一種比較器的自適應(yīng)閾值電路的制作方法
【專利摘要】一種比較器的自適應(yīng)閾值電路，它的閾值電壓適應(yīng)輸入信號(hào)特性。在一個(gè)實(shí)例中，存儲(chǔ)在峰值檢測(cè)電容中的穩(wěn)定狀態(tài)閾值電壓由兩個(gè)射隨器的基極-發(fā)射極電壓比值產(chǎn)生。當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，閾值電壓隨著輸入信號(hào)的變化而變化。電壓控制的電流源檢測(cè)輸入信號(hào)的幅值，并通過(guò)控制電阻上的壓降來(lái)調(diào)整閾值電壓的幅值。一個(gè)反饋信號(hào)表明耦合到自適應(yīng)閾值電路的比較器輸出端的狀態(tài)是用來(lái)提供滯后的。在另一個(gè)實(shí)例中，閾值電壓由第一電阻上的壓降決定。電壓控制的電流檢測(cè)輸入信號(hào)的幅值，并通過(guò)控制第二電阻上的壓降來(lái)調(diào)整閾值電壓的幅值。
【專利說(shuō)明】—種比較器的自適應(yīng)閾值電路
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及用于比較器的閾值電路。更特別的是，本發(fā)明涉及新型的自適應(yīng)閾值電路，用于產(chǎn)生閾值電壓給比較器，該比較器將輸入信號(hào)與閾值電壓相比較，從而產(chǎn)生的閾值的電壓適應(yīng)輸入信號(hào)的特性。甚至更特別的是，本發(fā)明涉及自適應(yīng)閾值電路能夠適應(yīng)光電二極管前置放大器輸出端的閾值電壓。
[0002]在數(shù)字通信系統(tǒng)中，光電二極管接收器用于檢測(cè)由發(fā)光二極管(LED)傳輸?shù)墓饷}沖。光電二極管通常提供一個(gè)輸入電流給前置放大器，該前置放大器將輸入電流轉(zhuǎn)換為電壓并增加適度的增益。一個(gè)比較器通過(guò)前置放大器輸出電壓與閾值電壓的比較來(lái)重構(gòu)接收到的脈沖。這種光電二極管接收器通常工作在很寬的頻率范圍、脈沖幅度和環(huán)境光線條件下。
[0003]由于光電二極管的電流與入射光成比例,環(huán)境光可以在前置放大器輸出端產(chǎn)生較大的直流偏置和不必要的低頻交流信號(hào)。為了彌補(bǔ)這種不利影響，光電二極管的接收器通常采用一個(gè)跨導(dǎo)模塊與前置放大器相連接，形成一個(gè)伺服回路?？鐚?dǎo)模塊將電流反饋到前置放大器的輸入端，以至于當(dāng)沒(méi)有光脈沖接收時(shí)，前置放大器的輸出等于預(yù)設(shè)的偏置電平。
[0004]為了重構(gòu)接收的脈沖，比較器的負(fù)輸入端連接到前置放大器的輸出端，比較器的正輸入端連接到被設(shè)定在預(yù)設(shè)偏置電平和最小脈沖幅度之間的中間閾值電壓。當(dāng)前置放大器的輸出電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)，比較器的輸出端由高變?yōu)榈?，?dāng)前置放大器的輸出電壓低于閾值電壓時(shí)，比較器的輸出端由低變?yōu)楦?。在這種結(jié)構(gòu)中，任何在前置放大器輸出端的直流偏置表現(xiàn)為比較器輸入端的差分模式偏置。在理想情況下，伺服回路取消了光電二極管輸出信號(hào)的任何直流和低頻分量，以至于比較器只通過(guò)高于閾值電壓的脈沖。
[0005]然而，伺服回路不能取消在跨導(dǎo)模塊上的直流偏置。通常，跨導(dǎo)模塊的輸入級(jí)包括一個(gè)高度退化的差分放大器，具有寬的動(dòng)態(tài)范圍，但也有一個(gè)大的輸入?yún)⒖计?。這個(gè)偏置等幅出現(xiàn)在前置放大器上，并且可能與放大的光電二極管是同一量級(jí)。如果光電二極管接收器必須捕獲低電平信號(hào)，該前置放大器上的直流偏置可能大于閾值電壓。作為一個(gè)結(jié)果，比較器不能捕獲任何脈沖，因?yàn)榍爸梅糯笃鞯妮敵鲂盘?hào)可能永遠(yuǎn)不會(huì)與閾值電壓交叉。
[0006]通常微調(diào)電路通過(guò)給跨導(dǎo)模塊輸入端添加一個(gè)補(bǔ)償偏置來(lái)減少偏置誤差。然而，這種方法的一個(gè)問(wèn)題是每個(gè)電路必須進(jìn)行調(diào)整或“修剪”，因此，在制造過(guò)程中需要越來(lái)越多的時(shí)間和費(fèi)用。
【背景技術(shù)】:
[0007]此外，典型“修剪的固定閾值”電路通常不能適應(yīng)某些獨(dú)特的光電二極管特性。在高脈沖幅值時(shí)，光電二極管導(dǎo)通一個(gè)非零電流，在接收到的光脈沖結(jié)束后維持一段時(shí)間。由于這一電流，前置放大器輸出端在脈沖結(jié)束時(shí)急劇下降(“銳截止區(qū)”)，隨后有一相對(duì)較慢的衰減(“尾部”)到一直流電平。如果光電二極管接收器工作在很寬的頻率范圍和脈沖幅度范圍內(nèi)，在收到下一個(gè)脈沖之前，尾部區(qū)從一個(gè)脈沖不會(huì)衰減到低于預(yù)定的閾值電壓。如果發(fā)生這種情況，比較器可能再次無(wú)法檢測(cè)接收到的脈沖。此外，即使尾部衰減低于閾值電壓，重建的脈沖寬度將比所接收到的光脈沖寬度長(zhǎng)。
[0008]一個(gè)抵消這些直流偏置誤差方法是取代“修剪的固定閾值”電路，該電路提供自適應(yīng)觸發(fā)閾值，如具有快速單電源的自適應(yīng)觸發(fā)電路，如圖3所示。自適應(yīng)觸發(fā)電路設(shè)置比較器的閾值電壓在最高和最低峰值振幅的中點(diǎn)。該電路采樣兩個(gè)峰值檢測(cè)器來(lái)捕獲兩個(gè)電容輸入信號(hào)的高峰和低峰。一對(duì)高值串聯(lián)電阻與兩個(gè)電容相連接，并用于(I)設(shè)置高峰電容的放電時(shí)間和低峰電容的充電時(shí)間，(2)形成一個(gè)分壓器,設(shè)置在兩個(gè)電容器之間的閾值電壓。由于閾值電壓未設(shè)置為一個(gè)固定水平，自適應(yīng)觸發(fā)電路消除了微調(diào)電路的需要，但適應(yīng)被比較的信號(hào)。
[0009]然而，上述自適應(yīng)觸發(fā)電路的一個(gè)缺點(diǎn)是它需要一個(gè)初始峰值來(lái)設(shè)置閾值電壓。由于初始閾值電壓等于穩(wěn)態(tài)直流輸入信號(hào)幅值，比較器對(duì)第一脈沖的響應(yīng)是不可預(yù)知的。此外，上述自適應(yīng)觸發(fā)電路需要大量的電阻值來(lái)保持較長(zhǎng)高峰電容的放電時(shí)間和低峰電容的充電時(shí)間，以至于閾值電壓保持在輸入信號(hào)的高峰和低峰足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。
[0010]此外，如果在穩(wěn)態(tài)階段，上述自適應(yīng)觸發(fā)電路無(wú)光脈沖接收，然后突然接收到很大的光電二極管脈沖時(shí)，低峰電容慢慢從初始偏置信號(hào)電平充電到最低的“尾巴”電平。在這種情況下，在接收到初始高幅值脈沖后，閾值電壓被設(shè)置為高峰值和初始偏置電平之間的電平閾值電壓。在慢速充電期間，閾值電壓緩慢增加到中點(diǎn)值，這可能低于或在二極管響應(yīng)特性的尾部區(qū)域。如果是前者，比較器可以不在這段時(shí)間內(nèi)接收脈沖觸發(fā)，如果是后者，比較器產(chǎn)生的脈沖寬度大于接收的脈沖寬度。
[0011]LED和光電二極管之間的距離通常在I厘米到I米的范圍內(nèi)。如果光電二極管和LED很近甚至是接觸時(shí)，光電二極管產(chǎn)生一個(gè)脈沖寬度失真的高幅值電流。如果在上述自適應(yīng)觸發(fā)電路的閾值電壓設(shè)置低于前置放大器的峰值輸出，比較器的輸出脈沖寬度將比接收到的光脈沖更大。上述問(wèn)題不能通過(guò)比例電阻來(lái)增加閾值電壓到中點(diǎn)以上，但該問(wèn)題已被可靠地解決。在最小的信號(hào)電平，這樣的調(diào)整可能會(huì)增加比較器的誤觸發(fā)輸出，從而降低接收器的噪聲免疫力。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0012]因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的自適應(yīng)閾值比較器電路，它的一個(gè)低閾值電壓用來(lái)觸發(fā)光電二極管產(chǎn)生的低輸入信號(hào)脈沖，并且用于與觸發(fā)電平相適應(yīng)的更高輸入信號(hào)電平，以至于光電二極管獨(dú)特的輸出電流特性不會(huì)改變比較器的觸發(fā)。
[0013]進(jìn)一步提供一種改進(jìn)的自適應(yīng)閾值比較器電路，產(chǎn)生一個(gè)可變閾值電壓以至于比較器可準(zhǔn)確地響應(yīng)初始脈沖。
[0014]進(jìn)一步提供一種改進(jìn)的自適應(yīng)閾值比較器電路，該電路在比較器的輸入端提供低
差模直流偏置。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的自適應(yīng)閾值比較器電路，該電路工作在很寬的輸入信號(hào)頻率和脈沖幅值。
[0016]同時(shí)，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的自適應(yīng)閾值比較器電路，該電路調(diào)整不對(duì)稱的光電二極管脈沖以至于閾值被設(shè)置在“銳截止區(qū)”，在高幅值光電二極管的下降沿。
[0017]進(jìn)一步提供一種改進(jìn)的自適應(yīng)閾值比較器電路，該電路調(diào)整失真的光電二極管脈沖，如當(dāng)LED與光電二極管相接觸時(shí)的結(jié)果，以至于閾值電壓被設(shè)置低于前置放大器輸出峰值電壓，以準(zhǔn)確地再現(xiàn)接收的脈沖寬度。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0019]這些發(fā)明的目的是通過(guò)一種自適應(yīng)閾值電路提供:(I)基于輸入信號(hào)幅度和斜率的不同閾值電壓電平；(2)在高于輸入信號(hào)偏置電平的一個(gè)固定電壓差上的初始閾值電壓。
[0020]對(duì)比專利文獻(xiàn):CN103019289A用于集成電路的自適應(yīng)偏置201210359640.2【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0021]附圖將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)作進(jìn)一步的描述。部分器件的參考字符已在圖中標(biāo)明。
[0022]圖1A是一個(gè)傳統(tǒng)的直流伺服回路放大器和比較器的示意圖。
[0023]圖1B顯不圖1A中前置放大器輸出直流偏置各個(gè)層次的輸入電流和輸出電壓。
[0024]圖2是圖1A直流伺服回路放大器的一個(gè)詳細(xì)的原理圖，基于本發(fā)明的原則修改的。
[0025]圖3顯示了在“低電平”的輸入信號(hào)下圖2比較器電路輸入端相對(duì)于時(shí)間的電壓特性。
[0026]圖4顯示了比較器電路輸入端相對(duì)于時(shí)間的電壓特性，用于內(nèi)部滯后比較器。
[0027]圖5顯示了在“中值電平”的輸入信號(hào)下圖2比較器電路輸入端相對(duì)于時(shí)間的電壓特性。
[0028]圖6顯不了在“高電平”的輸入信號(hào)下一個(gè)典型的光電二極管的輸出電流相對(duì)于時(shí)間的響應(yīng)特性。
[0029]圖7顯示了在帶有“尾巴”特性的“高電平”的輸入信號(hào)下圖2比較器的輸入端相對(duì)于時(shí)間的電壓特性，并且圖2電路的部分將被去除。
[0030]圖8顯示了在帶有“尾巴”特性的“高電平”的輸入信號(hào)下圖2比較器的輸入端相對(duì)于時(shí)間的電壓特性，該“尾巴”特性由光電二極管接收到“高電平”的光脈沖產(chǎn)生。
[0031]圖9是一個(gè)自適應(yīng)閾值觸發(fā)電路的另一個(gè)實(shí)例。
[0032]圖10顯示了在“低電平”的輸入信號(hào)下圖9比較器電路輸入端相對(duì)于時(shí)間的電壓特性。
[0033]圖11顯示了在“中值電平”的輸入信號(hào)下圖9比較器電路輸入端相對(duì)于時(shí)間的電壓特性。
[0034]圖12A顯示了當(dāng)光電二極管和LED相接觸時(shí)，一個(gè)典型光電二極管的電流相對(duì)于時(shí)間的響應(yīng)特性。
[0035]圖12B顯示了當(dāng)光電二極管和LED相接觸時(shí)，在“高電平”的輸入信號(hào)下圖9比較器電路輸入端相對(duì)于時(shí)間的電壓特性。
【具體實(shí)施方式】:
[0036]圖1A顯示了一個(gè)傳統(tǒng)直流伺服回路放大器和比較器190的簡(jiǎn)化示意圖100。在圖1A中，前置放大器160的負(fù)輸入端耦合到節(jié)點(diǎn)104，正輸入端耦合到節(jié)點(diǎn)109，輸出端耦合到節(jié)點(diǎn)106。光電二極管102在接地端和節(jié)點(diǎn)104之間耦合，并以電流I的形式提供輸入給前置放大器160，電流I根據(jù)照射在光電二極管上的光照量變化。在缺少光照的情況下，光電二極管102從節(jié)點(diǎn)104吸收電流。隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，電流I也增加。
[0037]反饋電阻150設(shè)定前置放大器160的增益，并且在節(jié)點(diǎn)104和節(jié)點(diǎn)106之間耦合。二極管152和晶體管108的基極-發(fā)射極電路(晶體管108的集電極耦合到正電源端(V+))被分別耦合到電阻150，并以反相關(guān)系來(lái)限制電阻150上的電壓。二極管152和晶體管108設(shè)定前置放大器160的最大直流信號(hào)電平輸出。直流偏置和閾值設(shè)置網(wǎng)絡(luò)185包括電流源140(產(chǎn)生電流ITH)，電阻142和二極管136與138。節(jié)點(diǎn)109上的電壓是二極管136與138導(dǎo)通電壓和，提供直流偏置給前置放大器160。
[0038]跨導(dǎo)模塊170 (“GM模塊170”)在節(jié)點(diǎn)104和106之間耦合，并包括運(yùn)算放大器172，電阻174與178和電容176與180。運(yùn)算放大器172的正輸入端通過(guò)一個(gè)低通濾波器耦合到節(jié)點(diǎn)106，該低通濾波器由電阻174和電容176形成。運(yùn)算放大器172的負(fù)輸入端通過(guò)一個(gè)低通濾波器耦合到運(yùn)算放大器172的輸出端，該低通濾波器由電阻178和電容180形成。運(yùn)算放大器172的負(fù)輸入端也耦合到節(jié)點(diǎn)109，來(lái)設(shè)置運(yùn)算放大器172的直流偏置。運(yùn)算放大器172的輸出端通過(guò)電阻179耦合到節(jié)點(diǎn)104。
[0039]GM模塊170的功能是控制前置放大器160輸出端的直流電平。電阻174和178的值完全相等，電容176和180的值也完全相等。當(dāng)運(yùn)算放大器172的正輸入端頻率增加時(shí)，相等頻率的設(shè)定值降低了 GM模塊170的增益。另外，電阻179將運(yùn)算放大器172的輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)點(diǎn)104處的輸入電流，并設(shè)置GM模塊170的增益。該增益等于電阻150與179的比值。如果運(yùn)算放大器172沒(méi)有輸入?yún)⒖贾绷髌?，GM模塊170使前置放大器160輸出端的直流電平等于節(jié)點(diǎn)109上的直流電平。
[0040]前置放大器160的輸出端耦合到運(yùn)算放大器172的正輸入端和比較器190的負(fù)輸入端。比較器190的正輸入端耦合到直流偏置和閾值設(shè)定網(wǎng)絡(luò)185上。1-R電壓由電流Ith通過(guò)電阻142產(chǎn)生，電阻142設(shè)定比較器190的輸出閾值電壓VT。通常，Ith和電阻142被選擇以至于比較器190的閾值電壓被設(shè)定到約為前置放大器160的直流偏置輸出最小信號(hào)的一半以上。比較器190可能具有內(nèi)置的滯后，在比較器輸出開關(guān)從高變?yōu)榈秃?，?nèi)部轉(zhuǎn)移閾值電壓降。
[0041]然而，圖1A的電路很容易受到直流偏移的誤差。運(yùn)算放大器172的輸入級(jí)通常是在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的線性操作。然而，運(yùn)算放大器172的偏置通常比前置放大器160的偏置大很多。在運(yùn)算放大器172輸入端上的任何直流偏置也出現(xiàn)在前置放大器160的輸出端。如果這個(gè)偏置量與前置放大器160輸出端上的最小信號(hào)電平相同，則比較器190可能將無(wú)法檢測(cè)低電平的光電二極管信號(hào)。
[0042]這個(gè)問(wèn)題在圖1B中被說(shuō)明。軌跡1000顯示了節(jié)點(diǎn)104上的光電二極管電流(圖1A中的電流I正向流出節(jié)點(diǎn)104)。如果光電二極管電流的峰值是300nA并且反饋電阻150達(dá)到50千歐，那么前置放大器160輸出端電壓的峰峰值是15mV。軌跡1020顯示了耦合到比較器190正輸入端的閾值電壓，軌跡1050說(shuō)明了比較器190的輸出電壓。如圖1B所示，前置放大器160輸出端沒(méi)有直流偏置，比較器190準(zhǔn)確地再產(chǎn)生所接收的光脈沖。
[0043]前置放大器160輸出端的直流偏置以一個(gè)比較器190負(fù)輸入端的差模偏置出現(xiàn)。軌跡1030和1040分別顯示了前置放大器160輸出端-18mV和+IOmV直流偏置。在圖1B中的信號(hào)值，對(duì)于-1OmV的偏置(軌跡1030)，前置放大器160輸出端不會(huì)越過(guò)閾值電壓，并且比較器190不會(huì)觸發(fā)。同樣地，對(duì)于+IOmV的偏置(軌跡1040)，前置放大器160輸出端總是高于閾值電壓，并且比較器190不會(huì)捕獲接收的光脈沖。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在修整制造期間，調(diào)整GM模塊170的偏置。然而，這增加了制造成本，并且不能消除溫度的偏置。
[0044]此外，還有一個(gè)潛在的脈沖寬度問(wèn)題，由于前置放大器160的有限帶寬，引起較大的信號(hào)電平(例如信號(hào)剛低于晶體管108的二極管鉗位電壓)。隨著信號(hào)電平從低電平增加到較大的電平，前置放大器160的不同(非對(duì)稱)正和負(fù)的轉(zhuǎn)換率特性可能增加由比較器190產(chǎn)生的脈沖寬度。此外，緩慢衰減的二極管“尾巴”發(fā)生在一定比例的二極管電流峰值上，如果閾值電壓沒(méi)有從“尾巴”區(qū)移到“銳截止區(qū)”上方，可能會(huì)顯著影響比較器190輸出端的脈沖寬度。這些脈沖寬度問(wèn)題是不可取的，特別是輸出脈沖的時(shí)序和窗口位置是至關(guān)重要的。
[0045]如圖2所示，本發(fā)明解決了上述和其他問(wèn)題。圖2是圖1A電路的一個(gè)詳細(xì)原理圖，并基于本發(fā)明的原則修改的。如圖2A所示，光電二極管102在接地端和前置放大器160的負(fù)輸入端之間耦合。反饋電阻150，鉗位二極管152和晶體管108的基極-發(fā)射極電路一起并聯(lián)耦合在前置放大器160的輸出端、Vpo和負(fù)輸入端上。如下面詳細(xì)地解釋，電阻262添加到圖2的電路以增加在銳截止區(qū)的壓降值。晶體管108的集電極耦合到正電源端(V+)。
[0046]如圖2A所示，在Vpq上的直流偏置由GM模塊170控制。作為圖2所示的一種傳統(tǒng)GM模塊的替代使用，一個(gè)典型的GM模塊電路被使用。GM模塊170的輸出端耦合到前置放大器160的負(fù)輸入端。GM模塊170的正輸入端稱合到前置放大器160的輸出端。GM模塊170的負(fù)輸入端耦合到直流偏置設(shè)定網(wǎng)絡(luò)185，該網(wǎng)絡(luò)包括電流源140(產(chǎn)生電流ITH)，電阻142和二極管136與138。不像在圖1A所示的電路中，直流偏置設(shè)定網(wǎng)絡(luò)185不產(chǎn)生閾值信號(hào)給圖2的比較器190。相反，直流偏置設(shè)定網(wǎng)絡(luò)185只提供直流偏置信號(hào)，并且電路200產(chǎn)生一個(gè)門限信號(hào)。
[0047]圖2也顯示了傳統(tǒng)差分比較器190的簡(jiǎn)化電路。比較器190包括由晶體管270和272組成的一階輸入差分對(duì)，通過(guò)集電極電阻274和276耦合到正電源端(V+)并通過(guò)由晶體管278和參考電壓源280表示的電流源耦合到接地端。一階輸入差分輸出端被由晶體管282和284組成的二階差分輸入對(duì)倒置，通過(guò)集電極電阻288和290耦合到正電源端(V+)，并通過(guò)由晶體管286耦合到接地端。晶體管282和284的差分輸出端通過(guò)由晶體管292、294,296-299和電阻293與295組成的電路被轉(zhuǎn)換成單端輸出。由晶體管264-266、負(fù)載電阻267組成的傳統(tǒng)的輸出級(jí)在OUT端產(chǎn)生TTL電平輸出。
[0048]自適應(yīng)閾值電路200在前置放大器160的輸出端和直流偏置設(shè)定網(wǎng)絡(luò)185之間耦合。比較器190的輸入端被構(gòu)建并基于本發(fā)明的原則運(yùn)行。前置放大器160的輸出端，Vro耦合到自適應(yīng)閾值電路200輸入節(jié)點(diǎn)處的射隨器晶體管202的基極。出現(xiàn)在這個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入信號(hào)通過(guò)電阻201驅(qū)動(dòng)射隨器晶體管202和204的基極。電流源208和206分別偏置晶體管202和204。電壓V1L出現(xiàn)晶體管202的發(fā)射極作為自適應(yīng)閾值電路200的第一輸出信號(hào)。Vi是VP(^^水平位移結(jié)果，并且耦合到比較器190的負(fù)輸入端。電阻210在晶體管204的發(fā)射極和電流源206之間耦合。輸出閾值電壓Vt作為自適應(yīng)閾值電路200的第二輸出信號(hào)出現(xiàn)在電阻210和電流源206之間。Vt耦合到比較器190的正輸入端。峰值檢測(cè)電容212在比較器190的正輸入端和接地端之間耦合。
[0049]網(wǎng)絡(luò)250由晶體管238與240和電流源234組成，并提供滯后。此外，晶體管214、216,218,220和222、電阻215和電流源224與226控制基于Vro振幅的輸出閾值電壓VT。[0050]根據(jù)本發(fā)明的原則，輸出閾值電壓Vt適應(yīng)Vtt的特征，是前置放大器160輸出端水平位移的結(jié)果。自適應(yīng)閾值電路200產(chǎn)生一個(gè)輸出閾值電SVt，它的直流分量是一個(gè)高于Vil直流分量的固定電壓，并它的交流分量適應(yīng)Vtt的交流分量。自適應(yīng)閾值電路200的操作的條件如下:(1)直流和“低電平”輸入信號(hào)(2) “中值電平”輸入信號(hào)(3) “高電平”輸入信號(hào)。
[0051]直流偏置設(shè)定網(wǎng)絡(luò)185的偏置信號(hào)耦合到晶體管214的基極，作為自適應(yīng)閾值電路200的第一偏置信號(hào)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于直流和“低電平”的輸入信號(hào)，Vi和Vt低于晶體管214的基極電壓，它由電阻142上的壓降設(shè)定，兩個(gè)電壓降是由二極管136和138形成一個(gè)電壓，且低于前置放大器160的鉗位電壓，該鉗位電壓由晶體管108和電阻262確定。因?yàn)閂1^和Vt低于晶體管214的基極電壓，晶體管216、218、220和222斷開，電流源224和226通過(guò)晶體管214和電阻215吸收來(lái)自V+的電流。在晶體管214基極的電壓被設(shè)置為一個(gè)由GM模塊170產(chǎn)生的偏置，并不足以接通晶體管216和218。在穩(wěn)定的狀態(tài)下，晶體管240通常是關(guān)閉的。作為一個(gè)結(jié)果，基極電阻上的電壓降可以忽略。在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出閾值電壓Vt的值由晶體管202和204的靜態(tài)基極-發(fā)射極電壓Vbe差決定。對(duì)于直流和“低電平”輸入信號(hào)，輸出閾值電壓Vt被設(shè)置為大約最小預(yù)期Vu交流峰值的一半。
[0052]晶體管202和204的基極-發(fā)射極電壓Vbe由每個(gè)晶體管的基極-集電極結(jié)面積和它們的相應(yīng)的集電極電流決定，這約等于電流源208和206的值。在圖2的具體實(shí)例中，晶體管202和204基極-發(fā)射極結(jié)面積比例是3:5，晶體管202和204的集電極電流基本相等。在另一個(gè)實(shí)例中，晶體管202和204基極-發(fā)射極的結(jié)面積大小相等(1:1)并且晶體管的集電極電流通過(guò)電流源206和208的比值成比例，以產(chǎn)生晶體管202和204的直流基極-發(fā)射極電壓差。通過(guò)配合晶體管202和204基極-發(fā)射極結(jié)面積，或電流源206和208的值，自適應(yīng)閾值電路200在Vu和Vt之間建立第一預(yù)定關(guān)系。特別是，Vt的直流分量可以被設(shè)定為高于Vtt的直流偏置電平的固定電壓。例如，(I)通過(guò)設(shè)定晶體管202和204基極-發(fā)射極的結(jié)面積比例為3:5，并利用基本相等的電流源206和208，或(2)通過(guò)設(shè)定晶體管202和204基極-發(fā)射極的結(jié)面積比例為1:1，并設(shè)定電流源206和208的比例為5:3, Vt的直流分量大約為6.5mV,并高于直流偏置電平V1^5
[0053]圖3顯示了上述自適應(yīng)閾值電路對(duì)“低電平”的輸入信號(hào)脈沖響應(yīng)。軌跡300顯示了輸入信號(hào)V相對(duì)于時(shí)間的電壓特性，軌跡310顯示了輸出閾值電壓Vt的相應(yīng)特征。如圖3所示，對(duì)于“低電平”輸入信號(hào)，Vm具有大約1.515V的直流偏置電平，并且Vt適應(yīng)Vw輸出閾值電壓Vt最初被設(shè)置為一個(gè)高于直流電平Vi的固定電壓。特別是，Vt的直流分量大約為6.5mV,并高于直流偏置電平Al。
[0054]當(dāng)Vtt低于Vt時(shí)，比較器190中晶體管297的基極是低電平，導(dǎo)致比較器190的輸出端為高電平并且晶體管240的基極的電平低于晶體管238。因此，晶體管238導(dǎo)通電流源234的全部電流，并且晶體管240被斷開。
[0055]如圖3所示，當(dāng)光電二極管脈沖被接收時(shí)，如參考數(shù)字330所示，Vu開始上升。當(dāng)Vil上升，Vt也上升，由于電阻210和電容212的時(shí)間常數(shù)上升很緩慢。由于前置放大器160的輸出端具有固定的帶寬，Vil將有一定的上升時(shí)間以允許Vt上升到Vtt高于Vt之前的地方。Vtt高于Vt約為7.5mV，如圖3所示的參考320。在這一點(diǎn)上，因此，輸出閾值電壓Vt的交流分量大約為lmV。因此，電路捕獲來(lái)自前置放大器的第一光電脈沖(這個(gè)脈沖超過(guò)最小直流閾值)。
[0056]滯后網(wǎng)絡(luò)250由晶體管238和240形成，電流源234的操作如下。晶體管238的基極被節(jié)點(diǎn)109處產(chǎn)生的電壓偏置。晶體管238的集電極電流由電流源決定，并通過(guò)晶體管240由比較器190的開關(guān)動(dòng)作控制。在Vi高于Vt后不久，比較器190的輸出端從高電平變?yōu)榈碗娖?，并且晶體管297和240的基極電壓被拉高。因此，晶體管238斷開，并且晶體管240開始導(dǎo)通電阻201的電流，降低晶體管204的基極電壓。通過(guò)適當(dāng)元件值的選擇，電阻201的電壓降阻止Vt為Vtt。如圖3所示，當(dāng)光電二極管脈沖是高電平時(shí)，Vt大約為2mV，低于從而在脈沖結(jié)束之前，滯后網(wǎng)絡(luò)增加足夠的噪聲容限以避免比較器190的誤觸發(fā)輸出。
[0057]另外，在本發(fā)明的另一實(shí)例中，比較器190被修改為包括一個(gè)內(nèi)置滯后效應(yīng)以至于在滯后網(wǎng)絡(luò)250中的晶體管238與240和電流源234從自適應(yīng)閾值電路200中去除。圖4顯示了被替代自適應(yīng)閾值電路對(duì)低電平輸入信號(hào)脈沖的響應(yīng)。軌跡400顯示了低電平輸入信號(hào)Vm軌跡401顯示了 Vt信號(hào)。請(qǐng)注意，在脈沖的頂部，Vt高于Vm這不是一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)比較器被用作“低電平”閾值電壓偏置時(shí)，比較器具有相同的內(nèi)置滯后。這是因?yàn)楸容^器將使接收的輸出閾值電壓Vt低于Vw
[0058]本發(fā)明的首選實(shí)例以集成電路實(shí)現(xiàn)。因此，滯后功能在自適應(yīng)閾值電路部分比在比較器190中的單獨(dú)電路更方便實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)注意，在另一個(gè)實(shí)例中，對(duì)于“低電平”的輸入信號(hào)，Vtt總是返回到1.5V的初始電壓水平，Vt返回到高于\的初始直流閾值電壓(如圖3和圖4)。
[0059]當(dāng)輸入信號(hào)電平增加超過(guò)低信號(hào)電平到中值信號(hào)電平時(shí)，晶體管216基極的電壓上升到高于晶體管214基極的電壓。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，晶體管214開始斷開，并且晶體管216開始接通。因?yàn)榫w管216基極的電壓高于晶體管218基極的電壓，來(lái)自電流源224和226的電流主要由晶體管214和216共享。晶體管218、220和222導(dǎo)通可忽視的電流，因此不影響輸出閾值電壓VT。晶體管216的集電極導(dǎo)通第一補(bǔ)償電流，引起電阻201上電壓降拉低到Vt，并且保持電壓使之不超過(guò)Vw在這種方式中，自適應(yīng)閾值電路200在Vi和Vt之間建立第二預(yù)定關(guān)系。特別是，當(dāng)光電二極管的脈沖是高電平時(shí)，Vt的一個(gè)預(yù)定量低于Vu的水平。晶體管214和216共享的電流取決于輸入信號(hào)的幅值，\和\之間的電壓差根據(jù)輸入信號(hào)幅值而變化。例如，當(dāng)光電二極管脈沖是高電平時(shí)，Vtt大于1.9V，電流源224和226被設(shè)定為50uA,電阻201設(shè)為30K Ω，Vt被設(shè)為大約IOOmV低于Vil的值。Vil和Vt之間的電壓差以一個(gè)輸入信號(hào)的近似線性方式變化。線性度很大程度上取決于電阻215。低輸入信號(hào)和較高信號(hào)水平之間的轉(zhuǎn)換是通過(guò)電流Ith和電阻142的適當(dāng)選擇實(shí)現(xiàn)的。
[0060]圖5說(shuō)明了 “中值電平”信號(hào)的操作。如圖5所示，當(dāng)晶體管216開始接通時(shí)，Vil(軌跡510)的幅值增加，Vt (軌跡520)跟隨V1L增加，減去電阻201上的電壓降。電阻201上的電壓降約等于晶體管216和240上的集電極電流與電阻201的乘積值。在圖2的實(shí)例中，當(dāng)光電二極管脈沖是高電平時(shí)(如圖5所示)，VT約等于IOOmV,低于V的幅值。還請(qǐng)注M,Vil的斜率為正，因?yàn)樗鼜牡碗娖皆黾拥礁唠娖?，?dāng)Vtt是高電平時(shí)，卻成為了負(fù)值。這是由于GM模塊170的伺服作用。如果晶體管216在負(fù)斜率期間內(nèi)沒(méi)有拉低到VT，V1^可以交叉存儲(chǔ)在電容212中的Vt，導(dǎo)致比較器190輸出狀態(tài)不良的改變。
[0061]當(dāng)輸入信號(hào)從“中值電平”增加到“高電平”信號(hào)值時(shí)，由于光電二極管102的響應(yīng)特性可能導(dǎo)致一個(gè)問(wèn)題發(fā)生。在“高電平”信號(hào)處，當(dāng)接受光脈沖結(jié)束后時(shí)，光電二極管趨于表現(xiàn)出一個(gè)“尾巴”。響應(yīng)特性如圖6所示，它表明一個(gè)典型的光電二極管輸出電流相對(duì)于時(shí)間的特性。如圖6所示，當(dāng)光電二極管102在光照下接通時(shí)，它的輸出電流上升到最大水平。當(dāng)光照關(guān)閉時(shí)，由于擴(kuò)散時(shí)間常數(shù)，該二極管繼續(xù)導(dǎo)通電流。在大約1.5us時(shí)，光照關(guān)閉，并且光電二極管的電流迅速?gòu)腎OmA下降到2mA。這種“銳截止區(qū)”顯示在圖6的610處。在光電二極管電流下降低于大約2mA后，電流衰減放緩至40uA/8.7us。這種“尾部區(qū)域”顯示在圖6的620處。
[0062]如果在尾部區(qū)域的光電二極管電流為40uA，并且反饋電阻150是50 K Ω，前置放大器160的輸出端被晶體管108鉗制，并且尾部區(qū)域的Vu降低到低于峰值的幾十毫伏。為了準(zhǔn)確地再現(xiàn)在比較器190輸出端處接收到的光脈沖，在尾部區(qū)域開始之前，輸出閾值電壓Vt應(yīng)該在銳截止區(qū)設(shè)置一個(gè)低于比較器190輸出端峰值的幾十毫伏電壓。精確地控制Vt在一個(gè)狹窄的電壓范圍是困難的。然而，電阻262通過(guò)增加前置放大器160的線性工作范圍解決了這個(gè)問(wèn)題，從而允許銳截止區(qū)的\下降到“高電平”光脈沖處。
[0063]光電二極管關(guān)閉響應(yīng)特性的不對(duì)稱放電尾巴可能引起比較器過(guò)早切換問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題表現(xiàn)在圖7中。軌跡710顯示了 V1L，軌跡720顯示了輸出閾值電壓VT。如圖7所示，Vt可以放電低于Vu “尾部”區(qū)域(見(jiàn)于軌跡710和720處的參考號(hào)730)。如果發(fā)生這種情況，比較器190過(guò)早地觸發(fā)(即使光照從光電二極管上去除)，因?yàn)閂t低于Vtt (Vil的低狀態(tài)大約為2.4V而不是1.5伏)。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的原則，晶體管220和222解決了這個(gè)潛在的問(wèn)題。在“高電平”信號(hào)處，晶體管214斷開，因?yàn)閂t高于晶體管214基極的電壓。在銳截止區(qū)V。低于Vt后(如參考號(hào)740所示)，晶體管218的基極電壓高于晶體管216的基極電壓，因此晶體管218接通，晶體管216斷開。發(fā)射極電阻215增加晶體管218的線性工作范圍，導(dǎo)通電流源224和226的電流。晶體管218通過(guò)PNP電流鏡晶體管220和222導(dǎo)通第二補(bǔ)償電流，流過(guò)在電阻201和晶體管204的基極之間形成的節(jié)點(diǎn)處。該電流流過(guò)電阻201主要是晶體管218的集電極電流，由晶體管222鏡像。作為一個(gè)結(jié)果，晶體管204的基極電壓增加，從而增加最小信號(hào)電平到Vt，并保持Vt高于Vtt。在這種方式中，自適應(yīng)閾值電路200在Vu和Vt之間建立第三預(yù)定關(guān)系。
[0065]此操作的結(jié)果如圖8所示。軌跡810顯示了 Vtt，軌跡820顯示了輸出閾值電壓VT。圖8中，在V低于Vt之后，Vt仍高于VIL。因此，比較器190不會(huì)在“高電平”處過(guò)早地被觸發(fā)。晶體管204基極的電壓升高，并通過(guò)確保Vt高于Vtt來(lái)提高了噪聲免疫。這個(gè)額外的電壓主要由通過(guò)PNP電流鏡流過(guò)電阻201的電流決定。
[0066]在“高電平”光電二極管脈沖之后，需要有足夠的時(shí)間，光電二極管的尾部衰減至直流水平。輸出閾值電壓Vt下降直到它低于晶體管214的基極電壓水平。在這一點(diǎn)上，晶體管216和218斷開并且晶體管214提供電流給電流源224和226。電容212然后放電，將輸出閾值電壓Vt降低到低直流閾值電壓。
[0067]如圖2所示的實(shí)例中，自適應(yīng)閾值電路200在ViJPVt之間建立三個(gè)預(yù)定關(guān)系。其他的預(yù)定關(guān)系被添加，但不脫離本發(fā)明的范圍。通過(guò)添加電路來(lái)進(jìn)一步控制電阻201上的電壓降，以響應(yīng)\或\，或兩者。在圖2的實(shí)例中，所有的電流用于調(diào)整比較器閾值電壓來(lái)匹配更好的追蹤。[0068]圖9顯示了一個(gè)本發(fā)明的自適應(yīng)閾值設(shè)定網(wǎng)絡(luò)。自適應(yīng)閾值電路900在前置放大器160、1和比較器190的輸入端之間耦合，并且根據(jù)本發(fā)明的原則操作。直流偏置設(shè)定網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生電壓參考946和950 (在圖9中用電池的符號(hào)表不)。電壓參考946提供第一偏置信號(hào)，耦合到晶體管916的基極，并作為自適應(yīng)閾值電路900的第一偏置信號(hào)節(jié)點(diǎn)。電壓參考950提供第二偏置信號(hào)，耦合到晶體管926的基極，并作為自適應(yīng)閾值電路900的第二偏置信號(hào)節(jié)點(diǎn)。
[0069]在自適應(yīng)閾值電路900的輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)處，前置放大器輸出端Vro-合到射隨晶體管902的基極。在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上的輸入信號(hào)通過(guò)串聯(lián)連接的電阻901A和901B驅(qū)動(dòng)射隨晶體管902和904的基極。電阻901B比電阻901A小得多。晶體管902和904被匹配的電流源908和906偏置。電阻901在晶體管902的發(fā)射極和電流源908之間耦合。在節(jié)點(diǎn)上的V1L在電阻910和電流源908之間形成，作為自適應(yīng)閾值電路900的第一輸出信號(hào)。Vi耦合到比較器190的負(fù)輸入端。因?yàn)樯潆S晶體管902具有大約統(tǒng)一的小信號(hào)增益，Vi近似等于Vra減去晶體管壓降Vbe和電阻910上的電壓降。發(fā)射極電阻911在晶體管904的發(fā)射極和電流源906之間耦合。比較器190的正輸入端耦合到在電阻911交界處形成的節(jié)點(diǎn)，峰值檢測(cè)電容912和電流源906。電阻911提供限制電流給晶體管904并且限制電容912的上升時(shí)間。
[0070]晶體管914、916、918、920、922、924 與 926，電阻 928,942 與 944，電流源 952 與 954
和電壓參考946與950被用來(lái)控制輸出閾值電壓Vt，它是基于Vro自適應(yīng)閾值電路900的第二輸出信號(hào)。另外，如下所述，網(wǎng)絡(luò)940提供了滯后。
[0071]按照本發(fā)明的原理，自適應(yīng)閾值電路900產(chǎn)生一個(gè)輸出閾值電Svt,適應(yīng)前置放大器輸出電壓的特性。如圖2的實(shí)例所示，自適應(yīng)閾值電路900產(chǎn)生一個(gè)輸出閾值電Svt，它的直流成分近似固定電壓高于Vtt的直流成分，并且它的交流成分適應(yīng)Vtt的交流成分。自適應(yīng)閾值電路900的操作如下:(1)直流和“低電平”輸入信號(hào)(2) “中值電平”輸入信號(hào)(3) “高電平”輸入信號(hào)。
[0072]對(duì)于直流和“低電平”輸入信號(hào)，輸出閾值電壓Vt被設(shè)置為大約最小Vllj峰值的一半。晶體管902和904的基極_發(fā)射極結(jié)面積的大小相等，并且晶體管的集電極電流基本相等。因此，晶體管902和904的基極-發(fā)射極電壓Vbe相匹配，并且追蹤最佳溫度。電壓參考946決定“低電平”輸入信號(hào)，并且耦合到晶體管916的基極。這個(gè)電壓被設(shè)置到一個(gè)直流和“低電平”輸入信號(hào)水平，包括前置放大器輸出端的直流偏置，晶體管918保持關(guān)閉和不從電阻901A和901B吸收電流。
[0073]網(wǎng)絡(luò)940的內(nèi)部電路元件沒(méi)有顯示，以一個(gè)與圖2實(shí)例中網(wǎng)絡(luò)250類似的方式提供滯后。例如，當(dāng)V低于輸出閾值電壓Vt時(shí)，比較器190的輸出端是高電平，Vh是低電平，并且網(wǎng)絡(luò)940不吸收電流。因此，可忽略電阻901A和901B上的電壓降。電阻910比電阻911大很多，所以電阻911上的壓降與電阻910上的壓降相比較可忽略。因此，對(duì)于直流和“低電平”輸入信號(hào)，輸出閾值電壓Vt是固定的并近似等于電阻910上的壓降，同時(shí)高于Vw通過(guò)使電阻910和911的阻值成比例，自適應(yīng)閾值電路900在Vi和Vt之間建立第一預(yù)定關(guān)系。例如，通過(guò)設(shè)置電流源906和908為IOuA,電阻910和911為500 Ω和25 Ω，Vt的直流成分為4mV，且高于Vtt的直流偏置。在圖2的實(shí)例中，對(duì)于直流和“低電平”輸入信號(hào)，Vt被設(shè)置為大約最小Vu交流峰值的一半。[0074]圖10顯示了圖9中自適應(yīng)閾值電路對(duì)“低電平”信號(hào)脈沖的響應(yīng)。軌跡1010表示V1L,軌跡1020表示輸出閾值電壓VT。如圖10所示，V1L的直流偏置電平約為1.646V，并且乂:適應(yīng)Al。
[0075]對(duì)于直流和“低電平”輸入信號(hào)，晶體管918是斷開的。輸出閾值電壓Vt最初被設(shè)置為，Vil的直流電平的固定閾值。特別是，Vil的直流成分大約為4mV，高于Vtt的直流偏置水平。當(dāng)Vtt低于Vt時(shí)，比較器190的輸出端OUT是高電平，滯后網(wǎng)絡(luò)940不從電阻901B上流過(guò)電流。
[0076]如圖10所示的參考號(hào)1030，當(dāng)光電二極管脈沖是高電平時(shí)，Vi開始上升。由于電阻911和電容912的時(shí)間常數(shù)上升很緩慢，隨著輸入信號(hào)的上升，Vt也上升。在輸入信號(hào)Vtt與輸出閾值電壓Vt交叉之后不久，比較器輸出端從高電平變?yōu)榈碗娖剑⑶襐h變?yōu)楦唠娖?。滯后網(wǎng)絡(luò)940開始從電阻901B上吸收電流，從而降低了晶體管904的基極電壓。通過(guò)合適的元件值選擇，電阻901B上的電壓降阻止Vt為Vw從而增加了足夠的噪聲容限比，以避免在脈沖結(jié)束前比較器190的誤觸發(fā)輸出。
[0077]電壓參考946被設(shè)置為一個(gè)直流和“低電平”輸入信號(hào)電平，晶體管918斷開，晶體管916接通，提供 來(lái)自V+的電流給電流源晶體管920。晶體管920的集電極電流由二極管連接的晶體管922設(shè)定，該網(wǎng)絡(luò)由晶體管924、926與914，電阻942與944和電流源952與954組成。對(duì)于“低電平”到“中值電平”輸入信號(hào)，晶體管924和926的集電極電流大致等于電流源954提供的電流的一半。
[0078]當(dāng)輸入信號(hào)高于“低電平”到“中值電平”的信號(hào)時(shí)，晶體管918基極電壓上升到高于晶體管916基極電壓，開始接通晶體管918和斷開晶體管916。晶體管918的集電極導(dǎo)通第一補(bǔ)償電流，導(dǎo)致電阻901A上產(chǎn)生主要電壓降(因?yàn)殡娮?01B比電阻901A小很多)，拉低到Vt并且阻止電壓增加高于Vw發(fā)射極電阻928增加了晶體管918的線性工作范圍。在這種方式中，自適應(yīng)閾值電路900在Vi和Vt之間建立第二預(yù)定關(guān)系。特別是，當(dāng)光電二極管脈沖是高電平時(shí)，Vt的預(yù)定量低于Vw '^和Vt之間電壓差根據(jù)輸入信號(hào)幅值的變化而變化。例如，如果晶體管918上的電流約為IOuA,電阻901A和901B分別為2K Ω和300 Ω，當(dāng)光電二極管脈沖是高電平時(shí)，Vt被設(shè)置為至少約為150mV，低于\的幅值。\和￥:之間電壓差以一個(gè)輸入信號(hào)的近似線性方式變化。線性度很大程度上取決于電阻928。
[0079]如圖11所示為自適應(yīng)閾值電路對(duì)這些“中值電平”信號(hào)的操作。隨著I (軌跡1110 )的幅度增加，Vt也增加，去除電阻901A上的壓降，該壓降由晶體管918接通產(chǎn)生。在圖9可替代實(shí)例中，對(duì)于“中值電平”信號(hào)，當(dāng)光電二極管脈沖是高電平時(shí)，Vt保持至少150mV，低于Vllj的幅值。在接收的光脈沖結(jié)束時(shí),輸出信號(hào)Vllj降低到直流穩(wěn)態(tài)值。由于電容912通過(guò)電流源906緩慢地放電，輸出閾值電壓Vt緩慢衰減到直流穩(wěn)態(tài)值。
[0080]對(duì)于“高電平”輸入信號(hào)，不同于“中值電平”信號(hào)的電路操作，輸出閾值電壓Vt必須靠近Vtt的峰值電壓設(shè)置。特別是，光電二極管和LED相接觸時(shí)，光電二極管產(chǎn)生一個(gè)寬脈沖的高幅值電流，如圖12A的軌跡1200所示。當(dāng)光電二極管102接通時(shí)，它的輸出電流快速上升并被扭曲。當(dāng)LED斷開時(shí)，由于耗盡區(qū)之外產(chǎn)生的電子空穴對(duì)的擴(kuò)散時(shí)間，光電二極管繼續(xù)導(dǎo)通電流。在約1.6us時(shí)，光源被關(guān)閉并且光電二極管電流增加到7.5mA的峰值。在約3.3us后，光電二極管電流下降到約6mA，然后衰減到100uA/8.7us。
[0081]圖12B顯示前置放大器輸出端對(duì)應(yīng)于圖12A光電二極管電流。軌跡1210顯示“高電平”輸入信號(hào)相對(duì)于時(shí)間的電壓特性，軌跡1220顯示了輸出閾值電壓Vt相對(duì)應(yīng)的特性。如果大振幅信號(hào)的輸出閾值電壓低于峰值至少幾百毫伏，比較器的輸出脈沖寬度比接收到的光脈沖的脈沖寬度大。晶體管914，NPN電流鏡由晶體管920和922形成，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)由晶體管924與926和電阻942與944組成，電流源954解決了這個(gè)問(wèn)題。在“高電平”信號(hào)處，晶體管924開始斷開，因?yàn)榫w管914的發(fā)射極電壓比晶體管926的基極電壓高。隨著晶體管924斷開，它的集電極電流降低，通過(guò)NPN電流鏡的作用，晶體管918的集電極電流也降低。因此，晶體管924導(dǎo)通第二補(bǔ)償信號(hào)，降低電阻901A上的電壓降，從而增加輸出閾值電壓VT。在這種方式中，自適應(yīng)閾值電路900在Vi^PVt之間建立第三預(yù)定關(guān)系。例如，通過(guò)使用表1兀器件值，當(dāng)光電二極管脈沖是高電平時(shí)，對(duì)于“高電平”輸入信號(hào)的輸出閾值電壓約為50mV，并低于％^的峰值。當(dāng)光電二極管和LED相接觸時(shí)，除了解決上述問(wèn)題，自適應(yīng)閾值電路900與自適應(yīng)閾值電路200類似解決了 “高電平”輸入信號(hào)問(wèn)題。
[0082]在圖9所示的一個(gè)實(shí)例中，自適應(yīng)閾值電路900在\和Vt之間建立三個(gè)預(yù)定關(guān)系。其他預(yù)定關(guān)系被添加，但不脫離本發(fā)明的精神。例如，通過(guò)添加電路來(lái)進(jìn)一步控制電阻901A上的電壓降，以響應(yīng)\或\，或兩者。在圖9的實(shí)例中，所有的電流用于調(diào)整比較器190閾值電壓來(lái)得到相同線路偏置以更好地匹配。
[0083]下表列出圖2和圖9中電路的典型元件值:
[0084]`
【權(quán)利要求】
1.一種比較器的自適應(yīng)閾值電路，其特征是:自適應(yīng)閾值電路產(chǎn)生第一和第二輸出信號(hào)，輸出信號(hào)中至少一個(gè)的變化響應(yīng)于自適應(yīng)閾值電路的輸入信號(hào)；輸入信號(hào)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于輸入信號(hào)；第一和第二路徑耦合到輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)，第一信號(hào)路徑具有第一輸出節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的第一輸出信號(hào)響應(yīng)于輸入信號(hào)，其中在第一和第二信號(hào)路徑上的電路元件比例值在第一和第二輸出信號(hào)之間建立一個(gè)預(yù)定關(guān)系；第三信號(hào)路徑耦合到第一偏置信號(hào)節(jié)點(diǎn)和第一和第二信號(hào)路徑(至少一個(gè))上，第三信號(hào)路徑產(chǎn)生第一補(bǔ)償信號(hào)以響應(yīng)輸入信號(hào)，并將預(yù)定的方式與在第一偏置信號(hào)節(jié)點(diǎn)處的偏置信號(hào)相比較，第一補(bǔ)償信號(hào)建立了一個(gè)在第一和第二輸出信號(hào)之間的第二預(yù)定關(guān)系；第四信號(hào)路徑耦合到第一和第二信號(hào)路徑(至少一個(gè))上，第四信號(hào)路徑產(chǎn)生第二補(bǔ)償信號(hào)以響應(yīng)(a)第一和第二輸出信號(hào)，并將預(yù)定的方式與另一個(gè)相比較，(b)至少一個(gè)的第一和第二信號(hào)路徑，并將預(yù)定的方式與偏置信號(hào)相比較，第二補(bǔ)償信號(hào)建立了一個(gè)在第一和第二輸出信號(hào)之間的第三預(yù)定關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比較器的自適應(yīng)閾值電路，其特征是:自適應(yīng)閾值電路的第四信號(hào)路徑耦合到第一偏置信號(hào)節(jié)點(diǎn)，其中，第四信號(hào)路徑產(chǎn)生第二補(bǔ)償信號(hào)以響應(yīng)(a)第一和第二輸出信號(hào)，并將預(yù)定的方式與另一個(gè)相比較，(b)至少一個(gè)的第一和第二信號(hào)路徑，并將預(yù)定的方式與偏置信號(hào)相比較；自適應(yīng)閾值電路的第四信號(hào)路徑耦合到第二偏置信號(hào)節(jié)點(diǎn)，其中，第四信號(hào)路徑產(chǎn)生第二補(bǔ)償信號(hào)以響應(yīng)(a)第一和第二輸出信號(hào)，并將預(yù)定的方式與另一個(gè)相比較，(b)至少一個(gè)的第一和第二信號(hào)路徑，并將預(yù)定的方式與偏置信號(hào)相比較；自適應(yīng)閾值電路的第一和第二信號(hào)路徑分別包含第一和第二晶體管；自適應(yīng)閾值電路的第一預(yù)定關(guān)系由第一晶體管和第二晶體管的尺寸比值決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種比較器的自適應(yīng)閾值電路，其特征是:自適應(yīng)閾值電路的第一信號(hào)路徑進(jìn)一步包括產(chǎn)生第一電流的第一電流源；第二信號(hào)路徑進(jìn)一步包括產(chǎn)生第二電流的第二電流源；第一晶體管導(dǎo)通第一電流，第二晶體管導(dǎo)通第二電流；第一預(yù)定關(guān)系由第一電流與第二電流的比值決定；第一和第二晶體管都具有基極和發(fā)射極；輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)耦合到第一晶體管的基極和第二晶體管的基極；第一晶體管的發(fā)射極耦合到第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二晶體管的發(fā)射極耦合到第二輸出節(jié)點(diǎn)；第一預(yù)定關(guān)系由第一晶體管和第二晶體管的基極-發(fā)射極的電壓差決定；第一預(yù)定關(guān)系由第一晶體管和第二晶體管的基極-發(fā)射極的結(jié)面積決定；第一晶體管的集電極導(dǎo)通第一電流部分；第二晶體管的集電極導(dǎo)通第二電流部分；第一預(yù)定關(guān)系由第一晶體管和第二晶體管的集電極電流比值決定；第一電流源在第一輸出節(jié)點(diǎn)和地之間耦合；第二`電流源在第二輸出節(jié)點(diǎn)和地之間耦合；第一和第二晶體管的集電極都耦合到電源；第一晶體管的集電極電流基本等于第一電流；第二晶體管的集電極電流基本等于第二電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種比較器的自適應(yīng)閾值電路，其特征是:第一和第二晶體管具有基極和發(fā)射極；輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)耦合到第一和第二晶體管的基極；第一電阻在第一晶體管的發(fā)射極和第一輸出節(jié)點(diǎn)之間耦合；第二電阻在第二晶體管的發(fā)射極和第二輸出節(jié)點(diǎn)之間稱合；第一預(yù)定關(guān)系由第一電阻和第二電阻之間的阻值差決定；第一電流源在第一輸出節(jié)點(diǎn)和接地端之間耦合；第二電流源在第二輸出節(jié)點(diǎn)和接地端之間耦合；其中第三信號(hào)路徑包含一個(gè)第三晶體管；第三信號(hào)路徑進(jìn)一步包括產(chǎn)生第三電流的第三電流源；第三晶體管導(dǎo)通第三電流部分；第一補(bǔ)償信號(hào)由第三電流的大小決定；第三電流路徑進(jìn)一步包括導(dǎo)通第三電流的第三電阻；第一補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)一步取決于第三電阻上的電壓；第三信號(hào)路徑包括(a)導(dǎo)通第三電流的第三電流源，(b)具有基極、集電極和發(fā)射極的第三晶體管(C)第三電阻；第三晶體管和第三電阻都導(dǎo)通第三電流部分；第三電阻在輸入節(jié)點(diǎn)、第二晶體管的基極和第三晶體管的集電極之間耦合；第一輸出節(jié)點(diǎn)耦合到第三晶體管的基極；第三晶體管的發(fā)射極耦合到第三電流源；第一補(bǔ)償信號(hào)由第三電流和第三電阻上的電壓大小決定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比較器的自適應(yīng)閾值電路，其特征是:其中第四信號(hào)路徑包含一個(gè)第四晶體管；第四信號(hào)路徑進(jìn)一步包括產(chǎn)生第四電流的第四電流源；第四晶體管導(dǎo)通第四電流部分；第二補(bǔ)償信號(hào)由第四電流的大小決定；第四電流路徑進(jìn)一步包括導(dǎo)通第四電流的第四電阻；第二補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)一步取決于第四電阻上的電壓；第四信號(hào)路徑包括(a)導(dǎo)通第四電流的第四電流源，(b)具有基極、集電極和發(fā)射極的第四晶體管(C)第四電阻；第四晶體管和第四電阻都導(dǎo)通第四電流部分；第四電阻在輸入節(jié)點(diǎn)、第二晶體管的基極和第三晶體管的集電極之間耦合；第二補(bǔ)償信號(hào)由第四電流和第四電阻上的電壓大小決定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種比較器的自適應(yīng)閾值電路，其特征是:第四晶體管的發(fā)射極耦合到第四電流源；第四晶體管的基極耦合到第二輸出節(jié)點(diǎn)；第四晶體管的集電極耦合到第四電阻和第二晶體管的基極；第四信號(hào)路徑進(jìn)一步包括第四電阻，并且該電阻在輸入節(jié)點(diǎn)、第二晶體管的基極和第三晶體管的集電極之間耦合；第四晶體管的集電極耦合到電源；第四晶體管的發(fā)射極耦合到第三電流源；第四電流源在第四晶體管的發(fā)射極和接地端之間耦合；第四信號(hào)路徑進(jìn)一步包括第五電流源、第五晶體管和第六晶體管；第五晶體管的集電極耦合到第三電流源，基極耦合到第四晶體管的發(fā)射極，發(fā)射極耦合到第五電流源；第六晶體管的集電 極耦合到接地端，基極耦合到第二偏置節(jié)點(diǎn)，發(fā)射極耦合到第五電流源；第三電流的大小基本上與第五晶體管的集電極電流成比例。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種比較器的自適應(yīng)閾值電路，其特征是:第三電流源包含一個(gè)第七晶體管，它的基極、集電極和發(fā)射極與接地端耦合；第四信號(hào)路徑進(jìn)一步包括第八晶體管，它的基極、集電極和發(fā)射極與接地端耦合；第八晶體管的集電極和基極耦合在一起形成一個(gè)二極管連接的電流源，并耦合到第五晶體管的集電極；第七晶體管的基極耦合到第八晶體管的基極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比較器的自適應(yīng)閾值電路，其特征是:其中自適應(yīng)閾值電路是由集成電路實(shí)現(xiàn)的；其中光電二極管產(chǎn)生輸入信號(hào)；光電二極管前置放大器提供輸入信號(hào)給自適應(yīng)閾值電路；光電二極管前置放大器具有一個(gè)跨導(dǎo)模塊；光電二極管前置放大器、跨導(dǎo)模塊和自適應(yīng)閾值電路在集成電路上實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比較器的自適應(yīng)閾值電路，其特征是:自適應(yīng)閾值電路進(jìn)一步包含一個(gè)滯后電路；其中滯后電路包含一個(gè)第五信號(hào)路徑，耦合到輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)、第一與第二信號(hào)路徑(至少一個(gè))和第一與第二輸出信號(hào)節(jié)點(diǎn)，第五信號(hào)路徑產(chǎn)生第三補(bǔ)償信號(hào)以響應(yīng)第一和第二輸出信號(hào)，將預(yù)定方式與另一個(gè)相比較，第三補(bǔ)償信號(hào)在第一和第二輸出信號(hào)之間產(chǎn)生一個(gè)第四預(yù)定關(guān)系；第五信號(hào)路徑包括一個(gè)第九三極管，耦合到輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)和第一與第二信號(hào)路徑(至少一個(gè))；第五信號(hào)路徑進(jìn)一步包括產(chǎn)生第六電流的第六電流源；第九晶體管導(dǎo)通第六電流部分；第三補(bǔ)償信號(hào)由第六電流的大小決定；第五信號(hào)路徑進(jìn)一步包括一個(gè)第五電阻，在輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)和第一與第二信號(hào)路徑(至少一個(gè))之間耦合；第五電阻導(dǎo)通第六電流部分；第三補(bǔ)償信號(hào)由第六電流的大小和第五電阻上的電壓決定。
【文檔編號(hào)】H03K5/22GK103618522SQ201310607742
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:蘇州貝克微電子有限公司