CN115549653A - 脉冲信号捕捉电路与方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种脉冲信号捕捉电路与方法，属于电子电路领域，能够有效地捕捉脉冲信号，提高脉冲信号检测精度，提高系统的可靠性与稳定性，而且结构简单，易于实现。一种脉冲信号捕捉电路，包括快速充电电路、慢速充电电路和比较器，其中：所述快速充电电路的输入端连接输入信号，所述快速充电电路的输出端连接所述比较器的第一输入端，所述慢速充电电路的输入端连接所述输入信号，所述慢速充电电路的输出端连接所述比较器的第二输入端，以及所述比较器的输出端在所述输入信号发生异常时输出脉冲信号。

Description

脉冲信号捕捉电路与方法
技术领域
本公开涉及电子电路领域，具体地，涉及一种脉冲信号捕捉电路与方法。
背景技术
目前，最常用的进行脉冲捕捉的方式是，先用分立元件(也即具有单一功能的电路基本元件，例如电阻、电容、二极管、晶体管等)进行检测和转换，然后输出给后级处理电路进行脉冲信号的捕捉。然而，这种方式需要的电路器件较多，导致体积大，损耗大，故障率高，售后维修困难。
发明内容
本公开的目的是提供一种脉冲信号捕捉电路与方法，能够有效地捕捉脉冲信号，提高系统的可靠性与稳定性，而且结构简单，不需要太多的电路器件，因此不仅易于实现，而且体积小，损耗小，故障率低，售后维修简单。
根据本公开的第一实施例，提供一种脉冲信号捕捉电路，包括快速充电电路、慢速充电电路和比较器，其中：所述快速充电电路的输入端连接输入信号，所述快速充电电路的输出端连接所述比较器的第一输入端，所述慢速充电电路的输入端连接所述输入信号，所述慢速充电电路的输出端连接所述比较器的第二输入端，以及所述比较器的输出端在所述输入信号发生异常时输出脉冲信号。
可选地，所述快速充电电路包括第一电阻、第一电容和第二电容，其中：所述第一电阻的一端连接所述输入信号、另一端连接所述比较器的所述第一输入端，所述第一电容连接在所述比较器的所述第一输入端与所述第二输入端之间，所述第二电容的一端连接所述比较器的所述第二输入端、另一端接地。
可选地，所述慢速充电电路包括第二电阻和所述第二电容，其中，所述第二电阻连接在所述输入信号与所述比较器的所述第二输入端之间。
可选地，在所述输入信号为交流信号的情况下，所述快速充电电路和所述慢速充电电路的滤波频率为能够确保在所述输入信号正常输出后再设置所述快速充电电路和所述慢速充电电路的时间常数的滤波频率。
可选地，所述快速充电电路和所述慢速充电电路的滤波频率为所述输入信号的频率的至少10倍。
可选地，所述脉冲信号捕捉电路的灵敏度由所述快速充电电路和所述慢速充电电路的时间常数的差异大小来调整。
可选地，所述灵敏度与所述时间常数的差异大小成正相关关系。
可选地，在所述比较器的所述第一输入端为正输入端、所述比较器的所述第二输入端为负输入端的情况下，所述比较器的输出端输出的脉冲信号为正向脉冲信号。
可选地，在所述比较器的所述第一输入端为负输入端、所述比较器的所述第二输入端为正输入端的情况下，所述比较器的输出端输出的脉冲信号为负向脉冲信号。
根据本公开的第二实施例，提供一种脉冲信号捕捉方法，包括：由输入信号对快速充电电路和慢速充电电路进行充电；由比较器对所述快速充电电路和所述慢速充电电路的输出电压进行比较并在所述输入信号发生异常时输出脉冲信号。
可选地，在输入信号为交流信号的情况下，快速充电电路和慢速充电电路的滤波频率为能够确保在输入信号正常输出后再设置快速充电电路和慢速充电电路的时间常数的滤波频率。
可选地，快速充电电路和慢速充电电路的滤波频率为输入信号的频率的至少10倍。
可选地，脉冲信号捕捉电路的灵敏度由快速充电电路和慢速充电电路的时间常数的差异大小来调整。
通过采用上述技术方案，由于快速充电电路和慢速充电电路的充电时间常数不同，因此其能够在比较器的第一输入端与第二输入端之间产生电压压差，该电压压差经过比较器的比较处理，就能够在比较器的输出端输出脉冲信号，因此根据本公开实施例的脉冲信号捕捉电路无论是对频率低的脉冲信号还是对频率高的脉冲信号都能够有效地捕捉，提高了系统的可靠性与稳定性，而且结构简单，不需要太多的电路器件，不仅易于实现，而且体积小，损耗小，成本低，故障率低，售后维修简单。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据本公开一种实施例的脉冲信号捕捉电路的示意框图。
图2是根据本公开一种实施例的脉冲信号捕捉电路的示意电路图。
图3是根据本公开实施例的输出正向脉冲信号的脉冲信号捕捉电路的示意电路图。
图4是捕捉到的正向脉冲信号的示意波形图。
图5是根据本公开实施例的输出负向脉冲信号的脉冲信号捕捉电路的示意电路图。
图6是捕捉到的负向脉冲信号的示意波形图。
图7是根据本公开实施例的上升沿脉冲信号捕捉电路的电路测试输入波形图。
图8是根据本公开实施例的上升沿脉冲信号捕捉电路的电路测试输出波形图。
图9是根据本公开一种实施例的脉冲信号捕捉方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是根据本公开一种实施例的脉冲信号捕捉电路的示意框图。如图1所示，该脉冲信号捕捉电路包括快速充电电路10、慢速充电电路20和比较器30，其中：快速充电电路10的输入端连接输入信号Vin，快速充电电路10的输出端连接比较器30的第一输入端1，慢速充电电路20的输入端连接输入信号Vin，慢速充电电路20的输出端连接比较器30的第二输入端2，以及比较器30的输出端Vo在输入信号发生异常时输出脉冲信号。
该脉冲信号捕捉电路能够应用于工业领域、汽车领域等中，能够捕捉在电弧拉弧，按键复位、电气器件的关断吸合等状态改变时产生的脉冲信号。
比较器30的输出端Vo输出的脉冲信号可以直接送到微控制单元(Micro-Controlling Unit，MCU)的中断口或者捕获口进行判断，然后根据系统需要执行停机或者其他操作。
上述输入信号异常是指，在正常输入信号中，出现偏离原正常输入信号轨迹的信号。例如，在原输入信号上叠加以脉冲信号等。
通过采用上述技术方案，由于快速充电电路10和慢速充电电路20的充电时间常数不同，因此其能够在比较器30的第一输入端1与第二输入端2之间产生电压压差，该电压压差经过比较器30的比较处理，就能够在比较器30的输出端Vo输出脉冲信号，因此根据本公开实施例的脉冲信号捕捉电路无论是对频率低的脉冲信号还是对频率高的脉冲信号都能够有效地捕捉，提高了系统的可靠性与稳定性，而且结构简单，不需要太多的电路器件，不仅易于实现，而且体积小，损耗小，成本低，故障率低，售后维修简单。
图2是根据本公开一种实施例的脉冲信号捕捉电路的示意电路图。如图2所示，快速充电电路10包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电容C2，其中：第一电阻R1的一端连接输入信号Vin、另一端连接比较器30的第一输入端1，第一电容C1连接在比较器30的第一输入端1与第二输入端2之间，第二电容C2的一端连接比较器30的第二输入端2、另一端接地。图2所示的快速充电电路10是一种RC充电电路，其时间常数T1＝R1*((C1+C2)/(C1*C2))。
继续参考图2，慢速充电电路20包括第二电阻R2和第二电容C2，其中，第二电阻R2连接在输入信号Vin与比较器30的第二输入端2之间。图2所示的慢速充电电路20是一种RC充电电路，其时间常数T2＝R2*C2。
通过采用上述技术方案，由于第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2构成了快速充电电路10，第二电阻R2、第二电容C2构成了慢速充电电路20，由于快速充电电路10和慢速充电电路20的充电时间常数不同，因此其能够在比较器30的第一输入端1与第二输入端2之间产生电压压差，该电压压差经过比较器30的比较处理，就能够在比较器30的输出端Vo输出脉冲信号。
图3是根据本公开实施例的输出正向脉冲信号的脉冲信号捕捉电路(也称为上升沿脉冲信号捕捉电路)的示意电路图。图3与图2的区别在于，比较器30的第一输入端1为正输入端、比较器30的第二输入端2为负输入端，则，快速充电电路10的输出端连接到了比较器30的正输入端，慢速充电电路20的输出端连接到了比较器30的负输入端。因此，在同一时间点，快充端电压(也即比较器30的第一输入端1处的电压)一定高于慢充端电压(也即比较器30的第二输入端2处的电压)，比较器30输出高电平，即正向脉冲信号，实现了正向脉冲信号捕捉。如图4的捕捉到的正向脉冲信号波形示意图所示，比较器30的输出脉冲可以与输入正向信号同步，也即比较器30可以同步输出正向脉冲信号，也即同步捕捉输入信号Vin的上升沿信号。
图5是根据本公开实施例的输出负向脉冲信号的脉冲信号捕捉电路(也称为下降沿脉冲信号捕捉电路)的示意电路图。负向脉冲信号捕捉的原理与正向脉冲信号捕捉的原理类似，也即，为了实现负向脉冲信号捕捉，比较器30的第一输入端1为负输入端、比较器30的第二输入端2为正输入端，从而比较器30的输出端输出的脉冲信号为低电平，也即负向脉冲信号，实现了负向脉冲信号捕捉。如图6的捕捉到的负向脉冲信号波形示意图所示，比较器30的输出脉冲可以与输入负向信号同步，也即比较器30可以同步输出负向脉冲信号，也即同步捕捉输入信号Vin的下降沿信号。
对于图4和图6中显示的输出滞后输入的现象，是由比较器30的自身特性决定的。以图5所示的下降沿脉冲捕捉为例，当输入信号Vin的上升沿信号来临时，比较器负输入端的快充电压高于比较器正输入端的慢充电压，比较器输出为低电平，输入信号Vin保持高电平以致比较器一直低电平输出，当输入信号Vin的下降沿来临时，比较器负输入端的快充电压变化快，导致此时比较器的正输入端的慢充电压会高于比较器负输入端的快充电压，因而比较器输出高电平。也就是，输入信号Vin高时比较器输出低电平，输入信号Vin低时比较器输出高电平，波形有滞后。正向脉冲信号捕捉的滞后现象，其原理与此类似。
在一些实施例中，脉冲信号捕捉电路的灵敏度由快速充电电路10和慢速充电电路20的时间常数的差异大小来调整。其中，灵敏度与时间常数的差异大小成正相关关系，时间常数的差异大小越大，捕捉的灵敏度越高。因此，通过调节快速充电电路10和慢速充电电路20的时间常数，能够改变脉冲信号捕捉电路对频率的灵敏度，以实现对不同频率脉冲的捕捉，即使对于频率较高的窄脉冲也可以有效捕捉，从而提高了捕捉检测的精度，提高了系统的可靠性与稳定性，而且电路简单，易于实现，电路一致性高，可实现标准化生产，降低设计成本。
在一些实施例中，在输入信号Vin为交流信号的情况下，快速充电电路10和慢速充电电路20的滤波频率为能够确保在输入信号Vin正常输出后再设置快速充电电路10和慢速充电电路20的时间常数的滤波频率。也即，输入信号Vin的频率也决定了RC充电电路的参数特性，因此需要确保输入信号Vin输入时不能触发比较器动作，也即RC充电电路(也即快速充电电路10和慢速充电电路20)的滤波不能滤掉正常的输入信号波形，为此，通常可以要求，快速充电电路10和慢速充电电路20的滤波频率为输入信号Vin的频率的至少10倍，这样，就能够确保输入信号Vin正常输出后再设置快速充电电路10和慢速充电电路20的时间常数，以调整捕捉的灵敏度。也就是，利用电容通高频阻低频的特性，调整RC时间常数，进而使得低频信号被阻止进入比较器内，从而不能触发比较器的比较动作，而是仅使脉冲信号能够进入比较器30内。
图7是根据本公开实施例的上升沿脉冲信号捕捉电路的电路测试输入波形图，以及图8是根据本公开实施例的上升沿脉冲信号捕捉电路的电路测试输出波形图。为了实现该测试，比较器30选用LM393、电阻阻值选取R1＝R2＝R3＝1KΩ，电容容值选取C1＝2nF、C2＝3.3nF，则，快速充电电路10的时间常数T1＝R1*((C1+C2)/(C1*C2))＝1KΩ*((2nF+3.3nF)/(2nF*3.3nF))＝0.8μs，慢速充电电路20的时间常数T2＝R2*C2＝1KΩ*3.3nF＝3.3μs，快速充电电路10和慢速充电电路20的时间常数之比为T1/T2＝0.24，经实际电路测试，可以捕捉频率为1KHZ-100KHZ、幅值50mV、占空比为1％的脉冲。
图9是根据本公开一种实施例的脉冲信号捕捉方法的流程图。如图9所示，该方法包括以下步骤S91至S92。
在步骤S91中，由输入信号对快速充电电路和慢速充电电路进行充电；
在步骤S92中，由比较器对快速充电电路和慢速充电电路的输出电压进行比较并在输入信号发生异常时输出脉冲信号。
通过采用上述技术方案，由于快速充电电路和慢速充电电路的充电时间常数不同，因此其能够在比较器的两个输入端之间产生电压压差，该电压压差经过比较器的比较处理，就能够在比较器的输出端输出脉冲信号，因此根据本公开实施例的脉冲信号捕捉方法无论是对频率低的脉冲信号还是对频率高的脉冲信号都能够有效地捕捉，提高了系统的可靠性与稳定性，而且结构简单，不需要太多的电路器件，不仅易于实现，而且体积小，损耗小，成本低，故障率低，售后维修简单。
可选地，在输入信号为交流信号的情况下，快速充电电路和慢速充电电路的滤波频率为能够确保在输入信号正常输出后再设置快速充电电路和慢速充电电路的时间常数的滤波频率。
可选地，快速充电电路和慢速充电电路的滤波频率为输入信号的频率的至少10倍。
可选地，脉冲信号捕捉电路的灵敏度由快速充电电路和慢速充电电路的时间常数的差异大小来调整。
可选地，灵敏度与时间常数的差异大小成正相关关系。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种脉冲信号捕捉电路，其特征在于，包括快速充电电路、慢速充电电路和比较器，其中：
所述快速充电电路的输入端连接输入信号，所述快速充电电路的输出端连接所述比较器的第一输入端，所述慢速充电电路的输入端连接所述输入信号，所述慢速充电电路的输出端连接所述比较器的第二输入端，以及所述比较器的输出端在所述输入信号发生异常时输出脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的脉冲信号捕捉电路，其特征在于，所述快速充电电路包括第一电阻、第一电容和第二电容，其中：
所述第一电阻的一端连接所述输入信号、另一端连接所述比较器的所述第一输入端，所述第一电容连接在所述比较器的所述第一输入端与所述第二输入端之间，所述第二电容的一端连接所述比较器的所述第二输入端、另一端接地。
3.根据权利要求2所述的脉冲信号捕捉电路，其特征在于，所述慢速充电电路包括第二电阻和所述第二电容，其中，所述第二电阻连接在所述输入信号与所述比较器的所述第二输入端之间。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的脉冲信号捕捉电路，其特征在于，在所述输入信号为交流信号的情况下，所述快速充电电路和所述慢速充电电路的滤波频率为能够确保在所述输入信号正常输出后再设置所述快速充电电路和所述慢速充电电路的时间常数的滤波频率。
5.根据权利要求4所述的脉冲信号捕捉电路，其特征在于，所述快速充电电路和所述慢速充电电路的滤波频率为所述输入信号的频率的至少10倍。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的脉冲信号捕捉电路，其特征在于，所述脉冲信号捕捉电路的灵敏度由所述快速充电电路和所述慢速充电电路的时间常数的差异大小来调整。
7.根据权利要求6所述的脉冲信号捕捉电路，其特征在于，所述灵敏度与所述时间常数的差异大小成正相关关系。
8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的脉冲信号捕捉电路，其特征在于，在所述比较器的所述第一输入端为正输入端、所述比较器的所述第二输入端为负输入端的情况下，所述比较器的输出端输出的脉冲信号为正向脉冲信号。
9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的脉冲信号捕捉电路，其特征在于，在所述比较器的所述第一输入端为负输入端、所述比较器的所述第二输入端为正输入端的情况下，所述比较器的输出端输出的脉冲信号为负向脉冲信号。
10.一种脉冲信号捕捉方法，其特征在于，包括：
由输入信号对快速充电电路和慢速充电电路进行充电；
由比较器对所述快速充电电路和所述慢速充电电路的输出电压进行比较并在所述输入信号发生异常时输出脉冲信号。
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