[發明專利]單端幅度檢測器以及單端幅度檢測單元

有效

• 申請號: 201210008542.4
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN103207315A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 許建超;史愛煥
• 申請（專利權）人: 國民技術股份有限公司
• 主分類號: G01R19/04
• 分類號: G01R19/04
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 薛祥輝

技術領域

本發明涉及一種集成電路設計技術，特別是涉及一種單端幅度檢測電路的設計。

背景技術

幅度檢測器(Amplitude?Detector)，又稱為峰值檢測電路(Peak?Detector)，是一種檢測信號的幅度并輸出與信號幅度相對應的直流電壓(或者電流)的電路。幅度檢測器的輸出電壓(或者電流)隨輸入信號的幅度必須具有單調性，也就是說當輸入信號幅度增大的時候，輸出電壓(或者電流)必須單調的增大或者減小，這樣才能保證輸出電壓(或者電流)與輸入信號幅度具有一一對應性。如圖1所示為待檢測交流信號的示意圖，圖中的交流信號的幅度值為A。圖2為幅度檢測器的工作原理圖，待檢測交流信號輸入幅度檢測器，幅度檢測器的輸出端輸出的是電壓信號Vout或者電流信號Iout。如圖3所示的幅度檢測特性曲線，檢測特性(即輸出電壓或者電流隨輸入信號幅度的變化曲線)可分為正檢測特性和負檢測特性，但不管正與負，只要特性是嚴格單調的，那么就符合幅度檢測特性的要求。

幅度檢測器在集成電路設計中有著廣泛應用。舉例來說，有些電路需要采用幅度穩定機制，使得電路的輸出幅度維持恒定，以保持本電路(或者后級電路)的性能恒定。通常的做法是采用一個幅度負反饋環路，通過檢測輸出信號的幅度大小并轉化為一個隨幅度增加(或者減小)的直流電壓(或者電流)，進而去調節電路的尾電流，達到調節電路的輸出信號幅度并穩定輸出信號幅度的目的。在這個負反饋環路中，幅度檢測器起到關鍵作用。作為例子，圖4給出了針對振蕩器的幅度負反饋環路的實施框圖。圖4中，Vref為參考電壓，Vad為幅度檢測器的輸出電壓，Vref與Vad的電壓差值被放大器放大，放大器輸出Vc為反饋控制信號。

再舉例來說，有些電路需要測量其輸出幅度的大小，也往往需要借助于幅度檢測器。這種應用通常針對于高頻電路，比如說高頻振蕩器，高頻放大器等等。檢測高頻電路的輸出幅度，一般不能直接將電路的輸出拉到片外接儀器(頻譜儀或者示波器)測試。這是因為，如果直接將電路的輸出通過走線和芯片引腳拉出到片外，不僅走線和封裝的寄生電容、電感對高頻電路本身特性影響很大，而且儀器的探頭也會作為電路的負載，改變電路的工作狀態。因此直接將高頻信號引出到片外測試其幅度，無法得到電路正常工作時的真實幅度。對于高頻電路，測試其輸出幅度的正確方法是使用幅度檢測器。圖5以振蕩器為例，給出了測試其振蕩幅度的方法。在此方法中，振蕩器的輸出接第一幅度檢測器，第一幅度檢測器的輸出(通常是直流電壓)通過芯片引腳拉出到片外便于測試。與此同時，芯片內還集成了一個與第一幅度檢測器完全相同的第二幅度檢測器，其輸入通過芯片引腳拉出到片外由儀器提供，輸出通過芯片引腳拉出到片外便于測試。先通過信號發生器產生幅度可變的正弦波信號(頻率與振蕩器的頻率近似相同)，通過Vip和Vin給第二幅度檢測器提供輸入，并產生相應的輸出直流電壓Vad2，用萬用表測試Vad2。通過不斷改變輸入幅度，測試得到相應的輸出電壓并記錄；根據輸入幅度和輸出電壓描繪曲線，便得到幅度檢測器的檢測特性曲線(如圖3所示)。再通過測量第一幅度檢測器的輸出電壓，并根據已經得到的幅度檢測特性曲線，便可得知振蕩器的實際振蕩幅度。

集成電路設計中，典型的幅度檢測器如圖6所示，該結構廣泛應用于射頻電路中做幅度檢測。輸入差分信號Vip和Vin，經過耦合電容Cc施加到一對源跟隨器(Source?Follower)的輸入，這里NMOS管M1和M2即用作源跟隨器；源跟隨器的輸出(即M1和M2管的源端)接在一起，電流源Iss為源跟隨器提供偏置電流。當輸入信號幅度增大時，輸出電壓Vx也跟隨升高。通常Vx中含有高頻諧波分量，通過一階RC濾波后消除了其諧波分量，得到平穩的直流電壓Vout。

幅度檢測器的主要指標包括功耗、面積、檢測特性的一致性、檢測特性的線性度。其中，功耗屬于軟性指標，這是因為有些電路中幅度檢測器僅僅是輔助或者測試電路，在正常應用的時候幅度檢測器關閉，這種情況下，幅度檢測器的功耗大小沒有關系。檢測特性的線性度也是根據應用而定，有些場合對線性度要求高，有些場合對線性度要求低。檢測特性的一致性是最重要的指標。所謂檢測特性的一致性，是指檢測特性曲線(如圖3所示)受工藝和溫度變化的影響程度。如果工藝或者溫度發生變化，檢測特性曲線變化很大，說明一致性不好；反之如果工藝或者溫度在較大范圍內變化，檢測特性曲線變化很小，則說明一致性很好。