CN105306020A - 一种连续检测信号波峰的峰值保持电路 - Google Patents

一种连续检测信号波峰的峰值保持电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种连续检测信号波峰的峰值保持电路，包括输入信号缓冲电路（1）、双通道波峰检测电路（2）、输入信号比较器电路（3）、复位逻辑电路（4）、交替切换逻辑电路（5）、输出缓冲电路（6）。双通道波峰检测电路（1）同时检测输入波形的峰值，当比较器电路（3）检测到输入信号跌落到一个设定门槛电压以下时产生一个时钟上升沿信号，切换逻辑电路（4）交替切换两个通道的波峰输出信号，复位逻辑电路（5）对非输出通道的波峰检测电路进行复位。优点：结构简单，设计新颖，能够检测到输入信号的当前峰值，保持到下一峰值的到来，解决了一般波峰检测电路只能检测并保持连续波形中的最大峰值而不能连续跟踪相邻波峰的问题。

Description

一种连续检测信号波峰的峰值保持电路
技术领域
本发明涉及一种连续检测信号波峰的峰值保持电路，属于传感器信号处理和电子测量技术领域。
技术背景
诸如旋转变压器、线性差动变压器式位移传感器、电涡流式位移传感器等电磁感应型传感器，其感应输出信号的幅值代表感测量值的大小，因此通过采集信号波峰值就可以获得感测量。但是如果直接读取波峰值，由于波形的瞬态变化，需要采用高速采集设备才能捕获波峰，否则容易造成较大的测量误差。为此，人们采用波峰保持电路以降低对高速采集设备的需求。目前常规的峰值检测电路存在两个方面的问题：一个是在复位之后只能检测并保持连续波形中的最大峰值而不能连续跟踪相邻波峰；也有采取逐个波峰复位逻辑以连续检测相邻波峰的峰值，但存在复位期间波峰信号跌落的问题，从而不能将峰值保持到相邻峰值的到来。本发明提出的一种连续检测信号波峰的峰值保持电路，能够检测到输入信号的当前峰值，并将这一峰值信号保持到下一峰值的到来。
发明内容
本发明提出了一种连续检测信号波峰的峰值保持电路，其目的是连续检测信号相邻波峰并保持到下一峰值的到来。
本发明的技术解决方案：连续检测信号波峰的峰值保持电路，其结构是包括输入信号缓冲电路(1)、双通道波峰检测电路(2)、输入信号比较器电路(3)、复位逻辑电路(4)、交替切换逻辑电路(5)、输出缓冲电路(6)，其中输入信号缓冲电路(1)的信号输出端分别连接双通道波峰检测电路(2)的第一信号输入端、输入信号比较器电路(3)的信号输入端，双通道波峰检测电路(2)的信号输出端连接输出缓冲电路(6)的第一信号输入端，输入信号比较器电路(3)的信号输出端分别连接复位逻辑电路(4)的第一信号输入端、交替切换逻辑电路(5)的信号输入端，交替切换逻辑电路(5)的信号输出端分别连接复位逻辑电路(4)的第二信号输入端、输出缓冲电路(6)的第二信号输入端，复位逻辑电路(4)的信号输出端连接双通道波峰检测电路(2)的第二信号输入端。
本发明的优点：结构简单，设计新颖，能够检测到输入信号的当前峰值，并将这一峰值信号保持到下一峰值的到来，解决了一般波峰检测电路只能检测并保持连续波形中的最大峰值而不能连续跟踪相邻波峰的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图1是连续检测信号波峰的峰值保持电路图；
附图2是双通道波峰检测电路图；
附图3是复位逻辑电路图；
附图4是电路仿真结果图。
具体实施方式
如图1所示，连续检测信号波峰的峰值保持电路，其结构是包括输入信号缓冲电路(1)、双通道波峰检测电路(2)、输入信号比较器电路(3)、复位逻辑电路(4)、交替切换逻辑电路(5)、输出缓冲电路(6)，其中输入信号缓冲电路(1)的信号输出端分别连接双通道波峰检测电路(2)的第一信号输入端、输入信号比较器电路(3)的信号输入端，双通道波峰检测电路(2)的信号输出端连接输出缓冲电路(6)的第一信号输入端，输入信号比较器电路(3)的信号输出端分别连接复位逻辑电路(4)的第一信号输入端、交替切换逻辑电路(5)的信号输入端，交替切换逻辑电路(5)的信号输出端分别连接复位逻辑电路(4)的第二信号输入端、输出缓冲电路(6)的第二信号输入端，复位逻辑电路(4)的信号输出端连接双通道波峰检测电路(2)的第二信号输入端；利用双通道波峰检测电路(2)的A、B通道同时对输入信号进行波峰检测，而复位逻辑电路(4)对双通道波峰检测电路(2)进行交替复位，交替切换逻辑电路(5)对双通道波峰检测电路(2)的输出信号进行交替切换，并通过输出缓冲电路(6)输出当前波峰的峰值，当前波峰的峰值信号将保持到下一波峰峰值的到来。
如图2所示，双通道波峰检测电路(2))由A、B保持电容（13、14），A、B、C、D运算放大器（7、8、9、10），A、B二极管（11、12）构成，其中输入信号缓冲电路(1)的信号输出端的输入信号与A、B运算放大器（7、8）的正输入端相连，A运算放大器（7）的负输入端与A运算放大器（7）输出端相连，A运算放大器（7）的输出端与A二极管（11）的左端相连，A二极管（11）的右端与A保持电容（13）的上端和C算放大器（9）的正输入端相连，A保持电容（13）的下端接地，C运算放大器（9）的负输入与C运算放大器（9）的输出端相连，B运算放大器（8）的负输入端与B运算放大器（8）的输出端相连，B运算放大器（8）的输出端还与B二极管（12）的左端相连，B二极管（12）的右端与B保持电容（14）的上端、D运算放大器（10）的正输入端相连，B保持电容（14）的下端接地，D运算放大器（10）的负输入与D运算放大器（10）的输出端相连，工作时，双通道波峰检测电路(2)的A、B通道同时对输入信号进行波峰检测，保持A、B电容（13、14）为峰值存储器，输入信号从A、B运算放大器（7、8）输入，当A、B运算放大器（7、8）的输入信号大于反馈电压时，将通过A、B二极管（11、12）对A、B保持电容（13、14）充电，直到A、B运算放大器（7、8）的输入信号等于反馈电压，即输入信号不再增加时，充电结束，这时A、B保持电容（13、14）的电压达到输入信号的峰值，起到储存信号峰值的作用，从峰值检测的准确性和及时性的角度考虑，保持电容的容量要合适，过大的容量导致充电过慢，响应滞后，而过小的容量在保持期间通过A、B二极管（11、12）的反向泄漏电流导致峰值下降而影响精度，信号频率是50Hz，保持电容的容量为100nf效果理想，如果信号频率高，则相应的电容的容量要减小。
所述的输入信号比较器电路(3)，采用一个比较器电路对输入信号和一个设定的门槛电压进行比较，当输入信号跌落到门槛电压以下时，可以判断上一个波形结束而下一个波形开始，据此产生一个从低电平到高电平的上升边沿时钟信号，用于复位逻辑电路(4)、交替切换逻辑电路(5)。
所述的交替切换逻辑电路(5)，由一个双稳态触发器构成，产生一个高低电平交替的切换逻辑信号，对双通道波峰检测电路(2)的双路输出信号进行切换控制，可设高电平切换信号对应对双通道波峰检测电路(2)的A通道信号输出。
如图3所示，复位逻辑电路(4)，由一个产生低电平负脉冲的单稳态触发器（15）、2个或A、B门逻辑电路（16、17）和C、D二极管（18、19）构成，其中单稳态触发器产生的低电平负脉冲信号G与交替切换逻辑电路(5)的双稳态触发器产生的切换逻辑信号H进行逻辑或操作，产生双通道波峰检测电路(2)B通道的复位信号，单稳态触发器产生的低电平负脉冲信号G与交替切换逻辑电路(5)的双稳态触发器产生的切换逻辑信号的负逻辑信号L进行逻辑或操作，产生双通道波峰检测电路(2)A通道的复位信号，低电平的窄脉冲复位信号，通过单向导通的C、D二极管（18、19）将双通道波峰检测电路(2)的非输出通道的C、D保持电容（13、14）放电，实现对非输出通道的复位。
所述的输出缓冲电路(6)，利用电子开关对双通道波峰检测电路(2)的双路波峰检测二个输出信号进行切换，并利用运算放大器构成同相跟随器，以增强连续检测信号波峰的峰值保持电路的输出驱动能力。
所述的输入信号缓冲电路(1)利用运算放大器构成同相跟随器对输入信号进行阻抗匹配，以增强连续检测信号波峰的峰值保持电路对输入信号源的适应能力。
采用Multisim软件对该连续检测信号波峰的峰值保持电路进行仿真，得到输入信号与输出信号的波形如图4所示。其中红线为输入信号，黄线表示的是经过输出缓冲电路（6）的输出信号，表明该连续检测信号波峰的峰值保持电路可以有效地跟踪连续波形的波峰信号，在复位操作期间不会出现波峰信号的跌落，达到了预期的设计目标。

Claims (7)

1.连续检测信号波峰的峰值保持电路，其特征是包括输入信号缓冲电路(1)、双通道波峰检测电路(2)、输入信号比较器电路(3)、复位逻辑电路(4)、交替切换逻辑电路(5)、输出缓冲电路(6)，其中输入信号缓冲电路(1)的信号输出端分别连接双通道波峰检测电路(2)的第一信号输入端、输入信号比较器电路(3)的信号输入端，双通道波峰检测电路(2)的信号输出端连接输出缓冲电路(6)的第一信号输入端，输入信号比较器电路(3)的信号输出端分别连接复位逻辑电路(4)的第一信号输入端、交替切换逻辑电路(5)的信号输入端，交替切换逻辑电路(5)的信号输出端分别连接复位逻辑电路(4)的第二信号输入端、输出缓冲电路(6)的第二信号输入端，复位逻辑电路(4)的信号输出端连接双通道波峰检测电路(2)的第二信号输入端；利用双通道波峰检测电路(2)的A、B通道同时对输入信号进行波峰检测，而复位逻辑电路(4)对双通道波峰检测电路(2)进行交替复位，交替切换逻辑电路(5)对双通道波峰检测电路(2)的输出信号进行交替切换，并通过输出缓冲电路(6)输出当前波峰的峰值，当前波峰的峰值信号将保持到下一波峰峰值的到来。
2.根据权利要求1所述的连续检测信号波峰的峰值保持电路，其特征是所述的双通道波峰检测电路(2))由A、B保持电容（13、14），A、B、C、D运算放大器（7、8、9、10），A、B二极管（11、12）构成，其中输入信号缓冲电路(1)的信号输出端的输入信号与A、B运算放大器（7、8）的正输入端相连，A运算放大器（7）的负输入端与A运算放大器（7）输出端相连，A运算放大器（7）的输出端与A二极管（11）的左端相连，A二极管（11）的右端与A保持电容（13）的上端和C算放大器（9）的正输入端相连，A保持电容（13）的下端接地，C运算放大器（9）的负输入与C运算放大器（9）的输出端相连，B运算放大器（8）的负输入端与B运算放大器（8）的输出端相连，B运算放大器（8）的输出端还与B二极管（12）的左端相连，B二极管（12）的右端与B保持电容（14）的上端、D运算放大器（10）的正输入端相连，B保持电容（14）的下端接地，D运算放大器（10）的负输入与D运算放大器（10）的输出端相连，工作时，双通道波峰检测电路(2)的A、B通道同时对输入信号进行波峰检测，保持A、B电容（13、14）为峰值存储器，输入信号从A、B运算放大器（7、8）输入，当A、B运算放大器（7、8）的输入信号大于反馈电压时，将通过A、B二极管（11、12）对A、B保持电容（13、14）充电，直到A、B运算放大器（7、8）的输入信号等于反馈电压，即输入信号不再增加时，充电结束，这时A、B保持电容（13、14）的电压达到输入信号的峰值，起到储存信号峰值的作用，从峰值检测的准确性和及时性的角度考虑，保持电容的容量要合适，过大的容量导致充电过慢，响应滞后，而过小的容量在保持期间通过A、B二极管（11、12）的反向泄漏电流导致峰值下降而影响精度，信号频率是50Hz，保持电容的容量为100nf效果理想，如果信号频率高，则相应的电容的容量要减小。
3.根据权利要求1所述的连续检测信号波峰的峰值保持电路，其特征是所述的输入信号比较器电路(3)，采用一个比较器电路对输入信号和一个设定的门槛电压进行比较，当输入信号跌落到门槛电压以下时，可以判断上一个波形结束而下一个波形开始，据此产生一个从低电平到高电平的上升边沿时钟信号，用于复位逻辑电路(4)、交替切换逻辑电路(5)。
4.根据权利要求1所述的连续检测信号波峰的峰值保持电路，其特征是所述的交替切换逻辑电路(5)，由一个双稳态触发器构成，产生一个高低电平交替的切换逻辑信号，对双通道波峰检测电路(2)的双路输出信号进行切换控制，可设高电平切换信号对应对双通道波峰检测电路(2)的A通道信号输出。
5.根据权利要求1所述的连续检测信号波峰的峰值保持电路，其特征是所述的复位逻辑电路(4)，由一个产生低电平负脉冲的单稳态触发器（15）、2个或A、B门逻辑电路（16、17）和C、D二极管（18、19）构成，其中单稳态触发器产生的低电平负脉冲信号G与交替切换逻辑电路(5)的双稳态触发器产生的切换逻辑信号H进行逻辑或操作，产生双通道波峰检测电路(2)B通道的复位信号，单稳态触发器产生的低电平负脉冲信号G与交替切换逻辑电路(5)的双稳态触发器产生的切换逻辑信号的负逻辑信号L进行逻辑或操作，产生双通道波峰检测电路(2)A通道的复位信号，低电平的窄脉冲复位信号，通过单向导通的C、D二极管（18、19）将双通道波峰检测电路(2)的非输出通道的C、D保持电容（13、14）放电，实现对非输出通道的复位。
6.根据权利要求1所述的连续检测信号波峰的峰值保持电路，其特征是所述的输出缓冲电路(6)，利用电子开关对双通道波峰检测电路(2)的双路波峰检测二个输出信号进行切换，并利用运算放大器构成同相跟随器，以增强连续检测信号波峰的峰值保持电路的输出驱动能力。
7.根据权利要求1所述的连续检测信号波峰的峰值保持电路，其特征是所述的输入信号缓冲电路(1)利用运算放大器构成同相跟随器对输入信号进行阻抗匹配，以增强连续检测信号波峰的峰值保持电路对输入信号源的适应能力。
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