CN112051436B - 一种电压幅值高频过冲检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电压幅值高频过冲检测系统及方法，该系统包括：过滤模块、叠加模块、波形变换模块和检测模块四部分。该方法包括：获取高频过冲信号，滤除高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值；合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，获取合并后的高频过冲信号；将合并后的高频过冲信号的波形变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，且方波的脉冲宽度大于高频过冲信号的脉冲宽度；对方波进行检测。通过本申请，能够有效提高高频过冲信号检测结果的准确性。

Description

一种电压幅值高频过冲检测系统及方法

技术领域

本申请涉及电路电压过冲技术领域，特别是涉及一种电压幅值高频过冲检测系统及方法。

背景技术

过冲是电路设计中的常见现象，过冲的类型包括：上过冲与下过冲。其中，上过冲是指波峰电压超过了电压额定值的最高值，下过冲是指波谷的电压低于电压额定值的最低值。而高频过冲通常是指那些周期且占空比非常短的瞬间冲击。过冲经常发生在电路上下电的瞬间，或者链路中出现阻抗失配产生反射振铃的情景中，过冲会大大的减小元器件的使用寿命，对电路中的元器件非常不利。因此，如何检测出电路中是否存在过冲现象，是电路设计中至关重要的一个环节。

目前对于电路中是否存在过冲现象，通常采用示波器检测的方法。具体地，把电路接到示波器中进行采样观察，通过示波器观察是否有过冲现象。

然而，目前采用示波器进行检测的方法，由于示波器存在检测分辨率的问题，当过冲信号频率过高时，示波器无法识别，使得检测结果准确性不够高。

发明内容

本申请提供了一种电压幅值高频过冲检测系统及方法，以解决现有技术采用示波器检测过冲现象使得检测结果的准确性不够高的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种电压幅值高频过冲检测系统，所述系统包括：

过滤模块，用于获取高频过冲信号，并滤除所述高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，获取高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值；

叠加模块，用于合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，获取合并后的高频过冲信号；

波形变换模块，用于将合并后的高频过冲信号的波形变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，且所述方波的脉冲宽度大于所述高频过冲信号的脉冲宽度；

检测模块，用于对所述方波进行检测。

可选地，所述过滤模块包括：第一运算放大器U1、二极管D1和二极管D2，所述第一运算放大器U1的正相输入端经由电阻R1接地，所述高频过冲信号的一路经由电阻R0连接所述第一运算放大器U1的反相输入端，所述高频过冲信号的另一路连接所述二极管D1的输入端，所述二极管D2的输入端与第一运算放大器U1的输出端连接，所述二极管D2的输出端经由电阻R2连接至第一运算放大器U1的反相输入端。

可选地，所述第一运算放大器为高压摆率运放LF351。

可选地，所述叠加模块包括：第二运算放大器U2，所述第一运算放大器U1的输出端经由电阻R3连接至第二运算放大器U2的正相输入端，所述二极管D1的输出端经由电阻R4连接至第二运算放大器U2的正相输入端，所述第二运算放大器U2的反相输入端经由电阻R5接地，所述第二运算放大器U2的输出端经由电阻R6连接至第二运算放大器U2的反相输入端，其中，电阻R3、电阻R4和电阻R6阻值均相等。

可选地，所述第二运算放大器为高压摆率运放LF351。

可选地，所述波形变换模块包括：第三运算放大器U3，所述第二运算放大器U2的输出端连接所述第三运算放大器U3的正相输入端，所述第三运算放大器U3的反相输入端设置有分压电阻R7和R8，所述第三运算放大器U3的输出端经由电阻R9连接至第三运算放大器U3的正相输入端。

可选地，所述第三运算放大器为LM307运算放大器。

可选地，所述电压幅值高频过冲检测系统中设置有多个电容器，用于滤除电路中的直流偏置电压。

一种电压幅值高频过冲检测方法，所述方法包括：

获取高频过冲信号，所述高频过冲信号包括：上过冲信号和下过冲信号；

滤除所述高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，获取高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值；

合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，获取合并后的高频过冲信号；

将合并后的高频过冲信号的波形变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，且所述方波的脉冲宽度大于所述高频过冲信号的脉冲宽度；

对所述方波进行检测。

可选地，滤除所述高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，以及将合并后的高频过冲信号的波形变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波之前，所述方法还包括：

滤除电路中的直流偏置电压。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请提供一种电压幅值高频过冲检测系统，该系统主要包括：过滤模块、叠加模块、波形变换模块和检测模块四部分。通过过滤模块获取到高频过冲信号后，滤除高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，获取高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值；再通过叠加模块合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，获取到合并后的高频过冲信号，该信号的波形为不规则波形；然后通过波形变换模块将其变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，最后利用检测模块对方波进行检测。本实施例中通过波形变换模块，能够将不同波形的高频过冲信号变换为设定脉冲宽度和幅值的方波，且方波的脉冲宽度大于波形变换前的高频信号的脉冲宽度，相当拓宽了脉冲宽度，间接降低了频率，便于被检测模块识别，从而能够提高检测结果的准确性。

本实施例中过滤模块、叠加模块、波形变换模块分别采用第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3来实现，其中第一运算放大器和第二运算放大器采用高压摆率运放，能够有效识别高频过冲信号，有利于进一步提高信号检测结果的准确性。

本申请还提供一种电压幅值高频过冲检测方法，该方法首先获取高频过冲信号，其次，滤除高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，得到高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，然后合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，获取合并后的高频过冲信号，将其变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，最后对该方波进行检测。通过滤除高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，将下过冲信号的负值翻转成正数，有利于提高对高频过冲信号的处理效率，然后再合并上过冲电压和下过冲电压的绝对值，对合并后的高频过冲信号进行波形变换，变换为能够便于检测的方波，且设定方波的脉冲宽度和幅值。通过设定方波的脉冲宽度和幅值，且限定其脉冲宽度大于高频过冲信号的脉冲宽度，能够拓宽脉冲宽度，从而降低频率，便于后续对其进行检测，有利于提高检测效率，简化检测操作，测试结果的准确性高，且通用性强。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种电压幅值高频过冲检测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例中电压幅值高频过冲检测系统的电路原理示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种电压幅值高频过冲检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种电压幅值高频过冲检测系统的结构示意图。由图1可知，本实施例中的电压幅值高频过冲检测系统，主要包括：过滤模块、叠加模块、波形变换模块和检测模块。

其中，过滤模块，用于获取高频过冲信号，并滤除高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，获取高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值；。

通过过滤模块对高频过冲信号进行过滤，滤除上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，将下过冲信号取绝对值，相当于将下过冲信号翻转，使得高频过冲信号的电压值全部为正数，便于后续对其进行叠加和波形变换处理，从而提高信号检测结果的准确性。

叠加模块用于合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，获取合并后的高频过冲信号。通过叠加模块，将上过冲电压和下过冲电压的绝对值合并，便于后续对整个高频过冲信号进行处理，提高信号检测效率。

继续参见图1可知，该系统中还包括波形变换模块，用于将合并后的高频过冲信号的波形变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，且方波的脉冲宽度大于高频过冲信号的脉冲宽度。

由于高频过冲信号的波形不确定，其原始波形并不能直接被后续检测模块检测，通过波形变换模块，将原始波形的高频过冲信号的波形变换为方波，方波能够被各种常规检测仪器识别。本实施例中的方波为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，且方波的脉宽大于原始波形的高频过冲信号的脉宽，从而能够加宽脉冲，限制幅值，便于被检测模块准确检测到，从而提高检测结果的准确性。本实施例中方波的具体设定值根据待检测的高频过冲信号和检测精度要求而定。

本实施例中的检测模块用于对方波进行检测，可以采用处理器实现对方波的检测。

本实施例通过过滤模块、叠加模块和波形变换模块，能够实现对高频过冲信号的上过冲和下过冲取绝对值，并对其脉冲宽度进行扩宽，利用这三个模块对高频过冲信号进行处理后所获取到的方波，能够非常方便地被后级检测模块检测到，对检测模块的要求相对较低，使得整个系统的通用性较强，在满足检测结果准确性的同时，能够大大简化过冲检测的操作流程，通用性强，便于推广使用。

进一步地，本实施例中过滤模块、叠加模块和波形变换模块可以采用运算放大器来实现。

其中，过滤模块包括：第一运算放大器U1、二极管D1和二极管D2。第一运算放大器U1的正相输入端经由电阻R1接地，高频过冲信号的一路经由电阻R0连接第一运算放大器U1的反相输入端，高频过冲信号的另一路连接二极管D1的输入端，二极管D2的输入端与第一运算放大器U1的输出端连接，二极管D2的输出端经由电阻R2连接至第一运算放大器U1的反相输入端。

叠加模块包括：第二运算放大器U2，第一运算放大器U1的输出端经由电阻R3连接至第二运算放大器U2的正相输入端，二极管D1的输出端经由电阻R4连接至第二运算放大器U2的正相输入端，第二运算放大器U2的反相输入端经由电阻R5接地，第二运算放大器U2的输出端经由电阻R6连接至第二运算放大器U2的反相输入端。

波形变换模块包括：第三运算放大器U3，第二运算放大器U2的输出端连接第三运算放大器U3的正相输入端，第三运算放大器U3的反相输入端设置有分压电阻R7和R8，第三运算放大器U3的输出端经由电阻R9连接至第三运算放大器U3的正相输入端。

其中，第一运算放大器和第二运算放大器可以采用高压摆率运放LF351，采用负反馈方式，这种运放响应快，能够对高频过冲信号及时作出响应，避免检测不到，有利于进一步提高检测结果的准确性。第三运算放大器可以采用普通的LM307运算放大器，采用正反馈方式。二极管D1和D0可以采用1N4007二极管。

进一步地，本实施例的电压幅值高频过冲检测系统中设置有多个电容器，用于滤除电路中的直流偏置电压。具体地，可以设置4个电容器C1，C2，C3和C4。其中，C1设置于高频过冲信号和过滤模块之间，用于将电路中的直流偏置电压滤除。C2设置于第一运算放大器的输出端，C3设置于第三运算放大器的输出端正反馈线路中，C4设置于电源Vcc处，用于滤除电源Vcc的直流偏置电压。通过四个电容的设置，能够进一步提高高频过冲信号检测结果的准确性。

本实施例中电压幅值高频过冲检测系统的电路原理示意图可以参见图2所示。由图2可知，u1为电路中瞬间的高频过冲信号，即有上冲又有下冲，通过电容C1后，将电路中的直流偏置电压滤除掉，然后一路输入给U1的反相输入端，一路输入到D1二极管的正极。

输入给U1的反相输入端的一路，由于D2的反向截止特性，在u1的正值处，D2截止，U1的输出为0，在u1的负值处，D2导通，由于第一运算放大器U1的虚短特性，b处电压等于a处电压，由于a接地，b处电压和a处电压均等于0，进而可得出U1的输出u3＝-u1(R2/R0)。因此，本实施例中U1的输出u3为u1的负值的绝对值，滤掉了u1的正值。输入给二极管D1的u1，其输出u2为u1的正值，滤掉了u1的负值。

u2与u3经过电阻接入U2的正相输入端，第二运算放大器U2同样处于负反馈的状态，且R3＝R4，同理，由运放虚短虚断特性，可得出U2的输出电压u4＝0.5*(1+R6/R5)*(u2+u3)。因此，如果取值R6＝R3，可得u4的输出为u2+u3，即u4为过冲u1的绝对值。

其中，U2的输出电压u4＝0.5*(1+R6/R5)*(u2+u3)的推导过程为：

由图2可知，由于流经R3和R4的电流相等，且电阻R3和R4阻值相等，可知U2正相输入端的电压u正＝0.5*(u2+u3)；根据U2反相输入端处分压原理可知：U2反相输入端的电压u负＝u4*R5/(R6+R5)；根据U2的虚短特性可知u正＝u负，因此，u4＝0.5*(u2+u3)*(R6+R5)/R5＝0.5*(1+R6/R5)*(u2+u3)。

U3的反相输入端c处电压为c＝R8*(R8+R7)*VCC,由于第三运算放大器U3是正反馈方式，因此处于线性放大状态，当d<c时，即u4<c,输出Vout为0；当u4>c时，输出Vout为VCC，此时Vout的持续时间与C3*R9的大小强相关，当电路d处放电至与c相等时，输出由VCC再次变为0，因此Vout对u4的脉冲进行了加宽，使得输出脉冲加宽，并且幅值拉至VCC，方便后级检测模块进行检测处理，综上所述，整个电路实现了输入u1过冲的绝对值取值，并且加宽了脉冲，限制了幅值，有利于后级对过冲的发生进行及时而准确的检测。

结合图2所示的电路原理图，以VCC取值为3.3V，C1、C2、C3为1Uf，C4为4.7Uf，R1，R8,R7为10K，R0,R2，R5,R9为1K，R3，R6为100Ω，R3，R6，R5，R8为10K为例。当过冲u1输入时，由前面等效分析可得，输出u3＝0.5*(|u1|-u1)。即为u1的下过冲绝对值，且滤掉了正值上过冲部分，u2为u1的上过冲部分，滤掉了负值下过冲部分。此时，u2与u3经过U2进行整合，由公式u4＝0.5*(1+R6/R3)*(u2+u3)，可得u4＝u2+u3,即u4＝|u1|。当u4<c时，＝R8*(R8+R7)*VCC＝1.65V时，输出Vout＝0，当u4>1.65V时，Vout＝3.3V，且此时Vout的值会一直保持，加宽了脉冲宽度，直到d处放电至1.65V，Vout再次翻转为0V。综上所述，整个电路实现了对u1输入的上过冲以及下过冲的取绝对值以及对脉冲宽度的拓宽，便于后级检测模块对高频过冲信号的检测。

实施例二

在图1-图2所示实施例的基础上参见图3，图3为本申请实施例所提供的一种电压幅值高频过冲检测方法的流程示意图。由图3可知，本实施例中电压幅值高频过冲检测方法，主要包括如下过程：

S1：获取高频过冲信号。

其中，高频过冲信号包括：上过冲信号和下过冲信号。

获取高频过程信号之后，执行步骤S3：滤除高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，获取高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值。

S4：合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，获取合并后的高频过冲信号。

S5：将合并后的高频过冲信号的波形变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，且方波的脉冲宽度大于高频过冲信号的脉冲宽度。

S6：对方波进行检测。

进一步地，步骤S3、S4和S5之前，所述方法还包括S2：滤除电路中的直流偏置电压。也就是，本实施例中提供的另一种电压幅值高频过冲检测方法包括：

S1：获取高频过冲信号。

S2：滤除电路中的直流偏置电压。

S3：滤除高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，获取高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值。

S2：滤除电路中的直流偏置电压。

S4：合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，获取合并后的高频过冲信号。

S2：滤除电路中的直流偏置电压。

S5：将合并后的高频过冲信号的波形变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，且方波的脉冲宽度大于高频过冲信号的脉冲宽度。

S6：对方波进行检测。

通过设置步骤S2，滤除电路中的直流偏置电压，能够避免干扰信号，进一步提高检测结果的准确性。

该实施例中未详细描述的部分，可以参见图1和图2所示的实施例，两个实施例之间可以互相参照，在此不再赘述。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电压幅值高频过冲检测系统，其特征在于，所述系统包括：

过滤模块，用于获取高频过冲信号，并滤除所述高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，获取高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值；

叠加模块，用于合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，获取合并后的高频过冲信号；

波形变换模块，用于将合并后的高频过冲信号的波形变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，且所述方波的脉冲宽度大于所述高频过冲信号的脉冲宽度；

检测模块，用于对所述方波进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种电压幅值高频过冲检测系统，其特征在于，所述过滤模块包括：第一运算放大器U1、二极管D1和二极管D2，所述第一运算放大器U1的正相输入端经由电阻R1接地，所述高频过冲信号的一路经由电阻R0连接所述第一运算放大器U1的反相输入端，所述高频过冲信号的另一路连接所述二极管D1的输入端，所述二极管D2的输入端与第一运算放大器U1的输出端连接，所述二极管D2的输出端经由电阻R2连接至第一运算放大器U1的反相输入端。

3.根据权利要求2所述的一种电压幅值高频过冲检测系统，其特征在于，所述第一运算放大器为高压摆率运放LF351。

4.根据权利要求2所述的一种电压幅值高频过冲检测系统，其特征在于，所述叠加模块包括：第二运算放大器U2，所述第一运算放大器U1的输出端经由电阻R3连接至第二运算放大器U2的正相输入端，所述二极管D1的输出端经由电阻R4连接至第二运算放大器U2的正相输入端，所述第二运算放大器U2的反相输入端经由电阻R5接地，所述第二运算放大器U2的输出端经由电阻R6连接至第二运算放大器U2的反相输入端，其中，电阻R3、电阻R4和电阻R6阻值均相等。

5.根据权利要求4所述的一种电压幅值高频过冲检测系统，其特征在于，所述第二运算放大器为高压摆率运放LF351。

6.根据权利要求4所述的一种电压幅值高频过冲检测系统，其特征在于，所述波形变换模块包括：第三运算放大器U3，所述第二运算放大器U2的输出端连接所述第三运算放大器U3的正相输入端，所述第三运算放大器U3的反相输入端设置有分压电阻R7和R8，所述第三运算放大器U3的输出端经由电阻R9连接至第三运算放大器U3的正相输入端。

7.根据权利要求6所述的一种电压幅值高频过冲检测系统，其特征在于，所述第三运算放大器为LM307运算放大器。

8.根据权利要求2-7中任一所述的一种电压幅值高频过冲检测系统，其特征在于，所述电压幅值高频过冲检测系统中设置有多个电容器，用于滤除电路中的直流偏置电压。

9.一种电压幅值高频过冲检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取高频过冲信号，所述高频过冲信号包括：上过冲信号和下过冲信号；

滤除所述高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，获取高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值；

合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，获取合并后的高频过冲信号；

将合并后的高频过冲信号的波形变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波，且所述方波的脉冲宽度大于所述高频过冲信号的脉冲宽度；

对所述方波进行检测。

10.根据权利要求9所述的一种电压幅值高频过冲检测方法，其特征在于，滤除所述高频过冲信号中上过冲信号的正值和下过冲信号的负值，合并过滤后的高频过冲信号的上过冲电压和下过冲电压的绝对值，以及将合并后的高频过冲信号的波形变换为设定脉冲宽度和设定幅值的方波之前，所述方法还包括：

滤除电路中的直流偏置电压。

Images