一种脉冲信号参数测量采集系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种脉冲信号参数测量采集系统，包括控制单元、采集单元、通信单元、第一MUX、第二MUX、第一缓冲器及第二缓冲器；所述采集单元包括探测器阵列及与所述探测器阵列相连接的五路模拟单元，所述模拟单元包括信号分配单元、以及分别与所述信号分配单元的三个输出端相连接的正向积分电路、高速峰值保持电路、以及展宽和电平抬升电路；通过本实用新型所述的脉冲信号参数测量采集系统可以同时对五路高速脉冲信号进行测量，其中任意一个通道有效即可启动采集系统，同时可以采集脉冲信号的振幅范围为250mV至1.7V、宽度范围为50ns至200ns的脉冲信号，结构简单、操作方便。
【专利说明】一种脉冲信号参数测量采集系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种脉冲信号处理设备，具体涉及一种脉冲信号参数测量采集系统。
【背景技术】
[0002]在光电通讯，计算机应用领域中，常常需要对在一定宽度范围且上升时间为ns量级信号的积分，峰值和半宽进行研究，而这种信号本身不能被A/D转换器采集，必须经过高速峰值保持电路以及积分电路等一系列电路结构处理，进入MCU并发送到主机PC。
[0003]在一般的应用领域，输入高速脉冲的宽度和幅度相对固定，保持电路直接进入FPGA器件进行运算和发送。在特定领域，输入脉冲要求一定宽度和幅度范围，且功率受到一定限制，用FPGA搭建的系统无法满足功耗要求。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种能够克服传统的脉冲信号采集系统采集的脉冲信号宽度及幅度窄、功率受限制等缺陷的脉冲信号参数测量采集系统。
[0005]为达到上述目的，本实用新型所述的脉冲信号参数测量采集系统，包括控制单元、采集单元、通信单元、第一 MUX、第二 MUX、第一缓冲器及第二缓冲器；所述采集单元包括探测器阵列及与所述探测器阵列相连接的五路模拟单元，所述模拟单元包括信号分配单元、以及分别与所述信号分配单元的三个输出端相连接的正向积分电路、高速峰值保持电路、以及展宽和电平抬升电路；所述正向积分电路的输出端与所述第一 MUX的输入端相连接，所述第一缓冲器的输入端及输出端分别与所述第一 MUX的输出端及所述控制单元的输入端相连接；所述高速峰值保持电路的输出端与所述第二 MUX的输入端相连接，所述第二缓冲器的输入端及输出端分别与所述第二 MUX的输出端及所述控制单元的输入端相连接，所述展宽和电平抬升电路的输出端与所述控制单元的输入端相连接，所述控制单元的输出端与所述通信单元的输入端相连接，所述第一 MUX及第二 MUX的控制端与所述控制单元相连接。
[0006]所述探测器阵列采集所述五路上升沿的上升时间最多为IOns的脉冲信号，并将所述脉冲信号通过通道输入到所述五路模拟单元中，所述模拟单元通过信号分配单元将所述脉冲信号分为三路，其中，第一路脉冲信号经所述正向积分电路正向积分得到脉冲信号的电压积分值；第二路脉冲信号经所述高速峰值保持电路得到所述脉冲信号的电压峰值；第三路脉冲信号经所述展宽和电平抬升电路处理后得触发信号，所述触发信号经通道通过输入到所述控制单元中，所述脉冲信号的电压积分值经通道后输入到所述第一 MUX中，所述脉冲信号的电压峰值经通道后输入到所述第二 MUX中。
[0007]所述控制单元包括单片机以及与所述单片机相连接的数据存储器、程序存储器及管脚扩展模块。
[0008]所述通信单元包括1553B总线及串口通信芯片，所述1553B总线与所述控制单元相连接，所述串口通信芯片与所述单片机的RXD端及TXD端相连接。
[0009]所述正向积分电路包括运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电容Cl，所述电阻Rl的一端接地，另一端与所述运算放大器的反相输入端相连接，所述电阻R2的两端分别与所述运算放大器的反相输入端及输出端相连接，所述电阻R4的两端分别与所述运算放大电路的输出端及同相输入端相连接，所述电容Cl的一端与所述运算放大电路的同相输入端相连接，另一端接地，所述电阻R3的一端接入所述脉冲信号，另一端与所述运算放大电路的同相输入端相连接。
[0010]所述峰值保持电路包括跨导运算放大器、缓冲器、开关二极管、保持电容及恒流源，所述跨导运算放大器的反相输入端与所述缓冲器的输出端相连接，所述跨导运算放大器的输出端分别与所述恒流源及开关二极管的一端相连接，所述缓冲器的输入端与所述开关二极管的另一端及所述保持电容的一端相连接，所述保持电容的另一端接地。
[0011]本实用新型具有以下有益效果:
[0012]本实用新型可以同时测量五路上升沿的上升时间最多为IOns的脉冲信号，当五路脉冲信号中任意一路脉冲信号有效时，即可启动采集系统，从而可以对单次出现的IOns上升沿脉冲可以实现准确的捕捉，另外可以通过展宽和电平抬升电路对脉冲信号进行展宽及电平抬高，从而使采集脉冲信号的振幅范围为250mV至1.7V、宽度范围为50ns至200ns的脉冲信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的结构示意图；
[0014]图2为本实用新型中控制单元机与通信单元7的结构示意图；
[0015]图3为本实用新型中正向积分电路的电路图；
[0016]图4为本实用新型中高速峰值保持电路的电路图；
[0017]图5为本实用新型中采集单元的原理图；
[0018]图6为本实用新型中单片机6接收触发信号的原理图；
[0019]图7为本实用新型的另一结构示意图；
[0020]其中:1为探测器阵列、2为第一 MUX、3为第二 MUX、4为第一缓冲器、5为第二缓冲器、6为单片机、7为通信单元、8为程序存储器、9为数据存储器、10为串口通信芯片、11为1553B总线。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述:
[0022]参考图1及图2，本实用新型包括控制单元、采集单元、通信单元7、第一 MUX2、第二 MUX3、第一缓冲器4及第二缓冲器5相连接。采集单元包括探测器阵列I及与探测器阵列I相连接的五个模拟单元，所述探测器阵列I通过第一通道、第二通道、第三通道、第四通道及第五通道分别与五个模拟单元相连接。模拟单元包括信号分配单元、正向积分电路、高速峰值保持电路、展宽和电平抬升电路，信号分配单元的三个输出端分别与正向积分电路、高速峰值保持电路、以及展宽和电平抬升电路的输入端相连接，采集单元中的五路正向积分电路的输出端分别通过第一通道、第二通道、第三通道、第四通道及第五通道与第一 MUX2的输入端相连接，第一缓冲器4的输入端及输出端分别与第一 MUX2的输出端及单片机6的P0.1端口相连接，采集单元中的五路高速峰值保持电路的输出端分别通过第一通道、第二通道、第三通道、第四通道及第五通道与第二MUX3的输入端相连接，第二缓冲器5的输入端及输出端分别与第二 MUX3的输出端及单片机6的P0.3端口相连接，其中所述第一 MUX2及第二 MUX3的控制端与单片机6 的Pl.6端口、Pl.7端口、P2.6端口及P2.7端口相连接，采集单元中的五路展宽和电平抬升电路通过第一通道、第二通道、第三通道、第四通道及第五通道分别与单片机6的EXINT输入口、HSIO输入口、HSI I输入口、HSI2输入口及HSI3输入口相连接，其中第一通道与单片机6的EXINT输入口相连接，所述第一通道为最灵敏的探测通道。
[0023]单片机6的控制端口与控制总线相连接，单片机6的P4端口与地址总线高8位相连接，单片机6的P3端口与管脚扩展模块一端及数据总线相连接，管脚扩展模块的另一端与地址总线低8位相连接，数据存储器9、1553B总线11及程序存储器8均与控制总线、地址总线高8位、地址总线低8位及数据总线相连接。另外,所述单片机6的RXD端及TXD端分别与串口通信芯片10相连接。
[0024]另外，参考图3，正向积分电路包括运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电容Cl，电阻Rl的一端接地，另一端与运算放大器的反相输入端相连接，电阻R2的两端分别与运算放大器的反相输入端及输出端相连接，电阻R4的两端分别与运算放大电路的输出端及同相输入端相连接，电容Cl的一端与运算放大电路的同相输入端相连接，另一端接地，电阻R3的一端接入脉冲信号，另一端与运算放大电路的同相输入端相连接。
[0025]运放工作在线性区且处于深度负反馈状态，设电容Cl电压为VC1，利用虚短的概念可知V-=VCl ;再利用虚断可知流过电阻Rl的电流与流过电阻R2的电流相等。
[0026]那么就有:Vo=2Vcl，且流过R4的电流Ir4=Vcl/R4，设流过Cl的电流为Icl，利用接点电流定律可知:Ir3+Ir4+Icl=0，假设R1=R2=R3=R4=R，可以推出Icl=Vl/R，Vcl=I/RlCl / Vidt 则 Vo=2/RlCl / Vidt0
[0027]参考图4，峰值保持电路包括跨导运算放大器、缓冲器、开关二极管、保持电容及恒流源，跨导运算放大器的反相输入端与缓冲器的输出端相连接，跨导运算放大器的输出端分别与恒流源及开关二极管的一端相连接，缓冲器的输入端与开关二极管的另一端及保持电容的一端相连接，保持电容的另一端接地。
[0028]其中，G为跨导运算放大器，B为缓冲器，D为开关二极管，C为保持电容，I为恒流源。通过电压反馈，二极管的导通电压被抵消，弥补了输出存在导通电压差的不足。
[0029]对于跨导运算放大器的输出电流有
[0030]i = g (V1-V0)
[0031]其中，g为跨导，Vp V。分别为输入、输出电压。其电路的频率特性为「 ， V I S(K-K)
[0032]K = -~ =-:-
j 0)CJ (OC
[0033]系统电压转移函数为
,、 K I
Ι? ((?) =—=-
[0034]、，Vi 丨 + CO),
σ[0035]
【权利要求】
1.一种脉冲信号参数测量采集系统，其特征在于，包括控制单元、采集单元、通信单元(7)、第一 MUX (2)、第二 MUX (3)、第一缓冲器(4)及第二缓冲器(5);所述采集单元包括探测器阵列(I)及与所述探测器阵列(I)相连接的五路模拟单元，所述模拟单元包括信号分配单元、以及分别与所述信号分配单元的三个输出端相连接的正向积分电路、高速峰值保持电路、以及展宽和电平抬升电路； 所述正向积分电路的输出端与所述第一 MUX (2)的输入端相连接，所述第一缓冲器(4)的输入端及输出端分别与所述第一 MUX (2)的输出端及所述控制单元的输入端相连接；所述高速峰值保持电路的输出端与所述第二 MUX (3)的输入端相连接，所述第二缓冲器(5)的输入端及输出端分别与所述第二 MUX (3)的输出端及所述控制单元的输入端相连接，所述展宽和电平抬升电路的输出端与所述控制单元的输入端相连接，所述控制单元的输出端与所述通信单元(7)的输入端相连接，所述第一 MUX (2)及第二 MUX (3)的控制端与所述控制单元相连接。
2.根据权利要求1所述的脉冲信号参数测量采集系统，其特征在于，所述探测器阵列(I)采集所述五路上升沿的上升时间最多为IOns的脉冲信号，并将所述脉冲信号通过通道输入到所述五路模拟单元中，所述模拟单元通过信号分配单元将所述脉冲信号分为三路，其中，第一路脉冲信号经所述正向积分电路正向积分得到脉冲信号的电压积分值；第二路脉冲信号经所述高速峰值保持电路得到所述脉冲信号的电压峰值；第三路脉冲信号经所述展宽和电平抬升电路处理后得触发信号，所述触发信号经通道通过输入到所述控制单元中，所述脉冲信号的电压积分值经通道后输入到所述第一 MUX (2)中，所述脉冲信号的电压峰值经通道后输入到所述第二 MUX (3)中。
3.根据权利要求1所述的脉冲信号参数测量采集系统，其特征在于，所述控制单元包括单片机(6)以及与所述单片机(6)相连接的数据存储器(9)、程序存储器(8)及管脚扩展模块。
4.根据权利要求3所述的脉冲信号参数测量采集系统，其特征在于，所述通信单元(7)包括1553B总线(11)及串口通信芯片(10)，所述1553B总线(11)与所述控制单元相连接，所述串口通信芯片(10)与所述单片机(6)的RXD端及TXD端相连接。
5.根据权利要求1所述的脉冲信号参数测量采集系统，其特征在于，所述正向积分电路包括运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电容Cl，所述电阻Rl的一端接地，另一端与所述运算放大器的反相输入端相连接，所述电阻R2的两端分别与所述运算放大器的反相输入端及输出端相连接，所述电阻R4的两端分别与所述运算放大电路的输出端及同相输入端相连接，所述电容Cl的一端与所述运算放大电路的同相输入端相连接，另一端接地，所述电阻R3的一端接入所述脉冲信号，另一端与所述运算放大电路的同相输入端相连接。
6.根据权利要求1所述的脉冲信号参数测量采集系统，其特征在于，所述峰值保持电路包括跨导运算放大器、缓冲器、开关二极管、保持电容及恒流源，所述跨导运算放大器的反相输入端与所述缓冲器的输出端相连接，所述跨导运算放大器的输出端分别与所述恒流源及开关二极管的一端相连接，所述缓冲器的输入端与所述开关二极管的另一端及所述保持电容的一端相连接，所述保持电容的另一端接地。
【文档编号】H03K5/125GK203491993SQ201320567693
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】郭涛, 孙鑫, 姚清, 马玉新 申请人:陕西特恩电子科技有限公司