一种用于网口芯片的基线漂移电压纠正电路的制作方法

本发明涉及一种用于网口芯片的基线漂移电压纠正电路，属于以太网基带通讯领域。

背景技术：

为了增加信号传输距离，提高信号抗干扰能力，兼容接口电平不同的网口，网口芯片在应用时，电口输出需要加隔离变压器。但隔离变压器的高通特性造成信号直流与低频衰减，导致信号传输出现基线漂移，随着传输线长的增加，信号传输中出现的基线漂移现象也会随之加剧，导致系统误码率也随线长增加而增大，以至于严重影响噪声容限，并且可能造成后续adc的输入超出允许范围，因此，基线漂移电压纠正电路，尤其是具有高调节范围的基线漂移电压纠正电路在网口通讯系统中必不可少。

基线漂移电压纠正电路由控制电路和补偿电路两部分组成，现有的设计一般把控制电路和补偿电路都用数字算法实现，由于基线漂移增加了adc输入电平范围，数字域的基带偏移补偿会损失adc的输入动态范围，须要选用更高性能的adc加以补偿，无形中增加了模拟电路的设计难度。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于网口芯片的基线漂移电压纠正电路，降低了模拟电路的设计难度，不再牺牲adc的动态输入范围，扩大了电路的基线漂移电压纠正范围。

本发明的技术解决方案是：一种用于网口芯片的基线漂移电压纠正电路，包括共模调整模块、比较器模块、数字处理模块、电荷泵模块、压控电流源模块和基线漂移纠正模块；

共模调整模块：接收双绞线上输入的差分信号，通过共模调整将其调整到比较器的输入量程内，将调整后的差分信号输出给比较器模块；

比较器模块：通过比较差分信号正负端的高低，得到具有一定占空比的方波，输出给数字处理模块；

数字处理模块：根据比较器输出方波信号的占空比，判断双绞线上输入差分信号的基线电压漂移情况，根据基线电压漂移情况得到电荷泵控制信号，输出给电荷泵模块；

电荷泵模块：根据数字处理模块输出的电荷泵控制信号对电荷泵电容进行充电或放电，将电荷泵电容上的电压输出到压控电流源模块；

压控电流源模块：通过比较电荷泵模块的输出电压与参考电压值的大小，调整输出电流，并将调整后的输出电流发送给基线漂移纠正模块；

基线漂移纠正模块：利用压控电流源模块发送的电流进行电流镜像，根据镜像后的电流生成补偿电流，根据补偿电流对双绞线上输入差分信号的共模电压进行调节，实现对双绞线上输入差分信号基线电压漂移的纠正。

所述数字处理模块得到电荷泵控制信号的实现方法如下：

当比较器输出方波信号的占空比大于50％时，双绞线上输入差分信号的基线电压向正端漂移，电荷泵控制信号为放电信号；

当比较器输出方波信号的占空比小于于50％时，双绞线上输入差分信号的基线电压向负端漂移，电荷泵控制信号为充电信号。

所述电荷泵模块包括电流源iup、电流源idn、mos管m1、mos管m2以及电容c1；

mos管m1的栅端与数字处理模块输出的充电信号连接，mos管m1的源端与电流源iup的输出端连接，mos管m1的漏端同时与mos管m2的漏端以及电容c1的一端连接，mos管m2的栅端与数字处理模块输出的放电信号连接，mos管m2的源端与电流源idn的输入端连接，电流源idn的输出端与电容c1的另一端连接，电流源iup的输入端、mos管m1的漏端以及电流源idn的输出端作为电荷泵模块三个输出端，用于向压控电流源模块输出电压。

所述压控电流源模块包括mos管m3、mos管m4、电流源i0、电流源i1、电流源i2、电流源i3和电阻rs；

电流源i1和电流源i2的输入端同时与电荷泵模块的电流源iup输入端连接，电流源i1的输出端与mos管m3的漏端连接，mos管m3的栅端与电荷泵模块的mos管m1漏端连接，mos管m3的源端与电流源i0的输入端连接，电流源i2的输出端与mos管m4的漏端连接，mos管m4的栅端与参考电压连接，mos管m4的源端与电流源i3的输入端连接，电流源i0的输出端和电流源i3的输出端同时与电荷泵模块的电流源idn输出端连接；电阻rs连接在mos管m3的源端和mos管m4的源端之间。

所述电流源i0、电流源i1、电流源i2和电流源i3中的电流i0、i1、i2、i3满足i1+i2＝i0+i3，i0＝i3。

所述基线漂移纠正模块包括运算放大器u1、运算放大器u2、运算放大器u3、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、mos管m5、mos管m6、mos管m7、mos管m8、mos管m9、mos管m10、mos管m11、mos管m912、mos管m13、mos管m14、电容c2、电流源i11、电流源i21、电流源i12、电流源i22、电流源ibl1和电流源ib12；

运算放大器u1的同相输入端同时与电阻r1的一端、电流源ibl1的输入端以及电阻r3的一端连接，电阻r1的另一端与双绞线上输入的正差分信号连接，电流源ib11的输出端与运算放大器u2的同相输入端连接，电阻r3的另一端与运算放大器u1的正输出端连接；运算放大器u1的反相输入端同时与电阻r2的一端、电流源ibl2的输入端以及电阻r4的一端连接，电阻r2的另一端与双绞线上输入的负差分信号连接，电流源ibl2的输出端与运算放大器u3的同相输入端连接，电阻r4的另一端与运算放大器u1的负输出端连接；运算放大器u1的正负输出端用于输出基线漂移纠正后的差分信号；

电流源i11和电流源i12为压控电流源模块中电流源i1的镜像，电流源i21和电流源i22为压控电流源模块中电流源i2的镜像，电流源i11、电流源i21、电流源i12以及电流源i22的输入端相互连接，电流源i11的输出端同时与运算放大器u2的同相输入端、mos管m5的漏端以及mos管m6的漏端连接，电流源i21的输出端同时与mos管m7的漏端以及mos管m10的栅端连接，电流源i12的输出端同时与mos管m8的漏端以及mos管m12的栅端连接，电流源i22的输出端同时与mos管m9的漏端、mos管m14的漏端以及运算放大器u3的同相输入端连接，运算放大器u2的反相输入端和运算放大器u3的反相输入端同时与参考电压vcm连接，运算放大器u2的输出端同时与mos管m5的栅端、电容c2的一端、mos管m14的栅端以及运算放大器u3的输出端连接，mos管m6的栅端、mos管m7的栅端、mos管m8的栅端以及mos管m9的栅端连接在一起，mos管m5的源端、mos管m10的源端、mos管m11的源端、mos管m912的源端、mos管m13的源端、mos管m14的源端以及电容c2的另一端连接在一起，mos管m6的源端与mos管m10的漏端连接，mos管m7的源端与mos管m11的漏端连接，mos管m8的源端与mos管m12的漏端连接，mos管m9的源端与mos管m13的漏端连接，mos管m10的栅端和mos管m11的栅端连接，mos管m12的栅端和mos管m13的栅端连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过数字处理模块判断基线电压漂移情况，并据此控制电荷泵模块输出不同的控制电压，该控制电压控制基线漂移纠正模块中补偿电流的大小，完成对输入信号基线漂移的纠正，实现了对隔离变压器高通特性造成的信号直流与低频衰减的判决和补偿，纠正了信号传输中的基线漂移，提高了电路的噪声容限。

(2)本发明控制器(数字处理模块)在数字域实现，补偿器(基线漂移纠正模块)在模拟电路中实现，降低了模拟电路的设计难度，使经过基线漂移纠正后的信号不再超出adc的输入范围，扩大了电路的基线漂移电压纠正范围。

(3)本发明通过电荷泵模块电路和压控电流源模块电路，实现了数字控制信号到模拟补偿信号的转换，电路简单，原理清晰，为在模拟电路中实现基线漂移纠正奠定了基础。

附图说明

图1为本发明的基线漂移电压纠正电路总体结构框图；

图2为本发明中的电荷泵和压控电流源的原理图；

图3为本发明中的基线漂移纠正电路的原理图；

具体实施方式

隔离变压器的高通特性会衰减信号的直流与低频分量，造成信号共模电压的基线漂移，本发明基线漂移电压纠正电路通过对接收信号的基线漂移程度进行判决，纠正信号共模电压的基线漂移。如图1所示，本发明基线漂移电压纠正电路包括共模调整模块、比较器模块、数字处理模块、电荷泵模块、压控电流源模块和基线漂移纠正模块。

共模调整模块：接收双绞线上输入的差分信号，对其进行共模调整，即将差分信号的电压由2.5v调整为1.25v，使差分信号被调整到比较器的输入量程内，将调整后的差分信号输出给比较器模块。

比较器模块：通过比较差分信号正负端的高低，得到具有一定占空比的方波，输出给数字处理模块。

数字处理模块：根据比较器输出方波信号的占空比，判断双绞线上输入差分信号的基线电压漂移情况，根据基线电压漂移情况得到电荷泵控制信号，输出给电荷泵模块。

当比较器输出方波信号的占空比大于50％时，双绞线上输入差分信号的基线电压向正端漂移，电荷泵控制信号为放电信号；

当比较器输出方波信号的占空比小于于50％时，双绞线上输入差分信号的基线电压向负端漂移，电荷泵控制信号为充电信号。

电荷泵模块：根据数字处理模块输出的电荷泵控制信号对电荷泵电容进行充电或放电，将电荷泵电容上的电压输出到压控电流源模块。

压控电流源模块：通过比较电荷泵模块的输出电压与参考电压值的大小，对电流进行调整，并将调整后的电流输出给基线漂移纠正模块。

基线漂移纠正模块：利用压控电流源模块输出的调整电流进行电流镜像，根据镜像后的电流生成补偿电流，根据补偿电流对双绞线上输入差分信号的共模电压进行调节，实现对双绞线上输入差分信号基线电压漂移的纠正。

如图2所示为电荷泵模块和压控电流源模块的电路结构图。电荷泵模块包括电流源iup、电流源idn、mos管m1、mos管m2以及电容c1，压控电流源模块包括mos管m3、mos管m4、电流源i0、电流源i1、电流源i2、电流源i3和电阻rs。

mos管m1的栅端与数字处理模块输出的充电信号an连接，mos管m1的源端与电流源iup的输出端连接，mos管m1的漏端同时与mos管m2的漏端以及电容c1的一端连接，mos管m2的栅端与数字处理模块输出的放电信号bn连接，mos管m2的源端与电流源idn的输入端连接。

电流源i1和电流源i2的输入端同时与电流源iup输入端连接，电流源i1的输出端与mos管m3的漏端连接，mos管m3的栅端与mos管m1漏端连接，mos管m3的源端与电流源i0的输入端连接，电流源i2的输出端与mos管m4的漏端连接，mos管m4的栅端与参考电压连接，mos管m4的源端与电流源i3的输入端连接，电流源i0的输出端和电流源i3的输出端同时与电流源idn输出端连接；电阻rs连接在mos管m3的源端和mos管m4的源端之间。

设电流源i0、电流源i1、电流源i2、电流源i3中的电流分别为i0、i1、i2、i3，则电荷泵模块和压控电流源模块的工作原理为：当an为低，bn为低时，电流源iup对电容c1充电，c1上的电压升高；当an为高，bn为高时，电流idn对电容c1放电，c1上的电压降低。c1上的电压与参考电压vref比较，以调整电流i1、i2的大小。若c1上的电压大于vref，则i1增大，i2减小；若c1上的电压小于vref，则i1减小，i2增大。此外，i1+i2＝i0+i3，i0＝i3。电流i1和i2将用于产生基线漂移纠正模块中的补偿电流。

如图3所示，基线漂移纠正模块包括运算放大器u1、运算放大器u2、运算放大器u3、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、mos管m5、mos管m6、mos管m7、mos管m8、mos管m9、mos管m10、mos管m11、mos管m912、mos管m13、mos管m14、电容c2、电流源i11、电流源i21、电流源i12、电流源i22、电流源ibl1和电流源ib12。运算放大器u1是折叠共源共栅运算放大器，运算放大器u2和运算放大器u3是对称运算放大器。

运算放大器u1的同相输入端同时与电阻r1的一端、电流源ib11的输入端以及电阻r3的一端连接，电阻r1的另一端与双绞线上输入的正差分信号连接，电流源ib11的输出端与运算放大器u2的同相输入端连接，电阻r3的另一端与运算放大器u1的正输出端连接；运算放大器u1的反相输入端同时与电阻r2的一端、电流源ib12的输入端以及电阻r4的一端连接，电阻r2的另一端与双绞线上输入的负差分信号连接，电流源ib12的输出端与运算放大器u3的同相输入端连接，电阻r4的另一端与运算放大器u1的负输出端连接；运算放大器u1的正负输出端输出基线漂移纠正后的差分信号；

电流源i11和电流源i12为压控电流源模块中电流源i1的镜像，电流源i21和电流源i12为压控电流源模块中电流源i2的镜像，电流源i11、电流源i21、电流源i12以及电流源i22的输入端相互连接，电流源i11的输出端同时与运算放大器u2的同相输入端、mos管m5的漏端以及mos管m6的漏端连接，电流源i21的输出端同时与mos管m7的漏端以及mos管m10的栅端连接，电流源i12的输出端同时与mos管m8的漏端以及mos管m12的栅端连接，电流源i22的输出端同时与mos管m9的漏端、mos管m14的漏端以及运算放大器u3的同相输入端连接，运算放大器u2的反相输入端和运算放大器u3的反相输入端同时与参考电压vcm连接，vcm＝1.25v，运算放大器u2的输出端同时与mos管m5的栅端、电容c2的一端、mos管m14的栅端以及运算放大器u3的输出端连接，mos管m6的栅端、mos管m7的栅端、mos管m8的栅端以及mos管m9的栅端连接在一起，mos管m5的源端、mos管m10的源端、mos管m11的源端、mos管m912的源端、mos管m13的源端、mos管m14的源端以及电容c2的另一端连接在一起，mos管m6的源端与mos管m10的漏端连接，mos管m7的源端与mos管m11的漏端连接，mos管m8的源端与mos管m12的漏端连接，mos管m9的源端与mos管m13的漏端连接，mos管m10的栅端和mos管m11的栅端连接，mos管m12的栅端和mos管m13的栅端连接。

将图2中压控电流源模块产生的电流i1，i2通过电流镜电路镜像到基线漂移纠正模块，i1镜像为电流源i11、电流源i21，i2镜像为电流源i21、电流源i22，如图3所示，设电流源i11、电流源i21、电流源i12、电流源i22、电流源ib11和电流源ibl2中的电流为i11、i21、i12、i22、ibl1和ibl2，流过mos管m5和m14的电流分别为i31和i32，根据电流守恒定律：

在x点有：

ib11＝i31+i21-i11

在y点有：

ibl2＝i32+i12-i22

i31和i32为恒定电流，且i31＝i32，通过调节电流i11、i12和i21、i22的大小，就可以调整基线漂移纠正电流ibl1和ibl2，ibl1和ibl2分别从运放的正负输入端抽取电流，使运放输入端的共模电压下调，从而实现基线漂移电压纠正。

本发明通过数字处理模块控制电荷泵模块输出不同的控制电压，此电压控制基线漂移模块中补偿电流的大小，完成对输入信号基线漂移的纠正。本电路对隔离变压器高通特性造成的信号直流与低频衰减进行了判决和补偿，纠正了信号传输中的基线漂移，提高了电路的噪声容限。

本发明数字处理模块向电荷泵模块发送控制信号，通过数字逻辑控制电荷泵模块输出不同的控制电压，此电压控制基线漂移纠正模块中补偿电流的大小；基线漂移纠正模块在模拟电路中实现，降低了模拟电路的设计难度，不再牺牲adc的动态输入范围，提高了电路的基线漂移纠正范围。

本说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。