[發明專利]高精度相位檢波器

無效

• 申請號: 01125135.2
• 申請日: 2001-08-30
• 公開（公告）號: CN1351415A
• 公開（公告）日: 2002-05-29
• 發明（設計）人: M·C·菲舍爾
• 申請（專利權）人: 惠普公司
• 主分類號: H03D13/00
• 分類號: H03D13/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 欒本生,王忠忠

發明領域

本發明的領域為數字電路，更具體地為高精度輸入特性檢波電路。

背景

檢波兩個輸入的相位已提出無與倫比的挑戰。過去，利用模擬電路來濾波兩個輸入的相位。具體地，曾將模擬混頻器用于相位檢波。不幸的是，模擬混頻器比數字電路昂貴且不方便。在一些應用中，模擬混頻器簡直是不現實的。

一種數字電路解次方法曾經是使用異或(XOR)門作為相位檢波器。如果兩個輸入同相，同XOR門得出的輸出為低電平輸出(即零伏)。類似地，如果兩個輸入是180度異相，則XOR門得出的輸出為高電平輸出。不幸的是，換能器增益及這些結果的偏移對于溫度與電源電壓的變化是敏感的。結果，XOR門相位檢波器缺乏精度與準確性。

所需要的是對諸如溫度或電源電壓變化導致的誤差基本上不敏感的精確與準確的數字電路相位檢波器。

發明概述

本發明為用于精確檢波相位的裝置與方法。在一個實施例中，本發明利用加在兩個輸入上的一對邏輯門使得由差分放大器處理該輸入來確定該輸入的相位。該對邏輯門最好是對兩個輸入執行異或運算的XOR門。第一XOR門對第一與第二輸入執行異或運算。第二XOR門對第一輸入與反相的第二輸入執行異或運算。然后將第二XOR門與第一XOR門的輸出相減以消除任何公共誤差，諸如由溫度與輸入電壓變化所導致的。

相減的結果為沒有這些公共誤差的相位指示電壓。從該相位指示電壓的已知電壓電平中，能夠確定第一輸入與第二輸入的相位。當第一輸入與第二輸入為0度異相(即同相)時，相位指示電壓在最小電平上，當第一輸入與第二輸入為90度異相時在中間電平上，而當第一輸入與第二輸入為180度異相時在最大電平上。從而，以高精度與準確性完成了相位檢波。

本發明的一個實施例利用兩個附加的XOR門。將第三XOR門用于在第二輸入中插入傳播延時。插入這一傳播延時來與用于反相第二輸入的第四XOR門導致的傳播延時相匹配。分別將第三XOR門與第四XOR門的輸出傳輸給第一XOR門與第二XOR門，用于與第一輸入的異或運算。使用四個XOR門特別方便，因為XOR門通常是以四個門的組件出售的。

在一最佳實施例中，期望的相位檢波器輸出為從XOR門輸出波形的低通濾波得出的低頻平均電壓。可將這一濾波插入可執行波形相減的差分放大器前面的每個門之后，或該差分放大器可提供某些或全部這一濾波，或者用其本身的特征或者用適當的反饋分量，或者該差分放大器后面跟隨低通濾波器。在所示的實施例中，為了這一目的將兩個電容器與差分放大器相聯。

附圖簡述

圖1為本發明的實施例的電路的框圖。

圖2a-2c示出樣本輸入波形及本發明的實施例的電路的功能。

圖3為本發明的實施例在相位范圍上的相位指示電壓的圖。

圖4為本發明的方法的流程圖。

發明的詳細描述

圖1示出本發明的高精度相位檢波器10的示范性實施例。所示的實施例利用異或(“XOR”)邏輯門結合差分放大器來精確地確定兩個測定的數字波形輸入的作為模擬信號的相位差。由于采用了邏輯門，輸入信號必須是與模擬信號不同的邏輯電平信號。如果輸入是模擬信號，需要在模擬信號上應用硬限幅器。

本實施例中的兩個輸入信號為輸入A與輸入B。在所示的實例中，輸入A與B都是帶50％工作循環的5伏方波。輸入信號在極大程度上由使用本發明的應用確定。從而，可使用各式各樣的電壓、波形與工作循環。圖2a-2c示出各種輸入A與B信號。

如圖1中所示，將輸入A與B作用在四個XOR邏輯門上。四個XOR邏輯門標記為1-4。XOR門1與2比較被XOR門3與4修正后的輸入A與輸入B。XOR門4在輸入B與恒定高電平輸入20上執行異或運算。恒定高電平輸入20的電壓最好等于輸入B的高電平電壓。從而在本實施例中，恒定高電平輸入20為5伏。結果，當輸入B為高(即5伏)時，固有的傳播延時之后，XOR門4的輸出為低(即0伏)。類似地，當輸入B為低(即0伏)時，固有的延時之后，XOR門4的輸出為高(即5伏)。換言之，XOR門4反相與延時輸入B。參見圖2a-2c，可見帶固有延時效應的XOR門4的輸出。將XOR門4的輸出輸入到XOR門2。

由于XOR門4的輸出包含固有的延時，在將輸入B輸入到XOR門1之前也必須延時。從而，XOR門3在輸入B與接地輸入25上執行異或運算。XOR門3的輸出為帶有最好與XOR門4導致的固有傳播延時匹配的固有傳播延時的輸入B，如圖2a-2c中所見，將XOR門3的輸出輸入到XOR門1中。