CN104639174A - 用于靶场间仪器组-b码源信号统一的低温漂的调理电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于IRIG-B码源信号的调理电路，包括依次串联连接的以下部件：预放大器，用于将输入的AC/DC IRIG-B码源信号放大调整到合适的幅度；绝对值单元，用于获得预放大器输出的信号的绝对值信号；以及整形单元，整形电路用于对绝对值单元的输出信号进行整形，输出可被解码的DC IRIG-B码信号。其中，绝对值单元由可配置放大器和电压钳位电路组成，可配置放大器基于输入信号被配置为精密电压跟随器或单位增益反相放大器进行工作，以将输入信号的绝对值输出；其中，当输入信号为正时，电压钳位电路对可配置放大器没有影响，可配置放大器按照精密电压跟随器进行工作；当输入信号变为负时，电压钳位电路将可配置放大器的同相输入端保持在虚地状态，可配置放大器按照单位增益反相放大器进行工作。

Description

用于靶场间仪器组-B码源信号统一的低温漂的调理电路

技术领域

本发明一般地涉及一种用于靶场间仪器组-B（IRIG-B）码源信号的调理电路。更具体地，涉及一种统一的低温漂的用于AC/DC靶场间仪器组-B（IRIG-B）码源信号的调理电路。

背景技术

IRIG-B时间码是美国靶场司令委员会的下属机构—靶场间仪器组（theInter-Range Instrumentation Group）的电信工作组创建的。广泛用于工业领域的时间同步。

一般地，用作时钟同步信号的IRGI-B码信号分两种：调制的B码信号，通常称IRIG-B（AC）码，是一种模拟信号；以及未经调制的B码信号，通常称IRIG-B（DC）码，是一种数字信号。作为调制和未调制的码信号（AC/DC信号），IRIG-B码信号的幅度通常是5V，但是随着应用的越来越广泛IRIG-B码源信号的幅度范围变宽，例如对于调制的AC码源信号为200mV–20V。因此，需要IRIG-B码源信号调理电路，将幅度范围比较宽的AC/DC IRIG-B码源信号转换成能够被解码器解码的标准幅度AC/DC IRIG-B码信号，用于作时钟同步。

遗憾的是，由于现有的IRIG-B码源信号调理电路中的温度漂移特性，不能在-40℃到85℃的工业温度范围内将上述幅度较宽的IRIG-B码源信号调理成能够被解码器解码的标准幅度的IRIG-B码信号。

此外，考虑到调制的IRIG-B码源信号（AC码）和未调制的IRIG-B码源信号（DC码）的物理特性，现有的调理方法是采用分离的信号调理通道对AC码和DC码进行调理。这意味着将AC码和DC码信号调理电路分在两个不同的PCB组件上，增加了电路板的复杂度以及维护成本。

图1示出了现有的IRIG-B码源信号调理的示意图。AC/DC IRIG-B码源1的AC IRIG-B码源信号和DC IRIG-B码源信号被分别输入到不同的两个调理通道进行调理，其中，通道CH1是用于AC码源信号的调理电路21、通道CH2是用于DC码源信号的调理电路22，然后将调理后得到的IRIG-B码信号送到解码器3进行解码。

图1的调理方式缺点如下：

不能将用于AC码源信号调理的通道CH1和用于DC码源信号调理的通道CH2组合成一个通道，只能通过将通道CH1或CH2中的元件组装到单独的空白PCB上才能分别实现AC或DC IRIG-B码源信号调理，这增加了维护成本。

同时，现有的用于AC码源信号的调理电路21中用于整流的绝对值电路通常是将二极管串入信号通路利用其单向导电性来实现，参见图2所示的AC码源信号调理的通道CH1中的绝对值电路。遗憾的是由于二极管的前向导通电压的负温度特征-2.5mV/℃，当温度从25℃上升到85℃时，图2的绝对值电路中的二极管D1、D2前向导通电压下降150mV，这个下降幅度和最小200mV的AC码源信号幅度是可比的，会直接导致用于AC码源信号的调理电路21的后级积分比较电路的失效。这也就直接导致了对输入的IRIG-B码源信号的幅度的限制，在高温条件下必须提高输入信号幅值才能避免出错。

鉴于图1、图2的调理方式的缺点，因此需要开发一种兼顾AC/DCIRIG-B码源信号的统一的IRIG-B码源信号调理电路，同时其能够接受较宽的输入幅度范围，例如对于AC IRIG-B码源信号为200mV–20V，对于DCIRIG-B码源信号为5V，并能在-40℃到85℃的工业温度范围下正常操作。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种用于IRIG-B码源信号的调理电路，包括依次串联连接的以下部件：预放大器，用于将输入的AC/DC IRIG-B码源信号放大调整到合适的幅度；绝对值单元，用于获得预放大器输出的信号的绝对值信号；以及整形单元，整形电路用于对绝对值单元的输出信号进行整形，输出可被解码的DC IRIG-B码信号。其中，绝对值单元由可配置放大器和电压钳位电路组成，可配置放大器基于输入信号被配置为精密电压跟随器或单位增益反相放大器进行工作，以将输入信号的绝对值输出；其中，当输入信号为正时，电压钳位电路对可配置放大器没有影响，可配置放大器按照精密电压跟随器进行工作；当输入信号变为负时，电压钳位电路将可配置放大器的同相输入端保持在虚地状态，可配置放大器按照单位增益反相放大器进行工作。

其中，电压钳位电路包括一运算放大器以及运算放大器的反馈网络。

其中，运算放大器的反馈网络包括并联在反相输入端和输出端之间的回路补偿电路和整流器。

其中，整形电路由串联级联的第一级积分电路、第二级积分电路和一比较器组成，其中在两级积分电路之后产生动态阈值，该动态阈值接着与第一级积分电路的输出在比较器处进行比较以实现以下：1）当输入是DC IRIG-B信号时，输出是DC码；2)当输入是AC IRIG-B信号时，输出也是DC码。

其中，预放大器是通过运算放大器配置反馈网络实现的比例放大器。

附图说明

通过以下仅作为示例的并且结合附图的所写描述，对于本领域一位技术人员来说，本发明的示例实施例将更好理解并且更明显，附图中：

图1示出了现有的IRIG-B码源信号调理的示意图；

图2示出了图1的IRIG-B码源信号调理中的AC码源信号调理通道中的绝对值电路；

图3示出了根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路的新方案；

图4示出了根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路的框图；

图5示出了图4中的预放大器的框图；

图6是图5的预放大器的具体电路实现示例；

图7示出了图4中的低温漂绝对值单元的框图；

图8是图7的低温漂绝对值单元的具体电路实现示例；

图9示出了图4中的整形块的框图；

图10是图9的整形块的具体电路实现示例；

图11是根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路针对AC IRIG-B码源信号的仿真波形图；

图12是根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路针对DC IRIG-B码源信号的仿真波形图。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述根据本发明实施例的用于IRIG-B码源信号的调理电路。

本发明消除了现有设计中由IRIG-B码源信号调理电路的温漂造成的对输入IRIG-B码源信号的幅度的限制，能够确保在-40℃到85℃的工业温度范围下的较宽的输入幅度，例如对于AC IRIG-B码源信号为200mV–20V，对于DC IRIG-B码源信号为5V。本发明实现了兼顾AC/DC IRIG-B码源信号的统一的IRIG-B码源信号的调理电路，即AC IRIG-B码源信号和DC IRIG-B码源信号共享相同的调理通道。

图3示出了根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路的新方案。在图3中，根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路2连接在AC/DCIRIG-B码源1和解码器3之间，根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路2替代图1的通道CH1的用于AC码源信号的调理电路21以及通道CH2的用于DC码源信号的调理电路22，是一个用于AC IRIG-B码源信号和DC IRIG-B码源信号二者的公共通道。即，根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路2只需要一个PCB组装件来实现，能够支持AC IRIG-B码源信号和DC IRIG-B码源信号二者的码源信号调理功能。

图3所示是一种简单的低成本方案，其克服了现有技术中IRIG-B码源信号调理电路中的温度漂移缺陷，能够在-40℃到85℃的工业温度范围下保证接受较宽输入幅度的IRIG-B码源信号。

图4示出了根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路2包括依次串联连接的预放大器31、低温漂绝对值单元32以及整形单元33。

下文中，通过图5、6来详细说明图4中的预放大器31；通过图7、8来详细说明图4中的低温漂绝对值单元32；通过图9、10来详细说明图4中的整形电路33。

图5示出了图4中的预放大器31的框图。

预放大器31用于将输入的AC/DC IRIG-B码源信号放大调整到合适的幅度。预放大器31通过对运算放大器41配置反馈网络42实现对输入信号进行比例放大。

可以采用图6所示的常用电路来实现图5的预放大器。图6中，输入的AC/DC IRIG-B码源信号经由电阻器R3输入到运算放大器U1的同相端，运算放大器U1的输出通过串联的电阻器R1、R2连接到地，电阻器R1、R2的连接节点进一步连接到运算放大器的反相端，电阻器R1、R2形成反馈网络。

图7示出了图4中的低温漂绝对值单元32的框图。图7的绝对值单元由可配置放大器61和电压钳位电路62组成，用于获得预放大器31输出的信号的绝对值信号。

可配置放大器61是一个可以基于输入信号被配置为精密电压跟随器或单位增益反相放大器（即反相器）进行工作，以实现将输入信号的绝对值输出的功能的放大器。即，当输入信号为正时，电压钳位电路62对可配置放大器61没有影响，可配置放大器61按照精密电压跟随器进行工作。当输入信号变为负时，电压钳位电路62将可配置放大器61的同相输入端保持在虚地状态，可配置放大器61按照单位增益反相放大器进行工作。

电压钳位电路62由一运算放大器621以及运算放大器621的反馈网络实现。运算放大器621的反馈网络包括并联在反相输入端和输出端之间的回路补偿电路622和整流器623。电压钳位电路62将可配置放大器61的同相输入端钳位在虚地状态，环路补偿保证了电路稳定。

再返过来参照图2，现有设计中的用于IRIG-B码源信号的调理电路对输入幅度限制的根本原因是其中的绝对值电路中的整流二极管D1、D2的负温度系数特征造成输入信号的衰减。

但是在图7中，作为信号路径的可配置放大器61中没有使用二极管，因此，从根本上克服了现有设计中的缺陷。

可以采用图8所示的具体电路来实现图7的低温漂绝对值单元32。

参照图8，可配置放大器61通过运算放大器U2来实现。当输入信号为正时，U2的同相端和下面钳位电路断开，U2作为电压跟随器进行工作；当输入信号为负时，U2同相端和下面钳位电路连接，为虚地状态，U2按照反相放大器进行工作。

电压钳位电路62中，运算放大器U3输入端与输出端之间的回路补偿电路622由电容器C3实现，整流器623由二极管D1实现，其中二极管D1的阳极连接运算放大器U3的输出端，二极管D1的阴极连接运算放大器U3的输入端。

图9示出了整形电路。整形电路用于对低温漂绝对值单元32的输出信号进行整形，输出可被解码的DC IRIG-B码信号。整形电路由串联级联的第一级积分电路81、第二级积分电路82和一比较器83组成。在两级积分电路之后产生动态阈值，该动态阈值接着与第一级积分电路81的输出在比较器83处进行比较以实现以下：

1）当输入是DC IRIG-B信号时，输出是DC码;

2)当输入是AC IRIG-B信号时，输出也是DC码，这就实现了针对ACIRIG-B信号和DC IRIG-B信号二者的统一的公共调理通道。

图10是描述图9的整形电路的一个具体电路实现。

第一级积分电路81，该电路主要利用一阶低通滤波器实现对图4的绝对值电路32输出的信号做包络提取：对于AC码流是把绝对值之后的AC码变成了不规则的DC码；对于DC码流由于其频率远低于该电路截至频率，所以无障碍通过。

第二级积分电路82，该电路是在第一级积分电路81的基础上提取动态的比较阈值用于后级的比较器。

比较器83，对于AC码流经过第一级积分电路81之后提取的不规则DC码和动态阈值经过比较器83整形为规则DC码；对于DC码流没有任何影响输出仍然是DC码。

将比较器83输出的DC码送到图3的解码器3进行解码。

图11是根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路针对AC IRIG-B码源信号的仿真波形图；其中，波形1是AC IRIG-B码源信号；波形2是第一级积分电路81的输出信号；波形3是第二级积分电路82的输出信号（即动态阈值）；波形4是整形电路的输出信号，也即比较器83的输出信号，经调理后的IRIG-B码信号，是一DC码，送入图3的解码器3进行解码。

图12是根据本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路针对DC IRIG-B码源信号的仿真波形图；其中，波形1是DC IRIG-B码源信号；波形2是第一级积分电路81的输出信号；波形3是第二级积分电路82的输出信号（即动态阈值）；波形4是整形电路的输出信号，也即比较器83的输出信号，经调理后的IRIG-B码信号，是一DC码，送入图3的解码器3进行解码。

本发明的用于IRIG-B码源信号的调理电路，在-40℃到85℃温度范围内的具有较低的温度漂移，针对AC IRIG-B码源信号和DC IRIG-B码源信号采用了公共的信号调理路径，能够接受较宽的码源信号输入幅度。其中设计了专用的低成本的绝对值单元来克服由现有技术中的调理电路所包含的二极管造成的温度漂移。

虽然已经如此描述了以上示例实施例，但是将理解可以进行各种修改、替换和/或变化。

本领域技术人员将理解，可以对特定实施例进行其他改变和/或修改，而不脱离如宽泛地描述的本发明的精神或范围。因此，无论从哪一点来看都要将本实施例认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (5)

1.一种用于IRIG-B码源信号的调理电路，包括依次串联连接的以下部件：

预放大器（31），用于将输入的AC/DC IRIG-B码源信号放大调整到合适的幅度；

绝对值单元（32），用于获得预放大器（31）输出的信号的绝对值信号；以及

整形单元（33），整形电路用于对绝对值单元（32）的输出信号进行整形，输出可被解码的DC IRIG-B码信号，

其中，绝对值单元（32）由可配置放大器（61）和电压钳位电路（62）组成，

可配置放大器（61）基于输入信号被配置为精密电压跟随器或单位增益反相放大器进行工作，以将输入信号的绝对值输出；

其中，当输入信号为正时，电压钳位电路（62）对可配置放大器（61）没有影响，可配置放大器（61）按照精密电压跟随器进行工作；当输入信号变为负时，电压钳位电路（62）将可配置放大器（61）的同相输入端保持在虚地状态，可配置放大器（61）按照单位增益反相放大器进行工作。

2.如权利要求1所述的用于IRIG-B码源信号的调理电路，

其中，电压钳位电路（62）包括一运算放大器（621）以及运算放大器（621）的反馈网络。

3.如权利要求2所述的用于IRIG-B码源信号的调理电路，其中

运算放大器（621）的反馈网络包括并联在反相输入端和输出端之间的回路补偿电路（622）和整流器（623）。

4.如权利要求1所述的用于IRIG-B码源信号的调理电路，

其中，整形电路由串联级联的第一级积分电路（81）、第二级积分电路（82）和一比较器（83）组成，

其中在两级积分电路之后产生动态阈值，该动态阈值接着与第一级积分电路（81）的输出在比较器（83）处进行比较以实现以下：

1）当输入是DC IRIG-B信号时，输出是DC码;

2)当输入是AC IRIG-B信号时，输出也是DC码。

5.如权利要求1所述的用于IRIG-B码源信号的调理电路，

其中，预放大器（31）是通过运算放大器（41）配置反馈网络（42）实现的比例放大器。