求方波信号检测硬件电路的设计方案

燕园技术宅

求方波信号检测硬件电路的设计方案 [复制链接]

图片中的第一题和第七题，求硬件电路设计方案~越多越好~ 多学点知识！想了解一下都可以用那些方法~

gmchen

燕园技术宅发表于 2017-6-29 21:35
比较器+模拟开关这个方法可以给个参考电路么？没接触过

这个方案就是同步检波器，给你解释一下原理，你应该可以自己设计电路。
1、将输入信号通过一个过零比较器变为方波（你老师出的题目已经是低电平为0的方波，所以比较器都不需要了），该方波的高电平期间对应的是输入信号的正半周。
2、用该方波去控制一个模拟开关，方波高电平对应“开”，低电平对应“关”。将输入信号通过此模拟开关，则输出的就是半波整流后的信号。
3、如果输入的是正弦或类似正弦的信号，则此半波整流信号通过一个低通滤波器就可以得到输入信号的半波平均值。相对于普通的二极管检波电路，这个电路没有二极管的非线性，所以无论输入信号幅度大小，只要在模拟开关的动态范围之内都可以工作（二极管检波电路则需要输入信号满足一定幅度，大约1V以上才能满意工作），线性度比二极管检波电路的高得多。另外由于在此电路中没有二极管，所以也不存在二极管检波电路中可能发生的惰性失真。
4、如果输入的是方波信号（类似你们老师的题目），则将此半波输出直接对一个电容充电，由于在输入信号为0的半周内模拟开关关断，电容上的电压不会释放，所以直接得到输入信号方波的幅度电压输出。

gmchen

二楼的回答实际上揭示了题目的一个漏洞：没有规定方波的低电平是否为0。
也许出题者意图是一个上下对称的方波，那样就必须有钳位或者检波才能完成第一题。但是后面又有占空比变化，如果不是低电平为0的方波，这个占空比又不太好定义，所以我说这是出题者的一个漏洞。

maychang

第一题，题设已经说明占空比50％，若是低电平(谷值)为零，那么只需要低通滤波测量直流成份即可。

燕园技术宅

gmchen 发表于 2017-6-28 18:13
二楼的回答实际上揭示了题目的一个漏洞：没有规定方波的低电平是否为0。
也许出题者意图是一个上下对称的 ...

刚才问了一下出题人，方波是0V以上的

gmchen

本帖最后由 gmchen 于 2017-6-28 22:34 编辑

若方波的低电平固定在0V，那么2楼MayChang的回答可以应用于1/4/7诸题，其中1/4两题只要保证滤波器的电压增益等于2即可。
不过，第7题题目是占空比10%~90%，若方波高电平是3V，那么输出的电压是0.3V~2.7V，并不是题目中的0.3V~3V。如果方波高电平如同题目开始时所说的0.1V~3V，那么输出的电压范围将会是0.03V~2.7V。这又是题目的一个不严密之处。

燕园技术宅

gmchen 发表于 2017-6-28 22:32
若方波的低电平固定在0V，那么2楼MayChang的回答可以应用于1/4/7诸题，其中1/4两题只要保证滤波器的电压增 ...

对就是这个2.7V这里能麻烦您给我讲一下这是为什么嘛？最后的结果老师让我们达到0.3-3V。

燕园技术宅

gmchen 发表于 2017-6-28 22:32
若方波的低电平固定在0V，那么2楼MayChang的回答可以应用于1/4/7诸题，其中1/4两题只要保证滤波器的电压增 ...

对了还有那个滤波器的电压增益为2 是一定要2倍才可以么？截止频率用多少比较合适？信号要从低频到中高频

燕园技术宅

gmchen 发表于 2017-6-28 22:32
若方波的低电平固定在0V，那么2楼MayChang的回答可以应用于1/4/7诸题，其中1/4两题只要保证滤波器的电压增 ...

PWM是STM32单片机给的

gmchen

燕园技术宅发表于 2017-6-29 13:39
对了还有那个滤波器的电压增益为2 是一定要2倍才可以么？截止频率用多少比较合适？信号要从低频到 ...

因为是占空比为50%的方波，滤波得到的是平均值，那就是幅度的一半，所以要增益等于2

gmchen

燕园技术宅发表于 2017-6-29 13:39
对了还有那个滤波器的电压增益为2 是一定要2倍才可以么？截止频率用多少比较合适？信号要从低频到 ...

不过，题目要求的频率范围是1Hz~10MHz，如此大的频率范围，恐怕任何一个滤波器都难以做到。这种情况下，一个办法是将信号分为若干个频段，然后每个频段确定一个截止频率，根据输入信号频率来切换滤波器的截止频率。不过这个办法可能比较繁复。
还有一个办法就是用比较器与模拟开关构成同步检波，只要比较器与模拟开关的频响足够高，这种方式可以用一个电路覆盖整个信号频率范围。

gmchen

燕园技术宅发表于 2017-6-29 13:43
PWM是STM32单片机给的

这个在题目中根本没有体现。一个严密的题目应该是将所有要求与条件都明白无误地表达出来，不能让读者去猜度，也不应该有可能的歧义，看来给你们出题的老师有些想当然了。
现在我只能猜！大概你们老师的要求应该这样描述：
输入一个低电平为0，高电平为+3V，频率为1Hz~10MHz、占空比为10%~90%的方波。然后用单片机另外产生一个PWM波，对应输入信号占空比的变化，该PWM通过滤波后得到的模拟电压为0.3V~3V。
如果是这样，那么这个题目分为两部分，前面一部分就是题目4，其输出被单片机通过ADC读入。后面一部分就是产生一个PWM波其占空比应该根据输出信号的高电平以及平均电压为0.3V~3V这两个条件确定。由于这个PWM波的频率不变，滤波器的截止频率是固定的，可以比较简单地完成。

燕园技术宅

gmchen 发表于 2017-6-29 15:14
这个在题目中根本没有体现。一个严密的题目应该是将所有要求与条件都明白无误地表达出来，不能让读者去猜 ...

嗯确实是您想的这样！我们也很无奈很多不确定的东西都去问老师了差一点走错方向！只要求我们做出来不给支持没有运放和比较器，在网上买高速的价钱不菲

燕园技术宅

gmchen 发表于 2017-6-29 14:54
不过，题目要求的频率范围是1Hz~10MHz，如此大的频率范围，恐怕任何一个滤波器都难以做到。这种情况下， ...

刚才仿真了一下 1KHz以上的还好办截止频率低一点就都可以了低频的时候就很不好办了高速比较器打算用TLV3501 4.5ns的看样子我要恶补很多知识呀书都白读了哎

gmchen

燕园技术宅发表于 2017-6-29 17:01
嗯确实是您想的这样！我们也很无奈很多不确定的东西都去问老师了差一点走错方向！只要求我们 ...

哦，前面11楼最后一段有错误。这个题目的前半部分与第4题不同，它不是测幅度而是测占空比，所以应该是第6题。
测占空比与测幅度的电路不同。测量幅度的电路是峰值检波，可以用比较器+模拟开关实现；测占空比的可以用数字电路（计数器）实现也可以用低通滤波器实现，频率低是用计数器较为方便，频率高时用低通滤波器比较方便。

燕园技术宅

gmchen 发表于 2017-6-29 18:11
哦，前面11楼最后一段有错误。这个题目的前半部分与第4题不同，它不是测幅度而是测占空比，所以应该是第6 ...

比较器+模拟开关这个方法可以给个参考电路么？没接触过

gmchen

本帖最后由 gmchen 于 2017-6-30 08:04 编辑

从上面的解释可以看到，这个方案（上面的第4条）十分适合于方波信号幅度检测。电路设计时的注意点是：为了避免模拟开关开通时间与输入信号正半周时间之间发生“错位”，需要比较严格地控制模拟开关的控制信号与输入信号之间的时序关系，必要时可以在输入信号通道上增加延时环节，或者缩短模拟开关开通的时间。
另外，上个帖子的第4条不能运用于占空比变化的方波的平均值检测。