CN108267645B - 占空比检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种占空比检测电路，接收输入信号输出输入信号的占空比表征量，占空比检测电路包含：电流源、受控源及储能单元；电流源输出第一电流；受控源输出受控电流；储能单元，电性连接于电流源及受控源，当所述储能单元接收第一电流及/或受控电流在充电时间的电压变化量等于储能单元在放电时间的电压变化量时，储能单元输出占空比表征量。

Description

占空比检测电路

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体地说，涉及一种能够实现信号占空比的精确检测与表征的占空比检测电路。

背景技术

目前现有技术的占空比检测回路往往使用滤波网络(无源或有源)对方波进行低通滤波，而滤波后的电压高低即表征占空比的大小。但是滤波网络的带宽是人为设定且每个设计都可能不相同，必然会有谐波分量的能量损失，所以输出电压并不能非常精准地表征占空比。同时为了得到平稳的OUT输出电压，一般需要设置较大的电阻、电容，从而导致动态响应速度受限，因此急于开发一种克服上述缺陷的占空比检测电路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种占空比检测电路，接收输入信号输出所述输入信号的占空比表征量，其中，包含：

电流源，输出第一电流；

受控源，输出受控电流；

储能单元，电性连接于所述电流源及所述受控源，当所述储能单元接收所述第一电流及/或所述受控电流在充电时间的电压变化量等于所述储能单元在放电时间的电压变化量时，所述储能单元输出所述占空比表征量。

上述的占空比检测电路，其中，还包含转换单元，将所述储能单元的电压转换为所述受控源的所述受控电流。

上述的占空比检测电路，其中，还包含开关单元，电性连接于所述电流源、所述受控源及所述储能单元，当所述输入信号为高电平时，所述开关单元导通，所述储能单元接收所述第一电流及/或所述受控电流充电，当所述输入信号为低电平时，所述开关单元断开，所述储能单元放电。

上述的占空比检测电路，其中，还包含信号沿采集单元，电性连接于所述开关单元，根据所述输入信号输出脉冲信号控制所述开关单元导通或断开。

上述的占空比检测电路，其中，所述输入信号为高电平的持续时间为所述充电时间，所述输入信号为低电平的持续时间为所述放电时间。

上述的占空比检测电路，其中，所述储能单元包含：

第一电容，其一端电性连接于所述电流源及所述受控源，所述第一电容的另一端接地；

第二电容，其一端电性连接于所述第一电容的一端，所述第二电容的另一端接地；

第三电容，其一端电性连接于所述第二电容的一端，所述第三电容的另一端接地。

上述的占空比检测电路，其中，所述开关单元包含：

第一常闭开关，其一端电性连接于所述电流源，所述第一开关的另一端电性连接于所述受控源及所述第一电容的一端；

第二常闭开关，其两端分别电性连接于所述第一电容的一端及所述第二电容的一端；

第三常开开关，其两端分别电性连接于所述第二电容的一端及所述第三电容的一端。

上述的占空比检测电路，其中，当所述输入信号为高电平时，所述第一常闭开关、所述第二常闭开关导通及所述第三常开开关断开，所述电流源及所述受控源对所述第一电容及所述第二电容充电，所述第三电容的电压值为零，第一电容及第二电容的充电电压变化量为：

△V(C1)＝△V(C2)＝(Isource-Isink)*Ton/(C1+C2)，其中，△V(C1)为第一电容的充电电压变化量，△V(C2)为第二电容的充电电压变化量，Isource为第一电流值，Isink为受控电流值，Ton为充电时间，C1为第一电容的电容值，C2为第二电容的电容值；

上述的占空比检测电路，其中，当所述输入信号从低电平转换为高电平时，所述第一常闭开关导通，所述信号沿采集单元采集所述输入信号的上升沿信号后输出第一窄脉冲信号控制所述第二常闭开关断开，所述信号沿采集单元还输出第二窄脉冲信号控制所述第三常开开关闭合，所述第二电容对所述第三电容充电，所述第三电容的充电电压变化量为：

△V(C3)＝△V(C2)*C2/(C2+C3)，其中，△V(C3)为第三电容的充电电压变化量，C3为第三电容的电容值。

上述的占空比检测电路，其中，当所述输入信号为低电平时，所述第一常闭开关断开、所述第二常闭开关闭合及所述第三常开开关断开，所述第一电容对所述所述第二电容充电，所述第一电容的放电电压变化量为△V(C1)'＝Isink*Toff/(C1+C2)，其中Isink受控电流值，Toff为放电时间，第一电容的充电电压变化量等于所述第一电容的放电电压变化量时所述转换单元输出所述占空比表征量。

上述的占空比检测电路，其中，所述第一窄脉冲信号及所述第二窄脉冲信号的宽度小于所述充电时间及所述放电时间。

上述的占空比检测电路，其中，所述转换单元为跨导放大器。

本发明的开关器件针对于现有技术其功效在于，本发明的占空比检测电路不仅实现方波占空比的精确侦测与表征，同时具有良好的动态响应速度。同时该结构的动态响应速度由负反馈环的响应速度决定，通过调整电容的比例或者跨导放大器的增益都可以调节该动态响应速度。每步调节的步径越小，精细度越高，响应速度越慢；反之则响应速度越快，但必须保证负反馈的稳定度，否则一旦超过该环路的捕捉范围，将引起环路振荡。由于该结构具备负反馈环路做动态稳定，所以相比传统RC滤波网络的响应速度有了很大的提升。

附图说明

图1为本发明占空比检测电路的结构示意图；

图2为本发明占空比检测电路工作的波形示意图。

具体实施方式

兹有关本发明的详细内容及技术说明，现以一较佳实施例来作进一步说明，但不应被解释为本发明实施的限制。

请参见图1，图1为本发明占空比检测电路的结构示意图。如图1所示，本发明的占空比检测电路接收输入信号输出输入信号的占空比表征量，占空比检测电路包含电流源11、受控源12及储能单元13；电流源11输出第一电流；受控源12输出受控电流；储能单元13连接于电流源11及受控源12，当储能单元13接收第一电流及/或受控电流在充电时间的电压变化量等于储能单元13在放电时间的电压变化量时，储能单元13输出占空比表征量。

进一步地，占空比检测电路还包含转换单元14、开关单元15及信号沿采集单元16；转换单元14将储能单元13的电压转换为受控源12的受控电流；开关单元15电性连接于电流源11、受控源12及储能单元13，当输入信号为高电平时，开关单元15导通，储能单元13接收第一电流及/或受控电流充电，当输入信号为低电平时，开关单元15断开，储能单元13放电；信号沿采集单元16电性连接于开关单元15，根据输入信号输出脉冲信号控制开关单元15导通或断开。其中，输入信号为高电平的持续时间为充电时间，输入信号为低电平的持续时间为放电时间。

再进一步地，储能单元13包含：第一电容C1、第二电容C2及第三电容C3；第一电容C1的一端电性连接于电流源11及受控源12，第一电容C1的另一端接地；第二电容C2的一端电性连接于第一电容C1的一端，第二电容C2的另一端接地；第三电容C3是我一端电性连接于第二电容C2的一端，第三电容C3的另一端接地。开关单元15包含：第一常闭开关S1、第二常闭开关S2及第三常开开关S3；第一常闭开关S1的一端电性连接于电流源11，第一开关S1的另一端电性连接于受控源12及第一电容C1的一端；第二常闭开关S2两端分别电性连接于第一电容C1的一端及第二电容C2的一端；第三常开开关S3的两端分别电性连接于第二电容C2的一端及第三电容C3的一端。

其中，本实施例中，以输入信号为方波信号为例，但本发明并不以此为限。

当输入信号为高电平时，第一常闭开关S1、第二常闭开关S2导通及第三常开开关S3断开，电流源11及受控源12对第一电容C1及第二电容C2充电，第三电容C3的电压值为零，第一电容及第二电容的充电电压变化量为：

△V(C1)＝△V(C2)＝(Isource-Isink)*Ton/(C1+C2)，

其中，△V(C1)为第一电容的充电电压变化量，△V(C2)为第二电容的充电电压变化量，Isource为第一电流值，Isink为受控电流值，Ton为充电时间，C1为第一电容的电容值，C2为第二电容的电容值，初始状态时，受控电流值Isink为0；

当输入信号从低电平转换为高电平时，第一常闭开关S1导通，信号沿采集单元16采集输入信号的上升沿信号后输出第一窄脉冲信号控制第二常闭开关S2断开，信号沿采集单元16还输出第二窄脉冲信号控制第三常开开关S3闭合，此时第二电容C2对第三电容C3充电，第三电容C3的充电电压变化量为：

△V(C3)＝△V(C2)*C2/(C2+C3)，

其中，△V(C3)为第三电容的充电电压变化量，C3为第三电容的电容值。值得注意的是，第一窄脉冲信号及第二窄脉冲信号的宽度远远小于充电时间及放电时间，换言之，就是在绝大多数时间内，第二常闭开关S2是闭合的，而第三常开开关S3是开路，只有当第二常闭开关S2接收到第一窄脉冲信号后第二常闭开关S2短暂断开后闭合导通，只有当第三常开开关S3闭合，此时第二电容C2对第三电容C3充电，第三常开开关S3接收到第二窄脉冲信号后第三常开开关S3短暂闭合导通后断开，其中以第一窄脉冲信号及第二窄脉冲信号的脉宽为充电时间及/或放电时间的二十分之一为较佳的实施方式，但本发明并不以此为限。

当输入信号为低电平时，第一常闭开关S1断开、第二常闭开关S2闭合及第三常开开关S3断开，第一电容C1对第二电容C2充电，第一电容C1的放电电压变化量为：

△V(C1)'＝Isink*Toff/(C1+C2)，

其中Isink受控电流值，Toff为放电时间，如果此时输入信号是首次从高电平转换为低电平时，第一电容C1与第二电容C2的电位持平，第一电容C1不对第二电容C2充电，若此时输入信号不是首次从高电平转换为低电平时第一电容C1对第二电容C2充电，第一电容C1的充电电压变化量△V(C1)等于第一电容C1的放电电压变化量△V(C1)'时转换单元14输出占空比表征量，即：△V(C1)＝△V(C1)'

(Isource-Isink)*Ton/(C1+C2)＝Isink*Toff/(C1+C2)

Isource*Ton＝Isink*(Ton+Toff)

Isink＝D*Isource D＝Ton/T＝Ton/(Ton+Toff)

此时，将输出端OUT的输出电流设置成正比于Isink(比例系数为k)，这样就可以得到一个占空比表征量，在本实施例中占空比表征量为一个表征电流Iout＝k*D*Isource。

值得注意的是，在本实施例中，转换单元14为跨导放大器，将第三电容C3的电压转换为受控源12的受控电流Isink，跨导放大器控制的Isink电流变化量为：△Isink＝gm*△V(C3)，从而发生负反馈变化，gm为跨导放大器的放大系数。

在本发明的另一实施例中，在输出端OUT接一个稳定电阻，从而得到另一占空比表征量，该占空比表征量为一个表征电压Vout。

请参照图2，图2为本发明占空比检测电路工作的波形示意图。如图2所示，具体说明本发明工作过程如下：

波形名称定义：

IN为输入方波信号；

第一常闭开关S1、第二常闭开关S2及第三常开开关S3为高电平闭合导通，低电平开关开路。其中控制第一常闭开关S1的信号与输入信号相同；控制第二常闭开关S2的信号绝大多数时间为高，而在输入信号的上升沿处出现一个低电平第一窄脉冲信号；控制第三常开开关S3的信号是控制第二常闭开关S2的信号的反相信号；

VC1、VC2、VC3分别为第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的电压值；

Isink为由跨导放大器控制的下拉电流。

工作流程描述：上述波形已假设第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的初始电位都是零。

t0～t1时间段：

第一周期，当输入信号为高电平时，第一常闭开关S1闭合，第一电容C1和第二电容C2同时开始充电；当输入信号为低电平时，充电停止。此时的受控电流Isink还为0，所以VC1、VC2电平保持，同时第三常开开关S3还没有出现高电平信号，所以此时的VC3＝0。第二周期，当输入信号从低电平变高电平时的瞬间，信号沿采集单元16输出第一窄脉冲信号后第二常闭开关S2短暂断开后闭合导通，而信号沿采集单元16输出第二窄脉冲信号后第三常开后第三常开开关S3短暂闭合导通后断开，第三电容C3电平开始阶跃上升，同时触发随后S2、S3回复，第一电容C1、第二电容C2电平继续升高。当输入信号为低电平时，所有电平保持。

t1～t2时间段：

该阶段为调整阶段，随着第三电容C3的电压值VC3的升高，受控Isink电流的不断增大，导致第一电容C1的电压值VC1和第二电容C2的电压值VC2电位开始下降。同时，第一电容C1的电压值VC1和第二电容C2的电压值VC2的电位下降控制了第三电容C3的电压值VC3的逐步下降，从而使受控电流Isink逐步下降，最终第三电容C3的电压值VC3和受控电流Isink会稳定下来。

t2～t3时间段：

到了该阶段，所有的电位电流都进入了稳态。当输入信号为高电平时，第一电容C1的电压值VC1和第二电容C2的电压值VC2的电压上升；当输入信号为低电平时，第一电容C1的电压值VC1和第二电容C2的电压值VC2的电压下降；而该电压的上升量和下降量相等。所以，第三电容C3的电压值VC3得以保持，从而受控电流Isink也不变。在该稳态下第一电容C1和第二电容C2的电量变化量如下：

△Q＝(Isource-Isink)*Ton＝Isink*Toff

将输出端OUT的输出电流设置成正比于受控Isink(比例系数为k)，这样就可以得到一个占空比表征量，在本实施例中占空比表征量为一个表征电流Iout＝k*D*Isource。

上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种占空比检测电路，接收输入信号输出所述输入信号占空比的表征量，其特征在于，包含：

电流源，输出第一电流；

受控源，输出受控电流；

开关单元，电性连接于所述电流源和所述受控源，所述开关单元包含第一常闭开关、第二常闭开关及第三常开开关；

储能单元，电性连接于所述开关单元、所述电流源及所述受控源，所述储能单元包含第一电容、第二电容及第三电容；第一电容的一端电性连接于受控源且通过所述第一常闭开关连接所述电流源，第一电容的另一端接地；第二电容的一端通过第二常闭开关电性连接于所述第一电容的一端，第二电容的另一端接地；第三电容的一端通过第三常开开关电性连接于所述第二电容的一端，第三电容的另一端接地，当第三电容的电压值以及受控电流进入稳态保持不变时，下述转换单元输出所述占空比的表征量；以及

转换单元，将所述第三电容的电压转换为所述受控源输出的所述受控电流。

2.如权利要求1所述的占空比检测电路，其特征在于，当所述输入信号为高电平时，所述第一常闭开关导通，所述第一电容接收所述第一电流及/或所述受控电流充电；当所述输入信号为低电平时，所述第一常闭开关断开，所述第一电容放电。

3.如权利要求2所述的占空比检测电路，其特征在于，所述输入信号为高电平的持续时间为充电时间，所述输入信号为低电平的持续时间为放电时间。

4.如权利要求1所述的占空比检测电路，其特征在于，还包含信号沿采集单元，电性连接于所述开关单元，根据所述输入信号输出脉冲信号控制所述开关单元导通或断开。

5.如权利要求4所述的占空比检测电路，其特征在于，所述信号沿采集单元在输入信号的上升沿到来时产生第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号。

6.如权利要求5所述的占空比检测电路，其特征在于，当所述输入信号为高电平时，所述第一常闭开关、所述第二常闭开关导通及所述第三常开开关断开，所述电流源及所述受控源对所述第一电容及所述第二电容充电，所述第一电容及所述第二电容的充电电压变化量为：

△V(C1)＝△V(C2)＝(Isource-Isink)*Ton/(C1+C2)，

其中，△V(C1)为第一电容的充电电压变化量，△V(C2)为第二电容的充电电压变化量，Isource为第一电流值，Isink为受控电流值，Ton为充电时间，C1为第一电容的电容值，C2为第二电容的电容值。

7.如权利要求6所述的占空比检测电路，其特征在于，当所述输入信号从低电平转换为高电平时，所述第一常闭开关导通，所述信号沿采集单元输出所述第一窄脉冲信号控制所述第二常闭开关断开，所述信号沿采集单元还输出第二窄脉冲信号控制所述第三常开开关闭合，所述第二电容对所述第三电容充电，所述第三电容的充电电压变化量为：

△V(C3)＝△V(C2)*C2/(C2+C3)，

其中，△V(C3)为第三电容的充电电压变化量，C3为第三电容的电容值。

8.如权利要求7所述的占空比检测电路，其特征在于，当所述输入信号为低电平时，所述第一常闭开关断开、所述第二常闭开关闭合及所述第三常开开关断开，所述第一电容对所述第二电容充电，所述第一电容的放电电压变化量为：

△V(C1)'＝Isink*Toff/(C1+C2)，

其中Isink受控电流值，Toff为放电时间。

9.如权利要求5所述的占空比检测电路，其特征在于，所述第一窄脉冲信号及所述第二窄脉冲信号的宽度小于充电时间及放电时间。

10.如权利要求9所述的占空比检测电路，其特征在于，所述转换单元为跨导放大器。

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