CN113078881A - 频响校准电路、芯片及信号处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种频响校准电路、芯片及信号处理装置，该频响校准电路包括运算放大模块和频响调节模块；运算放大模块包括反相输入端和运放输出端，用于将接收信号的幅值进行调节后输出；频响调节模块连接于运算放大模块的反相输入端和运放输出端之间，用于对接收信号进行平坦度调节；其中，运算放大模块与频响调节模块集成于同一芯片内。本发明实施例的能够简化频响校准电路的结构和工艺制程，降低频响校准电路的成本，提高频响校准电路的通用性，简化频响校准过程。

Description

频响校准电路、芯片及信号处理装置

技术领域

本发明实施例涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种频响校准电路、芯片及信号处理装置。

背景技术

通常信号处理装置，例如台式示波器、虚拟示波器和数据采集卡等，需要具有频率响应比较平坦的特性，但是由于设计误差、元器件误差、环境影响等客观因素会造成频率响应不平坦。现有技术中，通常将频响校准器件集成到PCBA(Printed Circuit BoardAssembly)上，再配合集成有运算放大器的芯片形成相应的信号通路。

但是，由于PCBA上的器件和通路是固定的，温度漂移和工艺精度引起的芯片性能偏差无法在后天校准上弥补，因此其对各芯片的一致性要求很高。当芯片批次不同时，其频响曲线会有偏差，集成于PCBA上的固定网络无法校准该偏差，导致系统性能下降，且当需要实现多种不同信号类型的频响校准时，需要更换PCBA上的器件，过程繁琐，通用性差；同时，因PCBA中包括多个孤立器件，PCBA与芯片之间的走线以及芯片封装带来的寄生参数很大，造成高频频响很差，该影响很难通过增加PCBA上的器件进行频响调整和补偿，只能严格要求PCBA走线的尺寸，但是走线长度有毫米级误差都会造成电路频响性能差距巨大。

发明内容

针对上述存在问题，本发明实施例提供一种频响校准电路、芯片及信号处理装置，以解决芯片频响偏差无法在PCBA上被校准，频响校准调试困难，频响对PCBA寄生敏感，走线要求高，频响网络可移植性差的困难的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种频响校准电路，包括：

运算放大模块，包括反相输入端和运放输出端，用于将接收信号的幅值进行调节后输出；

频响调节模块，连接于所述运算放大模块的反相输入端和运放输出端之间，用于对所述接收信号进行平坦度调节；

其中，所述运算放大模块与所述频响调节模块集成于同一芯片内。

第二方面，本发明实施例还提供了一种芯片，包括：上述频响校准电路。

第三方面，本发明实施例还提供了一种信号处理装置，包括：上述芯片。

本发明实施例提供的频响校准电路、芯片和信号处理装置，通过将用于对接收信号进行平坦度调节的频响校准模块与运算放大模块集成于同一芯片内，相较于将频响校准模块设置于PCBA中以及将和运算放大模块设置于芯片中的情况，无需设置额外的走线电连接运算放大模块和频响校准模块，且能够使频响校准模块与运算放大模块在同一工艺条件下形成，从而能够简化频响校准电路的结构和工艺制程，降低频响校准电路的成本；同时，当将频响校准模块与运算放大模块集成于同一芯片内，能够使频响校准模块和运算放大模块工作于相同的电气环境，且当频响校准模块与运算放大模块在同一工艺条件下形成时，能够克服因温度漂移和工艺精度引起的性能偏差，以获得良好的频响曲线，提高频响校准精度，并能够提高频响校准电路的通用性，简化频响校准过程。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种频响校准电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的又一种频响校准电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的又一种频响校准电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种频响校准电路的具体电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供一种频响校准电路，该频响校准电路能够对接收信号进行频响校准，且该频响校准电路能够设置于信号处理装置中，该信号处理装置包括但不限于示波器。

图1是本发明实施例提供的一种频响校准电路的结构示意图。如图1所示，频响校准电路的运算放大模块10包括反相输入端IN-和运放输出端OUT；该运算放大模块10用于将接收信号Vin的幅值进行调节后输出；频响调节模块20连接于运算放大模块10的反相输入端IN-和运放输出端OUT之间；频响调节模块20用于对接收信号Vin进行平坦度调节；其中，运算放大模块10与频响调节模块20集成于同一芯片100内。

具体的，运算放大模块10和频响调节模块20的具体实现方式与其自身所要实现的功能相关，本领域技术人员可根据实际情况进行设置，此处不作限定。在运算放大模块10的反相输入端IN-和运放输出端OUT之间连接频响调节模块20，且运算放大模块10与频响调节模块20集成在同一芯片100内，能够使频响调节模块20与运算放大模块10在同一工艺条件下制备，且具有相同的工作环境，以防因频响调节模块20与运算放大模块10制备工艺和工作环境存在偏差，而在信号传输过程中各模块之间具有不同的误差，且频响调节模块20在频响校准时无法对因环境所产生的误差进行弥补，进而影响频响校准精度。本发明实施例提供的频响校准电路中频响调节模块20对运算放大模块10所处理的接收信号Vin进行平坦度调节时，能够具有更高的频响校准精度，从而能够提高经频响校准电路进行频响校准后的输出信号Vout的准确性，简化频响调节的操作过程，提高频响校准电路的通用性；同时，将频响调节模块20与运算放大模块10集成于同一芯片100中，且在同一工艺条件下形成，有利于简化频响校准电路的制程，降低频响校准电路的成本。

可以理解的是，运算放大模块10所接收的接收信号Vin可以为电压信号，也可以为电流信号。当运算放大模块10所接收的接收信号Vin为电压信号时，运算放大模块10的反相输入端IN-可与提供接收信号Vin的任何信号输入模块电连接，运算放大模块10的同相输入端IN+可接收一参考电压Vref，使得接收信号Vin经频响校准模块20进行平坦度调节以及经运算放大模块10进行幅值调节后，输出相应的电压信号Vout；而当运算放大模块10所接收的接收信号Vin为电流信号时，运算放大模块10的反相输入端IN-同样与提供接收信号Vin的任何信号输入模块电连接，运算放大模块10的同相输入端IN+可接收一参考电压信号Vref，此时运算放大模块10例如可以为运算放大器，该运算放大器能够将接收信号Vin转换为电压信号，并根据运算放大器的虚短和虚断的理论，所转换的电压信号经频响校准模块20进行平坦度调节以及经运算放大模块10进行幅值调节后，输出相应的电压信号Vout。其中，接收信号Vin的幅值可以为该接收信号的峰峰值或有效值，本发明实施例对此不做具体限定。

需要说明的是，图1仅为本发明实施例示例性的附图，图1仅示例性的示出了频响校准模块20与运算放大模块10的相对位置关系，但本发明实施例中，在能够实现运算放大模块10和频响校准模块20的功能的前提下，本发明实施例对频响校准模块的相对位置关系不做具体限定。

可选的，继续参考图1，频响调节模块20的频率响应可调节。如此，频响调节模块20能够根据接收信号Vin所属的频响范围，对接收信号Vin的平坦度进行准确调节，从而使频响调节模块20能够具有较宽的频率响应范围，从而有利于提高频响校准电路的带宽，且在频响校准电路的带宽内的信号均具有良好的频响曲线。

示例性的，当频响校准电路的传输通路只需要传输频率为200MHz的信号时，现有技术的频响调节模块20通常只能够对200MHz以下的信号的频率响应平坦度进行调节，而无法对频率在200MHz以上的信号的频率响应平坦度进行调节；若相同的传输通路要传输频率为600MHz的信号时，就需要重新设计频响调节模块，这将增加频响调节的复杂性，且频响校准电路的通用性差。本发明实施例通过将频响校准电路的频响调节模块20的频率响应设置为可调节，能够实现在传输通路要传输频率变化时，仍能够对频率变化后的信号的频率响应平坦度进行调节，这在一定程度上提高频响校准电路的带宽，提高了频响校准电路的通用性。

可以理解的是，因频响调节模块20的作用是对运算放大模块10处理的接收信号Vin的平坦度进行调节，但因信号在传输过程中会因受其传输通路中的器件、环境等的影响而产生波动，所以在上述实施例基础上，可根据实际需要在频响调节模块20设置对相应类型的信号进行频响校准的频响校准网络。

可选的，图2是本发明实施例提供的又一种频响校准电路的结构示意图。如图2所示，当运算放大模块10的反相输入端IN-与电路板200的信号输出端Out2电连接，即运算放大模块10所处理的接收信号Vin为电路板200的信号输出端Out2所输出的信号时，频响调节模块20至少包括电路板校准网络21；该电路板校准网络21用于滤除电路板200的信号输出端Out2的误差信号。

如此，通过将电路板校准网络21与运算放大模块10集成于同一芯片100内，使得频响校准模块20能够校准由于PCBA寄生和外设器件(如数据采集探头等)所带来的频响偏差；同时，由于通过将电路板校准网络21与运算放大模块10集成于同一芯片100内，能够减小因PCBA的走线和元器件布局所带来的寄生参数的影响，有利于降低PCBA的设计难度。

可选的，继续参考图2，频响调节模块20还可以包括预设频点校准网络22、高频校准网络23、中频校准网络24、低频校准网络25和直流校准网络26的任意一个或多个；其中，预设频点校准网络22用于调节预设频率的接收信号的频率响应平坦度；高频校准网络23用于调节高频类型的接收信号的频率响应平坦度；中频校准网络24用于调节中频类型的接收信号的频率响应平坦度；低频校准网络25用于调节低频类型的接收信号的频率响应平坦度；直流校准网络26用于调节直流类型的接收信号的频率响应平坦度。

如此，通过设置从直流到高频的频响校准网络(26、25、24、23)、特定频段的频响校准网络(22)以及对电路板信号采集端的误差进行校准的频响校准网络(21)，使得频响调节模块20具有更广的频响调节范围，从而能够对具有较大带宽的频响校准电路中各个频段的信号的频响进行校准。

示例性的，对于带宽为600MHz传输通路，当其非常关注频率为100MHz下的频响，且要求100MHz具有相对于直流信号非常高的带内平坦度时，可选择频响调节模块20的中频校准网络24、预设频点校准网络22以及直流校准网络26对包括本发明实施例的频响校准电路的传输通路中传输的信号进行频率响应平坦度调节，以达到所需要的平坦度，提高所传输信号的准确性。

需要注意的是，本发明实施例中频响调节模块20的各频响校准网络(21、22、23、24、25、26)彼此之间并不是完全独立的，不能简单看做功能的叠加。电路的频响曲线是一个模拟量，曲线的变化代表的是一个连续变化的过程，并没有明确的分段区分，在实际应用中，各个频响校准网络(21、22、23、24、25、26)具有一定的耦合现象，需要针对具体的需求进行调整。

可以理解的，当频响调节模块20包括从直流到高频的频响校准网络(26、25、24、23)、特定频段的频响校准网络(22)以及对电路板信号采集端的误差进行校准的频响校准网络(21)，各频响校准网络(21、22、23、24、25、26)可以并联连接，或者串联连接，或者部分串联、部分并联连接，本发明实施例对各频响校准网络(21、22、23、24、25、26)之间的连接关系不做具体限定。以下针对频响调节模块的典型示例进行示例性的说明，但其并非本发明实施例的具体限定。

可选的，图3是本发明实施例提供的又一种频响校准电路的结构示意图。如图3所示，频响调节模块20的电路板校准网络21复用为低频校准网络25。

其中，由于PCBA的走线长度和寄生电阻的数值较大，其主要影响低频频响平坦度，因此将电路板校准网络21复用为低频校准网络25时，能够在滤除接收输入信号Vin的信号采集端的误差信号的前提下，对低频类型的接收信号的频率响应平坦度进行调节。如此，能够简化频响调节模块20的结构，从而有利于简化整个频响校准电路的结构，减小频响校准电路的占用空间，进而能够提高集成有该频响校准电路的芯片100的集成度。

可以理解的是，在频响调节模块20的电路板校准网络21能够复用为低频校准网络25的前提下，电路板校准网络21可以包括有源器件和/或无源器件等，有源器件例如可以包括晶体管等，无源器件例如可以包括电阻、电容等，本发明实施例对电路板校准网络21的结构不做具体限定。

示例性的，图4是本发明实施例提供的一种频响校准电路的具体电路结构示意图。如图4，电路板校准网络21可以包括高精度DAC、精密运算放大器、电阻、电容等器件。其中，通过对运算放大模块10的运放输出端OUT的信号进行分压取样，获得高精度DAC的基准电压；通过调节高精度DAC的码字，生成相应的电压信号，并将该电压信号输入至精密运算放大器中，经精密运算放大器进行同相放大，即高精度DAC的输出端与精密运算放大器的同相输入端电连接，精密运算放大器的反相输入端通过一电阻与偏移电压Vdev电连接，精密运算放大器的负反馈电路由一电阻组成；高精度DAC输出的电压信号经精密运算放大器进行同相放大后输出反馈电压，该反馈电压能够通过电阻和电容网络反馈到运算放大模块10的反相输入端，此处的电阻和电容网络决定了电路板校准网络21的频响校准的频率点，使得处在电阻和电容网络所限定的频率段的信号通过该电路板校准网络路进行频率响应平坦度调节，并反馈至运算放大模块10的反相输入端IN-，而低于和高于电阻和电容网络所限定频率段的信号，无法通过电路板校准网络21。

可选的，继续参考图3，预设频点校准网络包括第一预设频点校准网络221和第二预设频点校准网络222；第一预设频点校准网络221与第二预设频点校准网络222并联连接；第一预设频点校准网络221用于调节预设频率点的接收信号的频率响应平坦度；第二预设频点校准网络222用于选择性调节预设频率范围内的接收信号的频率响应平坦度。

具体的，预设频点校准网络的第一预设频点校准网络221和第二预设频点校准网络222能够对不同的预设频率的信号的频率响应平坦度进行校准，使得频响调节模块20能够对至少两个特定频点的信号的频率响应平坦度进行调节，以进一步提高频响调节模块20的通用性，进而提高频响校准电路输出信号的准确性。通常传输通路所关注的预设频率在低频、中频或高频的频段内，这使得对预设频率的接收信号的频率响应平坦度进行调节的第一预设频点校准网络221和第二预设频点校准网络222可和与其并联连接的高频校准网络23、中频校准网络24或低频校准网络25相结合对相应频段的信号的频率响应平坦度进行调节。

可以理解的是，第一预设频点校准网络221和第二预设频点校准网络222的具体实现方式，可根据预设频率的大小进行限定，本发明实施例对此不做具体限定。

示例性的，如图4所述，第一预设频点校准网络221可以包括串联连接的具有固定阻值的电阻和具有固定容值的电压，以构建成固定的阻抗，并与其它的频响校准网络并联连接，使得第一预设频点校准网络221能够对预设频率点的信号的阻抗进行固定的微调。第二预设频点校准网络222可以包括串联连接的可变电阻和固定容值的电容，通过调节可变电阻的阻值，使得第二预设频点校准网络222的阻抗在一定范围内变化，以使第二预设频点校准网络222能够对频率在预设频率范围内的信号的频率响应平坦度进行调节，具有较高的阻抗调整精度。

同时，由于对预设频率的接收信号的频率响应平坦度进行调节的第一预设频点校准网络221和第二预设频点校准网络222和与其并联连接的高频校准网络23、中频校准网络24或低频校准网络25相结合对相应频段的信号的频率响应平坦度进行调节，因此为了满足阻抗分配原理，第一预设频点校准网络221和第二预设频点校准网络222的阻抗不能过多影响高频校准网络23、中频校准网络24和低频校准网络25的阻抗，即第一预设频点校准网络221和第二预设频点校准网络222应具有较小的阻抗设计区间。

可选的，继续参考图3，中频校准网络包括中频粗调校准网络241和中频精调校准网络242；中频粗调校准网络241与高频校准网络23串联连接，且与中频精调校准网络242并联连接；中频粗调校准网络241用于将中频类型的接收信号的频率响应平坦度调节至预设范围内；中频精调校准网络242用于将中频类型的接收信号的频率响应平坦度调节至预设响应平坦度。如此，当接收信号属于中频类型的信号时，可先通过中频粗调校准网络241对接收信号的频率响应平坦度进行粗调后，再由中频精调校准网络242进行精细调节，以提高对中频类型的信号的调节准确度。

可以理解的是，中频粗调校准网络241和中频精调校准网络242的具体实现方式，可根据预设频率的大小进行限定，本发明实施例对此不做具体限定。

示例性的，如图4所示，中频粗调校准网络241可由一个可变电容阵列组成，且其与高频校准网络23串联，而高频校准网络23可包括可变电阻。在接收信号为低频类型的信号时，由于中频粗调校准网络241的阻抗较大，接收信号无法通过高频校准网络23和中频粗调校准网络241串联支路；当接收信号为中频类型的信号时，中频粗调校准网络241阻抗小于低频校准网络25，使得接收信号可通过高频校准网络23和中频粗调校准网络241的串联支路；而当接收信号的频率为高频类型时，中频粗调校准网络241的电阻阻抗很小，相当于短路，使得接收信号主要由高频校准网络23的电阻决定。如此，将高频校准网络23和中频粗调校准网络241串联连接，可以实现对中频类型和高频类型的接收信号的频率响应平坦度进行调节。相应的，中频精调校准网络242可由串联连接且阻抗可变的电阻和电容组成，以通过切换电阻和电容的阻抗实现对中频类型的接收信号进行精确调节。

此外，由于高频类型的接收信号容易受到PCBA和芯片封装寄生电感的影响，当阻抗在高频频段跃变时，会在频响曲线上产生尖峰。因此，可在高频校准网络23中设置高频可调电容构成的高频尖峰的补偿电路并联在该高频校准网络23的可变电阻上，达到抑制尖峰的目的。

可选的，继续参考图3，直流校准网络26与其它各校准网络(21、221、222、23、241、242、25)均并联连接。

示例性的，如图4所示，直流校准网络26可由固定电阻和可调电阻组成。直流校准网络26的固定电阻和PCBA中的电路的直流阻抗配合，用来确定整个传输通路的直流增益；直流校准网络26的可调电阻具有一定的调节范围，其与固定电阻组合，调节整个频响校准电路的直流阻抗，进而对整个传输通路的直流增益进行校准。

本发明实施例以阻抗分配为理论依据设置频响调节模块的各频响校准网络，通过调节各频响校准网络阻抗，使得频响调节模块的各频响校准网络能够对不同的频段内信号的频率响应平坦度进行调节，从而达到频响调节的目的。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种芯片，该芯片包括本发明实施例提供的频响校准电路，因此本发明实施例提供的芯片包括本发明实施例提供的频响校准电路的技术特征，能够达到本发明实施例提供的频响校准电路的技术效果，相同之处可参照上述对本发明实施例提供的频响校准电路的描述，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种信号处理装置，该信号处理装置包括但不限于示波器。本发明实施例提供的信号处理装置包括本发明实施例提供的芯片，因此本发明实施例提供的信号处理装置包括本发明实施例提供的频响校准电路的技术特征，能够达到本发明实施例提供的频响校准电路的技术效果，相同之处可参照上述对本发明实施例提供的频响校准电路的描述，在此不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种频响校准电路，其特征在于，包括：

运算放大模块，包括反相输入端和运放输出端，用于将接收信号的幅值进行调节后输出；

频响调节模块，连接于所述运算放大模块的反相输入端和运放输出端之间，用于对所述接收信号进行平坦度调节；

其中，所述运算放大模块与所述频响调节模块集成于同一芯片内。

2.根据权利要求1所述的频响校准电路，其特征在于，所述频响调节模块的频率响应可调节。

3.根据权利要求1所述的频响校准电路，其特征在于，所述反相输入端与电路板的信号输出端电连接；

所述频响调节模块包括电路板校准网络；所述电路板校准网络用于滤除所述电路板的信号输出端的误差信号。

4.根据权利要求3所述的频响校准电路，其特征在于，所述频响调节模块还包括预设频点校准网络、高频校准网络、中频校准网络、低频校准网络和直流校准网络中的任一个或多个，其中：

所述预设频点校准网络用于调节预设频率的接收信号的频率响应平坦度；

所述高频校准网络用于调节高频类型的接收信号的频率响应平坦度；

所述中频校准网络用于调节中频类型的接收信号的频率响应平坦度；

所述低频校准网络用于调节低频类型的接收信号的频率响应平坦度；

所述直流校准网络用于调节直流类型的接收信号的频率响应平坦度。

5.根据权利要求4所述的频响校准电路，其特征在于，所述电路板校准网络复用为所述低频校准网络。

6.根据权利要求4所述的频响校准电路，其特征在于，所述预设频点校准网络包括第一预设频点校准网络和第二预设频点校准网络；所述第一预设频点校准网络与所述第二预设频点校准网络并联连接；

所述第一预设频点校准网络用于调节预设频率点的接收信号的频率响应平坦度；

所述第二预设频点校准网络用于选择性调节预设频率范围内的接收信号的频率响应平坦度。

7.根据权利要求4所述的频响校准电路，其特征在于，所述中频校准网络包括中频粗调校准网络和中频精调校准网络；所述中频粗调校准网络与所述高频校准网络串联连接，并与所述中频精调校准网络并联连接；

所述中频粗调校准网络用于将所述中频类型的接收信号的频率响应平坦度调节至预设范围内；

所述中频精调校准网络用于将所述中频类型的接收信号的频率响应平坦度调节至预设响应平坦度。

8.根据权利要求4所述的频响校准电路，其特征在于，所述直流校准网络与其它各校准网络均并联连接。

9.一种芯片，其特征在于，包括：权利要求1～8任一项所述的频响校准电路。

10.一种信号处理装置，其特征在于，包括：权利要求9所述的芯片。

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