CN114978044A - 整流器及连续对数检波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了整流器及连续对数检波器，涉及电子领域，所述整流器包括：双平衡差动电路，所述双平衡差动电路用于对输入信号进行整流处理获得整流信号；线性化处理电路，所述线性化处理电路用于对所述整流信号进行线性化处理获得与所述输入信号中的输入电压成线性化关系的第一电流，以及用于对所述第一电流进行滤波处理获得第二电流，以及用于将所述第二电流作为工作电流输入至所述电流镜电路；电流镜电路，所述电流镜电路用于将所述第一电流镜像到所述整流器的输出；本发明中的整流器具有较高的线性度。

Description

整流器及连续对数检波器
技术领域
本发明涉及电子领域，具体地，涉及整流器及连续对数检波器。
背景技术
连续对数检波器广泛用于自动增益控制和脉冲检测中，其中并联求和型(又叫逐次逼近型)是典型结构之一，其部件通常包括限幅放大器、整流器、求和器和滤波器等，其中，整流器(又叫解调器、检测器)是关键部件之一，其性能决定了对数检波的线性度、精度和动态范围。
现有的整流器随着工作频率的抬升，寄生效应的增强，随着工作频率的抬升，由元器件本身的物理结构决定的寄生效应会变得生十分显著，恶化了放大增益，由于非线性失真与放大增益相关，因此导致线性度下降。如何在保持动态范围的条件下，使得提升对数检波的线性度，成为目前人们普遍关注的问题。
为了提升整流器线性度，现有的技术普遍采用增加限幅放大器级数的方法，但是这种方法随着级数增加，寄生电容也增大，导致高频应用受限，降低了检波输入带宽。
发明内容
本发明目的是提升整流器的线性度。
为实现上述发明目的，本发明提供了整流器，所述整流器包括：
双平衡差动电路，所述双平衡差动电路用于对输入信号进行整流处理获得整流信号；
线性化处理电路，所述线性化处理电路用于对所述整流信号进行线性化处理获得与所述输入信号中的输入电压成线性化关系的第一电流，以及用于对所述第一电流进行滤波处理获得第二电流，以及用于将所述第二电流作为工作电流输入至所述电流镜电路；
电流镜电路，所述电流镜电路用于将所述第一电流镜像到所述整流器的输出。
其中，本发明的原理为：采用线性化处理电路补偿全波整流后由于电压电流转换产生的非线性，极大地提升了线性度，同时有效地降低高频信号通过寄生电路形成的串扰，进一步提高了动态范围。
本发明的线性化处理电路采用二极管连接方式的三极管，具有和采用集电极和基极短接方式相同效果，这样接成的三极管具有和二极管相近的电特性，利用二极管的伏安特性来补偿每段之内非线性失真，在保证各拐点线性的条件下，优化了各段的线性化，实现了在动态范围内，采用本发明整流器的对数检波输出电压的曲线更接近于线性化的直线。
优选的，所述双平衡差动电路包括：第一对管差动电路、第二对管差动电路和电流源电路，所述第一对管差动电路和所述第二对管差动电路用于联动完成对所述输入信号的整流处理，所述电流源电路用于为所述第一对管差动电路和所述第二对管差动电路提供直流电流。
优选的，所述第一对管差动电路包括：第一双极性晶体管和第二双极性晶体管，所述第二对管差动电路包括：第三双极性晶体管和第四双极性晶体管，其中，所述第一双极性晶体管的基极与所述整流器的正输入端连接，所述第一双极性晶体管的发射极与所述电流源电路和所述第二双极性晶体管的发射极连接，所述第一双极性晶体管的集电极和所述第三双极性晶体管的集电极与所述电流镜电路连接；所述第二双极性晶体管的基极和所述第三双极性晶体管的基极均与所述整流器的负输入端连接，所述第二双极性晶体管的集电极与所述线性化处理电路连接；所述第三双极性晶体管的发射极和所述第四双极性晶体管的发射极均与所述电流源电路连接，所述第四双极性晶体管的基极与所述整流器的正输入端连接，所述第四双极性晶体管的集电极与所述线性化处理电路连接。
优选的，所述电流源电路包括：第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路分别用于为所述第一对管差动电路和所述第二对管差动电路提供电流。
优选的，所述线性化处理电路包括：第五双极性晶体管、第六双极性晶体管和第一电容；
所述第五双极性晶体管的基极、所述第五双极性晶体管的集电极、所述第一电容的正极、所述第六双极性晶体管的基极和所述第六双极性晶体管的集电极均与所述电流镜电路连接，所述第五双极性晶体管的发射极与所述第二双极性晶体管的集电极连接，所述第六双极性晶体管的发射极与所述第四双极性晶体管的集电极连接，所述第一电容的负极与所述一双极性晶体管的集电极、所述第三双极性晶体管的集电极和所述电流镜电路均连接。
优选的，所述电流镜电路包括：第一金属氧化物场效应晶体管和第二金属氧化物场效应晶体管，其中，所述第一金属氧化物场效应晶体管的漏极、所述第一金属氧化物场效应晶体管的栅极和所述第二金属氧化物场效应晶体管的栅极均与所述第六双极性晶体管的集电极连接，所述第一金属氧化物场效应晶体管的源极和所述第二金属氧化物场效应晶体管的源极均与所述第一电容的负极连接，所述第二金属氧化物场效应晶体管的漏极与所述整流器的输出端连接。
优选的，所述第一双极性晶体管至所述第六双极性晶体管均为异质结双极晶体管。其中，采用这种类型的晶体管可产生指数关系的电压-电流特性。
优选的，所述第一双极性晶体管的发射极与所述第五双极性晶体管的基极之间连接有第一电阻，所述第二双极性晶体管的发射极与所述第五双极性晶体管的基极之间连接有第二电阻，所述第三双极性晶体管的发射极与所述第六双极性晶体管的基极之间连接有第三电阻，所述第四双极性晶体管的发射极与所述第六双极性晶体管的基极之间连接有第四电阻。采用电阻结构，通过负反馈效应，进一步提升线性度。通过串联第四电阻，能够减小输入级的跨导，增加线性工作区的宽度。
优选的，所述第一金属氧化物场效应晶体管的漏极与所述第六双极性晶体管之间连接有第五电阻。通过插入第五电阻，能够进一步降低高频信号的串扰，改善线性度。
其中，所述双平衡差动电路和线性化处理电路中的双极性晶体管可替换为金属氧化物场效应晶体管。工作在亚阈值状态的金属氧化物场效应晶体管可产生与双极性晶体管相同的特性，即指数关系的电压-电流特性，进而来实现整流器的线性度提升。
本发明还提供了一种连续对数检波器，所述连续对数检波器包括所述的整流器。
本发明的整流器采用了双平衡差动电路与线性化处理电路相结合的结构，在全波整流的基础上，将电压电流转换产生的非线性做了线性化补偿，降低逐级拟合曲线的曲率偏差，从而提升了输出电压的线性度。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明整体结构简单，使用元器件少，便于实现，成本低，其应用时输入的高频信号经过双平衡差动电路转化为电流，并通过第一对管差动电路和第二对管差动电路的交替工作，实现全波的整流，再经过线性化处理电路后，输出电流与输入电压成线性化关系，并对整流后的信号进行滤波，滤除高频信号后，得到了一个与输入电压成线性关系的电流，并由电流源电路输出。
本发明应用时可采用线性化处理电路与双平衡差动电路和电阻组合，或线性化处理电路与电阻组合，或线性化处理电路与双平衡差动电路和电阻组合的结构，可进一步提升线性度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1为整流器的其中一种实施方式示意图；
图2为整流器的另一种实施方式示意图；
图3为整流器的另一种实施方式示意图；
图4为整流器的另一种实施方式示意图；
图5为整流器的另一种实施方式示意图；
图6为连续对数检波器的组成示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
请参考图1，图1为整流器的其中一种实施方式示意图，所述整流器包括：
双平衡差动电路，所述双平衡差动电路用于对输入信号进行整流处理获得整流信号；
线性化处理电路，所述线性化处理电路用于对所述整流信号进行线性化处理获得与所述输入信号中的输入电压成线性化关系的第一电流，以及用于对所述第一电流进行滤波处理获得第二电流，以及用于将所述第二电流作为工作电流输入至所述电流镜电路；
电流镜电路，所述电流镜电路用于将所述第一电流镜像到所述整流器的输出。
其中，在本发明实施例中，所述双平衡差动电路包括：第一对管差动电路、第二对管差动电路和电流源电路，所述第一对管差动电路和所述第二对管差动电路用于联动完成对所述输入信号的整流处理，所述电流源电路用于为所述第一对管差动电路和所述第二对管差动电路提供直流电流。
其中，在本发明实施例中，所述第一对管差动电路包括：第一双极性晶体管A和第二双极性晶体管B，所述第二对管差动电路包括：第三双极性晶体管C和第四双极性晶体管D，其中，所述第一双极性晶体管的基极与所述整流器的正输入端连接，所述第一双极性晶体管的发射极与所述电流源电路和所述第二双极性晶体管的发射极连接，所述第一双极性晶体管的集电极和所述第三双极性晶体管的集电极与所述电流镜电路连接；所述第二双极性晶体管的基极和所述第三双极性晶体管的基极均与所述整流器的负输入端连接，所述第二双极性晶体管的集电极与所述线性化处理电路连接；所述第三双极性晶体管的发射极和所述第四双极性晶体管的发射极均与所述电流源电路连接，所述第四双极性晶体管的基极与所述整流器的正输入端连接，所述第四双极性晶体管的集电极与所述线性化处理电路连接。
其中，在本发明实施例中，VINP为输入的正极，VINN为输入的负极，第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路分别用于为所述第一对管差动电路和所述第二对管差动电路提供电流。
其中，在本发明实施例中，所述线性化处理电路包括：第五双极性晶体管E、第六双极性晶体管F和第一电容Ct；
所述第五双极性晶体管的基极、所述第五双极性晶体管的集电极、所述第一电容的正极、所述第六双极性晶体管的基极和所述第六双极性晶体管的集电极均与所述电流镜电路连接，所述第五双极性晶体管的发射极与所述第二双极性晶体管的集电极连接，所述第六双极性晶体管的发射极与所述第四双极性晶体管的集电极连接，所述第一电容的负极与所述一双极性晶体管的集电极、所述第三双极性晶体管的集电极和所述电流镜电路均连接。
其中，所述的线性化处理电路包括两个二极管连接方式的HBT管(E管和F管)和一个电容Ct；采用二极管连接方式的HBT管用以实现二极管的功能，所使用的二极管相当于三极管的发射极一基极结或集电极一基极结组合而成。
其中，采用线性化处理电路的结构，通过补偿晶体管的电压电流转换造成的非线性，极大地提升了线性度，同时有效地降低高频信号通过寄生电路形成的串扰，进一步提高了动态范围。
其中，在本发明实施例中，所述电流镜电路包括：第一金属氧化物场效应晶体管M1和第二金属氧化物场效应晶体管M2，其中，所述第一金属氧化物场效应晶体管的漏极、所述第一金属氧化物场效应晶体管的栅极和所述第二金属氧化物场效应晶体管的栅极均与所述第六双极性晶体管的集电极连接，所述第一金属氧化物场效应晶体管的源极和所述第二金属氧化物场效应晶体管的源极均与所述第一电容的负极连接，所述第二金属氧化物场效应晶体管的漏极与所述整流器的输出端连接，并与其它整流器输出互联。
其中，在本发明实施例中，所述第一双极性晶体管至所述第六双极性晶体管均为异质结双极晶体管(HBT)。异质结双极性晶体管(HBT)是双极性晶体管的一种，它的发射区和基区使用了不同的半导体材料，这样发射结(即发射区和基区之间的PN结)就形成了一个异质结。异质结双极性晶体管比一般的双极性晶体管具有更好的高频信号特性和基区发射效率，可以在高达数百GHz的信号下工作。
其中，所述的电流源电路部分包括两条支路，分别为第一对管差动电路和第二对管差动电路提供电流，其中I1和I2分别为两个对管差动部分提供相同的电流。
其中，本实施例采用双平衡差动电路，即两组差动电路的输出交叉耦合的结构，可实现全波整流的功能，相较于半波整流提升了整流效率。如图1所示，A管和D管形成的分支与B管和C管形成的分支在每个半周期中轮流打开，随着两分支路的输出电流相加，在输出处得到了一个全波整流电流。
实施例二
请参考图2，图2为整流器的另一种实施方式示意图，在实施例一的基础上，所述第一双极性晶体管的发射极与所述第一支路之间连接有第一电阻Ra，所述第二双极性晶体管的发射极与所述第一支路之间连接有第二电阻Rb，所述第三双极性晶体管的发射极与所述第二支路之间连接有第三电阻Rc，所述第四双极性晶体管的发射极与所述第二支路之间连接有第四电阻Rd。
为了再提升线性度，所述的双平衡差动电路中加入电阻，即在第一对管差动电路的输入A管和B管的射极分别插入电阻Ra和Rb，在第二对管差动电路的输入C管和D管的射极分别插入电阻Rc和Rd。在差分晶体管对的发射极串联电阻，减小输入级的跨导，增加线性工作区的宽度。
实施例三
请参考图3，图3为整流器的另一种实施方式示意图，在实施例一的基础上，所述第一金属氧化物场效应晶体管的漏极与所述第六双极性晶体管之间连接有第五电阻Re。所述的线性化处理电路中新加入一个电阻Re，插入一个电阻，进一步降低高频信号的串扰，改善线性度。
实施例四
请参考图4，图4为整流器的另一种实施方式示意图，在实施例一的基础上，所述第一双极性晶体管的发射极与所述第一支路之间连接有第一电阻Ra，所述第二双极性晶体管的发射极与所述第一支路连接有第二电阻Rb，所述第三双极性晶体管的发射极与所述第二支路之间连接有第三电阻Rc，所述第四双极性晶体管的发射极与所述第第二支路之间连接有第四电阻Rd，所述第一金属氧化物场效应晶体管的漏极与所述第六双极性晶体管之间连接有第五电阻Re。
实施例五
请参考图5，图5为整流器的另一种实施方式示意图，所述双平衡差动电路和线性化处理电路中的双极性晶体管可替换为金属氧化物场效应晶体管(MOS)，工作在亚阈值状态的MOS可产生与HBT相同的特性(指数关系的电压-电流特性)。
亚阈工作状态是MOSFET的一种工作状态(工作模式)。一般，MOSFET是在栅极电压大于阈值电压的情况下工作的，即是在出现表面沟道(反型层)的条件下来工作的，也就是利用沟道来导电的，这是所谓阈值工作状态。亚阈工作状态就是栅极电压低于阈值电压、不出现沟道的工作状态。
其中，在本发明实施例中，所述双平衡差动电路包括：第三金属氧化物场效应晶体管M3、第四金属氧化物场效应晶体管M4、第五金属氧化物场效应晶体管M5和第六金属氧化物场效应晶体管M6，所述线性化处理电路包括：第七金属氧化物场效应晶体管M7、第八金属氧化物场效应晶体管M8和第一电容Ct；电路具体连接关系为：M3的栅极与整流器的正输入端连接，M3的漏极、M5的漏极和Ct负极均与M1的源极连接，M3的源极、M4的源极均与第五双极性晶体管G的集电极连接，M4的栅极和M5的栅极均与整流器的负输入端连接，M4的漏极与M7的源极连接，M7的栅极和M7漏极均与Ct的正极连接，M5的源极和M6的源极均与第六双极性晶体管H的集电极连接，M6的栅极与整流器的正输入端连接，M6的漏极与M8的源极连接，M8的栅极和M8漏极均与M1的漏极连接。
实施例六
本发明实施例六提供了一种连续对数检波器，如图6所示，图6为连续对数检波器的组成示意图，所述连续对数检波器包括限幅放大器、实施例一至五中所述的整流器、求和器和滤波器等，连续对数检波器的工作原理是通过逐级限幅来分段近似模拟对数函数曲线。由多个低增益限幅放大器级联而成，实现对输入信号逐级限幅的功能，每级限幅放大器的输出经过各自的整流器，将射频信号变换为基带信号，这些整流器的输出经过求和器，将输出信号相加后，再通过低通滤波器转换为低阻抗电压模式输出。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.整流器，其特征在于，所述整流器包括：
双平衡差动电路，所述双平衡差动电路用于对输入信号进行整流处理获得整流信号；
线性化处理电路，所述线性化处理电路用于对所述整流信号进行线性化处理获得与所述输入信号中的输入电压成线性化关系的第一电流，以及用于对所述第一电流进行滤波处理获得第二电流，以及用于将所述第二电流作为工作电流输入至所述电流镜电路；
电流镜电路，所述电流镜电路用于将所述第一电流镜像到所述整流器的输出。
2.根据权利要求1所述的整流器，其特征在于，所述双平衡差动电路包括：第一对管差动电路、第二对管差动电路和电流源电路，所述第一对管差动电路和所述第二对管差动电路用于联动完成对所述输入信号的整流处理，所述电流源电路用于为所述第一对管差动电路和所述第二对管差动电路提供直流电流。
3.根据权利要求2所述的整流器，其特征在于，所述第一对管差动电路包括：第一双极性晶体管和第二双极性晶体管，所述第二对管差动电路包括：第三双极性晶体管和第四双极性晶体管，其中，所述第一双极性晶体管的基极与所述整流器的正输入端连接，所述第一双极性晶体管的发射极与所述电流源电路和所述第二双极性晶体管的发射极连接，所述第一双极性晶体管的集电极和所述第三双极性晶体管的集电极与所述电流镜电路连接；所述第二双极性晶体管的基极和所述第三双极性晶体管的基极均与所述整流器的负输入端连接，所述第二双极性晶体管的集电极与所述线性化处理电路连接；所述第三双极性晶体管的发射极和所述第四双极性晶体管的发射极均与所述电流源电路连接，所述第四双极性晶体管的基极与所述整流器的正输入端连接，所述第四双极性晶体管的集电极与所述线性化处理电路连接。
4.根据权利要求2所述的整流器，其特征在于，所述电流源电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路分别用于为所述第一对管差动电路和所述第二对管差动电路提供电流。
5.根据权利要求3所述的整流器，其特征在于，所述线性化处理电路包括：第五双极性晶体管、第六双极性晶体管和第一电容；
所述第五双极性晶体管的基极、所述第五双极性晶体管的集电极、所述第一电容的正极、所述第六双极性晶体管的基极和所述第六双极性晶体管的集电极均与所述电流镜电路连接，所述第五双极性晶体管的发射极与所述第二双极性晶体管的集电极连接，所述第六双极性晶体管的发射极与所述第四双极性晶体管的集电极连接，所述第一电容的负极与所述一双极性晶体管的集电极、所述第三双极性晶体管的集电极和所述电流镜电路均连接。
6.根据权利要求5所述的整流器，其特征在于，所述电流镜电路包括：第一金属氧化物场效应晶体管和第二金属氧化物场效应晶体管，其中，所述第一金属氧化物场效应晶体管的漏极、所述第一金属氧化物场效应晶体管的栅极和所述第二金属氧化物场效应晶体管的栅极均与所述第六双极性晶体管的集电极连接，所述第一金属氧化物场效应晶体管的源极和所述第二金属氧化物场效应晶体管的源极均与所述第一电容的负极连接，所述第二金属氧化物场效应晶体管的漏极与所述整流器的输出端连接。
7.根据权利要求5所述的整流器，其特征在于，所述第一双极性晶体管至所述第六双极性晶体管均为异质结双极晶体管。
8.根据权利要求4所述的整流器，其特征在于，所述第一双极性晶体管的发射极与所述第一支路之间连接有第一电阻，所述第二双极性晶体管的发射极与所述第一支路之间连接有第二电阻，所述第三双极性晶体管的发射极与所述第二支路之间连接有第三电阻，所述第四双极性晶体管的发射极与所述第二支路之间连接有第四电阻。
9.根据权利要求6所述的整流器，其特征在于，所述第一金属氧化物场效应晶体管的漏极与所述第六双极性晶体管之间连接有第五电阻。
10.连续对数检波器，所述连续对数检波器包括权利要求1-9中任意一个所述的整流器。
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