波形檢測電路、開關電源及通訊檢波器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種波形檢測電路、開關電源及通訊檢波器，其中，波形檢測電路包括一檢測三極管、一輸出三極管、一偏置單元及一上拉單元；檢測三極管為NPN型，檢測三極管的集電極用于輸入一待檢測信號，其基極通過偏置單元與一供電電源連接；輸出三極管為反向連接，其基極與檢測三極管的基極連接，其集電極與接地端連接，其發射極通過上拉單元與供電電源連接；輸出三極管的集電結的特性與檢測三極管的集電結的特性相匹配，輸出三極管的發射極能夠提供與待檢測信號的波形對應的一檢測信號。本發明的波形檢測電路通過檢測三極管與輸出三極管的反向連接，不僅檢測信號的波形延遲極小，可以快速地檢測雙極性電平信號，而且結構簡單，有利于降低系統成本。
【專利說明】
波形檢測電路、開關電源及通訊檢波器
技術領域
[0001]本發明涉及信號檢測領域，尤其涉及一種波形檢測電路、開關電源及通訊檢波器。 【背景技術】
[0002]由單電源供電，輸入信號是基于0V電平的雙極性電平信號，輸出信號是當輸入信號幅度低于0V時對應輸出高電平，當輸入信號幅度高于或等于0V時則對應輸出低電平的方波信號，該類電路可被稱作一種波形檢測電路。
[0003]目前，此類波形檢測電路一般通過互補檢測電路實現，如圖1所示，檢測三極管Q2 的基極與輸出三極管Q1的基極連接，檢測三極管Q2的發射極連接檢測端子DET，用于輸入待檢測信號，輸出三極管Q1的集電極連接輸出端子0UT，用于輸出檢測信號。
[0004]當檢測三極管Q2與輸出三極管Q1的增益足夠大時，則當檢測端子DET的信號幅度低于參考接地電平時，輸出三級管Q1截止，輸出端子OUT輸出高電平，當檢測端子DET的信號幅度高于或等于參考接地電平時，輸出三極管Q1導通，輸出端子OUT輸出低電平。這樣就可以利用檢測端子DET，對雙極性電平信號進行檢測，同時在輸出端子OUT得到與之對應的檢測信號，且檢測的轉折點即閾值約為0V。如圖2A所示，2為待檢測信號，輸入至檢測端子DET，1為檢測信號，從輸出端子OUT輸出。
[0005]但是，受到輸出三極管Q1導通期間的過量基區電荷的影響，輸出三極管Q1從導通到截止還存在較大的延時時間，導致輸出的檢測信號異常。如圖2B所示，2為待檢測信號， 輸入至檢測端子DET，1為檢測信號，從輸出端子OUT輸出。可以看出，待檢測信號的下降沿到檢測信號的上升沿之間，即輸出三極管Q1從導通到截止的延遲時間為A X=472ns，導致檢測信號的上升沿呈現出趨于平坦的坡度。
[0006]當檢測三極管Q2與輸出三極管Q1的類型相同、結構相同，且放置在相同的熱特性條件下，即二者的溫度特性也相同時，上述類型的波形檢測電路會具有較好的一致性，包括初始精度以及不同溫度下的匹配精度，在要求不高的應用場景中，尚具有足夠的實用性，只是檢測三極管Q2的發射結的耐壓能力有限，亦即可輸入的待檢測信號的電壓值范圍仍然有限。在已知的半導體工藝制程中，三極管的發射結電壓Vbe的耐壓能力大多不高于15V。 當待檢測信號的正電平高于15V時，檢測三極管Q2將因此發生過壓擊穿，使得波形檢測電路失效。
[0007]另外，在開關電源輸出整流的應用中，當M0SFET器件在變壓器輸出繞組的負電平器件開通時，總是希望具有盡可能低的導通壓降，也就是需要盡可能小的負電壓電平，從而提高系統的整流效率，而相對于檢測信號來說，就是要求在檢測信號接近0V的負電壓電平下，能夠很好地保持M0SFET器件可靠地開通，同時又要求在檢測信號轉換至正電壓電平時，能夠快速地改變輸出狀態，以使M0SFET器件關閉。但是，由于上述類型的波形檢測電路中存在的問題，尚無法實現此目的。
【發明內容】
[0008]本發明在于提供一種波形檢測電路，用于解決現有技術中波形檢測電路的延遲時間較大、以及可輸入的待檢測信號的正電壓值范圍過小而負電壓值范圍過大的問題。
[0009]本發明還在于提供一種開關電源，包括上述波形檢測電路，使其可替代傳統的二極管進行輸出整流，以提高系統的整流效率，并可滿足較小的負電壓電平和較大的正電壓電平范圍。
[0010]本發明還在于提供一種通訊檢波器，包括上述波形檢測電路，使其可輸出單極性電平信號，以提高抗干擾能力。[〇〇11] 為了解決上述技術問題，本發明所提供的技術方案如下:本發明提出一種波形檢測電路，包括一檢測三極管、一輸出三極管、一偏置單兀及一上拉單元；所述檢測三極管為NPN型，所述檢測三極管的集電極用于輸入一待檢測信號，其基極通過所述偏置單元與一供電電源連接；所述輸出三極管為反向連接，其基極與所述檢測三極管的基極連接，其集電極與接地端連接，其發射極通過所述上拉單元與所述供電電源連接；其中，所述輸出三極管的集電結的特性與所述檢測三極管的集電結的特性相匹配，所述輸出三極管的發射極能夠提供與所述待檢測信號的波形對應的一檢測信號。
[0012]進一步地，所述檢測三極管的發射極懸空，或，所述檢測三極管的發射極與其基極連接。
[0013]進一步地，所述檢測三極管與輸出三極管的特性參數一致。
[0014]進一步地，所述偏置單元為一電阻或一電流源。
[0015]進一步地，所述上拉單元為一電阻或一電流源。
[0016]進一步地，所述檢測三極管的集電結的耐壓能力高于15V。
[0017]進一步地，所述待檢測信號的峰值幅度遠大于所述檢測信號的峰值幅度。
[0018]進一步地，所述波形檢測電路還包括一驅動單元，用于對所述檢測信號進行電流放大，以驅動一外部電路。
[0019]本發明還提出一種開關電源，包括一變壓器及一 M0SFET器件，所述M0SFET器件具有兩個開關端與一控制端，其中一個開關端連接于接地端，還包括如上所述的波形檢測電路，其中，所述M0SFET器件的另一個開關端連接于所述檢測三極管的集電極與所述變壓器的副邊繞組之間，所述控制端受控于所述檢測信號。
[0020]本發明還提出一種通訊檢波器，包括如上所述的波形檢測電路，還包括一電阻，所述電阻連接于所述驅動單元的輸出端與接地端之間。
[0021]與現有技術相比，本發明的波形檢測電路，具有以下有益效果:通過將檢測三極管及輸出三極管均反向連接，使得波形檢測電路具有良好的匹配性及一致性，且開關速度良好，輸出的檢測信號可以非常好地跟隨正電壓值范圍較大的待檢測信號，不僅檢測信號的波形延遲極小，可以快速地檢測雙極性電平信號，而且結構簡單，有利于降低系統成本。【附圖說明】
[0022]圖1為現有技術的波形檢測電路的結構示意圖。
[0023]圖2A為現有技術的波形檢測電路的輸入、輸出信號的波形圖。
[0024]圖2B為圖2A的波形檢測電路的輸出三極管從導通到截止的延遲圖。
[0025]圖3A為現有技術的波形檢測電路的二極管/檢測三極管反向連接的結構示意圖。
[0026]圖3B為圖3A的波形檢測電路的輸入、輸出信號的波形圖。
[0027]圖4為本發明一實施例的波形檢測電路的結構示意圖。
[0028]圖5為本發明另一實施例的波形檢測電路的結構示意圖。
[0029]圖6為本發明另一實施例的波形檢測電路的結構示意圖。
[0030]圖7為圖4、圖5及圖6的波形檢測電路的輸出三極管從導通到截止的延遲圖。
[0031]圖8為圖5及圖6的波形檢測電路的輸出三極管從截止到導通的延遲圖。
[0032]圖9為圖4的波形檢測電路的輸出三極管從截止到導通的延遲圖。
[0033]圖10為本發明另一實施例的波形檢測電路的結構示意圖。[〇〇34] 圖11為本發明另一實施例的波形檢測電路的結構示意圖。
[0035]圖12為本發明另一實施例的波形檢測電路的結構示意圖。
[0036]圖13為圖12的波形檢測電路的輸入、輸出信號的波形圖。[〇〇37] 圖14為三極管的連接方式圖。
[0038]圖15為三極管的載流子分配示意圖。【具體實施方式】
[0039]在說明本發明各實施例之前，先說明一下發明人嘗試的另一種波形檢測電路，將有助于本領域普通技術人員更好地理解本發明。
[0040]波形檢測電路實施例請參閱圖3A，與現有技術不同，該波形檢測電路的檢測端子DET連接在二極管D1的負極或連接在檢測三極管Q2的集電極，而輸出三極管Q1的連接方式保持不變。也就是說，該波形檢測電路中二極管D1或檢測三極管Q2均為反向連接，此時,該檢測三極管Q2僅基極與集電極起作用，其作用相當于該二極管D1，而輸出三極管Q1為正向連接。
[0041]請一并參閱圖3B，2為待檢測信號，輸入至檢測端子DET，1為檢測信號，從輸出端子OUT輸出。可以看出，輸出端子OUT的檢測信號能夠基本正確地跟隨檢測端子DET的待檢測信號進行高低電平的切換。此時，二極管D1或檢測三極管Q2的集電結作為檢測端，二者的耐壓能力相較于現有技術已有極大地提高，可以高于15V，甚至可以大大提高至1000V， 進而使得該波形檢測電路在待檢測信號的正電平高于15V的應用場景中也可以安全使用， 而不至于被過壓擊穿，效果顯著，從而解決了現有技術中可輸入的待檢測信號的正電壓值范圍過小的問題。
[0042]但是，在該波形檢測電路中，比較電路是由二極管D1的電壓或檢測三極管Q2的集電結電壓Vb。與輸出三極管Q1的發射結電壓Vbe構成的。而無論是二極管D1與輸出三極管 Q1的發射結，還是檢測三極管Q2的集電結與輸出三極管Q1的發射結，上述兩者均不屬于相同的結構類型，導通電壓必然存在差異，即使通過工藝設計和調整，仍然無法實現各種溫度條件下的高匹配特性，必將導致檢測誤差增加，從而影響檢測的精度。此外，二者飽和程度上的差異也將導致輸出的檢測信號存在較大的延遲時間，仍然無法解決現有技術中波形檢測電路存在的延遲時間較大的問題。因此，該波形檢測電路不具有實用性，發明人又對其作了進一步地改進，提出了本發明的波形檢測電路。
[0043]以下參考附圖，對本發明各實施例予以進一步地詳盡闡述。
[0044]請參閱圖4-6,本發明提供的一種波形檢測電路，其包括:一偏置單元、一上拉單元、一檢測三極管Q2及一輸出三極管Q1。其中，檢測三極管Q2為NPN型。
[0045] 具體地，偏置單元的一端與供電電源VCC連接，其另一端連接在檢測三極管Q2的基極與輸出三極管Q1的基極之間。偏置單元可以使用電阻，也可以以集成電路的方式使用電流源替代電阻。當然，也可以對偏置單元的電壓值或電阻值進行調整，從而獲得不同的偏置電流以適應不同的應用場景。如圖4-5所示，在本實施例中，偏置單元為電阻R1。如圖6 所示，在本實施例中，偏置單元為電流源12,從而可以無需外部電阻，而在不同的供電電壓條件下得到相同的偏置電流。
[0046] 上拉單元的一端與供電電源VCC連接，其另一端與輸出三極管Q1的發射極連接。 上拉單元可以為電阻，也可以以集成電路的方式由電流源替代電阻，以為輸出提供上拉偏置。根據不同的應用場景，對上拉單元的電壓值或電阻值進行調整，也可以獲得不同的偏置電流。如圖4-5所示，在本實施例中，上拉單元為電阻R2。如圖6所示，在本實施例中，上拉單元為電流源II，從而可以無需外部電阻，而在不同的供電電壓條件下得到相同的偏置電流。
[0047] 檢測三極管Q2的基極與輸出三極管Q1的基極連接，同時通過偏置單元與供電電源VCC連接，檢測三極管Q2的集電極連接于檢測端子DET，用于輸入待檢測信號。
[0048]輸出三極管Q1的發射極連接于輸出端子0UT，能夠提供與待檢測信號的波形對應的檢測信號，同時通過上拉單元與供電電源VCC連接，輸出三極管Q1的集電極連接于接地端。
[0049] 檢測三極管Q2的集電結與輸出三極管Q1的集電結的特性相匹配，也就是說，在本發明的波形檢測電路中，檢測三極管Q2與輸出三極管Q1均為反向連接。二者的特性參數一致，即二者在類型、結構及溫度特性上可以保持完全一致，有效地保障了波形檢測電路的一致性，從而解決了圖3A的波形檢測電路不具備實用性的問題。
[0050] 同時，通過在同一個集成電路上或封裝體中將該檢測三極管Q2與輸出三極管Q1 進行組裝，不僅可基于分離器件的形式實現兩個類型相同且完全獨立的三極管的制作，有效地減少兩個三極管由于溫度差異對三極管的集電結的耐壓能力的影響，還可以極好地實現對正電平高達1000V的待檢測信號的檢測，并在一較寬的溫度條件下得以保持。
[0051] 也就是說，由于檢測三極管Q2的集電結的耐壓能力的大大提高，待檢測信號的峰值幅度可以遠大于檢測信號的峰值幅度。例如，受限于供電電源VCC的電壓值范圍，假設檢測信號保持在5V左右，而待檢測信號則可以達到1000V。
[0052] 由于輸出三極管Q1的反向連接，即其發射極連接于輸出端子0UT，并通過上拉單元連接至供電電源，其集電極連接于接地端，基極電流直接流過集電結，使得輸出三極管Q1 的發射極連接至高電平，集電極連接至低電平，而大大區別于傳統連接中發射極連接至低電平，而集電極連接至高電平。該種反向連接使輸出三極管Q1處于正偏狀態，而EC被反向導通，發射極電位從略高于集電極電位降低至與集電極電位相同，從而使得輸出三極管Q1 始終處于臨界導通狀態。同時，由于集電極連接于接地端，多余的基區電荷被自動地從集電結旁路掉，最終促使輸出三極管Q1的截止速度大幅度提高。
[0053] 請一并參閱圖7,可以看出，輸出的檢測信號能夠非常好地跟隨輸入的待檢測信號進行高低電平的切換，待檢測信號的下降沿到檢測信號的上升沿之間，即輸出三極管Q1從導通到截止的延遲時間為A X=116ns。相比于現有技術中A X=472ns，延遲時間大大減小，檢測信號的上升沿呈現銳利坡度，電路性能得到了有效地改善。可見，雖然該波形檢測電路與傳統推薦的三極管連接方式(如圖14所示)以及工作條件(如圖15所示)完全不同，但是， 經上述檢測信號的結果表明，該波形檢測電路中將檢測三極管Q2及輸出三極管Q1均反向連接的方式是合理的。
[0054]根據應用場景對輸出三極管Q1的導通時間的不同要求，檢測三極管Q2的發射極可以選擇懸空，或連接于其基極。
[0055]請一并參閱圖8,在本實施例中，檢測三極管Q2的發射極連接于基極(如圖5-6所示)。可以看出，待檢測信號的上升沿到檢測信號的下降沿之間，即輸出三極管Q1從截止到導通的延遲時間較大，輸出電壓波形呈緩慢變化的趨勢。
[0056]進一步地，請參閱圖9,在本實施例中，檢測三極管Q2的發射極懸空(如圖4所示)。 可以看出，由于檢測三極管Q2的發射極懸空后，降低了對偏置電流的分流作用，加快了輸出三極管Q1的導通速度，使得待檢測信號的上升沿到檢測信號的下降沿之間，即輸出三極管Q1從截止到導通的延遲時間可以縮短至A X=72ns。
[0057]請參閱圖10,波形檢測電路還包括一驅動單元，其輸入端連接在上拉單元(電流源 11)與輸出三極管Q1的發射極之間，以對波形檢測電路輸出的雙極性電平的檢測信號進行電流放大，以驅動外部電路，從而進一步控制不同的后端電路。該圖中波形檢測電路的其余結構與上述實施例中所描述的一致，在此不再贅述。
[0058]開關電源實施例請參閱圖11，開關電源包括一變壓器、一 M0SFET器件以及上述波形檢測電路。
[0059]其中，M0SFET器件具有兩個開關端與一控制端，該控制端受控于波形檢測電路的驅動單元輸出的檢測信號，其中一個開關端連接于接地端，另一個開關端則連接在檢測三極管Q2的集電極與變壓器副邊繞組的一頭之間。在本實施例中，控制端為柵極，連接于接地端的其中一個開關端為源極，另一個開關端為漏極。
[0060]變壓器副邊繞組的另一頭則連接于供電電源VCC，變壓器原邊繞組的一頭連接于一 PWM (脈沖寬度調制)電路，其另一頭連接于一整流電路。
[0061]以變壓器繞組輸出的波形信號作為輸入的待檢測信號，通過驅動單元對波形檢測電路跟隨輸出的檢測信號進行電流放大，并用以驅動一個具有較低導通電阻的M0SFET器件，使其可在本實施例的開關電源或其他實施例的各種開關電源中替代傳統的二極管進行輸出整流，獲得遠小于傳統的二極管的導通損耗，從而極大地提高了系統的整流效率。其中，波形檢測電路的各結構均與上述波形檢測電路實施例中所描述的一致，在此不再贅述。
[0062]通訊檢波器實施例請參閱圖12-13,通訊檢波器包括一電阻R3以及上述波形檢測電路，該電阻R3的一端連接于驅動單元的輸出端，另一端連接于接地端。通過電阻R3的下拉作用，可以直接將波形檢測電路的驅動單元輸出的雙極性電平的待檢測信號檢波整形為單極性電平的檢測信號，其輸入、輸出信號的波形如圖13所示。[〇〇63]該通訊檢波器不僅可以確保只有雙極性電平的待檢測信號才能產生正確的單極性電平的檢測信號，從而提高了系統的抗干擾能力，并且可以很好地應用于諸如RS232信號的長距離傳輸。其中，波形檢測電路的各結構均與上述波形檢測電路實施例中所描述的一致，在此不再贅述。
[0064] 綜上所述，本發明的一種波形檢測電路通過將檢測三極管及輸出三極管均反向連接，使得波形檢測電路具有良好的匹配性及一致性，且開關速度良好，輸出的檢測信號可以非常好地跟隨正電壓值范圍較大的待檢測信號，不僅檢測信號的波形延遲極小，可以快速地檢測雙極性電平信號，而且結構簡單，有利于降低系統成本。此外，該波形檢測電路通過設置驅動單元及電阻，使其可輸出單極性電平信號，并可作為通訊檢波器使用，以提高系統的抗干擾能力；通過設置驅動單元、M0SFET器件及變壓器，使其可在各種開關電源中替代傳統的二極管進行輸出整流，以提高系統的整流效率，進而可通過M0SFET器件在較小的負電壓電平范圍內很好地控制開關電源的開關，而且可以保持M0SFET器件在導通后僅需極小的負電壓即可維持良好的檢測效果。[〇〇65] 上述內容，僅為本發明的較佳實施例，并非用于限制本發明的實施方案，本領域普通技術人員根據本發明的主要構思和精神，可以十分方便地進行相應的變通或修改，故本發明的保護范圍應以權利要求書所要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種波形檢測電路，其特征在于，包括一檢測三極管、一輸出三極管、一偏置單元及 一上拉單元；所述檢測三極管為NPN型，所述檢測三極管的集電極用于輸入一待檢測信號， 其基極通過所述偏置單元與一供電電源連接；所述輸出三極管為反向連接，其基極與所述 檢測三極管的基極連接，其集電極與接地端連接，其發射極通過所述上拉單元與所述供電 電源連接；其中，所述輸出三極管的集電結的特性與所述檢測三極管的集電結的特性相匹 配，所述輸出三極管的發射極能夠提供與所述待檢測信號的波形對應的一檢測信號。2.如權利要求1所述的波形檢測電路，其特征在于，所述檢測三極管的發射極懸空， 或，所述檢測三極管的發射極與其基極連接。3.如權利要求1所述的波形檢測電路，其特征在于，所述檢測三極管與輸出三極管的 特性參數一致。4.如權利要求1所述的波形檢測電路，其特征在于，所述偏置單元為一電阻或一電流源。5.如權利要求1所述的波形檢測電路，其特征在于，所述上拉單元為一電阻或一電流源。6.如權利要求1所述的波形檢測電路，其特征在于，所述檢測三極管的集電結的耐壓 能力高于15V。7.如權利要求1所述的波形檢測電路，其特征在于，所述待檢測信號的峰值幅度遠大 于所述檢測信號的峰值幅度。8.如權利要求1所述的波形檢測電路，其特征在于，還包括一驅動單元，用于對所述檢 測信號進行電流放大，以驅動一外部電路。9.一種開關電源，包括一變壓器及一MOSFET器件，所述MOSFET器件具有兩個開關端與 一控制端，其中一個開關端連接于接地端，其特征在于，還包括如權利要求1-8任一所述的 波形檢測電路，其中，所述MOSFET器件的另一個開關端連接于所述檢測三極管的集電極與 所述變壓器的副邊繞組之間，所述控制端受控于所述檢測信號。10.—種通訊檢波器，其特征在于，包括如權利要求1-8任一所述的波形檢測電路，還 包括一電阻，所述電阻連接于所述驅動單元的輸出端與接地端之間。
【文檔編號】H02M3/335GK105988035SQ201510089792
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月27日
【發明人】鄭凌波, 林新春
【申請人】上海宣研電子科技有限公司