CN206696338U - 基于过零检测的时延估计电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于过零检测的时延估计电路，包括第一输入电路、第二输入电路、第一过零检测电路、第二过零检测电路、时间计算电路，第一过零检测电路与第一输入电路串联，第二过零检测电路与第二输入电路串联，第一过零检测电路与第二过零检测电路并联后与时间计算电路连接。第一输入电路结合第一过零检测电路实现第一输入电路输入信号的过零时刻检出t1；第二输入电路结合第二过零检测电路实现第二输入电路输入信号的过零时刻检出t2；时间计算电路对过零时刻t1与t2进行时间计算，得出两路信号时延计算结果△t。特别适用于系统计算能力有限、功耗要求低的规则信号的时延运算。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种时延估计电路，特别是涉及一种基于过零检测的时延估计电路。
背景技术
近年来，物联网的发展催生了传感器阵列在消费电子中的应用需求，低成本、低功耗的阵列信号处理技术亟待解决。时延估计技术广泛应用于麦克风阵列、雷达、移动通信、地震勘察、医学成像等军事与工业领域，实现速度计算、方位估计、降噪、定向拾音等功能。传统时延估计技术多采用数字信号处理方式，将模拟信号数字化后，通过时延估计算法运算，得到信号时延估计结果，然而数字信号处理所需要的计算资源较大，功耗较高，难以满足物联网节点电池供电条件下，设备轻量化与长时间待机的应用需求。因此亟需提供一种新型的时延估计电路来解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于过零检测的时延估计电路，能够实现阵列信号处理中不同信号通道间的信号时延信息运算与提取。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于过零检测的时延估计电路，包括第一输入电路、第二输入电路、第一过零检测电路、第二过零检测电路、时间计算电路，第一过零检测电路与第一输入电路串联，第二过零检测电路与第二输入电路串联，第一过零检测电路与第二过零检测电路并联后与时间计算电路连接；
第一输入电路用于对第一输入信号进行预处理，第二输入电路用于对第二输入信号进行预处理；
第一过零检测电路用于对第一输入电路预处理过的信号实施过零时刻检测，检出信号过零时间点t1；
第二过零检测电路用于对第二输入电路预处理过的信号实施过零时刻检测，检出信号过零时间点t2；
时间计算电路用于计算第一过零检测电路输出过零时刻t1和第二过零检测电路输出过零时刻t2的时间间隔△t，作为时延估计结果。
在本实用新型一个较佳实施例中，第一输入电路、第二输入电路为对输入信号进行预处理的模拟信号处理电路，预处理包括放大、滤波、限幅、积分与微分。第一输入电路与第二输入电路需保持相位一致性。
在本实用新型一个较佳实施例中，第一过零检测电路与第二过零检测电路均采用电压比较器电路。
进一步的，电压比较器电路包括电压比较器、上拉电阻Rpull，电压比较器采用LM393，其正电源端连接正电源，输出端与正电源端之间连接上拉电阻Rpull，负电源端接地。
进一步的，电压比较器电路包括电压比较器U1、电阻R1、R2、二极管D1、D2，电阻R1连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接U1的正向输入端，电阻R2连接U1的反向输入端，二极管D2的正极连接U1的正向输入端、负极连接U1的方向输入端，U1的正电源端连接正电源、负电源端接地。
在本实用新型一个较佳实施例中，时间计算电路采用数字逻辑计算电路或积分电路。
进一步的，时间计算电路采用内置中断和计时器逻辑的MSP430F149微控制器，超低功耗。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用模拟运算资源实现阵列传感器信号通道间时延估计，通过过零检测方式获取输入信号的时间信息，最后通过时间计算电路，计算时间间隔信息，从而实现输入信号的精确时延估计；
过零检测电路采用模拟电路实现信号过零时刻的检测，电路简单、功耗低；
本实用新型特别适用于系统计算能力有限、功耗要求低的规则信号的时延运算。
附图说明
图1是本实用新型基于过零检测的时延估计电路一较佳实施例的原理框图；
图2是所述第一过零检测电路与第二过零检测电路一较佳实施例的电路图；
图3是所述第一过零检测电路与第二过零检测电路另一较佳实施例的电路图；
图4是所述时间计算电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本实用新型实施例包括：
一种基于过零检测的时延估计电路，包括第一输入电路、第二输入电路、第一过零检测电路、第二过零检测电路、时间计算电路，第一过零检测电路与第一输入电路串联，第二过零检测电路与第二输入电路串联，第一过零检测电路与第二过零检测电路并联后与时间计算电路连接。
第一输入电路，连接输入信号S1与第一过零检测电路，通过内部信号处理逻辑，对输入信号S1进行预处理，使其符合第一过零检测电路输入要求，保证其过零检测结果包含输入信号S1的有效时间信息；
第二输入电路，连接输入信号S2与第二过零检测电路，通过内部信号处理逻辑，对输入信号S2进行预处理，使其符合第二过零检测电路输入要求，保证其过零检测结果包含输入信号S2的有效时间信息。
第一输入电路、第二输入电路为对输入信号进行预处理的模拟信号处理电路，预处理包括但不限于放大、滤波、限幅、积分与微分。第一输入电路与第二输入电路需保持相位一致性。
第一过零检测电路，对第一输入电路预处理过的信号实施过零时刻检测，检出信号过零时间点t1，并将该时间点实时输出至时间计算电路；
第二过零检测电路，对第二输入电路预处理过的信号实施过零时刻检测，检出信号过零时间点t2，并将该时间点实时输出至时间计算电路。
第一过零检测电路与第二过零检测电路均采用电压比较器电路，通过输入信号与电压基准的比较实现信号过零时刻检测。第一过零检测电路与第二过零检测电路所采用的电压比较器电路需保证一致，可以使用各种类型比较器电路，其信号输入端应有较高输入阻抗，但不改变输入信号的信号特征，其电压基准输入应有稳定、低噪声的电平稳定机制，保证电压基准的有效性。
时间计算电路用于计算第一过零检测电路输出过零时刻t1和第二过零检测电路输出过零时刻t2的时间间隔△t，作为时延估计结果，可采用数字逻辑计算电路或积分电路，数字逻辑计算电路将时间间隔数字化，积分电路可对时间进行量化。
本实用新型采用模拟运算资源实现阵列传感器信号通道间时延估计，通过过零检测方式获取输入信号的时间信息，最后通过时间计算电路，计算时间间隔信息，从而实现输入信号的精确时延估计；过零检测电路采用模拟电路实现信号过零时刻的检测，电路简单、功耗低；本实用新型特别适用于系统计算能力有限、功耗要求低的规则信号的时延运算。
本实施例以麦克风阵列信号处理中的时延估计为例，设定第一输入电路和第二输入电路为二阶巴特沃斯高通滤波电路，通带截止频率为100Hz；设定第一过零检测电路和第二过零检测电路为LM393构成的电压比较器电路，如图2所示，正电源端连接正电源，输出端与正电源端之间连接一上拉电阻R，负电源端接地；第一过零检测电路和第二过零检测电路也可采用如图3所示的电压比较器电路，其包括电压比较器U1、电阻R1、R2、二极管D1、D2，电阻R1连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接U1的正向输入端，电阻R2连接U1的反向输入端，二极管D2的正极连接U1的正向输入端、负极连接U1的方向输入端，U1的正电源端连接正电源、负电源端接地。设定时间计算电路为采用内置中断和计时器逻辑的MSP430F149微控制器的数字逻辑计算电路，如图4所示。
输入信号S1与S2经过输入电路滤波处理后过滤掉低频噪音信号，保留语音信号，并将处理过的信号分别输出至第一过零检测电路和第二过零检测电路，得到一个时间周期内的包含时间信息的数字脉冲信号Vo1和Vo2，所包含的过零时刻定义为t1与t2。包含时间信息的数字脉冲信号输出至MSP430F149的中断输入功能引脚INT1和INT2，触发各自中断逻辑，在中断响应函数中，先后获取系统时钟状态，该时钟状态可唯一表达过零时刻t1与t2的信息。与系统时钟状态的差值，时间间隔△t即为该时延估计系统的时延估计结果。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于过零检测的时延估计电路，其特征在于，包括第一输入电路、第二输入电路、第一过零检测电路、第二过零检测电路、时间计算电路，第一过零检测电路与第一输入电路串联，第二过零检测电路与第二输入电路串联，第一过零检测电路与第二过零检测电路并联后与时间计算电路连接；
第一输入电路用于对第一输入信号进行预处理，第二输入电路用于对第二输入信号进行预处理；
第一过零检测电路用于对第一输入电路预处理过的信号实施过零时刻检测，检出信号过零时间点t1；
第二过零检测电路用于对第二输入电路预处理过的信号实施过零时刻检测，检出信号过零时间点t2；
时间计算电路用于计算第一过零检测电路输出过零时刻t1和第二过零检测电路输出过零时刻t2的时间间隔△t，作为时延估计结果。
2.根据权利要求1所述的基于过零检测的时延估计电路，其特征在于，第一输入电路、第二输入电路为对输入信号进行预处理的模拟信号处理电路，预处理包括放大、滤波、限幅、积分与微分。
3.根据权利要求1所述的基于过零检测的时延估计电路，其特征在于，第一过零检测电路与第二过零检测电路均采用电压比较器电路。
4.根据权利要求3所述的基于过零检测的时延估计电路，其特征在于，电压比较器电路包括电压比较器、上拉电阻Rpull，电压比较器采用LM393，其正电源端连接正电源，输出端与正电源端之间连接上拉电阻Rpull，负电源端接地。
5.根据权利要求3所述的基于过零检测的时延估计电路，其特征在于，电压比较器电路包括电压比较器U1、电阻R1、R2、二极管D1、D2，电阻R1连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接U1的正向输入端，电阻R2连接U1的反向输入端，二极管D2的正极连接U1的正向输入端、负极连接U1的方向输入端，U1的正电源端连接正电源、负电源端接地。
6.根据权利要求1所述的基于过零检测的时延估计电路，其特征在于，时间计算电路采用数字逻辑计算电路或积分电路。
7.根据权利要求6所述的基于过零检测的时延估计电路，其特征在于，时间计算电路采用内置中断和计时器逻辑的MSP430F149微控制器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112305416A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-02 | 深圳市信锐网科技术有限公司 | 一种零点校准电路、设备、系统、方法、装置和存储介质 |
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2017
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