专利名称：一种电压峰值检测电路及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压检测电路及其工作方法，尤其是一种能检测高速电压信号峰
值的电压峰值检测电路及其工作方法。
(二)
背景技术：
在电压峰值检测系统中，需要跟踪电压信号，捕获电压信号的峰值，并将其保存下 来，提供给后续处理电路。电压峰值检测电路的检测速度直接决定了所处理信号的最高速 度，要想捕获高速信号的峰值，就需要高速的电压峰值检测电路，一般电路检测高速信号时 会产生较大误差，通常需大幅提高功耗来提高速度。
(三)
发明内容
本发明的目的在于设计一种电压峰值检测电路及其工作方法，它可以克服现有技 术的不足，在不增加功耗及电路复杂程度的基础上，提高了电压峰值的检测速度。
本发明的技术方案一种电压峰值检测电路，包括输入信号Vsig端子、电源电压 VDD端子、电压峰值检测输出Vpeak端子，其特征在于它包括差分放大单元、共源放大单元 和源随单元；其中，所说的差分放大单元的输入端连接输入信号Vsig端子、电压峰值检测 输出Vpeak端子、电源电压VDD端子以及地，其输出端连接共源放大单元的输入端；所说的 共源放大单元的输入端连接电源电压VDD端子以及地，其输出端连接源随单元的输入端； 所说的源随单元的输入端连接电源电压VDD端子以及地，其输出端连接电压峰值检测输出 Vpeak端子。 上述所说的差分放大单元由PMOS管Ml、 PMOS管M2、 NMOS管M3、 NMOS管M4和电 流阱II构成；其中，所说的PMOS管Ml的栅极与PMOS管M2的栅极、PM0S管M2的漏极以及 NMOS管M4的漏极连接，其源极与PMOS管M2的源极共同连接电源电压VDD端子，其漏极与 NM0S管M3的漏极及共源放大单元的输入端连接；所说的NM0S管M3的栅极与输入信号Vsig 端子连接，其源极与NMOS管M4的源极共同连接电流阱II的输入端；所说的NMOS管M4的 栅极与电压峰值检测输出Vpeak端子连接，其漏极与PMOS管Ml的栅极、PMOS管M2的漏极 连接；所说的电流阱II的输出端接地。 上述所说的共源放大单元由PM0S管M5与电阻R1构成；其中，所说的电阻R1 —端 接地，另一端与PMOS管M5的漏极连接；所说的PMOS管M5的栅极与PMOS管Ml的漏极以及 NMOS管M3的漏极连接，其源极与电源电压VDD端子连接，其漏极还与源随单元的输入端连 接。 上述所说的源随单元由NM0S管M6与电容Chold构成；其中，所说的电容Chold — 端接地，另一端与NMOS管M6的源极、NMOS管M4的栅极以及电压峰值检测输出Vpeak端子 连接；所说的NMOS管M6的栅极与PMOS管M5的漏极连接，其漏极与电源电压VDD连接。
—种电压峰值检测电路，其特征在于它可以应用于电压峰值检测电路，尤其是高 速信号电压峰值检测电路。
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—种电压峰值检测电路的工作方法，其特征在于它是由以下步骤构成
①输入信号端子Vsig采集待检测的输入信号电压，与电压峰值检测输出Vpeak经 过差分放大单元的NM0S管M3、 NMOS管M4进行差分放大，PMOS管Ml与PMOS管M2构成电 流镜负载，将差分放大后的双端信号变成单端信号输出；电流阱II为差分放大单元提供偏 置电流； ②共源放大单元将差分放大单元的输出信号进行第二级放大，该级采用共源放大 结构，以电阻Rl作为共源放大的负载； ③源随单元将共源放大单元的输出信号进行源随输出，提高输出驱动能力且实现 只升不降的峰值保持功能，电容Chold将输出电压Vpeak进行保持； ④当输入信号Vsig比电压峰值检测输出Vpeak高时，差分放大单元输出降低，导 致共源放大单元输出升高，然后经源随单元将Vpeak拉高，从而实现峰值跟随；当输入信号 Vsig比Vpeak低时，差分放大单元输出升高，导致共源放大单元输出降低，将源随单元的 NMOS管M6栅极拉低，该级没有电流流过，所以Vpeak在电容Chold的作用下保持不变，这样 就实现了峰值保持，Vpeak最终记录了 Vsig的峰值电压。 本发明的优越性①通过源随单元既实现信号的快速跟随，又实现信号的峰值保 持，能够检测高速电压信号的峰值；②通过差分放大与共源放大二级放大，提高了电路的开 环增益，降低了电路的电压失调；③共源放大级采用电阻作为负载，减小了该级的输出阻 抗，推高了次极点的频率，拓展了电路带宽，从而提高了速度；④电路构成简单，无需额外补 偿，实用性强。
(四)
图1为现有技术中的普通电压峰值检测电路图(其中，图l-a为普通电压峰值检 测电路结构图；图l-b为普通电压峰值检测电路在输入100KHz信号时的结果曲线)。
图2为本发明所涉一种电压峰值检测电路的电路图(其中，图2-a为电路结构图； 图2-b为本发明电路在输入100KHz信号时的结果曲线)。
(五)
具体实施例方式
实施例一种电压峰值检测电路(见图2-a)，包括输入信号Vsig端子、电源电压 VDD端子、电压峰值检测输出Vpeak端子，其特征在于它包括差分放大单元、共源放大单元 和源随单元；其中，所说的差分放大单元的输入端连接输入信号Vsig端子、电压峰值检测 输出Vpeak端子、电源电压VDD端子以及地，其输出端连接共源放大单元的输入端；所说的 共源放大单元的输入端连接电源电压VDD端子以及地，其输出端连接源随单元的输入端； 所说的源随单元的输入端连接电源电压VDD端子以及地，其输出端连接电压峰值检测输出 Vpeak端子。 上述所说的差分放大单元(见图2-a)由PM0S管M1、PM0S管M2、NM0S管M3、NM0S 管M4和电流阱II构成；其中，所说的PM0S管Ml的栅极与PM0S管M2的栅极、PM0S管M2 的漏极以及NM0S管M4的漏极连接，其源极与PM0S管M2的源极共同连接电源电压VDD端 子，其漏极与NM0S管M3的漏极及共源放大单元的输入端连接；所说的NM0S管M3的栅极与 输入信号Vsig端子连接，其源极与NM0S管M4的源极共同连接电流阱I1的输入端；所说的NMOS管M4的栅极与电压峰值检测输出Vpeak端子连接，其漏极与PMOS管Ml的栅极、PMOS 管M2的漏极连接；所说的电流阱II的输出端接地。 上述所说的共源放大单元(见图2-a)由PM0S管M5与电阻R1构成；其中，所说的 电阻Rl —端接地，另一端与PMOS管M5的漏极连接；所说的PMOS管M5的栅极与PMOS管Ml 的漏极以及NMOS管M3的漏极连接，其源极与电源电压VDD端子连接，其漏极还与源随单元 的输入端连接。 上述所说的源随单元(见图2-a)由NMOS管M6与电容Chold构成；其中，所说的 电容Chold —端接地，另一端与NMOS管M6的源极、NM0S管M4的栅极以及电压峰值检测输 出Vpeak端子连接；所说的NMOS管M6的栅极与PMOS管M5的漏极连接，其漏极与电源电压 VDD连接。 —种电压峰值检测电路，其特征在于它可以应用于高速信号电压峰值检测电路。
—种电压峰值检测电路的工作方法，其特征在于它是由以下步骤构成
①输入信号端子Vsig采集待检测的输入信号电压，与电压峰值检测输出Vpeak经 过差分放大单元的NMOS管M3、 NMOS管M4进行差分放大，PMOS管Ml与PMOS管M2构成电 流镜负载，将差分放大后的双端信号变成单端信号输出；电流阱II为差分放大单元提供偏 置电流； ②共源放大单元将差分放大单元的输出信号进行第二级放大，该级采用共源放大 结构，以电阻Rl作为共源放大的负载； ③源随单元将共源放大单元的输出信号进行源随输出，提高输出驱动能力且实现 只升不降的峰值保持功能，电容Chold将输出电压Vpeak进行保持； ④当输入信号Vsig比电压峰值检测输出Vpeak高时，差分放大单元输出降低，导 致共源放大单元输出升高，然后经源随单元将Vpeak拉高，从而实现峰值跟随；当输入信号 Vsig比Vpeak低时，差分放大单元输出升高，导致共源放大单元输出降低，将源随单元的 NMOS管M6栅极拉低，该级没有电流流过，所以Vpeak在电容Chold的作用下保持不变，这样 就实现了峰值保持，Vpeak最终记录了 Vsig的峰值电压。
下面将参照附图对本发明做进一步详细说明 由图1-b "普通电压峰值检测电路在输入lOOKHz信号时的结果曲线"可以看出， 在输入信号Vsig升高时，电压峰值检测输出Vpeak跟随得不够稳定，失真较大，且Vsig峰 值为IV，而Vpeak最终保持在1.05V，有较大过冲。 而使用本发明电路后，结果曲线如图2-b所示，Vpeak紧紧跟随住Vsig，失真很小，
且最终保持在1. ov，基本没有过冲。 本发明电路适用于任何电压峰值检测电路。
权利要求
一种电压峰值检测电路，包括输入信号Vsig端子、电源电压VDD端子、电压峰值检测输出Vpeak端子，其特征在于它包括差分放大单元、共源放大单元和源随单元；其中，所说的差分放大单元的输入端连接输入信号Vsig端子、电压峰值检测输出Vpeak端子、电源电压VDD端子以及地，其输出端连接共源放大单元的输入端；所说的共源放大单元的输入端连接电源电压VDD端子以及地，其输出端连接源随单元的输入端；所说的源随单元的输入端连接电源电压VDD端子以及地，其输出端连接电压峰值检测输出Vpeak端子。
2. 根据权利要求l中所述一种电压峰值检测电路，其特征在于所说的差分放大单元由 PMOS管Ml、 PMOS管M2、 NM0S管M3、 NM0S管M4和电流阱II构成；其中，所说的PM0S管Ml 的栅极与PMOS管M2的栅极、PM0S管M2的漏极以及NMOS管M4的漏极连接，其源极与PMOS 管M2的源极共同连接电源电压VDD端子，其漏极与NMOS管M3的漏极及共源放大单元的输 入端连接；所说的NMOS管M3的栅极与输入信号Vsig端子连接，其源极与NMOS管M4的源 极共同连接电流阱II的输入端；所说的NMOS管M4的栅极与电压峰值检测输出Vpeak端 子连接，其漏极与PMOS管Ml的栅极、PM0S管M2的漏极连接；所说的电流阱II的输出端接 地。
3. 根据权利要求l中所述一种电压峰值检测电路，其特征在于所说的共源放大单元由 PMOS管M5与电阻Rl构成；其中，所说的电阻Rl —端接地，另一端与PMOS管M5的漏极连 接；所说的PMOS管M5的栅极与PMOS管Ml的漏极以及NMOS管M3的漏极连接，其源极与电 源电压VDD端子连接，其漏极还与源随单元的输入端连接。
4. 根据权利要求l中所述一种电压峰值检测电路，其特征在于所说的源随单元由NMOS 管M6与电容Chold构成；其中，所说的电容Chold—端接地，另一端与NM0S管M6的源极、 NM0S管M4的栅极以及电压峰值检测输出Vpeak端子连接；所说的NM0S管M6的栅极与PMOS 管M5的漏极连接，其漏极与电源电压VDD连接。
5. 根据权利要求1中所述一种电压峰值检测电路，其特征在于它可以应用于电压峰值 检测电路，尤其是高速信号电压峰值检测电路。
6. —种电压峰值检测电路的工作方法，其特征在于它是由以下步骤构成① 输入信号端子Vsig采集待检测的输入信号电压，与电压峰值检测输出Vpeak经过差 分放大单元的NMOS管M3、 NMOS管M4进行差分放大，PMOS管Ml与PMOS管M2构成电流镜 负载，将差分放大后的双端信号变成单端信号输出；电流阱Il为差分放大单元提供偏置电 流；② 共源放大单元将差分放大单元的输出信号进行第二级放大，该级采用共源放大结 构，以电阻Rl作为共源放大的负载；③ 源随单元将共源放大单元的输出信号进行源随输出，提高输出驱动能力且实现只升 不降的峰值保持功能，电容Chold将输出电压Vpeak进行保持；④ 当输入信号Vsig比电压峰值检测输出Vpeak高时，差分放大单元输出降低，导致共 源放大单元输出升高，然后经源随单元将Vpeak拉高，从而实现峰值跟随；当输入信号Vsig 比Vpeak低时，差分放大单元输出升高，导致共源放大单元输出降低，将源随单元的NMOS管 M6栅极拉低，该级没有电流流过，所以Vpeak在电容Chold的作用下保持不变，这样就实现 了峰值保持，Vpeak最终记录了 Vsig的峰值电压。
全文摘要
一种电压峰值检测电路，它包括差分放大单元、共源放大单元和源随单元；其工作方法为信号采集、信号比较、信号放大、信号的源随输出、峰值电压跟随并记录。优越性①能够检测高速电压信号的峰值；②降低了电路的电压失调；③电路构成简单，无需额外补偿，实用性强。
文档编号G01R19/04GK101788598SQ200910228740
公开日2010年7月28日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者吕英杰, 张小兴, 戴宇杰, 林鹏程 申请人:天津南大强芯半导体芯片设计有限公司