CN108957103A - 一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法 - Google Patents
一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其中，是利用可以调节占空比的PWM波形电压，经过低通滤波后转化成基准电压与待检测信号进行对比，反复调节PWM波形占空比来寻找待检测信号的下降沿以确定待检测信号的电压峰值。利用本发明的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法能够精确的检测出高速小信号的峰值电压，具有检测速度快、检测精准的特点。
Description
技术领域
本发明涉及信号峰值的检波方法，更具体地说，尤其涉及一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法。
背景技术
在电子领域中，常常要对信号的峰值进行测量，一般采用的检波方案是用二极管和电容器进行检波，这种方案检波效果很差，主要表现在：若选择的RC电路的时间常数大一些，则输出的检波信号的波形就会好一些，但是输出的检波信号由于受到二极管的影响幅度会明显降低，特别是当所输入的信号小于二极管导通压降的信号的话，根本就没有办法将信号的峰值检测出来，在中低频信号的信号检波时可以加入运算放大器来构造进度检波电路，但是对高频信号而言，特别是超过100MHz之后，适合的运算放大器很少而且价格昂贵，检波电路成本太高。因此，如何实现高速小信号高精度峰值检波，降低检波装置成本成为了电子设备中峰值检波亟待解决问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，利用该峰值检波方法能够精确的检测出高速小信号的峰值电压，具有检测速度快、检测精准的特点。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其中，是利用可以调节占空比的PWM波形电压，经过低通滤波后转化成基准电压与待检测信号进行对比，反复调节PWM波形占空比来寻找待检测信号的下降沿以确定待检测信号的电压峰值。
优选的，包括以下步骤：
(1)设置一个占空比为中间值的PWM波形电压低通滤波后转化成直流电；
(2)将转化后的直流电与待检测信号进行对比，根据比较结果，反复增加或者减少PWM波形的占空比使转化后的直流电电压接近待检测信号，以确定待检测信号的下降沿；
(3)将待检测信号的下降沿顶端电压确定为待检测信号的电压峰值。
优选的，步骤(1)具体过程为：初始化变量n＝0，将一个占空比为50％的PWM波形电压低通滤波后转化成直流电作为第一基准电压，n＝n+1。
优选的，步骤(2)具体步骤为：将第一基准电压与待检测信号作比较，若第一基准电压高于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.1)；
若第一基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.2)；
(2.1)将第二基准电压与待检测信号作比较，若第二基准电压高于待检测信号的电压，将第二基准电压值替换第一基准电压值，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.1)；
若第二基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成直流电作为第三基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.1.1)；
(2.1.1)将第三基准电压与待检测信号作比较，若第三基准电压高于待检测信号的电压，将第三基准电压值替换第一基准电压值，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第三基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.1.1)；
若第三基准电压低于待检测信号的电压，则确定待检测信号的下降沿；
(2.2)将第二基准电压与待检测信号作比较，若第二基准电压高于待检测信号的电压，将第二基准电压值替换第一基准电压值，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.2)；
若第二基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成直流电作为第三基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.2.1)；
(2.2.1)将第三基准电压与待检测信号作比较，若第三基准电压高于待检测信号的电压将第三基准电压值替换第一基准电压值，则确定待检测信号的下降沿；
若第三基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成一定电压的直流电作为第三基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.2.1)。
优选的，步骤(3)具体步骤为将第一基准电压值确定为待检测信号的电压峰值。
优选的，变量e的计算公式为：
优选的，步骤(1)中，所述PWM波形由单片机信号输出端产生，所述PWM波形的电压范围为0-5V。
优选的，在步骤(3)后，还包括步骤(4)：将电压峰值发送至显示电路中显示。
优选的，所述的基准电压与待检测信号进行对比时使用的是高速比较器。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其中，是利用可以调节占空比的PWM波形电压，经过低通滤波后转化成基准电压与待检测信号进行对比，反复调节PWM波形占空比来寻找待检测信号的下降沿以确定待检测信号的电压峰值。通过调节PWM波形电压的占空比，可以改变其低通滤波后所转化成的直流电的电压值，再将逐步靠近并找到待检测信号的下降沿，从而就可以确定待检测信号的电压峰值，这个峰值检波的方法能够检测出高速小信号的峰值电压，检测速度快，经过逐步缩小增加量，使直流电的电压越来越靠近待检测信号的下降沿，找到的待检测信号的下降沿更精准。
附图说明
图1是本发明的简要方法流程图；
图2是本发明的具体方法流程图；
图3是本发明中PWM波形的电压波形图；
图4是本发明中PWM波形低通滤波后的电压波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
参照图1和2所示，本发明的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，是利用可以调节占空比的PWM波形电压，经过低通滤波后转化成基准电压与待检测信号进行对比，反复调节PWM波形占空比来寻找待检测信号的下降沿以确定待检测信号的电压峰值。
本发明的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，包括以下步骤：
(1)设置一个占空比为中间值的PWM波形电压低通滤波后转化成直流电。具体过程为：初始化变量n＝0，将一个占空比为50％的PWM波形电压低通滤波后转化成直流电作为第一基准电压，n＝n+1。所述PWM波形由单片机信号输出端产生，所述PWM波形的电压范围为0-5V，单片机可以选用STM8单片机。图3为从单片机的信号输出端输出的PWM波形的波形图，该PWM波形的输出电压为0-5V，占空比的范围是0％到100％，PWM波形电压通过低通滤波后转化成输出电压为0-5V的直流电，输出的直流电的电压波形如图4所示。
(2)将转化后的直流电与待检测信号进行对比，根据比较结果，反复增加或者减少PWM波形的占空比使转化后的直流电电压接近待检测信号，以确定待检测信号的下降沿。所述的基准电压与待检测信号进行对比时使用的是高速比较器，由于待检测信号为高频信号，因此需要使用高速比较器才能进行电压比较，所得的比较输出结果也属于高频信号，需要转化成低频信号才能被单片机识别。
具体步骤为：将第一基准电压与待检测信号作比较，若第一基准电压高于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.1)；
若第一基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.2)。
其中，变量e的计算公式为：
根据n确定增减系数变量e的值，即每次对空占比进行增减后，需要缩小变量e的值，使直流电的电压逐步接近待检测信号的下降沿。
(2.1)将第二基准电压与待检测信号作比较，若第二基准电压高于待检测信号的电压，将第二基准电压值替换第一基准电压值，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.1)；
若第二基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成直流电作为第三基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.1.1)；
(2.1.1)将第三基准电压与待检测信号作比较，若第三基准电压高于待检测信号的电压，将第三基准电压值替换第一基准电压值，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第三基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.1.1)；
若第三基准电压低于待检测信号的电压，则确定待检测信号的下降沿；
(2.2)将第二基准电压与待检测信号作比较，若第二基准电压高于待检测信号的电压，将第二基准电压值替换第一基准电压值，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.2)；
若第二基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成直流电作为第三基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.2.1)；
(2.2.1)将第三基准电压与待检测信号作比较，若第三基准电压高于待检测信号的电压将第三基准电压值替换第一基准电压值，则确定待检测信号的下降沿；
若第三基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成一定电压的直流电作为第三基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.2.1)。
经过了步骤(2)反复增加或者减少PWM波形的占空比使转化后的直流电电压逐步接近待检测信号，从而确定待检测信号的下降沿。
(3)将待检测信号的下降沿顶端电压确定为待检测信号的电压峰值，具体步骤为将第一基准电压值确定为待检测信号的电压峰值。在步骤(2)的执行过程中，当确定了待检测信号的下降沿时，变量e已经很小，也就是说第一基准电压和第二基准电压的值是很接近的，因此，可以直接将第一基准电压值确定为待检测信号的电压峰值。只要基准电压足够精准，那么测量到的信号源峰值的精度也就足够高，STM8单片机产生的PWM波形电压低通滤波后转化成的直流电电压理论精度约等于0.0000763V，即0.0663mV，也就是说检测的精度可以达到0.0663mV。
还包括步骤(4)：将电压峰值发送至显示电路中显示。
本发明的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法通过调节PWM波形电压的占空比，可以改变其低通滤波后所转化成的直流电的电压值，再将逐步靠近并找到待检测信号的下降沿，从而就可以确定待检测信号的电压峰值，这个峰值检波的方法能够检测出高速小信号的峰值电压，检测速度快，经过逐步缩小增加量，使直流电的电压越来越靠近待检测信号的下降沿，找到的待检测信号的下降沿更精准。该种峰值检波的方法只需要使用价格比较低的电子元件就可以实现对高频小信号的峰值检测，较传统的检测设备中的电子元件成本更低，并且检测的精度更高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其特征在于，是利用可以调节占空比的PWM波形电压，经过低通滤波后转化成基准电压与待检测信号进行对比，反复调节PWM波形占空比来寻找待检测信号的下降沿以确定待检测信号的电压峰值。
2.根据权利要求1所述的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设置一个占空比为中间值的PWM波形电压低通滤波后转化成直流电；
(2)将转化后的直流电与待检测信号进行对比，根据比较结果，反复增加或者减少PWM波形的占空比使转化后的直流电电压接近待检测信号，以确定待检测信号的下降沿；
(3)将待检测信号的下降沿顶端电压确定为待检测信号的电压峰值。
3.根据权利要求2所述的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其特征在于，步骤(1)具体过程为：初始化变量n＝0，将一个占空比为50％的PWM波形电压低通滤波后转化成直流电作为第一基准电压，n＝n+1。
4.根据权利要求3所述的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其特征在于，步骤(2)具体步骤为：将第一基准电压与待检测信号作比较，若第一基准电压高于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.1)；
若第一基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.2)；
(2.1)将第二基准电压与待检测信号作比较，若第二基准电压高于待检测信号的电压，将第二基准电压值替换第一基准电压值，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.1)；
若第二基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成直流电作为第三基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.1.1)；
(2.1.1)将第三基准电压与待检测信号作比较，若第三基准电压高于待检测信号的电压，将第三基准电压值替换第一基准电压值，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第三基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.1.1)；
若第三基准电压低于待检测信号的电压，则确定待检测信号的下降沿；
(2.2)将第二基准电压与待检测信号作比较，若第二基准电压高于待检测信号的电压，将第二基准电压值替换第一基准电压值，将PWM波形电压的占空比减少变量e后转化成直流电作为第二基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.2)；
若第二基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成直流电作为第三基准电压，n＝n+1，执行步骤(2.2.1)；
(2.2.1)将第三基准电压与待检测信号作比较，若第三基准电压高于待检测信号的电压将第三基准电压值替换第一基准电压值，则确定待检测信号的下降沿；
若第三基准电压低于待检测信号的电压，将PWM波形电压的占空比增加变量e后转化成一定电压的直流电作为第三基准电压，n＝n+1，重复执行步骤(2.2.1)。
5.根据权利要求4所述的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其特征在于，步骤(3)具体步骤为将第一基准电压值确定为待检测信号的电压峰值。
6.根据权利要求4所述的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其特征在于，变量e的计算公式为：
7.根据权利要求1所述的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其特征在于，所述PWM波形由单片机信号输出端产生，所述PWM波形的电压范围为0-5V。
8.根据权利要求2所述的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其特征在于，在步骤(3)后，还包括步骤(4)：将电压峰值发送至显示电路中显示。
9.根据权利要求1所述的一种用于高带宽小信号的高精度峰值检波的方法，其特征在于，所述的基准电压与待检测信号进行对比时使用的是高速比较器。
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