中，作为信号接收端，必须准确无误地接收每一个比特的信号，但是考虑到PD通信时，电源线和地线上是有很大的电流，从而会造成较大的压降，使得USB CC线上的BMC信号失真。
发明内容
本发明的目的在于提供一种信号接收电路及其实现方法，主要解决现有USB CC线上的BMC信号失真的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种信号接收电路，包括一低通滤波网络，用于滤除BMC信号的高频噪声；一高通滤波网络，用于采样BMC信号的峰峰值Vpeak_ac；一高电压信号获取网络，用于获取高电压信号VREFH；一低电压信号获取网络，用于获取低电压信号VREFL；两个传输门，分别用于传输高电压信号VREFH和低电压信号VREFL；一比较器，比较器的负端同时连接两个传输门，比较器的负端INN接入峰峰值Vpeak_ac叠加后的信号，比较器的输出端输出信号BMC_IN。
进一步地，所述低通滤波网络包括电阻RLPF，以及与电阻RLPF相连且另一端接地的电容CLPF；其中，电阻RLPF与电容CLPF的连接节点作为输出节点与高通滤波网络相连。
进一步地，所述高通滤波网络包括与低通滤波网络的输出节点相连的电容CHPF，以及串联后中间节点B与电容CHPF的另一端相连的电阻R2、R5；其中，节点B与比较器的正端相连。
进一步地，所述高电压信号获取网络包括串联后中间节点为A且一端接VDD另一端接地的电阻R1、R4，以及正端接VDD、负端接节点A的电流源IREF1；其中，节点A与一个传输门相连。
进一步地，所述高电压信号获取网络包括串联后中间节点为C且一端接VDD另一端接地的电阻R3、R6，以及正端接VDD、负端接节点C的电流源IREF1；其中，节点C与另一个传输门相连。
基于上述的一种信号接收电路，本发明还提供了一种信号接收电路实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S1)利用低通滤波网络对待接收信号进行滤波，滤除高频噪声，再利用高频滤波网络采样待接收信号的峰峰值；
(S2)分别获得节点A、节点B、节点C的电压；
(S3)通过比较器判断节点B的电压信号幅值的峰峰值是否在节点C与节点A的信号幅之间，并输出接收信号。
具体地，所述BMC信号从与电阻RLPF一端相连的CC引脚输入，经过RLPF和CLPF组成的低通滤波网络，滤除BMC信号的高频噪声；再经过CHPF和R2与R5并联等效电阻组成高频滤波网络之后，将BMC信号的峰峰值Vpeak_ac采样出来；
具体地，使R1＝R2＝R3，R4＝R5＝R6，获得节点B的电压INP＝VDD*R4/(R1+R4)+|Vpeak_ac|＝VDD*K+|Vpeak_ac|，即INP信号峰峰值为2*|Vpeak_ac|，共模电压为VDD*K，信号频率为CC引脚输入信号的频率；获得节点A的电压为VREFH＝(VDD/R1+IREF1)*R1//R4＝VDD*K+IREF1*R1*K，获得节点C的电压为VREFL＝(VDD/R1-IREF2)*R1//R4＝VDD*K-IREF2*R1*K；
其中K＝R4/(R1+R4)，R1//R4＝R1*R4/(R1+R4)，IREF1＝IREF2＝IREF；
具体地，通过比较器比较判断INP信号幅值是否落在-IREF*R1*K～+IREF*R1*K电压范围，如果INP信号峰峰值超过-IREF*R1*K～+IREF*R1*K电压范围，即|Vpeak_ac|大于等于IREF*R1*K，则比较器输出结果BMC_IN＝1，如果INP信号峰峰值没有超过-IREF*R1*K～+IREF*R1*K电压范围，即|Vpeak_ac|小于IREF*R1*K，比较器输出结果BMC_IN＝0，实现BMC信号的接收。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用低通滤波网络和高通滤波网络形成带通滤波器的方法对CC线上的BMC信号进行采样，然后叠加到一个共模电压上，并且和参考电压比较，转换成一个数字信号，完成BMC信号的接收。并且，能够接收不同等级的功率传输情况下的USB PD通信BMC信号，从而完成PD通信。同时，本发明将叠加的共模电平设置成VDD*K，可以有效解决不同电源电压工作下，比较器工作点偏移的问题，减小USB CC线上的BMC信号失真度。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明-实施例的电路实现过程中四组信号的波形图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1所示，本发明公开的一种信号接收电路，该电路由电阻R1～R6，RLPF，电容CLPF、CHPF，以及两个电流源IREF1、IREF2，两个传输门和比较器构成。CC引脚为BMC信号输入，经过电阻RLPF连接到电容CLPF，电容CLPF另一端接地，构成低通滤波网络，滤除BMC信号的高频噪声。低通滤波网络输出节点接电容CHPF一端，电容CHPF另一端接电阻R2和R5的公共节点B，电容CHPF和电阻R2与电阻R5并联等效电阻组成高频滤波网络，将BMC信号的峰峰值Vpeak_ac采样出来，然后叠加到节点B上。电阻R1和R4串联，中间节点为A，电阻R2和R5串联，中间节点为B，电阻R3和R6串联，中间节点为C，其中R1＝R2＝R3，R4＝R5＝R6。电流源IREF1正端接电源VDD，负端接节点A，电流从VDD流向节点A，节点A电压为VREFH，IREF2正端接节点C，负端接地，电流从节点C流向地，节点C电压为VREFL。节点A和C通过两个传输门接到比较器负端INN，节点B连接到比较器正端输入INP，比较器输出为BMC_IN。
首先，所述BMC信号从与电阻RLPF一端相连的CC引脚输入，经过RLPF和CLPF组成的低通滤波网络，滤除BMC信号的高频噪声；再经过CHPF和R2与R5并联等效电阻组成高频滤波网络之后，将BMC信号的峰峰值Vpeak_ac采样出来，由于电阻R1＝R2＝R3，R4＝R5＝R6，获得节点B的电压INP＝VDD*R4/(R1+R4)+|Vpeak_ac|＝VDD*K+|Vpeak_ac|，即INP信号峰峰值为2*|Vpeak_ac|，共模电压为VDD*K，信号频率为CC引脚输入信号的频率。获得节点A的电压为VREFH＝(VDD/R1+IREF1)*R1//R4＝VDD*K+IREF1*R1*K，获得节点C的电压为VREFL＝(VDD/R1-IREF2)*R1//R4＝VDD*K-IREF2*R1*K；其中，K＝R4/(R1+R4)，R1//R4＝R1*R4/(R1+R4)，IREF1＝IREF2＝IREF。
然后通过比较器比较判断INP信号幅值是否落在-IREF*R1*K～+IREF*R1*K电压范围，如果INP信号峰峰值超过-IREF*R1*K～+IREF*R1*K电压范围，即|Vpeak_ac|大于等于IREF*R1*K，则比较器输出结果BMC_IN＝1，如果INP信号峰峰值没有超过-IREF*R1*K～+IREF*R1*K电压范围，即|Vpeak_ac|小于IREF*R1*K，比较器输出结果BMC_IN＝0，由此实现BMC信号的接收。
如图2所示为电路中四组信号的波形图，BMC信号为CC引脚上的输入信号，实线为较小功率传输时的信号，虚线为较大功率传输时由于传输线的压降导致BMC信号的共模电平有偏移；BMC_AC信号为BMC信号经过低通滤波网络和高通滤波网络后采样出来的交流信号，幅度为Vpeak_ac；INP信号为BMC_AC信号叠加到共模电平VDD*K上后的输出信号，该信号共模电平为VDD*K，幅度为Vpeak_ac；BMC_IN信号是比较器输出信号，由于INP信号幅度超过了IREF*K*R1，所以BMC_IN信号为最终采样后的BMC信号。
通过上述设计，本发明的USB PD通信的BMC信号的接收电路能够接收不同等级的功率传输情况下的USB PD通信BMC信号，从而完成PD通信。同时，本发明将叠加的共模电平设置成VDD*K，可以有效解决不同电源电压工作下，比较器工作点偏移的问题，减小USB CC线上的BMC信号失真度。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种信号接收电路，其特征在于，包括
一低通滤波网络，用于滤除BMC信号的高频噪声；
一高通滤波网络，用于采样BMC信号的峰峰值；
一高电压信号获取网络，用于获取高电压信号；
一低电压信号获取网络，用于获取低电压信号；
两个传输门，分别用于传输高电压信号和低电压信号；
一比较器，比较器的负端同时连接两个传输门，比较器的负端接入峰峰值叠加后的信号，比较器的输出端输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种信号接收电路，其特征在于，所述低通滤波网络包括电阻RLPF，以及与电阻RLPF相连且另一端接地的电容CLPF；其中，电阻RLPF与电容CLPF的连接节点作为输出节点与高通滤波网络相连。
3.根据权利要求2所述的一种信号接收电路，其特征在于，所述高通滤波网络包括与低通滤波网络的输出节点相连的电容CHPF，以及串联后中间节点B与电容CHPF的另一端相连的电阻R2、R5；其中，节点B与比较器的正端相连。
4.根据权利要求3所述的一种信号接收电路，其特征在于，所述高电压信号获取网络包括串联后中间节点为A且一端接VDD另一端接地的电阻R1、R4，以及正端接VDD、负端接节点A的电流源IREF1；其中，节点A与一个传输门相连。
5.根据权利要求4所述的一种信号接收电路，其特征在于，所述高电压信号获取网络包括串联后中间节点为C且一端接VDD另一端接地的电阻R3、R6，以及正端接VDD、负端接节点C的电流源IREF1；其中，节点C与另一个传输门相连。
6.如权利要求1～5任一项所述的一种信号接收电路的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S1)利用低通滤波网络对待接收信号进行滤波，滤除高频噪声，再利用高频滤波网络采样待接收信号的峰峰值；
(S2)分别获得节点A、节点B、节点C的电压；
(S3)通过比较器判断节点B的电压信号幅值的峰峰值是否在节点C与节点A的信号幅之间，并输出接收信号。
7.根据权利要求6所述的一种信号接收电路的实现方法，其特征在于，在步骤(S1)中，所述待接收信号的峰峰值具体采样方法为：
将BMC信号从与电阻RLPF一端相连的CC引脚输入，经过RLPF和CLPF组成的低通滤波网络，滤除BMC信号的高频噪声；再经过CHPF和R2与R5并联等效电阻组成高频滤波网络之后，将BMC信号的峰峰值Vpeak_ac采样出来。
8.根据权利要求7所述的一种信号接收电路的实现方法，其特征在于，在步骤(S2)中，所述节点A、节点B、节点C的电压的具体计算方法如下：
使R1＝R2＝R3，R4＝R5＝R6，获得节点B的电压INP＝VDD*R4/(R1+R4)+|Vpeak_ac|＝VDD*K+|Vpeak_ac|，即INP信号峰峰值为2*|Vpeak_ac|，共模电压为VDD*K，信号频率为CC引脚输入信号的频率；获得节点A的电压为VREFH＝(VDD/R1+IREF1)*R1//R4＝VDD*K+IREF1*R1*K，获得节点C的电压为VREFL＝(VDD/R1-IREF2)*R1//R4＝VDD*K-IREF2*R1*K；
其中，K＝R4/(R1+R4)，R1//R4＝R1*R4/(R1+R4)，IREF1＝IREF2＝IREF。
9.根据权利要求8所述的一种信号接收电路的实现方法，其特征在于，在步骤(S3)中，所述BMC信号的具体接收方法如下：
通过比较器比较判断INP信号幅值是否落在-IREF*R1*K～+IREF*R1*K电压范围，如果INP信号峰峰值超过-IREF*R1*K～+IREF*R1*K电压范围，即|Vpeak_ac|大于等于IREF*R1*K，则比较器输出结果BMC_IN＝1，如果INP信号峰峰值没有超过-IREF*R1*K～+IREF*R1*K电压范围，即|Vpeak_ac|小于IREF*R1*K，比较器输出结果BMC_IN＝0，实现BMC信号的接收。
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