专利名称：一种将单端信号转换为差分信号的方法与电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子电路领域，尤其涉及的是一种将单端信号转换为差分信号的方法与电路。
背景技术：
跨阻放大器是将电流信号转化成电压信号并加以放大的电子电路。其最常见的用途之一是光电通信技术中用于光电接收器的前置放大器。用于光通信信号接收器中的跨阻放大器有两种工作模式，即连续模式与突发模式。在突发模式下，信号流是断续式的，前后两段信号之间会有停顿，而且每段信号的强度可以有比较大的差异。突发模式功能要求对于跨阻放大器这来说是一个新的挑战。同时，随着光通信网络速率的提高，经光信号转化而来的电信号一般都需要采用差分的形式。输出信号为差分形式这一要求也是突发模式跨阻放大器设计遇到的另一个挑战。 光信号经光电二极管转化与跨阻放大器放大产生的电信号一般为单端非差分信号。单端信号包含直流与交流两部分。其中交流部分携带通信信息，而直流部分只与放大器结构有关与通信信号无关。差分信号一般只包含通信信息，其直流部分近似于零。将单端信号转换为差分信号通常是利用一个直流恢复电路完成的。直流恢复电路的作用是利用负反馈回路产生一个与单端信号直流分量相等或相近的直流参考电压。同时将单端信号与直流参考电压连接到差分放大器的输入端，输出信号就变成了差分信号。现有突发模式跨阻放大器就是在上述直流恢复电路结构的基础上增加一个负反馈回路时间常数选择开关S来实现差分输出转换功能的(如图I所示)。因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一种将单端信号转换为差分信号的方法与电路，旨在解决现有的连续模式与突发模式的跨阻放大器不能互用，且用于突发工作模式的跨阻放大器需要在直流恢复电路结构的基础上增加一个负反馈回路时间常数选择开关来实现差分输出转换功能的问题。本发明的技术方案如下—种将单端信号转换为差分信号的方法，其中，先利用高通滤波器消除信号中的直流成分；再利用差分施密特触发器完成信号的差分转化。所述的将单端信号转换为差分信号的方法，其中，在差分施密特触发器的两个输入端之间设置直流偏压电路，使施密特触发器两个输入端的直流工作电压趋向相等。一种将单端信号转换为差分信号的电路，其包括跨阻放大器、高通滤波器、交流耦合电阻、直流偏压电路、稳压电容和施密特触发器。跨阻放大器连接高通滤波器；高通滤波器连接施密特触发器一个输入端；施密特触发器的另一个输入端与地线之间连接稳压电容；交流耦合电阻设置在施密特触发器的两个输入端之间；所述直流偏压电路连接在施密特触发器的两个输出之间，用于为施密特触发器两个输入端提供直流工作电压，使施密特触发器两个输入端的直流工作电压趋向相等。所述的将单端信号转换为差分信号的电路，其中，所述施密特触发器为差分施密特触发器。所述的将单端信号转换为差分信号的电路，其中，施密特触发器的输入级为CMOS管或或双极晶体管。所述的将单端信号转换为差分信号的电路，其中，当施密特触发器的输入级为CMOS管时，施密特触发器的两个输入端之间的交流耦合电阻合并为一个电阻跨接在斯密特触发器的两个输入端之间，所述直流偏压电路直接连接在该电阻的任意一端，高通滤波器的电容连接跨阻放大器的输出端，斯密特触发器一个输入端连接高通滤波器的输出端，另一个输入端通过稳压电容接地。
所述的将单端信号转换为差分信号的电路，其中，在施密特触发器的前端增加一级放大器，用于提高整个电路的工作范围。所述的将单端信号转换为差分信号的电路，其中，在施密特触发器的前端增加的放大器为差分放大器。本发明的有益效果本发明通过先利用高通滤波器消除信号中的直流成分，再利用差分施密特触发器完成信号的差分转化。新方法最为明显的优势是这种差分信号转化方法既适用于连续模式跨阻放大器又适用于突发模式跨阻放大器。也就是说利用这种方法设计的跨阻放大器可以兼容连续与突发两种应用。在突发模式应用中，这种跨阻放大器无需现有技术中的外部控制信号。
图I是现有突发模式跨阻放大器的差分转化结构。图2是本发明提供的电路的原理框图。图3是本发明提供的优选实施例一的电路原理图。图4是本发明提供的优选实施例二的电路原理图。图5是本发明实施例的基础上进一步改进后的电路原理图。图6是本发明提供的电路处理的信号波形图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。本发明提供的用于突发模式跨阻放大器的差分转化电路包括跨阻放大器、高通滤波器、交流耦合电阻、直流偏压电路、稳压电容和施密特触发器。所述施密特触发器为差分施密特触发器，施密特触发器的输入级既可以为CMOS也可以为双极晶体管(BJT)。施密特触发器的一个输入端与地线GND之间连接稳压电容，对高频信号而言，这个节点相当于接地。施密特触发器的另一个输入端与高通滤波器的输出端相连。施密特触发器两个输入端之间连接的电阻为交流耦合电阻。高通滤波器的输出信号直接加在差分施密特触发器的两个输入端之间。所述直流偏压电路连接在交流耦合电阻上，用于为施密特触发器两个输入端提供直流工作电压。直流偏压电路可以有多种实施方法，前提是使施密特触发器两个输入端的直流工作电压接近或相等。对于差分施密特触发器而言，输入高频信号由高通滤波器提供，直流工作电压由偏压电路提供，因此其工作方式与全差分耦合没有什么实质区别。本发明提供的电路可以用典型集成电路技术实施，也可以用分立元器件实施。所述差分施密特触发器是具有迟滞特性的高速比较器。施密特触发器的输出有两个稳定状态一个是输出高电平状态；另一个是输出低电平状态。其状态由输入信号的电位维持，其触发过程，即导致触发器在两个输出状态之间转化的输入方式也有两种变化正向触发(电位正向递增上升沿)与负向触发(负向递减下降沿)。两种触发过程发生的输入电位值(即触发阈值电压)是不同的，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压；输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压一般大于负向阈值电压，正向阈值电压与负向阈值电压之差称为电压迟滞。
施密特触发器对正向单位宽度脉冲、负向单位宽度脉冲与中位电平三种元素的响应也取决于其输出的初始状态。如果初始状态是高电平状态，当遇到正向单位宽度的脉冲时，输出状态就不变，即保持其原来的高电平状态；当遇到负向单位宽度的脉冲时输出就发生翻转，变成低电平状态。反之，如果初始状态是低电平状态，当遇到负向单位宽度的脉冲时，输出就不变或保持其原来的低电平状态，遇到正向单位宽度的脉冲时输出就发生翻转，变成高电平状态。在输入处于中位电平时，施密特触发器就一直保持其已有状态。参见图3，为本发明优选的实施例一，信号首先经过跨阻放大器后进入高通滤波电容C2，从该高通滤波器的输出端直接输入差分斯密特触发器的一个输入端，在斯密特触发器的两个输入端之间连接有第一交流耦合电阻Rl与第二交流耦合电阻R2。斯密特触发器的另一个输入端与地线之间连接有稳压电容Cl。在第一交流耦合电阻Rl与第二交流耦合电阻R2之间连接有直流偏压电路。输入的信号直接加载在斯密特触发器的两个输入端之间，被所述斯密特触发器的处理为差分信号。当施密特触发器的输入级为CMOS管时，本发明还提供如图4所示的优选实施例二，由于施密特触发器的输入级为CMOS管，串联的第一交流I禹合电阻Rl与第二交流I禹合电阻R2合并为第一电阻R跨接在斯密特触发器的两个输入端之间，所述直流偏压可以加在该电阻R的任意一端，即斯密特触发器的任意一个输入端上。斯密特触发器一个输入端连接高通滤波器的输出端，另一个输入端通过稳压电容Cl接地。在一些应用条件下，所述跨阻放大器的差分转化电路还可以进一步优化。如图5所示，在施密特触发器的前端增加一级放大器用以提高整个电路的工作范围。该放大器也为差分放大器。综上所有的电路，本发明的可总结为一种将单端信号转换为差分信号的方法，其处理步骤为先利用高通滤波器消除信号中的直流成分；再利用差分施密特触发器完成信号的差分转化。所述高通滤波器在时域相当于阶跃探测器。参见图6，当信号波形图a上出现一个上升沿，就会在高通滤波器的后端出现一个单位宽度的正向脉冲；反之，当信号波形图a上出现一个下降沿，就会在交流耦合电阻的后端出现一个单位宽度的负向脉冲；而在没有阶跃的时间段，即信号波形a的水平段，在交流耦合电阻的后端信号就会在中位电平保持不变。所以，经过所述高通滤波器和交流耦合器之后的信号波形就变为由单位宽度的正向脉冲、单位宽度脉的负向脉冲与中位电平三种元素构成，如图6中的b波形所示。施密特触发器将经交流耦合器与高通滤波器之后产生的，由单位宽度的正向脉冲、单位宽度的负向脉冲与中位电平三种元素构成的波形转化成幅度放大的输入信号波形，如图6中波形c所示。本发明提出一种将单端信号转换为差分信号的方法与实施电路结构。这种差分信号转化新方法是先利用高通滤波器消除信号中的直流成分，再利用差分施密特触发器完成信号的差分转化。当用于跨阻放大器时，所发明的这种方法最为明显的优势是既适用于连续模式跨阻放大器又适用于突发模式跨阻放大器。也就是说利用这种方法设计的跨阻放大器可以兼容连续与突发两种应用。在突发模式应用中，这种跨阻放大器无需现有技术中的外部控制信号。应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可 以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种将单端信号转换为差分信号的方法，其特征在于，先利用高通滤波器消除信号中的直流成分；再利用差分施密特触发器完成信号的差分转化。
2.根据权利要求I所述的将单端信号转换为差分信号的方法，其特征在于，在差分施密特触发器的两个输入端之间设置直流偏压电路，使施密特触发器两个输入端的直流工作电压趋向相等。
3.一种将单端信号转换为差分信号的电路，其特征在于，包括跨阻放大器、高通滤波器、交流耦合电阻、直流偏压电路、稳压电容和施密特触发器。跨阻放大器连接高通滤波器；高通滤波器连接施密特触发器一个输入端；施密特触发器的另一个输入端与地线之间连接稳压电容；交流耦合电阻设置在施密特触发器的两个输入端之间；所述直流偏压电路连接在施密特触发器的两个输出之间，用于为施密特触发器两个输入端提供直流工作电压，使施密特触发器两个输入端的直流工作电压趋向相等。
4.根据权利要求3所述的将单端信号转换为差分信号的电路，其特征在于，所述施密特触发器为差分施密特触发器。
5.根据权利要求3所述的将单端信号转换为差分信号的电路，其特征在于，施密特触发器的输入级为CMOS管或双极晶体管。
6.根据权利要求5所述的将单端信号转换为差分信号的电路，其特征在于，当施密特触发器的输入级为CMOS管时，施密特触发器的两个输入端之间的交流耦合电阻合并为第一电阻跨接在斯密特触发器的两个输入端之间，所述直流偏压电路直接连接在该第一电阻的任意一端，高通滤波器的电容连接跨阻放大器的输出端，斯密特触发器一个输入端连接高通滤波器的输出端，另一个输入端通过稳压电容接地。
7.根据权利要求3所述的将单端信号转换为差分信号的电路，其特征在于，在施密特触发器的前端增加一级放大器，用于提高整个电路的工作范围。
8.根据权利要求7所述的将单端信号转换为差分信号的电路，其特征在于，在施密特触发器的前端增加的放大器为差分放大器。
全文摘要
本发明公开了一种将单端信号转换为差分信号的方法与电路，包括跨阻放大器、高通滤波器、交流耦合电阻、直流偏压电路、稳压电容和施密特触发器。跨阻放大器连接高通滤波器；高通滤波器连接施密特触发器一个输入端；施密特触发器的另一个输入端与地线之间连接稳压电容；交流耦合电阻设置在施密特触发器的两个输入端之间；所述直流偏压电路连接在施密特触发器的两个输出之间，用于为施密特触发器两个输入端提供直流工作电压，使施密特触发器两个输入端的直流工作电压趋向相等。采用本发明最为明显的优势是既适用于连续模式跨阻放大器又适用于突发模式跨阻放大器。
文档编号H03K19/0175GK102723944SQ20121022895
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者徐延臻 申请人:佛山敏石芯片有限公司