專(zhuān)利名稱(chēng)：一種恒比定時(shí)鑒別電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定時(shí)鑒別電路，尤其指一種用于脈沖信號(hào)時(shí)刻鑒別的恒比定時(shí)鑒別電路。
背景技術(shù)：
在基于激光脈沖飛行時(shí)間測(cè)距的 激光測(cè)距機(jī)和三維成像激光雷達(dá)中，由于目標(biāo)的距離、反射率和姿態(tài)等變化會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)的回波激光脈沖信號(hào)幅度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致光電檢測(cè)電路檢測(cè)的電脈沖信號(hào)幅度產(chǎn)生相應(yīng)的變化。若采用固定閾值定時(shí)鑒別電路對(duì)電脈沖信號(hào)進(jìn)行定時(shí)鑒別，脈沖信號(hào)幅度變化會(huì)產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差。圖I為固定閾值定時(shí)鑒別電路對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行鑒別的原理示意圖，圖I中，信號(hào)為幅度分別為VP1、VP2、VP3的隨時(shí)間變化的脈沖電壓信號(hào)，若采用固定閾值電壓Vt進(jìn)行定時(shí)鑒別，得到的定時(shí)點(diǎn)(閾值電壓與脈沖信號(hào)的交點(diǎn))分別為h、t2、t3，可見(jiàn)三種不同幅度脈沖信號(hào)的定時(shí)點(diǎn)各不相同，存在較大的定時(shí)誤差。當(dāng)脈沖信號(hào)的上升時(shí)間為10ns、幅度變化范圍為10倍時(shí)，定時(shí)誤差約為5ns，對(duì)應(yīng)基于激光脈沖飛行時(shí)間測(cè)距的距離測(cè)量誤差約為O. 75m (距離測(cè)量誤差等于定時(shí)誤差與光速的乘積)。為了實(shí)現(xiàn)厘米量級(jí)的高精度激光測(cè)距，需要采用亞納秒級(jí)的高精度時(shí)刻鑒別電路，通常采用恒比定時(shí)鑒別電路。恒比定時(shí)鑒別電路的核心是恒比定時(shí)鑒別器，圖2為恒比定時(shí)鑒別器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行鑒別的原理示意圖，它根據(jù)信號(hào)幅度自動(dòng)調(diào)整閾值電壓，從而避免信號(hào)幅度變化引起的時(shí)間漂移。在圖2中，對(duì)幅度為VP1、VP2、Vp3的三種脈沖信號(hào)分別采用閾值電壓為Vn、VT2、Vt3，并且分別滿(mǎn)足關(guān)系VT1=pVP1、VT2=pVP2、VT3=pVP3 (p為小于I的常數(shù))，則得到三種幅度信號(hào)的定時(shí)點(diǎn)都為tT?？梢?jiàn)采用恒比定時(shí)鑒別器能有效克服信號(hào)幅度變化引起的定時(shí)誤差，其關(guān)鍵是根據(jù)信號(hào)幅度自動(dòng)調(diào)整閾值電壓?，F(xiàn)有的恒比定時(shí)鑒別器通常由延時(shí)器、衰減器和比較器構(gòu)成，其主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。輸入信號(hào)Vin同時(shí)輸入到延時(shí)器和衰減器，延時(shí)后的信號(hào)為VD，衰減后的信號(hào)為Vt，信號(hào)Vd和Vt分別輸入到比較器的同相輸入端和反相輸入端。衰減器輸出信號(hào)Vt與輸入信號(hào)Vin成固定比例，即滿(mǎn)MVT=pVIN (P為小于I的常數(shù))。信號(hào)Vt作為比較器的參考信號(hào)(閾值電壓)，通過(guò)恒比定時(shí)電路使其大小隨輸入信號(hào)幅度變化，因此實(shí)現(xiàn)了恒比定時(shí)鑒別功能。比較器輸出定時(shí)信號(hào)Vott，信號(hào)前沿時(shí)刻表示恒比定時(shí)鑒別的定時(shí)點(diǎn)。中國(guó)專(zhuān)利CN102073051A公開(kāi)了一種采用恒比定時(shí)鑒別器的脈沖激光測(cè)距裝置，該恒比定時(shí)鑒別器也由延時(shí)器、衰減器和比較器構(gòu)成。衰減器采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，不能降低參考信號(hào)的等效噪聲帶寬。延時(shí)器采用電阻電容低通濾波器，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和易于集成等優(yōu)點(diǎn)，但延時(shí)信號(hào)的失真相對(duì)延遲線而言較大，會(huì)增大定時(shí)誤差?！吨袊?guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)年刊》雜志1982年第4期中“恒比定時(shí)鑒別器在激光測(cè)距中的應(yīng)用”一文中介紹了一種用于激光測(cè)距的恒比定時(shí)鑒別器，它也由延時(shí)器、衰減器和比較器構(gòu)成。延時(shí)器采用延遲線實(shí)現(xiàn)，具有延時(shí)信號(hào)失真小和有利于提高定時(shí)精度等優(yōu)點(diǎn)，但具有體積較大、使用不方面和集成難度大等缺點(diǎn)。衰減器采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，不能降低參考信號(hào)的等效噪聲帶寬?！逗穗娮訉W(xué)與探測(cè)技術(shù)》雜志2002年第3期中“一種無(wú)延遲線的恒比定時(shí)器”一文中介紹了一種無(wú)延遲線的恒比定時(shí)鑒別器，它由延時(shí)器、衰減器和比較器構(gòu)成。延時(shí)器采用電感和電容構(gòu)成的低通濾波器實(shí)現(xiàn)，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和易于集成等優(yōu)點(diǎn)，但延時(shí)信號(hào)的失真相對(duì)延遲線而言較大，會(huì)增大定時(shí)誤差。衰減器采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，不能降低參考信號(hào)的等效噪聲帶寬?！都す馀c紅外》雜志2007年第7期中“高精度激光測(cè)距技術(shù)研究”一文中介紹了一種恒比定時(shí)鑒別電路，該恒比定時(shí)鑒別器也由延時(shí)器、衰減器和比較器構(gòu)成。延時(shí)器采用在電路板上的蛇形走線實(shí)現(xiàn)，具有延時(shí) 目號(hào)失真小和有利于提聞定時(shí)精度等優(yōu)點(diǎn)，但具有延時(shí)受電路板尺寸限制、占用電路面積較大和容易受干擾等缺點(diǎn)。在恒比定時(shí)鑒別器中，最終的定時(shí)精度和可靠性與定時(shí)點(diǎn)設(shè)置方法密切相關(guān)。在目前公開(kāi)的恒比定時(shí)鑒別器中，通常采用圖4所示方式設(shè)置定時(shí)點(diǎn)，其中參考信號(hào)Vt為圖3 中衰減器輸出信號(hào)，延時(shí)信號(hào)Vd為圖3中延時(shí)器輸出信號(hào)。圖4中定時(shí)點(diǎn)tT設(shè)置在信號(hào)Vt的上升沿和信號(hào)Vd的上升沿(兩上升沿的交點(diǎn))，這樣可降低信號(hào)Vd相對(duì)于輸入信號(hào)Vin之間的延時(shí)，即降低對(duì)延時(shí)器的延時(shí)要求。另外，現(xiàn)有的恒比定時(shí)鑒別器通常沒(méi)有說(shuō)明具體的定時(shí)點(diǎn)設(shè)置方法，即沒(méi)有說(shuō)明定時(shí)點(diǎn)在參考信號(hào)和延時(shí)信號(hào)上升沿的具體位置。可見(jiàn)，目前公開(kāi)的各種恒比定時(shí)鑒別器通常由衰減器、延時(shí)器和比較器構(gòu)成。延時(shí)器通常采用延遲線，或者采用電阻電感低通濾波器、電阻電容低通濾波器或高通濾波器等線性網(wǎng)絡(luò)。衰減器通常采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)。采用延遲線實(shí)現(xiàn)延時(shí)器具有信號(hào)失真小和時(shí)刻鑒別精度高等優(yōu)點(diǎn)，但具有體積大、不易集成和調(diào)整相對(duì)困難等缺點(diǎn)。采用電阻電感低通濾波器、電阻電容低通濾波器或高通濾波器等線性網(wǎng)絡(luò)取代延遲線具有體積小、易于集成和調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，但延時(shí)信號(hào)存在失真，降低了定時(shí)精度。如何使恒比定時(shí)鑒別器既具有體積小、易于集成和調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，又具有較高的定時(shí)精度和可靠性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員極為關(guān)注的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種新型恒比定時(shí)鑒別電路，使其既具有體積小、易于集成和調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，又具有較高的定時(shí)精度和可靠性。本發(fā)明恒比定時(shí)鑒別電路由緩沖器、預(yù)鑒別器、恒比定時(shí)鑒別器和信號(hào)合成器構(gòu)成。緩沖器從外部接收脈沖信號(hào)VIN，對(duì)Vin進(jìn)行功率放大和驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)后得到信號(hào)VB，向預(yù)鑒別器和恒比定時(shí)鑒別器輸出信號(hào)VB。預(yù)鑒別器從緩沖器獲取信號(hào)VB，對(duì)Vb進(jìn)行判斷，確定有無(wú)脈沖信號(hào)，將判斷結(jié)果信號(hào)Vp輸出給信號(hào)合成器。恒比定時(shí)鑒別器從緩沖器獲取信號(hào)Vb，根據(jù)Vb確定定時(shí)點(diǎn)，將定時(shí)信號(hào)V。輸出給信號(hào)合成器。信號(hào)合成器從預(yù)鑒別器獲取信號(hào)VP，從恒比定時(shí)鑒別器獲取信號(hào)\，從外部獲取復(fù)位信號(hào)RST，信號(hào)合成器根據(jù)信號(hào)Vp和信號(hào)V。產(chǎn)生最終的定時(shí)信號(hào)VOT，根據(jù)RST進(jìn)行復(fù)位。緩沖器采用寬帶低噪聲的模擬電壓緩沖器。緩沖器對(duì)Vin進(jìn)行功率放大和驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)后輸出信號(hào)Vb，信號(hào)Vb與信號(hào)Vin形狀相同。緩沖器的帶寬大于Vin的帶寬，緩沖器的噪聲小于Vin的噪聲，緩沖器的延時(shí)抖動(dòng)小于恒比定時(shí)鑒別電路期望的定時(shí)誤差，緩沖器的輸出電流大于預(yù)鑒別器和恒比定時(shí)鑒別器的輸入電流之和，緩沖器的輸出電阻小于預(yù)鑒別器和恒比定時(shí)鑒別器的輸入電阻的并聯(lián)值。恒比定時(shí)鑒別器是恒比定時(shí)鑒別電路的核心部分，由延時(shí)器、低通濾波器和第一比較器構(gòu)成。延時(shí)器從緩沖器接收νΒ，對(duì)Vb進(jìn)行延時(shí)，得到延時(shí)信號(hào)VD，并將Vd輸出至第一比較器的同相輸入端。低通濾波器從緩沖器接收信號(hào)Vb，對(duì)Vb進(jìn)行衰減、降噪、展寬和延時(shí)得到參考信號(hào)Vt，將Vt輸出至第一比較器的反相輸入端。第一比較器對(duì)V1^P Vt的電壓進(jìn)行比較，輸出信號(hào)Vc至信號(hào)合成器。第一比較器也可采用另一種連接方式信號(hào)Vd連接到反相輸入端，信號(hào)Vt連接到同相輸入端，第一比較器采用該方式連接時(shí)，輸出信號(hào)V?！c第一種連接方式的V。形狀相同、極性相反。低通濾波器屬于無(wú)源低通濾波器，可以采用常用的一階或多階RC (電阻、電容)低通濾波器，也可采用常用的一階或多階RLC (電阻、電感、電容)低通濾波器。低通濾波器不僅對(duì)信號(hào)Vb進(jìn)行恒定比例衰減，而且通過(guò)壓縮噪聲帶寬降低了信號(hào)Vb的噪聲，還對(duì)信號(hào)Vb進(jìn)行了展寬和延時(shí)。低通濾波器需滿(mǎn)足以下條件
(I)低通濾波器的帶寬fP小于信號(hào)Vin的帶寬fs ；(2)低通濾波器的衰減系數(shù)P應(yīng)使得衰減后獲得的參考信號(hào)Vt的峰值電壓等于Vb上升沿斜率最大點(diǎn)的電壓；(3)低通濾波器的各電阻、電容參數(shù)(RC低通濾波器)或各電阻、電感、電容參數(shù)(RLC低通濾波器)根據(jù)確定的帶寬fP、衰減系數(shù)p、低通濾波器結(jié)構(gòu)和階數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可參照William H. Hayt等編著、王大鵬等翻譯、電子工業(yè)出版社2002年出版的《工程電路分析》第六版中191 273頁(yè)介紹的方法進(jìn)行分析和設(shè)置。延時(shí)器對(duì)輸入信號(hào)Vb進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)后的信號(hào)為VD。延時(shí)器采用多級(jí)LC網(wǎng)絡(luò)或多級(jí)RLC網(wǎng)絡(luò)。該延時(shí)器既可以達(dá)到或接近延遲線的信號(hào)失真水平，又具有延時(shí)調(diào)節(jié)方便、體積小和易于集成等優(yōu)點(diǎn)。延時(shí)器需滿(mǎn)足以下條件(I)延時(shí)器的延時(shí)參數(shù)Td滿(mǎn)足TD=TD1+TD2 ；TD1為低通濾波器的延時(shí)，即信號(hào)Vt和信號(hào)Vb之間的延時(shí)，通過(guò)示波器測(cè)量獲得；TD2為信號(hào)Vb上升沿斜率最大點(diǎn)與峰值點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，也通過(guò)示波器測(cè)量獲得。(2)延時(shí)器結(jié)構(gòu)和級(jí)數(shù)N (N為大于I的常數(shù))根據(jù)電路的鑒別精度、面積、成本來(lái)綜合確定，采用N級(jí)LC網(wǎng)絡(luò)或RLC網(wǎng)絡(luò)。LC網(wǎng)絡(luò)是指多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的LC單元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單元包含I個(gè)電感L和I個(gè)電容C。電感L的一端為L(zhǎng)C單元輸入端，與上一個(gè)單元的輸出或外部輸入信號(hào)連接；另一端為L(zhǎng)C單元輸出端，與下一個(gè)LC單元的輸入或外部輸出信號(hào)連接。電容C的一端與LC單元的輸出端連接，另一端連接到地。RLC網(wǎng)絡(luò)是指多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的RLC單元構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單元包含I個(gè)電阻、I個(gè)電感L和I個(gè)電容C。電阻R的一端為RLC單元的輸入端，與上一個(gè)RLC單元的輸出或外部輸入信號(hào)連接；另一端連接電感L。電感L 一端為RLC單兀輸出端,與下一個(gè)RLC單兀的輸入或外部輸出信號(hào)連接，電感L另一端連接電阻R。電容C的一端與RLC單元的輸出端連接，另一端連接到地。(3)延時(shí)器的各電感、電容參數(shù)(LC網(wǎng)絡(luò))或各電阻、電感、電容參數(shù)(RLC網(wǎng)絡(luò))，根據(jù)確定的延時(shí)參數(shù)TD、延時(shí)器結(jié)構(gòu)和級(jí)數(shù)N進(jìn)行設(shè)置，可參照William H. Hayt等編著、王大鵬等翻譯、電子工業(yè)出版社2002年出版的《工程電路分析》第六版中236 273頁(yè)介紹的方法進(jìn)行分析和設(shè)置。由于延時(shí)器的延時(shí)TD=TD1+TD2，且低通濾波器衰減后的參考信號(hào)Vt的峰值電壓等于Vb上升沿斜率最大點(diǎn)的電壓，所以考信號(hào)Vt的峰值點(diǎn)與Vb上升沿斜率最大點(diǎn)重合(該點(diǎn)為定時(shí)點(diǎn))。第一比較器對(duì)參考信號(hào)Vt和延時(shí)信號(hào)Vd進(jìn)行比較，當(dāng)延時(shí)信號(hào)Vd大于參考信號(hào)Vt時(shí)輸出高電平，否則輸出低電平；第一比較器的輸出信號(hào)為V。，該信號(hào)的上升沿對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)的定時(shí)點(diǎn)。為了提高整個(gè)恒比定時(shí)器的可靠性和穩(wěn)定性，第一比較器采用具有滯回比較功能的比較器，而且滯回比較電壓可以靈活設(shè)置。第一比較器的響應(yīng)時(shí)間小于信號(hào)Vin的上升時(shí)間，噪聲小于信號(hào)Vin的噪聲，延時(shí)抖動(dòng)小于恒比定時(shí)鑒別電路期望的定時(shí)誤差。上述低通濾波器和延時(shí)器實(shí)現(xiàn)了一種新的恒比定時(shí)鑒別器的定時(shí)點(diǎn)設(shè)置方法，將定時(shí)點(diǎn)設(shè)置在參考信號(hào)的峰值點(diǎn)和延時(shí)信號(hào)的上升沿斜率最大點(diǎn)。這種定時(shí)點(diǎn)設(shè)置方法能明顯提高定時(shí)精度和可靠性，主要原因有低通濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行展寬得到參考信號(hào)，該參考信號(hào)在定時(shí)點(diǎn)附近變化速率較小且穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，該方式能提高恒比定時(shí)鑒別器的穩(wěn)定性和可靠性；將定時(shí)點(diǎn)設(shè)置在延時(shí)信號(hào)上升沿的斜率最大點(diǎn)，且設(shè)置在參考信號(hào)的峰值點(diǎn)而不是上升沿，該方式能增大延時(shí)信號(hào)與參考信號(hào)之間的上升斜率差，從而減小噪聲引起的定時(shí)誤差。預(yù)鑒別器由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和第二比較器構(gòu)成。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)采用可變電阻和固定·電阻構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分壓，電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接固定的參考電壓￥_。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)根據(jù)Vkef產(chǎn)生閾值電壓\，將Vk輸出至第二比較器的反向輸入端。通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻使電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的輸出的閾值電壓Vk大于信號(hào)Vb的噪聲。第二比較器的同向輸入端接收信號(hào)\，第二比較器對(duì)Vb和Vk進(jìn)行比較并輸出預(yù)鑒別信號(hào)Vp ;當(dāng)Vb大于Vk時(shí)預(yù)鑒別信號(hào)Vp為高電平(表示有脈沖信號(hào))，否則預(yù)鑒別信號(hào)Vp為低電平(表示沒(méi)有脈沖信號(hào))。第二比較器也可采用另一種連接方式信號(hào)Vb連接到反相輸入端，閾值電壓Vk連接到同相輸入端。第二比較器采用該方式連接時(shí)，預(yù)鑒別信號(hào)VP’與第一種連接方式的Vp形狀相同、極性相反。信號(hào)合成器采用帶復(fù)位功能的D觸發(fā)器，該D觸發(fā)器的延時(shí)抖動(dòng)小于恒比定時(shí)鑒別電路期望的定時(shí)誤差。D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端D從預(yù)鑒別器接收VP，D觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端CLK從恒比定時(shí)鑒別器接收V。，D觸發(fā)器的復(fù)位輸入端接收外部輸入的復(fù)位信號(hào)RST，D觸發(fā)器輸出端為恒比定時(shí)鑒別電路輸出的最終定時(shí)信號(hào)VOTT。信號(hào)合成器根據(jù)Vp和V。產(chǎn)生最終定時(shí)信號(hào)Vott，通過(guò)復(fù)位信號(hào)RST可對(duì)信號(hào)合成器進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位后的輸出信號(hào)Vtot為低電平。當(dāng)預(yù)鑒別信號(hào)Vp為高電平(表示有脈沖信號(hào))且信號(hào)V。出現(xiàn)上升沿(對(duì)應(yīng)恒比定時(shí)鑒別器的定時(shí)點(diǎn))時(shí)信號(hào)Vott由低電平變?yōu)楦唠娖剑盘?hào)Vtot上升沿對(duì)應(yīng)恒比定時(shí)鑒別器的定時(shí)點(diǎn)。在下一個(gè)脈沖信號(hào)到來(lái)之前，通過(guò)復(fù)位信號(hào)RST對(duì)信號(hào)合成器進(jìn)行復(fù)位。當(dāng)沒(méi)有脈沖信號(hào)時(shí)，預(yù)鑒別信號(hào)Vp始終為低電平，即使恒比定時(shí)鑒別器由于噪聲或干擾導(dǎo)致誤觸發(fā)，信號(hào)合成器的輸出始終為低電平，能明顯提高整個(gè)恒比定時(shí)鑒別電路的可靠性和穩(wěn)定性。與現(xiàn)有的恒比定時(shí)鑒別電路相比，采用本發(fā)明可以達(dá)到以下技術(shù)效果(I)用低通濾波器取代了現(xiàn)有恒比定時(shí)鑒別器中的衰減器，除了對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了固定比例衰減產(chǎn)生隨輸入信號(hào)幅度變化的參考信號(hào)Vt，還具有兩方面的優(yōu)點(diǎn)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行展寬從而使參考信號(hào)在定時(shí)點(diǎn)附近變化速率較小且穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，提高了恒比定時(shí)鑒別器的穩(wěn)定性和可靠性；通過(guò)低通濾波器降低了參考信號(hào)的噪聲等效帶寬，減小了參考信號(hào)的噪聲，降低了噪聲引起的定時(shí)誤差；(2)恒比定時(shí)鑒別器的低通濾波器和和延時(shí)器各元器件的參數(shù)滿(mǎn)足將定時(shí)點(diǎn)設(shè)置在延時(shí)信號(hào)上升沿的斜率最大點(diǎn)和參考信號(hào)的峰值點(diǎn)，能增大延時(shí)信號(hào)與參考信號(hào)之間的上升斜率差，從而減小噪聲引起的定時(shí)誤差；(3)延時(shí)器采用多級(jí)LC或RLC網(wǎng)絡(luò)，既具有延時(shí)信號(hào)失真小和時(shí)刻鑒別精度高的優(yōu)點(diǎn)，又具有體積小、易于集成和調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)；
(4)預(yù)鑒別器和信號(hào)合成器可以有效消除噪聲引起恒比定時(shí)鑒別器的誤觸發(fā)，明顯提高整個(gè)恒比定時(shí)鑒別電路的可靠性和穩(wěn)定性。


圖I是背景技術(shù)公布的采用固定閾值定時(shí)鑒別脈沖信號(hào)的示意圖；圖2是背景技術(shù)公布的采用恒比定時(shí)鑒別器脈沖信號(hào)的示意圖；圖3是背景技術(shù)公布的現(xiàn)有恒比定時(shí)鑒別器的邏輯結(jié)構(gòu)圖；圖4是背景技術(shù)公布的現(xiàn)有恒比定時(shí)鑒別器的定時(shí)點(diǎn)設(shè)置示意圖；圖5是本發(fā)明恒比定時(shí)鑒別電路的邏輯結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明恒比定時(shí)鑒別器的邏輯結(jié)構(gòu)圖；圖7是本發(fā)明采用的多級(jí)LC網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)器結(jié)構(gòu)圖；圖8是本發(fā)明采用的多級(jí)RLC網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)器結(jié)構(gòu)圖；圖9是本發(fā)明定時(shí)點(diǎn)設(shè)置示意圖；圖10是本發(fā)明預(yù)鑒別器的邏輯結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式圖5是本發(fā)明恒比定時(shí)鑒別電路的邏輯結(jié)構(gòu)圖。該恒比定時(shí)鑒別電路由緩沖器、預(yù)鑒別器、恒比定時(shí)鑒別器和信號(hào)合成器構(gòu)成。緩沖器的輸入端與外部輸入脈沖信號(hào)Vin連接，緩沖器對(duì)Vin進(jìn)行功率放大和驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)后輸出信號(hào)VB。緩沖器的輸出端與預(yù)鑒別器和恒比定時(shí)鑒別器的輸入端連接。預(yù)鑒別器的輸入端連接信號(hào)Vb和參考電壓VKEF，預(yù)鑒別器對(duì)信號(hào)Vb進(jìn)行判斷，確定有無(wú)脈沖信號(hào)。預(yù)鑒別器的輸出信號(hào)為判斷結(jié)果信號(hào)VP，預(yù)鑒別器的輸出端與信號(hào)合成器的輸入端連接。恒比定時(shí)鑒別器的輸入端連接信號(hào)Vb，恒比定時(shí)鑒別器根據(jù)信號(hào)Vb確定定時(shí)點(diǎn)，輸出定時(shí)信號(hào)V。。恒比定時(shí)鑒別器的輸出端與信號(hào)合成器的輸入端連接。信號(hào)合成器有三個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，第一個(gè)輸入端連接信號(hào)Vp,第二個(gè)輸入端連接信號(hào)V。，第三個(gè)輸入端連接外部輸入的復(fù)位信號(hào)RST。信號(hào)合成器根據(jù)信號(hào)Vp和信號(hào)V。產(chǎn)生最終的定時(shí)信號(hào)VOTT。信號(hào)RST是外部輸入的控制信號(hào)，通過(guò)該信號(hào)對(duì)信號(hào)合成器進(jìn)行復(fù)位。圖6是本發(fā)明恒比定時(shí)鑒別器的邏輯結(jié)構(gòu)圖。該恒比定時(shí)鑒別器由延時(shí)器、低通濾波器和第一比較器構(gòu)成。延時(shí)器從緩沖器接收信號(hào)\，對(duì)信號(hào)Vb進(jìn)行延時(shí)，得到延時(shí)信號(hào)VD，并將信號(hào)Vd輸出至第一比較器的同相輸入端。低通濾波器從緩沖器接收信號(hào)Vb，對(duì)信號(hào)Vb進(jìn)行衰減、降噪、展寬和延時(shí)得到參考信號(hào)VT，低通濾波器將參考信號(hào)Vt輸出至第一比較器的反相輸入端。第一比較器對(duì)信號(hào)Vd和信號(hào)Vt的電壓進(jìn)行比較,輸出信號(hào)V。至信號(hào)合成器。第一比較器也可采用另一種連接方式信號(hào)Vd連接到反相輸入端，信號(hào)Vt連接到同相輸入端。第一比較器采用該方式連接時(shí)，輸出信號(hào)的形狀相同、極性相反。圖7是多級(jí)LC網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)器結(jié)構(gòu)圖。LC網(wǎng)絡(luò)是指多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的LC單元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單元包含I個(gè)電感L和I個(gè)電容C。電感L的一端為L(zhǎng)C單元輸入端，與上一個(gè)單元的輸出或外部輸入信號(hào)連接；另一端為L(zhǎng)C單元輸出端，與下一個(gè)LC單元的輸入或外部輸出信號(hào)連接。電容C的一端與LC單元的輸出端連接，另一端連接到地。圖8是多級(jí)RLC網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)器結(jié)構(gòu)圖。RLC網(wǎng)絡(luò)是指多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的RLC單元構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單元包含I個(gè)電阻、I個(gè)電感L和I個(gè)電容C。電阻R的一端為RLC單元的輸入端，與上一個(gè)RLC單元的輸出或外部輸入信號(hào)連接；另一端連接電感L。電感L 一端為RLC單兀輸出端，與下一個(gè)RLC單兀的輸入或外部輸出信號(hào)連接，電感L另一端連接電阻R。電容C的一端與RLC單元的輸出端連接，另一端連接到地。圖9是本發(fā)明提出的定時(shí)點(diǎn)設(shè)置示意圖。利用低通濾波器和延時(shí)器實(shí)現(xiàn)了一種新的恒比定時(shí)鑒別器的定時(shí)點(diǎn)設(shè)置方法，將定時(shí)點(diǎn)設(shè)置在參考信號(hào)Vt的峰值點(diǎn)和延時(shí)信號(hào)Vd的上升沿斜率最大點(diǎn)。恒比定時(shí)鑒別器輸出信號(hào)\的上升沿對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)的定時(shí)點(diǎn)tT。圖10是預(yù)鑒別器的邏輯結(jié)構(gòu)圖。預(yù)鑒別器由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和第二比較器構(gòu)成。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)采用可變電阻和固定電阻構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分壓，電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的輸入端·連接固定的參考電壓VKEF。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)根據(jù)輸入的參考電壓Vkef產(chǎn)生閾值電壓Vk，并將Vk輸出至第二比較器的反向輸入端。通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻使電阻分壓網(wǎng)絡(luò)輸出的閾值電壓％大于信號(hào)Vb的噪聲。第二比較器的同向輸入端接收信號(hào)Vb,第二比較器對(duì)信號(hào)Vb和閾值電壓Vk進(jìn)行比較并輸出預(yù)鑒別信號(hào)Vp ;當(dāng)信號(hào)Vb大于閾值電壓Vk時(shí)預(yù)鑒別信號(hào)Vp為高電平(表示有脈沖信號(hào))，否則預(yù)鑒別信號(hào)Vp為低電平(表示沒(méi)有脈沖信號(hào))。
權(quán)利要求
1.一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于恒比定時(shí)鑒別電路由緩沖器、預(yù)鑒別器、恒比定時(shí)鑒別器和信號(hào)合成器構(gòu)成；緩沖器從外部接收脈沖信號(hào)VIN，對(duì)Vin進(jìn)行功率放大和驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)后得到信號(hào)\，向預(yù)鑒別器和恒比定時(shí)鑒別器輸出信號(hào)Vb ;預(yù)鑒別器從緩沖器獲取信號(hào)\，對(duì)Vb進(jìn)行判斷，確定有無(wú)脈沖信號(hào)，將判斷結(jié)果信號(hào)Vp輸出給信號(hào)合成器；恒比定時(shí)鑒別器從緩沖器獲取信號(hào)Vb，根據(jù)Vb確定定時(shí)點(diǎn)，將定時(shí)信號(hào)V。輸出給信號(hào)合成器；信號(hào)合成器從預(yù)鑒別器獲取信號(hào)VP，從恒比定時(shí)鑒別器獲取信號(hào)K，從外部獲取復(fù)位信號(hào)RST，信號(hào)合成器根據(jù)信號(hào)Vp和信號(hào)V。產(chǎn)生最終的定時(shí)信號(hào)Vtm,根據(jù)RST進(jìn)行復(fù)位。
2.如權(quán)利要求I所述的一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于所述緩沖器采用寬帶低噪聲的模擬電壓緩沖器，緩沖器的帶寬大于Vin的帶寬，緩沖器的噪聲小于Vin的噪聲，緩沖器的延時(shí)抖動(dòng)小于恒比定時(shí)鑒別電路期望的定時(shí)誤差，緩沖器的輸出電流大于預(yù)鑒別器和恒比定時(shí)鑒別器的輸入電流之和，緩沖器的輸出電阻小于預(yù)鑒別器和恒比定時(shí)鑒別器的輸入電阻的并聯(lián)值。
3.如權(quán)利要求I所述的一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于所述恒比定時(shí)鑒別器由延時(shí)器、低通濾波器和第一比較器構(gòu)成；延時(shí)器從緩沖器接收Vb，對(duì)Vb進(jìn)行延時(shí)，得到延時(shí)信號(hào)VD，并將Vd輸出至第一比較器的同相輸入端；低通濾波器從緩沖器接收信號(hào)Vb，對(duì)％進(jìn)行衰減、降噪、展寬和延時(shí)得到參考信號(hào)Vt，將Vt輸出至第一比較器的反相輸入端；第一比較器對(duì)Vd和Vt的電壓進(jìn)行比較，向至信號(hào)合成器輸出信號(hào)當(dāng)Vd大于Vt時(shí)，Vc為高電平，否則V。為低電平；V。的上升沿對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)的定時(shí)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于所述低通濾波器屬于無(wú)源低通濾波器，采用一階或多階RC低通濾波器，或一階或多階RLC低通濾波器，低通濾波器需滿(mǎn)足以下條件 4.I低通濾波器的帶寬fP小于信號(hào)Vin的帶寬fs ； 4.2低通濾波器的衰減系數(shù)P應(yīng)使得衰減后獲得的參考信號(hào)Vt的峰值電壓等于Vb上升沿斜率最大點(diǎn)的電壓； 4.3低通濾波器若采用RC低通濾波器，其電阻、電容參數(shù)根據(jù)確定的帶寬fP、衰減系數(shù)P、低通濾波器結(jié)構(gòu)和階數(shù)進(jìn)行設(shè)置，低通濾波器若采用RLC低通濾波器，其電阻、電感、電容參數(shù)根據(jù)確定的帶寬fP、衰減系數(shù)P、低通濾波器結(jié)構(gòu)和階數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
5.如權(quán)利要求3所述的一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于所述延時(shí)器對(duì)輸入信號(hào)Vb進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)后的信號(hào)為Vd，延時(shí)器采用多級(jí)LC網(wǎng)絡(luò)或多級(jí)RLC網(wǎng)絡(luò)，延時(shí)器需滿(mǎn)足以下條件 5. I延時(shí)器的延時(shí)參數(shù)Td滿(mǎn)足TD=TD1+TD2 ；TD1為低通濾波器的延時(shí)，即信號(hào)Vt和信號(hào)Vb之間的延時(shí)，通過(guò)示波器測(cè)量獲得；TD2為信號(hào)Vb上升沿斜率最大點(diǎn)與峰值點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，也通過(guò)示波器測(cè)量獲得； 5. 2延時(shí)器結(jié)構(gòu)和級(jí)數(shù)N根據(jù)電路的鑒別精度、面積、成本來(lái)綜合確定，采用N級(jí)LC網(wǎng)絡(luò)或RLC網(wǎng)絡(luò)，N為大于I的常數(shù)。
5.3若延時(shí)器采用LC網(wǎng)絡(luò)，其電感、電容參數(shù)根據(jù)確定的延時(shí)參數(shù)TD、延時(shí)器結(jié)構(gòu)和級(jí)數(shù)N進(jìn)行設(shè)置，若延時(shí)器采用RLC網(wǎng)絡(luò)，其電阻、電感、電容參數(shù)根據(jù)確定的延時(shí)參數(shù)H時(shí)器結(jié)構(gòu)和級(jí)數(shù)N進(jìn)行設(shè)置。
6.如權(quán)利要求3所述的一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于所述第一比較器采用具有滯回比較功能且滯回比較電壓可設(shè)置的比較器，且第一比較器的響應(yīng)時(shí)間小于信號(hào)Vin的上升時(shí)間，噪聲小于信號(hào)Vin的噪聲，延時(shí)抖動(dòng)小于恒比定時(shí)鑒別電路期望的定時(shí)誤差。
7.如權(quán)利要求I所述的一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于所述預(yù)鑒別器由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和第二比較器構(gòu)成；電阻分壓網(wǎng)絡(luò)采用可變電阻和固定電阻構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分壓，電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接固定的參考電壓Vkef，電阻分壓網(wǎng)絡(luò)根據(jù)Vkef產(chǎn)生閾值電壓Vk，將Vk輸出至第二比較器的反向輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻使電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的輸出的閾值電壓Vk大于信號(hào)Vb的噪聲；第二比較器的同向輸入端接收信號(hào)Vb,第二比較器對(duì)Vb和Vk進(jìn)行比較并輸出預(yù)鑒別信號(hào)Vp ;當(dāng)Vb大于Vk時(shí)預(yù)鑒別信號(hào)Vp為高電平，否則預(yù)鑒別信號(hào)Vp為低電平。
8.如權(quán)利要求I所述的一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于所述信號(hào)合成器采用帶復(fù)位功能的D觸發(fā)器，該D觸發(fā)器的延時(shí)抖動(dòng)小于恒比定時(shí)鑒別電路期望的定時(shí)誤差；D觸發(fā) 器的數(shù)據(jù)輸入端D從預(yù)鑒別器接收VP，D觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端CLK從恒比定時(shí)鑒別器接收V。，D觸發(fā)器的復(fù)位輸入端接收外部輸入的復(fù)位信號(hào)RST，D觸發(fā)器輸出端為恒比定時(shí)鑒別電路輸出的最終定時(shí)信號(hào)Vtot ;信號(hào)合成器根據(jù)Vp和V。產(chǎn)生最終定時(shí)信號(hào)VOTT，當(dāng)預(yù)鑒別信號(hào)Vp為高電平且信號(hào)V。出現(xiàn)上升沿時(shí)信號(hào)Vtot由低電平變?yōu)楦唠娖?，在下一個(gè)脈沖信號(hào)到來(lái)之前，通過(guò)復(fù)位信號(hào)RST對(duì)信號(hào)合成器進(jìn)行復(fù)位；當(dāng)沒(méi)有脈沖信號(hào)時(shí)，預(yù)鑒別信號(hào)Vp始終為低電平，即使恒比定時(shí)鑒別器由于噪聲或干擾導(dǎo)致誤觸發(fā)，信號(hào)合成器的輸出始終為低電平。
9.如權(quán)利要求3所述的一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于所述第一比較器采用另一種連接方式信號(hào)Vd連接到反相輸入端，信號(hào)Vt連接到同相輸入端，第一比較器采用該方式連接時(shí)，輸出信號(hào)V。’與第一種連接方式的V。形狀相同、極性相反。
10.如權(quán)利要求3所述的一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于所述LC網(wǎng)絡(luò)是指多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的LC單元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單元包含I個(gè)電感L和I個(gè)電容C ;電感L的一端為L(zhǎng)C單元輸入端，與上一個(gè)單元的輸出或外部輸入信號(hào)連接，另一端為L(zhǎng)C單元輸出端，與下一個(gè)LC單元的輸入或外部輸出信號(hào)連接；電容C的一端與LC單元的輸出端連接，另一端連接到地；RLC網(wǎng)絡(luò)是指多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的RLC單元構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單元包含I個(gè)電阻、I個(gè)電感L和I個(gè)電容C ；電阻R的一端為RLC單兀的輸入端,與上一個(gè)RLC單兀的輸出或外部輸入信號(hào)連接，另一端連接電感L ；電感L 一端為RLC單兀輸出端，與下一個(gè)RLC單兀的輸入或外部輸出信號(hào)連接，電感L另一端連接電阻R ;電容C的一端與RLC單元的輸出端連接，另一端連接到地。
11.如權(quán)利要求3所述的一種恒比定時(shí)鑒別電路，其特征在于所述第二比較器采用另一種連接方式信號(hào)Vb連接到反相輸入端，閾值電壓Vk連接到同相輸入端，第二比較器采用該方式連接時(shí)，預(yù)鑒別信號(hào)VP’與第一種連接方式的Vp形狀相同、極性相反。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種恒比定時(shí)鑒別電路，目的是提高定時(shí)精度和可靠性。本發(fā)明由緩沖器、預(yù)鑒別器、恒比定時(shí)鑒別器和信號(hào)合成器構(gòu)成；緩沖器對(duì)VIN進(jìn)行功率放大和驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)后，向預(yù)鑒別器和恒比定時(shí)鑒別器輸出VB；預(yù)鑒別器對(duì)VB進(jìn)行判斷，將結(jié)果VP輸出給信號(hào)合成器；恒比定時(shí)鑒別器根據(jù)VB確定定時(shí)點(diǎn)，將定時(shí)信號(hào)VC輸給信號(hào)合成器；信號(hào)合成器根據(jù)VP和VC產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)VOUT。恒比定時(shí)鑒別器由延時(shí)器、低通濾波器和第一比較器構(gòu)成；低通濾波器采用一階、多階RC或RLC低通濾波器。延時(shí)器采用多級(jí)LC或RLC網(wǎng)絡(luò)。低通濾波器和延時(shí)器將定時(shí)點(diǎn)設(shè)置在參考信號(hào)的峰值點(diǎn)和延時(shí)信號(hào)的上升沿斜率最大點(diǎn)。本發(fā)明穩(wěn)定性、可靠性高、精度高、體積小、易于集成、調(diào)節(jié)方便。
文檔編號(hào)H03K5/1252GK102904551SQ20121037744
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者胡春生, 秦石喬, 王省書(shū), 黃宗升, 戰(zhàn)德軍 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)