TWI281027B - Peak detector - Google Patents

Description

1281027 九、發明說明： - 【發明所屬之技術領域】 - 本發明係關於一種峰值偵測器，特別是一種峰值偵測器，適 用於一接收器，藉以快速建立臨界電壓。 【先前技術】 在被動光網路（passive optical network ; PON)的系統中，數 、個光學網路單元（Optical Network Unit ; 0NU)設置於對應數目 • 的辦公室或家庭中，並利甩被動裝置耦接至單一光學線路設備 (OpticalLineTerminal ; 0LT)。其中，資料可由光學線路設備使 用廣播（broadcast)方式傳送給光學網路單元，即稱之為下傳； 以及由光學_單元使用分料卫（time —η ; TDM)方式將資料傳送給光學線路設備，即稱之為上傳，如「第 1圖」所示。 於資料上傳時，每個光學網路單元係分別指配—時槽（_ • ㈣），且在分配的時槽内，各個光學網路單元可傳輸任何數目的 貧料封包，如「第2圖」所示。換言之，用戶端以分時多工的方 式共用連結到局端的光通道，而局端的接收器於上傳時則係接收 來自於不同用戶端的光訊號。 然而，不同的用戶端所發射的光功率不盡相同，並且再經過 不同的光路赠送後，到達局端的総號強度並非—固定值，因 此為了提高分時多工的通訊效率，局端的接收器須針對各個用戶 端的光強度’快速建立-個臨界電屢（⑽㈣她卿），並將代 1281027 A的類b匕甩壓喊與臨界電壓比較之後，轉換成代表邏輯‘‘〇，， 與邏輯“1”的數位訊號。 、，由於峰值制$可以迅速的取得輸人訊號的峰值，因此在被 動光網路中，於設計局端的接收器時，f會運料值偵測器來建 • 立用以判斷邏輯與邏輯“1”的臨界電壓，如「第3圖」所 • 示。而此臨界輯的準確與否將會導致接收ϋ的輸出訊號之責任 週期（崎寧⑹失真（distortion)，進而影響接收器的靈敏度。 因此，如何使峰值偵測器能在小的訊號輸入時，避免過充 (overshoot )，精確的取出峰值，並且在訊號大時，快速取出峰值， 遂成為此領域的一研究要點。 參如、第4圖」’在光接收器的習知架構中，輸入訊號％與 輪出訊號Vo的電壓差’經由誤差放大器（贿amplifier) ^放 大，當輸入訊號Vi高於輸出訊號v〇時，誤差放大器Ap輸出高 電壓，以使電流開關SW導通，進而對電容Ch充電；反之，當輸 _ 入訊號vi小於輸出訊號Vo時，電流開關SW不導通，電容ch 則維持住峰值電壓。此電流開關可為二極體D (如「第5圖」所 示）或者是電晶體Μ (如「第6圖」所示）。 然而’在習知架構下’當峰值偵測器針對大的輸入訊號做最 佳化設計時，為了加快峰值偵測器的反應時間，需要較大的充電 電流。如此一來，當輸入訊號小時，在電容充電至峰值電壓的過 種中，由於誤差放大器有限頻寬而造成控制電流開關的訊號延 遲，使得電流開關無法立即切斷充電電流，進而產生多餘的充電 1281027 日可間’以致產生超過峰值的輸出訊號。如果要避免過充發生，則 需要將誤差放大1'的延遲驗或減少充電電流。 當利用高增益的誤差放大器來減少二極體或電晶體對臨界 紐的影響’以實現精準峰值偵·時，料件的增额頻寬乘 積有-定的·，是故在不犧牲增益的情況下，誤差放大器的延 f不可能無限制地減少。此外，若是將充電電流減少，在大電壓 认％ ’則會縛電容充電至峰值所需的時間。如此—來， f號的動絲圍大時，過充現象與充電時間則無法同時最 【發明内容】 哭，，於Γ、上的Γ題’本發明的主要目的在於提供一種峰值偵測 最佳化的_。 路之過紐象與充電時_無法同時 因此’為達上述目的，本發明所 測—輸入訊號之峰值據_屮幸值制益用以偵 哭、^十、心 輪出訊號，包括有多個誤差放大 口口夕個^^丨L開關和一充電元件。 每一誤差放大器呈右—不私、心 各個誤差放大器的正輸入端連二而、二負輸入端與一輸出端’ 輪出訊號，且充電元件亦遠 别入喊，其負輸入端連接至 電元件，以及分別連接多個#=關充 器之輪出端連接至電流開 其中母1差放大 據以決定每一心m 从控制所連接之電流開關， ^開關所對應之充電電流是否對充電元件進行充 7 1281027

其中，每一誤差放大器的增益係依序增加，而其所控制之充 電電流則係依序減少。於此，各個誤差放大器的負輸入端可具有 相同電位。再者，各個誤差放大器的負輸入端彼此間可具有一電 位差。

亚且’各個電流開關於輸入訊號和輸出訊號之電壓差大於一 既定電壓差時導通。其巾此既定電壓差可為各個電流開關的門檻 電壓除以制連接之縣放大1的增益。 於此，電流開關可為一電晶體。而每一充電電流的大小可透 過調整其骑應之電晶體的尺寸而控制。 帝”於此，充電電流可由電流源所提供。或者，充電電流亦可由 包[源與叫兀件所提供，此時充電電流的大小則可透過調整阻 之阻值而控制。再者，組抗元件可省略，而充電電流則 係由電壓源所提供。 之♦Ζ!'發明更揭露—種峰值_器，用以_—輸入訊號 體和_充=，訊號，包括有多個誤差放大器、多個二極 各個有—正輸人端、—負輸人端與—輸出端， 輸出接― 充電元件和出訊號，而各個二極體連接於 器之輸出端峨====，射每—誤差放大 Μ控制所連接之二極體，據以 8 1281027 決定是否對轉树進行充電。 一極誤差放大器的增益係依序增加，而流經所連接之 ::物峨依序減少。於此， 透過调整其所對應之二極體的尺寸而控制。 有關本發明的特徵盘竇作，过 — 明如下。 /、乍炫配$圖示作最佳實施例詳細說 【實施方式】 • 以下舉出具體實施例以詳細說明本發明之内容，並以圖示作 為輔助說明。說明中提及之符號係參照圖式符號。 —㈣彻多組誤差放A11及多組充電電流對同一個電 容充電，藉輯成在輸人峨動態範岐時可避免過充且最佳化 充電時間。 茶照「第7圖」’係為根據本發明—實施例之峰值偵測器，· 此峰值偵測ϋ具有多個誤差放大器Ap卜Ap2、、、Apn，每一誤

差放大器API、AP2、、、APn 1古—τ：认 , _ η八有一正輸入立而、一負輸入端和 一輸出端…輸人訊號Vi輸人至每_誤差放大器Αρ卜Αρ2、、、 ΑΡη的正輸入端，而輸出訊號ν〇回授至每一誤差放大器—卜 ΑΡ2、、、ΑΡη的負輸入端，且充電元件c耦接於每一誤差放大 API AP2 、、APn的負輸入端和接地之間，以及多個電流 開關SW卜SW2、、、SWn耦接於充電電流11、12、、、In和輸 出訊號Vo之間，其中，每一誤差放大器·、Ap2、、、她的 輪出端連接至一電流開關SW1、SW2、、、SWn，以控制其開關， 9 1281027 進而控制充電電流II、12、、、In對充電元件C的充電與否。於 - 此，η係為正整數。其中，誤差放大器的增益可依序增加，且充 - 電電流依序減少，藉以於不同程度的輸入訊號下，導通不同數量 的電流開關來對充電元件充電。 為方便祝明’於此僅以一决差放大裔、二電流開關和二充電 電流來進行說明，然配合實際電路需求，可根據本發明，而採用 二組、三組、四組或四組以上之誤差放大器、電流開關和充電電 • 流。 參照「第8圖」，此峰值偵測器具有二誤差放大器Αρι、Αρ2、 二電流開關SW1、SW2及一充電元件c。每一誤差放大器Αρι、 AP2具有一正輸入端、一負輸入端和一輸出端，輸入訊號％輸入 至誤差放大器AP卜AP2的正輸入端，而輸出訊號v〇回授至誤差 放大器API、AP2的負輸入端，且誤差放大器Ap卜Ap2的輸出 知为別連接至電流開關SW1、SW2的控制端。電流開關SW1、 鲁sw2分別連接充電電流n、12到輸出訊號v〇，且充電元件c耦 接於輸出afl唬Vo和接地之間。其中，誤差放大器AP1的增益大 於誤差放大器AP2，而充電電流n小於充電電流12。此時:電 電流η、π與輸入訊號Vi和輸出訊號v〇的電壓差之關係如「第 9圖」所示；當電壓差介於Vt/A1和糧2之間時（立中，係 為電流開關的Η檻電壓，A1係為誤差放大器Αρι的增益，而μ 係為誤差放大器ΑΡ2的增益），誤差放大器Αρ2的輸出不足以使 電流開關SW2導通，鱗，賴由較小的充魏流η對充電元 10 1281027 件c充電。喊充電電流„較小，因此可減少過錢現象。當輸

SwTtr ："f V〇 ^WA2 ^ ^ . L導通’轉她大的充電電流11+12，進喊少充電元件c 充電至峰值電壓所需的時間。 茶照「第1Q®」，進—步說瓶峰值侧II的操作，假設輸 =訊號Vi^開始較小，接著再變大；因此，當輸入訊號^小時， 失差放大叩AP2的增显A2相對小，而不足以使電流開關SW2導 通，此時充電元件C主要由相對小的充電電流n充電，以避免訊 號小時的過充現象。當輸入訊號％變大時，由於輸入訊號％與 充電兀件C之間的電壓差（即輸入訊號Vi和輸出訊號v〇的電壓 差）大於Vt/A2,而充電元件c由相對大的充電電流12與相對小 的充電電流II制充電，因此能触得較快的充電速度。當充電 兀件c上的電壓上升到輸入訊號Vi與充電元件c的壓差小於 WA2時，電流開關SW2即無法導通，此時，充電元件c上的電 壓離峰值f壓只有WA2，f流關SW1仍舰續導通，以由相 對小的充電電流11對充電元件C繼續充電，直到充電元件c到達 最終的峰值電壓Vp。於此，充電元件可為一電容。 再者，電流開關可為電晶體，如「第11圖」所示。此電晶 脰可為雙極接面電晶體（bip〇larjuncti〇ntransist〇r ; BjT)、金氧半 場效電晶體（metal_oxide-semiconduct〇r field effect transistor ; MOSFET)或接面場效電晶體(juncti〇n fieid effect 等。芩照「第11圖」，誤差放大器AP1的輸出端連接至電晶體 1281027

Ml的閘極，块差放大器Ap2的輸出端連接至電晶體碰的閑極， 電晶體Ml白勺源極和電晶體M2的雜連接至充電元件c，且電 晶體Mi的沒極和電晶體M2岐極分別連接至一電流源，以於 導通時分別·充電電流η、π來對充電元件c充電。 、 此外’充電電流可由電壓源和阻抗元件R而提供，如「第η 圖」所示，鱗，紐電流_的充钱流η、κ大小即可藉由 調整電晶體Μ卜M2的尺寸或/和阻抗元件R的阻值而控制。於 此，阻抗元件可為一電阻。 然而，在-實施例中，此阻抗元件R可省略，而流經電流開

關的充電電流1卜12大小則藉由調整電晶體姐、奶的尺寸而控 制，如「第13圖」所示。 I 再者，電流開關亦可為二極體D1、D2，而充電電流Η、乜 則由誤差放大器AP1、ΑΡ2提供，如「第14圖」所示。同樣地， 誤差放大器API的增益大於誤差放大器Αρ2的增益，且流經二極 體D1的充電電流η小於流經二極體D2的充電電流。如此i 來，充電電流的大小則可藉由調整二極體的尺寸與誤差放大器的 輸出電流來控制。此二極體可為BJT、MOSFET或jFET等所構 成。 綜合上述，於此是利用額外的誤差放大器的輪入補償 (Offset)’來使相對大的充電電流在電壓差異大時才作用，以達 到加速充電時間。 雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 12 1281027 定本發明’任何熟習相像技藝者，在不脫離本翻 内，當可作麵之残細飾，θ林發批翻_^^ 本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。 、見 【圖式簡單說明】 第1圖係為習知之鶴光纟轉的系統架構圖； 第2圖係於被動光網路㈣統中，f知之f料上傳方式的干 第3圖係為習知之接收器的概要結構圖； 第4圖係為習知之峰值偵測器的概要結構圖； 第5圖係為習知之♦值烟器的概要結構圖； 第6圖係為習知之峰值偵測器的概要結構圖； 第7圖係為根據本俩第—實施例之峰值_器的概要結構 弟8圖係為根據本發明第二實施例之峰值偵測器的概要結構 =9圖係為充電電流與輸人輸出喊之電壓差的關係圖； 第1〇圖係為根據本發明之峰值侧器賴作示意圖； 第η圖係為根據本發明第三實施例之峰值偵測器的概要結

J 第u圖係為根據本發明第四實施例之峰值偵測器的概要結 ， 弟13圖係為根據本發明第五實施例之岭值偵測器的概要結 1281027 構圖；以及 第14圖係為根據本發明第六實施例之峰值偵測器的概要結 構圖。 【主要元件符號說明】 D............... 〆 ..............誤差放大器 API.............. ..............誤差放大器 AP2.............. ..............誤差放大器 APn............... ..............誤差放大器 C.................... ..............充電元件 Ch.................. ..............電容 D.................... ..............二極體 D1.................. ..............二極體 D2.................. ..............二極體 11................... ..............充電電流 12................... ..............充電電流 In................... ..............充電電流 11+12.............. ..............充電電流 M................... ..............電晶體 Ml................. ..............電晶體 M2................. ..............電晶體 R.................... ..............阻抗元件 SW................. ..............電流開關 14 1281027 SWl............................電流開關 SW2............................電流開關 SWn............................電流開關

Vi................................輸入訊號

Vo...............................輸出訊號

Vp...............................峰值電壓

Vt/Al..........................電壓差

Vt/A2..........................電壓差

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Claims (1)

1281027 21 ·如申請專利範圍第17項所述之峰值偵測器，其中至少一該二極體 係由一個以上之BJT所構成。 22. 如申請專利範圍第17項所述之峰值偵測器，其中至少一該二極體 係由一個以上之MOSFET所構成。 23. 如申請專利範圍第17項所述之峰值偵測器，其中至少一該二極體 係由一個以上之JFET所構成。

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