CN202230121U - 差分信号幅度检测系统 - Google Patents

Abstract

一种差分信号幅度检测系统，包括：正向和负向差分信号幅度检测单元、参考阈值产生单元、或门、峰值检测保持单元和输出缓冲单元，其中，正向和负向差分信号幅度检测系统分别被配置成连接差分输入信号in1、in2及参考阈值产生单元的参考阈值电压端ref1和ref2，或门的两输入端分别与正向和负向差分信号幅度检测单元的输出端相连，或门的输出端则与峰值检测保持单元的输入端连接，该峰值检测保持单元的输出端与输出缓冲单元的输入端相连，为输出信号提供足够的驱动能力，保证输出为稳定的数字信号，输出缓冲单元为输出信号提供足够的驱动能力，保证输出稳定的数字信号。

Description

差分信号幅度检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种信号幅度检测装置，特别涉及一种差分信号幅度检测系统。

背景技术

现有技术中减法器电路如图1所示，包括两个电流源，两个电阻(R121，R122)，两个差分对，正向(in121)与负向(in122)输入信号分别连接到M121和M122的栅极，正向(ref121)与负向(ref122)参考阈值电压输入分别连接到M124和M123的栅极，此电路实现(in121-in122)-(ref121-ref122)的功能，并且由于分别使用不同的差分对，不需要输入信号与参考阈值电压之间保持相同的共模电平，但此连接方法所实现减法的精度较差。因此在已有技术中有如图2所示的连接方法，电路中各组成部件与图1相同，只是输入信号连接方法不同，in121与ref121分别连接到M121和M122的栅极，in122与ref122分别连接到M124和M123的栅极，此电路可实现与图1电路相同的功能，同时减法的精度更高，但由于输入信号与参考阈值电压共用差分对，因此要求两者的共模电平保持一致，这就对参考阈值产生单元提出了更到的要求，本文中的参考阈值产生模块可以跟踪输入信号的共模电平，满足这样的要求。

现有技术中参考阈值电压产生电路如图5所示，包括电流源184，三个电阻R181，R182，R183串联，电流源参考电流与电阻的乘积决定了输出参考阈值电压ref1和ref2，这样的实现方法不够灵活，而且参考阈值的共模电平与输入差分信号无关。

现有技术中的峰值检测电路如图3所示，包括二极管D151，电阻R151，电容C151，其工作原理是当输入信号in151的电压超过二极管的导通电压时，高电平被传导到输出点out151，当输入信号转为低时，二极管断开，输出节点out151通过电阻R151放电，而电容C151减慢放电速度，将输入信号的峰值保持更长的时间。为了使用全互补氧化物半导体工艺实现峰值检测功能，已有技术中还有如图4所示的实现方式，与图3的不同是使用M161代替二极管。以上两种实现方法的缺点是在信号通路上有二极管或等效二极管，因此输入输出之间必然要有二极管导通压降，需要额外电路补偿这个压降。

实用新型内容

本实用新型所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种差分信号幅度检测系统，其保证输出稳定的数字信号，通过运算放大器的负反馈实现参考阈值电压的共模电平跟踪差分输入信号共模电平并控制调整输出信号拉伸长度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种差分信号幅度检测系统，其特征在于，包括：

正向和负向差分信号幅度检测单元、参考阈值产生单元、或门、峰值检测保持单元和输出缓冲单元，其中，正向和负向差分信号幅度检测系统分别被配置成连接差分输入信号in1、in2及参考阈值产生单元的参考阈值电压端ref1和ref2，或门的两输入端分别与正向和负向差分信号幅度检测单元的输出端相连，其用来实现正向和负向差分信号幅度检测单元输出的或逻辑关系，或门的输出端则与峰值检测保持单元的输入端连接，该峰值检测保持单元的输出端与输出缓冲单元的输入端相连，为输出信号提供足够的驱动能力，保证输出为稳定的数字信号，输出缓冲单元为输出信号提供足够的驱动能力，保证输出稳定的数字信号。

所述差分信号幅度检测系统，其中，该正向和负向差分信号幅度检测单元包括串联一起的精确减法器、缓冲放大器和比较器。

所述差分信号幅度检测系统，其中，该参考阈值产生单元包括电阻、开关、运算放大器、电容、PMOS器件和电流源，通过开关和数字信号控制实现输出阈值电压的调整，通过运算放大器的负反馈实现参考阈值电压的共模电平跟踪差分输入信号共模电平。

所述差分信号幅度检测系统，其中，该峰值检测保持单元包括：反相器，PMOS器件和NMOS器件组成的传输门，NMOS器件、电容。NMOS器件通过栅极信号的控制调整输出信号拉伸长度。

本实用新型的有益效果是，保证输出稳定的数字信号，通过运算放大器的负反馈实现参考阈值电压的共模电平跟踪差分输入信号共模电平并控制调整输出信号拉伸长度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是已有技术的减法器内部电路图1。

图2是已有技术的减法器内部电路图2。

图3是已有技术中的峰值检测电路1。

图4是已有技术中的峰值检测电路2。

图5是已有技术中参考阈值产生电路。

图6是本实用新型整体模块图。

图7是差分信号幅度检测单元101内部模块图。

图8是本文新的峰值检测保持单元104电路图。

图9是本文新的参考阈值产生电路102。

具体实施方式

一种差分信号幅度检测系统，其特征在于，包括：

正向和负向差分信号幅度检测单元101、参考阈值产生单元102、或门103、峰值检测保持单元104和输出缓冲单元105，其中，正向和负向差分信号幅度检测系统分别被配置成连接差分输入信号in1、in2及参考阈值产生单元102的参考阈值电压端ref1和ref2，或门103的两输入端分别与正向和负向差分信号幅度检测单元101的输出端相连，其用来实现正向和负向差分信号幅度检测单元输出的或逻辑关系，或门103的输出端则与峰值检测保持单元104的输入端连接，该峰值检测保持单元104的输出端与输出缓冲单元105的输入端相连，为输出信号提供足够的驱动能力，保证输出为稳定的数字信号，输出缓冲单元105为输出信号提供足够的驱动能力，保证输出稳定的数字信号。

所述差分信号幅度检测系统，其中，该正向和负向差分信号幅度检测单元101包括串联一起的精确减法器111、缓冲放大器112和比较器113。

所述差分信号幅度检测系统，其中，该参考阈值产生单元102包括电阻、开关、运算放大器、电容、PMOS器件和电流源，通过开关和数字信号控制实现输出阈值电压的调整，通过运算放大器的负反馈实现参考阈值电压的共模电平跟踪差分输入信号共模电平。

所述差分信号幅度检测系统，其中，该峰值检测保持单元104包括：反相器172，PMOS器件M171和NMOS器件M172组成的传输门，NMOS器件(M173和M174)、电容C171。NMOS器件M174通过栅极信号170的控制调整输出信号拉伸长度。

如图6所示，本文所介绍的差分信号幅度检测系统包括：正向和负向差分信号幅度检测单元101，参考阈值产生单元102，或门103，峰值检测保持单元104，输出缓冲单元105。系统连接关系如下：差分输入信号(in1，in2)分别连接到两个101单元的输入端，但连接关系相反，分别实现对差分信号正向和负向幅度的检测，由102单元产生的正向和负向两个参考阈值电压信号(ref1，ref2)分别作为两个101单元的参考电平输入端。两路信号幅度检测单元分别将正向信号幅度(in1-in2)和负向信号幅度(in2-in1)与参考阈值差(ref1-ref2)进行比较，如果超过阈值，则输出高电平，否则输出低电平。正向和负向差分信号幅度检测单元101的两路输出分别连接到或门103的两个输入端，其用来实现正向和负向差分信号幅度检测单元输出的或逻辑关系，即正向和负向幅度中有一个超过参考阈值差输出即为高电平。103的输出又连接到峰值检测保持单元104的输入端，当输入信号出现高电平时，104将这个高电平拉伸保持一定的时间，输入信号为低电平时，输出保持为低。104的输出端连接到输出缓冲单元105的输入端上，105单元为输出信号提供足够的驱动能力，保证输出为稳定的数字信号。

如图7所示，差分信号幅度检测单元101包括：减法器111，缓冲放大器112，比较器113。差分输入信号(i111，i112)和参考阈值电压信号(r111，r112)连接到减法器的输入端，减法器的内部电路参考背景技术中图2的实现方案。减法器111所实现的功能是求得(i111-i112)与(r111-r112)的差值，111单元的输出信号连接到缓冲放大器112的输入端，112的功能是将差分输入信号放大再输出，112单元的输出信号连接到比较器113的输入端，113单元比较两路输入信号，正端输入大于负端输入则输出为高电平，反之输出低电平。

如背景技术中所述，为提高检测精度，采用图2所示的减法器结构，则要求输入差分信号与参考阈值电压保持相同的共模电平，因此本文使用一种跟踪输入信号共模电平，同时输出电压可调的参考阈值产生电路。如图9所示，包括：电阻(R191～R198，R201，R202)，开关(S191～S198)，运算放大器193，电容C194，PMOS器件M195，电流源196。电阻(R191～R198)串联连接到电流源196的上部，根据偏置电流与电阻值得乘积决定各节点电压，开关(S191～S194)连接到电阻(R191～R194)的一端，由数字信号控制(S191～S194)选择不同电压作为正向阈值电平out191的输出，同样开关(S195～S198)连接到电阻(R195～R198)的一端，由数字信号控制S195～S198选择不同电压作为负向阈值电平out192的输出，这样就可以根据不同应用要求调整参考阈值电平。R194和R195之间的节点得到了正向和负向参考阈值电压的共模电平，连接到运算放大器193的正输入端，输入差分信号(in191，in192)分别连接到电阻(R201，R202)上，得到输入差分信号的共模电平连接到运算放大器193的负输入端，193的输出端连接到M195的栅极，M195的源极连接到电源，漏极连接到电阻R191的一端，电容C194连接在193输出端与M195的漏极之间，起补偿作用，使环路稳定。运算放大器193的负反馈作用使其两输入端电压保持一致，这样就实现了参考阈值电压共模电平跟踪输入信号共模电平。

如背景技术中所述的峰值检测电路有二极管压降的缺点，本文采用图8所示结构，包括：反相器172，PMOS器件M171和NMOS器件M172组成的传输门，NMOS器件M173和M174，电容C171。输入信号in171分别连接到172的输入端和M172的栅极，172的输出端连接到M171的栅极，M171与M172的源极以及M173的栅极都连接到电源上，M171～M174的漏极和电容C171的一端都连接到输出点out171上。当输入信号为高电平时，M171和M172组成的传输门导通，将电源电压传输到输出端，当输入信号变为低电平时，M171和M172组成的传输门断开，输出电压通过M173等效的大电阻缓慢放电，电容C171用来延长放电时间，这样就保持和延长了高电平输出脉冲的持续时间，达到了峰值检测保持的目的。M174的漏极连接到输出端，栅极连接到输入控制信号170上，当170输入为高电平时，M174导通，可以加速输出节点的放电，缩短高电平持续时间，实现了信号包络拉伸长度的灵活调整。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

综上所述，本实用新型在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关新型专利要件的规定，故依法提起申请。

Claims (4)

1.一种差分信号幅度检测系统，其特征在于，包括：

正向和负向差分信号幅度检测单元(101)、参考阈值产生单元(102)、或门(103)、峰值检测保持单元(104)和输出缓冲单元(105)，其中，正向和负向差分信号幅度检测系统分别被配置成连接差分输入信号in1、in2及参考阈值产生单元(102)的参考阈值电压端ref1和ref2，或门(103)的两输入端分别与正向和负向差分信号幅度检测单元(101)的输出端相连，或门(103)的输出端则与峰值检测保持单元(104)的输入端连接，该峰值检测保持单元(104)的输出端与输出缓冲单元(105)的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的差分信号幅度检测系统，其特征在于，所述正向和负向差分信号幅度检测单元(101)包括串联一起的精确减法器(111)、缓冲放大器(112)和比较器(113)。

3.跟权利要求1所述的差分信号幅度检测系统，其特征在于，所述参考阈值产生单元(102)包括电阻、开关、运算放大器、电容、PMOS器件和电流源，通过开关和数字信号控制实现输出阈值电压的调整，通过运算放大器的负反馈实现参考阈值电压的共模电平跟踪差分输入信号共模电平。

4.根据权利要求1所述的差分信号幅度检测系统，其特征在于，所述峰值检测保持单元(104)包括：反相器(172)，PMOS器件(M171)和NMOS器件(M172)组成的传输门，NMOS器件(M173和M174)、电容(C171)，NMOS器件(M174)通过栅极信号(170)的控制调整输出信号拉伸长度。 

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