一種高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路，包括峰值探測電路、幅度補償電路和時序控制電路；當(dāng)峰值探測電路探測到窄脈沖信號IN的峰值后，控制與該信號連接的第二開關(guān)斷開，使峰值在與第二開關(guān)連接的保持節(jié)點得以保持；幅度補償電路對保持節(jié)點電壓大小進行調(diào)整，輸出最終的窄脈沖峰值保持電壓。本發(fā)明的高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路采用標準CMOS工藝實現(xiàn)，通過電容耦合比較技術(shù)和幅度補償技術(shù)實現(xiàn)了電路的大動態(tài)輸入范圍和高精度的采樣保持電壓，具有體積小、功耗低、抗干擾能力強、更具可靠性和使用的靈活性等優(yōu)點。
【專利說明】一種高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬集成電路技術(shù)，尤其涉及單片集成的窄脈沖峰值保持電路，屬于電路【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]激光探測系統(tǒng)中，當(dāng)光信號功率較小時，光電探測器輸出的電信號輸出也比較小，有時甚至十分微弱，僅為ns量級的窄脈沖，高速AD也難以捕捉到窄脈沖的幅值，所以需要設(shè)計適合窄脈沖的峰值采樣保持電路來展寬窄脈沖的幅值。目前的峰值保持電路大部分都是由分立器件搭建構(gòu)成，雖然電路能夠?qū)崿F(xiàn)窄脈沖采保的高精度，但成本高，功耗大；且外圍則為UF級別的大電容和肖特基二極管，電路體積大；同時，由分立器件搭建成的電路對布線和器件的選擇要求很高以避免寄生和泄露對電路整體性能的影響。
[0003]采用大規(guī)模集成電路技術(shù)實現(xiàn)窄脈沖峰值保持電路芯片，可以縮小體積、降低功耗、提高抗干擾能力、增加可靠性和使用的靈活性等優(yōu)點，具有極其重要的實際意義。
[0004]專利說明書“一種電壓峰值監(jiān)測電路及其工作方法”(CN101788598A)是一種基于CMOS工藝電壓峰值檢測電路，發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，功耗小，但其跟隨管M6沒有直流偏置，因此小信號采樣保持受到了限制；專利說明書“脈沖峰值保持電路”(CN1452982A)提出了一種基于雙極工藝實現(xiàn)的單片峰值保持電路，給采樣管預(yù)置了一個偏置電流以解決采樣死區(qū)問題，但偏置電阻R6同時也成了泄放電阻，導(dǎo)致保持時間偏短(只有幾us)。另外，由于保持電容C2不宜太小，所以電路不宜集成，且不能對窄脈沖進行采樣；專利說明書“互補金屬氧化物半導(dǎo)體單片集成的峰值檢測電路”(CN101271142A)實際上不能算是真正意義的峰值“檢測”，它利用積分器將輸入信號相移90度，然后檢測積分信號的過零點，并推測此點就是輸入信號的峰值點，這要求輸入信號必須是嚴格的正弦信號，任何非正弦信號和非連續(xù)信號均不能檢測。適用范圍極窄；專利說明書“峰值采樣保持電路，峰值采樣保持方法及應(yīng)用”(CN101615432A)將輸入信號與采樣電容上的信號(經(jīng)跟隨)直接進行比較，這要求比較器的響應(yīng)時間與輸入信號的寬度相比可忽略不計，因此不能對窄脈沖進行采樣，只能在電源之類的低頻場合應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路，其特征是，包括峰值探測電路、幅度補償電路和時序控制電路；
[0007]當(dāng)峰值探測電路探測到窄脈沖輸入信號的峰值后，控制與該輸入信號連接的第二開關(guān)斷開，使峰值在與第二開關(guān)K2連接的保持節(jié)點得以保持；幅度補償電路對保持節(jié)點電壓大小進行調(diào)整，輸出最終的窄脈沖峰值保持電壓。
[0008]峰值探測電路中，經(jīng)第一電阻和第二電阻對輸入信號分壓后輸入至第一運放的同相端，第一運放的輸出端與反向端之間設(shè)置第一開關(guān)，第一運放的輸出端連接至第一與非門的一輸入端，第一與非門的輸出端連接至第二與非門的一輸入端，第一與非門的另一輸入端、第二與非門的另一輸入端、反相器的輸入端均由控制端控制；第二與非門的輸出端輸出的信號控制第二開關(guān)K2的通斷，反相器的輸出端控制第一開關(guān)的通斷；第二開關(guān)設(shè)置在輸入信號與保持節(jié)點之間，保持節(jié)點經(jīng)耦合電容連接至第一運放的反向端。保持節(jié)點同時經(jīng)保持電容接地。
[0009]幅度補償電路中包括對峰值探測電路探測的峰值進行相對精度補償?shù)碾娐泛徒^對精度補償?shù)碾娐贰?br> [0010]幅度補償電路中包括對峰值探測電路探測的峰值進行相對精度補償?shù)碾娐?，相對精度補償?shù)碾娐分?，第二運放同向端連接至保持節(jié)點，第二運放反相端與輸出端之間由第三電阻和第四電阻分壓。
[0011]幅度補償電路中，由相對精度補償?shù)碾娐穼Ψ逯堤綔y電路探測的峰值進行補償后，再輸入開關(guān)電容減法器實現(xiàn)對峰值進行絕對精度的補償；
[0012]開關(guān)電容減法器由第三運放、第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)和第三電容構(gòu)成；第三運放的同相端連接至幅度補償電路中第二運放的輸出端，第三運放的反相端與輸出端之間設(shè)置第四開關(guān)；第四開關(guān)兩端并聯(lián)一由第三電容和第五開關(guān)串聯(lián)的電路，第三電容和第五開關(guān)的連接點經(jīng)第三開關(guān)接地；第三運放的輸出端輸出為窄脈沖峰值保持電壓。
[0013]由時序控制電路控制第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)與控制端之間的時序；控制端上升沿與第三開關(guān)的下降沿具有第一延遲時間；第三開關(guān)的下降沿與第四開關(guān)的下降沿具有第二延遲時間；第四開關(guān)的下降沿與第五開關(guān)的上升沿具有第三延遲；控制端下降沿與第三開關(guān)的上升沿、第四開關(guān)的上升沿、第五開關(guān)的下降沿在同一時刻。
[0014]本發(fā)明所達到的有益效果:
[0015]本發(fā)明的高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路采用標準CMOS工藝實現(xiàn)，通過電容耦合比較技術(shù)和幅度補償技術(shù)實現(xiàn)了電路的大動態(tài)輸入范圍和高精度的采樣保持電壓，具有體積小、功耗低、抗干擾能力強、更具可靠性和使用的靈活性等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的窄脈沖峰值保持電路原理圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的高精度窄脈沖峰值保持電路；
[0018]圖3是BM與開關(guān)K3、K4和K5的時序關(guān)系；
[0019]圖4是峰值保持示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0021]本發(fā)明提出了一種基于標準CMOS工藝實現(xiàn)的高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路，通過電容耦合比較技術(shù)和幅度補償技術(shù)實現(xiàn)了電路的大動態(tài)輸入范圍和高精度的采樣保持電壓。本發(fā)明原理如圖1所示:當(dāng)峰值探測電路探測到窄脈沖信號IN的峰值后，開關(guān)K2斷開，峰值在保持節(jié)點A點得以保持；幅度補償電路對A點電壓大小進行調(diào)整，輸出最終的窄脈沖峰值保持電壓OUT。
[0022]1、電路組成
[0023]本發(fā)明的一較佳地具體電路實現(xiàn)如圖2所示，電路主要由峰值探測電路、幅度補償電路和時序控制電路組成:
[0024](I)峰值探測電路:包括:電阻Rl和R2、運放OPU2個與非門WU W2、l個反相器U1、開關(guān)Kl和K2、耦合電容Cl和保持電容C2。信號IN —路經(jīng)電阻Rl和R2分壓后輸入至運放OPl的同相端D，運放OPl的輸出端與反向端B之間設(shè)置開關(guān)Kl，運放OPl的輸出端連接至第一與非門Wl的一輸入端，第一與非門Wl的輸出端連接至第二與非門W2的一輸入端，第一與非門Wl的另一輸入端、第二與非門W2的另一輸入端、反相器Ul的輸入端均由控制端BM控制。第二與非門W2的輸出端輸出的信號控制開關(guān)K2的通斷，反相器Ul的輸出端控制開關(guān)Kl的通斷；信號IN另一路經(jīng)開關(guān)K2連接至節(jié)點A點，節(jié)點A點經(jīng)耦合電容Cl連接至運放OPl的反向端B，較佳地，節(jié)點A點同時經(jīng)保持電容C2接地。
[0025](2)幅度補償電路:包括:電阻R3和R4、運放0P2、運放0P3、開關(guān)K3、K4和K5、電容C3。
[0026]節(jié)點A點與運放0P2同向端連接，運放0P2反相端與輸出端C之間由電阻R3和R4分壓。由運放0P2與電阻R3和R4，實現(xiàn)峰值相對精度的補償。
[0027]運放0P3、開關(guān)K3、K4和K5、電容C3構(gòu)成開關(guān)電容減法器實現(xiàn)峰值絕對精度的補償。運放0P2的輸出端C連接至運放0P3的同相端，運放0P3的反相端與輸出端之間設(shè)置開關(guān)K4 ;開關(guān)K4兩端并聯(lián)一由電容C3和開關(guān)K5串聯(lián)的電路，電容C3和開關(guān)K5的連接點經(jīng)開關(guān)K3接地。運放0P3的輸出端輸出為窄脈沖峰值保持電壓OUT。
[0028](3)時序控制電路:當(dāng)控制端BM =“1”時，電路對輸入的窄脈沖進行峰值采保，模塊產(chǎn)生的時序關(guān)系如圖3所示。BM上升沿與開關(guān)K3的下降沿約為幾個門延遲時間；開關(guān)K3的下降沿與開關(guān)K4的下降沿為幾個門延遲時間；開關(guān)K4的下降沿與開關(guān)K5的上升沿約幾個門延遲；因此，BM上升沿與開關(guān)K5的上升沿延遲時間非常小。BM下降沿與開關(guān)K3的上升沿、開關(guān)K4的上升沿、開關(guān)K5的下降沿在同一時刻。
[0029]2、發(fā)明原理
[0030]2.1峰值探測
[0031](I)當(dāng)ΒΜ=“0”時，開關(guān)Kl閉合，運放OPl做跟隨器，其失調(diào)電壓存儲在電容Cl。
[0032](2)當(dāng)BM =“ I”時，開關(guān)Kl斷開，運放OPl做比較器，產(chǎn)生數(shù)字控制邏輯控制開關(guān)K2的斷開和閉合，完成峰值保持。
[0033](3)采用電阻Rl和R2的分壓提高小信號的采保。當(dāng)BM =“1”時，輸入信號IN分兩路進入峰值采樣保持電路。
[0034]第一路:信號IN經(jīng)過電阻Rl和R2的分壓，進入到運算放大器OPl的同相端電壓VD，此時運算放大器OPl作為比較器，輸出高電平，開關(guān)K2閉合；
[0035]第二路:信號IN通過閉合的開關(guān)K2，經(jīng)耦合電容Cl耦合到OPl的反相端的電壓VB，因為電壓VB>VD，OPl輸出低電平，開關(guān)K2斷開。此時，輸入信號沒有低阻通路，窄脈沖電壓在A點得以保持；一段時間后，當(dāng)OPl的同相端電壓VD再次大于OPl的反相端電壓VB后，開關(guān)K2閉合，信號IN經(jīng)過閉合的開關(guān)K2經(jīng)電容Cl耦合到OPl的反相端VB，再次與OPl同相端電壓VD比較。如此反復(fù)，直到IN的峰值到來后，OPl的反相端電壓VB恒大于同相端電壓VD，開關(guān)K2保持斷開，此時A點為高阻抗節(jié)點，輸入窄脈沖信號IN的峰值在A點保持。
[0036]2.2幅度補償
[0037](I)由于電阻Rl和R2分壓及輸入信號IN低電平可能非‘0’，所以A點電壓VA并非輸入窄脈沖信號IN的真實峰值。


D ')
[0038](2)選擇^^=1，實現(xiàn)峰值相對精度的補償，補償后的電壓為VC。

K I + K I K i
[0039](3)運放0P3、開關(guān)K3、K4和K5、電容C3構(gòu)成開關(guān)電容減法器實現(xiàn)峰值絕對精度的補償。BM =“0”時，開關(guān)K3閉合，開關(guān)K4閉合，開關(guān)K5斷開，電容C3左極板電壓VI，電容右極板電壓O。BM=“1”，開關(guān)K3先斷開，開關(guān)K4斷開，開關(guān)K5閉合。輸入信號IN到來后，電容C3左極板電壓V2，電容C3右極板電壓由O變?yōu)閂2-V1，此為最終輸出的窄脈沖峰值保持電壓，即OUT = V2-V1，如圖4所示。
[0040]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路，其特征是，包括峰值探測電路、幅度補償電路和時序控制電路； 當(dāng)峰值探測電路探測到窄脈沖輸入信號的峰值后，控制與該輸入信號連接的第二開關(guān)斷開，使峰值在與第二開關(guān)K2連接的保持節(jié)點得以保持；幅度補償電路對保持節(jié)點電壓大小進行調(diào)整，輸出最終的窄脈沖峰值保持電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路，其特征是，峰值探測電路中，經(jīng)第一電阻和第二電阻對輸入信號分壓后輸入至第一運放的同相端，第一運放的輸出端與反向端之間設(shè)置第一開關(guān)，第一運放的輸出端連接至第一與非門的一輸入端，第一與非門的輸出端連接至第二與非門的一輸入端，第一與非門的另一輸入端、第二與非門的另一輸入端、反相器的輸入端均由控制端控制；第二與非門的輸出端輸出的信號控制第二開關(guān)K2的通斷，反相器的輸出端控制第一開關(guān)的通斷；第二開關(guān)設(shè)置在輸入信號與保持節(jié)點之間，保持節(jié)點經(jīng)耦合電容連接至第一運放的反向端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路，其特征是，幅度補償電路中包括對峰值探測電路探測的峰值進行相對精度補償?shù)碾娐泛徒^對精度補償?shù)碾娐贰?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述 的高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路，其特征是，幅度補償電路中包括對峰值探測電路探測的峰值進行相對精度補償?shù)碾娐?，相對精度補償?shù)碾娐分校诙\放同向端連接至保持節(jié)點，第二運放反相端與輸出端之間由第三電阻和第四電阻分壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路，其特征是，幅度補償電路中，由相對精度補償?shù)碾娐穼Ψ逯堤綔y電路探測的峰值進行補償后，再輸入開關(guān)電容減法器實現(xiàn)對峰值進行絕對精度的補償； 開關(guān)電容減法器由第三運放、第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)和第三電容構(gòu)成；第三運放的同相端連接至幅度補償電路中第二運放的輸出端，第三運放的反相端與輸出端之間設(shè)置第四開關(guān)；第四開關(guān)兩端并聯(lián)一由第三電容和第五開關(guān)串聯(lián)的電路，第三電容和第五開關(guān)的連接點經(jīng)第三開關(guān)接地；第三運放的輸出端輸出為窄脈沖峰值保持電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路，其特征是，由時序控制電路控制第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)與控制端之間的時序；控制端上升沿與第三開關(guān)的下降沿具有第一延遲時間；第三開關(guān)的下降沿與第四開關(guān)的下降沿具有第二延遲時間；第四開關(guān)的下降沿與第五開關(guān)的上升沿具有第三延遲；控制端下降沿與第三開關(guān)的上升沿、第四開關(guān)的上升沿、第五開關(guān)的下降沿在同一時刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度單片集成窄脈沖峰值保持電路，其特征是，保持節(jié)點同時經(jīng)保持電容接地。
【文檔編號】H03K5/00GK104022759SQ201410265838
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】白濤, 劉小淮 申請人:中國兵器工業(yè)集團第二一四研究所蘇州研發(fā)中心