CN1020322C - 一种控制信号的调制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制信号的调制电路，属于基本电子电路类。

它由N电路和CN控制电路所组成，控制信号f_c经CN电路来控制N电路的开关相位，本发明是在控制信号f_c和CN电路中加一个调制器A，使f_c通过A后，产生一个延时或超前fc的已调信号f_c′，由f_c′通过CN电路来控制N电路的开关相位。利用本发明的调制电路，可大大提高电路品质因素，减小信号失真度和相位测量误差，缩小电路体积，有利于电路集成化，为微弱信号的提取及信号的滤波提供一种新的设计方案。

Description

本发明涉及一种用于控制信号的调制电路，属于基本电子电路类。

现有技术是开关电容N-通道电路中每个通道（电容器）开关的相位是依次接通的。如图1、图2所示，φ1、φ2……φN，驱动控制信号f_c通过N-通道开关控制器CN来控制各开关的工作相位，见图6、图7所示，若输入信号f_i是正弦波，则输出信号f_o是阶梯波形状，如图6是N＝8时的情况。N是N-通道电路的N值。由于N值较小，可以明显地看到输出信号f_o有较大的畸变。为了减小失真，应增大N值。这种电路的品质因素Q与电阻R、电容C和N值成正比，要使R、C、N的数值增大，电路的体积也随之加大，所以，f_o的保真度和Q值的增加，都会使电路体积增大，一般C为0.01μ～4.7μ，N选用3-100，Q值容易达到1000-10000，这种电路虽能做到较高的Q值，但是体积较大，不易集成化，失真度大。

在电荷耦合电路中，CN是电极脉冲控制器，如图3、图4所示，它们的工作原理和N-通道开关控制器相似，电荷耦合滤波器，虽然容易集成化，但是Q值较低，失真度大。

本发明的目的是在于避免现有技术上述不足之处，而提供一种控制信号的调制电路，来达到提高品质因素和压缩电容器的数值，缩小电路体积，利于电路集成化。减小输出信号的失真度。

本发明是用于控制信号的调制电路，它由N电路和CN电路所组成，控制信号f_c通过CN电路来控制N电路的开关相位φ1、φ2……φN，输入信号f_i通过N电路产生输出信号f_o，看图5，本发明是在控制信号f_c和CN电路之间加入一调制器A，如图8所示。控制信号f_c通过调制器A后，在特定的时间产生特定的延时或超前f_c的已 调信号f_c′，由f_c′通过CN电路来控制N电路的开关相位。每当f_c发出m个脉冲时，f_c′比f_c延时或超前其宽度为τ，值为1/f_c·P。P是输入信号f_i一周期内被积累的总点数，P＝N·n，N是N一通道电路的N值，见图1。n是N通道电路中任意相邻两点之间插入的各不相同的积累点位再加1（见图7），m是对每个积累点重复积累的次数。N、n、P、m均为可取的正整数。

当τ₁时，f_c开始被延时τ，所有的N点后移τ，以此类推，直到τ_n。这个过程的结果，使原来N-通道电路中的N个积累点位同时变动一个距离τ，相当于对插入的n个点依次作一次扫描积累，所以它等效于增加了n倍的不同积累点位，总数为P。此时P≥3，打破N值最小值为3的限制。

N电路可以是开关电容N-通道电路、电荷耦合电路、同频积分器、同步积分器，它们可以是串联、并联或串联并联混合型式。CN电路可以是N通道开关控制器，在电荷耦合电路中可以是电极脉冲控制器。

电荷耦合滤波器电路，与开关电容N-通道有类似的控制电路和工作方法，这一电路的Q值与电极极板面积成正比，极板与φ1、φ2……φN连接，见图3、图4，利用这一发明可起到相同的效果。

N-通道电路中的每一个单元通道可以是适用的开关电容电路，或者是电荷耦合电路。

本发明可以大大减小输出信号f_o的失真度，例如在图1所示的电路中，f_o的相位失真度很容易减小100～1000倍。在Q值不变的情况下，可以大大减小电路的体积，如，N-通道开关电容滤波器中的电容值，可以从1μ减小到100P以内，现有集成技术可以做出0.1p～100p的电容器，使这种高Q值电路可以被集成化。同样在体积不变的情况下，可以大大提高Q值。如已被集成的电荷耦合滤波器，其Q值可以在电极极板面积不变的情况下，提高10-100倍。

本发明由于具有优良的电路特性，实施方便，实用性强，造价廉价，有利于集成化。使它能广泛地用于对微弱信号的提取及信号的滤波提供了一种新的设计方案，如开关电容滤波器的设计，特别是多通道滤波器和用于电荷耦合滤波器的设计。动平衡机测量系统的电路设计采用本方案能很容易使相位测量误差减小到1°以内，使这种设备的精度水平赶上及超过国际最高水平。

附图说明：

图1，开关电容N-通道电路图

f_c驱动控制信号 f_i输入信号

f_o输出信号 CN是N-通道开关控制器

N是N通道电路的N值    R电阻    C电容

φ1、φ2、……φN相位角

图2，开关电容N-通道开关时序图

f_c驱动控制信号 φ1、φ2……φN相位角

图3，电荷耦合电路

CN是电极脉冲控制器    E为电源

f_c驱动控制信号 f_i输入信号

f_o输出信号 φ1、φ2……φN相位角

图4，电荷耦合电路极板脉冲时序图

f_c驱动控制信号 φ1、φ2……φN相位角

图5，N-通道应用电路

f_c控制信号 f_i输入信号 f_o输出信号

CN是开关控制器    N是N通道电路

图6，N＝8时N-通道电路f_i、f_o波形示意图

f_i输入信号 f_o输出信号

图7，插入点和延时扫描示意图

τ₀、τ₁、τ₂……τ_n-1、τ_n为每次延时的扫描位置示意图。

图8，调制控制信号N-通道电路图

A调制器    CN开关控制器    N是N-通道电路

图9，一种模拟调制器电路图

D模拟可控延时器 gZ₃的因子 H函数发生器

FV频-压转换器 V_τ：延时控制信号

Z₃除法器 VZ₁电压除法器 VR₁电压乘法器

图10，一种数字调制器电路图

D可按数字延时器 Z₂除法器 f_τ延时控制信号

图11，一种数字式延时器

W延时触发器 Y₁与门 Y₂异或门

R₁乘法器 Z₁除法器

C₁第一驱动端 C₂第二驱动端 S₁异相输出端

Q₁置零端

图12，另一种数字式延时器

E译码器或可编程译码器 Q₁、E的驱动端

D₁、D₂……D_K单位延时器系列

0、1……i接点系列

实施例1：

1.开关电容N-通道滤波器，如图8所示。

控制信号f_c进入调制器A电路的输入端，A电路的输出端连接开关控制器CN电路输入端，CN电路的输出端连接N电路的控制端，f_i输入信号进入N电路输入端，输出信号f_o从N电路输出端输出。

控制信号f_c通过调制器A，产生已调信号f_c′，它通过CN电路控制N电路的开关相位φ1、φ2……φN，输入信号f_i通过N电路产生输出信号f_o。

实施例2：

一种模拟调制器A电路，如图9所示。

控制信号f_c进入A电路后，电路分成三路，一路与模拟延时器D的输入端连接，另一路与除法器Z₃的输入端相连，因子g进入Z₃的因子输入端，Z₃的输出端与函数发生器H的频率控制端b₁相连，f_c的还有一路与频-压转换器FV的输入端相连，FV的输出端连接电压乘法器VR₁的输入端，因子P进入VR₁的因子输入端，VR₁的输出端连接电压除法器VZ₁的因子输入端，VZ₁的输入端，输入一单位信号1，VZ₁的输出端连接H的幅度控制端b₂，H的输出端与D的控制端连接，D的输出端输出已调信号f_c′。

控制信号f_c进入A电路后，就分成三路，一路进入模拟延时器D，延时时间受控制端的电压V_t控制;f_c另一路进入除法器Z₃，除以固子g，g＞2p，g、p是可选择的正整数，Z₃的输出端f_τ延时周期信号，它控制扫描函数发生器H的周期，f_c还有一路进入频-压转换器FV，得出电压信号V_fc，V_fc′经过电压乘法器VR₁，乘以因子P，得信号pV_fc，此信号进入电压除法器VZ₁的因子输入端，变为分母，得幅度控制信号V_τmax，它控制扫描函数发生器H的振幅，扫描函数发生器H受f_τ和V_τmax的控制，产生适用的函数形式，如三角波、锯齿波等等，H的输出电压信号V_τ控制延时器D电路，在特定的时间，使f_c信号产生特定的延时。

实施例3：

一种数字式调制器A电路，如图10所示。

控制信号f_c进入数字延时器D的输入端，D的输出端输出f_c′信号，D的输出端还与除法器Z₂的输入端相接，Z₂的因子输入端输入因子m，Z₂输出端连到D的控制端。

数字延时器D受控制信号f_τ的控制，f_τ在选定的时间，使输入D的f_c信号产生宽度为τ的延时，D的输出端得到一个已调信号f_c′。f_τ是f_c′信号经过除法器Z₂除以因子m而得。

实施例4：一种数字延时器D电路如图11所示

控制信号f_τ进入延时触发器W的第一驱动端C₁，控制信号f_c接入乘法器R₁的输入端，因子P接入乘法器R₁的因子输入端，R₁的输出端一路接W的第二驱动端C₂，另一路接与门Y₂的第二输入端，还有一路接异或门Y₁的第一输入端，W的异相输出端S₁连接Y₂的第一输入端，Y₂的输出端分成两路，一路连到Y₁的第二输入端，另一路连到除法器Z₁的输入端，Y₁的输入端接到W的置零端O₁，除法器Z₁因子P进入固子输入端，Z₁的输出端输出f_c′已调信号。

f_c控制信号经乘法器R₁，乘以P，得到延时宽度τ信号，该信号一种进入延时触发器W的第二驱动端C₂，它和进入W的第一驱动端C₁的控制信号f_τ一起，控制延时发生的时间。W的异相输出S₁与C₁的输入反相，并且输出延时门信号，R₁的另一路输出进入与门Y₂，该信号受延时门信号下沿控制，在f_τ选定的时间开始延时，既关断Y₂门，延时的长短，由Y₂关断的时间确定，R₁输出的还有一路进入异或门Y₁，它与Y₂的输出信号f_c′相比较，产生延时结束信号，该信号进入W的O₁置零端，使C₁置零，从而在S₁端产生门信号上沿，即重新打开Y₂。Y₂的输出通过除法器Z₁，除以P，得出已调信号f_c′。

实施例5：

另一种数字式延时器D电路，如图12所示。

它有K个单位延时器，D_K，D_K-1……D₁（K为可取的正整数）串联在一起，它们的输入端和输出端依次相连，形成i个接点，每个接点都和相应的来自译码器E的i个输出端线连接，E的驱动端 Q₁接入f_c信号，控制输入端接入f_τ信号，第一个单位延时器D₁的输出接点做整个D电路的输出端，输出已调信号f_c′。

E是普通译码器或者可编程译码器，它事先排布或者编程，使它可以产生适用的延时扫描函数形式。如三角形式、锯齿形式，等等，f_c信号进入E的驱动端Q₁，E由延时控制信号f_τ控制，在f_τ确定的时间，选择事先确定的某一输出端线，使Q₁和该端线相接通，于是，f_c信号经过某几个串联的单位延时器，产生定宽的延时，最终从第一个单位延时器D的输出端，输出已调信号f_c′。

参考文献：

1.《开关电容网络》李兰友著，电子工业出版社出版

2.The    N-path    filter，published    in    the    periodical“The    Bell    System    Technical    Journal”september    1960    page    1329    to    1350。

Claims (5)

1、一种由控制电路CN和N通道开关电路组成的控制信号调制电路，控制信号f_c通过控制电路CN控制N电路的开关相应Φ1、Φ2、……ΦN，输入信号fi通过N电路产生输出信号fo，其特征是控制信号fc和控制电路CN之间串联一个调制器A，用于在特定的时间产生特定的延长或超前fc的调制信号f^′ _c，并由f^′ _c通过控制电路CN来控制N通道开关电路的开关相位。

2、根据权利要求1所述的控制信号调制电路，其特征是调制器A是一个模拟调制电路，它由模拟延时器D、除法器Z₁、电压除法器Z₃、函数发生器H、频率、电压转换器FV，电压乘法器VR₁和电压除器VZ₁构成，控制信号fc分别提供给D、Z₃和FV的输入端，因子g提供给Z₃的因子输入端，Z的输出端接到H频率控制端b₁，FV的输出端连接到VR₁的输入，因子（输入给VR₁的因子输入端，VR₁的输出端连接到VZ₁的因子输入端，VZ₁的输入端接单位信号1，VZ₁的输出端接H的幅度控制端b₂，H的输出端接D的控制端，D的输出端输出已调制信号fc′。

3、根据权利要求1所述的控制信号调制电路，其特征是调制器A可以是一种数字式A电路，控制信号fc进入数字延时器D的输入端，D的输出端输出fc′信号，在D的输出端还与除法器Z₂的输入端相接，Z₂的因子输入端输入因子m，Z₂输出端连到D的控制端。

4、根据权利要求1、3所述的控制信号调制电路，其特征是延时器D可以是数字式电路，控制信号fc进入延时触发器W的第一驱动端C₁，控制信号fc接入乘法器R₁的输入端，因子P接入乘法器R₁的因子输入端，R₁的输出端一路接W的第二驱动端C₂，另一路接与门Y₂的第二输入端，还有一路接异或门Y₁的第一输入端，W的异相输出端，S₁连接Y₂的第一输入端，Y₂的输出端分成两路，一路连到Y₁的第二输入端，另一路连到除法器Z₁的输入端，Y₁的输出端接W的置零端O₁除法器Z₁因子P进入因子输入端，Z₁的输出端输出fc′已调信号。

5、根据权利要求1、3或4所述的控制信号调制电路，其特征是延时器D可是另一种数字电路，它有K个单位延时器，D_K、D_K-1……D₁，（K为可取的正整数）串联在一起，它们的输入端和输出端依次相连，形成i个接点，每个接点都和相应的来自译码器E的i个输出端线连接，E的驱动端Q₁接入fc信号，控制输入端接入fc信号，第一个单位延时器D₁的输出接点做整个D电路的输出端，输出已调信号fc。

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