Mejoras relacionadas con detectores logarítmicos.

Detector logarítmico que comprende:

un elemento amplificador (100) que puede hacerse funcionar para oscilar a una frecuencia en respuesta 5 a una señal de entrada recibida;

un circuito de retroalimentación (110) conectado entre una entrada al elemento amplificador y una salida del elemento amplificador y que puede hacerse funcionar para establecer la frecuencia a la que funcionará el amplificador; y

un elemento funcional (120) que puede hacerse funcionar para detectar una corriente extraída por el amplificador y para interrumpir la oscilación del amplificador cuando la corriente alcanza un umbral predeterminado, en el que la frecuencia de dicha interrupción es proporcional al logaritmo de la potencia de la señal de entrada, y

un elemento funcional (130) que puede hacerse funcionar para derivar una señal de salida del detector basándose en la frecuencia de dicha interrupción de la oscilación del amplificador, en el que la señal de salida es una tensión analógica proporcional al logaritmo de la potencia de la señal de entrada.

Mejoras relacionadas con detectores logarítmicos.

La presente invención se refiere a detectores logarítmicos que se utilizan en una variedad de diferentes artículos electrónicos, tanto en el campo de la electrónica de consumo como en campos especializados, tales como la obtención de imágenes médicas y las telecomunicaciones.

En muchos campos de la electrónica, es deseable o necesario detectar una señal de nivel muy bajo de entre otras señales eléctricas que pueden comprender otras transmisiones y/o ruido eléctrico. A menudo, cuando la señal deseada está a un nivel muy bajo, puede verse camuflada por las señales no deseadas, que a continuación en la presente memoria se denominan mediante el término genérico "ruido".

En una aplicación típica en la que debe detectarse y procesarse una señal de nivel bajo, se requieren detectores muy sensibles que puedan discriminar una señal de nivel bajo de entre otro ruido. Por ejemplo, en el campo de la obtención de imágenes médicas, particularmente la exploración por ultrasonidos, es deseable poder detectar una señal de nivel muy bajo que pueda procesarse después para revelar el sujeto deseado, por ejemplo un feto o un órgano interno.

En sistemas prácticos, uno de los principales factores que reduce la calidad de la imagen presentada visualmente es la presencia de una gran cantidad de ruido que obstaculiza la resolución disponible.

En otro sistema de la técnica anterior típico (un sistema de teléfono celular) hay mucha demanda en conflicto con respecto a la potencia transmitida y a la calidad de receptor. Existe un conflicto entre querer transmitir tanta potencia como sea posible para llegar a un dispositivo receptor y desear minimizar la potencia transmitida, ya que esto interferirá con y degradará otras transmisiones en la proximidad de la transmisión. Al mismo tiempo, el receptor sólo puede discriminar señales a o por encima de un cierto nivel y esto tiene un efecto directo sobre factores en la planificación de red tales como la potencia del transmisor, el tamaño de la célula y el diseño de la antena. Si fuera posible diseñar un receptor que pudiera recibir una señal de nivel más bajo de manera más fiable, entonces la potencia transmitida del transmisor podría reducirse proporcionalmente, dando como resultado niveles de interferencia más bajos para los dispositivos vecinos. Además, un receptor de este tipo, en principio, permitiría utilizar tamaños de célula más grandes, dando como resultado costes de infraestructura inferiores.

Las soluciones de la técnica anterior para tales problemas de detección han utilizado amplificadores logarítmicos (denominados a continuación en la presente memoria "log amps") en una variedad de aplicaciones. La característica definitoria de un log amp es que la señal de salida es una tensión proporcional al logaritmo de la señal de entrada. Se encuentra que tales dispositivos son particularmente útiles en un rango dinámico amplio y particularmente para recibir señales de entrada de nivel bajo. Los log amps de la técnica anterior típicos se proporcionan a menudo como dispositivos de circuito integrado individuales o pueden estar integrados en un circuito integrado a medida más grande, tal como un ASIC.

Sin embargo, existen diversas desventajas asociadas con la utilización de log amps de la técnica anterior. En particular, el rango dinámico de dispositivos de la técnica anterior puede estar limitado, lo que significa que la salida de tensión para señales de entrada muy altas o muy bajas no cumple con la relación logarítmica esperada. Esto puede dar como resultado salidas erróneas en valores de entrada extremos, y es particularmente problemático en los niveles bajos a los que se hizo referencia previamente.

Otro problema con los log amps de la técnica anterior es que el ruido térmico puede interferir intensamente con señales en el extremo inferior del rango operativo. Los problemas con el ruido eléctrico tienden a aumentar cuando se aplica más potencia al circuito de entrada, lo que por sí mismo provoca problemas a lo largo de un rango de funcionamiento más amplio.

En áreas muy especializadas se han probado técnicas tales como refrigerar el circuito completo para reducir la cantidad de ruido térmico. Aunque éstas pueden ofrecer un grado de mejora del rendimiento, tales técnicas no son aplicables en general y presentan un valor práctico limitado.

La figura 1 muestra una configuración ilustrativa típica de un circuito de log amp de la técnica anterior. Esto muestra que la respuesta logarítmica deseada puede conseguirse conectando en cascada una pluralidad de bloques de ganancia (amplificadores 1, 2... n) en serie. La salida de cada fase de amplificador se alimenta a la siguiente fase y además, la salida de cada amplificador pasa a través de un diodo (D1, D2... Dn) respectivo sumándose de ese modo las señales individuales generadas en un amplificador de suma 10 con la salida global de ese amplificador de suma 10 proporcionando la respuesta logarítmica deseada.

El circuito mostrado en la figura 1 es una versión bastante simplificada de lo que sucede en la práctica, pero proporciona una buena visión general de las técnicas que se emplean para conseguir la relación logarítmica deseada. Puede observarse, examinando el circuito en la figura 1, que las diferencias en el rendimiento de componentes individuales tendrán un efecto sobre el rendimiento del amplificador y lo convertirán en no ideal. Puede ser posible configurar este circuito de manera que pueda sintonizarse con la adición de componentes discretos adicionales, pero esto no convierte una solución que es viable en útil para fines de producción a gran escala.

Un problema adicional con el log amp de la técnica anterior mostrado en la figura 1 es que presenta un rango de funcionamiento muy limitado (es decir, depende en gran medida de la frecuencia) y si la frecuencia de funcionamiento se aleja demasiado de la ideal, entonces el rendimiento logarítmico del circuito se ve afectado de manera adversa.

La figura 2 muestra una característica de transferencia típica de un log amp de la técnica anterior. El eje de las x muestra la tensión de entrada y el eje de las y muestra la tensión de salida (en dB) . El rango dinámico eficaz (mostrado por la región entre las líneas discontinuas) está representado por la parte lineal de la curva de transferencia, siendo éste el rango de tensiones de entrada para el que se genera una salida logarítmica verdadera. Fuera de este rango dinámico, la tensión de salida no será un logaritmo verdadero de la tensión de entrada, lo que limita su utilización, particularmente en lo que respecta a señales de entrada de nivel bajo.

La patente US nº 3.320.530 describe un ohmímetro que comprende un medidor, tal como un galvanómetro D'Arsonval, que presenta una bobina que presenta, en respuesta a una corriente que pasa a través de la misma, una desviación que está relacionada de manera sustancialmente lineal con la magnitud de la corriente.

Aspectos y realizaciones particulares de la invención se definen en las reivindicaciones independientes y dependientes.

El objetivo de las realizaciones de la presente invención es abordar los problemas existentes con los log amps de la técnica anterior, ya se hayan discutido en la presente memoria o no. En particular, las realizaciones de la presente invención tienen como objetivo mejorar los problemas asociados con los log amps que presentan un rango dinámico limitado.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un detector logarítmico según la reivindicación 1.

Preferentemente, el elemento amplificador es un transistor discreto, tal como BJT o FET, o un amplificador operacional. Los elementos amplificadores alternativos pueden incluir incluso válvulas de vacío.

Preferentemente, los medios para fijar la frecuencia de funcionamiento comprenden un circuito de retroalimentación, conectado entre la entrada y la salida del elemento amplificador. El circuito de retroalimentación comprende preferentemente un circuito sintonizado, tal como un circuito L-C o R-C. Para un control de frecuencia variable puede utilizarse un bucle de enganche de fase (PLL) .

Preferentemente, el umbral predeterminado se determina basándose en el flujo de corriente en un suministro de potencia al elemento amplificador. El nivel de corriente umbral puede detectarse midiendo la tensión a través de un resistor conocido.

1. Detector logarítmico que comprende:

un elemento amplificador (100) que puede hacerse funcionar para oscilar a una frecuencia en respuesta a una señal de entrada recibida;

un circuito de retroalimentación (110) conectado entre una entrada al elemento amplificador y una salida del elemento amplificador y que puede hacerse funcionar para establecer la frecuencia a la que funcionará el amplificador; y un elemento funcional (120) que puede hacerse funcionar para detectar una corriente extraída por el amplificador y para interrumpir la oscilación del amplificador cuando la corriente alcanza un umbral predeterminado, en el que la frecuencia de dicha interrupción es proporcional al logaritmo de la potencia de la señal de entrada, y un elemento funcional (130) que puede hacerse funcionar para derivar una señal de salida del detector basándose en la frecuencia de dicha interrupción de la oscilación del amplificador, en el que la señal de salida es una tensión analógica proporcional al logaritmo de la potencia de la señal de entrada.

2. Detector logarítmico según la reivindicación 1, en el que el elemento amplificador es un transistor discreto o un amplificador operacional.

3. Detector logarítmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el circuito de retroalimentación comprende un circuito sintonizado o un bucle de enganche de fase.

4. Detector logarítmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el flujo de corriente se mide utilizando o bien un comparador analógico o bien un convertidor digital-analógico.

5. Detector logarítmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento funcional que puede hacerse funcionar para la detección e interrupción puede hacerse funcionar para interrumpir la oscilación conectando a tierra de manera eficaz la entrada al elemento amplificador.

6. Detector logarítmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento funcional que puede hacerse funcionar para derivar una salida es un convertidor de frecuencia a tensión que puede hacerse funcionar para producir una tensión de CC proporcional al logaritmo de la potencia de la señal de entrada.

7. Detector logarítmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento funcional que puede hacerse funcionar para derivar una salida comprende además un multiplicador de frecuencia que puede hacerse funcionar para detectar con mayor frecuencia el umbral predeterminado.

8. Detector logarítmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un controlador que comprende el elemento funcional que puede hacerse funcionar para la detección e interrupción y el elemento funcional que puede hacerse funcionar para derivar una salida.

9. Detector logarítmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento funcional que puede hacerse funcionar para la detección e interrupción puede hacerse funcionar para generar una señal que presenta una serie de picos de tensión que resultan del comienzo de la oscilación por parte del elemento amplificador y la interrupción de la oscilación de la señal de entrada a una tasa proporcional al logaritmo de la potencia de la señal de entrada.

10. Detector logarítmico según la reivindicación 9, en el que el elemento funcional que puede hacerse funcionar para derivar una salida está conectado para recibir la señal que presenta una serie de picos de tensión y puede hacerse funcionar para derivar la salida a partir de los mismos.

11. Demodulador I/Q que comprende un par de detectores logarítmicos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

12. Procedimiento de detección de una señal, que comprende las etapas siguientes:

aplicar la señal a un elemento amplificador que comprende un circuito de retroalimentación selectivo en frecuencia, de modo que la suma del ruido y la señal hace que el elemento amplificador oscile;

detectar una corriente extraída por el elemento amplificador;

interrumpir la oscilación cuando la corriente alcanza un umbral predeterminado indicativo de oscilación, en el que la frecuencia de dicha interrupción es proporcional al logaritmo de la potencia de la señal de entrada; y derivar una señal de salida a partir de la frecuencia de dicha interrupción de la oscilación del amplificador, en el que la señal de salida es una tensión analógica proporcional al logaritmo de la potencia de la señal de entrada.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, que comprende además la etapa de convertir picos de tensión producidos por dicha interrupción en una tensión de CC que es directamente proporcional al logaritmo de la potencia de la señal.

14. Procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, en el que la etapa de interrupción comprende conectar a tierra de 10 manera eficaz una entrada al elemento amplificador.