CN101257291A - 一种梯形激励脉冲发生方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯形激励脉冲发生方法及装置，根据所需输出的梯形激励脉冲参数值确定出脉冲幅度的正直流控制电压信号电压值、负直流控制电压信号电压值、上升时间直流控制电压信号和下降时间直流控制电压信号的电压值，并生成对应直流控制电压信号；将正直流控制电压信号和负直流控制电压信号调制成方波脉冲；并将上升时间直流控制电压信号和下降时间直流控制电压信号和方波脉冲输入反向积分器生成梯形激励脉冲；梯形激励脉冲上升时间参数值与上升时间直流控制电压信号电压值、下降时间参数值与由下降时间直流控制电压信号电压值存在特定的数量关系，实现对梯形激励脉冲上升和下降时间的控制及调节，使输出梯形激励脉冲更稳定和精确。

Description

一种梯形激励脉冲发生方法及装置

技术领域

本发明涉及波形发生技术领域，尤其涉及一种梯形激励脉冲发生方法及装置。

背景技术

目前，压电式喷墨打印头得到了广泛的应用。一般的压电式喷墨打印头的喷头模块为一个压电装置，喷头的每个喷嘴都由一片压电陶瓷片驱动。当激励脉冲电压以一定的受控转换速率施加于对应的压电陶瓷片上时，压电陶瓷片受到激励向外偏移而形成一个负压波，从而把墨水吸进腔室，在一个固定脉冲持续时间之后，激励脉冲电压以一定的受控转换速率去除。这样，由于腔壁的张弛收缩作用，使得总的正向压力波向前传播而造成喷嘴喷射出液滴。

施加在压电陶瓷片的执行元件上驱使其发生变形动作的激励脉冲电压波形，根据喷头类型的不同而稍有差异，一种典型的梯形激励脉冲的电压波形如图1所示。该梯形激励脉冲可以用四个参数来描述：激励脉冲幅度(Fire PulseAmplitude，FPA)、激励脉冲宽度(Fire Pulse Width，FPW)、上升时间(Rise Time，RT)和下降时间(Fall Time，FT)。其中，梯形激励脉冲的这四个参数都会影响到所喷出墨滴的初速、体积以及所有墨滴的一致性，从而最终影响打印质量。

对于不同的喷头、墨水以及打印材质来说，要达到最佳的打印效果，都需要给喷头施加最为合适的激励脉冲电压波形，从而要求用于产生驱动压电式喷墨打印头的激励脉冲发生系统对输出的激励脉冲波形参数具有灵活的可调节性，即可以实时地设置所产生的梯形激励脉冲电压波形的激励脉冲幅度、激励脉冲宽度、上升时间和下降时间。同时，在保持较高精度的前提下，激励脉冲发生系统的结构需要尽量简化。

在目前的喷头控制系统中，普遍使用的一种激励脉冲发生系统的结构如图2所示。其中，脉冲幅度控制信号控制电压调整器产生与所需输出激励脉冲幅度一致的高压直流信号V+，通过半桥转换电路的开关变换作用将激励脉冲输出为V+或地电压，从而产生驱动喷头的激励脉冲电压波形信号。该激励脉冲发生系统可以灵活调节所产生激励脉冲的幅度参数，但其产生激励脉冲的上升、下降时间则是由激励脉冲发生系统的输出阻抗和负载等效电容共同决定的。这种激励脉冲发生系统的结构导致其产生的激励脉冲波形随负载的不同而有所波动，对最终的打印质量有一定的影响。

发明内容

本发明提供了一种梯形激励脉冲发生方法及装置，用以解决现有激励脉冲发生系统因为其上升时间和下降时间可能随激励脉冲发生系统的负载不同而使产生的激励脉冲的电压波形产生波动，最终影响喷墨打印头的打印质量的问题。

本发明提供了一种梯形激励脉冲发生装置，包括：第一单片机控制单元、正电压输出双通道数模转换单元、负电压输出双通道数模转换单元、第一模拟开关单元和第一梯形波发生单元；

所述第一单片机控制单元，用于根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出负直流控制电压信号电压值，并设正直流控制电压信号电压值为零；或者，根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出正直流控制电压信号电压值，并设负直流控制电压信号电压值为零；

当正直流控制电压信号电压值为零时，还根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值与负直流控制电压信号电压值确定出所述上升时间直流控制电压信号电压值；或当负直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值与正直流控制电压信号电压值确定出所述上升时间直流控制电压信号电压值；

当正直流控制电压信号电压值为零时，还根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值与负直流控制电压信号电压值确定出所述下降时间直流控制电压信号电压值；或当负直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值与所述正直流控制电压信号电压值确定出所述下降时间直流控制电压信号电压值；以及

根据确定出的所述正直流控制电压信号电压值和所述下降时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至所述正电压输出双通道数模转换单元；

根据确定出的所述负直流控制电压信号电压值和所述上升时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至所述负电压输出双通道数模转换单元；产生方波或矩形波脉冲形式的脉冲宽度控制信号并输入至所述第一模拟开关单元；

所述正电压输出双通道数模转换单元，用于将接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的正直流控制电压信号和下降时间直流控制电压信号；并将所述正直流控制电压信号输入至所述第一模拟开关单元；以及将所述下降时间直流控制电压信号输入至所述第一梯形波发生单元；

所述负电压输出双通道数模转换单元，用于将接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的负直流控制电压信号和上升时间直流控制电压信号；并将所述正直流控制电压信号输入至所述第一模拟开关单元；以及将所述上升时间直流控制电压信号输出至所述第一梯形波发生单元；

所述第一模拟开关单元，用于根据输入的所述脉冲宽度控制信号将所述正直流控制电压信号和负直流控制电压信号调制成对应的方波脉冲并输出至所述第一梯形波发生单元；

所述第一梯形波发生单元，用于根据输入的所述下降时间直流控制电压信号、所述上升时间直流控制电压信号和所述方波脉冲生成梯形激励脉冲并输出。

本发明还提供了一种梯形激励脉冲发生装置，包括：第二单片机控制单元、正电压输出双通道数模转换单元、负电压输出双通道数模转换单元、第二模拟开关单元和第二梯形波发生单元；

所述第二单片机控制单元，用于根据所需输出的正负梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号电压值；

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的第一下降时间参数值和所述正直流控制电压信号电压值确定出所述下降时间直流控制电压信号的电压值；或者根据所需输出的正负梯形激励脉冲的第二下降时间参数值和所述负直流控制电压信号电压值确定出所述下降时间直流控制电压信号的电压值；

还根据所需输出的正负梯形激励脉冲的上升时间参数值、所述正直流控制电压信号电压值和所述负直流控制电压信号电压值，确定出上升时间直流控制电压信号的电压值；

根据确定出的所述正直流控制电压信号电压值和所述下降时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至所述正电压输出双通道数模转换单元；

根据确定出的所述负直流控制电压信号电压值和所述上升时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至所述负电压输出双通道数模转换单元；

以及产生方波或矩形波脉冲形式的第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号并输入至所述第二模拟开关单元；

所述正电压输出双通道数模转换单元，用于对接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的正直流控制电压信号和下降时间直流控制电压信号；并将所述正直流控制电压信号输入至所述第二模拟开关单元；将所述下降时间直流控制电压信号输入至所述第二梯形波发生单元；

所述负电压输出双通道数模转换单元，用于对接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的负直流控制电压信号和上升时间直流控制电压信号；并将所述正直流控制电压信号输入至所述第二模拟开关单元；将所述上升时间直流控制电压信号输出至所述第二梯形波发生单元；

所述第二模拟开关单元，用于根据输入的所述第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号将所述正直流控制电压信号、负直流控制电压信号和零电压信号调制成对应的正负方波脉冲并输出至所述第二梯形波发生单元；

所述第二梯形波发生单元，用于根据输入的所述下降时间直流控制电压信号、所述上升时间直流控制电压信号和所述正负方波脉冲生成正负梯形激励脉冲并输出。

本发明提供了一种梯形激励脉冲发生方法，包括：

根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出负直流控制电压信号电压值，并设正直流控制电压信号电压值为零；或者，根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出正直流控制电压信号电压值，并设负直流控制电压信号电压值为零；

当所述正直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值和所述负直流控制电压信号的电压值确定出上升时间直流控制电压信号电压值；根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值和所述负直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号电压值；或者

当所述负直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值和所述正直流控制电压信号的电压值确定出上升时间直流控制电压信号电压值；根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值和所述正直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号的电压值；

根据确定出的所述负直流控制电压信号电压值、正直流控制电压信号电压值、上升时间直流控制电压信号电压值和下降时间直流控制电压信号电压值生成对应的直流控制电压信号；

使用方波或矩形波脉冲形式的脉冲宽度控制信号，将所述正直流控制电压信号和负直流控制电压信号调制成对应的方波脉冲；

将所述上升时间直流控制电压信号、所述下降时间直流控制电压信号以及所述方波脉冲输入由双差分放大电路构成反馈回路的反向积分器，生成梯形激励脉冲并输出。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种梯形激励脉冲发生方法及装置，根据所需输出的梯形激励脉冲的参数值分别确定出脉冲幅度的正直流控制电压信号的电压值、负直流控制电压信号电压值、上升时间直流控制电压信号电压值和下降时间直流控制电压信号的电压值；根据确定出的电压值生成对应的直流控制电压信号；使用方波或矩形波脉冲的脉冲宽度控制信号，将正直流控制电压信号和负直流控制电压信号调制成对应的方波脉冲；将上升时间直流控制电压信号、下降时间直流控制电压信号以及方波脉冲输入由双差分放大电路构成反馈回路的反向积分器，生成梯形激励脉冲并输出。由于梯形激励脉冲的上升时间和下降时间分别与上升时间直流控制电压信号的电压值和下降时间直流控制电压信号的电压值之间存在特定的数量关系，因此通过对上升直流控制电压信号电压值和下降时间直流控制电压信号电压值的精确控制及调节，就可以实现对输出的梯形激励脉冲对应的上升时间和下降时间进行精确控制及调节，使输出的梯形激励脉冲更加稳定和精确，避免了现有激励脉冲发生系统中因为负载的变化造成输出梯形激励脉冲波形发生波动的问题，并且根据不同方波脉冲信号的输入，能够对应生成不同类型的梯形激励脉冲并输出，以满足不同类型喷墨打印头的要求。

附图说明

图1为现有技术中典型的梯形激励脉冲波形图；

图2为现有技术中激励脉冲发生系统的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的梯形激励脉冲发生装置结构图；

图4为本发明实施例一提供的第一梯形波发生单元的内部电路图；

图5为本发明实施例一提供的脉冲宽度控制信号与方波脉冲的电压波形对照图；

图6为本发明实施例一提供的上升时间直流控制电压信号、下降时间直流控制电压信号和方波脉冲以及梯形激励脉冲对应的电压波形图；

图7为本发明实施例二提供的梯形激励脉冲发生装置结构图；

图8为本发明实施例二提供的第一脉冲宽度控制信号、第二脉冲宽度控制信号以及正负方波脉冲对应的电压波形图；

图9为本发明实施例二提供的正负方波脉冲与正负梯形激励脉冲对应的电压波形示意图；

图10为本发明实施例三提供的梯形激励脉冲发生方法的流程图；

图11为本发明实施例四提供的梯形激励脉冲发生方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，以具体实施例对本发明提供的一种梯形激励脉冲发生方法及装置进行详细的说明。

实施例一：

本发明实施例一提供了一种梯形激励脉冲发生装置，如图3所示，包括：第一单片机控制单元301、正电压输出双通道数模转换单元302、负电压输出双通道数模转换单元303、第一模拟开关单元304和第一梯形波发生单元305；其中：

第一单片机控制单元301，用于根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出负直流控制电压信号电压值，并设正直流控制电压信号电压值为零；或者，根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出正直流控制电压信号电压值，并设负直流控制电压信号电压值为零；

当正直流控制电压信号电压值为零时，还根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值与负直流控制电压信号电压值确定出上升时间直流控制电压信号电压值；或当负直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值与正直流控制电压信号电压值确定出上升时间直流控制电压信号电压值；

当正直流控制电压信号电压值为零时，还根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值与负直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号电压值；或者当负直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值与正直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号电压值；

以及根据确定出的正直流控制电压信号电压值和下降时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至正电压输出双通道数模转换单元302；

根据确定出的负直流控制电压信号电压值和上升时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至负电压输出双通道数模转换单元303；

产生方波或矩形波脉冲形式的脉冲宽度控制信号并输入至第一模拟开关单元304；

正电压输出双通道数模转换单元302，用于将接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的正直流控制电压信号和下降时间直流控制电压信号；并将正直流控制电压信号输入至第一模拟开关单元304；以及将下降时间直流控制电压信号输入至第一梯形波发生单元305；

负电压输出双通道数模转换单303，用于将接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的负直流控制电压信号和上升时间直流控制电压信号；并将负直流控制电压信号输入至第一模拟开关单元304；以及将上升时间直流控制电压信号输出至第一梯形波发生单元305；

第一模拟开关单元304，用于根据输入的脉冲宽度控制信号将正直流控制电压信号或负直流控制电压信号调制成对应的方波脉冲并输出至第一梯形波发生单元305；

第一梯形波发生单元305，用于根据输入的下降时间直流控制电压信号、上升时间直流控制电压信号和方波脉冲生成梯形激励脉冲并输出。

上述梯形激励脉冲发生装置还可以包括：线性功率放大单元306，用于将输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度线性扩大至原有脉冲幅度的M倍；M为大于1的整数。

上述梯形激励脉冲发生装置的第一梯形波发生单元为双差分放大电路构成反馈回路的反向积分器，如图4所示，其内部电路包括：积分运算电路和双差分放大电路；

积分运算电路，包括：电阻R1、电阻R2、运算放大器U1和反馈电容C1；其中电阻R1与R2串联，电阻R1与方波脉冲的输入端1相连，电阻R2与梯形波输出端相连；且R1与R2电阻值相等；

双差分放大电路，包括：PNP型三极管Q1和Q2、NPN型三级管Q3和Q4以及电阻R3和R4；三极管Q1和Q3共基极输入端与电阻R1与R2中间点相连；三极管Q1和Q2共发射极且与电阻R3和上升时间直流控制电压信号的输入端3相连；三极管Q3和Q4共发射极且与电阻R4和下降时间直流控制电压信号的输入端2相连；三极管Q2和Q4的基极分别接地，三极管Q2和Q4共集电极且与积分运算电路中运算放大器反向输入端相连。

下面以正直流控制电压信号的电压值设为零的情况对本发明实施例一提供的梯形激励脉冲发生装置的实现原理进行详细的说明。

在本发明实施例一中，梯形激励脉冲幅度的正直流控制电压信号的电压值为+V_P+，负直流控制电压信号的电压值为-V_P-、上升时间直流控制电压信号的电压值为-V_RT，下降时间直流控制电压信号的电压值为+V_FT。

由于负直流控制电压信号的电压值为零，或者正直流控制电压信号的电压值为零，本发明实施例一提供的梯形激励脉冲发生装置输出对应梯形激励脉冲的实现原理和过程完全类似，所以在此以正直流控制电压信号的电压值为零为例进行详细的说明。

因为梯形激励脉冲的脉冲幅度值的对应负值等于负直流控制电压信号的电压值，根据这种特定的数量关系，第一单片机控制单元设正直流控制电压信号电压值为零的情况下，根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值就可以确定负直流控制电压信号电压值。

通过根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值和负直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，以确定出上升时间直流控制电压信号的电压值：

$V_{\mathrm{RT}}=\frac{C_1\×V_{P-}\×R_4}{T_r}+0.7;$ 公式(1)

第一单片机控制单元通过将所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值、负直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，以确定出下降时间直流控制电压信号的电压值：

$V_{\mathrm{FT}}=\frac{C_1\×V_{P-}\×R_3}{T_f}+0.7;$ 公式(2)

上述公式(1)和公式(2)中，V_RT为上升时间直流控制电压信号的电压值的对应正值；

V_FT为下降时间直流控制电压信号的电压值；

T_r为上升时间参数值；T_f为下降时间参数值；

C₁为图4中反馈电容C1的电容值；

V_p-为负直流控制电压信号电压值的对应正值；

V_p+为正直流控制电压信号电压值；

R₃和R₄分别为图4中电阻R3和R4的电阻值。

本发明实施例一中的正电压输出双通道数模转换单元和负电压输出双通道数模转换单元为可以采用现有技术中比较常见的正/负电压输出双通道数字模拟转换器，在此对其实现原理不做具体的说明。

第一模拟开关单元，根据输入的脉冲宽度控制信号将正直流控制电压信号(零电压信号)和负直流控制电压信号调制成对应的方波脉冲并输出至第一梯形波发生单元；如图5是脉冲宽度控制信号P_FPW和对应调制出的方波脉冲P_S的波形对照图。脉冲宽度控制信号为脉冲幅度为5V的方波或者矩形波；对应调制出的方波脉冲P_S的脉冲幅度为-V_P-，方波脉冲的脉冲宽度等于脉冲宽度控制信号P_FPW的脉冲宽度。

当脉冲宽度控制信号P_FPW为逻辑高电平时，输出方波脉冲P_S的脉冲幅度等于负直流控制电压的电压值-V_P-；

当脉冲宽度控制信号P_FPW为逻辑低电平时，输出方波脉冲的脉冲幅度为零。

下面结合图4对第一梯形波发生单元的工作原理进行说明。

第一模拟开关单元将方波脉冲对应输入至反向积分器(即第一梯形波发生单元)的输入端1，正电压输出双通道数模转换单元将下降时间直流控制电压信号对应输入至反向积分器的输入端2，负电压输出双通道数模转换单元将上升时间直流控制电压信号对应输入至反向积分器的输入端3。

图4所示的反向积分器的基本工作原理是由三极管Q1、Q2、Q3和Q4组成的双差分放大电路提供给积分运算电路中反馈电容C1的充放电电流，从而在运算放大器U1输出端输出对应的梯形激励脉冲。

当输入的方波脉冲幅度为零时，反向积分器输出为零。

因为输入的方波脉冲为零，所以电阻R1和R2的中间点电压V_MID为零，三极管Q1、Q2、Q3和Q4的基极电压均为零，双差分放大电路处于平衡状态，三极管Q1、Q2、Q3和Q4的电流值关系式如下：

I_Q2＝I_Q4；        公式(3)

$I_{Q1}+I_{Q2}=\frac{V_{\mathrm{FT}}-0.7}{R_3};$ 公式(4)

$I_{Q3}+I_{Q4}=\frac{V_{\mathrm{RT}}-0.7}{R_4};$ 公式(5)

上式中，I_Q1、I_Q2、I_Q3和I_Q4分别是三极管Q1、Q2、Q3和Q4的电流值；0.7V是三极管BE集之间的PN结电压。

运算放大电路的反馈电容C1上没有电流流动，因此反向积分器的输出为零。

输入方波脉冲幅度由零跳变为负直流控制电压信号的电压值时，反向积分器输出电压值以恒定的速率从零增加至负直流控制电压信号电压值的对应正值，生成梯形激励脉冲的上升沿；

当输入的方波脉冲幅度从零跳变为负直流控制电压信号的电压值-V_P-时，因为电阻R1和R2的电阻值相等，电阻R1和R2的中间点电压V_MID跳变为-V_P-/2，此时三极管Q1和Q3的基极电位变为负电压，从而使三极管Q2和Q3截止，三极管Q1和Q4的电流达到最大，三极管Q1、Q2、Q3和Q4的电流值关系式如下：

I_Q2＝I_Q3＝0；        公式(6)

$I_{Q1}=\frac{V_{\mathrm{FT}}-V_{\mathrm{MID}}-0.7}{R_3};$ 公式(7)

$I_{Q4}=\frac{V_{\mathrm{RT}}-0.7}{R_4};$ 公式(8)

因为三极管Q2截止，所以三极管Q4会从反馈电容C1端吸收电流(即反馈电容C1进入放电过程)，从而造成反向积分器输出端输出的电压开始上升，当输入方形脉冲P_S的脉冲幅度在保持为-V_P-时，就形成了梯形激励脉冲的上升沿，电压上升速率取决与电容C1的放电速度，满足下列电容充放电公式：

$I=C\frac{\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\Δt}};$ 公式(9)

上式中，I为电容的放电电流值，即三极管Q4的电流值I_Q4；C为电容值，也即反馈电容C1的电容值C₁；T_r为上升时间；ΔV/Δt表示运算放大器端输出电压的变化率，即输出电压上升沿的斜率，也就是所输出梯形激励脉冲的脉冲幅度值V_P-脉冲上升时间T_r的比值。

将I_Q4和C₁带入公式(9)，并将ΔV/Δt替换为V_P-/T_r，对公式(9)进行变形为：

$I_{Q4}=\frac{C_1\×V_{P-}}{T_r}=\frac{V_{\mathrm{RT}}-0.7}{R_4};$ 公式(10)

进一步变形公式(10)得：

$T_r=\frac{C_1\×V_{P-}\×R_4}{V_{\mathrm{RT}}-0.7};$ 公式(11)

由公式(11)可以看出，本发明实施例一中，当梯形激励脉冲的脉冲幅度已确定，上升时间直流控制电压信号的电压值与输出梯形激励脉冲的上升时间存在特定的数量关系，通过对上升时间直流控制电压信号电压值的精确控制及调节，就可以实现对输出的梯形激励脉冲的上升时间进行精确控制及调节。

另外，上述公式(11)简单变形得出：

$V_{\mathrm{RT}}=\frac{C_1\×V_{P-}\×R_4}{T_r}+0.7,$ 即公式(1)，当所需输出的梯形激励脉冲的上升时间T_r以及脉冲幅度已确定，将上升时间的参数值以及负直流控制电压信号的电压值的对应正值代入上述公式(1)，就可以对应确定上升时间直流控制电压信号的电压值。

输入方波脉冲幅度维持为负直流控制电压信号的电压值不变时，反向积分器的输出维持负直流控制电压信号电压值的对应正值不变；

因为当输入方波脉冲幅度维持为负直流控制电压的电压值不变时，电阻R1和R2的中间点电压V_MID为零，三极管Q1、Q2、Q3和Q4的基极电压均为零，双差分放大电路再次进入平衡状态，三极管Q1、Q2、Q3和Q4的电流值的关系式与公式(3)、(4)和(5)完全相同，运算放大器的反馈电容C1上也没有电流流动，因此，反向积分器的输出端维持负直流控制电压电压值的对应正值+V_P-不变。

输入方波脉冲幅度由负直流控制电压信号的电压值跳变回零时，反向积分器的输出电压值以恒定的速率从负直流控制电压信号电压值的对应正值降低至零，生成梯形激励脉冲的下降沿；

当输入方波脉冲幅度由负直流控制电压的电压值-V_P-跳变回零时，电阻R1和R2的中间点电压V_MID跳变为V_P-/2，此时三极管Q1和Q3的基极电压变为正电压，从而使三极管Q1、Q4截止，Q2、Q3的电流达到最大，三极管Q1、Q2、Q3和Q4的电流值关系式如下：

I_Q1＝I_Q4＝0；        公式(12)

$I_{Q3}=\frac{V_{\mathrm{MID}}-0.7+V_{\mathrm{RT}}}{R_4};$ 公式(13)

$I_{Q2}=\frac{V_{\mathrm{FT}}-0.7}{R_3};$ 公式(14)

因为三极管Q4截止，三极管Q2给反馈电容C1进行充电，运算放大器输出端(也即反向积分器的输出端)输出的电压开始下降，下降的速率取决与电容的充电速度，满足电容充放电公式：

$I=C\frac{\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\Δt}};$ 公式(9)

上式中，I为电容的放电电流值，即三极管Q2的电流值I_Q2；C为反馈电容C1的电容值C₁；T_f为下降时间；ΔV/Δt表示运算放大器端输出电压的变化率，即输出电压下降沿的斜率，也等于所输出梯形激励脉冲的脉冲幅度值V_P-与下降时间T_f的比值。

将I_Q2和C₁带入公式(9)，并将ΔV/Δt替换为V_P-/T_f，对公式(9)进行变形为：

$I_{Q2}=\frac{C_1\×V_{P-}}{T_f}=\frac{V_{\mathrm{FT}}-0.7}{R_3};$ 公式(15)

进一步变形公式(15)得：

$T_f=\frac{C_1\×V_{P-}\×R_3}{V_{\mathrm{FT}}-0.7};$ 公式(16)

由公式(16)可以看出，当输出梯形激励脉冲的脉冲幅度已确定，下降时间直流控制电压信号的电压值与输出梯形激励脉冲的下降时间参数值存在特定的数量关系，通过对下降时间直流控制电压信号电压值的精确控制及调节，就可以实现对输出的梯形激励脉冲的下降时间进行精确控制及调节。

另外，上述公式(16)简单变形得出：

$V_{\mathrm{FT}}=\frac{C_1\×V_{P-}\×R_3}{T_f}+0.7,$ 即公式(2)，当所需输出的梯形激励脉冲的上升时间和脉冲幅度已确定时，可以将下降时间参数值和负直流控制电压信号电压值的对应正值带入公式(2)，即可以确定出下降时间直流控制电压信号的电压值。

图6所示的是上升时间直流控制电压信号、下降时间直流控制电压信号和方波脉冲以及梯形激励脉冲的对应电压波形图。其中，方波脉冲P_S的脉冲幅度为-V_P-，输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度为+V_P-，T_r为梯形激励脉冲的上升时间，T_f为梯形激励脉冲的下降时间，T_w为梯形激励脉冲的脉冲宽度。

当然，上述对梯形激励脉冲装置生成梯形激励脉冲的原理的相应说明中，是以正直流控制电压信号电压值为零的情况进行说明的，在负直流控制电压信号为零的情况下，上述过程类似，例如第一单片机控制单元将上升时间参数值和正直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，以确定出上升时间直流控制电压信号的电压值：

$V_{\mathrm{RT}}=\frac{C_1\×V_{P+}\×R_4}{T_r}+0.7;$ 公式(17)

将所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值、正直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，确定出下降时间直流控制电压信号的电压值：

$V_{\mathrm{FT}}=\frac{C_1\×V_{P+}\×R_3}{T_f}+0.7;$ 公式(18)

上述公式(17)和公式(18)中，V_p+为正直流控制电压信号电压值。

从上述公式(17)和公式(18)可以看出，在负直流控制电压信号为零的情况下，当输出梯形激励脉冲的脉冲幅度已确定，下降时间直流控制电压信号的电压值与输出梯形激励脉冲的下降时间参数值存在特定的数量关系。

从图6以及上述对梯形激励脉冲生成原理的说明可以清楚地看出，通过图4所示的梯形激励脉冲发生装置的内部电路，输出梯形激励脉冲的脉冲宽度由输入方波脉冲的脉冲宽度确定，梯形激励脉冲的脉冲幅度由输入方波脉冲的脉冲幅度确定，梯形激励脉冲的上升时间由输入的上升时间直流控制电压信号确定，梯形激励脉冲的下降时间由下降时间直流控制电压信号确定。通过对输入方波脉冲的参数、上升时间直流控制电压信号的电压值和下降时间直流控制电压信号的电压值的控制和调节，就可以实现对输出的梯形激励脉冲的全部参数的控制及调节。

实施例二：

本发明实施例二提供另一种梯形激励脉冲发生装置，如图7所示，包括：第二单片机控制单元701、正电压输出双通道数模转换单元702、负电压输出双通道数模转换单元703、第二模拟开关单元704和第二梯形波发生单元705；其中：

第二单片机控制单元701，用于根据所需输出的正负梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号电压值；

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的第一下降时间参数值和正直流控制电压信号电压值或者根据所需输出的正负梯形激励脉冲的第二下降时间参数值和负直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号的电压值；

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的上升时间参数值、正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号电压值，确定出上升时间直流控制电压信号的电压值；

将确定出的正直流控制电压信号电压值和下降时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至正电压输出双通道数模转换单元702；

将确定出的负直流控制电压信号电压值和上升时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至负电压输出双通道数模转换单元703；

以及产生方波或矩形波脉冲形式的第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号并输入至第二模拟开关单元704；

正电压输出双通道数模转换单元702，用于对接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的正直流控制电压信号和下降时间直流控制电压信号；并将正直流控制电压信号输入至第二模拟开关单元704；将下降时间直流控制电压信号输入至第二梯形波发生单元705；

负电压输出双通道数模转换单元703，用于对接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的负直流控制电压信号和上升时间直流控制电压信号；并将正直流控制电压信号输入至第二模拟开关单元704；将上升时间直流控制电压信号输入至第二梯形波发生单元705；

第二模拟开关单元704，用于根据输入的第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号将正直流控制电压信号、负直流控制电压信号和零电压信号调制成对应的正负方波脉冲并输出至第二梯形波发生单元705；

第二梯形波发生单元705，用于根据输入的下降时间直流控制电压信号、上升时间直流控制电压信号和正负方波脉冲生成正负梯形激励脉冲并输出。

上述梯形激励脉冲发生装置还可以包括：线性功率放大单元706；用于将输出的正负梯形激励脉冲的脉冲幅度线性扩大至原有脉冲幅度的M倍；M为大于1的整数。

在上述梯形激励脉冲发生装置中，第二梯形波发生单元与实施例一中的第一梯形发生单元的内部电路完全相同，下面结合附图4对本发明实施例二提供的梯形激励脉冲发生装置的工作原理进行说明。

因为所需输出的正负梯形激励脉冲的脉冲幅度包括负脉冲幅度值及正脉冲幅度值，负脉冲幅度值的对应正值等于正直流控制电压信号的电压值；相应地，正脉冲幅度值的对应负值等于负直流控制电压信号的电压值。因此，第二单片机控制单元可以根据所需输出的正负梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号电压值；

第二单片机控制单元还根据所需输出的梯形激励脉冲的第一下降时间参数值和正直流控制电压信号电压值或者根据所需输出的梯形激励脉冲的第二下降时间参数值和负直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号的电压值；其确定的方法如下：

通过将所需输出的梯形激励脉冲的第一下降时间参数值、正直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，确定出下降时间直流控制电压信号的电压值：

${V_{\mathrm{FT}}}^{\′}=\frac{C_1\×{V_{P+}}^{\′}{R}_3}{{T_{f_1}}^{\′}}+0.7;$ 公式(19)

或者将所需输出的梯形激励脉冲的第二下降时间参数值、负直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，确定出下降时间直流控制电压信号的电压值：

${V_{\mathrm{FT}}}^{\′}=\frac{C_1\×{V_{P-}}^{\′}\×R_3}{{T_{f_2}}^{\′}}0.7;$ 公式(20)

第二单片机控制单元还根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值、正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号电压值，确定出上升时间直流控制电压信号的电压值。过程如下：将所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值、正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号电压值代入下列公式计算，确定出上升时间直流控制电压信号的电压值：

${T_r}^{\′}=\frac{C_1\×({V_{P+}}^{\′}+{V_{P-}}^{\′})\×R_4}{{V_{\mathrm{RT}}}^{\′}-0.7};$ 公式(21)

上述公式(19)至公式(21)中，T_f1′为正负梯形激励脉冲的第一下降时间；T_f2′为正负梯形激励脉冲的第二下降时间；V_RT′为上升时间直流控制电压的电压值的对应正值；V_FT′为下降时间直流控制电压的电压值；V_p-′为负直流控制电压信号电压值的对应正值；V_p+′为正直流控制电压信号电压值；C₁为第二梯形波发生单元中反馈电容C1的电容值；R₃和R₄分别为第二梯形波发生单元中电阻R3和R4的电阻值。

本发明实施例二中的正电压输出双通道数模转换单元和负电压输出双通道数模转换单元的功能与实施例一的对应单元完全相同，在此不再进行详细说明。

第二模拟开关根据第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号，将脉冲幅度正直流控制电压信号、负直流控制电压信号和零电压信号调制成对应的正负方波脉冲，其过程包括：

当第一脉冲宽度控制信号为逻辑高电平时，输出正负方波脉冲的幅度值为正直流控制电压信号的电压值；

当第二脉冲宽度控制信号为逻辑高电平时，输出正负方波脉冲的幅度值为负直流控制电压信号的电压值；

当第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号均为逻辑低电平时，输出正负方波脉冲幅度为零。

图8是第一脉冲宽度控制信号、第二脉冲宽度控制信号以及正负方波脉冲对应的电压波形图；P_FPW1为第一脉冲宽度控制信号，P_FPW2为第二脉冲宽度控制信号，P_S′为正负方波脉冲。从图中可以看出，第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号为方波或矩形波脉冲，第一脉冲宽度控制信号的下降沿与第二脉冲宽度控制信号的上升沿重合。

第二梯形波发生单元因为内部电路实施例一中第一梯形波发生单元的内部电路相同，因而第二梯形波发生单元将根据输入的正负方波脉冲生成正负梯形激励脉冲的原理与第一梯形波发生单元相似，具体说明如下：

输入正负方波脉冲幅度为零时，反向积分器输出为零；

输入正负方波脉冲幅度由零跳变为正直流控制电压信号的电压值时，反向积分器输出电压值以恒定的速率从零减少至正直流控制电压信号电压值的对应负值，生成正负梯形激励脉冲的第一下降沿；

输入正负方波脉冲幅度维持为正直流控制电压信号的电压值不变时，反向积分器的输出维持正直流控制电压信号电压值的对应负值不变；

输入方波脉冲幅度由正直流控制电压信号的电压值跳变至负直流控制电压的信号的电压值时，反向积分器输出的电压值以恒定的速率从正直流控制电压信号电压值的对应负值增加至负直流控制电压信号电压值的对应正值，生成正负梯形激励脉冲的上升沿；

输入正负方波脉冲幅度维持为负直流控制电压信号的电压值不变时，反向积分器的输出维持负直流控制电压信号电压值的对应正值不变；

输入正负方波脉冲幅度从负直流控制电压信号的电压值跳变回零时，反向积分器输出电压值以恒定的速率从负直流控制电压信号电压值的对应正值减少至零，生成正负梯形激励脉冲的第二下降沿。

图9是输入的正负方波脉冲与第二梯形波生成单元生成的正负梯形激励脉冲的电压波形对照图。正负梯形激励脉冲P_T′包含有第一下降沿901，对应的第一下降时间为T_f1′；上升沿902，对应的上升时间为T_r′；以及第二下降沿903，对应的第二下降时间为T_f2′。T_w1是正负梯形激励脉冲的第一宽度值，T_w2是正负梯形激励脉冲的第二宽度值。

相类似地，第二梯形波发生单元形成的正负梯形激励脉冲的上升时间以及第一下降时间和第二下降时间分别与上升时间直流控制电压信号的电压值、下降时间直流控制电压信号的电压值存在如下数量关系：

${T_{f1}}^{\′}=\frac{C_1\×{V_{P+}}^{\′}\×R_3}{{V_{\mathrm{FT}}}^{\′}-0.7};$ 公式(22)

${T_{f2}}^{\′}=\frac{C_1\×{V_{P-}}^{\′}\×R_3}{{V_{\mathrm{FT}}}^{\′}-0.7};$ 公式(23)

$T_r^{\′}=\frac{C_1\×({V_{P+}}^{\′}+{V_{P-}}^{\′})\×R_4}{{V_{\mathrm{RT}}}^{\′}-0.7};$ 公式(24)

同样，从上述公式可以看出，当正负梯形激励脉冲的正负脉冲幅度已确定时，正负梯形激励脉冲的上升时间以及第一下降时间和第二下降时间分别与上升时间直流控制电压信号的电压值、下降时间直流控制电压信号的电压值存在着特定的数量关系，因此通过对上升时间直流控制电压信号电压值和下降时间直流控制电压信号电压值的精确控制及调节，就可以实现对输出的正负梯形激励脉冲的上升时间、第一下降时间和第二下降时间进行精确控制及调节。

本发明实施例一和实施例二提供的梯形激励脉冲发生装置，仅为本发明实施例的一个较佳的实现方案，实际应用中，还可以有多种具体实施方案，例如可以将梯形激励脉冲发生装置中各功能单元进一步集成，或者进行拆分，在不改变本发明实施例提供的梯形激励脉冲发生装置实现原理的前提下，本发明实施例对梯形激励脉冲发生装置的内部结构任何变形并不做限定。

本发明实施例一和实施例二提供的梯形激励脉冲发生装置中的第一梯形波发生单元和第二梯形波发生单元的内部电路仅仅是梯形激励脉冲发生方法中的一种较佳的实现方式，实际应用中，还可以有多种其他电路的实现方式，本发明实施例对采用何种具体的电路并不做限定。

实施例三：

本发明实施例三提供了一种梯形激励脉冲发生方法，如图10所示，包括以下步骤：

步骤101、根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出负直流控制电压信号电压值，并设正直流控制电压信号电压值为零；或者，根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出正直流控制电压信号电压值，并设负直流控制电压信号电压值为零；

当正直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值和负直流控制电压信号的电压值确定出上升时间直流控制电压信号电压值；根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值和负直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号电压值；或者

当负直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值和正直流控制电压信号的电压值确定出上升时间直流控制电压信号电压值；根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值和正直流控制电压信号的电压值确定出下降时间直流控制电压信号的电压值；

步骤102、根据确定出的负直流控制电压信号电压值、正直流控制电压信号电压值、上升时间直流控制电压信号电压值和下降时间直流控制电压信号的电压值生成对应的直流控制电压信号；

步骤103、使用方波或矩形波脉冲形式的脉冲宽度控制信号，将正直流控制电压信号和负直流控制电压信号调制成对应的方波脉冲；

调制的过程包括：当脉冲宽度控制信号为逻辑高电平时，输出方波脉冲幅度为正直流控制电压信号的电压值或负直流控制电压信号的电压值；

当脉冲宽度控制信号为逻辑低电平时，输出方波脉冲幅度为零。

步骤104、将上升时间直流控制电压信号、下降时间直流控制电压信号以及方波脉冲输入由双差分放大电路构成反馈回路的反向积分器，生成梯形激励脉冲并输出。其具体实现过程如下：

输入方波脉冲幅度为零时，反向积分器输出为零；

输入方波脉冲幅度由零跳变为负直流控制电压信号的电压值时，反向积分器输出电压值以恒定的速率从零增加至负直流控制电压信号电压值的对应正值，生成梯形激励脉冲的上升沿；

输入方波脉冲幅度维持为负直流控制电压信号的电压值不变时，反向积分器的输出维持负直流控制电压信号电压值的对应正值不变；

输入方波脉冲幅度由负直流控制电压信号的电压值跳变回零时，反向积分器输出的电压值以恒定的速率从负直流控制电压信号电压值的对应正值降低至零，生成梯形激励脉冲的下降沿；或者

当输入方波脉冲幅度由零跳变为正直流控制电压信号的电压值时，反向积分器输出的电压值以恒定的速率从零减少至正直流控制电压信号电压值的对应负值，生成梯形激励脉冲的下降沿；

输入方波脉冲幅度维持为正直流控制电压信号的电压值不变时，反向积分器的输出维持正直流控制电压信号电压值的对应负值不变；

输入方波脉冲幅度由正直流控制电压信号的电压值跳变回零时，反向积分器输出电压值以恒定的速率从正直流控制电压信号电压值的对应负值增加至零，生成梯形激励脉冲的上升沿。

为了满足喷墨打印头的电压需要，还可以将输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度线性扩大至原有脉冲幅度的M倍；提高梯形激励脉冲的脉冲幅度以驱动喷头喷出墨滴。

扩大后的梯形激励脉冲的脉冲幅度FPA由下列公式得出：

$-V_{P-}=-\frac{\mathrm{FPA}}{M};$ 公式(25)

上式中，M为脉冲幅度线性扩大的倍数，M为大于1的整数。

经线性扩大后的梯形激励脉冲的上升时间计算公式如下：

$T_r=\frac{C1\×\mathrm{FPA}\×R_4}{M\×(V_{\mathrm{RT}}-0.7)};$ 公式(26)

经线性扩大后的梯形激励脉冲的下降时间计算公式如下：

$T_f=\frac{C1\×\mathrm{FPA}\×R_3}{M\×(V_{\mathrm{RT}}-0.7)};$ 公式(27)

从公式(26)和公式(27)可以看出，经线性扩大后的梯形激励脉冲的上升时间和下降时间与原有的梯形激励脉冲的上升时间和下降时间相比没有变化。

实施例四：

本发明实施例四提供一种正负梯形激励脉冲的发生方法，如图11所示，包括以下步骤：

步骤111、根据所需输出的正负梯形激励脉冲的正负脉冲幅度确定出正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号的电压值；

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的第一下降时间参数值和正直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号的电压值；或者

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的第二下降时间参数值和负直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号的电压值；

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的上升时间参数值、正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号电压值，确定出上升时间直流控制电压信号的电压值；

步骤112、根据确定出的负直流控制电压信号电压值、正直流控制电压信号的电压值、上升时间直流控制电压信号的电压值和下降时间直流控制电压信号的电压值生成对应的直流控制电压信号；

步骤113、使用方波或矩形波脉冲形式的第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号，将正直流控制电压信号、负直流控制电压信号和零电压信号调制成正负方波脉冲；第一脉冲宽度控制信号的下降沿与第二脉冲宽度控制信号的上升沿重合；

调制的过程包括：当第一脉冲宽度控制信号为逻辑高电平时，输出正负方波脉冲的幅度值为正直流控制电压信号的电压值；

当第二脉冲宽度控制信号为逻辑高电平时，输出正负方波脉冲的幅度值为负直流控制电压信号的电压值；

当第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号均为逻辑低电平时，输出正负方波脉冲幅度为零。

步骤114、将上升时间直流控制电压信号、下降时间直流控制电压信号和正负方波脉冲输入至由双差分放大电路构成反馈回路的反向积分器，生成正负梯形激励脉冲并输出。其具体实现过程如下：

输入正负方波脉冲幅度为零时，反向积分器输出为零；

输入正负方波脉冲幅度由零跳变为正直流控制电压信号的电压值时，反向积分器输出电压值以恒定的速率从零减少至正直流控制电压信号电压值的对应负值，生成正负梯形激励脉冲的第一下降沿；

输入正负方波脉冲幅度维持为正直流控制电压信号的电压值不变时，反向积分器的输出维持正直流控制电压信号电压值的对应负值不变；

输入方波脉冲幅度由正直流控制电压信号的电压值跳变至负直流控制电压信号的电压值时，反向积分器输出的电压值以恒定的速率从正直流控制电压信号电压值的对应负值增加至负直流控制电压信号电压值的对应正值，生成正负梯形激励脉冲的上升沿；

输入正负方波脉冲幅度维持为负直流控制电压信号的电压值不变时，反向积分器的输出维持负直流控制电压信号电压值的对应正值不变；

输入正负方波脉冲幅度从负直流控制电压信号的电压值跳变回零时，反向积分器输出电压值以恒定的速率从负直流控制电压信号电压值的对应正值减少至零，生成正负梯形激励脉冲的第二下降沿。

本发明实施例提供的梯形激励脉冲发生方法，根据所需输出的梯形激励脉冲参数值确定出脉冲幅度的正直流控制电压信号电压值、负直流控制电压信号电压值、上升时间直流控制电压信号和下降时间直流控制电压信号的电压值，并生成对应直流控制电压信号；将正直流控制电压信号和负直流控制电压信号调制成方波脉冲；并将上升时间直流控制电压信号和下降时间直流控制电压信号和方波脉冲输入反向积分器生成梯形激励脉冲。由于梯形激励脉冲的上升时间和下降时间分别与上升时间直流控制电压信号的电压值以及下降时间直流控制电压信号的电压值之间存在特定的数量关系，因此通过对上升直流控制电压信号电压值和下降时间直流控制电压信号电压值的精确控制及调节，就可以实现对输出的梯形激励脉冲对应的上升时间和下降时间进行精确控制及调节，使输出的梯形激励脉冲更加稳定和精确，避免了现有激励脉冲发生系统中因为负载的变化造成输出梯形激励脉冲波形发生波动的问题，并且根据不同方波脉冲信号的输入，能够对应生成不同类型的梯形激励脉冲并输出。

另外，本发明实施例提供的梯形激励脉冲发生装置能够实现对上升/下降时间直流控制电压信号的数字调节，结构较简单，调节的精度较高，并可以实现多种类型梯形激励脉冲的输出，以满足不同类型喷墨打印头的要求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1、一种梯形激励脉冲发生装置，其特征在于，包括：第一单片机控制单元、正电压输出双通道数模转换单元、负电压输出双通道数模转换单元、第一模拟开关单元和第一梯形波发生单元；

所述第一单片机控制单元，用于根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出负直流控制电压信号电压值，并设正直流控制电压信号电压值为零；或者，根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出正直流控制电压信号电压值，并设负直流控制电压信号电压值为零；

当正直流控制电压信号电压值为零时，还根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值与负直流控制电压信号电压值确定出所述上升时间直流控制电压信号电压值；或当负直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值与正直流控制电压信号电压值确定出所述上升时间直流控制电压信号电压值；

当正直流控制电压信号电压值为零时，还根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值与负直流控制电压信号电压值确定出所述下降时间直流控制电压信号电压值；或当负直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值与所述正直流控制电压信号电压值确定出所述下降时间直流控制电压信号电压值；以及

根据确定出的所述正直流控制电压信号电压值和所述下降时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至所述正电压输出双通道数模转换单元；

根据确定出的所述负直流控制电压信号电压值和所述上升时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至所述负电压输出双通道数模转换单元；产生方波或矩形波脉冲形式的脉冲宽度控制信号并输入至所述第一模拟开关单元；

所述正电压输出双通道数模转换单元，用于将接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的正直流控制电压信号和下降时间直流控制电压信号；并将所述正直流控制电压信号输入至所述第一模拟开关单元；以及将所述下降时间直流控制电压信号输入至所述第一梯形波发生单元；

所述负电压输出双通道数模转换单元，用于将接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的负直流控制电压信号和上升时间直流控制电压信号；并将所述正直流控制电压信号输入至所述第一模拟开关单元；以及将所述上升时间直流控制电压信号输出至所述第一梯形波发生单元；

所述第一模拟开关单元，用于根据输入的所述脉冲宽度控制信号将所述正直流控制电压信号和负直流控制电压信号调制成对应的方波脉冲并输出至所述第一梯形波发生单元；

所述第一梯形波发生单元，用于根据输入的所述下降时间直流控制电压信号、所述上升时间直流控制电压信号和所述方波脉冲生成梯形激励脉冲并输出。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一梯形波发生单元为双差分放大电路构成反馈回路的反向积分器，其内部电路包括：积分运算电路和双差分放大电路；

所述积分运算电路，包括：电阻R1、电阻R2、运算放大器U1和反馈电容C1；其中电阻R1与R2串联，电阻R1与方波脉冲的输入端1相连，电阻R2与梯形波输出端相连；且R1与R2电阻值相等；

所述双差分放大电路，包括：PNP型三极管Q1和Q2、NPN型三级管Q3和Q4以及电阻R3和R4；所述三极管Q1和Q3共基极输入端与所述电阻R1与R2中间点相连；所述三极管Q1和Q2共发射极且与电阻R3和上升时间直流控制电压信号的输入端3相连；所述三极管Q3和Q4共发射极且与电阻R4和下降时间直流控制电压信号的输入端2相连；所述三极管Q2和Q4的基极分别接地，所述三极管Q2和Q4共集电极且与所述积分运算电路中运算放大器反向输入端相连。

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，当所述正直流控制电压信号电压值为零时，所述第一单片机控制单元通过将所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值、负直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，确定出所述上升时间直流控制电压信号的电压值：

$V_{\mathrm{RT}}=\frac{C_1\×V_{P-}\×R_4}{T_r}+0.7;$

以及通过将所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值、负直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，确定出所述下降时间直流控制电压信号的电压值：

$V_{\mathrm{FT}}=\frac{C_1\×V_{P-}\×R_3}{T_f}+0.7;$

当所述负直流控制电压信号电压值为零时，所述第一单片机控制单元通过将所述上升时间参数值和正直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，确定出所述上升时间直流控制电压信号的电压值：

$V_{\mathrm{RT}}=\frac{C_1\×V_{P+}\×R_4}{T_r}+0.7;$

以及通过将所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值、正直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，确定出所述下降时间直流控制电压信号的电压值：

$V_{\mathrm{FT}}=\frac{C_1\×V_{P+}\×R_3}{T_f}+0.7;$

上式中，V_RT为所述上升时间直流控制电压信号的电压值的对应正值；V_FT为所述下降时间直流控制电压信号的电压值；T_r为上升时间参数值；T_f为下降时间参数值；C₁为所述反馈电容C1的电容值；V_p-为负直流控制电压信号电压值的对应正值；V_p+为正直流控制电压信号电压值；R₃和R₄分别为所述电阻R3和R4的电阻值。

4、如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，还包括：线性功率放大单元；

所述线性功率放大单元，用于将输出的所述梯形激励脉冲的脉冲幅度线性扩大至原有脉冲幅度的M倍；M为大于1的整数。

5、一种梯形激励脉冲发生装置，其特征在于，包括：第二单片机控制单元、正电压输出双通道数模转换单元、负电压输出双通道数模转换单元、第二模拟开关单元和第二梯形波发生单元；

所述第二单片机控制单元，用于根据所需输出的正负梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号电压值；

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的第一下降时间参数值和所述正直流控制电压信号电压值确定出所述下降时间直流控制电压信号的电压值；或者根据所需输出的正负梯形激励脉冲的第二下降时间参数值和所述负直流控制电压信号电压值确定出所述下降时间直流控制电压信号的电压值；

还根据所需输出的正负梯形激励脉冲的上升时间参数值、所述正直流控制电压信号电压值和所述负直流控制电压信号电压值，确定出上升时间直流控制电压信号的电压值；

根据确定出的所述正直流控制电压信号电压值和所述下降时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至所述正电压输出双通道数模转换单元；

根据确定出的所述负直流控制电压信号电压值和所述上升时间直流控制电压信号电压值生成对应的数字信号输入至所述负电压输出双通道数模转换单元；

以及产生方波或矩形波脉冲形式的第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号并输入至所述第二模拟开关单元；

所述正电压输出双通道数模转换单元，用于对接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的正直流控制电压信号和下降时间直流控制电压信号；并将所述正直流控制电压信号输入至所述第二模拟开关单元；将所述下降时间直流控制电压信号输入至所述第二梯形波发生单元；

所述负电压输出双通道数模转换单元，用于对接收的数字信号进行数模转换，转换成对应的负直流控制电压信号和上升时间直流控制电压信号；并将所述正直流控制电压信号输入至所述第二模拟开关单元；将所述上升时间直流控制电压信号输出至所述第二梯形波发生单元；

所述第二模拟开关单元，用于根据输入的所述第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号将所述正直流控制电压信号、负直流控制电压信号和零电压信号调制成对应的正负方波脉冲并输出至所述第二梯形波发生单元；

所述第二梯形波发生单元，用于根据输入的所述下降时间直流控制电压信号、所述上升时间直流控制电压信号和所述正负方波脉冲生成正负梯形激励脉冲并输出。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二梯形波发生单元为双差分放大电路构成反馈回路的反向积分器，其内部电路包括：积分运算电路和双差分放大电路；

所述积分运算电路，包括：电阻R1、电阻R2、运算放大器U1和反馈电容C1；其中电阻R1与R2串联，电阻R1与方波脉冲的输入端相连，电阻R2与梯形波输出端相连；且R1与R2电阻值相等；

所述双差分放大电路，包括：PNP型三极管Q1和Q2、NPN型三级管Q3和Q4以及电阻R3和R4；所述三极管Q1和Q3共基极输入端与所述电阻R1与R2中间点相连；所述三极管Q1和Q2共发射极且与电阻R3和上升时间直流控制电压信号的输入端相连；所述三极管Q3和Q4共发射极且与电阻R4和下降时间直流控制电压信号的输入端相连；所述三极管Q2和Q4的基极分别接地，所述三极管Q2和Q4共集电极且与所述积分运算电路中运算放大器反向输入端相连。

7、如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二单片机控制单元通过将所述第一下降时间参数值、正直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，确定出所述下降时间直流控制电压信号的电压值：

${V_{\mathrm{FT}}}^{\′}=\frac{C_1\×{V_{P+}}^{\′}\×R_3}{{T_{f_1}}^{\′}}+0.7;$

或将所述第二下降时间参数值、负直流控制电压信号电压值代入下列公式进行计算，确定出所述下降时间直流控制电压信号的电压值：

${V_{\mathrm{FT}}}^{\′}=\frac{C_1\×{V_{P-}}^{\′}\×R_3}{{T_{f_2}}^{\′}}+0.7;$

所述第二单片机控制单元通过将所述上升时间参数值、正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号电压值代入下列公式计算，确定出所述上升时间直流控制电压信号的电压值：

${T_r}^{\′}=\frac{C_1\×({V_{P+}}^{\′}+{V_{P-}}^{\′})\×R_4}{{V_{\mathrm{RT}}}^{\′}-0.7};$

上式中，T_f1′为所述正负梯形激励脉冲的第一下降时间；T_f2′为所述正负梯形激励脉冲的第二下降时间；V_RT′为所述上升时间直流控制电压的电压值的对应正值；V_FT′为所述下降时间直流控制电压的电压值；V_p-′为负直流控制电压信号电压值的对应正值；V_p+′为正直流控制电压信号电压值；C₁为所述反馈电容C1的电容值；R₃和R₄分别为所述电阻R3和R4的电阻值。

8、如权利要求5-7任一项所述的装置，其特征在于，还包括：线性功率放大单元；

所述线性功率放大单元，用于将输出的所述正负梯形激励脉冲的脉冲幅度线性扩大至原有脉冲幅度的M倍；M为大于1的整数。

9、一种梯形激励脉冲发生方法，其特征在于，包括：

根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出负直流控制电压信号电压值，并设正直流控制电压信号电压值为零；或者，根据所需输出的梯形激励脉冲的脉冲幅度参数值确定出正直流控制电压信号电压值，并设负直流控制电压信号电压值为零；

当所述正直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值和所述负直流控制电压信号的电压值确定出上升时间直流控制电压信号电压值；根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值和所述负直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号电压值；或者

当所述负直流控制电压信号电压值为零时，根据所需输出的梯形激励脉冲的上升时间参数值和所述正直流控制电压信号的电压值确定出上升时间直流控制电压信号电压值；根据所需输出的梯形激励脉冲的下降时间参数值和所述正直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号的电压值；

根据确定出的所述负直流控制电压信号电压值、正直流控制电压信号电压值、上升时间直流控制电压信号电压值和下降时间直流控制电压信号电压值生成对应的直流控制电压信号；

使用方波或矩形波脉冲形式的脉冲宽度控制信号，将所述正直流控制电压信号和负直流控制电压信号调制成对应的方波脉冲；

将所述上升时间直流控制电压信号、所述下降时间直流控制电压信号以及所述方波脉冲输入由双差分放大电路构成反馈回路的反向积分器，生成梯形激励脉冲并输出。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过所述反向积分器生成梯形激励脉冲并输出，包括：

输入所述方波脉冲幅度为零时，所述反向积分器输出为零；

输入所述方波脉冲幅度由零跳变为所述负直流控制电压信号的电压值时，所述反向积分器输出电压值以恒定的速率从零增加至所述负直流控制电压信号电压值的对应正值，生成所述梯形激励脉冲的上升沿；

输入所述方波脉冲幅度维持为所述负直流控制电压信号的电压值不变时，所述反向积分器的输出维持所述负直流控制电压信号电压值的对应正值不变；

输入所述方波脉冲幅度由所述负直流控制电压信号的电压值跳变回零时，所述反向积分器输出的电压值以恒定的速率从负直流控制电压信号电压值的对应正值降低至零，生成所述梯形激励脉冲的下降沿；或者

当输入所述方波脉冲幅度由零跳变为所述正直流控制电压信号的电压值时，所述反向积分器输出的电压值以恒定的速率从零减少至所述正直流控制电压信号电压值的对应负值，生成所述梯形激励脉冲的下降沿；

输入所述方波脉冲幅度维持为所述正直流控制电压信号的电压值不变时，所述反向积分器的输出维持所述正直流控制电压信号电压值的对应负值不变；

输入所述方波脉冲幅度由所述正直流控制电压信号的电压值跳变回零时，所述反向积分器输出电压值以恒定的速率从正直流控制电压信号电压值的对应负值增加至零，生成所述梯形激励脉冲的上升沿。

11、如权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述脉冲幅度的正直流控制电压信号和负直流控制电压信号调制成对应的方波脉冲，包括：

当脉冲宽度控制信号为逻辑高电平时，输出所述方波脉冲幅度为正直流控制电压的电压值或负直流控制电压的电压值；

当脉冲宽度控制信号为逻辑低电平时，输出所述方波脉冲幅度为零。

12、如权利要求9-11任一项所述的方法，其特征在于，还包括：将输出的所述梯形激励脉冲的脉冲幅度线性扩大至原有脉冲幅度的M倍；M为大于1的整数。

13、一种梯形激励脉冲发生方法，其特征在于，包括：

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的正负脉冲幅度确定出正直流控制电压信号电压值和负直流控制电压信号的电压值；

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的第一下降时间参数值和所述正直流控制电压信号电压值确定出下降时间直流控制电压信号的电压值；或者

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的第二下降时间参数值和所述负直流控制电压信号电压值确定出所述下降时间直流控制电压信号的电压值；

根据所需输出的正负梯形激励脉冲的上升时间参数值、所述正直流控制电压信号电压值和所述负直流控制电压信号电压值，确定出上升时间直流控制电压信号的电压值；

根据确定出的所述负直流控制电压信号电压值、正直流控制电压信号的电压值、上升时间直流控制电压信号的电压值和下降时间直流控制电压信号的电压值生成对应的直流控制电压信号；

使用方波或矩形波脉冲形式的第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号，将所述正直流控制电压信号、负直流控制电压信号和零电压信号调制成正负方波脉冲；所述第一脉冲宽度控制信号的下降沿与所述第二脉冲宽度控制信号的上升沿重合；

将所述上升时间直流控制电压信号、所述下降时间直流控制电压信号和所述正负方波脉冲输入至由双差分放大电路构成反馈回路的反向积分器，生成正负梯形激励脉冲并输出。

14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述将所述脉冲幅度的正直流控制电压信号、负直流控制电压信号和零电压信号调制成正负方波脉冲，包括：

当所述第一脉冲宽度控制信号为逻辑高电平时，输出所述正负方波脉冲的幅度值为所述正直流控制电压信号的电压值；

当所述第二脉冲宽度控制信号为逻辑高电平时，输出所述正负方波脉冲的幅度值为所述负直流控制电压信号的电压值；

当所述第一脉冲宽度控制信号和第二脉冲宽度控制信号均为逻辑低电平时，输出所述正负方波脉冲幅度为零。

15、如权利要求13所述的方法，其特征在于，通过所述反向积分器生成正负梯形激励脉冲并输出，包括：

输入所述正负方波脉冲幅度为零时，所述反向积分器输出为零；

输入所述正负方波脉冲幅度由零跳变为所述正直流控制电压的电压值时，所述反向积分器输出电压值以恒定的速率从零减少至所述正直流控制电压信号电压值的对应负值，生成所述正负梯形激励脉冲的第一下降沿；

输入所述正负方波脉冲幅度维持为所述正直流控制电压信号的电压值不变时，所述反向积分器的输出维持所述正直流控制电压信号电压值的对应负值不变；

输入所述方波脉冲幅度由所述正直流控制电压信号的电压值跳变至所述负直流控制电压信号的电压值时，所述反向积分器输出的电压值以恒定的速率从所述正直流控制电压信号电压值的对应负值增加至所述负直流控制电压信号电压值的对应正值，生成所述正负梯形激励脉冲的上升沿；

输入所述正负方波脉冲幅度维持为所述负直流控制电压信号的电压值不变时，所述反向积分器的输出维持所述负直流控制电压信号电压值的对应正值不变；

输入所述正负方波脉冲幅度从所述负直流控制电压信号的电压值跳变回零时，所述反向积分器输出电压值以恒定的速率从所述负直流控制电压信号电压值的对应正值减少至零，生成所述正负梯形激励脉冲的第二下降沿。

Images