CN113890517A - 一种模拟频率比较器 - Google Patents

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方健
江秋亮
刘晨旭
许明明
刘颖
王腾磊
魏亚瑞
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    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/22—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
    • H03K5/26—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being duration, interval, position, frequency, or sequence

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Abstract

本发明属于模拟电路技术领域，具体的说是涉及一种模拟频率比较器。该频率比较器包含有：占空比转换模块用来将输入占空比不固定的输入信号转换为占空比固定的二分频信号；频率电压转换模块用来产生峰值电压与输入信号频率成反比的三角波信号；参考电压基准用于产生电压基准信号；比较器用于比较三角波信号与参考电压基准信号的大小；D触发器用于输出三角波信号峰值电压与参考电压基准信号的比较结果，并依据该输出电压电平来决定第一信号频率与固定参考频率之间的频率关系。

Description

一种模拟频率比较器
技术领域
本发明属于模拟电路技术领域，具体的说是涉及一种模拟频率比较器。
背景技术
频率比较器在测量技术和通讯技术中得到广泛的应用，其作用是将一个输入信号频率与参考信号频率的大小关系做出判断并给出判断逻辑信号。
一种已知的频率比较器包括有频率检测电路、第一计数电路、第二计数电路以及逻辑判断器。
另一种已知的频率比较器包括第一D触发器、第二D触发器、第三D触发器、第四D触发器和一个与门。
第一种已知频率比较器需要使用两个计数电路及一个内部时钟信号，电路复杂且需要经过一个内部时钟周期即多个信号周期才能进行信号频率逻辑判断。另一种已知的频率比较器需要输入一个参考频率。
发明内容
本发明的内容是提供一种模拟频率比较器，将输入PWM信号与内部参考频率进行比较，输出判断逻辑信号。
本发明提供一种模拟频率比较器，包括占空比转换模块、频率电压转换模块、比较器、参考电压基准、D触发器。所述占空比转换模块输入端与输入PWM信号连接，输出端与频率电压转换模块输入端、所述D触发器的时钟输入端相连接。所述频率电压转换模块的输出端与所述比较器的正输入端连接。所述比较器的负输入端与所述参考电压基准连接，所述比较器的输出端与所述D触发器的信号输入端相连接。
上述频率比较器，其中所述占空比转换模块将占空比不固定的输入PWM方波信号转换为占空比固定的方波信号。
上述频率比较器，其中所述频率电压转换模块将所述空比固定的方波信号转换为一个大小与所述占空比固定的方波信号频率负相关的电压信号。
上述频率比较器，其中所述比较器将所述电压信号与参考电压基准进行比较，输出判断逻辑信号。
本发明的有益效果为，提供一种模拟频率比较器，结构简单，速度更快，对输入信号逻辑的判断仅有一个输入信号周期的延迟。
附图说明
图1是本发明频率比较器的实施例的示意图。
图2是实施例中占空比转换模块的示意图。
图3是实施例中频率电压转换模块的示意图。
图4是本发明频率比较器的工作时序图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明的频率比较器作进一步的详细描述。
实施例
参见图1，本例的频率比较器包含占空比转换模块1、频率电压转换模块2、比较器3、电压基准模块4、D触发器5。其中占空比转换模块1将输入占空比不定的PWM信号(外部输入信号)转化为占空比50％的第一信号S1。第一信号S1作为频率电压转换模块2的输入信号和D触发器5的时钟信号。频率电压转换模块2依据第一信号S1输出第二信号S2，第二信号S2是一个峰值电压与第一信号S1频率负相关的三角波信号。比较器3的正输入端接第二信号S2，负输入端接电压基准模块4(VREF)，输出判断逻辑信号第三信号S3。D触发器5的输入端接第三信号S3，时钟输入端接第一信号S1，用于输出第二信号S2电压峰值与参考电压信号VREF的比较结果。
图2是图1所示占空比转换模块1的一种实施例，由一个D触发器构成。输入PWM信号接D触发器的时钟输入端，D触发器反相输出端与D触发器输入端相连，构成一个二分频电路。输出第一信号S1的频率为输入信号频率的二分之一，输出第一信号S1占空比为固定50％的占空比的信号。
图3是图1所示频率电压转换模块2的一种实施例，包含PMOS管M1、NMOS管M2、两个电流源I1和I2、电容C。当输入信号为低电平的时候，M1管导通，M2管关断，电路以大小为I1的电流对电容C充电，电容上电压与充电时间的关系为
Figure BDA0003287049330000021
当输入信号为高电平的时候，M2管导通，M1管关断，电路以大小为I2的电流对电容C放电，通常取放电电流I2大于充电电流I1以保证电容上电压能够到达地电平。当输入为占空比为50％频率为输入信号频率一半的第一信号S1时，输出第二信号S2的峰值电压与输入信号频率f之间的关系为：
Figure BDA0003287049330000022
若要将输入信号频率f与参考频率f1作比较，则需取电压基准模块4参考电压
Figure BDA0003287049330000031
当第二信号S2的电压大于参考电压VREF时，比较器输出第三信号S3为高电平，当第二信号S2的电压小于参考电压VREF时，比较器输出第三信号S3为低电平。第三信号S3接D触发器的输入端，第一信号S1接D触发器的时钟输入端。当第一信号S1为低电平时，电流源I1对电容C充电，当第一信号S1为高电平时，电流源I2对电容C放电，在第一信号S1的上升沿时电容两端电压正好达到峰值电压
Figure BDA0003287049330000032
利用上升沿触发的D触发器，此时输出信号正好为峰值电压
Figure BDA0003287049330000033
与参考电压
Figure BDA0003287049330000034
的比较输出逻辑信号。当输入信号频率f大于参考频率f1，输出为低电平，当输入信号频率f小于参考频率f1，输出信号为高电平。
图4是本发明的一种工作时序图，分别是输入信号频率小于参考频率以及输入信号频率大于参考频率时的波形时序图。将输入信号经过空比转换模块1输出占空比50％的二分频信号第一信号S1，第一信号S1作为频率电压转换模块2的输入信号以及D触发器的时钟信号，控制D触发器输出峰值电压
Figure BDA0003287049330000035
与参考电压的
Figure BDA0003287049330000036
的比较输出逻辑信号。

Claims (1)

1.一种模拟频率比较器，其特征在于，包括占空比转换模块、频率电压转换模块、比较器、和D触发器；其中，占空比转换模块的输入端输入PWM信号，占空比转换模块的输出端与频率电压转换模块输入端、D触发器的时钟输入端连接；所述频率电压转换模块的输出端与比较器的同相输入端连接，比较器的反相输入端接基准电压，比较器的输出端与所述D触发器的信号输入端相连接；D触发器的Q输出端为模拟频率比较器的输出端输出逻辑信号；
所述占空比转换模块用于将占空比不固定的输入PWM方波信号转换为占空比固定的方波信号；
所述频率电压转换模块用于将占空比固定的方波信号转换为一个大小与所述占空比固定的方波信号频率负相关的电压信号。
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