峰值检测器.pdf

本发明公开了一种峰值检测器，其利用多组误差放大器分别控制一电流开关的开和关，来调控多组充电电流对同一充电组件进行充电，进而避免过充且实现最佳化充电时间。

1、  一种峰值检测器，用来检测一输入信号的峰值，并据此输出一输出信号，其特征在于，包括有：
数个误差放大器，所述误差放大器具有一正输入端、一负输入端与一输出端，所述正输入端连接至所述输入信号，所述负输入端连接至所述输出信号；
一充电组件，连接至所述输出信号；以及
数个电流开关，连接至所述充电组件，且分别连接至数个充电电流中的一个，并与所述误差放大器的所述输出端相连；
其中，所述误差放大器的所述输出端连接一个所述电流开关，并控制所连接的所述电流开关，据此决定所述电流开关所对应的所述充电电流是否对所述充电组件进行充电。

2、  根据权利要求1所述的峰值检测器，其特征在于，所述误差放大器的增益依序增加，所控制的所述充电电流依序减少。

3、  根据权利要求1所述的峰值检测器，其特征在于，所述充电电流由一电流源提供。

4、  根据权利要求1所述的峰值检测器，其特征在于，所述充电电流由一电压源提供。

5、  根据权利要求1所述的峰值检测器，其特征在于，所述充电电流由一电压源与一阻抗组件提供。

6、  根据权利要求5所述的峰值检测器，其特征在于，所述充电电流由所述阻抗组件阻值控制。

7、  根据权利要求1所述的峰值检测器，其特征在于，所述误差放大器的所述负输入端具有相同电位。

8、  根据权利要求1所述的峰值检测器，其特征在于，所述误差放大器的所述负输入端彼此间具有一电位差。

9、  根据权利要求1所述的峰值检测器，其特征在于，所述电流开关在所述输入信号和所述输出信号的电压差大于一既定电压差时导通。

10、  根据权利要求9所述的峰值检测器，其特征在于，所述既定电压差为所述电流开关的门坎电压除以其所连接的所述误差放大器的增益。

11、  根据权利要求1所述的峰值检测器，其特征在于，所述充电组件连接至所述输出信号的另一端接地。

12、  根据权利要求1所述的峰值检测器，其特征在于，所述电流开关为一晶体管。

13、  根据权利要求12所述的峰值检测器，其特征在于，所述充电电流由所对应的所述晶体管的尺寸控制。

14、  根据权利要求12所述的峰值检测器，其特征在于，所述晶体管为一双极结型晶体管。

15、  根据权利要求12所述的峰值检测器，其特征在于，所述晶体管为一金属氧化物半导体场效应晶体管。

16、  根据权利要求12所述的峰值检测器，其特征在于，所述晶体管为一结型场效应晶体管。

17、  一种峰值检测器，用来检测一输入信号的峰值，并据此输出一输出信号，其特征在于，包括有：
数个误差放大器，所述误差放大器具有一正输入端、一负输入端与一输出端，所述正输入端连接至所述输入信号，所述负输入端连接至所述输出信号；
一充电组件，连接至所述输出信号；以及
数个二极管，连接于所述充电组件和其中一个所述误差放大器的所述输出端之间；
其中，所述误差放大器的所述输出端分别用来控制所连接的所述二级管，据此拉决定是否对所述充电组件进行充电。

18、  根据权利要求17所述的峰值检测器，其特征在于，所述误差放大器的增益依序增加，流经所连接的所述二极管的所述充电电流依序减少。

19、  根据权利要求17所述的峰值检测器，其特征在于，所述充电电流由所述二极管的尺寸控制。

20、  根据权利要求17所述的峰值检测器，其特征在于，所述充电组件连接至所述输出信号的另一端接地。

21、  根据权利要求17所述的峰值检测器，其特征在于，至少一所述二极管由一个以上的双极结型晶体管所构成。

22、  根据权利要求17所述的峰值检测器，其特征在于，至少一所述二极管由一个以上的金属氧化物半导体场效应晶体管所构成。

23、  根据权利要求17所述的峰值检测器，其特征在于，至少一所述二极管由一个以上的结型场效应晶体管所构成。

峰值检测器
技术领域
本发明涉及一种峰值检测器，特别是涉及一种峰值检测器，适用于一接收器，来快速建立临界电压。
背景技术
在被动光网络(passive optical network；PON)系统中，数个光学网络单元(Optical Network Unit；ONU)设置于对应数目的办公室或家庭中，并利用被动装置耦接至单一光学线路设备(Optical Line Terminal；OLT)。其中，数据可由光学线路设备通过广播(broadcast)方式传送给光学网络单元，称为下传；以及由光学网络单元以分时多任务(time division multiplexing；TDM)方式将数据传送给光学线路设备，称为上传，如图1所示。
在数据上传时，每个光学网络单元分别指配一时槽(time slot)，且在分配的时槽内，各个光学网络单元可传输任何数目的数据封包，如图2所示。换句话说，客户端以分时多任务的方式共享连结到局端的光信道，而局端的接收器在上传时则接收来自于不同客户端的光信号。
然而，不同的客户端所发射的光功率不尽相同，并且再经过不同的光路径传送后，到达局端的光信号强度并非一固定值，因此为了提高分时多任务的通信效率，局端的接收器须针对各个客户端的光强度，快速建立一个临界电压(threshold voltage)，并将代表光的模拟电压信号与临界电压比较之后，转换成代表逻辑“0”与逻辑“1”的数字信号。
由于峰值检测器可以迅速的取得输入信号的峰值，因此在被动光网络中，在设计局端的接收器时，常会运用峰值检测器来建立用来判断逻辑“0”与逻辑“1”的临界电压，如图3所示。而此临界电压的准确与否将会导致接收器的输出信号的责任周期(duty-cycle)是否失真(distortion)，进而影响接收器的灵敏度。因此，如何使峰值检测器能在小的信号输入时，避免过充(overshoot)，精确的取出峰值，并且在信号大时，快速取出峰值，成为此领域的一研究要点。
参考图4，在光接收器的公知结构中，输入信号Vi与输出信号Vo的电压差，经误差放大器(error amplifier)AP放大，当输入信号Vi高于输出信号Vo时，误差放大器AP输出高电压，使电流开关SW导通，进而对电容Ch充电；反之，当输入信号Vi小于输出信号Vo时，电流开关SW不导通，电容Ch则维持住峰值电压。此电流开关可为二极管D(如图5所示)或者是晶体管M(如图6所示)。
然而，在公知结构中，当峰值检测器针对大的输入信号做最佳化设计时，为了加快峰值检测器的反应时间，需要较大的充电电流。如此一来，当输入信号小时，在电容充电至峰值电压的过程中，由于误差放大器有限频宽而造成控制电流开关的信号延迟，使得电流开关无法立即切断充电电流，进而产生多余的充电时间，以致产生超过峰值的输出信号。如果要避免过充发生，则需要将误差放大器的延迟缩短或减少充电电流。
当利用高增益的误差放大器来减少二极管或晶体管对临界电压的影响，以实现精准峰值检测器时，因组件的增益与频宽乘积有一定的极限，所以在不牺牲增益的情况下，误差放大器的延迟不可能无限制地减少。此外，若是将充电电流减少，在大电压输入时，则会影响电容充电至峰值电压所需的时间。如此一来，当输入信号的动态范围大时，过充现象与充电时间则无法同时最佳化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种峰值检测器，解决公知技术所公开的过充现象与充电时间无法同时最佳化的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种峰值检测器，用来检测一输入信号的峰值并据此输出一输出信号，包括有多个误差放大器、多个电流开关和一充电组件。
每一误差放大器具有一正输入端、一负输入端与一输出端，各个误差放大器的正输入端连接至输入信号，其负输入端连接至输出信号，且充电组件也连接至输出信号，而电流开关连接至充电组件，以及分别连接多个充电电流其中之一，其中每一误差放大器的输出端连接至电流开关中的一个，来控制所连接的电流开关，据此来决定每一电流开关所对应的充电电流是否对充电组件进行充电。
其中，每一误差放大器的增益依序增加，而其所控制的充电电流则依序减少。在此，各个误差放大器的负输入端可具有相同电位。再有，各个误差放大器的负输入端彼此间可具有一电位差。
并且，各个电流开关在输入信号和输出信号的电压差大于一既定电压差时导通。其中此既定电压差可为各个电流开关的门坎电压除以其所连接的误差放大器的增益。
在此，电流开关可为一晶体管。而每一充电电流的大小可通过调整其所对应的晶体管的尺寸进行控制。
在此，充电电流可由电流源提供。或者，充电电流也可由电压源与阻抗组件提供，此时充电电流的大小可通过调整阻抗组件的阻值来进行控制。再有，此阻抗组件可省略，而充电电流则由电压源提供。
另外，本发明还公开一种峰值检测器，用来检测一输入信号的峰值并据此输出一输出信号，包括有多个误差放大器、多个二极管和一充电组件。
每一误差放大器具有一正输入端、一负输入端与一输出端，各个误差放大器的正输入端连接至输入信号，其负输入端连接至输出信号，且充电组件也连接至输出信号，而各个二极管连接于充电组件和一个误差放大器的输出端之间，其中每一误差放大器的输出端分别连接至一二极管，来控制所连接的二极管，据此来决定是否对充电组件进行充电。
其中，每一误差放大器的增益依序增加，而流经所连接的二极管的充电电流则依序减少。在此，每一充电电流的大小可通过调整其所对应的二极管的尺寸来控制。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为公知的被动光网络的系统结构图；
图2为在被动光网络的系统中，共知的数据上传方式的示意图；
图3为公知的接收器的概要结构图；
图4为公知的峰值检测器的概要结构图；
图5为公知的峰值检测器的概要结构图；
图6为公知的峰值检测器的概要结构图；
图7为本发明第一实施例的峰值检测器的概要结构图；
图8为本发明第二实施例的峰值检测器的概要结构图；
图9为充电电流与输入输出信号的电压差的关系图；
图10为本发明的峰值检测器的操作示意图；
图11为本发明第三实施例的峰值检测器的概要结构图；
图12为本发明第四实施例的峰值检测器的概要结构图；
图13为本发明第五实施例的峰值检测器的概要结构图；以及
图14为本发明第六实施例的峰值检测器的概要结构图。
其中，附图标记：
AP误差放大器     AP1误差放大器
AP2误差放大器    APn误差放大器
C充电组件        Ch  电容
D二极管          D1二极管
D2二极管         I1充电电流
I2充电电流       In充电电流
I1+I2充电电流    M晶体管
M1晶体管         M2晶体管
R阻抗组件        SW电流开关
SW1电流开关      SW2电流开关
SWn电流开关      Vi输入信号
Vo输出信号       Vp峰值电压
Vt/A1电压差      Vt/A2电压差
具体实施方式
本发明利用多组误差放大器及多组充电电流对同一个电容充电，借此来实现在输入信号动态范围大时可避免过充且最佳化充电时间。
参考图7，为本发明一实施例的峰值检测器；此峰值检测器具有多个误差放大器AP1、AP2、……、APn，每一个误差放大器具有一正输入端、一负输入端和一输出端，一输入信号Vi输入至每一误差放大器的正输入端，而输出信号Vo回授至每一误差放大器的负输入端，且充电组件C耦接于每一误差放大器的负输入端和接地之间，以及多个电流开关SW1、SW2、……、SWn耦接于充电电流I1、I2、……、In和输出信号Vo之间，其中，每一误差放大器AP1、AP2、……、APn的输出端连接至一电流开关SW1、SW2、……、SWn，来控制开关，进而控制充电电流I1、I2、……、In对充电组件C的充电与否。这里，n为正整数。其中，误差放大器的增益可依序增加，且充电电流依序减少，借此在不同程度的输入信号下，导通不同数量的电流开关来对充电组件充电。
为了方便说明，这里仅以二误差放大器、二电流开关和二充电电流来进行说明，但是配合实际电路需求，可根据本发明，采用二组、三组、四组或四组以上的误差放大器、电流开关和充电电流。
参考图8，此峰值检测器具有二误差放大器AP1、AP2、二电流开关SW1、SW2及一充电组件C。每一误差放大器AP1、AP2具有一正输入端、一负输入端和一输出端，输入信号Vi输入至误差放大器AP1、AP2的正输入端，而输出信号Vo回授至误差放大器AP1、AP2的负输入端，且误差放大器AP1、AP2的输出端分别连接至电流开关SW1、SW2的控制端。电流开关SW1、SW2分别连接充电电流I1、I2到输出信号Vo，且充电组件C耦接于输出信号Vo和接地之间。其中，误差放大器AP1的增益大于误差放大器AP2，而充电电流I1小于充电电流I2。此时，充电电流I1、I2与输入信号Vi和输出信号Vo的电压差的关如图9所示；当电压差介于Vt/A1和Vt/A2之间时(其中，Vt为电流开关的门坎电压，A1为误差放大器AP1的增益，而A2为误差放大器AP2的增益)，误差放大器AP2的输出不足以使电流开关SW2导通，此时，借助较小的充电电流I1对充电组件C充电。由于充电电流I1较小，因此可减少过充的现象。当输入信号Vi和输出信号Vo的电压差大于Vt/A2时，电流开关SW1、SW2均导通，以获得较大的充电电流I1+I2，进而减少充电组件C充电至峰值电压所需的时间。
请参考图10，进一步说明此峰值检测器的操作，假设输入信号Vi一开始较小，接着再变大；因此，当输入信号Vi小时，误差放大器AP2的增益A2相对小，而不足以使电流开关SW2导通，此时充电组件C主要由相对小的充电电流I1充电，以避免信号小时的过充现象。当输入信号Vi变大时，由于输入信号Vi与充电组件C之间的电压差(即输入信号Vi和输出信号Vo的电压差)大于Vt/A2，而充电组件C由相对大的充电电流I2与相对小的充电电流I1共同充电，因而能够获得较快的充电速度。当充电组件C上的电压上升到输入信号Vi与充电组件C的压差小于Vt/A2时，电流开关SW2即无法导通，此时，充电组件C上的电压离峰值电压只有Vt/A2，电流开关SW1仍然继续导通，由相对小的充电电流I1对充电组件C继续充电，直到充电组件C到达最终的峰值电压Vp。这里，充电组件可为一电容。
再有，电流开关可为晶体管，如图11所示。此晶体管可为双极结型晶体管(bipolar junction transistor；BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor；MOSFET)或结型场效应晶体管(junction field effect transistor；JFET)等。请参考图11，误差放大器AP1的输出端连接至晶体管M1的栅极，误差放大器AP2的输出端连接至晶体管M2的栅极，晶体管M1的源极和晶体管M2的源极连接至充电组件C，且晶体管M1的漏极和晶体管M2的漏极分别连接至一电流源，以便在导通时分别提供充电电流I1、I2来对充电组件C充电。
此外，充电电流可由电压源和阻抗组件R提供，如图12所示，此时，流经电流开关的充电电流I1、I2大小即可借助调整晶体管M1、M2的尺寸或/和阻抗组件R的阻值来进行控制。这里，阻抗组件可为一电阻。
但是，在一实施例中，此阻抗组件R可省略，而流经电流开关的充电电流I1、I2大小则借助调整晶体管M1、M2的尺寸来控制，如图13所示。
再有，电流开关也可为二极管D1、D2，而充电电流I1、I2则由误差放大器AP1、AP2提供，如图14所示。同样地，误差放大器AP1的增益大于误差放大器AP2的增益，且流经二极管D1的充电电流I1小于流经二极管D2的充电电流I2。如此一来，充电电流的大小则可借助调整二极管的尺寸与误差放大器的输出电流来控制。此二极管可为双极结型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或结型场效应晶体管等所构成。
综合上述，本发明利用额外的误差放大器的输入补偿(Offset)，使相对大的充电电流在电压差异大时才作用，以达到加速充电时间的目的。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。