[发明专利]一种相位偏移侦测器及侦测方法

说明书

本发明提供一种相位偏移侦测器及侦测方法，所述的相位偏移侦测器包括滤波器、比较器、偏差电压校正电路和控制电路；滤波器，用于接收外部的弦波信号经滤波后输入到比较器；比较器，用于将接收到的滤波后的信号转换成方波信号输出到控制电路，还用于接收偏差电压校正电路输出校正的基极电压并侦测输出相位偏移电压；控制电路，用于计算比较器输出的方波信号的相位差，并输出控制信号到偏差电压校正电路；偏差电压校正电路，用于接收到控制信号判断是否执行偏差电压校正，还用于接收比较器的输出信号并输出校正的基极电压到比较器中。通过设计偏差电压校正电路，来改善比较器中部分晶体管的基极电压值，以消除偏差电压的产生。

技术领域

本发明涉及相位侦测架构设计技术领域，具体涉及一种相位偏移侦测器及侦测方法。

背景技术

随着科技的进步，生物以及医疗科技领域的快速发展，使得生物特性的量测越显重要，因此带动了生物传感器以及感测技术的发展。在生物医学领域中，信号的相位为一重要分析信息。具有偏差电压校准功能的相位偏移侦测器，为了消除在比较器输入级中因晶体管差动对不匹配所造成的偏差电压，进而影响整个比较器在转换信号上的误差。因此提出偏差电压校正电路，通过调整比较器中部份晶体管的电压来解决此问题。改善后的偏差电压值最高为5.35mV，此外相位侦测器的输出误差介于-0.68％至2.37％之间。因滤波器的输出端负载改变滤波器预期的电容值大小，使得信号进入滤波器后被抑制导致比较器侦测不到而无法正常工作。

相位偏移侦测器依据所使用的生物传感器而有许多种不同的架构。以运算放大器组成的相位偏移侦测器，主要有待测信号以及参考信号为主，两者信号输入至相位侦测器(Phase sensitive detector)中，再由输出反馈控制参考信号的频率，当最后输出趋于稳定时，则为两者相位为同相，其电路特点为高敏感性以及高分辨率、良好的抗噪声能力，而可侦测的相位偏移范围约±90°之间。但其缺点为电路主要以运算放大器和电阻电容组成的滤波器为主，因此在芯片面积使用上非常大。此外其相位偏移侦测器，当偏移角度每增加一度时，输出电压会增加约37mV，若要侦测±90°之间的相位偏移量，则其输出电压范围约为-3.61V至3.15V之间，而为确保电路正常工作，其所使用的工作电压需大于输出电压值的范围，于是可得知此电路在功率消耗上也较大。对于比较器的设计常在比较器的操作速度和消耗功率之间抉择。若要降低消耗功率的大小，则比较器的速度会变慢，于是在这几年中出现了动态比较器(Dynamic comparator)的设计，此电路的晶体管尺寸设计较小，如此便可以在不降低电路速度以及增益带宽的状态下，仍可以降低其功率消耗。然而使用较小晶体管尺寸会衍生出其他问题，例如晶体管不匹配的效应导致偏差电压增加。当锁相回路锁定时，若其内部的子电路相位频率侦测器未达到完全稳定状态，而电荷泵已经停止充放电的动作，会使得电荷泵的下一级压控振荡器没有运作，而导致有一段相位区间无法被侦测到，称为无效区(Dead zone)，因而提出全新的架构去改善锁相回路中会出现无效区的问题，使整体系统可以侦测到全部的相位，以提升相位偏移侦测器可侦测的相位范围。

发明内容

现有的相位偏移侦测器架构中锁相回路中出现无效区的问题，这样致使整体系统侦测不到全部的相位，本发明提供一种相位偏移侦测器及侦测方法。

本发明的技术方案是：

第一方面，本发明技术方案提供一种相位偏移侦测器，包括滤波器、比较器、偏差电压校正电路和控制电路；

滤波器和比较器连接；控制电路分别与比较器和偏差电压校正电路连接；偏差电压校正电路与比较器连接；

滤波器，用于接收外部的弦波信号经滤波后输入到比较器；

比较器，用于将接收到的滤波后的信号转换成方波信号输出到控制电路，还用于接收偏差电压校正电路输出校正的基极电压并侦测输出相位偏移电压；

控制电路，用于计算比较器输出的方波信号的相位差，并输出控制信号到偏差电压校正电路；