TWI656750B - 電壓偵測器與通訊電路 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露了一種電壓偵測器與一種通訊電路，相較於先前技術能夠偵測到較低的輸入電壓，上述偵測的結果可作為電路參數調整的依據，以避免過高的輸入電壓傷害到後級電路。該電壓偵測器的一實施例包含：一交流耦合電路，用來依據一輸入電壓產生一第一輸入電壓與一第二輸入電壓；一回授放大電路，用來依據一汲取電流輸出一分流電流，並依據該第一輸入電壓與該分流電流的量決定一輸出電壓；以及一輔助電路，用來依據該第二輸入電壓決定該汲取電流的量，其中該汲取電流包含該分流電流。當上述分流電流大於零時，該分流電流正比於該汲取電流，因此，當該汲取電流隨著該第二輸入電壓上升而增加時，該分流電流也會增加，從而該輸出電壓除依據該第一輸入電壓的上升而上升外，也會額外地依據該分流電流的增加而上升，此技術特徵使得該輸出電壓與該輸入電壓之比值的變化的斜率變大，而有利於偵測。
Description
本發明是關於電壓偵測器與通訊電路，尤其是關於能夠偵測到低輸入電壓的電壓偵測器與通訊電路。
一般無線通訊電路會依據一增益（例如低雜訊放大器（low noise amplifier, LNA）之增益）來放大接收訊號，以產生輸入訊號供後級電路處理，然而，若輸入訊號過大，該輸入訊號可能傷害到後級電路，因此，為了避免上述問題，該無線通訊電路通常包含一電壓偵測器，以偵測輸入訊號的電壓是否超過一門檻電壓，若偵測結果為是，該無線通訊電路會降低該增益。
圖1顯示上述輸入訊號之電壓V
IN、輸出訊號之電壓V
OUT、以及門檻電壓V
TH之關係。如圖1所示，當V
IN大於電壓V
1時，V
OUT會大於V
TH。然而，隨著技術的發展，電路的操作複雜度愈來愈高，前述電壓偵測器的偵測能力須進一步地提升，以偵測到比電壓V
1更低的電壓，換言之，在V
IN小於電壓V
1時（如圖2所示，其中V
2小於圖1之V
1），電壓偵測器即須得到V
OUT大於V
TH的偵測結果，方能滿足需求。
本發明之一目的在於提供一種電壓偵測器與一種通訊電路，其相較於先前技術能夠偵測到較低的輸入電壓，以利於即時地調整電路參數，從而避免過高的輸入電壓傷害到後級電路。
本發明揭露了一種電壓偵測器。該電壓偵測器的一實施例包含一交流耦合電路、一回授放大電路、以及一輔助電路。該交流耦合電路用來依據一輸入電壓產生一第一輸入電壓與一第二輸入電壓。該回授放大電路用來依據一汲取電流輸出一分流電流，並依據該第一輸入電壓與該分流電流的量決定一輸出電壓，其中當該分流電流大於零時，該分流電流正比於該汲取電流，因此該汲取電流的量會影響該輸出電壓。該輔助電路用來依據該第二輸入電壓決定該汲取電流的量，其中該汲取電流包含該分流電流。上述實施例中，該輸出電壓除會依據該第一輸入電壓的上升而上升外，也會依據該汲取電流的增加而上升，故相較於先前技術，在同樣的輸入電壓下，本發明之輸出電壓較高，而有利於偵測。
本發明另揭露一種通訊電路，其一實施例包含一射頻電路、一電壓偵測器、一比較電路、以及一增益調整電路。該射頻電路用來依據一放大器增益處理一接收訊號，以產生一輸入電壓。該電壓偵測器包含：一交流耦合電路，用來依據該輸入電壓產生一第一輸入電壓與一第二輸入電壓；一回授放大電路，用來依據一汲取電流輸出一分流電流，並依據該第一輸入電壓與該分流電流的量決定一輸出電壓；以及一輔助電路，用來依據該第二輸入電壓決定該汲取電流的量，其中該汲取電流包含該分流電流。該比較電路用來比較該輸出電壓與一門檻電壓，以輸出一電壓偵測結果。該增益調整電路用來依據該電壓偵測結果調整該放大器增益。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
本發明包含電壓偵測器與通訊電路，相較於先前技術能夠偵測到較低的輸入電壓，以利於即時地調整電路參數，從而避免過高的輸入電壓傷害到後級電路。圖2顯示本發明之有益效果，圖2中，V
IN是輸入訊號的電壓，V
OUT是輸出訊號的電壓，V
TH是門檻電壓，當V
IN大於電壓V
2時，V
OUT會大於V
TH，這指出了V
IN可能過高，此時電路參數可相應地被調整以降低V
IN。相較於先前技術的圖1，圖2的電壓V
2小於電壓V
1，其意味著本發明能夠偵測到較低的輸入電壓。
圖3顯示本發明之電壓偵測器的一實施例。如圖3所示，電壓偵測器300包含一交流耦合電路310、一回授放大電路320、以及一輔助電路330。交流耦合電路310用來依據輸入電壓V
I產生第一輸入電壓V
I1與第二輸入電壓V
I2，其中輸入電壓V
I、第一輸入電壓V
I1與第二輸入電壓V
I2於本實施例中均為差動電壓，亦即輸入電壓V
I為差動訊號之電壓V
IP、V
IN、第一輸入電壓V
I1為差動訊號之電壓V
IP1、V
IN1、以及第二輸入電壓V
I2為差動訊號之電壓V
IP2、V
IN2，然此並非本發明之實施限制。當輸入電壓V
I大於圖2中V
2時，回授放大電路320用來依據一汲取電流I
SINK輸出一分流電流I
BRANCH作為汲取電流I
SINK的一部分，回授放大電路320並依據第一輸入電壓V
IP1、V
IN1與分流電流I
BRANCH的量決定一輸出電壓V
OUT。輔助電路330用來依據第二輸入電壓V
IP2、V
IN2決定汲取電流I
SINK的量，其中當分流電流I
BRANCH大於零時，汲取電流I
SINK包含分流電流I
BRANCH，且分流電流I
BRANCH正比於汲取電流I
SINK，因此，當汲取電流I
SINK隨著第二輸入電壓V
IP2、V
IN2上升（亦即| V
IP2-V
IN2|變大）而增加時，分流電流I
BRANCH也會增加，從而輸出電壓V
OUT除依據第一輸入電壓V
IP1、V
IN1的上升（亦即| V
IP1-V
IN1|變大）而上升外，也會額外地依據分流電流I
BRANCH的增加而上升，這使得輸出電壓V
OUT之變化量（
）與輸入電壓V
IP、V
IN之變化量（
）的比值（即
）的變化的斜率變大，而有利於偵測。圖式中，接地符號代表連接至一低電位V
SS（例如：接地電位）。
圖4顯示圖3之交流耦合電路310的一實施例。如圖4所示，交流耦合電路310包含一第一節點410、一第二節點420、一第一交流耦合電路430、以及一第二交流耦合電路440。第一節點410用來接收前述輸入電壓之正端輸入（positive-terminal input）V
IP。第二節點420用來接收前述輸入電壓之負端輸入（negative-terminal input）V
IN。第一交流耦合電路430包含電容與電阻，用來濾除直流成份以及依據正端輸入V
IP、負端輸入V
IN與一第一偏壓V
BIAS1產生前述第一輸入電壓V
IP1、V
IN1。第二交流耦合電路440包含電容與電阻，用來濾除直流成份以及依據正端輸入V
IP、負端輸入V
IN與一第二偏壓V
BIAS2產生前述第二輸入電壓V
IP2、V
IN2。
前述第一偏壓V
BIAS1可由實施者依其需求決定，第二偏壓V
BIAS2則可由一偏壓產生電路來提供。該偏壓產生電路之一實施例如圖5所示，圖5之偏壓產生電路500耦接一高電位V
DD與一低電位V
SS，包含一偏壓電流源510、一偏壓電流鏡520、以及一二極體連接式（diode-connected）電晶體530。偏壓電流源510用來決定一參考電流I
REF，並可耦接其它電路（如圖5之偏壓電流源510所連接的虛線所示）。偏壓電流鏡520用來產生一鏡射電流I
MIRROR相關於參考電流I
REF，其中偏壓電流鏡520之閘極電壓可作為第二偏壓V
BIAS2。鏡射電流I
MIRROR流過二極體連接式電晶體530，二極體連接式電晶體530之閘極電壓可作為後述第三偏壓V
BIAS3。值得注意的是，依據圖5之電路架構，第三偏壓V
BIAS3與第二偏壓V
BIAS2之一比例可以是固定的（constant）或可設定的（configurable）（例如：偏壓電流鏡520是一可調式電流鏡）。
圖6顯示圖3之回授放大電路320的一實施例。如圖6所示，回授放大電路包含320包含一第一電壓輸入電路610、一電流鏡電路620、一輸出電路630、以及一偏壓電路640。當前述輸入電壓V
I大於圖2中V
2時，第一電壓輸入電路610用來依據該第一輸入電壓V
IP1、V
IN1的電壓擺伏來改變流過第一電壓輸入電路610的一導通電流I
ON。電流鏡電路620耦接輸出節點650，用來 確保第二電流I
2與該第一電流I
1之一比例是固定的或可設定的（例如：電流鏡電路620為可調式電流鏡），第一電流I
1包含前述分流電流I
BRANCH與導通電流I
ON，分流電流I
BRANCH經由節點650輸出至輔助電路330；前述輸出電壓V
OUT與第二電流I
2成正比。輸出電路630耦接電流鏡電路620，用來依據第二電流I
2決定輸出電壓V
OUT。偏壓電路640耦接第一電壓輸入電路610與輸出電路630，用來依據偏壓V
BIAS以運作，偏壓V
BIAS可由實施者依其需求決定。
圖7顯示圖3之回授放大電路320的另一實施例。如圖7所示，回授放大電路包含320包含一第一電壓輸入電路710、一電流鏡電路720、一輸出回授電路730、以及一偏壓電路740。當前述輸入電壓V
I大於圖2中V
2時，第一電壓輸入電路710用來依據前述依據該第一輸入電壓V
IP1、V
IN1的電壓擺伏來改變流過第一電壓輸入電路710的一導通電流I
ON。電流鏡電路720耦接輸出節點750，用來確保第二電流I
2與該第一電流I
1之一比例是固定的或可設定的（例如：電流鏡電路720為可調式電流鏡），第一電流I
1包含前述分流電流I
BRANCH與導通電流I
ON，分流電流I
BRANCH經由節點750輸出至輔助電路330。輸出回授電路730耦接電流鏡電路720，用來決定輸出節點750電壓V
OUT1及依據第二電流I
2輸出輸出電壓V
OUT。偏壓電路740耦接第一電壓輸入電路710與輸出回授電路730，用來依據偏壓V
BIAS以運作，偏壓V
BIAS可由實施者依其需求決定。圖7之回授放大電路320單獨而言為已知電路。
圖8顯示圖3之輔助電路330的一實施例。如圖8所示，輔助電路330包含一電流源（current source）810以及一電流槽（current sink）820。電流源810用來輸出一預定電流I
B1，該預定電流是固定的或可設定的（例如：電流源810是一可調式電流源）。電流槽820用來抽取前述汲取電流I
SINK，汲取電流I
SINK包含預定電流I
B1與前述分流電流I
BRANCH；且I
BRANCH與第二輸入電壓V
IP2、V
IN2正相關
圖9顯示圖8之電流源810與電流槽820的一實施例。如圖9所示，電流源810包含一電晶體，用來依據前述第三偏壓V
BIAS3提供I
B1；電流槽820是一第二電壓輸入電路910，用來依據第二輸入電壓V
IP2、V
IN2決定汲取電流I
SINK的量。值得注意的是，依據圖5之揭露，第三偏壓V
BIAS3與第二偏壓V
BIAS2之比例可以是固定的或可設定的，因此，藉由控制該比例，當輸入電壓V
IP、V
IN未達到一門檻時（例如：|V
IP-V
IN|≦圖2之電壓V
2），分流電流I
BRANCH近似於零，汲取電流I
SINK實質上等於預定電流I
B1（亦即I
SINK= I
B1+I
BRANCH= I
B1+0=I
B1）；當輸入電壓V
IP、V
IN達到該門檻時，汲取電流I
SINK包含預定電流I
B1以及分流電流I
BRANCH（亦即I
SINK= I
B1+I
BRANCH）。
圖10顯示本發明之通訊電路的一實施例。如圖10所示，通訊電路1000包含一射頻電路1010、一電壓偵測器1020、一比較電路1030、一增益調整電路1040。射頻電路1010用來依據一放大器增益（例如： 低雜訊放大器（low noise amplifier, LNA）之增益）處理一接收訊號，以產生一輸入電壓。電壓偵測器1020是圖3之電壓偵測器300或其均等。比較電路1030用來比較電壓偵測器300的輸出電壓與一門檻電壓，以輸出一電壓偵測結果。增益調整電路1040（例如：基頻電路）用來依據該電壓偵測結果調整該放大器增益，更明確地說，當該電壓偵測結果指出該輸入電壓大於一門檻電壓，增益調整電路1040即調降該放大器增益。本領域具有通常知識者能夠瞭解，上述射頻電路1010、比較電路1030、以及增益調整電路1040的每一個單獨而言可以是已知的電路。
值得注意的是，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施前述任一實施例中部分或全部技術特徵，或選擇性地實施前述複數個實施例中部分或全部技術特徵的組合，藉此增加本發明實施時的彈性。另請注意，前述實施例雖以差動訊號之電壓的處理為例，本領域具有通常知識者能夠瞭解，藉由將差動電路架構改為單端電路架構，本發明亦可用於單端訊號之電壓的處理。
綜上所述，本發明之電壓偵測器與通訊電路相較於先前技術能夠偵測到較低的輸入電壓，以即時地調整電路參數，從而避免過高的輸入電壓傷害到後級電路。
雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
VIN‧‧‧輸入訊號之電壓
VOUT‧‧‧輸出訊號之電壓
VTH‧‧‧門檻電壓
V1、V2‧‧‧電壓
300‧‧‧電壓偵測器
310‧‧‧交流耦合電路
320‧‧‧回授放大電路
330‧‧‧輔助電路
VIP、VIN‧‧‧輸入電壓
VIP1、VIN1‧‧‧第一輸入電壓
VIP2、VIN2‧‧‧第二輸入電壓
ISINK‧‧‧汲取電流
IBRANCH‧‧‧分流電流
410‧‧‧第一節點
420‧‧‧第二節點
430‧‧‧第一交流耦合電路
440‧‧‧第二交流耦合電路
VBIAS1‧‧‧第一偏壓
VBIAS2‧‧‧第二偏壓
500‧‧‧偏壓產生電路
510‧‧‧偏壓電流源
520‧‧‧偏壓電流鏡
530‧‧‧二極體連接式電晶體
VDD‧‧‧高電位
IREF‧‧‧參考電流
IMIRROR‧‧‧鏡射電流
VBIAS3‧‧‧第三偏壓
610‧‧‧第一電壓輸入電路
620‧‧‧電流鏡電路
630‧‧‧輸出電路
640‧‧‧偏壓電路
650‧‧‧輸出節點
ION‧‧‧導通電流
I1‧‧‧第一電流
I2‧‧‧第二電流
VBIAS‧‧‧偏壓
710‧‧‧第一電壓輸入電路
720‧‧‧電流鏡電路
730‧‧‧輸出回授電路
740‧‧‧偏壓電路
750‧‧‧輸出節點
VOUT1‧‧‧第一輸出電壓
810‧‧‧電流源
820‧‧‧電流槽
IB1‧‧‧預定電流
910‧‧‧第二電壓輸入電路
1000‧‧‧通訊電路
1010‧‧‧射頻電路
1020‧‧‧電壓偵測器
1030‧‧‧比較電路
1040‧‧‧增益調整電路
［圖1］顯示先前技術之電壓偵測的效果； ［圖2］顯示本發明之電壓偵測的效果； ［圖3］顯示本發明之電壓偵測器的一實施例； ［圖4］顯示圖3之交流耦合電路的一實施例； ［圖5］顯示本發明之偏壓產生電路的一實施例； ［圖6］顯示圖3之回授放大電路的一實施例； ［圖7］顯示圖3之回授放大電路的另一實施例； ［圖8］顯示圖3之輔助電路的一實施例； ［圖9］顯示圖8之電流源與電流槽的一實施例；以及 ［圖10］顯示本發明之通訊電路的一實施例。
Claims (10)
- 一種電壓偵測器，包含： 一交流耦合電路（alternating-current coupling circuit），用來依據一輸入電壓產生一第一輸入電壓與一第二輸入電壓； 一回授放大電路（feedback amplifier），用來依據一汲取電流（sink current）輸出一分流電流（branch current），並依據該第一輸入電壓與該分流電流的量決定一輸出電壓；以及 一輔助電路，用來依據該第二輸入電壓決定該汲取電流的量，其中該汲取電流包含該分流電流。
- 如申請專利範圍第1項所述之電壓偵測器，其中該輸入電壓、該第一輸入電壓與該第二輸入電壓為差動電壓，該交流耦合電路包含： 一第一節點，用來接收該輸入電壓之一正端輸入（positive-terminal input）； 一第二節點，用來接收該輸入電壓之一負端輸入（negative-terminal input）； 一第一交流耦合電路，用來依據該正端輸入、該負端輸入與一第一偏壓產生該第一輸入電壓；以及 一第二交流耦合電路，用來依據該正端輸入、該負端輸入與一第二偏壓產生該第二輸入電壓。
- 如申請專利範圍第2項所述之電壓偵測器，其中該輔助電路包含： 一電流源（current source），用來輸出一預定電流；以及 一電流槽（current sink），用來抽取該汲取電流，該汲取電流包含該預定電流與該分流電流。
- 如申請專利範圍第3項所述之電壓偵測器，其中該電流槽包含：一第二電壓輸入電路，用來依據該第二輸入電壓決定該汲取電流的量。
- 如申請專利範圍第3項所述之電壓偵測器，其中該電流源依據一第三偏壓輸出該預定電流，且該第三偏壓與該第二偏壓之一比例是固定的（constant）或可設定的（configurable）。
- 如申請專利範圍第1項所述之電壓偵測器，其中該回授放大電路包含： 一第一電壓輸入電路，用來依據該第一輸入電壓決定一輸出節點之一第一輸出電壓，並依據該第一輸入電壓決定流過該第一電壓輸入電路的一導通電流； 一電流鏡電路，耦接該輸出節點，用來依據該第一輸出電壓產生一第一電流，該第一電流包含該分流電流與該導通電流；以及 一輸出回授電路，耦接該電流鏡電路，用來產生該輸出電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之電壓偵測器，其中該輔助電路包含： 一電流源，用來輸出一預定電流；以及 一電流槽，用來依據該第二輸入電壓抽取該汲取電流，該汲取電流包含該預定電流與該分流電流。
- 如申請專利範圍第7項所述之電壓偵測器，其中該電流槽包含：一第二電壓輸入電路，用來依據該第二輸入電壓決定該汲取電流的量。
- 一種通訊電路，包含： 一射頻電路，用來依據一放大器增益處理一接收訊號，以產生一輸入電壓； 一電壓偵測器，包含： 一交流耦合電路，用來依據該輸入電壓產生一第一輸入電壓與一第二輸入電壓； 一回授放大電路，用來依據一汲取電流輸出一分流電流，並依據該第一輸入電壓與該分流電流的量決定一輸出電壓；以及 一輔助電路，用來依據該第二輸入電壓決定該汲取電流的量，其中該汲取電流包含該分流電流； 一比較電路，用來比較該輸出電壓與一門檻電壓，以輸出一電壓偵測結果；以及 一增益調整電路，用來依據該電壓偵測結果調整該放大器增益。
- 如申請專利範圍第9項所述之通訊電路，其中該輔助電路包含： 一電流源，用來輸出一預定電流；以及 一電流槽，用來依據該第二輸入電壓抽取該汲取電流，該汲取電流包含該預定電流與該分流電流。
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