CN203551669U - 一种信号检测电路 - Google Patents

Abstract

公开了一种信号检测电路，包括第一放大器、第一晶体管、第一电容器、充放电路以及比较电路，该信号检测电路可用于检测前沿信号和后沿信号，在调光系统中有着广泛的用途。

Description

一种信号检测电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路，更具体但是并非排它地涉及信号检测电路。

背景技术

调光技术广泛地应用于白炽灯、节能灯和LED等照明领域。图1示出一种具有调光功能的照明系统，包括电源101、调光器(Dimmer)102、整流桥104和驱动电路(Driver)103。在一个实施例中，可以使用三端双向可控硅开关管(TRIAC)实现调光器102，通过调节三端双向可控硅开关管(TRIAC)的导通时间来控制电源101向负载传递的能量，进而达到调光的目的。

在一些应用中，电源101提供正弦信号至调光器102，例如市电信号。在其他一些应用中，电源101还可以提供其他信号至调光器102(即调光器102还可以对其他信号进行调光)。图2示出调光器102和整流桥104的输入输出波形，其中波形201表示输入市电信号，波形202表示未调光时调光器102的输出信号被整流桥104整流后的输出，呈半波正弦状。调光器102通过控制导通时间对其输入信号201进行切相，而后通过整流桥104进行整流，可以产生两种不同的切相半波正弦信号，即前沿信号203和后沿信号203。如果调光器102在输入信号201半周期开始时切相，经过了与调光位置相对应的一段时间后，调光器102的开关才导通为负载供电直至半周期结束(即调光器102的开关在T1时间段截止，T2时间段导通)，且经过输入信号201的零点后，调光器102重复相同操作，就会产生前沿信号(leading edge)203。该前沿信号203具有一个从低电平到高电平的快速变化或者正向阶跃变化。如果调光器102在输入信号201半周期开始时导通，经过了与调光位置相对应的一段时间后，调光器102的开关才断开并将断开状态保持至半周期结束(即调光器102的开关在T3时间段截止，T4时间段导通)，且经过输入信号201的零点后，调光器102重复相同操作，就会产生后沿信号(trailing edge)204。该后沿信号204具有一个从高电平到低电平的快速变化或者负向阶跃变化。由于前沿信号203和后沿信号204对应不同的驱动电路或者驱动方法，为此，如何识别调光后的信号是前沿信号还是后沿信号是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

考虑到现有技术中的一个或多个问题，本实用新型提供了一种信号检测电路，包括：第一放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收第一电压信号；第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其控制端耦接至所述第一放大器的输出端，其第二端耦接至所述第一放大器的第二输入端；第一电容器，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第二端，其第二端耦接至第一电势；充放电路，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第二端，其第二端耦接至所述第一电势；以及比较电路，具有输入端和输出端，其输入端耦接至所述第一晶体管的第一端，所述比较电路将流过第一晶体管的电流与电流阈值进行比较，在其输出端产生边沿检测信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述充放电路包括第一电流源或者电阻。

根据本实用新型的一个实施例，所述充放电路包括第二晶体管，所述第二晶体管具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第二端，其第二端耦接至所述第一电势，其控制端耦接至所述比较电路的输出端或者复位信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述比较电路包括：电流镜，具有输入端和输出端，其输入端耦接至所述第一晶体管的第一端，其输出端基于流过第一晶体管的电流产生镜像电流信号；第二电流源，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述电流镜的输出端，其第二端耦接至所述第一电势。

根据本实用新型的一个实施例，所述比较电路包括：第三电流源，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第一端，其第二端耦接至第二电势。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一电势是地电势或者内部电源电势。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一电压信号是来自三端双向可控硅调光器的调光信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一电压信号是切相半波正弦信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一电压信号是前沿信号或者后沿信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一电压信号的电压变化率超过设定数值时，所述边沿检测信号发生高电平和低电平之间的切换。

利用上述实施例的技术方案，能够检测前沿信号或者后沿信号。在一些实施例中，还可以检测某一信号的变化率。

附图说明

下面将参考附图详细说明本实用新型的具体实施方式，其中相同的附图标记表示相同的部件或特征。

图1示出具有调光功能的照明系统100的电路原理图；

图2示出调光器102和整流桥104的输入输出波形；

图3示出根据本实用新型一个实施例的信号检测电路300的电路原理图；

图4示出信号检测电路300工作过程中的波形图；

图5示出根据本实用新型一个实施例的信号检测电路500的电路原理图；

图6示出根据本实用新型一个实施例的信号检测电路600的电路原理图；

图7示出根据本实用新型一个实施例的信号检测电路700的电路原理图；

图8示出信号检测电路700工作过程中的波形图。

具体实施方式

在下文的特定实施例代表本实用新型的示例性实施例，并且本质上仅为示例说明而非限制。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：这些特定细节对于本实用新型而言不是必需的。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在说明书中，提及“一个实施例”或者“实施例”意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。术语“在一个实施例中”在说明书中各个位置出现并不全部涉及相同的实施例，也不是相互排除其他实施例或者可变实施例。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图3示出根据本实用新型一个实施例的信号检测电路300的电路原理图。信号检测电路300包括第一放大器3001、第一晶体管3002、第一电容器3003、充放电路3004和比较电路3006。在一个实施例中，信号检测电路300用于检测来自调光器301的第一电压信号302(即检测电路300的输入信号)。为显示方便，图3中未示出整流桥104。

第一放大器3001具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收输入信号302。第一晶体管3002具有第一端、第二端和控制端，其控制端耦接至第一放大器3001的输出端，其第二端耦接至第一放大器3001的第二输入端。第一电容器3003具有第一端和第二端，其第一端耦接至第一晶体管3002的第二端，其第二端耦接至地电势。充放电路3004具有第一端和第二端，其第一端耦接至第一晶体管3002的第二端，其第二端耦接至地电势，为第一电容器3003提供放电通路。在其他实施例中，充放电路3004还可以提供充电通路，例如图7所示实施例700。比较电路3006具有输入端和输出端，其输入端耦接至所述第一晶体管3002的第一端。比较电路3006将流过第一晶体管3002的电流IT与电流阈值进行比较，在其输出端产生边沿检测信号303。图4示出信号检测电路300运行过程中的波形图。由于第一放大器3001和第一晶体管3002组成的负反馈环路具有负反馈作用，第一放大器3001第一端和第二端的电压保持近似相等，使得第一电容器3003两端的电压VCAP跟随输入信号302变化。当输入信号302增大时，流过第一晶体管3002的电流(即晶体管电流)IT对第一电容器3003充电，使得第一电容器3003两端的电压VCAP跟随输入信号302增大。当输入信号302减小时，充放电路3004对第一电容器3003放电，使得第一电容器3003两端的电压VCAP降低。第一晶体管3002可以采用MOS晶体管、三极管等器件实现。

晶体管电流IT为第一电容器3003的充电电流ICH和充放电路3004提供的放电电流IDH之和，即

$\mathrm{IT}=\mathrm{ICH}+\mathrm{IDH}=c\×\frac{\mathrm{dVCAP}}{\mathrm{dt}}+\mathrm{IDH}=C\×\frac{\mathrm{dV}302}{\mathrm{dt}}+\mathrm{IDH}---\left(1\right)$

因此，晶体管电流IT将正比于输入信号302的变化率(dv/dt，输入信号302与时间的微分)，上式中V302表示输入信号302的电压。当输入信号302的变化率增大时，晶体管电流IT亦增大，并且输入信号302的变化率增大越快，晶体管电流IT越大；输入信号302的变化率减小时，晶体管电流IT亦减小。

在一个实施例中，充放电路3004包括第一电流源I1，为第一电容器3003提供放电通路。在其他的实施例中，充放电路3004还可以包括电阻。

在一个实施例中，比较电路3006包括电流镜3007和第二电流源I2。电流镜3007具有电势端、输入端和输出端，其电势端耦接至内部电源电势VCC，其输入端耦接至第一晶体管3002的第一端，电流镜3007基于晶体管电流IT，在输出端产生镜像电流IM。第二电流源I2具有第一端和第二端，其第一端耦接至电流镜3007的输出端，其第二端耦接至地电势。当输入信号302的变化率较大时(即输入信号302增大的足够快)，镜像电流IM大于第二电流源I2的电流，从而使得边沿检测信号303由低电平转换为高电平。使得边沿检测信号303由低电平转换为高电平(状态翻转)的晶体管电流IT的最小数值称为电流阈值，电流阈值由电流镜3007的镜像比例、和第二电流源I2的电流值等参数决定。

图4示出信号检测电路300的在运行过程中的波形，在输入信号302发生正向阶跃变化(信号快速增大)时，晶体管电流IT快速增大，使得边沿检测信号303由低电平转变为高电平。而后，由于输入信号302的变化率减小甚至变为负数，晶体管电流IT也快速减小，直至为零。需要注意的是，在不同的实施例中，由于第一电容器3003的取值不同，充放电路3004的放电电流取值不同以及前沿信号的变化率不同，晶体管电流IT可能不会降低到零。

图5示出根据本实用新型一个实施例的信号检测电路500的电路原理图。与图3所示的信号检测电路300的不同之处在于，信号检测电路500的比较电路5006包括第三电流源I3。在一些实施例中，在比较电路5006之后，还可以使用一些施密特触发器U1和/或反相器U2等整形，从而优化数字信号的边沿变化。当输入信号302的正向变化率较大时，流过第一晶体管3002的电流IT将大于第三电流源I3的电流，从而使得即边沿检测信号503由高电平转换为低电平。

图6示出根据本实用新型一个实施例的信号检测电路600的电路原理图。与图3所示的信号检测电路300的不同之处在于，信号检测电路600的充放电路6004包括晶体管M1。晶体管M1具有第一端、第二端和控制端，其控制端耦接至边沿检测信号603，其第一端和第二端分别耦接至第一电容器3003的两端。当边沿检测信号603从低电平变为高电平后，晶体管M1开启，使得第一电容器3003放电。在其他实施例中，晶体管M1的控制端还可以耦接至复位信号。根据系统需要，在微控制器(MCU)或者其他控制逻辑作用下，复位信号定时或者不定时地对第一电容器3003进行放电。在一些实施例中，充放电路6004还包括一个与晶体管M1串联的限流电阻。使用晶体管M1作为充放电路，可以减小静态功耗，并且使得第一电容器3003两端的电压VCAP能够更加迅速地跟随输入信号302。

图7示出根据本实用新型一个实施例的信号检测电路700的电路原理图。与图3所示的信号检测电路300的不同之处在于，第一电容器3003的第二端和充放电路3004的第二端耦接至内部电源电势VCC而非地电势。在一个实施例中，比较电路3006包括电流镜3007和第二电流源I2，电流镜3007的电势端耦接至地电势，第二电流源I2的第二端耦接至内部电源电势VCC。在其他的实施例中，第一电容器3003的第二端、充放电路3004的第二端和第二电流源I2的第二端还可以耦接至其他电势而非电源电势VCC。图5和图6示出的实施例同样适用于图7所示的信号检测电路700。

参考图7，当输入信号702的变化率足够负(即信号减小足够快)时，镜像电流IM(即晶体管电流IT的镜像)大于第二电流源I2的电流，从而使得即边沿检测信号703为低电平。

图8示出信号检测电路700的在运行过程中的波形，在输入信号702发生负向阶跃变化(信号快速减小)时，晶体管电流IT快速增大，使得边沿检测信号703由高电平转变为低电平。而后，由于输入信号702的变化率为零，第一晶体管3002仅需要为充放电路3004提供通路，即晶体管电流IT近似等于第一电流源I1的电流。而后，输入信号702变大，晶体管电流IT也快速减小，直至为零。需要注意的是，在不同的实施例中，由于第一电容3003的取值不同，充放电路3004的充电电流取值不同以及输入信号702的变化率不同，晶体管电流IT可能不会降低到零。

本实用新型的实施例示例而非限制地用于检测前沿信号或者后沿信号。本领域的技术人员还可以根据公式(1)的教导，采用本实用新型的实施例检测某一信号的变化率。例如，通过合理地设置第一电容器3003和比较电路3006的电流阈值，使得当被检测信号的变化率(的绝对值)高于或者低于特定数值时，信号检测电路输出的边沿检测信号发生高电平和低电平之间的切换。

尽管本实用新型已经结合其具体示例性实施方式进行了描述，很显然的是，多种备选、修改和变形对于本领域技术人员是显而易见的。由此，在此阐明的本实用新型的示例性实施方式是示意性的而并非限制性。可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出修改。

在本公开内容中所使用的量词“一个”、“一种”等不排除复数。文中的“第一”、“第二”等仅表示在实施例的描述中出现的先后顺序，以便于区分类似部件。“第一”、“第二”在权利要求书中的出现仅为了便于对权利要求的快速理解而不是为了对其进行限制。权利要求书中的任何附图标记都不应解释为对范围的限制。

Claims (10)

1.一种信号检测电路，其特征在于，包括：

第一放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收第一电压信号；

第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其控制端耦接至所述第一放大器的输出端，其第二端耦接至所述第一放大器的第二输入端；

第一电容器，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第二端，其第二端耦接至第一电势；

充放电路，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第二端，其第二端耦接至所述第一电势；以及

比较电路，具有输入端和输出端，其输入端耦接至所述第一晶体管的第一端，所述比较电路将流过第一晶体管的电流与电流阈值进行比较，在其输出端产生边沿检测信号。

2.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述充放电路包括第一电流源或者电阻。

3.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述充放电路包括第二晶体管，所述第二晶体管具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第二端，其第二端耦接至所述第一电势，其控制端耦接至所述比较电路的输出端或者复位信号。

4.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述比较电路包括：

电流镜，具有输入端和输出端，其输入端耦接至所述第一晶体管的第一端，其输出端基于流过第一晶体管的电流产生镜像电流信号；以及

第二电流源，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述电流镜的输出端，其第二端耦接至所述第一电势。

5.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述比较电路包括：

第三电流源，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第一端，其第二端耦接至第二电势。

6.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一电势是地电势或者内部电源电势。

7.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一电压信号是来自三端双向可控硅调光器的调光信号。

8.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一电压信号是切相半波正弦信号。

9.根据权利要求1或8所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一电压信号是前沿信号或者后沿信号。

10.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一电压信号的电压变化率超过设定数值时，所述边沿检测信号发生高电平和低电平之间的切换。

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