專利名稱：一種頻率檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)技術(shù)的頻率檢測(cè)電路。
背景技術(shù)：
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路在外加觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；在暫穩(wěn)態(tài)維持一定時(shí) 間后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。依據(jù)這種特性該電路被廣泛應(yīng)用于信號(hào)整形，定時(shí)控制和延時(shí)控制 等領(lǐng)域。
在電路中，輸入時(shí)鐘信號(hào)頻率過高或者過低都可能導(dǎo)致后續(xù)電路不能正常工作，電路數(shù) 據(jù)的安全性也受到威脅；為保證電路數(shù)據(jù)安全，頻率檢測(cè)電路被應(yīng)用其中；大部分的頻率檢 測(cè)主要以高頻濾波、低頻檢測(cè)的功能為主，通過低通濾波電路將高頻時(shí)鐘信號(hào)濾除，只檢測(cè) 低頻信號(hào)，只有輸入信號(hào)頻率低于設(shè)定頻率時(shí)才輸出控制信號(hào)；該方法電路實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單，但 因?qū)Ω哳l信號(hào)不檢測(cè)只是濾波容易在高頻信號(hào)輸入時(shí)輸出產(chǎn)生不穩(wěn)定信號(hào)；本發(fā)明可以根據(jù) 相應(yīng)的設(shè)定頻率利用單穩(wěn)態(tài)技術(shù)的定時(shí)控制來分別檢測(cè)高頻和低頻信號(hào)，根據(jù)檢測(cè)輸出信號(hào) 經(jīng)邏輯處理后控制整個(gè)電路的復(fù)位，使得電路工作在一定時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)，時(shí)鐘信號(hào)頻率低 于低頻設(shè)定頻率或者高于高頻設(shè)定頻率都將通過本頻率檢測(cè)電路和后續(xù)邏輯處理電路使整個(gè) 電路停止工作，進(jìn)而保證電路數(shù)據(jù)的安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)技術(shù)的頻率檢測(cè)電路。
本發(fā)明可以用分立元件或集成電路來實(shí)現(xiàn)，電路包括 一個(gè)帶復(fù)位端的D觸發(fā)電路，其
時(shí)鐘輸入端接待檢測(cè)輸入信號(hào)，數(shù)據(jù)輸入端接電源端，復(fù)位端接反饋電路的輸出，Q端接放
電開關(guān)的控制端，Q-端接反饋電路的一個(gè)輸入； 一個(gè)充放電電路，包括放電開關(guān)、充電偏置
電路和電容，開關(guān)斷開時(shí)偏置電流為電容充電，開關(guān)閉合時(shí)通過開關(guān)將電容上電荷釋放到地；
放電開關(guān)控制端接D觸發(fā)電路的Q輸出端，其一端接電容的第一個(gè)極板，同時(shí)該節(jié)點(diǎn)也是充
放電電路的輸出，連接施密特觸發(fā)器的輸入，開關(guān)的另一端以及電容的另一極板接地； 一個(gè)
施密特觸發(fā)器，輸入輸出信號(hào)同相，輸入端接電容的第一個(gè)極板，輸出端接反饋電路的一個(gè)
輸入端，同時(shí)也為整個(gè)電路的輸出，當(dāng)電容極板電壓升高到一定值時(shí)輸出才會(huì)變?yōu)楦唠娖剑?br> 一個(gè)反饋電路，控制D觸發(fā)電路的復(fù)位，其輸出端接D觸發(fā)電路的復(fù)位端， 一個(gè)輸入端接D
觸發(fā)電路的Q-端，另一個(gè)輸入端接施密特觸發(fā)器的輸出，只有兩個(gè)輸入均為低時(shí)輸出才為低
電平，其他輸入狀態(tài)下輸出均為高電平。
本發(fā)明在進(jìn)行頻率檢測(cè)時(shí)需要依據(jù)設(shè)定頻率確定充電偏置電流值、電容值等，待檢測(cè)信
號(hào)進(jìn)入檢測(cè)電路后，待檢測(cè)信號(hào)的上升沿觸發(fā)d觸發(fā)電路，q端變?yōu)楦唠娖剑ＷC放電開關(guān)
導(dǎo)通，電容放電，整個(gè)電路的輸出端保持低電平；q-端為低電平，經(jīng)延遲后控制反饋電路輸
出為低，使d觸發(fā)電路復(fù)位，q端變?yōu)榈碗娖?，q-端為高電平；q端為低電平使開關(guān)管斷開，
偏置電流開始給電容充電；如果待檢測(cè)信號(hào)頻率低于設(shè)定頻率，在待檢測(cè)信號(hào)下一個(gè)上升沿
到來前，電容兩極板壓差高于施密特觸發(fā)器的上升翻轉(zhuǎn)電壓，在輸出端產(chǎn)生正脈沖，輸出端 直到下一個(gè)待檢測(cè)信號(hào)上升沿到來才變?yōu)榈碗娖?；下一個(gè)上升沿到來時(shí)d觸發(fā)電路q輸出端
變高，q-端變低，放電開關(guān)管導(dǎo)通，將電容上電荷放掉，電路輸出端變?yōu)榈?，d觸發(fā)電路被 復(fù)位，將q端變?yōu)榈停麄€(gè)電路繼續(xù)進(jìn)行頻率檢測(cè)。如果待檢測(cè)信號(hào)高于設(shè)定頻率，在下一 個(gè)待檢測(cè)信號(hào)上升沿到來時(shí)，電容兩極板壓差不能使施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出端保持低電平， 上升沿的到來使d觸發(fā)電路的q端變高，將電容上電荷放掉，q-端變低，經(jīng)反饋電路后將d 觸發(fā)電路復(fù)位，繼續(xù)開始下一次頻率檢測(cè)。
本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)如下
一個(gè)帶復(fù)位端的d觸發(fā)電路，其數(shù)據(jù)輸入端連接電源，時(shí)鐘輸入端接待檢測(cè)信號(hào)，復(fù)位 端接反饋電路的輸出，該復(fù)位端為低電平有效，復(fù)位時(shí)q端輸出低電平，q-端輸出高電平；q
輸出端接放電開關(guān)的控制端，q-端接反饋電路的一個(gè)輸入；
一個(gè)充放電電路，包括放電開關(guān)、充電偏置電路和電容，放電開關(guān)控制端接d觸發(fā)電路
的輸出、電容的第一個(gè)極板接放電開關(guān)的一端以及施密特觸發(fā)器的輸入端，放電開關(guān)的另一
端和電容的另一個(gè)極板接地；
一個(gè)施密特觸發(fā)器，其輸入端連接電容的第一個(gè)極板，輸出端作為整個(gè)電路的輸出，同 時(shí)又連接反饋電路的一個(gè)輸入，當(dāng)電容兩極板壓差大于翻轉(zhuǎn)電壓值時(shí)輸出端信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)， 由低電平變?yōu)楦唠娖?，?dāng)電容上電荷通過開關(guān)管放掉后施密特觸發(fā)器輸出又發(fā)生翻轉(zhuǎn)變?yōu)榈?br> 電平；
一個(gè)反饋電路，包括延時(shí)電路和邏輯電路， 一個(gè)輸入端連接d觸發(fā)電路的q-端，另一個(gè) 輸入端連接施密特觸發(fā)器的輸出，輸出端連接d觸發(fā)電路的復(fù)位端，當(dāng)兩個(gè)輸入端都為低電 平時(shí)，輸出端輸出低電平，將d觸發(fā)電路復(fù)位，其中一個(gè)不為低電平時(shí)，輸出變?yōu)楦唠娖剑?停止對(duì)d觸發(fā)電路的復(fù)位。
本發(fā)明利用帶復(fù)位端的D觸發(fā)電路、充放電電路、施密特觸發(fā)器、反饋電路等構(gòu)成的單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)了一種對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)頻率檢測(cè)的電路，該電路可以實(shí)現(xiàn)在分立元件 電路和集成電路中。本發(fā)明電路合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。該電路經(jīng)在智能卡芯片中使用 后，獲得良好效果。


圖l是本發(fā)明提出的檢測(cè)電路；
圖2是圖1所示電路輸入輸出信號(hào)的時(shí)序圖-低頻； 圖3是圖1所示電路輸入輸出信號(hào)的時(shí)序圖-高頻。 具體實(shí)施方法
如圖1所示，在輸入待檢測(cè)信號(hào)IN和輸出節(jié)點(diǎn)OUT之間就是本發(fā)明提出的利用單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的頻率檢測(cè)電路。該實(shí)例實(shí)現(xiàn)在CMOS工藝的集成電路中，輸入信號(hào)為地(低電平 0V)和電源(高電平2.5V)之間的時(shí)鐘信號(hào)。
整個(gè)電路包括邏輯電路實(shí)現(xiàn)的帶復(fù)位端的D觸發(fā)電路，NM0S管構(gòu)成的放電開關(guān)管M1， 電流鏡構(gòu)成的充電偏置電流電路，電容C1，由NM0S管和PM0S管構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，由延 遲BUFFER和或門構(gòu)成的反饋電路；D觸發(fā)電路的數(shù)據(jù)輸入端接電源，時(shí)鐘輸入端接待檢測(cè)時(shí) 鐘信號(hào)IN，復(fù)位端接反饋電路的輸出端，Q輸出端接M1的柵端，Q-端接反饋電路中延遲BUFFER 的輸入端，放電開關(guān)源端接地，另一端接電容C1的第一個(gè)極板、施密特觸發(fā)器的輸入端a節(jié) 點(diǎn)，施密特觸發(fā)器輸出端為整個(gè)電路的輸出端0UT，同時(shí)連接反饋電路中或門的一個(gè)輸出， 反饋電路中D觸發(fā)電路的Q-端經(jīng)延遲BUFFER后輸出節(jié)點(diǎn)b, b節(jié)點(diǎn)之后又連接或門的另一個(gè) 輸入，整個(gè)反饋電路的輸出端接D觸發(fā)電路的復(fù)位端RN。
上述電路的工作原理如下設(shè)定頻率REF為lMHz，周期為lus;設(shè)延遲BUFFER的延遲時(shí) 間為10ns，施密特觸發(fā)器上升沿翻轉(zhuǎn)電壓值為0. 9V，施密特觸發(fā)器下降沿翻轉(zhuǎn)電壓值為0. 3V， 這樣可以確定偏置電流為10uA，電容為llpf;當(dāng)待檢測(cè)時(shí)鐘信號(hào)第一個(gè)上升沿到來時(shí)，D觸 發(fā)電路輸出Q端為高電平，Q-端為低電平，Q端的高電平將放電開關(guān)打開，將電容上電荷放 掉到地，施密特觸發(fā)器輸出端為低，Q-端的低電平延遲10ns后變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)反饋電路輸 出低電平，將D觸發(fā)電路復(fù)位，Q端變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管斷開，偏置電流開始對(duì)電容充電， Q-端變?yōu)楦唠娖剑答侂娐份敵鰹楦唠娖?，停止?duì)D觸發(fā)電路的復(fù)位，因?yàn)橄乱粋€(gè)待檢測(cè)信 號(hào)的上升沿還沒有到來，D觸發(fā)電路的Q端保持為低電平而Q-端保持為高電平。隨著偏置電 流對(duì)電容的充電，a節(jié)點(diǎn)電壓變高，逐步接近施密特觸發(fā)器輸入正翻轉(zhuǎn)電壓0.9V。
假設(shè)待檢測(cè)信號(hào)頻率低于設(shè)定頻率，即周期大于檢測(cè)周期，則在下一個(gè)待檢測(cè)信號(hào)上升 沿到來之前，a節(jié)點(diǎn)電壓將達(dá)到施密特觸發(fā)器輸入正翻轉(zhuǎn)電壓0.9V，此時(shí)施密特觸發(fā)器輸出 翻轉(zhuǎn)成高電平，即OUT變?yōu)楦唠娖?。?dāng)下一個(gè)待檢測(cè)信號(hào)上升沿到來時(shí)，Q-為低電平，Q端 變?yōu)楦?，放電開關(guān)M1導(dǎo)通，將C1上電荷放掉到地，a節(jié)點(diǎn)電壓降至低電位，施密特觸發(fā)器 進(jìn)行下降沿翻轉(zhuǎn)，在OUT端輸出低電平。OUT端的低電平和Q-端的低電平將D觸發(fā)電路復(fù)位， Q端變?yōu)榈碗娖剑烹婇_關(guān)斷開，a節(jié)點(diǎn)再次開始充電，這樣循環(huán)下去不斷檢測(cè)，如果待檢測(cè) 信號(hào)頻率低于設(shè)定頻率，在OUT端將輸出高電平脈沖，脈沖寬度由待檢測(cè)信號(hào)頻率決定，時(shí) 序見圖2。
假設(shè)待檢測(cè)信號(hào)頻率高于設(shè)定頻率，即待檢測(cè)信號(hào)周期小于設(shè)定周期，則在a節(jié)點(diǎn)還沒 有到達(dá)0.9V時(shí)，下一個(gè)待檢測(cè)信號(hào)上升沿到來，Q端為高電平，通過M1開關(guān)管將C1上電荷 放掉，a節(jié)點(diǎn)電壓降至低電位，使OUT端不能輸出保持原來的低電平，Q-的低電平配合OUT 的低電平將D觸發(fā)電路復(fù)位，Q端又變?yōu)榈碗娖剑烹婇_關(guān)斷開，偏置電流開始對(duì)電容充電， 這樣循環(huán)下去不斷檢測(cè)，此時(shí)在OUT端始終保持低電平，時(shí)序見圖3。
權(quán)利要求
1、一種頻率檢測(cè)電路，利用了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)技術(shù)，該電路包括一個(gè)帶復(fù)位端的D觸發(fā)器電路(DFF)、一個(gè)充放電電路、一個(gè)施密特觸發(fā)器(SMT)、一個(gè)反饋電路，其特征是該電路依據(jù)設(shè)定頻率來檢測(cè)區(qū)分輸入信號(hào)，輸入信號(hào)頻率高于設(shè)定頻率輸出保持低電平，輸入信號(hào)頻率低于設(shè)定頻率輸出脈沖信號(hào)，脈沖寬度由輸入信號(hào)頻率和設(shè)定頻率決定。
2 、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶復(fù)位端的D觸發(fā)電路(DFF)，其特征是其時(shí)鐘輸入端接檢測(cè) 信號(hào)，數(shù)據(jù)輸入端接高電平，復(fù)位輸入端接反饋電路的輸出，復(fù)位端為低電平有效，Q輸出 端接充放電電路的放電控制端，Q-端接反饋電路的一個(gè)輸入。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的充放電電路，其特征是該電路包括一個(gè)充電電容(Cl)， 一個(gè) 放電開關(guān)(Ml)， 一個(gè)充電偏置電路(BIAS)。
4 、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的施密特觸發(fā)器(SMT)，其特征是輸入端連接充放電電路的一端， 輸出作為整個(gè)電路的輸出，同時(shí)也為反饋電路的一個(gè)輸入。
5 、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反饋電路，其特征是該反饋電路控制D觸發(fā)電路的復(fù)位，包括 延遲電路(BUFFER)和邏輯電路(0R)，輸入端分別接D觸發(fā)電路的Q-端和施密特觸發(fā)器的 輸出，輸出端接D觸發(fā)電路的復(fù)位端。
6 、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的充放電電路，其特征是高電平時(shí)放電開關(guān)閉合，低電平時(shí) 開關(guān)斷開，開關(guān)斷開時(shí)偏置電路為電容(Cl)充電，開關(guān)閉合時(shí)將電容對(duì)地放電。
7 、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的施密特觸發(fā)器(SMT)，其特征是輸入輸出同相，正向閾值 電壓和反向閾值電壓差別較大。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的反饋電路，其特征是輸入都為低電平時(shí)，輸出為低電平， 其他輸入狀態(tài)時(shí)輸出為高電平。
9 、 根據(jù)權(quán)利1所述的頻率檢測(cè)電路可以采用分立元件或集成電路來實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)技術(shù)的頻率檢測(cè)電路。依據(jù)設(shè)定頻率來檢測(cè)輸入時(shí)鐘的頻率高低，高于設(shè)定頻率電路輸出保持低電平，低于設(shè)定頻率電路輸出脈沖信號(hào)；本發(fā)明電路包括一個(gè)帶復(fù)位端的D觸發(fā)電路、一個(gè)充放電電路、一個(gè)施密特觸發(fā)器和一個(gè)反饋電路，上述模塊構(gòu)成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，輸入信號(hào)頻率低于設(shè)定頻率則進(jìn)入單穩(wěn)態(tài)，高于設(shè)定頻率則進(jìn)入雙穩(wěn)態(tài)。
文檔編號(hào)H03K5/26GK101192821SQ20061014404
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者馬紀(jì)豐 申請(qǐng)人:北京中電華大電子設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司