专利名称：高速、低纹波的峰值检测器的制作方法
技术领域：
本发明属于模拟信号处理、通信技术以及核科学的信号检测领域，特别涉及适合于无线收发器、声频/视频模拟信号处理电路和核科学的信号检测的峰值检测器设计。
在高速的电路设计中，要求峰值检测器能够降低响应时间给出峰值的输出；同时在通信电路中，输入信号往往比较小，所以需要峰值检测器能够输出较大的值。由于输入的信号往往是高频信号，所以在传统的方法中，峰值输出上往往带有纹波，而输出的要求是不需要高频的纹波，所以需要对纹波进行抑制。
为了考虑峰值检测器能够和其他电路一起集成，特别是和CMOS工艺兼容，所以也要求电路能够用CMOS工艺实现。
传统的CMOS工艺实现的峰值检测器，如图1所示由一个反馈回路和取样保持电容Cs构成。供给电源Vdd，输入信号是Vin，控制信号Reset对Cs进行复位操作，输出信号Vout。具体连接关系为输入信号Vin连接到MOS管M1A的栅极，M1A和M1B的源级都连接到电流源IB1上，M1A的漏极连接到M2B的漏极上；M2B的源级和M2A的源级都连接到地，M2B的栅极和M2A的栅极连接，并且和M2A的漏极连接在一起；M2A的漏极和M1B的漏极连接；M1B的的栅极连接到输出端Vout。M3A的栅极和漏极连接，并且和M2B的漏极连接，M3A和M3B的源级都连接到地，M3A和M3B的栅极相接，M3B的漏极和采用保持电容Cs的一端连接，同时和M7的漏极、M4的栅极连接在一起；M7的源级接电源Vdd，M7的栅极接外部控制信号Reset；Cs的另一端连接到电源Vdd；M4的漏极连接到电源Vdd，其源级和电流源IB2的一端连接，电流源IB2的另一端连接到地。
图1的这个电路形成了反馈环M1A的漏极、M3A的栅极、M3B的栅极、M3B的漏极、Cs的一端、M4的栅极、M4的源级、M1B的栅极、M1B的源级、M2A的漏极和栅极、M2B的漏极，回到M1A上，利用这个反馈环来使得Cs上冲放电来维持输出的Vout信号和Vin的峰值相等。
如果取样保持Cs的电容值决定了输出信号的峰值从高到低的上升时间tHL，在高速系统中，要求峰值检测的响应时间很短，比如0.25μs，这样使得Cs的容值要小；但是Cs的容值太小的话，就会使得输出上出现较大的纹波。从而必须进行响应速度和纹波之间的折衷考虑。然而在这种结果下，折衷考虑的结果也会使得，输出峰值上的纹波仍然有输入信号的十分之一左右，而且依然不能解决高速的要求。
如果是在无线射频通信系统，所以输入的信号一般较小，所以输出的峰值也较小，为了使得后级电路能够容易检测到，往往需要对峰值信号进行放大。为了使得外部控制方面，也常常要求输出是个电流信号，而图1的电路只能输出电压信号。
从上面分析可以看出，传统的电路存在以下不足第一、峰值信号上有纹波，而且在高速应用场合中，纹波可能会比较大，影响输出信号的可读性；第二、响应速度低；第三、不能进行方便地对输出信号进行衰减或者放大第四、不能输出电流信号。
本发明提出的一种高速、低纹波的峰值检测器，包括一个传统峰值检测器的完整结构，其特征在于，还包括一个跨导放大器或具有差分输入的放大器、用做偏置的电阻R1和R2以及作为交流耦合的电容CB；其连接关系为外部输入的高频信号Vin输入到隔直电容CB的一端，CB的另一端同时连接到传统峰值检测器的输入端及偏置电阻R1的一端；偏置电阻R1的另一端与偏置电阻R2的一端相连，并同时与偏置电压VB相连，偏置电阻R2的另一端连接到所说的跨导放大器或具有差分输入的放大器的一个输入端上，该跨导放大器或具有差分输入的放大器的另一个输入端与所说的传统峰值检测器的输出端相连，该跨导放大器或具有差分输入的放大器的输出为电压信号Vout或者是电流信号Iout。
本发明提出的另一种高速、低纹波的峰值检测器，包括上述第一种峰值检测器的全部结构，其特征在于，还可包括一个低通滤波器，该低通滤波器的输入端与传统峰值检测器的输出端相连，其输出端与所说的跨导放大器或具有差分输入的放大器的一个输入端相连。
本发明的峰值检测器的设计方案与传统设计方案相比具有以下几个明显的优点1)该峰值检测器能够同时满足低纹波和高速的要求；2)能够对输出信号进行衰减或者放大；3)能够输出电流信号。
图1为传统的峰值检测器电路图。
图2为本发明提出的峰值检测器的第一种结构图。
图3为本发明提出的峰值检测器的第二种结构图。
图4为本发明的峰值检测器的电路图。
本发明提出的峰值检测器的第二种结构如图3所示，包括传统的峰值检测器、一个低通滤波器、一个跨导放大器或者是具有差分输入的放大器、用做偏置的电阻R1和R2以及作为交流耦合的电容CB。外部输入信号是输入高频信号Vin、直流偏置信号VB和电源电压Vdd。连接关系为外部信号Vin输入到隔直电容CB的一端，CB的另一端连接到传统的峰值检测器的输入管上，同时CB的的这一端也和偏置电阻R1的一端连接。R1的另一端是偏置电压VB，VB同时也加在R2的一端上，R2的另一端连接到一个跨导放大器的一个输入上。传统的峰值检测器的输出连接到一个低通滤波器的输入上，低通滤波器的输出连接到跨导放大器的另一个输入上，跨导放大器的输出为电压信号Vout或者是电流信号Iout。
第一种结构的电路实施例，如图4所示，主要包括传统的峰值检测器及跨导放大器，具体组成结构分别如虚线框I、II，其连接关系详细说明如下外部信号Vin输入到隔直电容CB的一端，CB的另一端连接到传统的峰值检测器的输入管M1A的栅极上，同时CB的的这一端也和偏置电阻R1的一端连接。R1的另一端是偏置电压VB，VB同时也加在R2的一端上，R2的另一端连接到一个跨导放大器的M5A的栅极上。M5A的漏极连接到M4A的漏极上，这个节点可以作为输出电压Vout。M4A的栅极、M4B的栅极和漏极连接在一起，M4A和M4B的源级连接到地。M4A的漏极和M5B的漏极连接，M5B的栅极是R2的另一端，M5B的源级和M5A的源级连接到电流源IB3的一端。IB3的另一端和电源电压连接。M4A的漏端和M6的栅极连接，M6的源级连接到电源电压，M6的漏端输出电流Iout。
由于低通滤波器的实施有很多的种类，同时跨导放大器和具有差分输入的电压放大器也有很多的种类，没有一一例举电路进行描述。
本发明工作原理如图2或者图3，为了抑制从传统的峰值检测器输出信号中的纹波，利用跨导放大器实际上也是一个一阶滤波器，把其带宽设置到一个要求的响应时间对应的频率，那么就可以抑制由高频输入信号产生的纹波。比如高频信号的频率为375MHz，而响应时间的要求为0.25μs，于是由于跨导放大器而产生的抑制比可以达到20dB，从而有效地纹波，使得输出信号只显示峰值信号。如果需要更大的抑制高频信号的比例，那么可以如图3所示，单独采用一个低通滤波器抑制纹波，然后再使用跨导放大器进行放大。
如图2或者图3，由于传统的峰值检测器的输出信号中包含有直流分量，需要减去该直流分量，对“纯粹”的峰值进行放大。其实由于反馈环(M1A的漏极、M3A的栅极、M3B的栅极、M3B的漏极、Cs的一端、M4的栅极、M4的源级、M1B的栅极、M1B的源级、M2A的漏极和栅极、M2B的漏极，回到M1A)的存在，输出信号中的直流分量等于输入信号的偏置电压VB，所以采用一个同偏置的差分跨导放大器或者具有差分输入的电压放大器就可以进行对峰值进行放大。
如果要求输出信号是电压信号，直接使用图4中的MOS管M4A的漏端就可以了；如果要求输出信号是电流信号，可以使用一个MOS管M6来把电压信号转化为电流信号输出。
本实施例中各元器件参数如表1所示表1
使用的偏置电流和偏置电压参数如表2所示表2
权利要求
1.一种高速、低纹波的峰值检测器，包括一个传统峰值检测器的完整结构，其特征在于，还包括一个跨导放大器或具有差分输入的放大器、用做偏置的电阻R1和R2以及作为交流耦合的电容CB；其连接关系为外部输入的高频信号Vin输入到隔直电容CB的一端，CB的另一端同时连接到传统峰值检测器的输入端及偏置电阻R1的一端；偏置电阻R1的另一端与偏置电阻R2的一端相连，并同时与偏置电压VB相连，偏置电阻R2的另一端连接到所说的跨导放大器或具有差分输入的放大器的一个输入端上，该跨导放大器或具有差分输入的放大器的另一个输入端与所说的传统峰值检测器的输出端相连，该跨导放大器或具有差分输入的放大器的输出为电压信号Vout或者是电流信号Iout。
2.如权利要求1所述的高速、低纹波的峰值检测器，其特征在于，还包括一个低通滤波器，该低通滤波器的输入端与传统峰值检测器的输出端相连，其输出端与所说的跨导放大器或具有差分输入的放大器的一个输入端相连。
全文摘要
本发明属于模拟信号处理、通信技术以及核科学的信号检测领域，涉及高速、低纹波的峰值检测器。包括一个传统峰值检测器的完整结构，还包括一个跨导放大器或具有差分输入的放大器、用做偏置的电阻R1和R2以及作为交流耦合的电容CB；CB的一端同时连接到传统峰值检测器的输入端及偏置电阻R1的一端；偏置电阻R1的另一端与偏置电阻R2的一端相连，偏置电阻R2的另一端连接到跨导放大器的一个输入端上，该跨导放大器的另一个输入端与传统峰值检测器的输出端相连。本发明能够同时满足低纹波和高速的要求；同时可以使用标准的CMOS工艺制备。而且对输出峰值信号可以进行衰减或者放大，也可以根据需要输出电流信号。
文档编号G01R19/04GK1405567SQ0214677
公开日2003年3月26日 申请日期2002年11月8日 优先权日2002年11月8日
发明者李永明, 郑吉华 申请人:清华大学