本發(fā)明涉及一種雙向傳輸?shù)牡退傩盘?hào)幅度檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

在視頻傳輸應(yīng)用里，視頻采集信號(hào)與信號(hào)處理芯片采用串行傳輸，需要采集和信號(hào)處理之間不光傳輸RGB和VSNYC、HSYNC信號(hào)，同時(shí)需要相互之間傳輸?shù)退俚目刂菩盘?hào)。如果再額外增加一條傳輸線，會(huì)增加產(chǎn)品的重量。為了節(jié)省線纜，在高速接收器端增加低速信號(hào)發(fā)生器，在高速發(fā)送端增加低速信號(hào)接收器，高速和低速信號(hào)疊加在同一個(gè)線纜上完成雙向通信功能。雙向通信中需要這兩種信號(hào)都要存在，在線纜沒(méi)有連接上的時(shí)候，會(huì)讓兩者通信不成立。基于對(duì)線纜連接的重要性，增加檢測(cè)低速信號(hào)的幅度，來(lái)判斷連接是否成立，而通常的檢測(cè)電路只能檢測(cè)沒(méi)有疊加的單向信號(hào)，所以必須采用能對(duì)雙向信號(hào)檢測(cè)電路，如圖1所示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙向傳輸?shù)牡退傩盘?hào)幅度檢測(cè)方法，能對(duì)雙向信號(hào)的低速信號(hào)完成幅度檢測(cè)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種雙向傳輸?shù)牡退傩盘?hào)幅度檢測(cè)方法，它包括以下步驟：

S1：通過(guò)電位平移電路接收輸入的差分信號(hào)，并將差分信號(hào)的DC工作點(diǎn)轉(zhuǎn)換到第一低通比較器的DC工作點(diǎn)，保持差分信號(hào)的小幅度衰減；

S2：通過(guò)第一低通比較器衰減雙向傳輸?shù)牟罘中盘?hào)上的高速分量，并保留低速信號(hào)的分量，第一低通比較器的輸入端與電位平移電路連接；同時(shí)通過(guò)與第一低通比較器結(jié)構(gòu)相同的第二低通比較器，保持與輸入的差分信號(hào)一致的路徑，第二低通比較器輸入端接收外部參考信號(hào)；

S3：通過(guò)幅度平方比較器完成輸入信號(hào)的幅度平方與固定差值的平方比較：如果輸入信號(hào)的幅度平方比固定差值的平方大則輸出為高電平，如果輸入信號(hào)的幅度平方比固定差值的平方小則輸出為低電平；其中，幅度平方比較器的固定差值信號(hào)輸入端與第二低通比較器連接，幅度平方比較器的幅度檢測(cè)信號(hào)輸入端與第一低通比較器連接；

S4：通過(guò)差分轉(zhuǎn)單端比較器將幅度平方比較器完成比較后輸出的低擺幅差分電壓轉(zhuǎn)換成單端滿擺幅信號(hào)，以供外部電路使用；差分轉(zhuǎn)單端比較器輸入端與幅度平方比較器連接。

所述的電位平移電路包括NMOS管MN1，MN1的柵極分別與信號(hào)輸入Vin以及電容C1連接，MN1的漏極接VDD，MN1的源極接電阻R1，電阻R1的另一端分別與電容C1的另一端、輸出端Vout以及電流源I_SS1連接；MN1的襯底接地。

所述的第一低通比較器和第二低通比較器均包括NMOS管MN2、MN3和PMOS管MP2和MP3；MP2和MP3的源極接VDD，MP2和MP3的柵極對(duì)接，MP2的漏極分別與電阻R2、負(fù)載電容CL1和MN2的漏極連接，MP3的漏極分別與電阻R3、負(fù)載電容CL2和MN3的漏極連接，電阻R2的另一端與電阻R3的另一端連接，電阻R2的另一端和電阻R3的另一端均與MP2和MP3的柵極公共連接點(diǎn)連接，負(fù)載電容CL2的另一端和CL1另一端均接地，MN2的柵極接輸入電壓Vinp，MN2的源極與電流源I_ss2連接，MN3的柵極接輸入電壓Vinn，MN3的源極與電流源I_ss2連接，電流源I_ss2的另一端接地；MN2的漏極還與輸出端Voutn連接，MN3的漏極還與輸出端Voutp連接。

所述的幅度平方比較器包括NMOS管MN4、MN5、MN6、MN7和PMOS管MP4、MP5；MP4的源極和MP5的源極接VDD，MP4的柵極和MP5的柵極對(duì)接，MP4的漏極與電阻R4連接，MP5的漏極與電阻R5連接，電阻R4的另一端與電阻R5的另一端連接，電阻R4的另一端和電阻R5的另一端均與MP4和MP5的柵極公共連接點(diǎn)連接；MN4的柵極與第二低通比較器的正輸出端連接，MN5的柵極與第二低通比較器的負(fù)輸出端連接，MN4的漏極與MN5的漏極對(duì)接后與MP4的漏極連接，MN4的源極與MN5的源極對(duì)接后與電流源I_SS3連接；MN6的柵極與第一低通比較器的正輸出端連接，MN7的柵極與第一低通比較器的負(fù)輸出端連接，MN6的漏極與MN7的漏極對(duì)接后與MP5的漏極連接，MN6的源極與MN7的源極對(duì)接后與電流源I_SS3連接；電流源I_SS3的另一端接地；MN4和MN5的漏極公共連接點(diǎn)與電壓輸出端Voutn連接，MN6和MN7的漏極公共連接點(diǎn)與電壓輸出端Voutp連接。

所述的差分轉(zhuǎn)單端比較器包括NMOS管MN8、MN9、MN10、MN11和PMOS管MP6、MP7、MP8、MP9；MP6、MP7、MP8、MP9的源極均與VDD連接，MP6和MP7的柵極對(duì)接，MP6的漏極分別與電阻R6和MN8的漏極連接，MP7的漏極分別與電阻R7和MN9的漏極連接，電阻R6的另一端與電阻R7的另一端連接，電阻R6的另一端和電阻R7的另一端均與MP6和MP7的柵極公共連接點(diǎn)連接，MN8的柵極與幅度平方比較器的正輸出端連接，MN8的源極與電流源I_ss4連接，MN9的柵極與幅度平方比較器的負(fù)輸出端連接，MN9的源極與電流源I_ss4連接，電流源I_ss4的另一端接地；MN2的漏極還與MP8的柵極連接，MP7的漏極還與MP9的柵極連接，MP8的漏極與MN11的漏極連接，MN11的柵極與MN10的柵極連接，MN11與MN10的柵極公共連接點(diǎn)與MN11的漏極連接，MN11的源極與MN10的源極均接地，MN10的漏極分別與MP9的漏極和輸出端Vout連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明特別適用于視頻傳輸應(yīng)用中雙向傳輸中的幅度檢測(cè)情況，該電路采用通過(guò)電位平移電路把雙向通信的信號(hào)的DC工作點(diǎn)移到低通比較器的DC工作點(diǎn)，然后經(jīng)過(guò)低通比較器來(lái)衰減高速信號(hào)的幅度，保留低速信號(hào)的幅度，再用幅度平方比較器來(lái)比較低速信號(hào)幅度的平方和固定差值平方做比較，如果比設(shè)定的固定差值平方高則判定低速信號(hào)存在，比設(shè)定的固定差值平方低則判定低速信號(hào)不存在，從而完成檢測(cè)功能。

附圖說(shuō)明

圖1為低速信號(hào)幅度檢測(cè)電路產(chǎn)生的原理圖；

圖2為本發(fā)明方法流程圖；

圖3為本發(fā)明的流程基于的電路框圖；

圖4為電位平移電路的電路圖；

圖5為低通比較器電路圖；

圖6為幅度平方比較器電路圖；

圖7為差分轉(zhuǎn)單端比較器電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

如圖2所示，一種雙向傳輸?shù)牡退傩盘?hào)幅度檢測(cè)方法，它包括以下步驟：

S1：通過(guò)電位平移電路接收輸入的差分信號(hào)，并將差分信號(hào)的DC工作點(diǎn)轉(zhuǎn)換到第一低通比較器的DC工作點(diǎn)，保持差分信號(hào)的小幅度衰減；

S2：通過(guò)第一低通比較器衰減雙向傳輸?shù)牟罘中盘?hào)上的高速分量，并保留低速信號(hào)的分量：第一低通比較器的輸入端與電位平移電路連接；同時(shí)通過(guò)與第一低通比較器結(jié)構(gòu)相同的第二低通比較器，保持與輸入的差分信號(hào)一致的路徑，第二低通比較器輸入端接收外部參考信號(hào)；

S3：通過(guò)幅度平方比較器完成輸入信號(hào)的幅度平方與固定差值的平方比較：如果輸入信號(hào)的幅度平方比固定差值的平方大則輸出為高電平，如果輸入信號(hào)的幅度平方比固定差值的平方小則輸出為低電平；其中，幅度平方比較器的固定差值信號(hào)輸入端與第二低通比較器連接，幅度平方比較器的幅度檢測(cè)信號(hào)輸入端與第一低通比較器連接；

S4：通過(guò)差分轉(zhuǎn)單端比較器將幅度平方比較器完成比較后輸出的低擺幅差分電壓轉(zhuǎn)換成單端滿擺幅信號(hào)，以供外部電路使用；差分轉(zhuǎn)單端比較器輸入端與幅度平方比較器連接。檢測(cè)完成的信號(hào)直接輸入數(shù)字處理模塊，而數(shù)字處理模塊的電平識(shí)別要求為滿擺幅的CMOS電平。

如圖4所示，所述的電位平移電路包括NMOS管MN1，MN1的柵極分別與信號(hào)輸入Vin以及電容C1連接，MN1的漏極接VDD，MN1的源極接電阻R1，電阻R1的另一端分別與電容C1的另一端、輸出端Vout以及電流源I_SS1連接；MN1的襯底接地。電位平移電路屬于重復(fù)調(diào)用電路，在電位平移比較中調(diào)用兩次，即輸入VIN+調(diào)用一個(gè)電位平移電路而輸入VIN-調(diào)用另一個(gè)電位平移電路，形成了兩輸入和兩輸出。

圖4為電位平移電路框圖，通過(guò)對(duì)射隨結(jié)構(gòu)分析可以得到DC工作點(diǎn)和傳遞函數(shù)。

偏置在飽和區(qū)的MN1的電流滿足下面等式：

$Iss=\frac{Un*Cox*W*{(Vin-Vout-Iss*R-Vthn)}^2}{2*L}---\left(1\right)$

式中，Un為電子遷移率，Cox為柵氧化層電容，W為晶體管的溝道寬度，L為晶體管的溝道長(zhǎng)度，Vthn為N型晶體管的閾值電壓，Vin為輸入電壓，Vout為輸出電壓，R為電阻值。

由(1)可以推出輸入和輸出DC工作電壓關(guān)系：

$Vout=Vin-Vthn-Iss*R-\sqrt{\frac{2*Iss*L}{Un*Cox*W}}---\left(2\right)$

由(2)可知Iss、R、W、L決定輸出的DC工作點(diǎn)。

傳遞函數(shù)可以通過(guò)小信號(hào)分析，根據(jù)等效得到以下等式：

Vbs＝0-(Vin-Vgs)＝Vgs-Vin (3)

$\frac{Vgs}{\frac{1}{Cgs*S}}+gm*Vgs+\frac{0-(Vin-Vgs)}{ro1}+gmb(0-(Vin-Vgs\left)\right)=0---\left(4\right)$

$\frac{Vin-Vout}{\frac{1}{C*S}}+\frac{Vin-Vgs-Vout}{R}+\frac{Vout}{ro2}=0---\left(5\right)$

式中，Vbs為晶體管的源襯電壓，Vgs為晶體管的柵源電壓，Cgs為晶體管的柵源電容，S為角頻率，gm為晶體管的跨導(dǎo)，ro為晶體管的輸出電阻，gmb為晶體管襯底的跨導(dǎo)，C為電容值。ro1為晶體管MN1的輸出電阻，ro2為電流源的ISS1的輸出電阻。

通過(guò)對(duì)三個(gè)等式求解，因?yàn)镃gs<<C，ro1和ro2很大，得到增益Av：

$Av=\frac{Vout}{Vin}=\frac{gmb}{(gm+gmb)}*\frac{1+\frac{gm+gmb}{gmb}*R*C*S}{1+R*C*S}---\left(6\right)$

由(6)可知零點(diǎn)在極點(diǎn)之前，傳遞函數(shù)是高通特性，且ω>>1/(R*C)時(shí)增益Av≈1，讓幅度近無(wú)衰減的進(jìn)入低通比較器。

公式中電容阻抗是隨頻率變化的量，用復(fù)數(shù)S＝j(luò)*ω，虛部的ω來(lái)表述交流特性，即角速度和頻率轉(zhuǎn)換公式，ω越大，即頻率越高。交流的歐姆定律中，電容阻抗為電感阻抗為L(zhǎng)*S。

如圖5所示，所述的第一低通比較器和第二低通比較器均包括NMOS管MN2、MN3和PMOS管MP2和MP3；MP2和MP3的源極接VDD，MP2和MP3的柵極對(duì)接，MP2的漏極分別與電阻R2、負(fù)載電容CL1和MN2的漏極連接，MP3的漏極分別與電阻R3、負(fù)載電容CL2和MN3的漏極連接，電阻R2的另一端與電阻R3的另一端連接，電阻R2的另一端和電阻R3的另一端均與MP2和MP3的柵極公共連接點(diǎn)連接，負(fù)載電容CL2的另一端和CL1另一端均接地，MN2的柵極接輸入電壓Vinp，MN2的源極與電流源I_ss2連接，MN3的柵極接輸入電壓Vinn，MN3的源極與電流源I_ss2連接，電流源I_ss2的另一端接地；MN2的漏極還與輸出端Voutn連接，MN3的漏極還與輸出端Voutp連接。

低通比較器的是把雙向傳輸信號(hào)上的高速信號(hào)衰減，低速信號(hào)的幅度保留，所以衰減帶選擇在兩個(gè)速率之間。

低通比較器的傳遞函數(shù)用半邊等效求出增益：

$Av=\frac{Voutp-Voum}{Vinp-Vinn}=\frac{gm1*R}{(1+gm3*R)}*\frac{1}{1+\frac{R}{1+gm3*R}*CL*S}---\left(7\right)$

傳遞函數(shù)顯示為低通特性，在ω>>(1+gm3*R)/(R*CL)，高速信號(hào)被衰減，同時(shí)低速信號(hào)也有g(shù)m1*R/(1+gm3*R)的衰減。其中，gm1為MN2晶體管的跨導(dǎo)，gm3為MP2晶體管的跨導(dǎo)。

為了保持與輸入信號(hào)一致的路徑，在固定差值信號(hào)端也同樣經(jīng)過(guò)一樣的低通比較器，匹配衰減值。

如圖6所示，所述的幅度平方比較器包括NMOS管MN4、MN5、MN6、MN7和PMOS管MP4、MP5；MP4的源極和MP5的源極接VDD，MP4的柵極和MP5的柵極對(duì)接，MP4的漏極與電阻R4連接，MP5的漏極與電阻R5連接，電阻R4的另一端與電阻R5的另一端連接，電阻R4的另一端和電阻R5的另一端均與MP4和MP5的柵極公共連接點(diǎn)連接；MN4的柵極與第二低通比較器的正輸出端連接，MN5的柵極與第二低通比較器的負(fù)輸出端連接，MN4的漏極與MN5的漏極對(duì)接后與MP4的漏極連接，MN4的源極與MN5的源極對(duì)接后與電流源I_SS3連接；MN6的柵極與第一低通比較器的正輸出端連接，MN7的柵極與第一低通比較器的負(fù)輸出端連接，MN6的漏極與MN7的漏極對(duì)接后與MP5的漏極連接，MN6的源極與MN7的源極對(duì)接后與電流源I_SS3連接；電流源I_SS3的另一端接地；MN4和MN5的漏極公共連接點(diǎn)與電壓輸出端Voutn連接，MN6和MN7的漏極公共連接點(diǎn)與電壓輸出端Voutp連接。

在MN4、MN5、MN6和MN7都工作在Vcm的DC工作點(diǎn)(Vcm為輸入共模電壓)，即Vref＝0，Vin＝0的時(shí)候，流過(guò)MN4、MN5、MN6、M7的電流為：

$I1=I2=I3=I4=\frac{Un*Cox*W*{(Vcm-Vds-Vthn)}^2}{2*L}=\frac{Iss}{4}---\left(8\right)$

式中，Vds為晶體管的漏源電壓。

可以看出電流源的電流均勻的流過(guò)4個(gè)NMOS管，MN4和MN5這條支路的電流為Iss/2，MN6和MN7這條支路的電流同樣也為Iss/2，兩邊的電路完全對(duì)稱(chēng)，得到輸出的差分電壓關(guān)系：

$Voutp=Voutn=Vdd-Vthp-\sqrt{\frac{2L}{Up*Cox*W}*\frac{Iss}{2}}---\left(9\right)$

可以看出差分電壓Voutp-Voutn＝0，即兩邊輸入相等。式中，Vthp為P型晶體管的閾值電壓，Up為空穴遷移率。

在MN4和MN5有固定電壓差ΔV，而MN3和MN4仍在Vcm，即Vref＝ΔV，Vin＝0。令MN4的電壓為Vcm+ΔV/2，MN5的電壓為Vcm-ΔV/2，流過(guò)MN4和MN5的電流發(fā)生了變化：

$I1=\frac{Un*Cox*W*{(Vcm+\mathrm{\&Delta;}V/2-Vds-Vthn)}^2}{2*L}---\left(10\right)$

$I2=\frac{Un*Cox*W*{(Vcm-\mathrm{\&Delta;}V/2-Vds-Vthn)}^2}{2*L}---\left(11\right)$

由(10)和(11)的平方式分解并相加，結(jié)合(8)，則：

$I1+I2=\frac{Iss}{2}+\frac{Un*Cox*W*{\mathrm{\&Delta;V}}^2}{4*L}---\left(12\right)$

以上等式看出MN4和MN5的支路需要的電流增加了，因?yàn)榭偟碾娏鱅ss一定，MN6和MN7支路的電流會(huì)減少來(lái)彌補(bǔ)MN4和MN5增加的電流，而電流從電阻流過(guò)，從而讓輸出的電壓發(fā)生變化：

$Voutn=Vdd-Vthp-\sqrt{\frac{2*L}{Up*Cox*W}*\frac{Iss}{2}}-\frac{Un*Cox*W*{\mathrm{\&Delta;V}}^2}{4*L}*R---\left(13\right)$

$Voutp=Vdd-Vthp-\sqrt{\frac{2*L}{Up*Cox*W}*\frac{Iss}{2}}+\frac{Un*Cox*W*{\mathrm{\&Delta;V}}^2}{4*L}*R---\left(14\right)$

輸出的差分電壓為：

$Voutp-Voutn=\frac{Un*Cox*W*{\mathrm{\&Delta;V}}^2}{2*L}*R---\left(15\right)$

在MN4和MN5有固定電壓差Vref，而MN6和MN7有壓差Vin，輸出的差分電壓為：

$Voutp-Voutn=\frac{Un*Cox*W*({\mathrm{Vin}}^2-{\mathrm{Vref}}^2)}{2*L}*R---\left(16\right)$

如圖7所示，所述的差分轉(zhuǎn)單端比較器包括NMOS管MN8、MN9、MN10、MN11和PMOS管MP6、MP7、MP8、MP9；MP6、MP7、MP8、MP9的源極均與VDD連接，MP6和MP7的柵極對(duì)接，MP6的漏極分別與電阻R6和MN8的漏極連接，MP7的漏極分別與電阻R7和MN9的漏極連接，電阻R6的另一端與電阻R7的另一端連接，電阻R6的另一端和電阻R7的另一端均與MP6和MP7的柵極公共連接點(diǎn)連接，MN8的柵極與幅度平方比較器的正輸出端連接，MN8的源極與電流源I_ss4連接，MN9的柵極與幅度平方比較器的負(fù)輸出端連接，MN9的源極與電流源I_ss4連接，電流源I_ss4的另一端接地；MN2的漏極還與MP8的柵極連接，MP7的漏極還與MP9的柵極連接，MP8的漏極與MN11的漏極連接，MN11的柵極與MN10的柵極連接，MN11與MN10的柵極公共連接點(diǎn)與MN11的漏極連接，MN11的源極與MN10的源極均接地，MN10的漏極分別與MP9的漏極和輸出端Vout連接。

在完成比較后，輸出的差分電壓為低擺幅信號(hào)需要轉(zhuǎn)換成單端滿擺幅信號(hào)以供內(nèi)部處理電路使用，圖7顯示的為一般差分轉(zhuǎn)單端比較器結(jié)構(gòu)。

當(dāng)Vinp＞Vinn時(shí)，MN8的電流有大于MN9電流的趨勢(shì)，MP8的電壓降低，MP9的電壓升高，MN11的電壓持續(xù)升高，MN10鏡像MN11的電流，在輸出端NM10需要更大的電流而MP9提供不了，MN10就會(huì)進(jìn)入線性區(qū)，輸出Vout為地電壓；同理當(dāng)Vinp＜Vinn時(shí)，MN9的電流有大于MN8電流的趨勢(shì)，MP9的電壓降低，MP8的電壓升高，MN11的電壓持續(xù)降低，MN10鏡像MN11的電流，在輸出端MP9提供比MN10需求更多的電流，MP9就會(huì)進(jìn)入線性區(qū)，輸出為高電壓。