CN111585571B - 一种高速adc中输入信号幅度的快速检测模块及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速ADC中输入信号幅度的快速检测模块及检测方法，所述检测模块包括：差分信号输入端口，用于接收的待检测差分信号，并同时传输给第一检测电路和第二检测电路；第一差分参考输入端口，用于接收第一差分参考信号传输给第一检测电路；第二差分参考输入端口，用于接收第二差分参考信号传输给第二检测电路；第一检测电路，用于接收待检测差分信号和第一差分参考信号，并进行幅度比较，输出高电平或低电平作为检测结果；第二检测电路，用于接收待检测差分信号和第二差分参考信号，并进行幅度比较，输出高电平或低电平作为检测结果。本发明能够快速检测出ADC的输入信号是否出现超量程情况，为调整ADC前段链路的各级增益提供了依据。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术，特别是涉及一种高速ADC中输入信号幅度的快速检测模块及检测方法。
背景技术
随着计算机技术、通信技术和微电子技术的高速发展，大大促进了ADC技术的发展，ADC作为模拟量与数据量接口的关键部件，广泛应用于各领域，在信息技术中起着重要作用。ADC同计算机一样，经历了低速到高速的发展过程。ADC的低速(转换时间大于300uS )结构有积分型、斜坡型、跟踪型;ADC的中速(转换时间在1uS-300uS )结构有逐次逼近型;ADC的高速(转换时间小于1uS)结构有闪烁型、分区式等。这些不同的结构满足了实际应用的广泛性和多样性的需求，其中高速ADC已成为决定诸如雷达、通信、电子对抗、航天航空、导弹、测控、地展、医疗、仪器仪表、图象、高性能控制器及数字通信系统等现代化电子设备性能的重要环节。
在高速ADC系统应用中，快速检测出ADC的输入信号幅度，对系统及时调整ADC前段链路的各级增益，避免ADC输入端出现超量程情况具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高速ADC中输入信号幅度的快速检测模块及检测方法，能够快速检测出ADC的输入信号是否出现超量程情况。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高速ADC中输入信号幅度的快速检测模块，差分信号输入端口、第一差分参考输入端口、第二差分参考输入端口、第一检测电路和第二检测电路；
所述差分信号输入端口，用于接收的待检测差分信号，并同时传输给第一检测电路和第二检测电路；
所述第一差分参考输入端口，用于接收第一差分参考信号传输给第一检测电路，所述第一差分参考信号对应于允许的差分信号量程上限；
所述第二差分参考输入端口，用于接收第二差分参考信号传输给第二检测电路，所述第二差分参考信号对应于允许的差分信号量程下限；
所述第一检测电路，用于接收待检测差分信号和第一差分参考信号，并进行幅度比较，输出高电平或低电平作为检测结果；
所述第二检测电路，用于接收待检测差分信号和第二差分参考信号，并进行幅度比较，输出高电平或低电平作为检测结果；
当第一检测电路和第二检测电路均输出低电平时，则待检测的差分信号幅度未超过量程，当第一检测电路和第二检测电路中任一个输出高电平时，则待检测的差分信号幅度超过了量程。
其中，所述第一检测电路包括第一幅度检测器F1、第一锁存器L1和第一比较器U1；
待检测差分信号到达第一检测电路后，待检测差分信号的第一路差分输入通过第一MOS开关q1连接到第一幅度检测器F1，待检测差分信号的第二路差分输入通过第二MOS开关q2连接到第一幅度检测器F1；
第一差分参考信号到达第一检测电路后，第一差分参考信号的第一路差分输入通过第三MOS开关q3连接到第一MOS开关q1和第一幅度检测器F1之间；第一差分参考信号的第二路差分输入通过第四MOS开关q4连接到第二MOS开关q2和第一幅度检测器F1之间；
所述第一幅度检测器F1的输出端通过第五MOS开关q5连接到第一比较器U1的同相输入端，第一幅度检测器F1的输出端还通过第六MOS开关q6连接到第一锁存器L1，所述第一锁存器L1的输出端通过第七MOS开关q7连接到第一比较器U1的反相输入端；所述第一比较器U1的输出端即整个第一检测电路的输出端。
其中，所述第二检测电路包括第二幅度检测器F2、第二锁存器L2和第二比较器U2；
待检测差分信号到达第二检测电路后，待检测差分信号的第一路差分输入通过第八MOS开关q8连接到第二幅度检测器F2，待检测差分信号的第二路差分输入通过第九MOS开关q9连接到第二幅度检测器F2；
第二差分参考信号到达第二检测电路后，第二差分参考信号的第一路差分输入通过第十MOS开关q10连接到第八MOS开关q8和第二幅度检测器F2之间；第二差分参考信号的第二路差分输入通过第十一MOS开关q11连接到第九MOS开关q9和第二幅度检测器F2之间；
所述第二幅度检测器F2的输出端通过第十二MOS开关q12连接到第二比较器U2的反相输入端，第二幅度检测器F2的输出端还通过第十三MOS开关q13连接到第二锁存器L2，所述第二锁存器L2的输出端通过第十四MOS开关q14连接到第二比较器U2的同相输入端；所述第二比较器U2的输出端即整个第二检测电路的输出端。
其中，所述快速检测模块还包括控制单元，所述控制单元分别与第一MOS开关q1~第十四MOS开关q14的控制输入端连接，用于控制各个MOS开关的通断。
一种高速ADC中输入信号幅度的快速检测模块的检测方法，包括参考信号采集子步骤S1和输入信号检测子步骤S2；
所述参考信号采集子步骤S1包括：
S101.通过控制单元控制第一检测电路中的第一MOS开关q1、第二MOS开关q2、第五MOS开关q5、第七MOS开关q7断开，控制第三MOS开关q3、第四MOS开关q4和第六MOS开关q6闭合；
同时，通过控制单元控制第二检测电路中的第八MOS开关q8、第九MOS开关q9、第十二MOS开关q12和第十四MOS开关q14断开；控制第十MOS开关q10、第十一MOS开关q11和第十三MOS开关q13闭合；
S102.第一信号检测电路中，第一差分参考信号的第一路差分输入通过第三MOS开关q3传输给第一幅度检测器F1；第一差分参考信号的第二路差分输入通过第四MOS开关q4传输给第一幅度检测器F1；第一幅度检测器F1对输入的第一差分参考信号进行幅度检测，并通过第六MOS开关q6将第一差分参考信号的幅度传输给第一锁存器L1进行锁存；
同理，第二信号检测电路中，第二差分参考信号的第一路差分输入通过第十MOS开关q10传输给第二幅度检测器F2；第二差分参考信号的第二路差分输入通过第十一MOS开关q11传输给第二幅度检测器F2；第二幅度检测器F2对输入的第二差分参考信号进行幅度检测,并通过第十三MOS开关将第二差分参考信号的幅度传输给第二锁存器L2进行锁存；
所述输入信号检测子步骤包括：
S201.通过控制单元控制第一检测电路中的第一MOS开关q1、第二MOS开关q2、第五MOS开关q5、第七MOS开关q7闭合，控制第三MOS开关q3、第四MOS开关q4和第六MOS开关q6断开；
同时，通过控制单元控制第二检测电路中的第八MOS开关q8、第九MOS开关q9、第十二MOS开关q12和第十四MOS开关q14闭合；控制第十MOS开关q10、第十一MOS开关q11和第十三MOS开关q13断开；
S202.第一信号检测电路中，待检测差分信号的第一路差分输入通过第一MOS开关q1传输到第一幅度检测器F1，待检测差分信号的第二路差分输入通过第二MOS开关q2传输到第一幅度检测器F1；
同理，第二信号检测电路中，待检测差分信号的第一路差分输入通过第八MOS开关q8传输到第二幅度检测器F2，待检测差分信号的第二路差分输入通过第九MOS开关q9传输到第二幅度检测器F2；
S203.第一信号检测电路中，第一幅度检测器F1对待检测差分信号进行幅度检测，并将待检测差分信号的幅度通过第五MOS开关q5传输到第一比较器U1的同相输入端，同时第一锁存器L1中第一差分参考信号的幅度通过第七MOS开关q7传输到第一比较器U1的反相输入端，第一比较器输出高电平时，则说明待检测差分信号的幅度大于第一差分参考信号的幅度，即待检测差分信号超出了允许的量程上限；反之，若第一比较器输出低电平，则说明待检测差分信号的幅度小于第一差分参考信号的幅度，待检测差分信号未超出允许的量程上限；
同理，第二信号检测电路中，第二幅度检测器F2对接收到的待检测差分信号进行幅度检测，并将待检测差分信号的幅度通过第十二MOS开关传输到第二比较器U2的反相输入端，同时，第二锁存器L2中第二差分参考信号的幅度通过第十四MOS开关传输到第二比较器U2的同相输入端；第二比较器输出高电平时，则说明了第二差分参考信号的幅度大于待检测差分信号的幅度，即待检测差分信号低于允许的量程下限；反之，第二比较器输出低电平时，则说明了第二差分参考信号的幅度小于待检测差分信号的幅度，即待检测差分信号未低于允许的量程下限；
S204.确定检测结果：
当第一检测电路和第二检测电路均输出低电平时，则待检测的差分信号幅度未超过量程，当第一检测电路和第二检测电路中任一个输出高电平时，则待检测的差分信号幅度超过了量程。
本发明的有益效果是：本发明能够快速检测出ADC的输入信号是否出现超量程情况，为调整ADC前段链路的各级增益提供了依据。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为第一检测电路的原理示意图；
图3为第二检测电路的原理示意图；
图4为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种高速ADC中输入信号幅度的快速检测模块，差分信号输入端口、第一差分参考输入端口、第二差分参考输入端口、第一检测电路和第二检测电路；
所述差分信号输入端口，用于接收的待检测差分信号，并同时传输给第一检测电路和第二检测电路；
所述第一差分参考输入端口，用于接收第一差分参考信号传输给第一检测电路，所述第一差分参考信号对应于允许的差分信号量程上限；
所述第二差分参考输入端口，用于接收第二差分参考信号传输给第二检测电路，所述第二差分参考信号对应于允许的差分信号量程下限；
所述第一检测电路，用于接收待检测差分信号和第一差分参考信号，并进行幅度比较，输出高电平或低电平作为检测结果；
所述第二检测电路，用于接收待检测差分信号和第二差分参考信号，并进行幅度比较，输出高电平或低电平作为检测结果；
当第一检测电路和第二检测电路均输出低电平时，则待检测的差分信号幅度未超过量程，当第一检测电路和第二检测电路中任一个输出高电平时，则待检测的差分信号幅度超过了量程。
如图2所示，所述第一检测电路包括第一幅度检测器F1、第一锁存器L1和第一比较器U1；
待检测差分信号到达第一检测电路后，待检测差分信号的第一路差分输入通过第一MOS开关q1连接到第一幅度检测器F1，待检测差分信号的第二路差分输入通过第二MOS开关q2连接到第一幅度检测器F1；
第一差分参考信号到达第一检测电路后，第一差分参考信号的第一路差分输入通过第三MOS开关q3连接到第一MOS开关q1和第一幅度检测器F1之间；第一差分参考信号的第二路差分输入通过第四MOS开关q4连接到第二MOS开关q2和第一幅度检测器F1之间；
所述第一幅度检测器F1的输出端通过第五MOS开关q5连接到第一比较器U1的同相输入端，第一幅度检测器F1的输出端还通过第六MOS开关q6连接到第一锁存器L1，所述第一锁存器L1的输出端通过第七MOS开关q7连接到第一比较器U1的反相输入端；所述第一比较器U1的输出端即整个第一检测电路的输出端。
如图3所示，所述第二检测电路包括第二幅度检测器F2、第二锁存器L2和第二比较器U2；
待检测差分信号到达第二检测电路后，待检测差分信号的第一路差分输入通过第八MOS开关q8连接到第二幅度检测器F2，待检测差分信号的第二路差分输入通过第九MOS开关q9连接到第二幅度检测器F2；
第二差分参考信号到达第二检测电路后，第二差分参考信号的第一路差分输入通过第十MOS开关q10连接到第八MOS开关q8和第二幅度检测器F2之间；第二差分参考信号的第二路差分输入通过第十一MOS开关q11连接到第九MOS开关q9和第二幅度检测器F2之间；
所述第二幅度检测器F2的输出端通过第十二MOS开关q12连接到第二比较器U2的反相输入端，第二幅度检测器F2的输出端还通过第十三MOS开关q13连接到第二锁存器L2，所述第二锁存器L2的输出端通过第十四MOS开关q14连接到第二比较器U2的同相输入端；所述第二比较器U2的输出端即整个第二检测电路的输出端。
其中，所述快速检测模块还包括控制单元，所述控制单元分别与第一MOS开关q1~第十四MOS开关q14的控制输入端连接，用于控制各个MOS开关的通断。
如图4所示，一种高速ADC中输入信号幅度的快速检测模块的检测方法，包括参考信号采集子步骤S1和输入信号检测子步骤S2；
所述参考信号采集子步骤S1包括：
S101.通过控制单元控制第一检测电路中的第一MOS开关q1、第二MOS开关q2、第五MOS开关q5、第七MOS开关q7断开，控制第三MOS开关q3、第四MOS开关q4和第六MOS开关q6闭合；
同时，通过控制单元控制第二检测电路中的第八MOS开关q8、第九MOS开关q9、第十二MOS开关q12和第十四MOS开关q14断开；控制第十MOS开关q10、第十一MOS开关q11和第十三MOS开关q13闭合；
S102.第一信号检测电路中，第一差分参考信号的第一路差分输入通过第三MOS开关q3传输给第一幅度检测器F1；第一差分参考信号的第二路差分输入通过第四MOS开关q4传输给第一幅度检测器F1；第一幅度检测器F1对输入的第一差分参考信号进行幅度检测，并通过第六MOS开关q6将第一差分参考信号的幅度传输给第一锁存器L1进行锁存；
同理，第二信号检测电路中，第二差分参考信号的第一路差分输入通过第十MOS开关q10传输给第二幅度检测器F2；第二差分参考信号的第二路差分输入通过第十一MOS开关q11传输给第二幅度检测器F2；第二幅度检测器F2对输入的第二差分参考信号进行幅度检测,并通过第十三MOS开关将第二差分参考信号的幅度传输给第二锁存器L2进行锁存；
所述输入信号检测子步骤包括：
S201.通过控制单元控制第一检测电路中的第一MOS开关q1、第二MOS开关q2、第五MOS开关q5、第七MOS开关q7闭合，控制第三MOS开关q3、第四MOS开关q4和第六MOS开关q6断开；
同时，通过控制单元控制第二检测电路中的第八MOS开关q8、第九MOS开关q9、第十二MOS开关q12和第十四MOS开关q14闭合；控制第十MOS开关q10、第十一MOS开关q11和第十三MOS开关q13断开；
S202.第一信号检测电路中，待检测差分信号的第一路差分输入通过第一MOS开关q1传输到第一幅度检测器F1，待检测差分信号的第二路差分输入通过第二MOS开关q2传输到第一幅度检测器F1；
同理，第二信号检测电路中，待检测差分信号的第一路差分输入通过第八MOS开关q8传输到第二幅度检测器F2，待检测差分信号的第二路差分输入通过第九MOS开关q9传输到第二幅度检测器F2；
S203.第一信号检测电路中，第一幅度检测器F1对待检测差分信号进行幅度检测，并将待检测差分信号的幅度通过第五MOS开关q5传输到第一比较器U1的同相输入端，同时第一锁存器L1中第一差分参考信号的幅度通过第七MOS开关q7传输到第一比较器U1的反相输入端，第一比较器输出高电平时，则说明待检测差分信号的幅度大于第一差分参考信号的幅度，即待检测差分信号超出了允许的量程上限；反之，若第一比较器输出低电平，则说明待检测差分信号的幅度小于第一差分参考信号的幅度，待检测差分信号未超出允许的量程上限；
同理，第二信号检测电路中，第二幅度检测器F2对接收到的待检测差分信号进行幅度检测，并将待检测差分信号的幅度通过第十二MOS开关传输到第二比较器U2的反相输入端，同时，第二锁存器L2中第二差分参考信号的幅度通过第十四MOS开关传输到第二比较器U2的同相输入端；第二比较器输出高电平时，则说明了第二差分参考信号的幅度大于待检测差分信号的幅度，即待检测差分信号低于允许的量程下限；反之，第二比较器输出低电平时，则说明了第二差分参考信号的幅度小于待检测差分信号的幅度，即待检测差分信号未低于允许的量程下限；
S204.确定检测结果：
当第一检测电路和第二检测电路均输出低电平时，则待检测的差分信号幅度未超过量程，当第一检测电路和第二检测电路中任一个输出高电平时，则待检测的差分信号幅度超过了量程。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种高速ADC中输入信号幅度的快速检测模块，其特征在于：包括差分信号输入端口、第一差分参考输入端口、第二差分参考输入端口、第一检测电路和第二检测电路；
所述差分信号输入端口，用于接收的待检测差分信号，并同时传输给第一检测电路和第二检测电路；
所述第一差分参考输入端口，用于接收第一差分参考信号传输给第一检测电路，所述第一差分参考信号对应于允许的差分信号量程上限；
所述第二差分参考输入端口，用于接收第二差分参考信号传输给第二检测电路，所述第二差分参考信号对应于允许的差分信号量程下限；
所述第一检测电路，用于接收待检测差分信号和第一差分参考信号，并进行幅度比较，输出高电平或低电平作为检测结果；
所述第一检测电路包括第一幅度检测器F1、第一锁存器L1和第一比较器U1；
待检测差分信号到达第一检测电路后，待检测差分信号的第一路差分输入通过第一MOS开关q1连接到第一幅度检测器F1，待检测差分信号的第二路差分输入通过第二MOS开关q2连接到第一幅度检测器F1；
第一差分参考信号到达第一检测电路后，第一差分参考信号的第一路差分输入通过第三MOS开关q3连接到第一MOS开关q1和第一幅度检测器F1之间；第一差分参考信号的第二路差分输入通过第四MOS开关q4连接到第二MOS开关q2和第一幅度检测器F1之间；
所述第一幅度检测器F1的输出端通过第五MOS开关q5连接到第一比较器U1的同相输入端，第一幅度检测器F1的输出端还通过第六MOS开关q6连接到第一锁存器L1，所述第一锁存器L1的输出端通过第七MOS开关q7连接到第一比较器U1的反相输入端；所述第一比较器U1的输出端即整个第一检测电路的输出端；
所述第二检测电路，用于接收待检测差分信号和第二差分参考信号，并进行幅度比较，输出高电平或低电平作为检测结果；
所述第二检测电路包括第二幅度检测器F2、第二锁存器L2和第二比较器U2；
待检测差分信号到达第二检测电路后，待检测差分信号的第一路差分输入通过第八MOS开关q8连接到第二幅度检测器F2，待检测差分信号的第二路差分输入通过第九MOS开关q9连接到第二幅度检测器F2；
第二差分参考信号到达第二检测电路后，第二差分参考信号的第一路差分输入通过第十MOS开关q10连接到第八MOS开关q8和第二幅度检测器F2之间；第二差分参考信号的第二路差分输入通过第十一MOS开关q11连接到第九MOS开关q9和第二幅度检测器F2之间；
所述第二幅度检测器F2的输出端通过第十二MOS开关q12连接到第二比较器U2的反相输入端，第二幅度检测器F2的输出端还通过第十三MOS开关q13连接到第二锁存器L2，所述第二锁存器L2的输出端通过第十四MOS开关q14连接到第二比较器U2的同相输入端；所述第二比较器U2的输出端即整个第二检测电路的输出端；
当第一检测电路和第二检测电路均输出低电平时，则待检测的差分信号幅度未超过量程，当第一检测电路和第二检测电路中任一个输出高电平时，则待检测的差分信号幅度超过了量程；
参考信号采集时，通过控制单元控制第一检测电路中的第一MOS开关q1、第二MOS开关q2、第五MOS开关q5、第七MOS开关q7断开，控制第三MOS开关q3、第四MOS开关q4和第六MOS开关q6闭合；
同时，通过控制单元控制第二检测电路中的第八MOS开关q8、第九MOS开关q9、第十二MOS开关q12和第十四MOS开关q14断开；控制第十MOS开关q10、第十一MOS开关q11和第十三MOS开关q13闭合；
第一信号检测电路中，第一差分参考信号的第一路差分输入通过第三MOS开关q3传输给第一幅度检测器F1；第一差分参考信号的第二路差分输入通过第四MOS开关q4传输给第一幅度检测器F1；第一幅度检测器F1对输入的第一差分参考信号进行幅度检测，并通过第六MOS开关q6将第一差分参考信号的幅度传输给第一锁存器L1进行锁存；
同理，第二信号检测电路中，第二差分参考信号的第一路差分输入通过第十MOS开关q10传输给第二幅度检测器F2；第二差分参考信号的第二路差分输入通过第十一MOS开关q11传输给第二幅度检测器F2；第二幅度检测器F2对输入的第二差分参考信号进行幅度检测,并通过第十三MOS开关将第二差分参考信号的幅度传输给第二锁存器L2进行锁存；
输入信号检测时：
通过控制单元控制第一检测电路中的第一MOS开关q1、第二MOS开关q2、第五MOS开关q5、第七MOS开关q7闭合，控制第三MOS开关q3、第四MOS开关q4和第六MOS开关q6断开；
同时，通过控制单元控制第二检测电路中的第八MOS开关q8、第九MOS开关q9、第十二MOS开关q12和第十四MOS开关q14闭合；控制第十MOS开关q10、第十一MOS开关q11和第十三MOS开关q13断开；
第一信号检测电路中，待检测差分信号的第一路差分输入通过第一MOS开关q1传输到第一幅度检测器F1，待检测差分信号的第二路差分输入通过第二MOS开关q2传输到第一幅度检测器F1；
同理，第二信号检测电路中，待检测差分信号的第一路差分输入通过第八MOS开关q8传输到第二幅度检测器F2，待检测差分信号的第二路差分输入通过第九MOS开关q9传输到第二幅度检测器F2；
第一信号检测电路中，第一幅度检测器F1对待检测差分信号进行幅度检测，并将待检测差分信号的幅度通过第五MOS开关q5传输到第一比较器U1的同相输入端，同时第一锁存器L1中第一差分参考信号的幅度通过第七MOS开关q7传输到第一比较器U1的反相输入端，第一比较器输出高电平时，则说明待检测差分信号的幅度大于第一差分参考信号的幅度，即待检测差分信号超出了允许的量程上限；反之，若第一比较器输出低电平，则说明待检测差分信号的幅度小于第一差分参考信号的幅度，待检测差分信号未超出允许的量程上限；
同理，第二信号检测电路中，第二幅度检测器F2对接收到的待检测差分信号进行幅度检测，并将待检测差分信号的幅度通过第十二MOS开关传输到第二比较器U2的反相输入端，同时，第二锁存器L2中第二差分参考信号的幅度通过第十四MOS开关传输到第二比较器U2的同相输入端；第二比较器输出高电平时，则说明了第二差分参考信号的幅度大于待检测差分信号的幅度，即待检测差分信号低于允许的量程下限；反之，第二比较器输出低电平时，则说明了第二差分参考信号的幅度小于待检测差分信号的幅度，即待检测差分信号未低于允许的量程下限；
确定检测结果：当第一检测电路和第二检测电路均输出低电平时，则待检测的差分信号幅度未超过量程，当第一检测电路和第二检测电路中任一个输出高电平时，则待检测的差分信号幅度超过了量程。
2.根据权利要求1所述的一种高速ADC中输入信号幅度的快速检测模块，其特征在于：所述快速检测模块还包括控制单元，所述控制单元分别与第一MOS开关q1~第十四MOS开关q14的控制输入端连接，用于控制各个MOS开关的通断。
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