CN108459195A - 峰值检测装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种峰值检测装置，包括：采集模块，用于根据待测信号产生第一峰值电压和第二峰值电压，第一峰值电压表征待测信号的负峰值电压，第二峰值电压表征待测信号的正峰值电压；多个电平转换模块，与采集模块相连以分别接收第一峰值电压和第一峰值电压，用于对第一峰值电压和第二峰值电压进行电平转换以分别得到第一输出电压和第二输出电压；处理模块，与多个电平转换模块相连以接收第一输出电压和第二输出电压，根据第一输出电压和第二输出电压判断峰值电压是否处于预设范围内，并将判断结果记录在内部存储介质中，以供后续数据查询使用。

Description

峰值检测装置

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，更具体地涉及一种峰值检测装置。

背景技术

峰值检测电路是常用的基本电子电路，主要检测重复周期的交流信号的最大值和最小值之间的电压差值。在集成电路交流信号源表、集成电路动态参数测试电路中，峰值检测电路都有广泛应用。峰值检测电路的设计难点在于检测是否准确，响应是否迅速，电路是否精简可靠。

图1示出现有的峰值检测装置的结构示意图，如图1所示，现有的峰值检测装置100包括采集模块110和处理模块120。其中，采集模块110用于采集峰值信号，处理模块120用于对采集到的峰值信号进行计算处理。

图2示出现有的峰值采集装置的电路示意图，现有技术通常采用二极管或者超级二极管采集峰值信号，如图2所示，采集模块110包括二极管D1和D2、电阻R1和R2以及电容C1和C2。其中，二极管D1、电阻R1和电容C1组成正峰值采集电路，第一节点Q1提供采集到的正峰值电压；二极管D2、电阻R2和电容C2组成负峰值采集电路，第二节点Q2提供采集到的负峰值电压。

处理模块120包括第一至第四比较器U1-U4以及与门N1和N2。第一比较器U1的正相输入端接收第一参考电压Vh1，第二比较器U2的反相输入端接收第二参考电压Vl1，第一比较器U1的反相输入端以及第二比较器U2的正相输入端与第一节点Q1相连以接收采集到的正峰值电压。与门N1的输入端与第一比较器U1的输出端和第二比较器U2的输出端相连。

第三比较器U3的正相输入端接收第三参考电压Vh2，第四比较器U4的反相输入端接收第四参考电压Vl2，第三比较器U3的反相输入端和第四比较器U4的正相输入端与第二节点Q2相连以接收采集到的负峰值电压。与门N2的输入端与第三比较器U3和第四比较器U4的输出端相连。

处理模块120将采集模块110采集到的正峰值电压和负峰值电压与第一至第四参考电压Vh1-Vl2进行比较，由与门N1和N2输出比较结果。在优选地实施例中，与门N1和N2的输出端接有报警装置，可在正峰值电压或/和负峰值电压超出范围时提供报警，报警装置例如为蜂鸣器或者报警灯。

图3示出现有技术的峰值检测装置的信号波形示意图。其中，将待测信号源设定为具有11.5V峰-峰值、2.5V偏置电压且频率为60Hz的交流波形，通过图2中的采集模块110得到待测信号源的正峰值电压和负峰值电压，如图3所示，曲线1表示待测信号的波形，曲线2和曲线3分别表示采集模块110采集到的正峰值电压和负峰值电压，从图中可以看出，采集模块110得到的正峰值电压和负峰值电压与待测信号的峰值存在偏差。

由此可以知道，现有技术的峰值采集装置100存在以下问题：1、采集精度较低，因为二极管存在压降，因此采集到的峰值信号与原信号存在偏差；2、采集到的峰值信号不做处理和记录，无法实现后续的数据追溯。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种峰值检测装置，进一步提高检测精度并且方便后续的数据追溯。

根据本发明提供一种峰值检测装置，其特征在于，包括：采集模块，用于根据待测信号产生第一峰值电压和第二峰值电压，所述第一峰值电压表征所述待测信号的负峰值电压，所述第二峰值电压表征所述待测信号的正峰值电压；多个电平转换模块，与所述采集模块相连以分别接收所述第一峰值电压和第二峰值电压，用于对所述第一峰值电压和所述第二峰值电压进行电平转换以分别得到第一输出电压和第二输出电压；处理模块，与所述多个电平转换模块相连以接收所述第一输出电压和所述第二输出电压，根据所述第一输出电压和所述第二输出电压判断所述峰值电压是否处于预设范围内。

优选地，所述采集模块包括第一峰值采集模块，所述第一峰值采集模块包括：第一电容，所述第一电容的第一端接地，第二端提供所述第一峰值电压；电压跟随电路，与所述第一电容的第二端相连，当所述待测信号小于0时，所述电压跟随电路将所述待测信号提供至所述第一电容的第二端。

优选地，所述电压跟随电路包括：第一运算放大器，反相输入端接收所述待测信号，正相输入端接地，输出端与所述第一电容的第二端相连；第一至第二二极管，所述第一二极管的阴极、所述第二二极管的阳极与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极与所述第一运算放大器的反相输入端相连；第一至第四电阻，所述第一运算放大器的反相输入端通过所述第一电阻接收所述待测信号，所述第二二极管的阴极经所述第二电阻与所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第三电阻串联于所述第一运算放大器的正相输入端和地之间，所述第二二极管的阴极经所述第四电阻接地。

优选地，所述采集模块还包括第二峰值采集模块，所述第二峰值采集模块包括：第二电容，所述第二电容的第一端接地，第二端提供所述第二峰值电压；半波整流电路，与所述第二电容的第二端相连，当所述待测信号大于0时，所述半波整流电路将所述待测信号提供至所述第二电容的第二端。

优选地，所述半波整流电路包括：第二运算放大器和第三二极管，正相输入端接收所述待测信号，反相输入端与所述第二电容的第二端相连，输出端与所述第三二极管的阳极相连，所述第三二极管的阳极与所述第二电容的第二端相连；第五电阻和第六电阻，所述第二运算放大器的正相输入端通过所述第五电阻接收所述待测信号，所述第三二极管的阴极通过所述第六电阻接地。

优选地，每个所述电平转换模块包括至少一级比例电路，所述第一输出电压和所述第二输出电压分别与所述第一峰值电压和所述第二峰值电压的相位相同。

优选地，每个所述电平转换电路包括：第七至第十二电阻以及第三运算放大器和第四运算放大器，其中，所述第三运算放大器的正相输入端通过所述第七电阻接地，所述第四运算放大器的正相输入端通过所述第十电阻接地，所述第八电阻和所述第九电阻分别串联于峰值电压输入端和所述第三运算放大器的输出端之间，所述第八电阻和所述第九电阻的中间节点与所述第三运算放大器的反相输入端相连；所述第十一电阻和所述第十二电阻串联于所述第三运算放大器的输出端与所述第四运算放大器的输出端之间，所述第十一电阻和所述第十二电阻的中间节点与所述第四运算放大器的反相输入端相连，所述峰值电压输入端用于接收所述第一峰值电压或者所述第二峰值电压，所述第四运算放大器的输出端用于提供所述第一输出电压或者所述第二输出电压。

优选地，所述处理模块包括：模数转换电路，接收所述第一输出电压和第二输出电压，用于将所述第一输出电压和所述第二输出电压分别转换为第一数字信号和第二数字信号，所述第一数字信号和所述第二数字信号分别表征所述第一输出电压和所述第二输出电压的电压值；运算模块，由数字电路实现，所述第一数字信号和所述第二数字信号的电压满足所述数字电路的输入电压范围，所述运算模块根据所述第一数字信号和所述第二数字信号判断所述第一峰值电压和所述第二峰值电压是否处于预设范围内，以得到判断结果。

优选地，所述处理模块还包括显示模块，所述显示模块与所述运算模块相连以接收所述第一数字信号、所述第二数字信号和所述判断结果，所述显示模块显示所述第一峰值电压的电压值、所述第二峰值电压的电压值以及所述判断结果。

优选地，所述处理模块还包括存储模块，所述存储模块与所述运算模块相连以接收并存储所述第一数字信号、所述第二数字信号以及所述判断结果。

本发明提供的峰值检测装置的采集精度更高，并且采集到的正峰值电压和负峰值电压经过电平转换模块转换为微机可采集的低压直流量，提供给处理模块，处理模块对其做进一步的模数转换、运算处理后进行显示并记录在内部存储介质中，以供后续数据查询使用。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出现有的峰值检测装置的结构示意图。

图2示出现有的峰值采集装置的电路示意图。

图3示出现有技术的峰值检测装置的信号波形示意图。

图4示出本发明的峰值检测装置的结构示意图。

图5示出图4中的处理模块的结构示意图。

图6示出图4中的采集模块的电路示意图。

图7示出图4中的电平转换模块的电路示意图。

图8示出本发明的峰值检测装置的信号波形示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如电路的结构、器件和原理，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

图4示出本发明的峰值检测装置的结构示意图。

如图4所示，本发明的峰值检测装置200包括采集模块210、2个电平转换模块220以及处理模块230。采集模块210用于采集待测信号的峰值电压，其中，包括待测信号的正峰值电压和负峰值电压。电平转换模块220与采集模块210相连以分别接收正峰值电压和负峰值电压，将正峰值电压和负峰值电压的电平转换分别得到第一输出电压和第二输出电压。处理模块230接收第一输出电压和第二输出电压。

图5示出图4中的处理模块的结构示意图。

处理模块230包括模数转换模块231、运算模块232、显示模块233以及存储模块234。模数转换模块231将接收到的第一输出电压和第二输出电压分别转换为第一数字信号和第二数字信号传递给运算模块232，运算模块232由数字电路实现，第一数字信号和第二数字信号的电压满足数字电路的输入电压范围，运算模块232根据第一数字信号和第二数字信号反向计算得到正峰值电压和负峰值电压，并判断正峰值电压和负峰值电压是否处于预设的电压范围内，得到判断结果。显示模块233与运算模块232相连，用于显示运算模块232得到的判断结果以及第一数字信号和第二数字信号。存储模块234用于存储运算模块232得到的判断结果以及第一数字信号和第二数字信号，供以后数据追溯时使用。

图6示出图4中的采集模块的电路示意图。

如图6所示，采集模块210包括第一峰值采集模块211和第二峰值采集模块212。其中，第一峰值采集模块211包括第一电容C1和电压跟随电路2112，第一电容C1的第一端接地，第二端提供第一峰值电压。电压跟随电路2112与第一电容C1的第二端相连，电压跟随电路2112包括第一运算放大器UA1、二极管D1和D2、电阻R1-R4以及电源V1和V2。二极管D1的正极与第一运算放大器UA1的反相输入端相连，负极与第一运算放大器UA1的输出端相连，二极管D2串联于第一运算放大器UA1的输出端与第一峰值电压输出端P2之间。电阻R1串联于待测信号输入端P1和二极管D1的正极之间。电阻R2的第一端与电阻R1和二极管D1的中间节点相连，第二端与二极管D2的负极相连。电阻R3串联于第一运算放大器UA1的正相输入端和地之间。电阻R4的第一端与二极管D2的负极相连，第二端接地。电源V1和V2用于提供第一运算放大器UA1的工作电压，电源V1和V2的中间节点与电阻R3的第二端相连。

第二峰值采集模块212包括第二电容C2和半波整流电路2122，第二电容C2的第一端接地，第二端提供第二峰值电压。半波整流电路2122与第二电容C2的第二端相连，半波整流电路2122包括第二运算放大器UA2、二极管D3、电阻R5和R6以及电源V4和V5。二极管D3的正极与第二运算放大器UA2的输出端相连，负极与第二运算放大器UA2的反相输入端相连。电阻R5的第一端与待测信号输入端P1相连，第二端与第二运算放大器UA2的正相输入端相连。电阻R6的第一端与二极管D3的负极和第二峰值电压输出端P3的中间节点相连，第二端接地。电源V4和电源V5用于为第二运算放大器UA2提供工作电压，电源V4和电源V5的中间节点接地。

当待测信号小于0，即待测信号为负电压时，电压跟随电路2112将待测信号提供至第一电容C1的第二端，第一峰值电压为待测信号的负峰值电压；当待测信号大于0，即待测信号为正电压时，半波整流电路2122将待测信号提供至第二电容C2的第二端，第二峰值电压为待测信号的正峰值电压。

图7示出图4中的电平转换模块的电路示意图。

如图7所示，每个电平转换模块220包括第一级比例电路221和第二级比例电路222，当然，本发明并不以此为限制，本领域的技术人员可以根据具体情况选择比例电路的级数。其中，第一级比例电路221包括第三运算放大器UA3和电阻R7-R9，第二级比例电路222包括第四运算放大器UA4和电阻R10-R12。峰值电压输入端P4用于接收第一峰值电压或者第二峰值电压，输出端P5用于输出第一输出电压或者第二输出电压。电阻R7串联于第三运算放大器UA3的正相输入端和地之间，电阻R8和R9串联于第三运算放大器UA3的输出端和峰值电压输入端P4之间，电阻R8和R9的中间节点与第三运算放大器UA3的反相输入端相连。电阻R10串联于第四运算放大器UA4的正相输入端和地之间，电阻R11和R12串联于第三运算放大器UA3的输出端和第四运算放大器UA4的输出端之间，电阻R11和R12的中间节点与第四运算放大器UA4的反相输入端相连，第四运算放大器UA4的输出端与输出端P5相连。

图8示出本发明的峰值检测装置的信号波形示意图。

在一种具体的实施例中，待测信号源例如为具有11.5V峰-峰值、2.5V偏置电压且频率为60Hz的交流波形，采用本发明的峰值检测装置得到该待测信号源的正峰值电压和负峰值电压。如图8所示，曲线1表示待测信号的波形，曲线2表示负峰值电压的电压值，曲线3表示正峰值电压的电压值，由图中可以看出，本发明的峰值检测装置得到的正峰值电压和负峰值电压的电压值与待测波形的峰值大致相等。

综上所述，通过使用电压跟随电路和半波整流电路，本发明提供的峰值检测装置的采集精度更高，并且采集到的正峰值电压和负峰值电压经过电平转换模块转换为微机可采集的低压直流量，提供给处理模块，处理模块对其做进一步的模数转换、运算处理后进行显示并记录在内部存储介质中，以供后续数据查询使用。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种峰值检测装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于根据待测信号产生第一峰值电压和第二峰值电压，所述第一峰值电压表征所述待测信号的负峰值电压，所述第二峰值电压表征所述待测信号的正峰值电压；

多个电平转换模块，与所述采集模块相连以分别接收所述第一峰值电压和第二峰值电压，用于对所述第一峰值电压和所述第二峰值电压进行电平转换以分别得到第一输出电压和第二输出电压；

处理模块，与所述多个电平转换模块相连以接收所述第一输出电压和所述第二输出电压，根据所述第一输出电压和所述第二输出电压判断所述峰值电压是否处于预设范围内。

2.根据权利要求1所述的峰值检测装置，其特征在于，所述采集模块包括第一峰值采集模块，所述第一峰值采集模块包括：

第一电容，所述第一电容的第一端接地，第二端提供所述第一峰值电压；

电压跟随电路，与所述第一电容的第二端相连，当所述待测信号小于0时，所述电压跟随电路将所述待测信号提供至所述第一电容的第二端。

3.根据权利要求2所述的峰值检测装置，其特征在于，所述电压跟随电路包括：

第一运算放大器，反相输入端接收所述待测信号，正相输入端接地，输出端与所述第一电容的第二端相连；

第一至第二二极管，所述第一二极管的阴极、所述第二二极管的阳极与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极与所述第一运算放大器的反相输入端相连；

第一至第四电阻，所述第一运算放大器的反相输入端通过所述第一电阻接收所述待测信号，所述第二二极管的阴极经所述第二电阻与所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第三电阻串联于所述第一运算放大器的正相输入端和地之间，所述第二二极管的阴极经所述第四电阻接地。

4.根据权利要求1所述的峰值检测装置，其特征在于，所述采集模块还包括第二峰值采集模块，所述第二峰值采集模块包括：

第二电容，所述第二电容的第一端接地，第二端提供所述第二峰值电压；

半波整流电路，与所述第二电容的第二端相连，当所述待测信号大于0时，所述半波整流电路将所述待测信号提供至所述第二电容的第二端。

5.根据权利要求4所述的峰值检测装置，其特征在于，所述半波整流电路包括：

第二运算放大器和第三二极管，正相输入端接收所述待测信号，反相输入端与所述第二电容的第二端相连，输出端与所述第三二极管的阳极相连，所述第三二极管的阳极与所述第二电容的第二端相连；

第五电阻和第六电阻，所述第二运算放大器的正相输入端通过所述第五电阻接收所述待测信号，所述第三二极管的阴极通过所述第六电阻接地。

6.根据权利要求1所述的峰值检测装置，其特征在于，每个所述电平转换模块包括至少一级比例电路，所述第一输出电压和所述第二输出电压分别与所述第一峰值电压和所述第二峰值电压的相位相同。

7.根据权利要求1所述的峰值检测装置，其特征在于，每个所述电平转换电路包括：第七至第十二电阻以及第三运算放大器和第四运算放大器，其中，

所述第三运算放大器的正相输入端通过所述第七电阻接地，所述第四运算放大器的正相输入端通过所述第十电阻接地，

所述第八电阻和所述第九电阻分别串联于峰值电压输入端和所述第三运算放大器的输出端之间，所述第八电阻和所述第九电阻的中间节点与所述第三运算放大器的反相输入端相连；

所述第十一电阻和所述第十二电阻串联于所述第三运算放大器的输出端与所述第四运算放大器的输出端之间，所述第十一电阻和所述第十二电阻的中间节点与所述第四运算放大器的反相输入端相连，

所述峰值电压输入端用于接收所述第一峰值电压或者所述第二峰值电压，

所述第四运算放大器的输出端用于提供所述第一输出电压或者所述第二输出电压。

8.根据权利要求1所述的峰值检测装置，其特征在于，所述处理模块包括：

模数转换电路，接收所述第一输出电压和第二输出电压，用于将所述第一输出电压和所述第二输出电压分别转换为第一数字信号和第二数字信号，所述第一数字信号和所述第二数字信号分别表征所述第一输出电压和所述第二输出电压的电压值；

运算模块，由数字电路实现，所述第一数字信号和所述第二数字信号的电压满足所述数字电路的输入电压范围，所述运算模块根据所述第一数字信号和所述第二数字信号判断所述第一峰值电压和所述第二峰值电压是否处于预设范围内，以得到判断结果。

9.根据权利要求8所述的峰值检测装置，其特征在于，所述处理模块还包括显示模块，

所述显示模块与所述运算模块相连以接收所述第一数字信号、所述第二数字信号和所述判断结果，所述显示模块显示所述第一峰值电压的电压值、所述第二峰值电压的电压值以及所述判断结果。

10.根据权利要求8所述的峰值检测装置，其特征在于，所述处理模块还包括存储模块，

所述存储模块与所述运算模块相连以接收并存储所述第一数字信号、所述第二数字信号以及所述判断结果。