CN107505498A - 一种峰值和谷值检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种峰值和谷值检测电路，包括峰值检测模块、谷值检测模块、与门和结果输出模块，输入信号分别输入峰值检测模块和谷值检测模块，输入峰值检测模块和谷值检测模块检测的结果实时输入到与门的输入端，与门输出端与输出模块连接；峰值检测模块用于将输入信号与预设的峰值参考电压进行比较，如果输入信号不小于预设的峰值参考电压，则输出高电平，否则输出低电平；谷值检测模块用于将输入信号与预设的谷值参考电压进行比较，如果输入信号不大于预设的谷值参考电压，则输出高电平，否则输出低电平；结果输出模块根据与门输入的信号输出结果。本发明能够快速检测信号峰值是否达到预期值；有效避免脉冲噪声对检测结果产生干扰；结构简单，功耗低。

Description

一种峰值和谷值检测电路
技术领域
本发明属于信号检测领域，特别涉及一种峰值和谷值检测电路。
背景技术
无线传感器网络由大量的传感器节点组成，而无线传感器节点之间的通信是由无线收发机实现的，其主要由射频前端部分和基带部分组成，射频前端的主要作用是进行数据的接收和发射，基带部分主要是进行数字信号处理。在不同的工作环境下，射频接收机的天线接收到的有效信号功率是变化的。在无线通信系统中，由于外界各种因素的影响，使得接收机接收到的信号强度会在很大的动态范围内变化，如果接收机增益不变，则信号太强时会造成接收机饱和或阻塞，而信号太弱时有可能被丢失，因此就需要某种检测手段来检测信号的强度并以此调节接收机的增益。
峰值检波器是一种常用的检测信号强度的电路，传统的峰值检波器充电时间常数很小，检波的输出电压能够很快的达到稳定值，但是由于它的放电时间常数很大，当输入信号变小时，检波的输出电压仍然会在较长的一段时间内保持在信号变小之前的信号峰值附近，因此传统的峰值检波器并不能快速的检测出信号的变化，而如今许多射频接收机都需要能够快速的实现增益的切换，譬如蓝牙接收机，这就需要能够快速的检测信号的变化。因此，如何准确、快速得进行信号强度的检测是关系射频接收机电路性能的关键因素。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，本发明在于提供一种能够快速、准确的对信号强度进行检测的峰值检测电路。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种峰值和谷值检测电路，包括峰值检测模块、谷值检测模块、与门和结果输出模块，输入信号分别输入峰值检测模块和谷值检测模块，输入峰值检测模块和谷值检测模块检测的结果实时输入到与门的输入端，与门输出端与输出模块连接；所述峰值检测模块用于将输入信号与预设的峰值参考电压进行比较，如果输入信号不小于预设的峰值参考电压，则输出高电平，否则输出低电平；所述谷值检测模块用于将输入信号与预设的谷值参考电压进行比较，如果输入信号不大于预设的谷值参考电压，则输出高电平，否则输出低电平；所述结果输出模块根据与门输入的信号输出结果。
其中，所述峰值检测模块包括第一比较器和第一D触发器，其中，输入信号输入到第一比较器的正输入端，峰值参考电压输入到第一比较器的负输入端，第一比较器的输出信号为第一D触发器的异步置1信号，所述第一D触发器的D端接地，所述第一D触发器的clk端接时钟信号；所述第一D触发器Q端的输出信号为与门的输入信号。这样的电路结构更加简单，同时能够准确的对峰值是否带到预设的峰值参考电压进判断。
所述谷值检测模块包括第二比较器和第二D触发器，其中，输入信号输入到第二比较器的正输入端，谷值参考电压输入到第二比较器的负输入端，第二比较器的输出信号为第二D触发器的异步置1信号，所述第二D触发器的D端接地，所述第二D触发器的clk端接时钟信号；所述第二D触发器Q端的输出信号为与门的输入信号。这样的电路结构更加简单，同时能够准确的对谷值是否带到预设的谷值参考电压进判断。
所述结果输出模块包括第三D触发器，所述与门的输出信号为第三D触发器异步置1信号，所述第三D触发器的D端接地，所述第三D触发器的clk端接时钟信号；所述第三D触发器Q端输出检测结果。这样输出的检测结果更加的直观和准确。
所述第一D触发器、第二D触发器和第三D触发器均为上升沿触发的D触发器。
为了使整个电路的检测效果更好，所述第一D触发器、第二D触发器和第三D触发器均为静态D触发器。
所述峰值参考电压和谷值参考电压分别与输入信号的共模电压的差值的绝对值相同。
工作原理：本发明通过比较器和D触发器级联的方式实现了判断输入信号强度是否达到预期值这一功能，并且通过同时判断信号峰值与谷值来避免脉冲噪声对检测结果的干扰。
有益效果：与现有技术相比，本发明能够快速检测信号峰值是否达到预期值，最多仅需两个时钟周期即可得到结果；由于同时检测信号峰值与谷值，因此能够有效避免因为前级电路开关充放电等原因导致的脉冲噪声对检测结果产生干扰；由于结构简单，仅由比较器和触发器构成，该结构功耗低。
附图说明
图1是本发明的电路图；
图2为输入信号为正常正弦波信号时，本发明工作时的各节点的输出变化图；
图3为输入信号则为有脉冲噪声的正弦波信号时，本发明工作时的各节点的输出变化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明提供了一种峰值和谷值检测电路，由比较器和触发器组成，通过检测一个时钟周期内的输入信号是否出现过大于峰值参考电压Vref1以及小于谷值参考电压Vref2的情况，即一个时钟周期内的输入信号峰值大于峰值参考电压Vref1且同时谷值小于谷值参考电压Vref2的情况，来判断输入信号的摆幅是否达到预期。
峰值和谷值检测电路由比较器和触发器级联构成，其中，包括D触发器均为上升沿触发的D触发器，D触发器的D端为信号输入端，set端为异步置“1”端，clk端为时钟信号输入端，当set为“1”时，D触发器的输出端Q会立刻变为“1”，当set为“0”时，输出Q会在时钟上升沿时变为D端该时刻下的数据。D触发器优先选择静态D触发器。VCM为输入信号Vin的共模电压，共模电压VCM分别通过两个电阻R1和两个恒流源产生两个与共模电压VCM等间距的峰值参考电压Vref1和谷值参考电压Vref2。输入信号Vin先分别通过第一比较器COM1和第二比较器COM2与峰值参考电压Vref1和谷值参考电压Vref2比较，其中在第一比较器COM1中输入信号Vin位于正相输入端，而在第二比较器COM2中输入信号Vin位于反相输入端，即当输入信号Vin大于峰值参考电压Vref1时，第一比较器COM1输出“1”，而输入信号Vin小于谷值参考电压Vref2时，第二比较器COM2输出“1”，经过两个比较器得到的输入信号与峰值参考电压Vref1和谷值参考电压Vref2的时时比较值C1和C2再分别作为两个时钟上升沿触发的第一D触发器D1和第二D触发器D2的异步置“1”信号，再分别将第一D触发器D1和第二D触发器D2的输出Q1和Q2经过一个两输入的与门之后作为时钟上升沿触发的第三D触发器D3的异步置“1”信号，第三D触发器D3的输出Q3即作为最后的检测结果；所有的D触发器D1、D2和D3的输入端D均接低电平。D触发器的clk端接时钟信号CLK，时钟信号CLK的周期应小于或等于输入信号Vin的周期。
其中，输入第一比较器COM1的峰值参考电压Vref1和输入第二比较器COM2的谷值参考电压Vref2与输入信号的共模电压VCM的差值的绝对值相同，但方向相反，峰值参考电压Vref1与共模电压VCM的差值为正，而谷值参考电压Vref2与共模电压VCM的差值为负。
如图2所示，当输入信号为正常正弦波信号时，本发明工作时的各节点的输出变化，当输入信号Vin大于峰值参考电压Vref1时，Q1会马上变为“1”，而由于上升沿触发，Q1只有等到下一个时钟上升沿时才会被重置为“0”，同理当输入信号Vin小于谷值参考电压Vref2时，Q2会马上变为“1”，Q2也同样要等到下一时钟上升沿时才会被重置为“0”。同样的，第三触发器D3也是上升沿触发，当Q1和Q2被重置为“0”的那个上升沿，Q3并不会被重置为“0”，因为此时第三触发器D3的异步置“1”端仍为“1”，因此Q3需要等到Q1和Q2被重置为“0”后的下一个时钟上升沿才会被重置为“0”。又由于如果输入信号保持不变，Q1和Q2被重置为“0”后又会因为输入信号大于峰值参考电压Vref1或者小于谷值参考电压Vref2而跳变为“1”，因此Q3会一直保持为“1”。因此，本发明输出Q3只有在输入信号在一个时钟周期内一直介于参考电压Vref1和Vref2之间时，即输入信号峰值小于预期值时才会变为“0”。本发明的输出信号Q3一直保持为“1”时，所说输入信号能够达到预期值，本发明提供的电路能正确判断输入信号是否达到预期值。
如图3所示，输入信号则为有脉冲噪声的正弦波信号时，本发明工作时的各节点的输出变化，从图中可以发现，脉冲噪声并不会造成该峰值检测单元出现误判的情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种峰值和谷值检测电路，其特征在于：包括峰值检测模块、谷值检测模块、与门和结果输出模块，输入信号分别输入峰值检测模块和谷值检测模块，输入峰值检测模块和谷值检测模块检测的结果实时输入到与门的输入端，与门输出端与输出模块连接；所述峰值检测模块用于将输入信号与预设的峰值参考电压进行比较，如果输入信号不小于预设的峰值参考电压，则输出高电平，否则输出低电平；所述谷值检测模块用于将输入信号与预设的谷值参考电压进行比较，如果输入信号不大于预设的谷值参考电压，则输出高电平，否则输出低电平；所述结果输出模块根据与门输入的信号输出结果。
2.根据权利要求1所述的峰值和谷值检测电路，其特征在于：所述峰值检测模块包括第一比较器和第一D触发器，其中，输入信号输入到第一比较器的正输入端，峰值参考电压输入到第一比较器的负输入端，第一比较器的输出信号为第一D触发器的异步置1信号，所述第一D触发器的D端接地，所述第一D触发器的clk端接时钟信号；所述第一D触发器Q端的输出信号为与门的输入信号。
3.根据权利要求1所述的峰值和谷值检测电路，其特征在于：所述谷值检测模块包括第二比较器和第二D触发器，其中，输入信号输入到第二比较器的正输入端，谷值参考电压输入到第二比较器的负输入端，第二比较器的输出信号为第二D触发器的异步置1信号，所述第二D触发器的D端接地，所述第二D触发器的clk端接时钟信号；所述第二D触发器Q端的输出信号为与门的输入信号。
4.根据权利要求1所述的峰值和谷值检测电路，其特征在于：所述结果输出模块包括第三D触发器，所述与门的输出信号为第三D触发器异步置1信号，所述第三D触发器的D端接地，所述第三D触发器的clk端接时钟信号；所述第三D触发器Q端输出检测结果。
5.根据权利要求2～3中任意一项所述的峰值和谷值检测电路，其特征在于：所述第一D触发器、第二D触发器和第三D触发器均为上升沿触发的D触发器。
6.根据权利要求2～3中任意一项所述的峰值和谷值检测电路，其特征在于：所述第一D触发器、第二D触发器和第三D触发器均为静态D触发器。
7.根据权利要求1所述的峰值和谷值检测电路，其特征在于：所述峰值参考电压和谷值参考电压分别与输入信号的共模电压的差值的绝对值相同。
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