CN105429614B - 一种用于提取数字脉冲信号占空比信息的电路 - Google Patents

一种用于提取数字脉冲信号占空比信息的电路 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于提取数字脉冲信号占空比信息的电路，主要解决现有数字脉冲信号占空比信息的提取方法中工作不稳定、计算精度不高的问题。所述的数字脉冲信号占空比信息提取的方法，针对频率范围1至1000Hz，电压为TTL电平且占空比在50％至99％之间的脉冲信号。首先通过两路输入相位相反的积分电路将输入信号变换为两路直流信号，再通过低通滤波电路滤除杂波，最后选出两路中的高值输出。该发明保证输出值始终为占空比大于50％的波形对应电平，为后端电压采集电路提供实时、可靠、稳定的直流输出。

Description

一种用于提取数字脉冲信号占空比信息的电路
技术领域
本发明属于信号处理领域，具体的说是一种确定数字脉冲信号占空比信息的电路。
背景技术
占空比是数字脉冲信号的一个基础参数,不论在脉冲电源设计还是在脉冲信号的应用中,都需要知道脉冲信号的占空比。不同的应用情况对数字脉冲信号占空比的要求也不相同,因此测量出脉冲信号的占空比的实时性与可靠性也就非常必要。
目前测量占空比的方案主要有三种：示波器比较法、单片机计算法、平均值转换法等。其中示波器比较法简单易实现,但实时性不强；单片机计算法实时性较高,但需要软硬件配合设计,开发周期长；平均值转换法电路简单,但需要将脉冲信号转换成平均值电压再进行A/D转换，测量精度不高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述三种测量方案中实时性不强、开发周期长、准确性不高等问题，提出了一种全新的测量数字脉冲信号占空比的电路。
本发明的解决方案如下：
一种用于提取数字脉冲信号占空比信息的电路，其中所述数字脉冲信号频率范围为1～1000Hz，电压为TTL电平且占空比在50％至99％之间；所述数字脉冲信号以差分信号的形式输入，通过两路输入相位相反的积分变换电路转换为两路直流信号，再分别通过低通滤波电路滤除杂波，最后通过电压选择电路选出两路中的高值输出。
在以上方案的基础上，本发明还进一步作如下优化：
在两路积分变换电路之前均设置有过压保护电路；所述过压保护电路主要由一组串联的稳压二极管构成。
在两路低通滤波电路之后还均设置有电压跟随电路，使电压信号增加直流输出能力。
上述积分变换电路中搭建有放大器，放大器的负反馈电阻采用T型电阻网络。
上述过压保护电路、积分变换电路、低通滤波电路、电压跟随电路和电压选择电路整体上由运算放大集成电路搭建而成。
本发明具有以下技术效果：
通过差分信号双路同时处理最终输出最高值的方式稳定处理带占空比信息的数字脉冲信号，将其以直流形式输出，保证输出值始终为占空比大于50％的波形对应电平，为后端电压采集电路提供实时、可靠、稳定的直流输出。
采用低通滤波电路消除了信号中的高频干扰信号，保证了运算放大器的输出电压范围，同时保证在频率范围内的精度要求。
选用低偏移电流的放大器，结合采用T型电阻网络减小了积分变换电路的反馈电阻，减弱了偏移电流引起的电压误差，提高了转换脉冲信号的量程。
该电路反应速度和测量精度高，缩短了开发周期。
信号处理的主体全部使用集成电路，成本低、效率高、实时性好、可靠性高。
附图说明
图1是数字脉冲信号占空比信息提取方法的系统原理图；
图2是积分变换电路的仿真波形；
图3是过压保护电路原理图；
图4是积分变换电路原理图；
图5是低通滤波电路原理图；
图6是电压跟随及电压选择电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
本发明主要包括过压保护电路、积分变换电路、低通滤波电路、电压跟随电路、电压选择电路。
过压保护电路由稳压二极管相互连接构成，用于限制电压过大对后级电路的影响。
积分变换电路与过压保护电路连接，用于将经过过压保护的脉冲信号积分变换为具有一定幅值的直流电压信号。
低通滤波电路对变化后的电压信号进行低通滤波，滤除信号中的高频干扰信号，保留有用信号。
电压跟随电路使电压信号增加直流输出能力，避免后端负载突然变化影响输出幅值。
电压选择电路用于在两路前端电路输出的电压值中选择一个高电压值作为输出，保证即使差分脉冲信号输入产生相位偏移导致积分变换电路输出电压翻转也可以随时输出正确电压。
所述数字脉冲信号占空比信息提取的方法，其具体工作过程如下：
步骤1：将频率范围1至1000Hz，电压为TTL电平且占空比在50％至99％之间的两路差分数字脉冲信号经过前端处理分别引入两路过压保护电路。
步骤2：将经过过压保护处理的差分数字脉冲信号引入积分变换电路输出直流电压值。
步骤3：两路经过积分变换的直流信号分别通过两路低通滤波电路进行低通滤波处理。
步骤4：经过低通滤波处理的两路直流电压信号进入电压跟随及电压选择电路，增加驱动能力的同时选择电压较高的一路作为输出。
图1是数字脉冲信号占空比信息提取方法的系统原理图，图2是积分变换电路的仿真波形，图3是过压保护电路原理图，图4是积分变换电路原理图，图5是低通滤波电路原理图，图6是电压跟随及电压选择电路原理图。
步骤1：将频率范围1至1000Hz，电压为TTL电平且占空比在50％至99％之间的两路差分数字脉冲信号Qa+和Qa-经过前端处理分别引入两路过压保护电路。如果输入电压过高或过低，稳压管V1/V3或V2/V4将导通，将电压保持在合理的范围内，保护后级电路不受干扰或冲击。
步骤2：将经过过压保护处理的Qa+和Qa-引入积分变换电路输出直流电压值。负反馈电阻采用R3、R4、R5组成的T型电阻网络，减小了积分变化电路的反馈电阻，减弱了偏移电流引起的电压误差，提高了转换脉冲信号的量程。积分变换公式为：U01＝5×(1+R4/R5)×UI1脉宽/UI1周期。
步骤3：两路经过积分变换的直流信号分别通过两路低通滤波电路进行低通滤波处理。根据不同信号输入范围，滤波参数可通过变化R6、C5进行调整。该滤波电路的截止频率为f＝1/(2×3.14×R6×C5)。
步骤4：经过低通滤波处理的两路直流电压信号进入电压跟随及电压选择电路，增加驱动能力的同时选择电压较高的一路作为输出。电路中R7和R8需要相同。U02＝UI2。

Claims (4)

1.一种用于提取数字脉冲信号占空比信息的电路，其中所述数字脉冲信号频率范围为1～1000Hz，电压为TTL电平且占空比在50％至99％之间；其特征在于：所述数字脉冲信号以差分信号的形式输入，通过两路输入相位相反的积分变换电路转换为两路直流信号，再分别通过低通滤波电路滤除杂波，最后通过电压选择电路选出两路中的高值输出；所述积分变换电路中搭建有放大器，放大器的负反馈电阻采用T型电阻网络。
2.根据权利要求1所述的用于提取数字脉冲信号占空比信息的电路，其特征在于：在两路积分变换电路之前均设置有过压保护电路；所述过压保护电路包括一组串联的稳压二极管。
3.根据权利要求2所述的用于提取数字脉冲信号占空比信息的电路，其特征在于：在两路低通滤波电路之后还均设置有电压跟随电路，使电压信号增加直流输出能力。
4.根据权利要求3所述的用于提取数字脉冲信号占空比信息的电路，其特征在于：所述过压保护电路、积分变换电路、低通滤波电路、电压跟随电路和电压选择电路整体上由运算放大集成电路搭建而成。
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