CN110007311A - 一种峰值保持输出系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种峰值保持输出系统，其包括放大模块、峰值保持模块、控制模块和放电模块，放大模块连接峰值保持模块，峰值保持模块分别连接外部设备、控制模块和放电模块，控制模块连接放电模块，放大模块用于放大输入的光电探测器转化的电信号发送给峰值保持模块；控制模块用于产生相应的控制信号发送给放电模块；放电模块用于控制峰值保持模块进行峰值保持或放电复位；峰值保持模块用于跟随放大模块的输出信号产生峰值保持信号发送给外部设备，其包括并联的第一和第二电容，第一电容用于实现峰值保持，第二电容用于减少第一电容的漏电流，以提高峰值保持输出系统的输出信号的精度。

Description

一种峰值保持输出系统

技术领域

本发明属于控制系统领域，具体涉及一种峰值保持输出系统。

背景技术

激光制导系统需要从激光回波中提取光信号进行光电转化，并经过信号处理后解算出目标相对角的位置，从而实现对目标的精确打击。在制导过程中，需要采用信号波长稳定、单色性高、且受光线干扰和其他气体干扰较少、灵敏度高的激光脉冲信号工作，因此激光窄脉冲信号被广泛的使用，这种信号脉冲宽度一般只有10ns左右，频率比普通光小很多。

在激光跟踪制导系统中,一般采用四象限光电探测器从激光回波中提取光信号进行光电转化，确定目标方位。四象限光电探测器是一个反向偏置的半导体二极管阵列,当目标与接收光学系统的光轴无偏差时,各个象限输出的光电流相等；而如果目标发生偏移,各个象限输出的光电流不再相等,通过对各光电流幅值的探测和计算可得到目标的方位信息。当四象限光电探测器上接收到的激光为窄脉冲时,直接使用高速A/D采样电路难以捕捉到窄脉冲的幅值,所以需要设计适用于窄脉冲的峰值保持电路，对前端放大器输出的信号进行展宽并保持一段时间，以便采用常规低速A/D转换器进行采集处理。

目前峰值保持电路主要有两种形式：电压型和跨导型。电压型峰值保持电路原理简单,但积分非线性大,响应速度慢,很难处理高速脉冲信号。跨导型峰值保持电路具有响应速度快、动态范围大和误差小等优点,但结构比较复杂。

图1为现有技术的峰值保持输出电路的结构示意图。如图1所示，该电路包括跨导放大器G、恒流源I、二极管D、保持电容C和电压缓冲器B。跨导放大器对输入电压Vin和输出电压Vout之间的电压差进行放大，输出为电流信号。若Vout<Vin，则G输出的电流信号通过二极管D对保持电容C充电；若Vout≥Vin，则D不导通，保持电容C上的电压维持不变。恒流源I的作用是为跨导放大器提供静态回路。当要保持快速脉冲时，为了及时保持跟踪输入信号，要求充电常数RC尽量的小。C选取了较小值的电容，可以跟随输入信号，但是保持的时间却很短，主要原因由于电容值较小，漏电流就需要被考虑，保持电容上的电荷比较少，由于漏电流的存在，在较短时间内，电荷被泄放。因而，现有的跨导型峰值保持电路要么不响应窄脉冲信号,要么保持精度较差，均难以实现窄脉冲信号的高精度峰值保持。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种峰值保持输出系统，其包括放大模块、峰值保持模块、控制模块和放电模块，峰值保持模块提供设置并联的第一和第二电容，以减少第一电容的漏电流，从而提高峰值保持输出系统的输出信号的精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种峰值保持输出系统，其包括放大模块、峰值保持模块、控制模块和放电模块，放大模块连接峰值保持模块，峰值保持模块分别连接控制模块和放电模块，控制模块分别连接放电模块和外部设备，

放大模块用于放大输入的光电探测器转化的电信号发送给峰值保持模块；

控制模块用于产生相应的控制信号发送给放电模块；

放电模块用于控制峰值保持模块进行峰值保持或放电复位；

峰值保持模块用于跟随放大模块的输出信号产生峰值保持信号发送给外部设备，其包括并联的第一和第二电容，第一电容用于实现峰值保持，第二电容用于减少第一电容的漏电流，以提高峰值保持输出系统的输出信号的精度。

作为本发明的进一步改进，第二电容的容量大于第一电容的容量。

作为本发明的进一步改进，峰值保持模块还包括跨阻放大器、两个二极管、场效应管、电阻和缓冲放大器，跨阻放大器的正相输入端连接放大模块的输出端，跨阻放大器的负相输入端连接缓冲放大器的负相输入端，跨阻放大器的输出端连接第一二极管的正极，第一二极管的负极分别连接第一电容的一端和场效应管的栅极，场效应管的源极分别连接电阻的一端和第二二极管的正极，场效应管的漏极连接电源端，第二二极管的负极连接缓冲放大器的正相输入端和第二电容的一端，缓冲放大器的输出端连接控制模块的输入端，第一电容的另一端和第二电容的另一端接地。

作为本发明的进一步改进，控制模块用于实现对外部设备进行A/D采集、外部中断触发、波门控制信号产生、各级增益控制信号产生、数据处理或数据通讯。

作为本发明的进一步改进，控制模块还用于产生相应的控制信号以控制峰值保持模块的打开或关闭；

作为本发明的进一步改进，放电模块包括依次连接的模拟开关、第一单稳态模块、第二单稳态模块和比较器，比较器的输入端连接外部的控制信号。

作为本发明的进一步改进，比较器用于依据外部的控制信号产生第一和第二单稳态模块所需的触发脉冲。

作为本发明的进一步改进，第一和第二单稳态模块用于依据比较器输出的控制信号产生预设宽度的激光窄脉冲信号。

作为本发明的进一步改进，第一单稳态模块用于控制峰值保持模块进行峰值保持，第二单稳态模块用于控制峰值保持模块进行放电复位。

作为本发明的进一步改进，第一和第二单稳态模块为触发时序错开的不可重触发单稳态。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的一种峰值保持输出系统，其包括放大模块、峰值保持模块、控制模块和放电模块，峰值保持模块提供设置并联的第一和第二电容，选用漏电阻很大的第一电容，同时利用高输入阻抗的场效应管构成电压跟随器，接入到第二电容，第二电容的容量大于第一电容，第一电容因微弱泄漏电流引起的衰减速度将会大大减慢，从而提高峰值保持输出系统的输出信号的精度。

本发明的一种峰值保持输出系统，其利用二极管的单向导电性和电压跟随器的高输入阻抗特性实现脉冲峰值的保持，通过2个单稳态器件的合理设置，放电电路产生的控制信号控模拟开关关断，以泄放保持电容上的电荷，使电路及时复位以便进行下次峰值保持，可实现保持电容C进行自动放电，且保持时间和放电时间可调。

本发明的一种峰值保持输出系统，其单稳态电路选择不可重触发单稳态，防止峰值保持期间单稳态被误触发，电路结构简单、保持精度高、调试方便,可应用于激光跟踪制导系统中,实现高精度高速峰值保持的功能。

附图说明

图1为现有技术的峰值保持输出电路的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种峰值保持输出系统的示意图；

图3为本发明实施例的一种峰值保持输出系统的电路示意图；

图4为本发明实施例的一种峰值保持输出系统的放电时序示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

图2和图3分别为本发明实施例的一种峰值保持输出系统的示意图和电路示意图。如图2和图3所示，该系统包括放大模块、峰值保持模块、控制模块和放电模块，放大模块连接峰值保持模块，峰值保持模块分别连接外部设备、控制模块和放电模块，控制模块连接放电模块，其中，

放大模块用于将输入的光电探测器转化的电信号进行预设倍数的放大；

峰值保持模块用于跟随放大模块的输出信号产生峰值保持信号发送给外部设备；峰值保持是指跟随输入信号变化记忆最大值并进行保持，具体地，峰值保持主要是跟随输入信号变化并将最大值记忆下来并保持，输入信号最大值对应的电压被保持后供后续电路处理需要，处理完成后需对峰值保持模块的保持电容放电，以便进行下一次测量。

该峰值保持模块包括并联的第一和第二电容，第一电容用于实现峰值保持，第二电容用于减少第一电容的漏电流，以提高峰值保持输出系统的输出信号电压的稳定性及后级采样精度；第二电容的容量大于第一电容的容量；优选地，第二电容的容量远大于第一电容的容量。

作为一个优选的实施例，该峰值保持模块包括跨阻放大器G、两个二极管D1和D2、两个电容C和Cn、一个场效应管Q、一个电阻R和缓冲放大器B，跨阻放大器G的正相输入端连接放大模块的输出端，跨阻放大器G的负相输入端连接缓冲放大器B的负相输入端，跨阻放大器G的输出端连接第一二极管D1的正极；第一二极管D1的负极分别连接第一电容C的一端和场效应管Q的栅极，第一电容C的另一端接地，场效应管Q的源极分别连接电阻R的一端和第二二极管D2的正极，场效应管Q的漏极连接电源端，第二二极管D2的负极分别连接第二电容Cn的一端和缓冲放大器B的正相输入端，第二电容Cn的另一端接地；缓冲放大器B的负相输入端连接控制模块的输入端；

其中，第二电容Cn的容值大于第一电容C的容值，为尽量减小第一电容C的泄漏电流，第一电容C需选用漏电阻很大的规格；同时利用高输入阻抗的场效应Q构成电压跟随器，接入到第二电容Cn，第二电容Cn的容量要比第一电容C的容量大，其电量储存量大大提高，从而，第一电容C微弱泄漏电流引起的的衰减速度将会大大减慢，可以提高保持脉冲电压准确度的效果。作为一个优选的方案，Cn远大于C的值，由于微弱泄露电流引起的衰减将会大大减弱，基本能维持C上电压不变，能起到分峰值电压的保持，以给后级控制端足够的时间实现信号的处理。

当峰值保持模块的输出端电压Vout小于放大模块的输入电压Vin时，第一二极管D1导通，从而对保持电容C充电，随着Vout的增大，当Vout大于Vin时，场效应管Q形成一个跟随器，从而起到隔离、抗干扰作用。R为分压电阻，Cn为一个容值较大的电容。Cn远大于C的值，由于微弱泄露电流引起的衰减将会大大减弱，基本能维持C上电压不变，能起到分峰值电压的保持，以便于后级控制端足够的时间实现信号的处理。

控制模块用于产生相应的控制信号发送给放电模块；作为一个优选的实施例，控制模块用于实现对外部设备进行A/D采集、外部中断触发、波门控制信号产生、各级增益控制信号产生、数据处理或数据通讯。

放电模块用于控制峰值保持模块进行峰值保持或放电复位。具体地，放电模块包括依次连接的模拟开关、两个单稳态模块和一个比较器，该比较器的输入端连接外部的控制信号，该比较器用于依据外部的控制信号产生单稳态模块所需的触发脉冲；单稳态模块外接一个RC滤波电路，单稳态模块用于依据该比较器输出的控制信号产生预设宽度的激光窄脉冲信号，其中，两个单稳态模块分别用于产生峰值保持的触发信号和放电的门控复位信号，产生峰值保持的触发信号可触发峰值保持电路进行峰值保持，产生的门控复位信号可控制放电模块的模拟开关以泄放峰值保持模块的保持电容C上的电荷，以控制峰值保持模块及时复位便于下次峰值保持，作为优选的方案，该单稳态电路选择不可重触发单稳态，防止峰值保持期间单稳态被误触发。

图4为本发明实施例的一种峰值保持输出系统的放电时序示意图。如图4所示，作为一个优选的方案，两个单稳态模块的触发时序错开，T1时刻比较器的脉冲前沿触发第一个单稳态电路产生1个脉冲，其脉宽即为峰值保持时间。T2时刻对应脉冲的下降沿，它可触发第2个单稳态电路再产生1个脉冲信号，该信号的脉宽为模拟开关的闭合时间，即为峰值保持模块的复位时间。作为一个优选的方案，该模拟开关可以用三极管P实现，由第2个单稳态脉冲控制它的开、关。

利用二极管的单向导电性和电压跟随器的高输入阻抗特性实现脉冲峰值的保持，通过2个单稳态器件的合理设置，当后级完成信号处理后对电容C进行快速放电，同时保证下一个脉冲周期到来之前电容C完成放电，放电电路产生的门控复位信号控制模拟开关，以泄放保持电容上的电荷，使电路及时复位以便进行下次峰值保持，可实现保持电容C进行自动放电，且保持时间和放电时间可调。

作为一个优选的方案，采用分立元器件实现设计电路，特别是肖特基二极管，保持电容以及高速开关管，都要求反向漏电流尽量小，保持电容C、Cn则选择低ESR、反向漏电流较低的瓷片电容。采用分立元器件实现窄脉冲信号的峰值保持，在电路中加入峰值保持，并自动放电，对脉冲信号进行展宽，调整电路参数，使保持时间可调，满足后级AD采样的需要，可实现连续捕捉到多个脉冲的幅值数据，在通过控制级对捕捉到的数据进行滤波等算法处理，能够更持续稳定的解算偏差角，从而提高精度。相对于国产集成的峰值保持模块，该电路控制更灵活，成本也较低，实用性强。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种峰值保持输出系统，其包括放大模块、峰值保持模块、控制模块和放电模块，所述放大模块连接峰值保持模块，所述峰值保持模块分别连接外部设备、控制模块和放电模块，所述控制模块连接放电模块，其特征在于，

所述放大模块用于放大输入的光电探测器转化的电信号发送给峰值保持模块；

所述控制模块用于产生相应的控制信号发送给放电模块；

所述放电模块用于控制峰值保持模块进行峰值保持或放电复位；

所述峰值保持模块用于跟随放大模块的输出信号产生峰值保持信号发送给外部设备，其包括并联的第一和第二电容，所述第一电容用于实现峰值保持，所述第二电容用于减少第一电容的漏电流，以提高峰值保持输出系统的输出信号的精度。

2.根据权利要求1所述的一种峰值保持输出系统，其特征在于，所述第二电容的容量大于第一电容的容量。

3.根据权利要求1或2所述的一种峰值保持输出系统，其特征在于，所述峰值保持模块还包括跨阻放大器、两个二极管、场效应管、电阻和缓冲放大器，所述跨阻放大器的正相输入端连接放大模块的输出端，所述跨阻放大器的负相输入端连接缓冲放大器的负相输入端，所述跨阻放大器的输出端连接第一二极管的正极，所述第一二极管的负极分别连接第一电容的一端和场效应管的栅极，所述场效应管的源极分别连接电阻的一端和第二二极管的正极，所述场效应管的漏极连接电源端，所述第二二极管的负极连接缓冲放大器的正相输入端和第二电容的一端，所述缓冲放大器的输出端连接控制模块的输入端，第一电容的另一端和第二电容的另一端接地。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种峰值保持输出系统，其特征在于，控制模块用于实现对外部设备进行A/D采集、外部中断触发、波门控制信号产生、各级增益控制信号产生、数据处理或数据通讯。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种峰值保持输出系统，其特征在于，所述控制模块还用于产生相应的控制信号以控制峰值保持模块的打开或关闭。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种峰值保持输出系统，其特征在于，所述放电模块包括依次连接的模拟开关、第一单稳态模块、第二单稳态模块和比较器，所述比较器的输入端连接外部的控制信号。

7.根据权利要求6所述的一种峰值保持输出系统，其特征在于，所述比较器用于依据外部的控制信号产生第一和第二单稳态模块所需的触发脉冲。

8.根据权利要求7所述的一种峰值保持输出系统，其特征在于，所述第一和第二单稳态模块用于依据比较器输出的控制信号产生预设宽度的激光窄脉冲信号。

9.根据权利要求8所述的一种峰值保持输出系统，其特征在于，所述第一单稳态模块用于控制峰值保持模块进行峰值保持，所述第二单稳态模块用于控制峰值保持模块进行放电复位。

10.根据权利要求9所述的一种峰值保持输出系统，其特征在于，所述第一和第二单稳态模块为触发时序错开的不可重触发单稳态。