CN115032441A - 电压峰值检测电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电压峰值检测电路及电子设备，电压峰值检测电路包括：电源单元、第一可控开关、储能元件、比较器以及输出单元；所述电源单元的输出端与所述第一可控开关的第一端连接，所述第一可控开关的第二端与所述储能元件的第一端连接，所述储能元件的第二端接地；所述比较器的第一输入端接收待测电压，所述比较器的第二输入端连接至所述储能元件的第一端，所述比较器的输出端连接至所述第一可控开关的控制端；所述输出单元连接至所述储能元件的第一端，用于输出所述储能元件的第一端处的第一电压。本申请提供的方案用以实现对电压峰值的准确检测。

Description

电压峰值检测电路及电子设备

技术领域

本申请涉及电子电路技术，尤其涉及一种电压峰值检测电路及电子设备。

背景技术

随着科技的发展，超声波检测技术在日常生活中的应用越来越广泛。超声波检测技术是基于超声波信号的传输和接收，该超声波信号为电信号在换能器上转换得到。其中，重要的一部分就是换能器的首波检测。比如，根据检测到的首波，可以对换能器的参数进行调节，例如，将参考电平转换到过零点电压。

现有的一种首波检测手段是模拟检测法，具体包括：通过定制模块对电压幅度进行测量，获得峰值电压，再通过模拟数字转换器把峰值电压转化为数字量来调节参考电平。

但是，上述方案中定制模块需要消耗较大的功耗，并且检测精度较差，因此如何实现准确的峰值检测成为亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供一种电压峰值检测电路及电子设备，用以实现对电压峰值的准确检测。

第一方面，本申请提供一种电压峰值检测电路，包括：电源单元、第一可控开关、储能元件、比较器以及输出单元；所述电源单元的输出端与所述第一可控开关的第一端连接，所述第一可控开关的第二端与所述储能元件的第一端连接，所述储能元件的第二端接地；所述比较器的第一输入端接收待测电压，所述比较器的第二输入端连接至所述储能元件的第一端，所述比较器的输出端连接至所述第一可控开关的第三端；所述输出单元连接至所述储能元件的第一端，用于输出所述储能元件的第一端处的第一电压；其中，所述第一可控开关的第三端为控制端；当所述第一可控开关闭合时，所述电源单元为所述储能元件充电，第一电压跟随所述待测电压变化；所述比较器在当前的待测电压不小于第一电压时输出第一状态的使能信号，用于控制第一可控开关闭合；所述比较器在当前的待测电压小于第一电压时输出第二状态的使能信号，用于控制第一可控开关断开；当第一可控开关断开时，所述储能元件停止充电，第一电压不变。

进一步的，所述电压峰值检测电路还包括：第二可控开关；所述第二可控开关的第一端与所述比较器的第二输入端相连接，所述第二可控开关的第二端与所述储能元件的第一端相连接，所述第二可控开关的第三端用于根据采样时钟信号的不同状态闭合或者断开；所述采样时钟信号用于控制所述第二可控开关在检测周期内闭合并在检测周期结束时断开；其中，所述第二可控开关的第三端为控制端。

进一步的，所述电源单元包括电流源电路；所述储能元件为电容。

进一步的，所述电流源电路包括：第一晶体管、第二晶体管以及电阻；所述第一晶体管的第一端与所述第二晶体管的第一端连接，所述第一晶体管的第二端与所述第二晶体管的第二端共同连接至VDD，所述第一晶体管的第三端与所述电阻的一端和所述第一晶体管的第一端连接，所述电阻的另一端接地，所述第二晶体管的第三端与所述第一可控开关的第一端连接；其中，所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第一端均为控制端。

进一步的，所述第一晶体管包括第一MOS管，所述第二晶体管包括第二MOS管；所述第一MOS管的栅极与所述第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的源极共同连接至VDD，所述第一MOS管的漏极与所述电阻的一端和所述第一MOS管的栅极连接，所述电阻的另一端接地，所述第二MOS管的漏极与所述第一可控开关的第一端连接。

进一步的，所述第一晶体管还包括第一三极管，所述第二晶体管还包括第二三极管；

所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极共同连接至VDD，所述第一三极管的集电极与所述电阻的一端和所述第一三极管的基极连接，所述电阻的另一端接地，所述第二三极管的集电极与所述第一可控开关的第一端连接。

进一步的，所述电流源电路还包括：第三可控开关；所述电阻与所述第三可控开关串联，且通过所述第三可控开关接地；所述第三可控开关，用于根据第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三可控开关在电压峰值检测电路工作时闭合并在电压峰值检测电路结束工作时断开。

进一步的，所述电流源电路还包括：第三晶体管；所述第三晶体管的第三端与所述第一晶体管的第二端连接，所述第三晶体管的第二端与所述第一晶体管的第三端连接；所述第三晶体管的第一端接收所述第一启动信号，用于根据所述第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三晶体管在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通；其中，所述第三晶体管的第一端为控制端。

进一步的，所述第三晶体管包括第三MOS管；所述第三MOS管的漏极与所述第一晶体管的第二端连接，所述第三MOS管的源极与所述第一晶体管的第三端连接；所述第三MOS管的栅极接收所述第一启动信号，用于根据所述第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三MOS管在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

进一步的，所述第三晶体管还包括第三三极管；所述第三三极管的集电极与所述第一晶体管的第二端连接，所述第三三极管的发射极与所述第一晶体管的第三端连接；

所述第三三极管的基极接收所述第一启动信号，用于根据所述第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三三极管在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

进一步的，所述电压峰值检测电路还包括：第一可控元件；所述第一可控元件的一端连接至所述储能元件的第一端，所述第一可控元件的另一端接地；所述第一可控元件的控制端接收第二启动信号，用于根据所述第二启动信号的不同状态闭合或断开，所述第二启动信号用于控制所述第一可控元件在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

进一步的，所述电压峰值检测电路还包括：第二可控元件；所述第二可控元件的一端连接至所述比较器的输出端，所述第二可控元件的另一端接地；所述第二可控元件的控制端接收第三启动信号，用于根据所述第三启动信号的不同状态闭合或断开，所述第三启动信号用于控制所述第二可控元件在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

进一步的，所述电压峰值检测电路还包括：整形电路；所述比较器的输出端通过所述整形电路连接至所述第一可控开关的控制端；所述整形电路，用于对所述比较器输出的使能信号进行整形处理，将整形处理后的使能信号传输至第一可控开关的控制端。

进一步的，所述整形电路包括：由偶数个反相器串联构成的串联结构，所述串联结构的输入端与所述比较器的输出端连接，所述串联结构的输出端连接至所述第一可控开关的控制端。

第二方面，本申请提供一种电子设备，包括如第一方面任一项所述的电压峰值检测电路。

本申请提供的电压峰值检测电路中，比较器根据当前待测信号和第一电压的比较结果输出不同状态的使能信号，当待测电压不小于第一电压时控制第一可控开关闭合，此时储能元件被充电，第一电压跟随待测电压变化；当待测电压小于第一电压时控制第一可控开关断开，此时储能元件停止充电，故第一电压不变。本申请的方案利用第一电压跟随待测电压变化时，当前时刻的第一电压可表征上一时刻的待测电压的规律，故若待测电压小于第一电压，说明第一电压已达到峰值后续将开始变小，故当前的第一电压即为峰值电压，此时通过控制第一可控开关断开记录下峰值电压，从而实现对峰值电压的精准检测。

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。

图1为本申请实施例一提供的电压峰值检测电路的结构示意图；

图2为一种电压波形示意图；

图3a为本申请实施例二提供的电压峰值检测电路的结构示意图；

图3b为本申请实施例中一种工作时序的示例图；

图4a为本申请实施例三提供的电压峰值检测电路的结构示意图；

图4b为电流源电路的一种结构示意图；

图5为本申请实施例四提供的电压峰值检测电路的结构示意图；

图6为本申请实施例五提供的电压峰值检测电路的结构示意图；

图7为本申请实施例六提供的电压峰值检测电路的结构示意图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

随着科技的进步，超声波测量技术也在不断发展与完善。超声波测量是基于电信号在换能器上转换为超声波信号的传输和接收进行的，故换能器的模型是超声波测量环境中重要的一部分。

依据带宽要求，换能器分为宽带换能器和窄带换能器两类：窄带换能器的特点是波形恢复时间较长，输出波形经过长时间幅度方能缓慢增加至稳定的满摆幅，因此窄带换能器对发波，也即超声波的发出有时长要求，且对收波，也即超声波的接收同样需要长时间延时，即需要等待波幅到达一定幅度才可以接收；宽带换能器的特点是波形恢复时间短，例如一般只需经过几个周期即可恢复到满摆幅。以上场景下，重要的环节之一就是换能器的首波检测。比如，基于检测到的首波可以对换能器的参数进行调节，例如，将参考电平转换到过零点电压。通常首波的波形幅度从小到大逐渐增加到满摆幅，当波幅，也就是峰值电压超过预设的首波幅度位置电压时，标志检测到首波，故首波检测需要实现对峰值电压的检测。

目前的首波检测主要有两种方法：一种是数字检测法，该方案需要多个周期采样，同时数字模块引入的噪声较大，会对检测精度产生影响。另一种是模拟检测法，即通过定制模块，实现电压幅度的测量，然后通过ADC把模拟峰值电压转化为数字量。这种方案不需要额外设置用于检测的长周期数，但定制模块需要消耗较大的功耗，并且检测的精度较差。

本申请提供的电压峰值检测电路及电子设备，旨在解决现有技术的如上技术问题。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

实施例一

图1为本申请实施例一提供的电压峰值检测电路的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的电压峰值检测电路用于实现准确的电压峰值检测，相应的，电压峰值检测电路包括：电源单元11、第一可控开关12、储能元件13、比较器14以及输出单元15；

电源单元11的输出端与第一可控开关12的第一端连接，第一可控开关12的第二端与储能元件13的第一端连接，储能元件13的第二端接地(VSS)；比较器14的第一输入端接收待测电压，比较器14的第二输入端连接至储能元件13的第一端，比较器14的输出端连接至第一可控开关12的第三端，也即控制端；输出单元15连接至储能元件13的第一端，用于输出储能元件13的第一端处的第一电压；

当第一可控开关12闭合时，电源单元11为储能元件13充电，第一电压跟随待测电压变化；比较器14在当前的待测电压大于第一电压时输出第一状态的使能信号，用于控制第一可控开关12闭合；比较器14在当前的待测电压不大于第一电压时输出第二状态的使能信号，用于控制第一可控开关12断开；当第一可控开关12断开时，储能元件13停止充电，第一电压不变。

其中，电源单元11用于提供为储能元件充电的电信号，其具体的电路实现结构有多种，本实施例对此不作限定。比较器14用于根据两个输入端信号的不同比较结果，比如第一输入端的信号大于第二输入端的信号，或者第二输入端的信号大于第一输入端的信号，输出不同状态的使能信号(EN)。这里的不同状态用于区分以实现对第一可控开关12的闭合或断开控制。一种示例中，比较器14输出的使能信号为数字信号，包括高电平状态和低电平状态这两种不同的状态，如通常所称的“0”或者“1”。本实施例对比较器的具体电路结构同样不进行限制。由于比较器具有高增益的特性，即便待测电压与第一电压的电压差值很小，也可迅速识别并进行比较，从而实现快速精准的电压峰值检测。

其中，第一可控开关12支持可控的闭合或断开，其具体实现结构可以包括但不限于：MOS管、可控硅。其中，储能元件13支持电能储存和保持，其具体实现结构可以为可充电元件。

需要说明的是，图中所示的电路结构只是本实施例的一种示例方案，为了更好地说明，结合图2所示的电压波形示意图进行举例，图中实线为待测电压，虚线为跟随待测电压变化的跟随电压，输出单元15输出跟随电压(即第一电压)的电压值，这里未考虑第一可控开关12，即假设第一可控开关12保持闭合。参照图2的示例，Δt为待测电压与跟随电压之间相差时间间隔。t1时刻为当前时刻，t0为在t1时刻之前，与t1时刻相差时间间隔Δt的时刻，Vf0为在t0时刻的跟随电压，Vf1为在t1时刻的跟随电压，VIN0为在t0时刻的待测电压，VIN1为在t1时刻的待测电压，如图2所示，在待测电压达到峰值前，例如t0时刻下，待测电压VIN0大于跟随电压Vf0；当待测电压达到峰值后，经过跟随时间间隔Δt，即t1时刻下，跟随电压达到待测电压的电压峰值，此时待测电压VIN1小于跟随电压Vf1。故在第一电压跟随待测电压变化的前提下，当待测电压小于第一电压时，跟随电压接近于达到峰值。其中相邻时刻之间的间隔Δt基于电压跟随的速度决定。可以理解时间间隔Δt越小，电压峰值检测结果越准确，本方案中利用比较器的高增益特点，跟随电压能够快速及时地跟随待测电压变化，从而保证电压峰值检测的准确性。

结合电路结构，进行示例说明：假设当前需要检测待测电压的峰值电压，则该电压峰值检测电路被启动，待测电压VIN传输至比较器14的第一输入端；初始时，由于储能元件13尚未被充电，故其第一端处的第一电压为零，故当前待测电压大于第一电压，则比较器14输出第一状态的使能信号，控制第一可控开关12闭合。相应的，储能元件13的充电回路导通，电源单元11提供电信号为储能元件13充电，从而第一电压上升，并且由于比较器14具有高增益故第一电压跟随待测电压变化(例如图2所示)；直至比较器14检测到第一电压大于待测电压，说明第一电压达到峰值，则比较器14输出第二状态的使能信号，控制第一可控开关12断开。则充电回路断开，储能元件13第一端处的第一电压保持当前电压值，即表征待测电压的峰值电压，实现峰值电压的检测。

实际应用中，待测电压在检测周期内可能会存在多个峰值电压，本方案从中选取最大的峰值电压，以实现峰值电压的准确获取。仍结合上述示例，假设检测到第一个峰值电压后仍继续检测，则电压峰值检测电路继续工作。同理的，如果待测电压的下一个峰值电压不大于当前第一电压表征的峰值电压，则比较器的比较结果为第一电压(此时保持上次检测的峰值电压)持续大于待测电压，故控制第一可控开关12持续断开，储能元件13未被充电，第一电压不变化；如果待测电压的下一个峰值电压大于当前第一电压表征的峰值电压，则当待测电压超过当前保持不变的第一电压时，比较器的比较结果为待测电压大于第一电压，故控制第一可控开关12闭合，储能元件13再次被充电，第一电压再次跟随待测电压变化，直至再次达到待测电压的下一个峰值，然后类似参照前述过程，到达更高的峰值电压时，不再充电保持不变。以此类似循环，直至检测周期结束，输出单元15输出峰值电压，且该峰值电压为整个检测周期中最大的峰值电压。其中，检测周期的时长可以预先设定，本实施例中对此不作限定。也就是说，通过上述方式，可以在不同检测周期内实现峰值电压的准确获取，适用性强。

本实施例提供的电压峰值检测电路中，比较器根据当前待测信号和第一电压的比较结果输出不同状态的使能信号，当待测电压不小于第一电压时控制第一可控开关闭合，此时储能元件被充电，第一电压跟随待测电压变化；当待测电压小于第一电压时控制第一可控开关断开，此时储能元件停止充电，故第一电压不变。本申请的方案利用第一电压跟随待测电压变化时，当前时刻的第一电压可表征上一时刻的待测电压的规律，故若待测电压小于第一电压，说明第一电压已达到峰值后续将开始变小，故当前的第一电压即为峰值电压，此时通过控制第一可控开关断开记录下峰值电压，从而实现对峰值电压的精准检测。

实施例二

图3a为本申请实施例二提供的电压峰值检测电路的结构示意图，如图3a所示，本实施例提供的电压峰值检测电路用于实现更高精度的电压峰值检测，相应的，在本申请实施例一的基础上，所述电压峰值检测电路还包括：第二可控开关31。

第二可控开关31的第一端与比较器14的第二输入端相连接，第二可控开关31的第二端与储能元件13的第一端相连接，第二可控开关31的第三端，也即控制端用于根据采样时钟信号的不同状态闭合或者断开；采样时钟信号用于控制第二可控开关31在检测周期内闭合并在检测周期结束时断开。采样时钟信号可由预先设置的采样控制电路提供，本实施例对此不做限定。

其中，第二可控开关31支持可控的闭合或断开，其具体实现结构可以包括但不限于：MOS管、可控硅。

本方案中可以设置检测周期，该检测周期基于采样时钟信号决定。举例来说，假设采样时钟信号的第一状态用于控制第二可控开关31闭合，采样时钟信号的第二状态用于控制第二可控开关31断开，则采样时钟信号内维持在第一状态的时长即为检测周期。例如图3b所示，图3b为本申请实施例中一种工作时序的示例图，其中，PU为第一启动信号，用于确定电压峰值检测电路的工作周期，PS为采样时钟信号，ΔT为检测周期，VIN为待测电压，VOUT为输出电压，T₀为检测周期的开始时刻，T₁、T₂、T₃为检测周期中的不同时刻，T₄为检测周期的结束时刻，T₅为电压峰值检测电路的工作周期的结束时刻。此处先对图中的PS信号进行说明，其它信号在后述的实施例中进行说明，此处先不赘述。假设PS为采样时钟信号，第二可控开关31为高电平导通元件，则图中ΔT为检测周期。检测周期内，采样时钟信号控制第二可控开关31闭合，否则，控制第二可控开关31断开。

结合电路结构，进行示例说明：电压峰值检测电路启动，待测电压VIN传输至比较器14的第一输入端；初始时，待测电压大于第一电压，比较器14输出使能信号控制第一可控开关12闭合；采样时钟信号翻转至高电平，第二可控开关31闭合，检测周期开始；此时第一可控开关12和第二可控开关31均闭合，充电回路导通，电源单元11提供的电信号为储能元件13充电，第一电压跟随待测电压变化；后续参照实施例一的示例，直至检测周期结束，采样时钟信号翻转至低电平，第二可控开关31断开，充电回路断开，第一电压保持不变，输出单元15输出当前第一电压，完成检测周期内的电压峰值检测。

实际应用中，比较器14的两个输入端之间存在耦合电容，因此，在第一电压保持阶段，比较器14第一输入端的电容变化会通过耦合电容耦合到比较器14的第二输入端，影响第一电压的稳定，使得输出单元输出的电压产生波动，导致采样误差。对此，本实施例中，在比较器14的第二输出端与储能元件13的第一端之间用第二可控开关31隔开，即在检测周期内该第二可控开关31闭合，使电压峰值检测电路正常工作，当检测周期结束时，控制第二可控开关31关断，因此比较器14的第一输入端处待测电压的变化在第二输入端产生的影响不会波及到储能元件13的第一端，从而稳定输出电压，实现更高精度的电压峰值检测。

本实施例提供的电压峰值检测电路，在比较器的输入端和储能元件之间设置有第二可控开关，该第二可控开关在检测周期内闭合，不影响电路正常工作，在检测周期外断开，从而避免因比较器的耦合电容，引发的待测电压的波动对第一电压的影响，从而进一步提高电压峰值检测的精度和准确性。

实施例三

图4a为本申请实施例三提供的电压峰值检测电路的结构示意图，如图4a所示，本实施例提供的电压峰值检测电路用于实现更快的电压峰值检测，相应的，在本申请任一实施方式的基础上，电源单元11包括电流源电路；储能元件13为电容。

其中，电流源电路用于提供电流，其具体结构可以为例如镜像电流源等，再此不对其进行限制。

结合电路结构，进行示例说明：电压峰值检测电路启动，待测电压VIN传输至比较器14的第一输入端；初始时，待测电压大于第一电压，比较器14输出使能信号控制第一可控开关12闭合；此时电流源电路提供的电流为电容充电，第一电压跟随待测电压变化；后续参照实施例一的示例，直至检测周期结束，采样时钟信号翻转至低电平，第二可控开关31断开，电流源电路与电容之间的路径断开，电容第一端处的第一电压保持。

其中，采用电流源电路为电容充电。由于电流充电响应快，故在待测电压变化剧烈时，第一电压仍能够很好的跟随待测电压，实现快速准确的电压跟随。在检测速度方面，由于采用电流对电容进行充电，因此本方案支持根据实际的应用场景，通过可编程的方式控制电流源的电流和电容的电容值来调节充电时间，进而实现不同的检测速度。

可选实施方式中，所述电流源电路包括：第一晶体管、第二晶体管以及电阻。

所述第一晶体管的第一端与所述第二晶体管的第一端连接，所述第一晶体管的第二端与所述第二晶体管的第二端共同连接至VDD，所述第一晶体管的第三端与所述电阻的一端和所述第一晶体管的第一端连接，所述电阻的另一端接地，所述第二晶体管的第三端与所述第一可控开关的第一端连接；其中，所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第一端均为控制端。

其中，所述第一晶体管包括第一MOS管，所述第二晶体管包括第二MOS管；所述第一MOS管的栅极与所述第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的源极共同连接至VDD，所述第一MOS管的漏极与所述电阻的一端和所述第一MOS管的栅极连接，所述电阻的另一端接地，所述第二MOS管的漏极与所述第一可控开关的第一端连接。

此外，所述第一晶体管还包括第一三极管，所述第二晶体管还包括第二三极管；所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极共同连接至VDD，所述第一三极管的集电极与所述电阻的一端和所述第一三极管的基极连接，所述电阻的另一端接地，所述第二三极管的集电极与所述第一可控开关的第一端连接。

在一种示例中，如图4b所示，图4b为电流源电路的一种结构示意图，电流源电路包括：第一PMOS管411、第二PMOS晶体管412以及电阻413。

第一PMOS管411的栅极与第二PMOS管412的栅极连接，第一PMOS管411的源极与第二PMOS管412的源极共同连接至VDD，第一PMOS管411的漏极与电阻413的一端和第一PMOS管411的栅极连接，电阻413的另一端接地，第二PMOS管412的漏极与第一可控开关12的一端连接。

可以理解，图中和以上示例只是电流源电路的一种示例结构。比如，其它示例中，上述PMOS管还可以用NMOS管、PNP三极管以及NPN三极管等可控元件代替，相应器件各极的连接关系可以根据实际采用的可控元件的类型进行调整。具体的电路结构和原理可以参考相关技术。其中，VDD为工作电压，可由外部提供，具体的工作电压大小可以根据工作器件参数确定。

本示例的电压峰值检测电路中，采用镜像电流源结构实现电流源电路，从而实现快速检测，且电路结构简单，低功耗。

在另一种示例中，如图4b所示，电流源电路还包括：第三可控开关414；电阻413与第三可控开关414串联，且通过第三可控开关414接地；第三可控开关414，用于根据第一启动信号的不同状态闭合或断开，第一启动信号用于控制第三可控开关414在电压峰值检测电路工作时闭合并在电压峰值检测电路结束工作时断开。

其中，第一启动信号(图中的PU)可以包括两种状态，分别用于控制第三可控开关414闭合或关断。仍结合图3b的示例，其中PU信号用于确定电压峰值检测电路的工作周期。假设第三可控开关414为高电平导通器件，则当PU信号翻转至高电平状态时，电压峰值检测电路可正常工作，当PU信号翻转至低电平状态时，则电压峰值检测电路停止检测。实际应用中，第一启动信号可以由外部的信号发生器产生，具体方式不进行限制。

结合附图和电路结构，进行示例说明：需要进行电压峰值检测时，PU信号翻转至高电平，进入工作周期；在PU信号的高电平状态下，第三可控开关414闭合，电流源电路开始工作提供电流；当待测电压大于第一电压时，比较器14输出使能信号控制第一可控开关12闭合；此时电流源电路提供电流为电容充电，第一电压跟随待测电压变化；后续参照实施例一的示例，直至PU信号翻转至低电平，工作周期结束，第三可控开关414断开，电流源电路停止工作。

本示例的电压峰值检测电路中，加入第三可控元件来控制电流源电路的工作状态，从而有效控制电压峰值检测电的工作状态，当不进行检测时降低整个电路的静态功耗，进而简化电路结构，降低功耗。

可选实施方式中，所述电流源电路还包括：第三晶体管；所述第三晶体管的第三端与所述第一晶体管的第二端连接，所述第三晶体管的第二端与所述第一晶体管的第三端连接。

所述第三晶体管的第一端接收所述第一启动信号，用于根据所述第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三晶体管在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通；其中，所述第三晶体管的第一端为控制端。

其中，所述第三晶体管包括第三MOS管；所述第三MOS管的漏极与所述第一晶体管的第二端连接，所述第三MOS管的源极与所述第一晶体管的第三端连接。

所述第三MOS管的栅极接收所述第一启动信号，用于根据所述第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三MOS管在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

此外，所述第三晶体管还包括第三三极管；所述第三三极管的集电极与所述第一晶体管的第二端连接，所述第三三极管的发射极与所述第一晶体管的第三端连接。

所述第三三极管的基极接收所述第一启动信号，用于根据所述第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三三极管在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

在又一种示例中，如图4b所示，电流源电路还包括：第三PMOS管415。

第三PMOS管415的漏极与第一PMOS管411的源极连接，第三PMOS管415的源极与第一PMOS管411的漏极连接。

第三PMOS管415的栅极接收第一启动信号，用于根据所述第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制第三PMOS管415在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

其中，通过控制第三PMOS管415的闭合和断开，控制电压峰值检测电路的工作状态。需要说明的是，除了上述示例以外，也可为第三PMOS管单独提供控制信号，另外，第三PMOS管也可以采用NMOS管、PNP三极管以及NPN三极管等可控元件代替，替换后器件的各极连接关系适应调整。为了简化电路，针对工作状态相同或者相反的器件，可以共用一个原始的控制信号。

比如，在一种结合实施的方式下，电路中设置有第三可控开关414和该第三PMOS管415，基于前述方案可知，第三可控开关414和第三PMOS管415的工作状态相反，即第三可控开关414导通时，第三PMOS管415应为断开状态。进一步假设第三可控开关414和第三PMOS管415的控制类型相反，比如，第三可控开关414为高电平导通的NMOS管，则可共用第一启动信号。

本示例的电压峰值检测电路中，加入第三PMOS管来控制电压峰值检测电的工作状态，当不进行检测时，没有电流经过电路，从而进一步降低整个电路的功耗。

本实施例提供的电压峰值检测电路，采用电流源对电容进行充电，由于电流充电响应快，能够实现快速的电压峰值检测。同时可以根据实际的应用场景，通过可编程的方式控制电流源电流和电容值来调节充电时间，实现不同的检测速度。

实施例四

图5为本申请实施例四提供的电压峰值检测电路的结构示意图，如图5所示，本实施例提供的电压峰值检测电路用于实现更高精度的电压峰值检测，相应的，在任一实施方式的基础上，所述电压峰值检测电路还包括：第一可控元件51。

第一可控元件51的一端连接至储能元件13的第一端，第一可控元件51的另一端接地；第一可控元件51的控制端接收第二启动信号，用于根据所述第二启动信号的不同状态闭合或断开，所述第二启动信号用于控制第一可控元件51在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

其中，第一可控元件51可以包括但不限于：MOS管，MOS管包括NMOS管或PMOS管。其中，第二启动信号包括两种状态，分别用于控制第一可控元件51闭合或关断。

在一个示例中，若第一可控元件51为MOS管，则MOS管的源极连接至储能元件13的第一端，MOS管的漏极接地，MOS管的栅极作为控制端用于接收第二启动信号。其中，若第一可控元件51为NMOS管，则可在第二启动信号为高电平时导通，若第一可控元件51为PMOS管，则可在第二启动信号为低电平时导通。

同样为了简化结构，在一种结合的实施方式中，电路中设置有第三可控开关414、第三PMOS管415和第一可控元件51，基于前述方案可知，第一可控元件51与第三可控开关414的工作状态相反，与第三PMOS管415的工作状态相同。进一步假设第三可控开关414和第一可控元件51的控制类型相同，比如，第三可控开关414和第一可控元件51均为高电平导通的NMOS管，则第三可控开关414、低电平导通的第三PMOS管415和第一可控元件51可共用第一启动信号，具体的，原始的第一启动信号作为原始信号，可直接对第三可控开关414和第三PMOS管415进行控制，并在电路中设置反相器16，反相器16的输入端接收第一启动信号，输出端连接至第一可控元件51的控制端，输出的第一启动信号的反相信号即第二启动信号(例如图中的PUN即PU的反相信号)，从而对第一可控元件51进行控制。这样无需为第一可控元件51设置单独的信号发生电路，从而简化电路结构。

结合电路结构，进行示例说明：电压峰值检测电路启动，第一可控元件51断开，待测电压VIN传输至比较器14的第一输入端；初始时，待测电压大于第一电压，比较器14输出使能信号控制第一可控开关12闭合，充电回路导通，电源单元11提供的电信号为储能元件13充电，第一电压跟随待测电压变化；后续参照实施例一的示例，直至工作周期结束，第一可控元件51导通，从而释放储能元件13第一端的电能，实现输出电压的复位。

本实施例提供的电压峰值检测电路，通过设置第一可控元件，该第一可控元件在电路不工作时导通，从而释放储能元件上储存的能量，实现复位，避免影响之后的电压峰值检测，从而进一步提高电压峰值检测的精度和准确性。

实施例五

图6为本申请实施例五提供的电压峰值检测电路的结构示意图，如图6所示，本实施例提供的电压峰值检测电路用于实现更低功耗的电压峰值检测，相应的，在任一实施方式的基础上，所述电压峰值检测电路还包括：第二可控元件61。

第二可控元件61的一端连接至比较器14的输出端，第二可控元件61的另一端接地；第二可控元件61的控制端接收第三启动信号，用于根据第三启动信号的不同状态闭合或断开，第三启动信号用于控制第二可控元件61在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

其中，第二可控元件61可以包括但不限于：MOS管，MOS管包括NMOS管或PMOS管。其中，第二启动信号包括两种状态，分别用于控制第二可控元件61闭合或关断。

在一个示例中，若第二可控元件61为MOS管，则MOS管的源极连接至比较器14的输出端，MOS管的漏极接地，MOS管的栅极作为控制端用于接收第三启动信号。其中，若第二可控元件61为NMOS管，则可在第三启动信号为高电平时导通，若第二可控元件61为PMOS管，则可在第三启动信号为低电平时导通。

同样为了简化结构，在一种结合的实施方式中，电路中设置有第三可控开关414和第二可控元件61，基于前述方案可知，第三可控开关414和第二可控元件61的工作状态相反。进一步假设第三可控开关414和第二可控元件61的控制类型相同，比如，第三可控开关414和第二可控元件61均为高电平导通的NMOS管，则可共用第一启动信号，具体的方式可参照前述实施例四中的相关内容。

结合电路结构，进行示例说明：电压峰值检测电路启动，第二可控元件61断开，待测电压VIN传输至比较器14的第一输入端；初始时，待测电压大于第一电压，比较器14输出使能信号控制第一可控开关12闭合，充电回路导通，电源单元11提供的电信号为储能元件13充电，第一电压跟随待测电压变化；后续参照实施例一的示例，直至工作周期结束，第二可控元件61导通，从而降低非工作状态下的静态功耗，同时实现使能信号的复位。

本实施例提供的电压峰值检测电路，通过设置第二可控元件，该第二可控元件在电路不工作时导通，从而降低非工作状态下的静态功耗，同时实现使能信号的复位。

实施例六

图7为本申请实施例六提供的电压峰值检测电路的结构示意图，如图7所示，本实施例提供的电压峰值检测电路用于更稳定的电压峰值检测，相应的，在任一实施方式的基础上，所述电压峰值检测电路还包括：整形电路71。

比较器14的输出端通过整形电路71连接至第一可控开关12的控制端；整形电路71，用于对比较器14输出的使能信号进行整形处理，将整形处理后的使能信号传输至第一可控开关12的控制端。

本实施例中，比较器14输出的使能信号通过整形电路71整形后，可以更好地控制第一可控开关12的状态，保证电压峰值检测的准确性。其中，整形电路的具体结构可以有多种。

在一种示例中，整形电路71包括：由偶数个(图中举例为两个)反相器711串联构成的串联结构，所述串联结构的输入端与比较器14的输出端连接，所述串联结构的输出端连接至第一可控开关12的控制端。本示例提供一种结构简单的整形电路，用以对比较器输出的使能信号进行整形处理，实现精准检测峰值电压的同时有效简化电路结构。

本实施例提供的电压峰值检测电路，通过设置整形电路，该整形电路能够对比较器输出的使能信号进行整形，从而更好地控制第一可控元件导通或断开，保证电压峰值检测地准确性，同时简化电路结构。

需要说明的是以上各实施方式可以单独实施也可以结合实施，附图中的电路结构只是本申请方案的一种具体举例，而并非对本申请的方案进行限制。为了更好地理解本申请的方案，以下结合例如图7的电路结构和图3b的工作时序图，对电压峰值检测电路的工作过程进行介绍，需要说明的是以下只是一种示例：

其中，PU为第一启动信号，当PU为高电平(例如1)时，电压峰值检测电路进入工作状态。PU为低电平(例如0)时，电路断电，没有电流流经电路，其静态功耗最小，同时第一可控元件51闭合，电容上的电荷清零，输出电压VOUT复位。

其中，PS为采样时钟信号，在T0时刻，PS由低变为高，此时电容上的第一电压为0，待测电压VIN大于第一电压VA(即图中A位置处的电压)，比较器14输出经两级反相器711整形后为高电平，第一可控开关12闭合，电流源电路对电容充电，由于比较器14具有高增益，因此其第二输入端的电压VA跟随第一输出端的待测电压VIN变化，在T1时刻达到第一个峰值。

当VIN经过第一个峰值后，其电压小于VA，此时比较器14输出使能信号EN为低电平，第一可控开关12断开，电流源电路停止对电容充电，VOUT对第一个峰值电压(图3b中T1时刻对应的VOUT)进行保持。后续在T1至T2时刻之间，VIN的电压均小于VOUT保持的第一个峰值电压，故比较器14保持输出使能信号EN为低电平，第一可控开关12保持断开，VOUT不变。

在T2时刻，VIN等于VOUT，而后VIN大于VOUT，此时比较器14输出的使能信号EN变为高电平，第一可控开关12重新闭合，电流源电路继续对电容充电，VOUT跟随VIN上升。在T3时刻，检测到第二个波峰(第二个峰值电压大于第一个峰值电压)，第一可控开关12重新断开，VOUT保持第二个峰值电压。依次类推，在T4时刻，PS由高电平变为低电平，检测周期△T结束，电压峰值检测电路对在△T周期内待测电压的波形中检测到的最大峰值电压进行保持和输出，以供后续处理。在T5时刻，工作周期结束，PU变为低电平，电压峰值检测电路停止工作，第一可控元件51导通，电容放电，VOUT复位到0。

上述方案能够实现超声波测量中对首波峰值高速和高精度的测量，同时本方案的结构均由低噪声的模拟电路构成，避免了使用数字模块引入的噪声，进一步提高了检测精度。同时实现了对检测速度的控制和对波形的实时检测。

本申请提供的电压峰值检测电路中，比较器根据当前待测信号和第一电压的比较结果输出不同状态的使能信号，当待测电压不小于第一电压时控制第一可控开关闭合，此时储能元件被充电，第一电压跟随待测电压变化；当待测电压小于第一电压时控制第一可控开关断开，此时储能元件停止充电，故第一电压不变。本申请的方案利用第一电压跟随待测电压变化时，当前时刻的第一电压可表征上一时刻的待测电压的规律，故若待测电压小于第一电压，说明第一电压已达到峰值后续将开始变小，故当前的第一电压即为峰值电压，此时通过控制第一可控开关断开记录下峰值电压，从而实现对峰值电压的精准检测。

进一步地，本申请提供一种电子设备，包括如前述实施例一至实施例六任一项或结合所述的电压峰值检测电路。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (15)

1.一种电压峰值检测电路，其特征在于，包括：电源单元、第一可控开关、储能元件、比较器以及输出单元；

所述电源单元的输出端与所述第一可控开关的第一端连接，所述第一可控开关的第二端与所述储能元件的第一端连接，所述储能元件的第二端接地；所述比较器的第一输入端接收待测电压，所述比较器的第二输入端连接至所述储能元件的第一端，所述比较器的输出端连接至所述第一可控开关的第三端；所述输出单元连接至所述储能元件的第一端，用于输出所述储能元件的第一端处的第一电压；其中，所述第一可控开关的第三端为控制端；

当所述第一可控开关闭合时，所述电源单元为所述储能元件充电，第一电压跟随所述待测电压变化；所述比较器在当前的待测电压不小于第一电压时输出第一状态的使能信号，用于控制第一可控开关闭合；所述比较器在当前的待测电压小于第一电压时输出第二状态的使能信号，用于控制第一可控开关断开；当第一可控开关断开时，所述储能元件停止充电，第一电压不变。

2.根据权利要求1所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述电压峰值检测电路还包括：第二可控开关；

所述第二可控开关的第一端与所述比较器的第二输入端相连接，所述第二可控开关的第二端与所述储能元件的第一端相连接，所述第二可控开关的第三端用于根据采样时钟信号的不同状态闭合或者断开；所述采样时钟信号用于控制所述第二可控开关在检测周期内闭合并在检测周期结束时断开；其中，所述第二可控开关的第三端为控制端。

3.根据权利要求1所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述电源单元包括电流源电路；所述储能元件为电容。

4.根据权利要求3所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述电流源电路包括：第一晶体管、第二晶体管以及电阻；

所述第一晶体管的第一端与所述第二晶体管的第一端连接，所述第一晶体管的第二端与所述第二晶体管的第二端共同连接至VDD，所述第一晶体管的第三端与所述电阻的一端和所述第一晶体管的第一端连接，所述电阻的另一端接地，所述第二晶体管的第三端与所述第一可控开关的第一端连接；其中，所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第一端均为控制端。

5.根据权利要求4所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述第一晶体管包括第一MOS管，所述第二晶体管包括第二MOS管；

所述第一MOS管的栅极与所述第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的源极共同连接至VDD，所述第一MOS管的漏极与所述电阻的一端和所述第一MOS管的栅极连接，所述电阻的另一端接地，所述第二MOS管的漏极与所述第一可控开关的第一端连接。

6.根据权利要求4所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述第一晶体管还包括第一三极管，所述第二晶体管还包括第二三极管；

所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极共同连接至VDD，所述第一三极管的集电极与所述电阻的一端和所述第一三极管的基极连接，所述电阻的另一端接地，所述第二三极管的集电极与所述第一可控开关的第一端连接。

7.根据权利要求4所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述电流源电路还包括：第三可控开关；

所述电阻与所述第三可控开关串联，且通过所述第三可控开关接地；所述第三可控开关，用于根据第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三可控开关在电压峰值检测电路工作时闭合并在电压峰值检测电路结束工作时断开。

8.根据权利要求4所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述电流源电路还包括：第三晶体管；所述第三晶体管的第三端与所述第一晶体管的第二端连接，所述第三晶体管的第二端与所述第一晶体管的第三端连接；

所述第三晶体管的第一端接收第一启动信号，用于根据所述第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三晶体管在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通；其中，所述第三晶体管的第一端为控制端。

9.根据权利要求8所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述第三晶体管包括第三MOS管；所述第三MOS管的漏极与所述第一晶体管的第二端连接，所述第三MOS管的源极与所述第一晶体管的第三端连接；

所述第三MOS管的栅极接收所述第一启动信号，用于根据所述第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三MOS管在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

10.根据权利要求8所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述第三晶体管还包括第三三极管；所述第三三极管的集电极与所述第一晶体管的第二端连接，所述第三三极管的发射极与所述第一晶体管的第三端连接；

所述第三三极管的基极接收所述第一启动信号，用于根据所述第一启动信号的不同状态闭合或断开，所述第一启动信号用于控制所述第三三极管在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

11.根据权利要求1至10任一项所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述电压峰值检测电路还包括：第一可控元件；

所述第一可控元件的一端连接至所述储能元件的第一端，所述第一可控元件的另一端接地；所述第一可控元件的控制端接收第二启动信号，用于根据所述第二启动信号的不同状态闭合或断开，所述第二启动信号用于控制所述第一可控元件在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

12.根据权利要求1至10任一项所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述电压峰值检测电路还包括：第二可控元件；

所述第二可控元件的一端连接至所述比较器的输出端，所述第二可控元件的另一端接地；所述第二可控元件的控制端接收第三启动信号，用于根据所述第三启动信号的不同状态闭合或断开，所述第三启动信号用于控制所述第二可控元件在电压峰值检测电路工作时关断并在电压峰值检测电路结束工作时导通。

13.根据权利要求1至12任一项所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述电压峰值检测电路还包括：整形电路；

所述比较器的输出端通过所述整形电路连接至所述第一可控开关的控制端；所述整形电路，用于对所述比较器输出的使能信号进行整形处理，将整形处理后的使能信号传输至第一可控开关的控制端。

14.根据权利要求13所述的电压峰值检测电路，其特征在于，所述整形电路包括：

由偶数个反相器串联构成的串联结构，所述串联结构的输入端与所述比较器的输出端连接，所述串联结构的输出端连接至所述第一可控开关的控制端。

15.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-14任一项所述的电压峰值检测电路。

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