專利名稱：峰值檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種峰值檢測器，特別是涉及一種峰值檢測器，適用于一接收器，來快速建立臨界電壓。
背景技術(shù)：
在被動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)(passive optical network；PON)系統(tǒng)中，數(shù)個(gè)光學(xué)網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit；ONU)設(shè)置于對應(yīng)數(shù)目的辦公室或家庭中，并利用被動(dòng)裝置耦接至單一光學(xué)線路設(shè)備(Optical Line Terminal；OLT)。其中，數(shù)據(jù)可由光學(xué)線路設(shè)備通過廣播(broadcast)方式傳送給光學(xué)網(wǎng)絡(luò)單元，稱為下傳；以及由光學(xué)網(wǎng)絡(luò)單元以分時(shí)多任務(wù)(time division multiplexing；TDM)方式將數(shù)據(jù)傳送給光學(xué)線路設(shè)備，稱為上傳，如圖1所示。
在數(shù)據(jù)上傳時(shí)，每個(gè)光學(xué)網(wǎng)絡(luò)單元分別指配一時(shí)槽(time slot)，且在分配的時(shí)槽內(nèi)，各個(gè)光學(xué)網(wǎng)絡(luò)單元可傳輸任何數(shù)目的數(shù)據(jù)封包，如圖2所示。換句話說，客戶端以分時(shí)多任務(wù)的方式共享連結(jié)到局端的光信道，而局端的接收器在上傳時(shí)則接收來自于不同客戶端的光信號。
然而，不同的客戶端所發(fā)射的光功率不盡相同，并且再經(jīng)過不同的光路徑傳送后，到達(dá)局端的光信號強(qiáng)度并非一固定值，因此為了提高分時(shí)多任務(wù)的通信效率，局端的接收器須針對各個(gè)客戶端的光強(qiáng)度，快速建立一個(gè)臨界電壓(threshold voltage)，并將代表光的模擬電壓信號與臨界電壓比較之后，轉(zhuǎn)換成代表邏輯“0”與邏輯“1”的數(shù)字信號。
由于峰值檢測器可以迅速的取得輸入信號的峰值，因此在被動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)中，在設(shè)計(jì)局端的接收器時(shí)，常會(huì)運(yùn)用峰值檢測器來建立用來判斷邏輯“0”與邏輯“1”的臨界電壓，如圖3所示。而此臨界電壓的準(zhǔn)確與否將會(huì)導(dǎo)致接收器的輸出信號的責(zé)任周期(duty-cycle)是否失真(distortion)，進(jìn)而影響接收器的靈敏度。因此，如何使峰值檢測器能在小的信號輸入時(shí)，避免過充(overshoot)，精確的取出峰值，并且在信號大時(shí)，快速取出峰值，成為此領(lǐng)域的一研究要點(diǎn)。
參考圖4，在光接收器的公知結(jié)構(gòu)中，輸入信號Vi與輸出信號Vo的電壓差，經(jīng)誤差放大器(error amplifier)AP放大，當(dāng)輸入信號Vi高于輸出信號Vo時(shí)，誤差放大器AP輸出高電壓，使電流開關(guān)SW導(dǎo)通，進(jìn)而對電容Ch充電；反之，當(dāng)輸入信號Vi小于輸出信號Vo時(shí)，電流開關(guān)SW不導(dǎo)通，電容Ch則維持住峰值電壓。此電流開關(guān)可為二極管D(如圖5所示)或者是晶體管M(如圖6所示)。
然而，在公知結(jié)構(gòu)中，當(dāng)峰值檢測器針對大的輸入信號做最佳化設(shè)計(jì)時(shí)，為了加快峰值檢測器的反應(yīng)時(shí)間，需要較大的充電電流。如此一來，當(dāng)輸入信號小時(shí)，在電容充電至峰值電壓的過程中，由于誤差放大器有限頻寬而造成控制電流開關(guān)的信號延遲，使得電流開關(guān)無法立即切斷充電電流，進(jìn)而產(chǎn)生多余的充電時(shí)間，以致產(chǎn)生超過峰值的輸出信號。如果要避免過充發(fā)生，則需要將誤差放大器的延遲縮短或減少充電電流。
當(dāng)利用高增益的誤差放大器來減少二極管或晶體管對臨界電壓的影響，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)峰值檢測器時(shí)，因組件的增益與頻寬乘積有一定的極限，所以在不犧牲增益的情況下，誤差放大器的延遲不可能無限制地減少。此外，若是將充電電流減少，在大電壓輸入時(shí)，則會(huì)影響電容充電至峰值電壓所需的時(shí)間。如此一來，當(dāng)輸入信號的動(dòng)態(tài)范圍大時(shí)，過充現(xiàn)象與充電時(shí)間則無法同時(shí)最佳化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種峰值檢測器，解決公知技術(shù)所公開的過充現(xiàn)象與充電時(shí)間無法同時(shí)最佳化的問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種峰值檢測器，用來檢測一輸入信號的峰值并據(jù)此輸出一輸出信號，包括有多個(gè)誤差放大器、多個(gè)電流開關(guān)和一充電組件。
每一誤差放大器具有一正輸入端、一負(fù)輸入端與一輸出端，各個(gè)誤差放大器的正輸入端連接至輸入信號，其負(fù)輸入端連接至輸出信號，且充電組件也連接至輸出信號，而電流開關(guān)連接至充電組件，以及分別連接多個(gè)充電電流其中之一，其中每一誤差放大器的輸出端連接至電流開關(guān)中的一個(gè)，來控制所連接的電流開關(guān)，據(jù)此來決定每一電流開關(guān)所對應(yīng)的充電電流是否對充電組件進(jìn)行充電。
其中，每一誤差放大器的增益依序增加，而其所控制的充電電流則依序減少。在此，各個(gè)誤差放大器的負(fù)輸入端可具有相同電位。再有，各個(gè)誤差放大器的負(fù)輸入端彼此間可具有一電位差。
并且，各個(gè)電流開關(guān)在輸入信號和輸出信號的電壓差大于一既定電壓差時(shí)導(dǎo)通。其中此既定電壓差可為各個(gè)電流開關(guān)的門坎電壓除以其所連接的誤差放大器的增益。
在此，電流開關(guān)可為一晶體管。而每一充電電流的大小可通過調(diào)整其所對應(yīng)的晶體管的尺寸進(jìn)行控制。
在此，充電電流可由電流源提供?；蛘?，充電電流也可由電壓源與阻抗組件提供，此時(shí)充電電流的大小可通過調(diào)整阻抗組件的阻值來進(jìn)行控制。再有，此阻抗組件可省略，而充電電流則由電壓源提供。
另外，本發(fā)明還公開一種峰值檢測器，用來檢測一輸入信號的峰值并據(jù)此輸出一輸出信號，包括有多個(gè)誤差放大器、多個(gè)二極管和一充電組件。
每一誤差放大器具有一正輸入端、一負(fù)輸入端與一輸出端，各個(gè)誤差放大器的正輸入端連接至輸入信號，其負(fù)輸入端連接至輸出信號，且充電組件也連接至輸出信號，而各個(gè)二極管連接于充電組件和一個(gè)誤差放大器的輸出端之間，其中每一誤差放大器的輸出端分別連接至一二極管，來控制所連接的二極管，據(jù)此來決定是否對充電組件進(jìn)行充電。
其中，每一誤差放大器的增益依序增加，而流經(jīng)所連接的二極管的充電電流則依序減少。在此，每一充電電流的大小可通過調(diào)整其所對應(yīng)的二極管的尺寸來控制。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1為公知的被動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為在被動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)中，共知的數(shù)據(jù)上傳方式的示意圖；圖3為公知的接收器的概要結(jié)構(gòu)圖；圖4為公知的峰值檢測器的概要結(jié)構(gòu)圖；圖5為公知的峰值檢測器的概要結(jié)構(gòu)圖；
圖6為公知的峰值檢測器的概要結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明第一實(shí)施例的峰值檢測器的概要結(jié)構(gòu)圖；圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例的峰值檢測器的概要結(jié)構(gòu)圖；圖9為充電電流與輸入輸出信號的電壓差的關(guān)系圖；圖10為本發(fā)明的峰值檢測器的操作示意圖；圖11為本發(fā)明第三實(shí)施例的峰值檢測器的概要結(jié)構(gòu)圖；圖12為本發(fā)明第四實(shí)施例的峰值檢測器的概要結(jié)構(gòu)圖；圖13為本發(fā)明第五實(shí)施例的峰值檢測器的概要結(jié)構(gòu)圖；以及圖14為本發(fā)明第六實(shí)施例的峰值檢測器的概要結(jié)構(gòu)圖。
其中，附圖標(biāo)記AP誤差放大器 AP1誤差放大器AP2誤差放大器APn誤差放大器C充電組件Ch 電容D二極管 D1二極管D2二極管 I1充電電流I2充電電流 In充電電流I1+I2充電電流M晶體管M1晶體管 M2晶體管R阻抗組件SW電流開關(guān)SW1電流開關(guān) SW2電流開關(guān)SWn電流開關(guān) Vi輸入信號Vo輸出信號 Vp峰值電壓Vt/A1電壓差 Vt/A2電壓差具體實(shí)施方式
本發(fā)明利用多組誤差放大器及多組充電電流對同一個(gè)電容充電，借此來實(shí)現(xiàn)在輸入信號動(dòng)態(tài)范圍大時(shí)可避免過充且最佳化充電時(shí)間。
參考圖7，為本發(fā)明一實(shí)施例的峰值檢測器；此峰值檢測器具有多個(gè)誤差放大器AP1、AP2、……、APn，每一個(gè)誤差放大器具有一正輸入端、一負(fù)輸入端和一輸出端，一輸入信號Vi輸入至每一誤差放大器的正輸入端，而輸出信號Vo回授至每一誤差放大器的負(fù)輸入端，且充電組件C耦接于每一誤差放大器的負(fù)輸入端和接地之間，以及多個(gè)電流開關(guān)SW1、SW2、……、SWn耦接于充電電流I1、I2、……、In和輸出信號Vo之間，其中，每一誤差放大器AP1、AP2、……、APn的輸出端連接至一電流開關(guān)SW1、SW2、……、SWn，來控制開關(guān)，進(jìn)而控制充電電流I1、I2、……、In對充電組件C的充電與否。這里，n為正整數(shù)。其中，誤差放大器的增益可依序增加，且充電電流依序減少，借此在不同程度的輸入信號下，導(dǎo)通不同數(shù)量的電流開關(guān)來對充電組件充電。
為了方便說明，這里僅以二誤差放大器、二電流開關(guān)和二充電電流來進(jìn)行說明，但是配合實(shí)際電路需求，可根據(jù)本發(fā)明，采用二組、三組、四組或四組以上的誤差放大器、電流開關(guān)和充電電流。
參考圖8，此峰值檢測器具有二誤差放大器AP1、AP2、二電流開關(guān)SW1、SW2及一充電組件C。每一誤差放大器AP1、AP2具有一正輸入端、一負(fù)輸入端和一輸出端，輸入信號Vi輸入至誤差放大器AP1、AP2的正輸入端，而輸出信號Vo回授至誤差放大器AP1、AP2的負(fù)輸入端，且誤差放大器AP1、AP2的輸出端分別連接至電流開關(guān)SW1、SW2的控制端。電流開關(guān)SW1、SW2分別連接充電電流I1、I2到輸出信號Vo，且充電組件C耦接于輸出信號Vo和接地之間。其中，誤差放大器AP1的增益大于誤差放大器AP2，而充電電流I1小于充電電流I2。此時(shí)，充電電流I1、I2與輸入信號Vi和輸出信號Vo的電壓差的關(guān)如圖9所示；當(dāng)電壓差介于Vt/A1和Vt/A2之間時(shí)(其中，Vt為電流開關(guān)的門坎電壓，A1為誤差放大器AP1的增益，而A2為誤差放大器AP2的增益)，誤差放大器AP2的輸出不足以使電流開關(guān)SW2導(dǎo)通，此時(shí)，借助較小的充電電流I1對充電組件C充電。由于充電電流I1較小，因此可減少過充的現(xiàn)象。當(dāng)輸入信號Vi和輸出信號Vo的電壓差大于Vt/A2時(shí)，電流開關(guān)SW1、SW2均導(dǎo)通，以獲得較大的充電電流I1+I2，進(jìn)而減少充電組件C充電至峰值電壓所需的時(shí)間。
請參考圖10，進(jìn)一步說明此峰值檢測器的操作，假設(shè)輸入信號Vi一開始較小，接著再變大；因此，當(dāng)輸入信號Vi小時(shí)，誤差放大器AP2的增益A2相對小，而不足以使電流開關(guān)SW2導(dǎo)通，此時(shí)充電組件C主要由相對小的充電電流I1充電，以避免信號小時(shí)的過充現(xiàn)象。當(dāng)輸入信號Vi變大時(shí)，由于輸入信號Vi與充電組件C之間的電壓差(即輸入信號Vi和輸出信號Vo的電壓差)大于Vt/A2，而充電組件C由相對大的充電電流I2與相對小的充電電流I1共同充電，因而能夠獲得較快的充電速度。當(dāng)充電組件C上的電壓上升到輸入信號Vi與充電組件C的壓差小于Vt/A2時(shí)，電流開關(guān)SW2即無法導(dǎo)通，此時(shí)，充電組件C上的電壓離峰值電壓只有Vt/A2，電流開關(guān)SW1仍然繼續(xù)導(dǎo)通，由相對小的充電電流I1對充電組件C繼續(xù)充電，直到充電組件C到達(dá)最終的峰值電壓Vp。這里，充電組件可為一電容。
再有，電流開關(guān)可為晶體管，如圖11所示。此晶體管可為雙極結(jié)型晶體管(bipolar junction transistor；BJT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor；MOSFET)或結(jié)型場效應(yīng)晶體管(junction field effect transistor；JFET)等。請參考圖11，誤差放大器AP1的輸出端連接至晶體管M1的柵極，誤差放大器AP2的輸出端連接至晶體管M2的柵極，晶體管M1的源極和晶體管M2的源極連接至充電組件C，且晶體管M1的漏極和晶體管M2的漏極分別連接至一電流源，以便在導(dǎo)通時(shí)分別提供充電電流I1、I2來對充電組件C充電。
此外，充電電流可由電壓源和阻抗組件R提供，如圖12所示，此時(shí)，流經(jīng)電流開關(guān)的充電電流I1、I2大小即可借助調(diào)整晶體管M1、M2的尺寸或/和阻抗組件R的阻值來進(jìn)行控制。這里，阻抗組件可為一電阻。
但是，在一實(shí)施例中，此阻抗組件R可省略，而流經(jīng)電流開關(guān)的充電電流I1、I2大小則借助調(diào)整晶體管M1、M2的尺寸來控制，如圖13所示。
再有，電流開關(guān)也可為二極管D1、D2，而充電電流I1、I2則由誤差放大器AP1、AP2提供，如圖14所示。同樣地，誤差放大器AP1的增益大于誤差放大器AP2的增益，且流經(jīng)二極管D1的充電電流I1小于流經(jīng)二極管D2的充電電流I2。如此一來，充電電流的大小則可借助調(diào)整二極管的尺寸與誤差放大器的輸出電流來控制。此二極管可為雙極結(jié)型晶體管、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或結(jié)型場效應(yīng)晶體管等所構(gòu)成。
綜合上述，本發(fā)明利用額外的誤差放大器的輸入補(bǔ)償(Offset)，使相對大的充電電流在電壓差異大時(shí)才作用，以達(dá)到加速充電時(shí)間的目的。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種峰值檢測器，用來檢測一輸入信號的峰值，并據(jù)此輸出一輸出信號，其特征在于，包括有數(shù)個(gè)誤差放大器，所述誤差放大器具有一正輸入端、一負(fù)輸入端與一輸出端，所述正輸入端連接至所述輸入信號，所述負(fù)輸入端連接至所述輸出信號；一充電組件，連接至所述輸出信號；以及數(shù)個(gè)電流開關(guān)，連接至所述充電組件，且分別連接至數(shù)個(gè)充電電流中的一個(gè)，并與所述誤差放大器的所述輸出端相連；其中，所述誤差放大器的所述輸出端連接一個(gè)所述電流開關(guān)，并控制所連接的所述電流開關(guān)，據(jù)此決定所述電流開關(guān)所對應(yīng)的所述充電電流是否對所述充電組件進(jìn)行充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的峰值檢測器，其特征在于，所述誤差放大器的增益依序增加，所控制的所述充電電流依序減少。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的峰值檢測器，其特征在于，所述充電電流由一電流源提供。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的峰值檢測器，其特征在于，所述充電電流由一電壓源提供。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的峰值檢測器，其特征在于，所述充電電流由一電壓源與一阻抗組件提供。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的峰值檢測器，其特征在于，所述充電電流由所述阻抗組件阻值控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的峰值檢測器，其特征在于，所述誤差放大器的所述負(fù)輸入端具有相同電位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的峰值檢測器，其特征在于，所述誤差放大器的所述負(fù)輸入端彼此間具有一電位差。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的峰值檢測器，其特征在于，所述電流開關(guān)在所述輸入信號和所述輸出信號的電壓差大于一既定電壓差時(shí)導(dǎo)通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的峰值檢測器，其特征在于，所述既定電壓差為所述電流開關(guān)的門坎電壓除以其所連接的所述誤差放大器的增益。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的峰值檢測器，其特征在于，所述充電組件連接至所述輸出信號的另一端接地。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的峰值檢測器，其特征在于，所述電流開關(guān)為一晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的峰值檢測器，其特征在于，所述充電電流由所對應(yīng)的所述晶體管的尺寸控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的峰值檢測器，其特征在于，所述晶體管為一雙極結(jié)型晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的峰值檢測器，其特征在于，所述晶體管為一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的峰值檢測器，其特征在于，所述晶體管為一結(jié)型場效應(yīng)晶體管。
17.一種峰值檢測器，用來檢測一輸入信號的峰值，并據(jù)此輸出一輸出信號，其特征在于，包括有數(shù)個(gè)誤差放大器，所述誤差放大器具有一正輸入端、一負(fù)輸入端與一輸出端，所述正輸入端連接至所述輸入信號，所述負(fù)輸入端連接至所述輸出信號；一充電組件，連接至所述輸出信號；以及數(shù)個(gè)二極管，連接于所述充電組件和其中一個(gè)所述誤差放大器的所述輸出端之間；其中，所述誤差放大器的所述輸出端分別用來控制所連接的所述二級管，據(jù)此拉決定是否對所述充電組件進(jìn)行充電。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的峰值檢測器，其特征在于，所述誤差放大器的增益依序增加，流經(jīng)所連接的所述二極管的所述充電電流依序減少。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的峰值檢測器，其特征在于，所述充電電流由所述二極管的尺寸控制。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的峰值檢測器，其特征在于，所述充電組件連接至所述輸出信號的另一端接地。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的峰值檢測器，其特征在于，至少一所述二極管由一個(gè)以上的雙極結(jié)型晶體管所構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的峰值檢測器，其特征在于，至少一所述二極管由一個(gè)以上的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管所構(gòu)成。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的峰值檢測器，其特征在于，至少一所述二極管由一個(gè)以上的結(jié)型場效應(yīng)晶體管所構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種峰值檢測器，其利用多組誤差放大器分別控制一電流開關(guān)的開和關(guān)，來調(diào)控多組充電電流對同一充電組件進(jìn)行充電，進(jìn)而避免過充且實(shí)現(xiàn)最佳化充電時(shí)間。
文檔編號H03K5/1532GK1982899SQ20051013023
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者陳俊吉 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院