專利名稱：高速、低紋波的峰值檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬信號(hào)處理、通信技術(shù)以及核科學(xué)的信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及適合于無(wú)線收發(fā)器、聲頻/視頻模擬信號(hào)處理電路和核科學(xué)的信號(hào)檢測(cè)的峰值檢測(cè)器設(shè)計(jì)。
在高速的電路設(shè)計(jì)中，要求峰值檢測(cè)器能夠降低響應(yīng)時(shí)間給出峰值的輸出；同時(shí)在通信電路中，輸入信號(hào)往往比較小，所以需要峰值檢測(cè)器能夠輸出較大的值。由于輸入的信號(hào)往往是高頻信號(hào)，所以在傳統(tǒng)的方法中，峰值輸出上往往帶有紋波，而輸出的要求是不需要高頻的紋波，所以需要對(duì)紋波進(jìn)行抑制。
為了考慮峰值檢測(cè)器能夠和其他電路一起集成，特別是和CMOS工藝兼容，所以也要求電路能夠用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)。
傳統(tǒng)的CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的峰值檢測(cè)器，如圖1所示由一個(gè)反饋回路和取樣保持電容Cs構(gòu)成。供給電源Vdd，輸入信號(hào)是Vin，控制信號(hào)Reset對(duì)Cs進(jìn)行復(fù)位操作，輸出信號(hào)Vout。具體連接關(guān)系為輸入信號(hào)Vin連接到MOS管M1A的柵極，M1A和M1B的源級(jí)都連接到電流源IB1上，M1A的漏極連接到M2B的漏極上；M2B的源級(jí)和M2A的源級(jí)都連接到地，M2B的柵極和M2A的柵極連接，并且和M2A的漏極連接在一起；M2A的漏極和M1B的漏極連接；M1B的的柵極連接到輸出端Vout。M3A的柵極和漏極連接，并且和M2B的漏極連接，M3A和M3B的源級(jí)都連接到地，M3A和M3B的柵極相接，M3B的漏極和采用保持電容Cs的一端連接，同時(shí)和M7的漏極、M4的柵極連接在一起；M7的源級(jí)接電源Vdd，M7的柵極接外部控制信號(hào)Reset；Cs的另一端連接到電源Vdd；M4的漏極連接到電源Vdd，其源級(jí)和電流源IB2的一端連接，電流源IB2的另一端連接到地。
圖1的這個(gè)電路形成了反饋環(huán)M1A的漏極、M3A的柵極、M3B的柵極、M3B的漏極、Cs的一端、M4的柵極、M4的源級(jí)、M1B的柵極、M1B的源級(jí)、M2A的漏極和柵極、M2B的漏極，回到M1A上，利用這個(gè)反饋環(huán)來(lái)使得Cs上沖放電來(lái)維持輸出的Vout信號(hào)和Vin的峰值相等。
如果取樣保持Cs的電容值決定了輸出信號(hào)的峰值從高到低的上升時(shí)間tHL，在高速系統(tǒng)中，要求峰值檢測(cè)的響應(yīng)時(shí)間很短，比如0.25μs，這樣使得Cs的容值要??；但是Cs的容值太小的話，就會(huì)使得輸出上出現(xiàn)較大的紋波。從而必須進(jìn)行響應(yīng)速度和紋波之間的折衷考慮。然而在這種結(jié)果下，折衷考慮的結(jié)果也會(huì)使得，輸出峰值上的紋波仍然有輸入信號(hào)的十分之一左右，而且依然不能解決高速的要求。
如果是在無(wú)線射頻通信系統(tǒng)，所以輸入的信號(hào)一般較小，所以輸出的峰值也較小，為了使得后級(jí)電路能夠容易檢測(cè)到，往往需要對(duì)峰值信號(hào)進(jìn)行放大。為了使得外部控制方面，也常常要求輸出是個(gè)電流信號(hào)，而圖1的電路只能輸出電壓信號(hào)。
從上面分析可以看出，傳統(tǒng)的電路存在以下不足第一、峰值信號(hào)上有紋波，而且在高速應(yīng)用場(chǎng)合中，紋波可能會(huì)比較大，影響輸出信號(hào)的可讀性；第二、響應(yīng)速度低；第三、不能進(jìn)行方便地對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行衰減或者放大第四、不能輸出電流信號(hào)。
本發(fā)明提出的一種高速、低紋波的峰值檢測(cè)器，包括一個(gè)傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的完整結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括一個(gè)跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器、用做偏置的電阻R1和R2以及作為交流耦合的電容CB；其連接關(guān)系為外部輸入的高頻信號(hào)Vin輸入到隔直電容CB的一端，CB的另一端同時(shí)連接到傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的輸入端及偏置電阻R1的一端；偏置電阻R1的另一端與偏置電阻R2的一端相連，并同時(shí)與偏置電壓VB相連，偏置電阻R2的另一端連接到所說(shuō)的跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器的一個(gè)輸入端上，該跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器的另一個(gè)輸入端與所說(shuō)的傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的輸出端相連，該跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器的輸出為電壓信號(hào)Vout或者是電流信號(hào)Iout。
本發(fā)明提出的另一種高速、低紋波的峰值檢測(cè)器，包括上述第一種峰值檢測(cè)器的全部結(jié)構(gòu)，其特征在于，還可包括一個(gè)低通濾波器，該低通濾波器的輸入端與傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的輸出端相連，其輸出端與所說(shuō)的跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器的一個(gè)輸入端相連。
本發(fā)明的峰值檢測(cè)器的設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案相比具有以下幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)1)該峰值檢測(cè)器能夠同時(shí)滿足低紋波和高速的要求；2)能夠?qū)敵鲂盘?hào)進(jìn)行衰減或者放大；3)能夠輸出電流信號(hào)。
圖1為傳統(tǒng)的峰值檢測(cè)器電路圖。
圖2為本發(fā)明提出的峰值檢測(cè)器的第一種結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本發(fā)明提出的峰值檢測(cè)器的第二種結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本發(fā)明的峰值檢測(cè)器的電路圖。
本發(fā)明提出的峰值檢測(cè)器的第二種結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括傳統(tǒng)的峰值檢測(cè)器、一個(gè)低通濾波器、一個(gè)跨導(dǎo)放大器或者是具有差分輸入的放大器、用做偏置的電阻R1和R2以及作為交流耦合的電容CB。外部輸入信號(hào)是輸入高頻信號(hào)Vin、直流偏置信號(hào)VB和電源電壓Vdd。連接關(guān)系為外部信號(hào)Vin輸入到隔直電容CB的一端，CB的另一端連接到傳統(tǒng)的峰值檢測(cè)器的輸入管上，同時(shí)CB的的這一端也和偏置電阻R1的一端連接。R1的另一端是偏置電壓VB，VB同時(shí)也加在R2的一端上，R2的另一端連接到一個(gè)跨導(dǎo)放大器的一個(gè)輸入上。傳統(tǒng)的峰值檢測(cè)器的輸出連接到一個(gè)低通濾波器的輸入上，低通濾波器的輸出連接到跨導(dǎo)放大器的另一個(gè)輸入上，跨導(dǎo)放大器的輸出為電壓信號(hào)Vout或者是電流信號(hào)Iout。
第一種結(jié)構(gòu)的電路實(shí)施例，如圖4所示，主要包括傳統(tǒng)的峰值檢測(cè)器及跨導(dǎo)放大器，具體組成結(jié)構(gòu)分別如虛線框I、II，其連接關(guān)系詳細(xì)說(shuō)明如下外部信號(hào)Vin輸入到隔直電容CB的一端，CB的另一端連接到傳統(tǒng)的峰值檢測(cè)器的輸入管M1A的柵極上，同時(shí)CB的的這一端也和偏置電阻R1的一端連接。R1的另一端是偏置電壓VB，VB同時(shí)也加在R2的一端上，R2的另一端連接到一個(gè)跨導(dǎo)放大器的M5A的柵極上。M5A的漏極連接到M4A的漏極上，這個(gè)節(jié)點(diǎn)可以作為輸出電壓Vout。M4A的柵極、M4B的柵極和漏極連接在一起，M4A和M4B的源級(jí)連接到地。M4A的漏極和M5B的漏極連接，M5B的柵極是R2的另一端，M5B的源級(jí)和M5A的源級(jí)連接到電流源IB3的一端。IB3的另一端和電源電壓連接。M4A的漏端和M6的柵極連接，M6的源級(jí)連接到電源電壓，M6的漏端輸出電流Iout。
由于低通濾波器的實(shí)施有很多的種類，同時(shí)跨導(dǎo)放大器和具有差分輸入的電壓放大器也有很多的種類，沒(méi)有一一例舉電路進(jìn)行描述。
本發(fā)明工作原理如圖2或者圖3，為了抑制從傳統(tǒng)的峰值檢測(cè)器輸出信號(hào)中的紋波，利用跨導(dǎo)放大器實(shí)際上也是一個(gè)一階濾波器，把其帶寬設(shè)置到一個(gè)要求的響應(yīng)時(shí)間對(duì)應(yīng)的頻率，那么就可以抑制由高頻輸入信號(hào)產(chǎn)生的紋波。比如高頻信號(hào)的頻率為375MHz，而響應(yīng)時(shí)間的要求為0.25μs，于是由于跨導(dǎo)放大器而產(chǎn)生的抑制比可以達(dá)到20dB，從而有效地紋波，使得輸出信號(hào)只顯示峰值信號(hào)。如果需要更大的抑制高頻信號(hào)的比例，那么可以如圖3所示，單獨(dú)采用一個(gè)低通濾波器抑制紋波，然后再使用跨導(dǎo)放大器進(jìn)行放大。
如圖2或者圖3，由于傳統(tǒng)的峰值檢測(cè)器的輸出信號(hào)中包含有直流分量，需要減去該直流分量，對(duì)“純粹”的峰值進(jìn)行放大。其實(shí)由于反饋環(huán)(M1A的漏極、M3A的柵極、M3B的柵極、M3B的漏極、Cs的一端、M4的柵極、M4的源級(jí)、M1B的柵極、M1B的源級(jí)、M2A的漏極和柵極、M2B的漏極，回到M1A)的存在，輸出信號(hào)中的直流分量等于輸入信號(hào)的偏置電壓VB，所以采用一個(gè)同偏置的差分跨導(dǎo)放大器或者具有差分輸入的電壓放大器就可以進(jìn)行對(duì)峰值進(jìn)行放大。
如果要求輸出信號(hào)是電壓信號(hào)，直接使用圖4中的MOS管M4A的漏端就可以了；如果要求輸出信號(hào)是電流信號(hào)，可以使用一個(gè)MOS管M6來(lái)把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)輸出。
本實(shí)施例中各元器件參數(shù)如表1所示表1
使用的偏置電流和偏置電壓參數(shù)如表2所示表2
權(quán)利要求
1.一種高速、低紋波的峰值檢測(cè)器，包括一個(gè)傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的完整結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括一個(gè)跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器、用做偏置的電阻R1和R2以及作為交流耦合的電容CB；其連接關(guān)系為外部輸入的高頻信號(hào)Vin輸入到隔直電容CB的一端，CB的另一端同時(shí)連接到傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的輸入端及偏置電阻R1的一端；偏置電阻R1的另一端與偏置電阻R2的一端相連，并同時(shí)與偏置電壓VB相連，偏置電阻R2的另一端連接到所說(shuō)的跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器的一個(gè)輸入端上，該跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器的另一個(gè)輸入端與所說(shuō)的傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的輸出端相連，該跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器的輸出為電壓信號(hào)Vout或者是電流信號(hào)Iout。
2.如權(quán)利要求1所述的高速、低紋波的峰值檢測(cè)器，其特征在于，還包括一個(gè)低通濾波器，該低通濾波器的輸入端與傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的輸出端相連，其輸出端與所說(shuō)的跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器的一個(gè)輸入端相連。
全文摘要
本發(fā)明屬于模擬信號(hào)處理、通信技術(shù)以及核科學(xué)的信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，涉及高速、低紋波的峰值檢測(cè)器。包括一個(gè)傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的完整結(jié)構(gòu)，還包括一個(gè)跨導(dǎo)放大器或具有差分輸入的放大器、用做偏置的電阻R1和R2以及作為交流耦合的電容CB；CB的一端同時(shí)連接到傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的輸入端及偏置電阻R1的一端；偏置電阻R1的另一端與偏置電阻R2的一端相連，偏置電阻R2的另一端連接到跨導(dǎo)放大器的一個(gè)輸入端上，該跨導(dǎo)放大器的另一個(gè)輸入端與傳統(tǒng)峰值檢測(cè)器的輸出端相連。本發(fā)明能夠同時(shí)滿足低紋波和高速的要求；同時(shí)可以使用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制備。而且對(duì)輸出峰值信號(hào)可以進(jìn)行衰減或者放大，也可以根據(jù)需要輸出電流信號(hào)。
文檔編號(hào)G01R19/04GK1405567SQ0214677
公開(kāi)日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者李永明, 鄭吉華 申請(qǐng)人:清華大學(xué)