一种高频信号峰值测量电路[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 210923820 U(45)授权公告日 2020.07.03

(21)申请号 201921430296.5(22)申请日 2019.08.29

(73)专利权人 青岛艾诺智能仪器有限公司

地址 266100 山东省青岛市崂山区株洲路

134号(72)发明人 朱文营　周龙　王岩崧　(74)专利代理机构 济南舜源专利事务所有限公

司 37205

代理人 苗峻(51)Int.Cl.

G01R 19/25(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

()实用新型名称

一种高频信号峰值测量电路(57)摘要

本实用新型涉及一种高频信号峰值测量电路，包括波谷测量电路和波峰测量电路，所述的波谷测量电路包括第一调理单元、高速比较单元、信号跟随单元，所述的波峰测量电路包括第二调理单元、高速比较单元、信号跟随单元；本申请电路可以准确的捕捉到Vmax和Vmin的值，并以直流信号的形式输出给后级的AD采样电路，对软件算法来说，准确的复现一个直流信号大小是比较容易的，降低了软件设计难度，增加了测量的可靠性。

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权　利　要　求　书

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1.一种高频信号峰值测量电路，其特征在于：包括波谷测量电路和波峰测量电路，所述的波谷测量电路包括第一调理单元、高速比较单元、信号跟随单元，所述的波峰测量电路包括第二调理单元、高速比较单元、信号跟随单元；

所述的第一调理单元为：第一运算放大器的同相输入端经第一电阻接至输入信号，其反相输入端接至其输出端，其输出端接至高速比较单元；

所述的第二调理单元为：第四运算放大器的同相输入端经第十二电阻接地，其反相输入端经第十电阻接输入信号同时其反相输入端经第十一电阻接至其输出端，其输出端接至高速比较单元；

所述的高速比较单元为：比较器的反相输入端经第二电阻接至第一运算放大器/第四运算放大器的输出端，其同相输入端经第八电阻接至第三运算放大器输出端，其输出端接至三极管基集，三极管集电极经第三电阻接至正5V电压，三极管发射极经串联的第四电阻、第三二极管接至信号跟随单元，且三极管发射极经第九电阻接至负5V电压；场效应管源极经第五电阻接至第三二极管阴极，第三二极管阴极与第三运算放大器的同相输入端之间经第一电容接地；场效应管漏极经第六电阻接至场效应管栅极，Dischar信号经第五二极管接至场效应管栅极；

所述的信号跟随单元为：第三运算放大器的反相输入端接至其输出端，同相输入端接至高速比较单元中的第三二极管阴极，其输出端经第七电阻作为波峰/波谷采样端。

2.根据权利要求1所述的高频信号峰值测量电路，其特征在于：比较器的反相输入端经限幅电路连接电源，具体为：比较器的反相输入端经两个反向并联的二极管分别接至正、负5V电压。

3.根据权利要求1所述的高频信号峰值测量电路，其特征在于：波峰/波谷采样端经第二过滤电容接地。

4.根据权利要求1所述的高频信号峰值测量电路，其特征在于：所述的第一运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器均采用型号为AD8510的运算放大器。

5.根据权利要求1所述的高频信号峰值测量电路，其特征在于：所述的比较器采用型号为LT1394的比较器。

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一种高频信号峰值测量电路

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技术领域

[0001]本实用新型涉及一种测量电路，具体涉及一种高频信号峰值测量电路。

背景技术

[0002]在安规接触电流和泄漏电流测试要求中，逐渐倾向于测试产品接触电流和泄漏电流的峰值，用来更准确地判定电气防护的效果。峰值电流更适合于非正弦波形(接触电流在这里预计有更重要的价值)，但也同样适用于正弦波形。由于被测频带比较宽，例如是DC～1MHz 范围，要求波峰和波谷都能准确测量。

[0003]现有技术解决峰值测量问题主要是通过对被测信号直接采样，选用高速AD芯片，理论上可以识别出DC～1MHz信号的瞬时值，但是高速 AD芯片的价格不菲，成本难以承受。另外，通过一般的比较电路做峰值检测，准确度难以保证。[0004]本申请充分利用成熟芯片设计电路，成本控制合理，测量稳定，可以准确捕捉到被测电信号的波峰和波谷，并转换成直流信号进行采样，普通AD芯片即可。实用新型内容

[0005]针对上述问题，本申请涉及一种可以准确捕捉到被测电信号的波峰和波谷，并转换成直流信号进行采样的高频信号峰值测量电路。为解决上述问题，本申请采取的技术方案为：一种高频信号峰值测量电路，包括波谷测量电路和波峰测量电路，所述的波谷测量电路包括第一调理单元、高速比较单元、信号跟随单元，所述的波峰测量电路包括第二调理单元、高速比较单元、信号跟随单元；[0006]所述的第一调理单元为：第一运算放大器的同相输入端经第一电阻接至输入信号，其反相输入端接至其输出端，其输出端接至高速比较单元；[0007]所述的第二调理单元为：第四运算放大器的同相输入端经第十二电阻接地，其反相输入端经第十电阻接输入信号同时其反相输入端经第十一电阻接至其输出端，其输出端接至高速比较单元；

[0008]所述的高速比较单元为：比较器的反相输入端经第二电阻接至第一运算放大器/第四运算放大器的输出端，其同相输入端经第八电阻接至第三运算放大器输出端，其输出端接至三极管基集，三极管集电极经第三电阻接至正5V电压，三极管发射极经串联的第四电阻、第三二极管接至信号跟随单元，且三极管发射极经第九电阻接至负5V电压；场效应管源极经第五电阻接至第三二极管阴极，第三二极管阴极与第三运算放大器的同相输入端之间经第一电容接地；场效应管漏极经第六电阻接至场效应管栅极，Dischar信号经第五二极管接至场效应管栅极；

[0009]所述的信号跟随单元为：第三运算放大器的反相输入端接至其输出端，同相输入端接至高速比较单元中的第三二极管阴极，其输出端经第七电阻作为波峰/波谷采样端。[0010]本发明电路主要有三个部分：一是调理单元，主要负责将输入信号进行增益调理和相位转换，该电路可以分别针对交流的波峰和波谷信号进行调理，保证进入后级电路信

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号正常，即保证进入比较器反相输入端的信号为正；二是高速比较单元，用高速比较器件及外围电路配合，快速实现输入输出信号比较，控制后级电路输出信号与输入信号波峰、波谷值一致；三是信号调理单元，主要是让捕捉的峰值信号稳定的输出，变成直流信号，容易采样计算。

[0011]本发明所用到的器件成熟，而且价格容易接受，整个电路成本可控，可以准确实现设计要求。

[0012]如第一调理单元，当输入信号处在波谷位置时，负电平经过第一运算放大器反向跟随后变为正电平，给比较器反相输入端输入，比较器同相输入端与最终输出负峰值(波谷)直连。当比较器同相输入端电平低于反相输入端电平时，比较器输出端高电平控制三极管打开，给第一电容充电，直至第三运算放大器输出信号(通过反馈连接比较器同相输入端)与比较器反相输入端电平相等，这时比较器输出端电平变低，三极管关闭，停止给第一电容充电，通过这个过程不断调节第三运算放大器输出电平，保持与比较器反相输入端接收到的最高电平同等电位。这样就实现了输入信号波峰值的捕捉和保持，最终的 Peak-(波谷)信号是直流信号，当测试结束后给出Dischar信号，给第一电容放电。同理，输入信号的波峰通过第二调理单元后，正电平不翻转，直接进入相同的高速比较单元、信号跟随单元去处理，最终获得正峰值Peak+。

[0013]所述的第一运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器均采用型号为AD8510的运算放大器。

[0014]所述的比较器采用型号为LT1394的比较器。[0015]运放芯片AD8510是高速运放，能够满足我们1MHz峰值信号的测试要求，高速比较器LT1394最快反应时间7nS，也能满足设计要求。

[0016]比较器的反相输入端经限幅电路连接电源，具体为：比较器的反相输入端经两个反向并联的二极管分别接至正、负5V电压。

[0017]第三二极管阴极与第三运算放大器的同相输入端之间经第一过滤电容接地。[0018]所述的波峰/波谷采样端经第二过滤电容接地。

[0019]本申请文件中的接触电流指当人或动物触及电气装置或电气设备的一个或多个可触及部分时，通过其躯体的电流；

[0020]本申请文件中的泄漏电流指在不希望导电的路径内流过的电流，短路电流除外；[0021]本申请文件中的峰值指在所考虑的时间间隔内，变化的电流、电压或功率的最大瞬间值。

[0022]本申请电路可以准确的捕捉到Vmax和Vmin的值，并以直流信号的形式输出给后级的AD采样电路，对软件算法来说，准确的复现一个直流信号大小是比较容易的，降低了软件设计难度，增加了测量的可靠性。附图说明

[0023]图1为负峰值(波谷)测量电路图；[0024]图2为正峰值(波峰)测量电路图；[0025]图3为输入信号含有的波形图。

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具体实施方式

[0026]一种高频信号峰值测量电路，如图1、图2所示，包括波谷测量电路和波峰测量电路，所述的波谷测量电路包括第一调理单元、高速比较单元、信号跟随单元，所述的波峰测量电路包括第二调理单元、高速比较单元、信号跟随单元；[0027]所述的第一调理单元为：第一运算放大器U1的同相输入端经第一电阻R1接至输入信号Vin，其反相输入端接至其输出端，其输出端接至高速比较单元；[0028]所述的第二调理单元为：第四运算放大器U4的同相输入端经第十二电阻R12接地，其反相输入端经第十电阻R10接输入信号Vin同时其反相输入端经第十一电阻R11接至其输出端，其输出端接至高速比较单元；[0029]所述的高速比较单元为：比较器U2的反相输入端经第二电阻R2接至第一运算放大器U1/第四运算放大器U4的输出端，比较器U2的反相输入端经限幅电路连接电源，具体为：比较器U2的反相输入端经两个反向并联的二极管D1分别接至正、负5V电压。其同相输入端经第八电阻R8接至第三运算放大器U3输出端，其输出端接至三极管D2基集，三极管D2集电极经第三电阻R3接至正5V电压，三极管D2发射极经串联的第四电阻R4、第三二极管D3接至信号跟随单元，且三极管D2发射极经第九电阻R9接至负5V电压；场效应管Q1源极经第五电阻R5接至第三二极管D3阴极，第三二极管D3阴极与第三运算放大器U3的同相输入端之间经第一电容C1接地；场效应管Q1漏极经第六电阻R6接至场效应管 Q1栅极，Dischar信号经第五二极管D5接至场效应管Q1栅极；[0030]所述的信号跟随单元为：第三运算放大器U3的反相输入端接至其输出端，同相输入端接至高速比较单元中的第三二极管D3阴极，其输出端经第七电阻R7作为波峰/波谷采样端，波峰/波谷采样端经第二过滤电容C2接地。[0031]优选的，所述的第一运算放大器U1、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4均采用型号为AD8510的运算放大器。[0032]优选的，所述的比较器U2采用型号为LT1394的比较器。[0033]一般被测电信号Vin夹杂着多种信号成分，有些如图3所示，该信号的频率小于等于1MHz，本发明电路可以准确的捕捉到Vmax和Vmin 的值，并以直流信号的形式输出给后级的AD采样电路，对软件算法来说，准确的复现一个直流信号大小是比较容易的，降低了软件设计难度，增加了测量的可靠性。

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图3

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