CN117060894A - 一种电压脉冲信号发生电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电压脉冲信号发生电路。通过对该电路中电源、电容和电阻取值的调整，即可实现对《ISO7637》中脉冲波形的仿真模拟。根据《ISO7637》描述，汽车运行时，各类瞬态事件产生的电磁干扰将通过耦合、传导、辐射等方式来影响汽车电子设备的正常工作；《ISO7637》中定义了几种脉冲波形用于模拟几种典型的瞬态干扰，如模拟线束电感下与电子设备并联的装置突然断开所引起的瞬态现象的脉冲2a；模拟在开关过程中由于线束分布电感和电容影响所引起的瞬态现象的脉冲3a/3b。本发明的输出波形能够很好地符合上述几种标准脉冲波形，这为芯片设计，防护器件设计与仿真，脉冲测试电路设计等工作提供了新的源电路。
Description
技术领域
本发明属于集成电路科学与工程领域，尤其涉及用于车规级瞬态抗扰能力测试的信号产生电路。具体是指用于ISO7637波形的发生电路实现方法。
背景技术
随着现代汽车工业的发展，使得大量的车载电子设备广泛应用于汽车，如车载卫星导航系统、车载影音娱乐系统、车身照明系统、防盗系统、自动空调系统等。随着汽车控制系统复杂度越来越高，需要传输的数据量也越来越大，车辆内部电子控制单元和电子元器件数量越来越多。然而，在汽车的运行过程中，由于车内电磁环境及其外部环境较为恶劣，汽车的正常工作也会产生大量的电气瞬变和电磁干扰，它们通过耦合、传导、辐射等方式来影响汽车电子设备的工作。由于汽车产品在使用上的特殊性，这些电子设备的运行状态就和汽车的安全行驶有着很大的关系，一旦汽车上零部件的瞬态抗扰能力不能达到相应的防护等级，汽车的行驶安全，元器件寿命，以及整车质量就不能得到保障。从而造成财产损失，甚至危及人身安全，所以汽车的瞬态抗扰标准极其严格。
为此，国际标准化组织制定了《ISO7637》，该标准规定了汽车电子中瞬态电发射的测试方法，并定义了典型的测试脉冲，用于评价被测设备对瞬态事件的抗扰能力。例如，如图1所示的测试脉冲ISO7637-pulse 2a，模拟了线束电感下，与电子设备并联的装置突然断开所引起的瞬态现象，其脉冲幅度不高，上升沿较快，周期较小，内阻较小；如图2、图3所示的测试脉冲ISO7637-pulse 3a/3b，模拟了在开关过程中，由于线束的分布电感和分布电容的影响所引起的瞬态现象，其脉冲属于高速低能量的小脉冲群，容易引起数字开关电路的误动作。
然而，《ISO7637》中并没有明确规定上述各波形的产生电路，这对防护器件的仿真设计过程带来了一定的难度。
发明内容
针对上述情况，本发明要解决的技术问题是：提供一种脉冲产生电路，用于产生与测试标准高度吻合的电压脉冲波形，使能准确地评估汽车电子中电子元器件的稳定性和可靠性。
为了解决上述问题，本发明提出了一种用于汽车电子瞬态抗扰能力测试的信号产生电路，能够得到符合《ISO7637》标准的脉冲波形。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种电压脉冲信号发生电路，包括脉冲控制的周期充电电路100、放电电路200、第一直流偏置电路300及第二直流偏置电路400；所述脉冲控制的周期充电电路100与放电电路200并联，第一直流偏置电路300、待测器件及第二直流偏置电路400依次串联后与放电电路200并联；
所述脉冲控制的周期充电电路100的第一端与放电电路200的第一端相连，第一直流偏置电路300的第二端与放电电路200的第一端相连，脉冲控制的周期充电电路100的第二端、放电电路200的第二端及第二直流偏置电路400的第二端共同接地，第一直流偏置电路300的第一端与待测器件的正端相连，第二直流偏置电路400的第一端与待测器件的负端相连。
作为优选方式，脉冲控制的周期充电电路100用于给储能电容05周期性充电，周期性形成激励脉冲的上升沿部分；
放电电路200用于泄放储能电容05中的电荷形成放电电流，形成激励脉冲的下降沿部分；
第一直流偏置电路300用于给上述形成的激励脉冲叠加直流偏置；
第二直流偏置电路400用于给上述形成的激励脉冲叠加直流偏置。
作为优选方式，所述脉冲控制的周期充电电路100包括：
依次串联的第一直流电压源01、充电电阻02、压控开关03、储能电容05，及接于压控开关03控制端的脉冲电压源04；第一直流电压源01的正端与充电电阻02的第一端相连，充电电阻02的第二端与压控开关03正端相连，压控开关03的负端与储能电容05的第一端相连，脉冲电压源04的正端与压控开关03的控制端相连，第一直流电压源01的负端、储能电容05第二端、脉冲电压源04的负端及压控开关03的接地端共同接地；
第一直流电压源01用于给储能电容05的充电过程提供电能；
充电电阻02用于调整储能电容05充电过程的时间常数；
压控开关03和脉冲电压源04用于控制充电电路的周期性开断，用于形成周期可控的周期性激励脉冲；
储能电容05用于存储电能，形成激励脉冲。
作为优选方式，所述放电电路200包括：依次串联的储能电容05、第一分压电阻06及第二分压电阻07，储能电容05第一端与第一分压电阻06的第一端相连，第一分压电阻06的第二端与第二分压电阻07的第一端相连，储能电容05的第二端与第二分压电阻07的第二端共同接地；
储能电容05用于泄放存储的电能，形成激励脉冲；
第一分压电阻06和第二分压电阻07用于调整储能电容05放电过程的时间常数并形成激励脉冲。
作为优选方式，所述第一直流偏置电路300包括第二直流电压源08；第二直流电压源08的负端与第二分压电阻07的第一端相连，第二直流电压源08的正端用于与待测器件的正端相连。
作为优选方式，所述第二直流偏置电路400包括第三直流电压源09，第三直流电压源09的负端接地，第三直流电压源09的正端用于与待测器件的负端相连。
从上述可知，待测器件的正端与第二直流电压源08的正端相连，待测器件的负端与第三直流电压源09的正端相连，即可在待测器件上产生激励波形。
本发明的工作原理为：脉冲控制的周期充电电路100对储能电容05充电，使储能电容05两端的电压达到预设的电压等级，并通过放电电路200放电，产生放电电流，放电电流流过第二分压电阻07并在第二分压电阻07的第一端上产生符合标准的电压脉冲；脉冲控制的周期充电电路100中脉冲电压源04控制压控开关03的周期性开断，用于形成周期可控的周期性电压脉冲激励；第一直流偏置电路300及第二直流偏置电路400用于在上述形成的电压脉冲上叠加直流电压；
本发明的有益效果是：用于产生与测试标准高度吻合的激励波形，更加准确的评估汽车电子中电子元器件的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为ISO7627定义的脉冲2a的波形示意图；
图2为ISO7627定义的脉冲3a的波形示意图；
图3为ISO7627定义的脉冲3b的波形示意图；
图4为本发明提供的脉冲发生电路的结构示意图；
图5为本发明提供的脉冲发生电路的电路示意图；
图6为本发明提供的脉冲发生电路模型嵌入SPICE模拟器中产生的叠加不同直流偏置条件下的电压脉冲2a的输出波形图。
图7为本发明提供的脉冲发生电路模型嵌入SPICE模拟器中产生的叠加不同直流偏置条件下的电压脉冲3a的输出波形图。
图8为本发明提供的脉冲发生电路模型嵌入SPICE模拟器中产生的叠加不同直流偏置条件下的电压脉冲3b的输出波形图。
其中，UA为供电电压，Us为脉冲峰值电压，tr为电压从0.1Us上升到0.9Us的上升时间，td为电压从0.1Us上升到电压峰值后再下降到0.1Us的脉冲宽度，t1为两个脉冲之间的时间间隔，t4为一个脉冲群的总持续时间，t5为两个脉冲群之间的间隔时间；
100为脉冲控制的周期充电电路，200为放电电路，300为第一直流偏置电路，400为第二直流偏置电路，01为第一直流电压源，02为充电电阻，03为压控开关，04为脉冲电压源，05为储能电容，06为第一分压电阻，07为第二分压电阻，08为第二直流电压源，09为第三直流电压源。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图4是本发明实施例提供的一种脉冲发生电路的结构示意图，所述的脉冲发生电路包括：
包括脉冲控制的周期充电电路100、放电电路200、第一直流偏置电路300及第二直流偏置电路400；所述脉冲控制的周期充电电路100与放电电路200并联，第一直流偏置电路300、待测器件及第二直流偏置电路400依次串联后与放电电路200并联；
所述脉冲控制的周期充电电路100的第一端与放电电路200的第一端相连，第一直流偏置电路300的第二端与放电电路200的第一端相连，脉冲控制的周期充电电路100的第二端、放电电路200的第二端及第二直流偏置电路400的第二端共同接地，第一直流偏置电路300的第一端与待测器件的正端相连，第二直流偏置电路400的第一端与待测器件的负端相连。
脉冲控制的周期充电电路100用于给储能电容05周期性充电，周期性形成激励脉冲的上升沿部分；
放电电路200用于泄放储能电容05中的电荷形成放电电流，形成激励脉冲的下降沿部分；
第一直流偏置电路300用于给上述形成的激励脉冲叠加直流偏置；
第二直流偏置电路400用于给上述形成的激励脉冲叠加直流偏置。
具体的，如图5所示，所述脉冲控制的周期充电电路100包括：依次串联的第一直流电压源01、充电电阻02、压控开关03、储能电容05，及接于压控开关03控制端的脉冲电压源04；第一直流电压源01的正端与充电电阻02的第一端相连，充电电阻02的第二端与压控开关03正端相连，压控开关03的负端与储能电容05的第一端相连，脉冲电压源04的正端与压控开关03的控制端相连，第一直流电压源01的负端、储能电容05第二端、脉冲电压源04的负端及压控开关03的接地端共同接地；
第一直流电压源01用于给储能电容05的充电过程提供电能；
充电电阻02用于调整储能电容05充电过程的时间常数；
压控开关03和脉冲电压源04用于控制充电电路的周期性开断，用于形成周期可控的周期性激励脉冲；
储能电容05用于存储电能，形成激励脉冲。
所述放电电路200包括：依次串联的储能电容05、第一分压电阻06及第二分压电阻07，储能电容05第一端与第一分压电阻06的第一端相连，第一分压电阻06的第二端与第二分压电阻07的第一端相连，储能电容05的第二端与第二分压电阻07的第二端共同接地；
储能电容05用于泄放存储的电能，形成激励脉冲；
第一分压电阻06和第二分压电阻07用于调整储能电容05放电过程的时间常数并形成激励脉冲。
所述第一直流偏置电路300包括第二直流电压源08；第二直流电压源08的负端与第二分压电阻07的第一端相连，第二直流电压源08的正端用于与待测器件的正端相连。
所述第二直流偏置电路400包括第三直流电压源09，第三直流电压源09的负端接地，第三直流电压源09的正端用于与待测器件的负端相连。
本发明的工作原理为：所述第一直流电压源01通过充电电阻02对储能电容05充电，脉冲电压源04产生周期性脉冲信号，控制压控开关03的周期性开断用于形成周期可控的周期性激励脉冲；充电后的储能电容05在压控开关03断开时，通过由压控开关03、第一分压电阻06及第二分压电阻07形成的放电电路200泄放放电电流，形成激励脉冲的下降沿部分；通过调整电路中电源、电容及电阻的取值，即可产生指定上升时间和脉冲宽度的电压激励脉冲；上述形成的电压激励脉冲再经第二直流电压源08和第三直流电压源09叠加直流偏置后，即可在第二直流电压源08的正端和第三直流电压源09的正端两端形成符合《ISO7637》所描述的测试激励脉冲2a、脉冲3a及脉冲3b。
如图6、图7和图8所示，分别为该电路产生的与脉冲2a、脉冲3a和脉冲3b相对应的输出脉冲波形图。对比图1、图2和图3中的标准脉冲波形示意图，可以看出本发明电路产生的电压激励脉冲波形与标准波形符合得很好。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种电压脉冲信号发生电路，其特征在于：包括脉冲控制的周期充电电路(100)、放电电路(200)、第一直流偏置电路(300)及第二直流偏置电路(400)；所述脉冲控制的周期充电电路(100)与放电电路(200)并联，第一直流偏置电路(300)、待测器件及第二直流偏置电路(400)依次串联后与放电电路(200)并联；
所述脉冲控制的周期充电电路(100)的第一端与放电电路(200)的第一端相连，第一直流偏置电路(300)的第二端与放电电路(200)的第一端相连，脉冲控制的周期充电电路(100)的第二端、放电电路(200)的第二端及第二直流偏置电路(400)的第二端共同接地，第一直流偏置电路(300)的第一端与待测器件的正端相连，第二直流偏置电路(400)的第一端与待测器件的负端相连。
2.根据权利要求1所述的电压脉冲信号发生电路，其特征在于：
脉冲控制的周期充电电路(100)用于给储能电容(05)周期性充电，周期性形成激励脉冲的上升沿部分；
放电电路(200)用于泄放储能电容(05)中的电荷形成放电电流，形成激励脉冲的下降沿部分；
第一直流偏置电路(300)用于给上述形成的激励脉冲叠加直流偏置；
第二直流偏置电路(400)用于给上述形成的激励脉冲叠加直流偏置。
3.根据权利要求1所述的电压脉冲信号发生电路，其特征在于：所述脉冲控制的周期充电电路(100)包括：
依次串联的第一直流电压源(01)、充电电阻(02)、压控开关(03)、储能电容(05)，及接于压控开关(03)控制端的脉冲电压源(04)；第一直流电压源(01)的正端与充电电阻(02)的第一端相连，充电电阻(02)的第二端与压控开关(03)正端相连，压控开关(03)的负端与储能电容(05)的第一端相连，脉冲电压源(04)的正端与压控开关(03)的控制端相连，第一直流电压源(01)的负端、储能电容(05)第二端、脉冲电压源(04)的负端及压控开关(03)的接地端共同接地；
第一直流电压源(01)用于给储能电容(05)的充电过程提供电能；
充电电阻(02)用于调整储能电容(05)充电过程的时间常数；
压控开关(03)和脉冲电压源(04)用于控制充电电路的周期性开断，用于形成周期可控的周期性激励脉冲；
储能电容(05)用于存储电能，形成激励脉冲。
4.根据权利要求1所述的电压脉冲信号发生电路，其特征在于：所述放电电路(200)包括：
依次串联的储能电容(05)、第一分压电阻(06)及第二分压电阻(07)，储能电容(05)第一端与第一分压电阻(06)的第一端相连，第一分压电阻(06)的第二端与第二分压电阻(07)的第一端相连，储能电容(05)的第二端与第二分压电阻(07)的第二端共同接地；
储能电容(05)用于泄放存储的电能，形成激励脉冲；
第一分压电阻(06)和第二分压电阻(07)用于调整储能电容(05)放电过程的时间常数并形成激励脉冲。
5.根据权利要求1所述的电压脉冲信号发生电路，其特征在于：所述第一直流偏置电路(300)包括第二直流电压源(08)；第二直流电压源(08)的负端与第二分压电阻(07)的第一端相连，第二直流电压源(08)的正端用于与待测器件的正端相连。
6.根据权利要求1所述的电压脉冲信号发生电路，其特征在于：所述第二直流偏置电路(400)包括第三直流电压源(09)，第三直流电压源(09)的负端接地，第三直流电压源(09)的正端用于与待测器件的负端相连。
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| CN118036344A (zh) * | 2024-04-11 | 2024-05-14 | 徐州徐工汽车制造有限公司 | 汽车电源线干扰源的仿真测试方法和装置、存储介质 |
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