CN110719091B - 互补信号生成电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种互补信号生成电路，涉及电路技术领域。该互补信号生成电路包括：第一容性电路、第二容性电路和感性电路；第一容性电路和第二容性电路分别包括至少一个容性元件，感性电路包括至少一个感性元件；第一容性电路的第一端分别与电源和感性电路的第一端电连接；第一容性电路的第二端接地；第二容性电路的第一端与感性电路的第二端电连接，第二容性电路的第二端接地。通过电源为第一容性电路输入一次能量后，能量可以在第一容性电路和第二容性电路反复振荡，使第一容性电路和第二容性电路产生互补信号，相对于现有的生成互补信号的电路而言，可以有效减少能量浪费，降低互补信号生成电路的能耗。

Description

互补信号生成电路

技术领域

本申请涉及电路技术领域，具体而言，涉及一种互补信号生成电路。

背景技术

在电子电路技术领域中，互补信号是指相位差为180度的两路信号。互补信号可以作为开关信号、时钟信号等，应用于数字电路或模拟电路中，例如，互补信号可以用于实现开关电源、计时器等器件。

目前，互补信号一般通过反相器生成。例如，互补信号生成电路可以包括两组反相器；每组反相器可以包括P型晶体管、N型晶体管和电容，P型晶体管和N型晶体管并联后、与电容串联，且电容均接地；两组反相器串联，且两组反相器的P型晶体管均与漏极电压(Voltage Drain Drain，VDD)电源电连接。通过给该互补信号生成电路分别输入低电平信号和高电平信号，可以使两组反相器产生相位差为180度的互补信号。

但是，上述现有的互补信号生成电路在生成互补信号时，电容会进行反复的充电和对地放电，其中，对地放电的过程造成了较大的能量浪费，导致互补信号生成电路的能耗较高。

发明内容

本申请提供一种互补信号生成电路，可以降低电路在生成互补信号时的能耗。

本申请实施例提供的互补信号生成电路，包括：第一容性电路、第二容性电路和感性电路；其中，第一容性电路和第二容性电路分别包括至少一个容性元件，感性电路包括至少一个感性元件；第一容性电路的第一端分别与电源和感性电路的第一端电连接；第一容性电路的第二端接地；第二容性电路的第一端与感性电路的第二端电连接，第二容性电路的第二端接地。

可选地，该互补信号生成电路还包括：补偿电路；补偿电路与第一容性电路的第一端或第二容性电路的第一端电连接；补偿电路输出的补偿信号的补偿周期大于或等于第一容性电路和第二容性电路输出的互补信号的周期。

可选地，补偿电路输出的补偿信号在第一容性电路或第二容性电路输出的互补信号的波峰位置输入。

可选地，该互补信号生成电路还包括：第一峰值钳位电路和第二峰值钳位电路；第一峰值钳位电路与第一容性电路的第一端电连接，用于将第一容性电路输出的互补信号的峰值钳位于预设峰值；第二峰值钳位电路与第二容性电路的第一端电连接，用于将第二容性电路输出的互补信号的峰值钳位于预设峰值。

可选地，第一容性电路、第二容性电路均包括多个容性元件；多个容性元件串联或并联。

可选地，第一容性电路、第二容性电路均包括多个并联的电容。

可选地，第一容性电路包括M个并联的电容；第二容性电路也包括M个并联的电容；其中，M为大于1的整数。

可选地，感性电路包括至少一个电感。

可选地，感性电路包括多个电感；多个电感串联。

可选地，第一峰值钳位电路、第二峰值钳位电路均包括：二极管。

本申请实施例中，通过电源为第一容性电路输入一次能量后，能量可以在第一容性电路和第二容性电路反复振荡，从而使得第一容性电路和第二容性电路可以产生互补信号，由于互补信号是基于能量在第一容性电路和第二容性电路反复振荡而生成，所以，相对于现有技术中基于反复的充电和对地放电生成互补信号的电路而言，可以有效减少能量浪费，降低互补信号生成电路的能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的互补信号的示意图；

图3示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路与TOF传感阵列的连接示意图；

图4示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路的另一结构示意图；

图5示出了本申请实施例提供的补偿周期对比图；

图6示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路的又一结构示意图；

图7示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路的又一结构示意图；

图8示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路的又一结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请实施例提供一种互补信号生成电路，通过该互补信号生成电路可以生成相位差为180度的两路互补信号。该互补信号生成电路可以应用于雷达领域，例如，可以基于该互补信号生成电路，在数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)体制雷达、相控阵雷达等高速雷达中利用低压差分信号(Low-Voltage Differential Signaling，LVDS)技术，实现点对点的单板互联，解决高速雷达中所需处理的信号带宽和信号通道数大幅度增加所造成的大数据量的传输问题等。

或者，该互补信号生成电路也可以应用于激光测距领域。以飞行时间(Time ofFlight，TOF)传感阵列为例，在TOF传感阵列中，为了对经物体反射后的激光波形进行相位调制以实现测距，每个像元中的光电二极管(Photo-Diode，PD)转化单元需要分时将基于回波+背景光产生的电荷相隔半个周期的相位差分别调制转移至电荷存储单元C1和C2中，通过计算两个电荷存储单元C1和C2中电荷量差值进而获得距离信息。该过程中设于PD与C1之间的传输栅TX1和设于PD与C2之间的传输栅TX2需要分时导通，为一对互补信号。即，可以将该互补信号生成电路产生的互补信号应用于TOF传感阵列中，用于实现传输栅TX1和传输栅TX2的分时导通。

又或者，该互补信号生成电路还可以应用于一些射频电源、开关电源中。例如，该互补信号产生电路可以与信号源、信号耦合电路、驱动电路等构成部分质谱仪射频电源，由信号源产生两路正弦信号RF和AC，该互补信号产生电路可以基于RF和AC，分别产生RF+和RF-两路互补信号、以及AC+和AC-两路互补信号，信号耦合电路可以对前述四路互补信号进行耦合，以使得驱动电路可以对耦合信号进行放大产生高压射频电压等。

需要说明的是，对于该互补信号生成电路的具体应用场景及相关领域，本申请在此不作限制。

图1示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路的结构示意图。

如图1所示，该互补信号生成电路可以包括：第一容性电路100、第二容性电路200和感性电路300；其中，第一容性电路100和第二容性电路200分别包括至少一个容性元件，感性电路300包括至少一个感性元件。第一容性电路100的第一端101分别与电源和感性电路300的第一端301电连接；第一容性电路100的第二端102接地；第二容性电路200的第一端201与感性电路300的第二端302电连接，第二容性电路200的第二端202接地。

其中，容性元件可以指电流相位超前电压相位的元件，感性元件可以指电流相位滞后电压相位的元件。图1中所示的Vin端可以用于接入电源，当电源接通，即Vin接通时，可以通过第一容性电路100的第一端101对第一容性电路100中的容性元件进行充电。当Vin断开后，第一容性电路100处于正向电压最高值，第一容性电路100开始放电，第一容性电路100中的容性元件存储的电能可以依次通过感性电路300、第二容性电路200的第一端201，进入第二容性电路200，对第二容性电路200中的容性元件进行充电。随着对第二容性电路200中的容性元件充电过程的进行，第一容性电路100的电压会逐渐降低至0，此时，感性电路300的正向电流(从感性电路300的第一端301至感性电路300的第二端302)增至最大。

由于感性电路300中的感性元件的电流相位滞后电压相位，对电流具有保持特性，不会发生电流的突变，因而会继续为第二容性电路200中的容性元件进行充电，感性电路300的正向电流会逐渐降低至0。此时，第一容性电路100的反向电压达到最高值，而第二容性电路200的正向电压达到最高值。

当感性电路300的正向电流会逐渐降低至0后，第二容性电路200开始放电，第二容性电路200中的容性元件存储的电能则会依次反向通过感性电路300、第一容性电路100的第二端102，进入第一容性电路100，开始对第一容性电路100中的容性元件进行充电。当第一容性电路100再次处于正向电压最高值时，则会再次对第二容性电路200进行充电。

随着上述第一容性电路100和第二容性电路200互相充电及放电过程的进行，第一容性电路100和第二容性电路200之间会形成依次循环放电的振荡电路。假设第一容性电路100的第一端101和感性电路300的第一端301相交于点A，第二容性电路200的第一端201与感性电路300的第二端302相交于点B，则形成振荡电路后，电路中的A点和B点可以输出相位差为180度的两路互补信号。

图2示出了本申请实施例提供的互补信号的示意图。

如图2所示，若A点输出的信号为A信号，B点输出的信号为B信号，则A信号和B信号互为互补信号，相位差为180度。

可选地，A信号和B信号的峰值、峰谷、周期大小均相同。

图3示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路与TOF传感阵列的连接示意图。

如图3所示，以上述TOF传感阵列为例，A点输出的A信号可以连接于TOF传感阵列中设于C1和PD之间的传输栅TX1处，B点输出的B信号可以连接于TOF传感阵列中设于PD与C2之间的传输栅TX2处。当PD接收回波+背景光信号时，首先，第一容性电路100处于正向电压，当A信号的电压值高于传输栅TX1的导通电压时，TX1导通；而第二容性电路200处于低电位，TX2关闭，此时PD中的光生电荷经TX1转移至C1中。随着对第二容性电路200中的容性元件充电过程的进行，在第一容性电路100的电压逐渐降低至0的过程中，第一容性电路100会转换为低电位，TX1会转换为关闭状态；而第二容性电路200会逐渐处于正向电压，当B信号的电压值高于传输栅TX2的导通电压时，TX2导通，此时PD中的光生电荷经TX2转移至C2中。经过N个周期的反复调制后，可以实现对激光反射波形的相位调制解调功能。

由上所述，本申请实施例中，通过电源为第一容性电路输入一次能量后，能量可以在第一容性电路和第二容性电路反复振荡，从而使得第一容性电路和第二容性电路可以产生互补信号，由于互补信号是基于能量在第一容性电路和第二容性电路反复振荡而生成，相对于现有技术中基于反复的充电和对地放电生成互补信号的电路而言，可以有效减少能量浪费，降低互补信号生成电路的能耗。

本申请实施例提供的互补信号生成电路在实际实施时，由于第一容性电路和第二容性电路中实际都会有电阻存在(如：导线电阻、元件电阻等)，能量在第一容性电路和第二容性电路之间的振荡过程实际为阻尼振荡，会导致能量逐渐损失，进而造成互补信号的振幅衰减。

为了避免互补信号的振幅衰减，维持长时间的互补信号输出，可以对互补信号电路进行能量补充。

一种实施方式中，可以通过再次接通Vin对第一容性电路进行充电，实现对第一容性电路和第二容性电路之间振荡的能量进行补充。

另一种实施方式中，也可以通过在前述实施例所述的互补信号生成电路中增加补偿电路进行能量补充。图4示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路的另一结构示意图。

如图4所示，本实施方式中，该互补信号生成电路还可以包括：补偿电路400；补偿电路400与第一容性电路100的第一端101或第二容性电路200的第一端201电连接；补偿电路400输出的补偿信号的补偿周期大于或等于第一容性电路100和第二容性电路200输出的互补信号的周期。

可选地，可以通过补偿电路400周期性地对振荡电路进行受迫激励，激励周期也称为补偿周期。补偿电路400可以与第一容性电路100连接进行能量补偿，也可以与第二容性电路200连接进行能量补偿，本申请在此不作限制。

假设互补信号生成电路输出的互补信号的周期为T1，补偿电路输出的补偿信号的补偿周期为T2，则T2可以大于或等于T1。

图5示出了本申请实施例提供的补偿周期对比图。

如图5所示，以T2＝3T1为例，A、B点输出的信号在振荡了三个周期后振幅已经有一定程度的衰减，在第四个周期时，补偿电路可以对互补信号生成电路进行能量补偿，补偿后，互补信号的峰值可以再次恢复至第一个周期的峰值。该过程无需每个周期均需要进行全部能量的重新输入，因此进一步降低互补信号生成电路的能耗。

或者，也可以通过补偿电路逐周期对互补信号生成电路进行能量补偿，即T2＝T1，从而形成等幅振荡，使A、B点输出信号的振幅保持稳定，本申请在此不作限制。

可选地，补偿电路输出的补偿信号可以在第一容性电路或第二容性电路输出的互补信号的波峰位置输入。或者，也可以在波谷位置或其他位置输入，通过补偿电路输入补偿信号时，保持所输入的补偿信号与互补信号同周期、同相位可以最大程度地减少补偿信号对互补信号造成的干扰。

可选地，本实施方式中，A、B点输出互补信号的周期取决于补偿电路的补偿周期，因此，还可以通过控制补偿电路的补偿周期对互补信号的周期进行调节，如：增大或减小。

需要说明的是，补偿电路可以是信号调制电路、信号放大电路等常见的信号补偿电路，可以对互补信号的振幅、周期等进行调节，以实现对互补信号的补偿。本领域技术人员基于本申请实施例公开的技术方案，选择不同的补偿电路对互补信号进行补偿，本申请对补偿电路的具体结构不作限制。

图6示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路的又一结构示意图。

可选地，如图6所示，该互补信号生成电路还可以包括：第一峰值钳位电路510和第二峰值钳位电路520；第一峰值钳位电路510与第一容性电路100的第一端101电连接，用于将第一容性电路100输出的互补信号的峰值钳位于预设峰值；第二峰值钳位电路520与第二容性电路200的第一端201电连接，用于将第二容性电路200输出的互补信号的峰值钳位于预设峰值。

其中，预设峰值可以是互补信号生产电路所连接的后级单元所需的互补信号的峰值，例如，后级单元可以是光信号采集装置，光信号采集装置可以包括通道1和通道2，互补信号为上述A信号和B信号；则，当输出信号为A信号时，可以是通道1进行光信号采集；而输出信号为B信号时，由通道2进行光信号采集等。预设峰值的大小可以是2.5伏(V)、3.0V等，本申请对预设峰值的大小不作限制。

本申请实施例中，通过第一峰值钳位电路和第二峰值钳位电路可以使得第一容性电路输出的互补信号、以及第二容性电路输出的互补信号的峰值均钳位于上述预设峰值，即，可以使得A、B点输出的互补信号的峰值保持在预设峰值大小，以保证互补信号生成电路所输出的互补信号的稳定性，从而保障后级单元的安全。

可选地，为保证互补信号的周期、峰值相同，第一容性电路和第二容性电路的结构可以完全相同。

一种实施方式中，第一容性电路和第二容性电路均包括多个容性元件；多个容性元件串联或并联。

图7示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路的又一结构示意图。

可选地，如图7所示，第一容性电路100和第二容性电路200均可以包括多个并联的电容110(210)。而感性电路300可以包括至少一个电感310。例如，感性电路300可以包括多个串联的电感310；或者，也可以只有一个电感310。

其中，多个电容构成第一容性电路100和第二容性电路200，还可以起到很好的滤波效果。

可选地，第一容性电路可以包括M个并联的电容；第二容性电路也可以包括M个并联的电容；其中，M为大于1的整数，例如，M可以为2、3、5、8、10等数值，本申请对M的具体数值不作限制。也即，本申请中，第一容性电路和第二容性电路中所包含的电容数量、以及电容之间的连接关系可以相同，即，第一容性电路和第二容性电路可以为完全相同的两个电路。

请继续参照图7所示：

可选地，本申请部分实施例中，Vin端与第一容性电路的第一端之间可以设置有开关S，通过打开或关闭开关S，即可实现在Vin端为互补信号生成电路接通或断开电源。

可选地，第一峰值钳位电路、第二峰值钳位电路均可以包括：二极管。

图8示出了本申请实施例提供的互补信号生成电路的又一结构示意图。

如图8所示，第一峰值钳位电路510可以包括：第一二极管D1、第二二极管D2。D1的正极与D2的负极连接，且共同连接于第一容性电路100的信号输出端(101)。D1的负极接地，D2的正极外接供电电压(Volt Current Condenser，Vcc)电源。当第一容性电路100的信号输出端的输出电压，即A信号的输出电压大于VCC+0.7V时，二极管D2导通；当A信号的输出电压小于VCC-0.7V时，二极管D1导通，从而可以利用Vcc外接电源和接地端将A信号的输出电压钳位于Vcc-0.7V～Vcc+0.7V之间。其中，Vcc可以为2.5V、3.0V等数值，本申请在此不作限制。

需要说明的是，第二峰值钳位电路的具体电路结构可以与第一峰值钳位电路相同，在此不再赘述。

可选地，本申请其他实施例中，也可以通过检测A信号或B信号的峰值电压，根据峰值电压的大小，调整Vin端的电源输入功率，实现对A信号和B信号的输出电压的调整。例如，可以预设有第一检测阈值、第二检测阈值和第三检测阈值，且第三检测阈值大于第二检测阈值，第二检测阈值大于第一检测阈值；第一检测阈值、第二检测阈值和第三检测阈值分别对应输入功率Vin1、Vin2和Vin3，且Vin1大于Vin2、Vin2大于Vin3。以A信号为例，当A的峰值电压超过第一检测阈值、但不超过第二检测阈值时，可以选用输入功率Vin1作为Vin端的输入功率；当A的峰值电压超过第二检测阈值、但不超过第三检测阈值时，可以选用输入功率Vin2作为Vin端的输入功率；当A的峰值电压超过第三检测阈值时，则可以选用输入功率Vin3作为Vin端的输入功率；从而，可以通过控制Vin端的输入信号的输入功率实现对A信号的输出电压的控制。使其保持不超过预设电压值(如：2.5V、3.0V)。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种互补信号生成电路，其特征在于，包括：第一容性电路、第二容性电路和感性电路；其中，所述第一容性电路和所述第二容性电路分别包括至少一个容性元件，所述感性电路包括至少一个感性元件；

所述第一容性电路的第一端分别与电源和所述感性电路的第一端电连接；所述第一容性电路的第二端接地；

所述第二容性电路的第一端与所述感性电路的第二端电连接，所述第二容性电路的第二端接地；

所述第一容性电路或所述第二容性电路用于输出互补信号；

所述互补信号生成电路还包括：第一峰值钳位电路和第二峰值钳位电路；

所述第一峰值钳位电路与所述第一容性电路的第一端电连接，用于将所述第一容性电路输出的互补信号的峰值钳位于预设峰值；

所述第二峰值钳位电路与所述第二容性电路的第一端电连接，用于将所述第二容性电路输出的互补信号的峰值钳位于预设峰值。

2.根据权利要求1所述的互补信号生成电路，其特征在于，还包括：补偿电路；

所述补偿电路与所述第一容性电路的第一端或所述第二容性电路的第一端电连接；

所述补偿电路输出的补偿信号的补偿周期大于或等于所述第一容性电路和所述第二容性电路输出的互补信号的周期。

3.根据权利要求2所述的互补信号生成电路，其特征在于，所述补偿电路输出的补偿信号在所述第一容性电路或所述第二容性电路输出的互补信号的波峰位置输入。

4.根据权利要求1-3任一项所述的互补信号生成电路，其特征在于，所述第一容性电路、所述第二容性电路均包括多个容性元件；

多个所述容性元件串联或并联。

5.根据权利要求4所述的互补信号生成电路，其特征在于，所述第一容性电路、所述第二容性电路均包括多个并联的电容。

6.根据权利要求5所述的互补信号生成电路，其特征在于，所述第一容性电路包括M个并联的电容；

所述第二容性电路也包括M个并联的电容；

其中，M为大于1的整数。

7.根据权利要求1-3任一项所述的互补信号生成电路，其特征在于，所述感性电路包括至少一个电感。

8.根据权利要求7所述的互补信号生成电路，其特征在于，所述感性电路包括多个电感；

多个所述电感串联。

9.根据权利要求1所述的互补信号生成电路，其特征在于，所述第一峰值钳位电路、所述第二峰值钳位电路均包括：二极管。