CN203466791U - 信号波形转换电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种信号波形转换电路，包括：滤波单元，用于滤除输入信号中的低频杂波信号；稳压钳位单元，用于将经滤波单元滤波后的输入信号的峰值电平限制在允许值范围内；波形转换单元，用于对经滤波单元、稳压钳位单元处理后的输入信号进行电压转换及波形转换；阀值电压产生单元，用于产生低电平参考电压，防止经滤波单元、稳压钳位单元处理后的输入信号中残余的低频杂波信号导致波形转换单元误反转而使输出的脉冲信号频率不准。本实用新型还公开了一种信号波形转换装置，它包括外壳和由前述信号波形转换电路组成的电路主板。它们均具有抗干扰能力强、输入信号电压幅值范围宽、输出脉冲信号电压幅值范围宽的优点。

Description

信号波形转换电路及装置

技术领域

本实用新型涉一种信号处理电路，具体是涉及一种信号波形转换电路，还具体涉及一种信号波形转换装置。 

背景技术

目前，工业、农业、教育等领域中的电气工程设备内部各电路之间或这些电气工程设备之间的信号许多采用脉冲信号进行传输，这些电气工程设备内部各电路或这些电气工程设备往往对输入的脉冲信号的电压等级、波形质量等参数要求较高，然而由于应用场合情况非常复杂，这些脉冲信号容易受到干扰，严重时这些脉冲信号会发生严重失真，致使满足不了这些要求，另外，有些还要求提供脉冲信号的电路、装置或设备具备一定的带负载能力。 

因此，人们期望寻求一种技术方案，以减轻至少上文所述的缺点。 

发明内容

下面给出对本实用新型的各个方面的概述，以提供对这些方面的基本理解，该概述的唯一目的是用简单的形式呈现所公开方面的一些概念，以此作为后面的详细说明的前奏。 

本实用新型解决的技术问题是：提供一种抗干扰能力强、输入信号电压幅值范围宽、输出脉冲信号电压幅值范围宽的信号波形转换电路及装置。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案： 

根据一方面，本实用新型描述了一种信号波形转换电路，包括：

滤波单元，用于滤除输入的输入信号中的低频杂波信号；

稳压钳位单元，用于将经滤波单元滤波后的输入信号的峰值电平限制在允许值范围内；

波形转换单元，用于对经滤波单元、稳压钳位单元处理后的输入信号进行电压转换及波形转换；

阀值电压产生单元，用于产生低电平参考电压，防止经滤波单元、稳压钳位单元处理后的输入信号中残余的低频杂波信号导致波形转换单元误反转而使输出的脉冲信号频率不准；

所述滤波单元由电阻R1、电容C1和电阻R2组成，稳压钳位单元由二极管D1和稳压二极管D2组成，阀值电压产生单元由可调电阻VR1和可调电阻VR2组成，波形转换单元由比较器U1和R3组成；信号输入端经电阻R1与比较器U1的反相输入端相连，电容C1的一端、电阻R2的一端、二极管D1的负极和稳压二极管D2负极与比较器U1的反相输入端相连，电容C1的另一端、电阻R2的另一端、二极管D1的正极和稳压二极管D2正极与地极GND连接；可调电阻VR1和可调电阻VR2串联在比较器U1的输出端和地极GND之间，比较器U1的正相输入端与可调电阻VR1和可调电阻VR2的连接节点相连；比较器U1的输出端与供电电源VCC之间串联上拉电阻R3，作为经整定转换后的脉冲信号的输出端，使比较器U1能够根据供电电源VCC提供的不同电压值输出不同电压幅值的脉冲信号。

进一步的，还包括用于指示供电电源状态的电源指示单元，该电源指示部分由R4和发光二极管LED1组成，供电电源VCC通过R6与发光二极管LED1的正极相连，发光二极管LED1的负极与地极GND相连。 

另一方面，本实用新型描述了一种信号波形转换装置，它包括 

外壳和电路主板，所述电路主板安装于外壳内；

所述电路主板包括对外接线单元、滤波单元、稳压钳位单元、阀值电压产生单元和波形转换单元；

所述滤波单元，用于滤除输入信号中的低频杂波信号；

所述稳压钳位单元，用于将经滤波单元滤波后的输入信号的峰值电平限制在允许值范围内；

所述波形转换单元，用于对经滤波单元、稳压钳位单元处理后的输入信号进行电压转换及波形转换；

所述阀值电压产生单元，用于产生低电平参考电压，防止经滤波单元、稳压钳位单元处理后的输入信号中残余的低频杂波信号导致波形转换单元误反转而使输出的脉冲信号频率不准；

所述对外接线单元由固定在电路主板上的第一可拔插接线端子和第二可拔插接线端子组成，第一可拔插接线端子与波形转换单元的输出端连接，第二可拔插接线端子与滤波单元的信号输入端连接，且它们均与供电电源VCC连接，所述第一可拔插接线端子、第二可拔插接线端子的插接部均伸出外壳外面；

所述滤波单元由电阻R1、电容C1和电阻R2组成，稳压钳位单元由二极管D1和稳压二极管D2组成，阀值电压产生单元由可调电阻VR1和可调电阻VR2组成，波形转换单元由比较器U1和R3组成；信号输入端经电阻R1与比较器U1的反相输入端相连，电容C1的一端、电阻R2的一端、二极管D1的负极和稳压二极管D2负极与比较器U1的反相输入端相连，电容C1的另一端、电阻R2的另一端、二极管D1的正极和稳压二极管D2正极与地极GND连接；可调电阻VR1和可调电阻VR2串联在比较器U1的输出端和地极GND之间，比较器U1的正相输入端与可调电阻VR1和可调电阻VR2的连接节点相连；比较器U1的输出端与供电电源VCC之间串联上拉电阻R3，作为经整定转换后的脉冲信号的输出端，使比较器U1能够根据供电电源VCC提供的不同电压值输出不同电压幅值的脉冲信号

进一步的，所述电路主板还包括用于指示供电电源状态的电源指示单元，该电源指示单元由R4和发光二极管LED1组成，供电电源VCC通过R4与发光二极管LED1的正极相连，发光二极管LED1的负极与地极GND相连。

再进一步的，所述外壳由上盖和下盖组成，上盖和下盖卡合连接。 

本实用新型信号波形转换电路及装置具有的优点为： 

1、本实用新型信号波形转换电路及装置采用滤波单元滤除输入的输入信号中的低频杂波信号，以及采用阀值电压产生单元防止经滤波单元、稳压钳位单元处理后的输入信号中残余的低频杂波信号导致波形转换单元误反转而使输出的脉冲信号频率不准，从而提高本实用新型的抗干扰能力；

2、本实用新型信号波形转换电路及装置采用稳压钳位单元将输入信号保持在一个固定的峰值电平，这样在输入信号峰值电压变化范围比较大或输入不同峰值电压脉冲信号的情况下，比较器的反相输入端能够采集到标准、稳定的电压，保证比较器输出稳定、标准的输入信号，从而能够实现对不同电压幅值的输入信号进行处理，提高对输入信号处理的稳定性和可靠性；

3、本实用新型信号波形转换电路及装置采用在比较器的输出端与供电电源之间串联上拉电阻，使比较器能够输出不同电压幅值的脉冲信号，以满足不同场合需求，同时能够提高电路带负载的能力；

4、本实用新型信号波形转换装置的电路主板安装于外壳中，外壳对主板起到保护作用，同时也便于本实用新型信号波形转换装置的安装。

5、本实用新型信号波形转换装置采用可拔插接线端子与外部电路、装置或设备连接，采用这种结构便于安装和维护。 

附图说明

图1为本实用新型一种信号波形转换电路原理图； 

图2为本实用新型的电源指示单元电路原理图；

图3为本实用新型信号波形转换装置上盖打开的结构示意图；

图4为图1中A点的工作波形；

图5为图1中B点的工作波形；

图6为图1中C点的工作波形；

图7为图1中阀值电压产生单元没产生阀值电压时D点的工作波形；

图8为图6和图7波形叠加、放大后的工作波形；

图9为图1中阀值电压产生单元产生阀值电压时D点的工作波形。

图中各代号的含义：1、上盖；2、下盖；3、第一可拔插接线端子；4、第二可拔插接线端子；5、电路主板；101、滤波单元；102、稳压钳位单元；103、波形转换单元；104、阀值电压产生单元；105、电源指示单元。 

具体实施方式

为能详细说明本实用新型的技术特征及实用功效，并可依照本说明书的内容来实现，下面结合附图对本实用新型的实施方式进一步说明。 

参见图1、图2，为本实用新型一种信号波形转换电路，它包括滤波单元101、稳压钳位单元102、阀值电压产生单元104和波形转换单元103；滤波单元101由电阻R1、电容C1和电阻R2组成，稳压钳位单元102由二极管D1和稳压二极管D2组成，阀值电压产生单元104由可调电阻VR1和可调电阻VR2组成，波形转换单元103由比较器U1和R3组成；信号输入端经电阻R1与比较器U1的反相输入端相连，电容C1的一端、电阻R2的一端、二极管D1的负极和稳压二极管D2负极与比较器U1的反相输入端相连，电容C1的另一端、电阻R2的另一端、二极管D1的正极和稳压二极管D2正极与地极GND连接；可调电阻VR1和可调电阻VR2串联在比较器U1的输出端和地极GND之间，比较器U1的正相输入端与可调电阻VR1和可调电阻VR2的连接节点相连；比较器U1的输出端与供电电源VCC之间串联上拉电阻R3，作为经整定转换后的脉冲信号的输出端，使比较器U1能够根据供电电源VCC提供的不同电压值输出不同电压幅值的脉冲信号，比如供电电源VCC的电压范围为5V到40V，通过上拉电阻R3可实现输出的脉冲信号的电压幅值在该电压值范围内选择，以满足不同场合需求，同时能够提高电路带负载的能力。 

在上述信号波形转换电路中设置有电源指示单元105，用以指示供电电源状态，它的具体结构是这样的，由R4和发光二极管LED1组成，供电电源VCC通过R4与发光二极管LED1的正极相连，发光二极管LED1的负极与地极GND相连，这样形成电路回路，给该电源指示单元上电，电流通过电阻R4后通过发光二极管LED1，发光二极管LED1发光表示供电状态正常。 

本实用新型信号波形转换电路对输入信号进行处理和变换的过程是这样的，来自现场的输入信号（例如图4所示的正弦波信号）通过由电阻R1、电容C1和电阻R2组成滤波单元101滤除输入信号中的低频杂波信号，此时输入信号波形如图5所示，再通过并接在回路中由二极管D1和稳压二极管D2组成的稳压钳位单元102进行处理，经滤波单元101和稳压钳位单元102整定后的输入信号的峰值电平保持在一个固定值，此时输入信号波形如图6所示，之后经由比较器U1组成的波形转换单元103进行电压转换及波形转换，最后从比较器U1的输出端输出，此时D点输出的脉冲信号波形如图9所示，供给后续电路或设备使用。由于经滤波单元、稳压钳位单元处理后的输入信号中还包含低频杂波信号，假如转换电路回路中没有阀值电压产生单元（104），该脉冲信号将直接与0V电压比较即与比较器U1的正相输入端的电压比较，当输入信号中残余的低频杂波信号在0V位置波动时，将会导致比较器U1误反转而使输出的脉冲信号频率不准，这种情况下D点输出的脉冲波形如图7所示，从图8中可以清晰地看出，比较器U1在与输入信号中残余的低频杂波信号对应的时间期间内产生了误反转致使输出的脉冲信号中出现了尖峰脉冲，造成输出脉冲的平率不准，所以增加了阀值电压产生单元104，使用时，根据实际情况，调整阀值电压产生单元104的可调电阻VR1和可调电阻VR2，产生一个高于残余低频杂波信号电压的电压加在比较器U1的正相输入端，即可防止残余低频杂波信号导致波形转换单元（103）误反转而使输出的脉冲信号频率不准的情况发生。 

参见图3，另一个面，本实用新型还提供了一种信号波形转换装置，它包括外壳和电路主板5，电路主板5安装于外壳内，外壳对电路主板5起保护作用；外壳由下盖1和上盖2组成，上盖1和下盖2卡合连接；电路主板5包括对外接线单元和本实用新型上述所描述的信号波形转换电路；对外接线单元由固定在电路主板上的第一可拔插接线端子3和第二可拔插接线端子4组成，第一可拔插接线端子3与波形转换单元103的脉冲信号输出端连接，第二可拔插接线端子4与滤波单元101的信号输入端连接，且它们均与供电电源VCC连接，第一可拔插接线端子3、第二可拔插接线端子4的插接部均伸出外壳外面，这样通过该两套可拔插接线端子实现电路主板5与外部信号、电源的连接。 

本实用新型的信号波形转换装置使用时，供电电源VCC、输入信号通过第一可拔插接线端子3输入到电路主板5的信号波形转换电路中，经电路主板5的信号波形转换电路处理后的脉冲信号通过第二可拔插接线端子4输出至用户设备。 

另外需要说明的是，本实用新型的信号波形转换电路及装置的输入信号不局限于上述举例中的正弦波信号，还可以是其他的交流信号，再有就是还可以是矩形波、锯齿波、三角波、尖峰波、阶梯波等脉冲信号波形，输入信号的种类繁多，在此不再举例，通过该信号波形转换电路可将输入的不同种类波形信号转换成用户需要的不同幅值的脉冲波形信号。 

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本实用新型所提技术特征的范围内，利用本实用新型所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，均仍属于本实用新型技术特征的范围内。 

Claims (5)

1.一种信号波形转换电路，其特征在于，包括：

滤波单元（101），用于滤除输入信号中的低频杂波信号；

稳压钳位单元（102），用于将经滤波单元（101）滤波后的输入信号的峰值电平限制在允许值范围内；

波形转换单元（103），用于对经滤波单元（101）、稳压钳位单元（102）处理后的输入信号进行电压转换及波形转换；

阀值电压产生单元（104），用于产生低电平参考电压，防止经滤波单元（101）、稳压钳位单元（102）处理后的输入信号中残余的低频杂波信号导致波形转换单元（103）误反转而使输出的脉冲信号频率不准；

所述滤波单元（101）由电阻R1、电容C1和电阻R2组成，稳压钳位单元（102）由二极管D1和稳压二极管D2组成，阀值电压产生单元（104）由可调电阻VR1和可调电阻VR2组成，波形转换单元（103）由比较器U1和R3组成；信号输入端经电阻R1与比较器U1的反相输入端相连，电容C1的一端、电阻R2的一端、二极管D1的负极和稳压二极管D2负极与比较器U1的反相输入端相连，电容C1的另一端、电阻R2的另一端、二极管D1的正极和稳压二极管D2正极与地极GND连接；可调电阻VR1和可调电阻VR2串联在比较器U1的输出端和地极GND之间，比较器U1的正相输入端与可调电阻VR1和可调电阻VR2的连接节点相连；比较器U1的输出端与供电电源VCC之间串联上拉电阻R3，作为经整定转换后的脉冲信号的输出端，使比较器U1能够根据供电电源VCC提供的不同电压值输出不同电压幅值的脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的信号波形转换电路，其特征在于：还包括用于指示供电电源状态的电源指示单元（105），该电源指示部分由R4和发光二极管LED1组成，供电电源VCC通过R4与发光二极管LED1的正极相连，发光二极管LED1的负极与地极GND相连。

3.一种信号波形转换装置，包括外壳和电路主板（5），所述电路主板（5）安装于外壳内，其特征在于：

所述电路主板包括对外接线单元、滤波单元（101）、稳压钳位单元（102）、阀值电压产生单元（104）和波形转换单元（103）；

所述滤波单元（101），用于滤除输入的输入信号中的低频杂波信号；

所述稳压钳位单元（102），用于将经滤波单元（101）滤波后的输入信号的峰值电平限制在允许值范围内；

所述波形转换单元（103），用于对经滤波单元（101）、稳压钳位单元（102）处理后的输入信号进行电压转换及波形转换；

所述阀值电压产生单元（104），用于产生低电平参考电压，防止经滤波单元（101）、稳压钳位单元（102）处理后的输入信号中残余的低频杂波信号导致波形转换单元（103）误反转而使输出的脉冲信号频率不准；

所述对外接线单元由固定在电路主板（5）上的第一可拔插接线端子（3）和第二可拔插接线端子（4）组成，第一可拔插接线端子（3）与波形转换单元（103）的输出端连接，第二可拔插接线端子（4）与滤波单元（101）的信号输入端连接，且它们均与供电电源VCC连接，所述第一可拔插接线端子（3）、第二可拔插接线端子（4）的插接部均伸出外壳外面；

所述滤波单元（101）由电阻R1、电容C1和电阻R2组成，稳压钳位单元（102）由二极管D1和稳压二极管D2组成，阀值电压产生单元（104）由可调电阻VR1和可调电阻VR2组成，波形转换单元（103）由比较器U1和R3组成；信号输入端经电阻R1与比较器U1的反相输入端相连，电容C1的一端、电阻R2的一端、二极管D1的负极和稳压二极管D2负极与比较器U1的反相输入端相连，电容C1的另一端、电阻R2的另一端、二极管D1的正极和稳压二极管D2正极与地极GND连接；可调电阻VR1和可调电阻VR2串联在比较器U1的输出端和地极GND之间，比较器U1的正相输入端与可调电阻VR1和可调电阻VR2的连接节点相连；比较器U1的输出端与供电电源VCC之间串联上拉电阻R3，作为经整定转换后的脉冲信号的输出端，使比较器U1能够根据供电电源VCC提供的不同电压值输出不同电压幅值的脉冲信号。

4.根据权利要求3所述的信号波形转换装置，其特征在于：所述电路主板（5）还包括用于指示供电电源状态的电源指示单元（101），该电源指示单元（101）由R4和发光二极管LED1组成，供电电源VCC通过R4与发光二极管LED1的正极相连，发光二极管LED1的负极与地极GND相连。

5.根据权利要求3或4所述的信号波形转换装置，其特征在于：所述外壳由上盖（1）和下盖（2）组成，上盖（1）和下盖（2）卡合连接。

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