CN100403044C - 迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特点是包括：迟滞窗口比较器、微分器、积分器、峰值检测器、模数转换器、电阻变换网络；微分器由运算放大器、跨接在运算放大器输入输出端的电阻、连接在输入端的电容电路构成；积分器由运算放大器、连接在运算放大器输入端的电阻、跨接在运算放大器输入输出端间的电容、与电容并联的开关构成；迟滞窗口比较器和微分器的输入端连接在一起，接收同一测量信号；微分器的输出端与积分器连接，迟滞窗口比较器的输出端与积分器的开关连接，积分器输出端与峰值检测器连接，峰值检测器输出接模数转换器输入端，模数转换器输出与控制迟滞比较器连接，以控制迟滞比较器窗口的大小。

Description

迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构

技术领域

本发明涉及一种迟滞测量电路，尤其涉及一种迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构。

背景技术

迟滞窗口比较器是集成电路中广泛使用的一种比较器，通过调节比较器的迟滞窗口大小可以有效地抑制噪声对比较器的干扰。

迟滞窗口比较器迟滞窗口测量的一般方法是，在比较器的输入端加一个三角波，在比较器输出的两个相临上升沿和下降沿之间测量三角波的下降/上升幅度，得到迟滞窗口的大小。

目前迟滞窗口比较器的形式很多，但是对迟滞比较器窗口的测量往往都是手工进行的，不适合大批量的测试，并且手工测试带有很大的主观性。在使用迟滞窗口比较器的系统中，例如迟滞窗口比较器用作延迟单元，如果改变迟滞比较器的窗口就可以改变延迟时间，目前还没有发现通过自动调整迟滞比较器窗口的大小的电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，它能够自动测量迟滞比较器的迟滞窗口的大小，并能够根据预先的设置自动调整迟滞窗口的大小。

本发明的目的是这样实现的：

一种迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特点是包括：被测试的迟滞窗口比较器、微分器、积分器、峰值检测器、模数转换器、电阻变换网络；

所述的迟滞窗口比较器由迟滞比较放大器电路构成，所述的微分器由运算放大器、跨接在运算放大器反相输入端和输出端之间的电阻R1、连接在运算放大器输入端的电容C1电路构成；

所述的积分器由运算放大器、连接在运算放大器反相输入端的电阻R2、跨接在运算放大器反相输入端和输出端之间的电容C2、与电容C2并联连接的工作控制开关S构成；

所述的迟滞窗口比较器的同相输入端和微分器的反相输入端连接在一起，接收同一测量信号；微分器的输出端与积分器的输入电阻R2连接，迟滞窗口比较器的输出端与积分器的工作控制开关S连接，积分器的输出端与峰值检测器连接，峰值检测器的输出接模数转换器的输入端，模数转换器的输出与控制迟滞比较器连接，以控制迟滞比较器窗口的大小。

在测量信号的上跳沿之前，迟滞窗口比较器输出低电平，积分器工作控制开关不打开；测量信号上跳沿之后，迟滞窗口比较器输出高电平，积分器工作控制开关打开，积分器开始工作，直到测量信号的下跳沿出现，迟滞窗口比较器输出低电平，积分器工作控制开关闭合；积分器的输出与迟滞窗口比较器的迟滞窗口成正比；峰值检测器保持积分器输出电压的大小，由此得到迟滞窗口比较器的迟滞窗口的大小。

在上述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构中，其中，所述的迟滞窗口比较器的同相输入端和微分器的反相输入端接收的测量信号是一种三角波；所述的迟滞窗口比较器的反相输入端和微分器的同相输入端接地；积分器的同相输入端接地。

在上述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构中，其中，所述的峰值检测器由共模电压变换网络电路、正峰值检测电路和负峰值检测电路组成。

在上述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构中，其中，所述的电阻变换网络由电阻R6和电阻R7串接组成，它设置在积分器的输出端，其作用是在迟滞窗口比较器的迟滞窗口信息的基础之上叠加一个直流电压，并可以作为迟滞窗口信息的输出端。

在上述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构中，其中，所述的正峰值检测电路42和负峰值检测电路43分别由一比较器、两个MOS晶体管、两电流源和一个电容C连接构成；所述的共模电压变换网络电路设置在正峰值检测电路和负峰值检测电路的输入端；该共模电压变换网络电路由三电阻R3、R4、R5组成，其作用是在迟滞窗口比较器的迟滞窗口信息的基础之上叠加一个直流电压，使峰值电压检测器能正常工作。

在上述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构中，其中，所述的微分器、积分器和峰值检测器由分立元件组成。

在上述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构中，其中，所述的微分器、积分器和峰值检测器可以集成在一块集成电路芯片里。

在上述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构中，其中，所述的测量信号电压三角波的上升边和下降边的中间位置设置在迟滞窗口比较器共模输入电压附近。

在上述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构中，其中，所述的微分器在整个测量信号电压三角波的周期内工作；积分器在迟滞窗口比较器的两个跳变沿之间工作，其余时间积分器工作控制开关中电容C2放电，积分器输出为0；在迟滞窗口比较器的下变沿时，积分器的输出正比于迟滞窗口比较器的迟滞窗口的大小。

在上述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构中，其中，所述的迟滞窗口比较器迟滞窗口的电压大小由积分器经峰值检测器输出，也可以经电阻变换网络输出；该电阻变换网络和峰值检测器的电阻网络的限值由微分器和积分器的时间常数之比决定。

本发明迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明由于迟滞窗口比较器和微分器的输入是同一种三角波，迟滞窗口比较器的输出控制积分器的工作开关，使积分器的输出与迟滞窗口比较器的迟滞窗口成正比，并且峰值检测器保持积分器输出电压的大小，由此可以得到迟滞窗口比较器的迟滞窗口的大小。

2.本发明由于迟滞窗口比较器迟滞窗口的电压值由峰值检测器检测，该峰值检测器既可以检测出正电压的峰值，也可以检测出负电压的峰值，并可以根据测量窗口的需要进行设置，通过调节电流I⁺和I^-可以比较精确地跟踪迟滞窗口比较器迟滞窗口的大小；

3.本发明由于振荡器由迟滞比较器构成，改变迟滞比较器窗口的大小，就可以实现振荡频率的改变；因此在使用时，一方面可以自动测试该迟滞比较器的窗口大小，另一方面可以根据测试的大小，向预先设置的窗口大小自动调整。

附图说明

通过以下对本发明迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1是本发明迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构的电原理图；

图2是本发明迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构中的峰值检测器的电原理图；

图3(a)是输入的三角波的波形；

图3(b)是迟滞窗口比较器输出的方波的波形；

图3(c)是微分器输出的Vm的波形；

图3(d)是积分器输出的Vo的波形；

图3(e)是峰值检测器输出的正、负脉冲的峰值波形。

图4是一实施例输出的主要节点的波形图；

图5是图4中峰值检测器输出波形的放大的波形示意图。

具体实施方式

迟滞窗口比较器迟滞窗口测量的一般方法是，在比较器的输入端加一个三角波，在比较器输出的两个相临上升沿和下降沿之间测量三角波的下降/上升幅度，得到迟滞窗口的大小。根据这一原理形成了本发明迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构。

请参见图1和图2所示，它们分别是本发明迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构的电原理图和其中峰值检测器的电原理图。本发明迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构由被测试的迟滞窗口比较器1、微分器2、积分器3、峰值检测器4、模数转换器5和电阻变换网络6组成。

所述的迟滞窗口比较器1由比较放大器电路构成；所述的微分器2由运算放大器201、跨接在运算放大器201反相输入端和输出端之间的电阻R1、连接在运算放大器201输入端的电容C1电路构成；所述的积分器3由运算放大器301、连接在运算放大器301反相输入端的电阻R2、跨接在运算放大器301反相输入端和输出端之间的电容C2、与电容C2并联连接的工作控制开关S构成；迟滞窗口比较器1的同相输入端和微分器2的反相输入端连接在一起，接收同一测量信号，该测量信号是一种三角波；微分器2的输出端与积分器3的输入连接，迟滞窗口比较器1的输出端与积分器3的工作控制开关连接，控制该开关的工作状态；迟滞窗口比较器1的反相输入端和微分器2的同相输入端接地；积分器3的同相输入端接地；积分器3的输出端与峰值检测器4连接。

所述的峰值检测器4由共模电压变换网络41、正峰值检测电路42和负峰值检测电路43组成。正峰值检测电路42和负峰值检测电路43分别由一比较器、两个MOS晶体管、两电流源和一个电容C连接构成；共模电压变换网络电路41设置在正峰值检测电路42和负峰值检测电路43的输入端，该共模电压变换网络电路41由三电阻R3、R4、R5组成，其作用是在迟滞窗口比较器1的迟滞窗口信息的基础之上叠加一个直流电压，使峰值电压检测器4能正常工作。所述的模数转换器5与峰值检测器4的输出端连接，模数转换器5将峰值检测器4输出端的模拟信号转换成数字信号后送至控制迟滞比较器1连接，以控制迟滞比较器1窗口的大小。所述的电阻变换网络6，由电阻R6和电阻R7串接组成，它设置在积分器3的输出端，其作用是在迟滞窗口比较器1的迟滞窗口信息的基础之上叠加一个直流电压，并可以作为迟滞窗口信息的输出端。

在上述微分器2、积分器3和峰值检测器4可以由集成电路构成，或可以由分立元件组成，也可以将微分器2、积分器3和峰值检测器4集成在一块集成电路芯片里。

本发明迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构的工作原理是：

将测量信号电压三角波的上升边和下降边的中间位置设置在迟滞窗口比较器1共模输入电压附近；在测量信号的上跳沿之前，迟滞窗口比较器1输出低电平，积分器3工作控制开关不打开；测量信号上跳沿之后，迟滞窗口比较器1输出高电平，积分器3工作控制开关打开，积分器3开始工作，直到测量信号的下跳沿出现，迟滞窗口比较器1输出低电平，积分器3工作控制开关闭合；积分器3的输出与迟滞窗口比较器1的迟滞窗口成正比；峰值检测器4保持积分器3输出电压的大小，由此得到迟滞窗口比较器1的迟滞窗口的大小。

微分器2在整个测量信号电压三角波的周期内工作；积分器3在迟滞窗口比较器1的两个跳变沿之间工作，其余时间积分器3工作控制开关中电容C2放电，积分器3输出为0；在迟滞窗口比较器1的下变沿时，积分器3的输出正比于迟滞窗口比较器1的迟滞窗口的大小。由此可见，迟滞窗口比较器1的迟滞窗口的大小由积分器3经峰值检测器4输出，也可以经电阻变换网络6输出；该电阻变换网络6和峰值检测器4的电阻网络的限值由微分器2和积分器3的时间常数之比决定。

本发明的设计参数是：

微分器2的输入是Vi，输出是：

$V_m=-R_1\×C_1\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

积分器3的输入Vm与输出V。之间的关系为：

$V_m=-R_2\×C_2\frac{d{V}_o}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

从以上两个公式可以求出积分器3输出电压的表达式：

$V_o=\frac{R_1{C}_1}{R_2{C}_2}\underset{t1}{\overset{t2}{\∫}}{\mathrm{dV}}_i=\frac{R_1{C}_1}{R_2{C}_2}{\mathrm{\ΔV}}_i{\↑}_{t1}^{t2}---\left(3\right)$

公式(3)中的t1和t2分别是迟滞窗口比较器1的上升沿和下降沿开始的时刻，ΔVi就是迟滞窗口比较器1的迟滞窗口的大小。如果选取R₁C₁＝R₂C₂积分器3在迟滞窗口比较器1下跳沿时的输出值就是迟滞窗口比较器1迟滞窗口的电压值，即：

$V_o=\mathrm{\Δ}{V}_i{\↑}_{t1}^{t2}---\left(4\right)$

上述的迟滞窗口比较器1迟滞窗口的电压值可以用一个峰值检测器4检测出来并保持一段时间。峰值检测器4可以检测出正电压的峰值，也可以检测出负电压的峰值，可以根据测量窗口的需要进行设置(见图2)调节电流I⁺和I^-可以比较精确地跟踪迟滞窗口比较器1迟滞窗口的大小。

请结合图1参见图3所示，图3中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别是输入的三角波、迟滞窗口比较器1输出的方波、微分器2输出Vm的波形、积分器3输出Vo的波形和峰值检测器4输出的正、负脉冲的峰值波形。

请结合图1、图2参见图4所示，所述的峰值检测器4由共模电压变换网络电路41、正峰值检测电路42和负峰值检测电路43组成。

为了使峰值检测器4工作处于正常状态，在正峰值检测电路42和负峰值检测电路43的输入端设置由三电阻R3、R4、R5组成的(如图2所示)，其作用是在迟滞窗口比较器1的迟滞窗口信息的基础之上叠加一个直流电压，使峰值电压检测器4能正常工作；电阻网络电路41中的电阻R3、R4和R5的选取与微分器2和积分器2的时间常数R1C1、R2C2的比值有关。如一个实例(见图4)，取R1C1＝3R1C1，此时R3＝R4＝R5＝R，图4为该实施例输出的主要节点的波形图。

请参见图5所示，图5是图4中峰值检测器输出波形的放大的波形示意图。可以看出该实施例的迟滞窗口的大小为：69.4mV(1597.33mV-1666.7mV)，即减去共模的直流电压。

由此可见本发明的精度比较高，可达到小于1mV，因此可以满足实际测量的需要。

综上所述，本发明迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构由于迟滞窗口比较器和微分器的输入是同一种三角波，通过控制积分器的工作开关，使积分器的输出与迟滞窗口比较器的迟滞窗口成正比，得到迟滞窗口比较器的迟滞窗口的大小；同时，峰值检测器可以检测出正、负电压的峰值，并可以根据测量窗口的需要进行设置，从而可以比较精确地跟踪迟滞窗口比较器迟滞窗口的大小，因此极为实用。

Claims (10)

1.一种迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特征在于包括：被测试的迟滞窗口比较器(1)、微分器(2)、积分器(3)、峰值检测器(4)、模数转换器(5)、电阻变换网络(6)；

所述的迟滞窗口比较器(1)由迟滞比较放大器电路构成，所述的微分器(2)由第一运算放大器(201)、跨接在第一运算放大器(201)反相输入端和输出端之间的电阻R1、连接在第一运算放大器(201)输入端的电容C1电路构成；

所述的积分器(3)由第二运算放大器(301)、连接在第二运算放大器(301)反相输入端的电阻R2、跨接在第二运算放大器(301)反相输入端和输出端之间的电容C2、与电容C2并联连接的工作控制开关S构成；

所述的迟滞窗口比较器(1)的同相输入端和微分器(2)的反相输入端连接在一起，接收同一测量信号；微分器(2)的输出端与积分器(3)的输入电阻R2连接，迟滞窗口比较器(1)的输出端与积分器(3)的工作控制开关S连接，积分器(3)的输出端与峰值检测器(4)连接，峰值检测器(4)的输出接模数转换器(5)的输入端，模数转换器(5)的输出与控制迟滞比较器(1)连接，以控制迟滞窗口比较器(1)窗口的大小；

在测量信号的上跳沿之前，迟滞窗口比较器(1)输出低电平，积分器(3)工作控制开关不打开；测量信号上跳沿之后，迟滞窗口比较器(1)输出高电平，积分器(3)工作控制开关打开，积分器(3)开始工作，直到测量信号的下跳沿出现，迟滞窗口比较器(1)输出低电平，积分器(3)工作控制开关闭合；积分器(3)的输出与迟滞窗口比较器(1)的迟滞窗口成正比；峰值检测器(4)保持积分器(3)输出电压的大小，由此得到迟滞窗口比较器(1)的迟滞窗口的大小。

2.如权利要求1所述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特征在于：所述的迟滞窗口比较器(1)的同相输入端和微分器(2)的反相输入端接收的测量信号是一种三角波；所述的迟滞窗口比较器(1)的反相输入端和微分器(2)的同相输入端接地；积分器(3)的同相输入端接地。

3.如权利要求1所述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特征在于：所述的峰值检测器(4)由共模电压变换网络电路(41)、正峰值检测电路(42)和负峰值检测电路(43)组成。

4.如权利要求1所述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特征在于：所述的电阻变换网络(6)由电阻R6和电阻R7串接组成，它设置在积分器(3)的输出端，其作用是在迟滞窗口比较器(1)的迟滞窗口信息的基础之上叠加一个直流电压，并可以作为迟滞窗口信息的输出端。

5.如权利要求3所述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特征在于：所述的正峰值检测电路(42)和负峰值检测电路(43)分别由一比较器、两个MOS晶体管、两电流源和一个电容C连接构成；所述的共模电压变换网络电路(41)设置在正峰值检测电路(42)和负峰值检测电路(43)的输入端；该共模电压变换网络电路(41)由三电阻R3、R4、R5组成，其作用是在迟滞窗口比较器(1)的迟滞窗口信息的基础之上叠加一个直流电压，使峰值电压检测器(4)能正常工作。

6.如权利要求1所述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特征在于：所述的微分器(2)、积分器(3)和峰值检测器(4)由分立元件组成。

7.如权利要求1所述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特征在于：所述的微分器(2)、积分器(3)和峰值检测器(4)可以集成在一块集成电路芯片里。

8.如权利要求2所述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特征在于：所述测量信号的三角波上升边和下降边的中间位置设置在迟滞窗口比较器(1)共模输入电压附近。

9.如权利要求2所述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特征在于：所述的微分器(2)在整个测量信号三角波的周期内工作；积分器(3)在迟滞窗口比较器(1)的两个跳变沿之间工作，其余时间积分器(3)工作控制开关中电容C2放电，积分器(3)输出为0；在迟滞窗口比较器(1)的下变沿时，积分器(3)的输出正比于迟滞窗口比较器(1)的迟滞窗口的大小。

10.如权利要求1或3所述的迟滞比较器迟滞窗口自动调节与测量的一种电路结构，其特征在于：所述的迟滞窗口比较器(1)迟滞窗口的电压大小由积分器(3)经峰值检测器(4)输出，也可以经电阻变换网络(6)输出；该电阻变换网络(6)和峰值检测器(4)的电阻网络的限值由微分器(2)和积分器(3)的时间常数之比决定。

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