[发明专利]一种比较器的自适应阈值电路

说明书

技术领域：

本发明涉及用于比较器的阈值电路。更特别的是，本发明涉及新型的自适应阈值电路，用于产生阈值电压给比较器，该比较器将输入信号与阈值电压相比较，从而产生的阈值的电压适应输入信号的特性。甚至更特别的是，本发明涉及自适应阈值电路能够适应光电二极管前置放大器输出端的阈值电压。

在数字通信系统中，光电二极管接收器用于检测由发光二极管（LED）传输的光脉冲。光电二极管通常提供一个输入电流给前置放大器，该前置放大器将输入电流转换为电压并增加适度的增益。一个比较器通过前置放大器输出电压与阈值电压的比较来重构接收到的脉冲。这种光电二极管接收器通常工作在很宽的频率范围、脉冲幅度和环境光线条件下。

由于光电二极管的电流与入射光成比例，环境光可以在前置放大器输出端产生较大的直流偏置和不必要的低频交流信号。为了弥补这种不利影响，光电二极管的接收器通常采用一个跨导模块与前置放大器相连接，形成一个伺服回路。跨导模块将电流反馈到前置放大器的输入端，以至于当没有光脉冲接收时，前置放大器的输出等于预设的偏置电平。

为了重构接收的脉冲，比较器的负输入端连接到前置放大器的输出端，比较器的正输入端连接到被设定在预设偏置电平和最小脉冲幅度之间的中间阈值电压。当前置放大器的输出电压超过阈值电压时，比较器的输出端由高变为低，当前置放大器的输出电压低于阈值电压时，比较器的输出端由低变为高。在这种结构中，任何在前置放大器输出端的直流偏置表现为比较器输入端的差分模式偏置。在理想情况下，伺服回路取消了光电二极管输出信号的任何直流和低频分量，以至于比较器只通过高于阈值电压的脉冲。

然而，伺服回路不能取消在跨导模块上的直流偏置。通常，跨导模块的输入级包括一个高度退化的差分放大器，具有宽的动态范围，但也有一个大的输入参考偏置。这个偏置等幅出现在前置放大器上，并且可能与放大的光电二极管是同一量级。如果光电二极管接收器必须捕获低电平信号，该前置放大器上的直流偏置可能大于阈值电压。作为一个结果，比较器不能捕获任何脉冲，因为前置放大器的输出信号可能永远不会与阈值电压交叉。

通常微调电路通过给跨导模块输入端添加一个补偿偏置来减少偏置误差。然而，这种方法的一个问题是每个电路必须进行调整或“修剪”，因此，在制造过程中需要越来越多的时间和费用。

背景技术：

此外，典型“修剪的固定阈值”电路通常不能适应某些独特的光电二极管特性。在高脉冲幅值时，光电二极管导通一个非零电流，在接收到的光脉冲结束后维持一段时间。由于这一电流，前置放大器输出端在脉冲结束时急剧下降（“锐截止区”），随后有一相对较慢的衰减（“尾部”）到一直流电平。如果光电二极管接收器工作在很宽的频率范围和脉冲幅度范围内，在收到下一个脉冲之前，尾部区从一个脉冲不会衰减到低于预定的阈值电压。如果发生这种情况，比较器可能再次无法检测接收到的脉冲。此外，即使尾部衰减低于阈值电压，重建的脉冲宽度将比所接收到的光脉冲宽度长。

一个抵消这些直流偏置误差方法是取代“修剪的固定阈值”电路，该电路提供自适应触发阈值，如具有快速单电源的自适应触发电路，如图3所示。自适应触发电路设置比较器的阈值电压在最高和最低峰值振幅的中点。该电路采样两个峰值检测器来捕获两个电容输入信号的高峰和低峰。一对高值串联电阻与两个电容相连接，并用于（1）设置高峰电容的放电时间和低峰电容的充电时间，（2）形成一个分压器，设置在两个电容器之间的阈值电压。由于阈值电压未设置为一个固定水平，自适应触发电路消除了微调电路的需要，但适应被比较的信号。

然而，上述自适应触发电路的一个缺点是它需要一个初始峰值来设置阈值电压。由于初始阈值电压等于稳态直流输入信号幅值，比较器对第一脉冲的响应是不可预知的。此外，上述自适应触发电路需要大量的电阻值来保持较长高峰电容的放电时间和低峰电容的充电时间，以至于阈值电压保持在输入信号的高峰和低峰足够长的持续时间。

此外，如果在稳态阶段，上述自适应触发电路无光脉冲接收，然后突然接收到很大的光电二极管脉冲时，低峰电容慢慢从初始偏置信号电平充电到最低的“尾巴”电平。在这种情况下，在接收到初始高幅值脉冲后，阈值电压被设置为高峰值和初始偏置电平之间的电平阈值电压。在慢速充电期间，阈值电压缓慢增加到中点值，这可能低于或在二极管响应特性的尾部区域。如果是前者，比较器可以不在这段时间内接收脉冲触发，如果是后者，比较器产生的脉冲宽度大于接收的脉冲宽度。