CN106788438B - 一种电压到时间转换电路 - Google Patents

一种电压到时间转换电路 Download PDF

Info

Publication number
CN106788438B
CN106788438B CN201710150605.2A CN201710150605A CN106788438B CN 106788438 B CN106788438 B CN 106788438B CN 201710150605 A CN201710150605 A CN 201710150605A CN 106788438 B CN106788438 B CN 106788438B
Authority
CN
China
Prior art keywords
operational amplifier
voltage
output
control circuit
switch control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710150605.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106788438A (zh
Inventor
杨波
朱珍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan University
Original Assignee
Foshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foshan University filed Critical Foshan University
Priority to CN201710150605.2A priority Critical patent/CN106788438B/zh
Publication of CN106788438A publication Critical patent/CN106788438A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106788438B publication Critical patent/CN106788438B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/50—Analogue/digital converters with intermediate conversion to time interval
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

一种电压到时间转换电路，其特征在于包括方波发生电路、反相积分电路、电压跟随器、电压比较器、四选一开关控制电路。本发明与已有技术相比，具有在较大输入电压变化范围内电压到时间转换保持良好的线性特性，能提高电压到时间转换精度，降低了转换时间的优点。

Description

一种电压到时间转换电路
技术领域
本发明涉及一种信号转换电路。
背景技术
在工业生产控制场合，许多产品的加工和装配工艺过程需要对产品或设备进行跟踪和定位信号，但被跟踪对象往往受结构和环境的限制远离控制台，获取控制信号的地方距离控制器比较远，或者被控制对象离处理器比较远，这时就需要进行信号传输。电压信号在传输的过程中易受到干扰，一般要转换成时间信号来传输，以提高系统抗干扰能力。此外，随着计算机技术与大规模集成电路技术的飞速发展，模数转换电路技术也在不断的进步与发展，时间到数字转换更易于实现，便于对控制信号的后续处理。
电压到时间转换器是把电压信号转换为时间信号的电路,该电路需要有良好的精度及线性输人的特点，传统上主要有两种测量方法，一种是采用与数字电压表原理相同的双积分转换技术，如果电压转换成的时间是转换电路工作脉冲的N个周期，则所需的转换时间要大于工作脉冲的2N个周期，被转换的电压信号越大转换精度要求越高，转换时间就越长，这极大的限制了电路的转换速率，并且对小信号的电压信号而言，电路的动态响应，抗干扰能力均比较差，无法高精度地实现电压到时间的转换。另一种电压到时间转换电路是基于电荷平衡原理，产生与输入电压信号成正比的时间脉冲信号，由于电荷平衡电路采用的是正反两个方向的积分平衡电路，该积分电路的非线性无法消除，尤其对小信号影响比较大，此外输入电压信号需要转换成电流信号再进行比较，所以对比较器的性能要求大大提高，为了降低比较器的失调，它的前级需要功放进行驱动，这会给电路带来更大的功耗和复杂度。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种在较大输入电压变化范围内电压到时间转换保持良好的线性特性，能提高电压到时间转换精度，降低了转换时间的电压到时间转换电路。
本发明是这样实现的，包括方波信号、反相积分电路、电压跟随器、电压比较器、四选一开关控制电路，反相积分电路包括电阻R1、运算放大器A1、电容C，电阻R1的一端与方波信号Uf相连，电阻R1的另一端与运算放大器A1的反相端相连，运算放大器A1的反相端通过电容C与运算放大器A1的输出端U01相连，运算放大器A1的同相端接地，电压跟随器包括运算放大器A2、运算放大器A5，串联后的电阻R2、R3的一端与电源U+相连，串联后的电阻R2、R3的另一端与运算放大器A1的输出端相连，运算放大器A2的同相端连接在串联后的电阻R2、R3之间，这里R2=R3，运算放大器A2的反相端与运算放大器A2的输出端U02相连，运算放大器A5的同相端与四选一开关控制电路的输出端相连，运算放大器A5的反相端与运算放大器A5的输出端相连，运算放大器A5的输出端输出为时间宽度与被转换电压Ui成正比的脉冲电压信号U0，电压比较器包括运算放大器A3、运算放大器A4，运算放大器A3的反相端与被转换电压信号输入Ui相连，运算放大器A3的同相端与运算放大器A2的输出端U02相连，运算放大器A4的反相端与运算放大器A2的输出端U02相连，运算放大器A4的同相端接地，四选一开关控制电路的两逻辑选通控制信号输入端A、B分别与运算放大器A3的输出端U03及运算放大器A3的输出端U04相连，四选一开关控制电路的其中一开关输入与恒定电压U相连，四选一开关控制电路的另三个开关输入接地，四选一开关控制电路的四路开关输入经两逻辑选通控制信号A、B选通一路作为四选一开关控制电路的输出，四选一开关逻辑选通控制电路的开关选通是这样实现的，当两逻辑选通控制信号输入端A、B均为低电平时，四选一开关控制电路的输出选通与恒定正电压U相连的其中一开关闭合，当两信号输入端A、B不全为低电平时，四选一开关控制电路的输出分别选通与接地相连的另三个开关中的一个闭合，其中U+/2>Ui。
工作时，以一定重复周期（如100ms）的方波信号Uf被加到反相积分电路的输入端，当被积分的信号Uf是低电平，即Uf=0V时，积分器输出UO1为零，UO1经R2、R3和U构成的电压提升电路升压和运算放大器A2构成的电压跟随器进行隔离，UO2=U+/2，由于U+/2>Ui>0，并且UO2=U+/2同时加到电压比较器A3的同相端和电压比较器A4的反相端，电压比较器A3输出高电平，此电平被加到四选一开关电路的逻辑选通控制位A，即A=1，电压比较器A4输出低电平，此电平被加到四选一开关控制电路的逻辑选通控制位B，即B=0，A=1、B=0时四选一开关控制电路的输出选通与GND（为接地符号，其表示的电位为零）连接，经运算放大器A5构成的电压跟随器进行隔离输出，其输出Uo=0V。
当被积分的信号Uf是高电平，如Uf=＋5V时，积分器输出UO1是一条初始值为零且斜率为负值的直线。积分器输出UO1经R2、R3和U+构成的电压提升电路升压和运算放大器A2构成的电压跟随器进行隔离，积分器的输出被增加了U+/2 ，即UO2为初始值为U+/2斜率为负的直线。当积分器输出下降，UO2也随之下降。当UO2>Ui>0时，整个电路保持被积分的信号Uf是低电平，即Uf=0V时的状态；当下降到UO2≤Ui时，电压比较器A3由高电平翻转到低电平，A=0，电压比较器A4状态不变，B=0，A=0、B=0时四选一开关控制电路的输出选通与恒定正电压U连接，经运算放大器A5构成的电压跟随器进行隔离输出，其输出Uo为恒定正电压U；当下降到UO2≤0V时，电压比较器A4由低电平翻转到高电平，B=1，电压比较器A3状态不变，此时A=0、B=1时四选一开关控制电路的输出选通与GND（为接地符号，其表示的电位为零）连接，经运算放大器A5构成的电压跟随器进行隔离输出，其输出Uo=0V。显然在0≤UO2≤Ui期间，A=0、B=0，运算放大器A5输出保持Uo为恒定正电压U，保持的时间为T，由于T与Ui以及积分输出的直线构成直角三角形关系，所以T=kUi，k是常系数，即当Ui是被转换的电压变化时，运算放大器A5输出电压Uo的宽度T也随之成比例地变化，即实现了电压到时间的转换。
本发明与已有技术相比，由于采用反相积分电路、电压跟随器，电压比较器、四选一开关控制电路等，直接采用电压比较，避免了传统方案中双积分转换或电压到电流的转换后再比较的方法，实现在较大输入电压变化范围内电压到时间转换保持良好的线性特性，提高了电压到时间转换精度，降低了转换时间。因此，具有电路简单可靠，抗干扰能力强，电路数字兼性强适用于TTL、COMS等主要逻辑电路、动态能量损耗小的优点。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为电压到时间转换的波形图。
具体实施方式
现结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明包括方波信号、反相积分电路、电压跟随器、电压比较器、四选一开关控制电路，反相积分电路包括电阻R1、运算放大器A1、电容C，电阻R1的一端与方波信号Uf相连，方波信号Uf是重复周期为100ms，电压为+5V的方波，电阻R1的另一端与运算放大器A1的反相端相连，运算放大器A1的反相端通过电容C与运算放大器A1的输出端U01相连，运算放大器A1的同相端接地，电压跟随器包括运算放大器A2、运算放大器A5，串联后的电阻R2、R3的一端与电源U+相连，串联后的电阻R2、R3的另一端与运算放大器A1的输出端相连，运算放大器A2的同相端连接在串联后的电阻R2、R3之间，这里R2=R3，运算放大器A2的反相端与运算放大器A2的输出端U02相连，运算放大器A5的同相端与四选一开关控制电路的输出端相连，运算放大器A5的反相端与运算放大器A5的输出端相连，运算放大器A5的输出端输出为时间宽度与被转换电压Ui成正比的脉冲电压信号U0，电压比较器包括运算放大器A3、运算放大器A4，运算放大器A3的反相端与被转换电压信号输入Ui相连，运算放大器A3的同相端与运算放大器A2的输出端U02相连，运算放大器A4的反相端与运算放大器A2的输出端U02相连，运算放大器A4的同相端接地，四选一开关控制电路的两逻辑选通控制信号输入端A、B分别与运算放大器A3的输出端U03及运算放大器A3的输出端U04相连，四选一开关控制电路的其中一开关输入与恒定电压U相连，四选一开关控制电路的另三个开关输入接地，四选一开关控制电路的四路开关输入经两逻辑选通控制信号A、B选通一路作为四选一开关控制电路的输出，四选一开关逻辑选通控制电路的开关选通是这样实现的，当两逻辑选通控制信号输入端A、B均为低电平时，四选一开关控制电路的输出选通与恒定正电压U相连的其中一开关闭合，当两信号输入端A、B不全为低电平（即A=1、B=0；A=1、B=1；A=0、B=1）时，四选一开关控制电路的输出分别选通与接地相连的另三个开关中的一个闭合，其中U+/2>Ui。
工作时，方波信号Uf被加到反相积分电路的输入端，当被积分的信号Uf是低电平，即Uf=0V时，积分器输出UO1为零，UO1经R2、R3和U构成的电压提升电路升压和运算放大器A2构成的电压跟随器进行隔离，UO2=U+/2，由于U+/2>Ui>0，并且UO2=U+/2同时加到电压比较器A3的同相端和电压比较器A4的反相端，电压比较器A3输出高电平，此电平被加到四选一开关电路的逻辑选通控制位A，即A=1，电压比较器A4输出低电平，此电平被加到四选一开关控制电路的逻辑选通控制位B，即B=0，A=1、B=0时四选一开关控制电路的输出选通与GND（为接地符号，其表示的电位为零）连接，经运算放大器A5构成的电压跟随器进行隔离输出，其输出Uo=0V。
如图2所示，当被积分的信号Uf是高电平＋5V时，积分器输出UO1是一条初始值为零且斜率为负值(－1/RC)的直线C。积分器输出UO1经R2、R3和U+构成的电压提升电路升压和运算放大器A2构成的电压跟随器进行隔离，积分器的输出被增加了U+/2，即UO2为初始值为U+/2斜率为负值(－1/RC)的直线D。当积分器输出下降，UO2也随之下降。当UO2>Ui>0时，整个电路保持被积分的信号Uf是低电平，即Uf=0V时的状态；当下降到UO2≤Ui时，电压比较器A3由高电平翻转到低电平，A=0，电压比较器A4状态不变，B=0，A=0、B=0时四选一开关控制电路的输出选通与恒定正电压U连接，经运算放大器A5构成的电压跟随器进行隔离输出，其输出Uo为恒定正电压U；当下降到UO2≤0V时，电压比较器A4由低电平翻转到高电平，B=1，电压比较器A3状态不变，此时A=0、B=1时四选一开关控制电路的输出选通与GND（为接地符号，其表示的电位为零）连接，经运算放大器A5构成的电压跟随器进行隔离输出，其输出Uo=0V。显然在0≤UO2≤Ui期间，A=0、B=0，运算放大器A5输出保持Uo为恒定正电压U=+3V，保持的时间为T，由于T与Ui以及积分输出的直线构成直角三角形关系，所以T=kUi，k是常系数，即当Ui是被转换的电压变化时，运算放大器A5输出电压Uo的宽度T也随之成比例地变化，即实现了电压到时间的转换。

Claims (1)

1.一种电压到时间转换电路，其特征在于包括方波信号、反相积分电路、电压跟随器、电压比较器、四选一开关控制电路，反相积分电路包括电阻R1、运算放大器A1、电容C，电阻R1的一端与方波信号Uf相连，电阻R1的另一端与运算放大器A1的反相端相连，运算放大器A1的反相端通过电容C与运算放大器A1的输出端U01相连，运算放大器A1的同相端接地，电压跟随器包括运算放大器A2、运算放大器A5，串联后的电阻R2、R3的一端与电源U+相连，串联后的电阻R2、R3的另一端与运算放大器A1的输出端相连，运算放大器A2的同相端连接在串联后的电阻R2、R3之间，这里R2=R3，运算放大器A2的反相端与运算放大器A2的输出端U02相连，运算放大器A5的同相端与四选一开关控制电路的输出端相连，运算放大器A5的反相端与运算放大器A5的输出端相连，运算放大器A5的输出端输出为时间宽度与被转换电压Ui成正比的脉冲电压信号U0，电压比较器包括运算放大器A3、运算放大器A4，运算放大器A3的反相端与被转换电压信号输入Ui相连，运算放大器A3的同相端与运算放大器A2的输出端U02相连，运算放大器A4的反相端与运算放大器A2的输出端U02相连，运算放大器A4的同相端接地，四选一开关控制电路的两逻辑选通控制信号输入端A、B分别与运算放大器A3的输出端U03及运算放大器A3的输出端U04相连，四选一开关控制电路的其中一开关输入与恒定电压U相连，四选一开关控制电路的另三个开关输入接地，四选一开关控制电路的四路开关输入经两逻辑选通控制信号A、B选通一路作为四选一开关控制电路的输出，四选一开关逻辑选通控制电路的开关选通是这样实现的，当两逻辑选通控制信号输入端A、B均为低电平时，四选一开关控制电路的输出选通与恒定正电压U相连的其中一开关闭合，当两信号输入端A、B不全为低电平时，四选一开关控制电路的输出分别选通与接地相连的另三个开关中的一个闭合，其中U+/2>Ui，以一定重复周期的方波信号Uf被加到反相积分电路的输入端，当被积分的信号Uf是低电平，即Uf=0V时，积分器输出UO1为零，UO1经R2、R3和U构成的电压提升电路升压和运算放大器A2构成的电压跟随器进行隔离，UO2=U+/2，由于U+/2>Ui>0，并且UO2=U+/2同时加到电压比较器A3的同相端和电压比较器A4的反相端，电压比较器A3输出高电平，此电平被加到四选一开关电路的逻辑选通控制位A，即A=1，电压比较器A4输出低电平，此电平被加到四选一开关控制电路的逻辑选通控制位B，即B=0，A=1、B=0时四选一开关控制电路的输出选通与GND连接，经运算放大器A5构成的电压跟随器进行隔离输出，其输出Uo=0V；当被积分的信号Uf是高电平，积分器输出UO1是一条初始值为零且斜率为负值的直线；积分器输出UO1经R2、R3和U+构成的电压提升电路升压和运算放大器A2构成的电压跟随器进行隔离，积分器的输出被增加了U+/2 ，即UO2为初始值为U+/2斜率为负的直线；当积分器输出下降，UO2也随之下降；当UO2>Ui>0时，整个电路保持被积分的信号Uf是低电平，即Uf=0V时的状态；当下降到UO2≤Ui时，电压比较器A3由高电平翻转到低电平，A=0，电压比较器A4状态不变，B=0，A=0、B=0时四选一开关控制电路的输出选通与恒定正电压U连接，经运算放大器A5构成的电压跟随器进行隔离输出，其输出Uo为恒定正电压U；当下降到UO2≤0V时，电压比较器A4由低电平翻转到高电平，B=1，电压比较器A3状态不变，此时A=0、B=1时四选一开关控制电路的输出选通与GND连接，经运算放大器A5构成的电压跟随器进行隔离输出，其输出Uo=0V，显然在0≤UO2≤Ui期间，A=0、B=0，运算放大器A5输出保持Uo为恒定正电压U，保持的时间为T，由于T与Ui以及积分输出的直线构成直角三角形关系，所以T=kUi，k是常系数，即当Ui是被转换的电压变化时，运算放大器A5输出电压Uo的宽度T也随之成比例地变化，即实现了电压到时间的转换。
CN201710150605.2A 2017-03-14 2017-03-14 一种电压到时间转换电路 Active CN106788438B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710150605.2A CN106788438B (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种电压到时间转换电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710150605.2A CN106788438B (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种电压到时间转换电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106788438A CN106788438A (zh) 2017-05-31
CN106788438B true CN106788438B (zh) 2023-05-05

Family

ID=58962688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710150605.2A Active CN106788438B (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种电压到时间转换电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106788438B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108696279B (zh) * 2018-04-18 2022-03-25 西安电子科技大学 电压信号到时间信号的转换器
CN108494407A (zh) * 2018-05-24 2018-09-04 佛山科学技术学院 一种电压到时间的转换电路

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013251657A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 New Japan Radio Co Ltd ボルテージフォロア入力型差動増幅器
CN103973271A (zh) * 2014-04-28 2014-08-06 苏州经贸职业技术学院 信号产生电路
CN206533352U (zh) * 2017-03-14 2017-09-29 佛山科学技术学院 一种电压到时间转换电路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013251657A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 New Japan Radio Co Ltd ボルテージフォロア入力型差動増幅器
CN103973271A (zh) * 2014-04-28 2014-08-06 苏州经贸职业技术学院 信号产生电路
CN206533352U (zh) * 2017-03-14 2017-09-29 佛山科学技术学院 一种电压到时间转换电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN106788438A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016061784A1 (en) Successive approximation register-based analog-to-digital converter with increased time frame for digital-to-analog capacitor settling
EP3614227B1 (en) Dual loop low dropout regulator system
CN103441764B (zh) 一种电流频率转换电路
CN106788438B (zh) 一种电压到时间转换电路
CN103888140A (zh) 模数转换误差自校正的装置及方法
CN101924540A (zh) 一种差分时域比较器电路
CN104184478A (zh) 互补共源共栅反相器及增量Sigma-Delta模数转换电路
CN110086464B (zh) 数字反馈式模拟信号隔离变送电路
CN201589812U (zh) 采用电压转频率的伺服系统直流母线电压采样电路
CN103499991A (zh) 具温度感测的模拟数字转换电路及其电子装置
CN112910447A (zh) 一种低功耗的轨至轨输入摆幅的比较器电路
CN206533352U (zh) 一种电压到时间转换电路
CN110868215B (zh) 一种自适应控制的高精度电流/频率转换电路
CN103762985A (zh) 采样保持电路
CN105119601A (zh) 一种适合于高速高精度模数转换器的多通道选择电路
CN204086333U (zh) 一种电子负载
Blauschild An 8b 50ns monolithic A/D converter with internal S/H
CN211528520U (zh) 一种基于霍尔传感器的电流采样电路
CN203608182U (zh) 宽输入范围线性电压时间转换器
CN203423670U (zh) 一种可变增益的模拟加法器
CN103064456B (zh) 反馈式超高精度电压源
CN104954022A (zh) 一种旋转变压器数字转换器及其积分电路
CN107359875B (zh) 一种提高sar-adc电路性能的方法
CN105353295A (zh) 一种运放增益测量电路
CN204993311U (zh) 一种旋转变压器数字转换器及其积分电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant