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脉冲控制系统的周期解南研究
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过零比较和锁相环相位比较器电路原理图如图
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过零比较和锁相环相位比较器电路原理图如图
官方公共微信一种用于红外接收的动态脉冲积分电路――曾爱琴129
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一种用于红外接收的动态脉冲积分电路――曾爱琴129
一种用于红外接收的动态脉冲积分电路；王松林曾爱琴；(西安电子科技大学电路CAD研究所,陕西西安71；摘要：本文设计了一种与频率无关的动态脉冲积分电路；DynamicPulseIntegratingC；WangSonglinZengAiqin；(InstituteofElectronicCA；keyLabofHigh-speedCircui；Abstract：
一种用于红外接收的动态脉冲积分电路王松林 曾爱琴(西安电子科技大学 电路CAD研究所,陕西 西安 710071； 超高速电路设计与电磁兼容教育部重点实验室，陕西 西安710071)摘要：本文设计了一种与频率无关的动态脉冲积分电路，该结构具有灵敏度高、抗干扰能力强、简单紧凑等优点。采用齐纳击穿反熔丝调频技术和双极型跨导运放结构的二阶带通滤波器（BPF），实现中心频率的调节；该积分器不仅定义了最少脉冲数和脉冲序列间的最短时间,还实现了不同频率下相同的最少脉冲数；另外，积分器还具有可变误差容限的特点，防止因个别脉冲缺失造成输出包络误差。通过Cadence仿真验证，结果表明，在典型应用下，选频与滤波电路实现中心频率33KHz~40KHz和56KHz，积分电路实现了不同频率下最小脉冲数为10个，脉冲序列间的最短时间为12个脉冲数。 关
词：脉冲积分器；齐纳击穿反熔丝调频；红外接收Dynamic Pulse Integrating Circuit For Infrared ReceiversWang Songlin
Zeng Aiqin(Institute of Electronic CAD, Xidian University, Xi’an 710071, Chinakey Lab of High-speed Circuit Design and EMC ,Ministry of Education, Xidian University, Xi’an 710071 ,China)Abstract：In this paper, a frequency-tunable dynamic pulse integrating circuit for infrared receivers ispresented. It has many advantages such as high sensitivity, high immunity against disturbances and simple structure. This integrator not only defines a minimum time for the burst length and a minimum time between the bursts, but also achieves the same minimum number of pulses in different frequencies. The frequency-tunable dynamic pulse integration is a combined form of the center frequency modulation and a new type of pulse integration. The center frequency modulation is implement using zener zap anti-fuse trimming technology and a second order band-pass filter (BPF) with bipolar OTA cell. In addition, the integrator also describes the characteristics of variable-error tolerance to prevent the output envelope error due to the lack of individual pulses. Simulation results with Cadence show that, in typical application, the center frequency are available from 33KHz to 40KHz and 56KHz, the minimum burst length is 10pulses, minimum bursts gap time of 12 pulses.Key words: P Zener zap anti- Infrared Receivers引言红外遥控以其低成本、高传送速度、点对点的通信界面，在家用电器、车载影音导航系统中广泛应用。红外接收器是红外传输系统最重要的部分，因此对红外接收电路的性能要求也越来越高。除常规性能指标以外，要求红外接收芯片的体积越来越小、功耗越来越低，同时，还要求红外接收的抗干扰能力越来越强。红外接收电路中的积分器能够防止短干扰或尖峰对输出产生影响，一个较长的积分上升时间对提高信噪比具有深远的意义。因此对积分电路的设计至关重要[1-4]。本文采用齐纳击穿反熔丝技术和双极型OTA-C结构的二阶带通滤波器，实现频率可调的Gm-C带通滤波器和电流可调的积分器。积分器可以在不同频率下实现相同的最少脉冲数，例如6个或10个，个数可根据实际需要进行变化。除充电电容外，设计中采用另一个电容来延迟脉冲积分时间，获得可变误差容限。 基金项目：作者简介: 王松林（1962-）,男,教授;西安电子科技大学机电工程学院. Email: slwang@mail. 曾爱琴(1988-),女,硕士研究生.E-mail:1 积分原理模拟积分器常用于红外接收电路中，由比较器输出的矩形脉冲信号通过积分器就可以滤除载波成分，比较器输出一系列若干载波脉冲才能得到完整的积分器输出。传统的RC积分电路，需要设计一个高性能的放大器[5]，而文献[6]和[7]中提出了一种更适合脉冲积分的方法，但没有提出具体电路，本文在此原理的基础上，创造性的设计了积分器核心电路，并且设计了选频电路，实现频率可调的动态积分。积分器的控制结构及原理如图1所示，下面将详述积分过程。 图1（a） 新型脉冲积分器结构 图1（b）电路结构的工作过程 图1 积分器的控制结构及工作过程脉冲积分器有充电和放电两种状态。当有脉冲输入时，开始充电，在脉冲间的间隔时间放电。其中有一个显著的特点，积分器可以延长脉冲积分的时间，也就是说在积分过程中有一个保持时间T，防止因个别脉冲缺失造成输出包络误差。当第一个脉冲上升沿到来，将电流源Q打开，对电容Cint进行充电，若第一个脉冲的停止时间未超过T=A/f0，继续充电，如图2中t1~t2；下一个脉冲继续充电，在停止时间超过T的部分即t3~t4，电流源Q关断，电流漏S打开，对电容进行放电；到t4时刻新的脉冲到来，继续充电，以这种充电方式直到t5时刻，达到积分最大值，尽管还有脉冲信号，充电电压保持最大值Vmax，电流源Q和电流漏S均关断；在没有信号且超过时间T后，电流漏S打开，对电容进行放电，向下积分直到t7时刻。如果积分器充放电电流是固定的，那么将会出现图2所示的情况。当信号vin1的载频是vin2的2倍，vin1的6个脉冲完成了上升沿积分，而信号vin2仅3个脉冲就完成上升沿积分，并产生输出信号，而这样的3个脉冲可能是由噪声引起，这将影响红外数据的准确性。 2 积分电流固定的工作过程为解决上述不足，结合选频电路，实现与频率无关的动态积分过程。频率选择电路产生一个与中心频率f0相关的电流I0，可表示为：I0=m1f0；选频电流I0控制积分器的充放电电流I1、I2，就积分上升时间来说，I1= m2I0；在积分电容和最大积分电压一定时，积分器电容充电时间与充电电流成反比，Tup=m3/I2。积分器的上升时间由脉冲数dup来表示，dup= m3/m1/m2，其中m3、m1、m2均为常量。同理，积分下降时间也可用脉冲数来定义。从以上分析可知，积分上升、下降时间与频率无关，是一个频率可调的动态积分。2 动态脉冲积分电路结构图3展示了动态脉冲积分环路框图。主要包括选频电路、带通滤波电路、比较器电路和积分器电路。下面将简要介绍动态脉冲积分结构。频率选择电路有六个外部引脚，用齐纳击穿调频实现频率选择，并产生相应的选频电流I0。电流I0控制带通滤波器中的跨导运算放大器的尾电流，以及为积分器提供相应的尾电流，实现与频率无关的动态积分。带通滤波电路消除高频段及低频段的干扰和噪声，以便接收某一频率范围内的有效信号；带通滤波器的输出为正弦波，此信号作为比较器的输入，通过设定比较器的阈值电压，就可以得到具有所选择的中心频率的矩形波；矩形波通过积分电路，滤掉载波，再经施密特整形，最终得到所需要的调制信号。 图3红外接收解调电路2.1 齐纳击穿反熔丝调频齐纳击穿反熔丝选频[8-11]电路如图3虚线框内所示，T1~T6为频率选择引脚，NPN型三极管Q1~Q5的集电极与发射极相连，相当于齐纳二极管。D1~D6为稳压二极管，保护内部器件不会被击穿。齐纳二极管管平时以开路的形式存在，直到对它编程后就会短路。根据载波频率，从T1~T6某几个引脚输入调频信号，将对应的Q1~Q5击穿，从而将与三极管并联的电阻短路，实现选频功能。在涵盖33KHz~40KHz的中心频率调整时，Q1~Q5均未击穿时频率调整电阻最大，Q1~Q5全部击穿时频率调整的电阻值最小。其中R1=dR，R2=2R1，以此类推。5个微调电阻，有25种组合方式，电阻范围从0~（25-1）dR。T1正常工作状态为内部基准电压，对于不同的频率有不同的选频电流I0： 图4 二阶带通滤波器小信号等效图率可调的目的。该带通滤波器是由两个低阶滤波器链接而成，高通滤波部分主要由C1、OTA1、R1、R2构成；低通滤波部分主要由C2、OTA2构成。带通滤波器的传输函数表示为：H(S)?VOUTVINI0?VREF?VBEQ7D?dR?R6?R7?R8(1)gm(2) SC2?R1gm?1gm22S?S?(R1?R2)C2C1C2双极型OTA的跨导：D=Q5Q4Q3Q2Q1为调频编码，假设击穿相应齐纳二极管为二进制0，未击穿为1。 2.2 带通滤波器电路为实现中心频率调节，本文采用有源滤波器，该带通滤波器是基于双极型OTA-C结构的二阶带通滤波器[12-14]。gm是跨导运算放大器(OTA)的增益，选频电路控制OTA的尾电流，通过改变尾电流，来改变gm，从而达到中心频 gm?ISS/2VT
(3)中心频率：f0?gm/2?/(C1?C2)?0.5
(4)选频电流与OTA尾电流的关系：ISS?I0/n
（5）其中，VT≈25.8mV，ISS是OTA的尾电流。假设已知C1、C2，那么根据公式（3）、（4）和（5）可以计算出中心频率与选频电流的关系：f0?I0（6）4n?VT(C1?C2)?0.5 2.3 积分器核心电路本文设计的积分器核心电路如图5所示，Vin为比较器输出的方波信号，电流I1大小由选频电路控制，由图3可知，I1=kI0。Q4和Q5与Q6、Q7、Q8、Q9构成多路电流镜，Q6管是为了提高各路电流的精度而设置的。因为在没有Q6管时，电流IC5镜像到Q9误差大约为7/β，增加Q6可以将这个误差减小1/β倍，即使Q6的β很小，也可以获得很小的电流误差。积分器的逻辑过程如图6所示。当Vin低电平时，MN3管截止，电容C0、Cint初始电压为零，所以MN2也截止，尾电流流过MN1再经电流镜Q1/Q2/Q3对电容C0、Cint充电，A、B两点电压开始升高，即t0~t1。MOS管MN1和MN2构成差分对管，由于MN2栅极电压慢慢增大，MN2逐渐导通，并从I1中抽取部分电流，使得流过MN1的电流减小。MN2的漏极电流通过电流镜镜像到Q9。到t1时刻，IC9&IC2，电容 Cint上的电流反向流入Q9，即电容Cint开始放电，B点电压开始下降。然A点电压在升高，但充电时间短，IC9仍小于IC2，Cint继续充电，B点电压继续升高，即t2~t3。t3时刻达到积分最大值，尽管还有脉冲信号，充电电压保持最大值Umax，即t3~t4。若脉冲间的间隔较大，t5时A点电压使MN2管导通，电容Cint开始放电，这段时间就是原理中提到的延长脉冲积分时间。 图6 图5的逻辑过程由此可知，电容Cint用于积分器充放电，对于一个固定频率，充电电流是一定的，那么积分器的上升时间与充电电容成反比，开关S1用于调节充电时间，充电时间也可以用脉冲数来定义。如图5中可知，充电电流为I1/2，放电电流为2I1/3，那么积分器上升时间为：Tup?2Cint?dUmax（7）kI0联立（6）式，将（7）式用脉冲数来表示：dup?2f0Cint?dUmax kI0?Cint?dUmax（8）2kn?VT(C1*C2)?0.5同理可计算出积分器下降时间ddown?3Cint?dUmax（9） ?8kn?VT(C1?C2)0.5图5 新型积分器实际电路图当Vin为高电平即t2时刻，MN3导通，C0通过MN3放电。由于放电时间常数非常小，使MN2栅极电压瞬间拉低，MN2管截止。此时，MN1的漏极电流ID1= I1，流过Q2的电流对电容Cint充电，B点电压又开始上升。脉冲间的间隔时间内对C0进行充电，虽由式（8）和（9）可知，积分器上升、下降时间与输入脉冲频率无关。本文中充电电容Cint大小可根据需要进行调节。最少脉冲数为6个，用于高速数据传输的工作模式下。最少脉冲数为10个，工作于干扰抑制加强型模式，一个较长的积分上升时间对提高信噪比具有深远的意义。电容C0用于延长脉冲积分时间，这个积分保持时间T，可以防止有用脉冲信号中个别脉冲的缺失造成输出包络误差，保持时间为：T2C0?dUChold?kI
（10） 其中UC为使MN2管导通的栅压，脉冲序列间的最短时间即Thold+Tdown，用脉冲数来表示：d?0.375Cint?dUmaxgap?0.5C0?dUCkn?V11）T(C1?C2)?0.5施密特触发器有两个阈值，积分器上升沿的80%，施密特输出由高变低，下降沿的20%，施密特输出由低变高，如图6中t6~t7，这个输出代表了信号的包络，该包络与发射的有用信号是反向的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。3 实验结果本文提出一种新型红外脉冲积分电路，设计了调频和滤波电路实现动态积分。通过Cadence仿真工具在典型应用(T=25℃,Vcc=5V，dR=2.5KΩ，C1=C2=4pF，C0=1pF，Cint=1.79pF或1pF，n=5，k=0.0125)下对涵盖33KHz~40KHz进行仿真验证，仿真结果如图7所示：图7(a)为f0=40KHz带通滤波器仿真结果；图7(b)为f0=40KHz积分器瞬态相应仿真图；图7(c)为f0=40KHz积分器最少为6个pulses或10个pulses瞬态响应仿真图。仿真结果表明积分器实现不同频率下实现最少脉冲数为10个或6个，从图7（a）可知带通滤波器的中心频率为40.09KHz，3dB带宽为4.8KHz；从图7（b）可知，积分器的瞬态响应速度快，其中Thold=3.6/f0；从图7（c）可知，Tup=10/f0或6/f0。 （a）为f0=40KHz带通滤波器仿真结果 （b）f0=40KHz积分器工作过程瞬态相应仿真图 （c）f0=40KHz时积分器最少脉冲数瞬态相应仿真图图7 基于新型动态脉冲积分器电路仿真波形另外，图8给出了中心频率及积分电流随调频编码变化的关系曲线：图8(a)为调频编码与中心频率的关系以及中心频率最大比例误差；图8(b)为积分器尾电流与频率调制的电阻相对值；从测试结果可以看出，图8(a)的中心频率最大比例误差小于1.61%；从图8（b）所知，积分器尾电流从53.3nA~107.7nA，对应频率调整电阻相对值为100%~47.95%。图9为新型积分器模块版图。 （a）调频编码与中心频率的关系以及中心频率最大比例误差 （b）积分器尾电流与频率调制的电阻相对值图8 中心频率及积分电流随调频编码变化的关系曲线包含各类专业文献、幼儿教育、小学教育、应用写作文书、专业论文、行业资料、高等教育、生活休闲娱乐、一种用于红外接收的动态脉冲积分电路――曾爱琴129等内容。　
　脉冲电路 脉冲电路是专门用来产生电脉冲和对电脉冲...如果一个脉冲的宽度 t k =1 / 2T ,它就是一...接收机里就要用箝位电路把波形顶部箝制在某个固定... 　一、脉冲的基本概念 脉冲的基本概念 1. 脉冲 : ...积分电路 ui R E 0 E 输出是输入信号的积分,...-Eb 使动态时三极管截止更好,脉冲突变更陡直。 ⑵... 　脉冲信号波形后,设计了基于单片机 AT89C51 的红外...1单 片机 解码电路 图 3 基于单片机的红外收发...一种通用型红外遥控信号发送用 CMOS 大规模集成电路... 　放大器、 限副器、 带通滤波器、 积分电路、等等...脉冲幅度控制在一定的水平, 而不论红外发射器和接收...进一步降低电源干扰红外线接收头特点: 1、小型设计;... 　1. 掌握脉冲电路的分析方法; 2. 掌握施密特触发器...电流关系可以通过积分表达的,所以称之为动态元件或...当电路中只含有一个电容元件或可以简化为一个独立的... 　接收电路的红外接收管是一种光敏二极管, 使用时要给...1.7～2.7mA 接收频率:38kHz 峰值波长:980nm 静态...限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平, 而不论红外发射... 　一种脉冲激光功率采集和控制系统的设计_电子/电路_工程...系统的硬件电路框图如图 1 所示,PIN 管对激光器中...D(微分):微分作用可以改善动态特性,微分系数偏大,... 　电路 性质为( ) 1、 脉冲是一种 __ ___极 短...A. 微分电路 B. 耦合电路 C. 积分电路 )。 D....cs3简单制作动态搞笑图片 81份文档
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