CN107121587B - 峰值及过峰时刻跟踪检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了峰值及过峰时刻跟踪检测电路，包括：电压比较器、同相放大器、采样保持电路、驱动电路，采样保持电路包括：电阻、电压跟随器、受控开关、保持电路，电压跟随器跟踪保持电路的电压，即电压跟随器输出电压等于保持电路的电压，电压比较器比较同相放大器的输出电压信号与跟踪检测电路输入的电压信号Uin，比较结果经电压比较器的输出去控制所述驱动电路，驱动电路控制受控开关的导通或断开，该电路直接对电压信号Uin的电压值进行检测和比较，而不是对电压信号Uin的波形进行处理，跟电压信号Uin的波形没有关系，从而避免了微分等非线性电路的引入，提高了跟踪检测电路的精度和可靠性。

Description

峰值及过峰时刻跟踪检测电路
技术领域
本发明涉及一种电子电路技术领域，更具体地说涉及峰值及过峰时刻跟踪检测电路。
背景技术
峰值电压检测电路作为一种检测电压信号波形峰值的基本电路对核辐射探测器是必不可少的，它在高能物理和核物理能谱测量和时间谱测量中经常用到。此外在测量压力、加速度、磁通量的探测器中也要用到这种电路。总之，凡是将物理量或者化学量转换为电信号时，一般都需要这个电路。因此，峰值电压检测电路在数据采样方面应用很广，在很多系统中需要采集峰值作为结果值进行处理，在这个过程中往往需要获得准确的过峰时刻以保证采集的数据准确性和可靠性。而在实际工作中信号波形却是随机的，特别是在信号检测系统中波形多为非周期性的，大小和周期都在不断的变化，给峰值时刻的判断带来了不便。
电压信号峰值及过峰时刻测量电路是基础电量测试仪器中信号数据采集的核心电路，传统上主要有两种测量方法。一种是电压型的峰值及过峰时刻测量电路，另一种是跨导型的峰值及过峰时刻测量电路。虽然跨导型的峰值及过峰时刻测量电路性能优于电压型的，但两种方法积分非线性都比较大，为了提高电路的线性性能，需要尽可能大的电容，而加大电容的结果是减小了电路的通频带和摆率，使电路对信号的动态响应范围变小。而过峰时刻的测量则采用微分电路和过零电压比较器来完成，其原理是被测波形经过微分电路后波峰转换为过零点，过零电压比较器在电压值为零处转换为高电平。波峰值对应由低电平到高电平变化，后续电路检测到此电平变化即认为峰值到来，同时启动对峰值检测电路输出的峰值进行测量。但此电路可靠性不仅取决于微分电路稳定性，而且取决于被检测信号的波形，对一些变化缓慢的信号极易造成误触发，严重影响测量结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗干扰能力强，高精度、高可靠性的峰值及过峰时刻跟踪检测电路。
本发明解决其技术问题的解决方案是：包括：电压比较器、同相放大器、采样保持电路、驱动电路，所述采样保持电路包括：电阻、电压跟随器、受控开关、保持电路，所述保持电路由一个电容组成，峰值及过峰时刻跟踪检测电路的输入电压信号Uin从所述电阻的一端输入，所述电阻的另一端连接到所述受控开关的一端，所述受控开关的另一端连接到所述电压跟随器的同相输入端及电容的一端，所述电容的另一端对地连接，所述保持电路用于在所述受控开关断开后保持所述受控开关断开时的跟踪检测电路输入电压信号Uin的电压值，所述电压跟随器跟踪所述保持电路的电压，即所述电压跟随器输出电压等于所述保持电路的电压，所述电压跟随器的输出端与所述同相放大器及自身的反相输入端连接，所述同相放大器的输出端与所述电压比较器的反相输入端连接，所述跟踪检测电路输入电压信号Uin与所述电压比较器的同相输入端连接，所述电压比较器比较所述同相放大器的输出电压信号与所述跟踪检测电路输入Uin的电压信号，比较结果经所述电压比较器的输出去控制所述驱动电路，所述驱动电路控制所述受控开关的导通或断开。
进一步，所述同相放大器包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻，所述运算放大器的输出端连接到所述电压比较器的反相输入端和第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接到所述运算放大器的同相输入端和第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端与地连接，所述运算放大器的反相输入端与所述电压跟随器的输出端连接，所述第一电阻的阻值远小于所述第二电阻的阻值，所述同相放大器与所述电压比较器一起实现迟滞电压比较的功能。
本发明的有益效果是：本发明利用电压比较器、同相放大器和采样保持电路相互配合，直接对电压信号Uin的电压值进行检测和比较，而不是对电压信号Uin的波形进行处理，跟电压信号Uin的波形没有关系，从而避免了微分等非线性电路的引入，提高了跟踪检测电路的精度和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明峰值及过峰时刻跟踪检测电路的电路图；
图2是本发明峰值及过峰时刻跟踪检测电路的输入波形与输出波形的关系图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指元件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接元件，来组成更优的电路结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参考图1，术语解释：Uin是跟踪检测电路输入的电压信号，UB是电压比较器b5输出的电压信号，Uout是采样保持电路b2输出的电压信号，也是跟踪检测电路输出的电压信号，UC是同相放大器对Uout放大后的电压信号。
一种峰值及过峰时刻跟踪检测电路，包括：电压比较器b5、同相放大器b1、采样保持电路b2、驱动电路，所述采样保持电路b2包括：电阻R、电压跟随器b4、受控开关S、保持电路b3，所述保持电路b3由一个电容C组成，所述电容C的一端与所述电压跟随器b4的同相输入端及受控开关S的另一端连接，所述电容C的另一端与地连接，当受控开关S断开时，电容C保持受控开关S断开时的跟踪检测电路输入电压信号Uin的电压值，电压跟随器b4跟踪电容C的电压，即所述电压跟随器输出电压等于电容C的电压。
所述同相放大器b1包括：运算放大器A2、第一电阻△R1、第二电阻R1，所述运算放大器A2的输出端连接到所述电压比较器b5的反相输入端和第一电阻△R1的一端，所述第一电阻△R1的另一端连接到所述运算放大器A2的同相输入端和第二电阻R1的一端，所述第二电阻R1的另一端与地连接，所述运算放大器A2的反相输入端与所述电压跟随器b4的输出端连接，本实施例中，所述第一电阻△R1的阻值为第二电阻R1的阻值的千分之一，所述同相放大器b1与所述电压比较器b5一起实现迟滞电压比较的功能。
所述电压比较器b5的同相输入端输入峰值及过峰时刻跟踪检测电路的输入电压信号Uin，所述电压比较器b5的反相输入端与所述同相放大器的输出端连接。
本实施例的工作原理为：初始状态下，被检测输入电压信号Uin≤0，此时采样保持电路b2输出Uout＝0，经过同相放大器放大后得到电压信号UC，电压信号UC加到电压比较器b5的反相输入端，此时UC≥0，由同相放大器的性质决定，同相放大器的放大系数恒大于1。电压比较器b5输出低电平，该低电平经驱动电路使采样保持电路b2中的开关S断开，保持采样保持电路b2输出Uout＝0，此时采样保持电路b2的处于保持工作状态。需要说明的是，所述驱动电路为现有技术。
当跟踪检测电路输入的电压信号Uin如图2所示的波形，Uin>0且大于电压UC时，电压比较器b5翻转输出高电平，该高电平经驱动电路使采样保持电路b2中的开关S闭合，跟踪检测电路输入的电压信号Uin经电阻R对电容C进行充放电，由于电压跟随器b4的输入电阻无穷大，电容C上的电压等于跟踪检测电路输入的电压信号Uin，即电容C上的电压跟踪检测电路的输入电压信号Uin，由于电压跟随器b4的放大系数是1，电压跟随器b4的输出跟踪输入的变化，也即采样保持电路b2的输出电压Uout跟踪跟踪检测电路输入的电压信号Uin，改变电阻R的大小可以改变跟踪速度，此时采样保持电路b2的处于采样工作状态，一直到Uin在t1时刻出现第一个峰值Uh1，此时Uout＝Uh1经同相放大器放大后UC≥Uh1，即UC>Uin，电压比较器b5翻转输出低电平，该低电平经驱动电路使采样保持电路b2中的开关S断开，采样保持电路b2输出Uout＝Uh1，在t1到t2'这段时间，由于Uin始终小于Uh1，电压比较器b5不翻转，采样保持电路b2处于保持工作状态，采样保持电路b2输出保持Uout＝Uh1；当Uin再大于Uh1时，采样保持电路b2又处于采样工作状态，一直到另一个峰值Uh2出现，采样保持电路b2又处于保持工作状态，电路依次进行工作去跟踪被检测输入电压信号的峰值和过峰时刻。就所示图2而言，UB在t1～t2'、t2～t3'、t3～之后这三段时间内，采样保持电路b2处于保持工作状态，对应的采样保持电路b2的输出电压Uout是Uin的三个峰值Uh1，Uh2和Uh3。0～t1、t2'～t2、t3'～t3这三段时间内，采样保持电路b2处于采样工作状态。t1,t2和t3是这三个峰值的过峰时刻，也就是实现了峰值及过峰时刻跟踪检测。
为了提高测量精度防止叠加在Uin上小的干扰信号造成误触发，跟踪检测电路利用同相运算放大器与电压比较器一起实现迟滞电压比较的功能。设Uhn是Uin现在的峰值，Uh(n+1)是Uin下一个峰值，则UC＝Uhn+ΔU，只有当Uin≥UC＝Uhn+ΔU时电压比较器b5翻转，去跟踪Uh(n+1)，而不是Uin≥Uhn时电压比较器b5翻转去跟踪Uh(n+1)，也就是说Uin上的干扰信号小于ΔU时，电路不会翻转进行跟踪测量，这里
Figure BDA0001332505800000071
电阻△R1的阻值是电阻R1的阻值的非常小的一部分，本实施例中电阻△R1为电阻R1的阻值的千分之一。
本跟踪检测电路利用了电压比较器b5、同相放大器b1、采样保持电路b2等线性电路对电压信号Uin进行追踪检测，而且采用与跟踪检测电路输入电压信号Uin直接比较电压值的方法，确定峰值和峰值时刻，在追踪检测的过程中，并没有涉及到电压信号Uin波形的处理，而且跟电压信号Uin的波形没有关系，从而避免了微分等非线性电路的引入，提高了跟踪检测电路的精度和可靠性。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (1)

1.峰值及过峰时刻跟踪检测电路，其特征在于，包括：电压比较器、同相放大器、采样保持电路、驱动电路，所述采样保持电路包括：电阻、电压跟随器、受控开关、保持电路，所述保持电路由一个电容组成，峰值及过峰时刻跟踪检测电路的输入电压信号Uin从所述电阻的一端输入，所述电阻的另一端连接到所述受控开关的一端，所述受控开关的另一端连接到所述电压跟随器的同相输入端及电容的一端，所述电容的另一端对地连接，所述保持电路用于在所述受控开关断开后保持所述受控开关断开时的跟踪检测电路输入电压信号Uin的电压值，所述电压跟随器跟踪所述保持电路的电压，即所述电压跟随器输出电压等于所述保持电路的电压，所述电压跟随器的输出端与所述同相放大器及自身的反相输入端连接，所述同相放大器的输出端与所述电压比较器的反相输入端连接，所述跟踪检测电路输入电压信号Uin与所述电压比较器的同相输入端连接，所述电压比较器比较所述同相放大器的输出电压信号与所述跟踪检测电路输入Uin的电压信号，比较结果经所述电压比较器的输出去控制所述驱动电路，所述驱动电路控制所述受控开关的导通或断开；
所述同相放大器包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻，所述运算放大器的输出端连接到所述电压比较器的反相输入端和第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接到所述运算放大器的同相输入端和第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端与地连接，所述运算放大器的反相输入端与所述电压跟随器的输出端连接，所述第一电阻的阻值远小于所述第二电阻的阻值，所述同相放大器与所述电压比较器一起实现迟滞电压比较的功能；所述第一电阻的阻值为第二电阻的阻值的千分之一。
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