CN216451352U - 一种实现时钟频率比较的模拟电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种实现时钟频率比较的模拟电路，包括第一信号转换电路及第一比较器，第一信号转换电路包括第一电流源I1、第一开关管、第一电容C1、第一滤波器，第一时钟信号从第一开关管的驱动端输入；第一比较器第一输入端连接第一滤波器的输出端，第二输入端连接比较信号，所述比较信号的幅值为参考时钟信号的直流分量，输出第一时钟信号与参考时钟信号的频率比较结果。比较信号可以是第二信号转换电路或者直接为由电源电压经分压电阻产生的直流信号。本实用新型结构简单，元器件少，成本低，可用于单端口、双端口时钟信号比较，应用范围广。

Description

一种实现时钟频率比较的模拟电路
技术领域
本实用新型属于模拟电子技术领域，尤其涉及一种实现时钟频率比较的模拟电路。
背景技术
目前，对时钟信号频率进行比较，传统方法采用计数器对不同频率的时钟信号进行计数，当计数器达到一个预设值时，使用比较器输出相应的比较信号，更高的精度需增加计数器位数。在其他的一些方法中，均采用了D触发器、电荷泵、锁存器等数字逻辑单元构成的数字电路进行频率比较和判别，但是在单端口时钟信号输入的情况下，便无法使用数字电路，因此，数字方法应用不够灵活，使用场景受限。
实用新型内容
实用新型目的：为了解决现有技术中的时钟信号频率比较电路需要依赖计数器位数，采用数字方法应用场景受限的问题，本实用新型提供一种实现时钟频率比较的模拟电路。
技术方案：一种实现时钟频率比较的模拟电路，包括：
第一信号转换电路，包括第一电流源I1、第一开关管、第一电容C1、第一滤波器，第一电流源I1与第一开关管连接，第一时钟信号从第一开关管的驱动端输入，第一电流源I1与第一开关管的连接处连接第一电容C1第一端与第一滤波器的输入端，第一电容C1的第二端接地；
第一比较器，包括第一输入端，连接第一滤波器的输出端；第二输入端，连接比较信号，所述比较信号的幅值为参考时钟信号的直流分量；输出端，用于输出第一时钟信号与参考时钟信号的频率比较结果。
进一步地，所述比较信号由电源电压经分压电阻产生，设比较信号的幅值为VREF2，设参考时钟信号的频率为F3，则VREF2与F3之间存在以下关系：
Figure BDA0003389142910000011
进一步地，所述第一滤波器为低通滤波器或高通滤波器，低通滤波器用于比较频率大于低通滤波器截止频率的时钟信号，高通滤波器用于比较频率小于高通滤波器截止频率的时钟信号。
进一步地，所述第一滤波器为RC滤波器。
进一步地，所述第一开关管为NMOS管、PMOS管、PNP管、NPN管中的一种。
进一步地，还包括第二信号转换电路，所述比较信号由第二信号转换电路产生，第二信号转换电路包括第二电流源I2、第二开关管、第二电容C2及第二滤波器，第二电流源12与第二开关管连接，第二时钟信号从第二开关管的驱动端输入，第二电流源12与第二开关管的连接处连接第二电容C2第一端与第二滤波器的输入端，第二电容C2的第二端接地；所述第二时钟信号为参考时钟信号。
进一步地，所述第一滤波器和第二滤波器为低通滤波器或高通滤波器，低通滤波器用于比较频率大于低通滤波器截止频率的时钟信号，高通滤波器用于比较频率小于高通滤波器截止频率的时钟信号。
进一步地，I1＝12，C1＝C2，第一开关管与第二开关管相同。
本实用新型提供一种实现时钟频率比较的模拟电路，相比较现有技术，存在以下有益效果：
(1)采用模拟电路方法实现频率比较，即使在单端口时钟信号输入的情况下，只需在内部电路用模拟的方式设计得到参考时钟信号对应的直流分量的比较信号，也能够实现频率的比较，增加应用的灵活性，适用范围更广；
(2)电路结构简单，元器件少，成本低；
(3)能够输出数字判断信号0或1，便于后续数字信号处理，使用便捷。
附图说明
图1为实施例一实现时钟频率比较的模拟电路的电路原理图；
图2为实施例一实现时钟频率比较的模拟电路的节点波形图；
图3为实施例二实现时钟频率比较的模拟电路的电路原理图；
图4为实施例三单端口时钟信号输入的实现时钟频率比较的模拟电路原理图；
图5为实施例三比较信号产生电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释说明。
实施例一：
一种实现时钟频率比较的模拟电路，如图1所示，包括：
第一信号转换电路，包括第一电流源I1、第一开关管、第一电容C1、第一滤波器，第一电流源I1与第一开关管漏极连接，第一时钟信号从第一开关管的栅极输入，第一电流源I1与第一开关管的连接处连接第一电容C1第一端与第一滤波器的输入端，第一开关管源极及第一电容C1的第二端接地；
第一比较器，包括第一输入端，连接第一滤波器的输出端；第二输入端，连接比较信号，所述比较信号的幅值为参考时钟信号的直流分量；输出端，用于输出第一时钟信号与参考时钟信号的频率比较结果。
本实施例的比较信号由第二信号转换电路产生，第二信号转换电路包括第二电流源12、第二开关管、第二电容C2及第二滤波器，第二电流源I2与第二开关管漏极连接，第二时钟信号从第二开关管的栅极输入，第二电流源I2与第二开关管的连接处连接第二电容C2第一端与第二滤波器的输入端，第二开关管源极及第二电容C2的第二端接地；所述第二时钟信号为参考时钟信号。
为实现两个时钟信号频率的比较，需要第一信号转换电路与第二信号转换电路相同，第一滤波器与第二滤波器也相同，I1＝I2，C1＝C2，第一开关管与第二开关管相同，可以为NMOS管、PMOS管、PNP管、NPN管中的一种，本实施例中为NMOS管。
所述第一滤波器和第二滤波器为低通滤波器或高通滤波器，低通滤波器用于比较频率大于低通滤波器截止频率的时钟信号，高通滤波器用于比较频率小于高通滤波器截止频率的时钟信号。为了使电路结构简单，本实施例采用最简单的RC低通滤波器，也可采用其他低通滤波器。第一滤波器包括R1和C3，第二滤波器包括R2和C4。以第一滤波器为例，该RC低通滤波器可滤除频率大于其截止频率的
Figure BDA0003389142910000031
的频率分量，可以对频率大于
Figure BDA0003389142910000032
的时钟信号进行频率比较。
如图1所示，当第一时钟信号CLK1频率大于第二时钟信号CLK2频率时，第一比较器输出1，否则输出0。由此，通过输出的0/1信号就能实现这两个时钟信号频率大小的比较。该电路可应用在两个均不知道频率的时钟信号互相比较的场景，也可以用在其中一个时钟信号是频率已知的信号，比如第二时钟信号为已知的参考时钟信号，比较第一时钟信号的频率比已知的参考时钟信号频率高还是低。
下面结合图2，对照电路节点波形解释电路工作原理。
两个外部不同频率的时钟信号(占空比为50％)CLK1和CLK2，CLK1的频率为F1，周期为T1；CLK2的频率为F2，周期为T2。CLK1和CLK2分别连接至电流源、开关管及电容后得到a和b。再通过滤波器滤除其高频成分，分别得到CLK1和CLK2的直流分量e和f，将得到的直流分量e和f通过比较器进行比较，输出高低电平，即得到数字0/1信号。
本电路的原理是由基本的傅里叶变换可得周期信号能够展开成三角函数形式的傅里叶级数，其中周期信号的直流分量为
Figure BDA0003389142910000033
那么，CLK1的直流分量为
Figure BDA0003389142910000034
CLK2的直流分量为
Figure BDA0003389142910000035
CLK1与CLK2分别经过第一信号转换电路、第二信号转换电路转换出直流分量，再通过比较器比较直流分量，通过比较直流分量就可以得到两个信号的频率比较结果。
在脉冲宽度调制电路中，时钟信号连接NMOS开关管的栅极来控制电流源对电容的充放电，当CLK为低电平时，开关管不通，电流源对电容充电，当CLK为高电平时，开关管导通，电容放电，由于开关管导通以及电容的容值较小，即R0C1(R0为开关管导通电阻)常数是一个很小的值，放电时间非常微小，可忽略不计。在一个脉冲宽度内，电容可充电到电压
Figure BDA0003389142910000041
并由周期信号的直流分量公式
Figure BDA0003389142910000042
计算得到不同频率的直流分量。
实施例二：
实施例二与实施例一的区别在于，第一滤波器和第二滤波器为高通滤波器，如图3所示。高通滤波器用于比较频率小于高通滤波器截止频率的时钟信号。为了使电路结构简单，本实施例采用最简单的RC高通滤波器，也可采用其他高通滤波器。第一滤波器包括R1和C3，第二滤波器包括R2和C4。以第一滤波器为例，该RC高通滤波器可滤除频率小于其截止频率的
Figure BDA0003389142910000043
的频率分量，可以对频率小于
Figure BDA0003389142910000044
的时钟信号进行频率比较。所以，第一滤波器、第二滤波器既可以选择低通滤波器，也可以选择高通滤波器，只要电阻电容取值合适，能够滤出脉宽调制后信号的直流分量即可。
实施例三：
实施例三与实施例一或实施例二相比，区别在于，第一比较器的第二输入端直接输入一个比较信号，如图4所示，比较信号直接为直流电压信号，而不是第二信号转换电路。比较信号的幅值为参考时钟信号的直流分量。
如图5所示，该比较信号由电源电压经一组分压电阻R3、R4产生，设比较信号的幅值为VREF2，设参考时钟信号的频率为F3，则VREF2与F3之间存在以下关系：
Figure BDA0003389142910000045
可以通过参考时钟信号的频率由上式设置比较信号的幅值，将第一时钟信号与其相比较，得出的结果等效为第一时钟信号与参考时钟信号频率比较的结果，本实施例适用于单端口时钟信号输入的比较。

Claims (8)

1.一种实现时钟频率比较的模拟电路，其特征在于，包括：
第一信号转换电路，包括第一电流源I1、第一开关管、第一电容C1、第一滤波器，第一电流源I1与第一开关管连接，第一时钟信号从第一开关管的驱动端输入，第一电流源I1与第一开关管的连接处连接第一电容C1第一端与第一滤波器的输入端，第一电容C1的第二端接地；
第一比较器，包括第一输入端，连接第一滤波器的输出端；第二输入端，连接比较信号，所述比较信号的幅值为参考时钟信号的直流分量；输出端，用于输出第一时钟信号与参考时钟信号的频率比较结果。
2.根据权利要求1所述的实现时钟频率比较的模拟电路，其特征在于，所述比较信号由电源电压经分压电阻产生，设比较信号的幅值为VREF2，设参考时钟信号的频率为F3，则VREF2与F3之间存在以下关系：
Figure FDA0003389142900000011
3.根据权利要求1或2所述的实现时钟频率比较的模拟电路，其特征在于，所述第一滤波器为低通滤波器或高通滤波器，低通滤波器用于比较频率大于低通滤波器截止频率的时钟信号，高通滤波器用于比较频率小于高通滤波器截止频率的时钟信号。
4.根据权利要求3所述的实现时钟频率比较的模拟电路，其特征在于，所述第一滤波器为RC滤波器。
5.根据权利要求1或2所述的实现时钟频率比较的模拟电路，其特征在于，所述第一开关管为NMOS管、PMOS管、PNP管、NPN管中的一种。
6.根据权利要求1所述的实现时钟频率比较的模拟电路，其特征在于，还包括第二信号转换电路，所述比较信号由第二信号转换电路产生，第二信号转换电路包括第二电流源I2、第二开关管、第二电容C2及第二滤波器，第二电流源I2与第二开关管连接，第二时钟信号从第二开关管的驱动端输入，第二电流源I2与第二开关管的连接处连接第二电容C2第一端与第二滤波器的输入端，第二电容C2的第二端接地；所述第二时钟信号为参考时钟信号。
7.根据权利要求6所述的实现时钟频率比较的模拟电路，其特征在于，所述第一滤波器和第二滤波器为低通滤波器或高通滤波器，低通滤波器用于比较频率大于低通滤波器截止频率的时钟信号，高通滤波器用于比较频率小于高通滤波器截止频率的时钟信号。
8.根据权利要求6或7所述的实现时钟频率比较的模拟电路，其特征在于，I1＝12，C1＝C2，第一开关管与第二开关管相同。
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