专利名称：电网同步信号去噪声比较电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电子技术领域，涉及对三相工业用交流电同步信号生成电路的改进，具体涉及一种电网同步信号去噪声比较电路。
背景技术：
工业控制上经常需要提供精确的电网三相交流电同步信号，比如电机调速系统等场合。图1示出了单相的交流电同步信号。
现有技术的产生电网同步信号的方案如图2和图3所示。图2中，三相输入来自电网信号的交流耦合，通过迟滞比较器达到去噪声的目的。图3中，三相输入同样来自电网信号的交流耦合，通过比较器得到并不干净的方波信号，再通过数字滤波电路达到去噪声的目的。在上述两种方案中，输入的三相信号都是来自电网信号的交流耦合，电网信号本身具有波动性，因此得到的交流耦合信号的噪声比较难估计，有时候会出现很大的毛刺，同时芯片和电路板本身也产生噪声，系统的输入波形很难估计。
对于图2中迟滞比较器解决方案的特点是只要迟滞窗口大于噪声的幅度，就可以保证干净的方波输出，电路实现比较简单；但缺点是窗口设置过大，会导致输出的同步信号的边沿相对理想情况有较大的滞后，造成生成的同步信号的相位有延迟。
图3中数字去噪声方案的特点是比较器并不能保证干净的方波，需要数字去噪声电路对得到的信号进行处理；每一路信号都需要数字去噪声模块，占用的芯片面积比较大，电路实现复杂；虽然输出波形的同步度比图2方案的要好，但同步信号的边沿相对理想情况是超前的。
发明内容
本发明的发明目的是针对应用场合的特殊性和现有技术存在的各种问题，提出一种全新的高性能解决方案，能够完全去除噪声。
本发明的技术方案是电网同步信号去噪声比较电路，包括比较器单元、系统时钟同步触发器单元、采样输出控制单元、模拟去噪声电路单元和采样输出触发器单元，三相正弦波通过比较器单元产生带噪声的同步方波信号，该方波信号通过系统时钟同步触发器单元实现与系统时钟的同步，然后利用采样输出控制单元和模拟去噪声电路单元的配合工作，控制采样输出触发器单元产生精确干净的三相方波同步信号。
进一步地，所述的比较器单元由三个低输入失调、小窗口迟滞比较器组成。
所述的系统时钟同步触发器单元由系统时钟和三个触发器组成。
所述的采样输出控制单元由三个异或门，一个边沿检测模块和一个触发器组成。
所述的模拟去噪声电路单元由驱动、充电电阻、外接电容、放电MOS管P管、放电MOS管N管、两个反相器和一个与门组成。
所述的采样输出触发器单元由三个触发器组成。
所述的比较器单元由三个低输入失调、小窗口迟滞比较器组成；系统时钟同步触发器单元由系统时钟和三个触发器组成；采样输出控制单元由三个异或门，一个边沿检测模块和一个触发器组成；模拟去噪声电路单元由驱动、充电电阻、外接电容、放电MOS管P管、放电MOS管N管、两个反相器和一个与门组成；采样输出触发器单元由三个触发器组成。
本发明与现有技术比较，具有如下优点1、完全去噪声，能够输出干净的波形，而且相位误差很小。对于比较大的噪声，同样能够输出干净的波形，并且能够应付突发的噪声事件。
2、调整参数方便。对于去噪声的时间窗口，可以通过调整外接电容进行方便的调整；适用于60Hz或者50Hz的场合。
3结构简单紧凑，易于集成，占用芯片面积小。
图1为单相电网同步信号示意图。
图2为采用迟滞比较器的去噪声电路原理框图。
图3为采用比较器和数字滤波的去噪声电路原理框图。
图4为本发明的去噪声电路原理框图。
图5是本发明的实施例的电路原理框图。
图6是本发明实施例的边沿检测模块的电路原理框图。
图7是本发明实施例的边沿检测模块的输入输出波形示意图。
图8是本发明实施例的去噪声过程的波形示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图4中本发明的电网同步信号去噪声比较电路，包括比较器单元、系统时钟同步触发器单元、采样输出控制单元、模拟去噪声电路单元和采样输出触发器单元，三相正弦波通过比较器单元产生带噪声的同步方波信号，该方波信号通过系统时钟同步触发器单元实现与系统时钟的同步，然后利用采样输出控制单元和模拟去噪声电路单元的配合工作，控制采样输出触发器单元产生精确干净的三相方波同步信号。
图5示出了本发明的实施例的电路原理框图，其中比较器单元由三个低输入失调、小窗口迟滞比较器(比较器1-比较器3)组成；系统时钟同步触发器单元由系统时钟和三个触发器(触发器1、触发器2、触发器3)组成；采样输出控制单元由异或门1、异或门2、异或门3，一个边沿检测模块和触发器4组成；模拟去噪声电路单元由驱动1、充电电阻1、外接电容1、放电MOS管P管1、N管1、反相器1、反相器2和与门1组成；采样输出触发器单元由触发器5、触发器6、触发器7组成。
本发明提供实施例的整个系统电路的连接构成按各组成单元的功能和信号流程叙述如下比较器单元接受基准源和三路正弦波输入信号，输出三路带噪声的同步方波信号，送至系统时钟同步触发器单元，实现该方波信号与系统时钟的同步，然后该方波信号一方面送入采样输出控制单元，在边沿检测模块输出脉冲的作用下，生成驱动模拟去噪声电路单元工作的控制信号，另一方面在模拟去噪声电路单元的翻转电压信号作用下，改变触发状态，控制采样输出触发器单元完成对上述输入方波信号的采样，最终输出相位正确、完全去噪声的三相方波同步信号。另外，系统还接受复位信号，分别送到系统时钟同步触发器单元、采样输出控制单元、模拟去噪声电路单元和采样输出触发器单元；系统时钟信号分别送到系统时钟同步触发器单元和采样输出控制单元。其中，采样输出控制单元中边沿检测模块的电路图如图6所示，由六个反相器、七个异或门、两个与非门和一个触发器组成，其功能是用于检测输入方波信号在系统时钟上升沿的跳变并生成边沿检测脉冲，其功能实现为现有技术，为节省叙述篇幅的缘故，对其电路结构不作详述。
参考图5、图6，本发明实施例的工作过程简要叙述如下电网耦合交流三相信号的中性点作为基准源信号接到三个迟滞比较器的一端，迟滞比较器的另外一端接三路正弦波输入，比较器输出的方波信号分别通过触发器1、触发器2、触发器3与系统时钟同步，同步后的信号通过异或门1、2产生6倍频的方波信号，如果输入噪声幅度大于迟滞比较器的窗口，那么这个6倍频的方波信号的边沿附近将有数字噪声。
此后经过边沿检测模块，6倍频的方波信号产生如图7所示的波形，该模块检测方波在系统时钟上升沿的跳变，在系统时钟下降沿处输出一个脉冲。
起始时触发器4的Q端输出为低电平。当边沿检测模块输出一个脉冲的时候，触发器4的输出Q产生了一个上升沿，使触发器5-触发器7对输入采样，同时Q变为低电平，使P管1和N管2关断，驱动1通过电阻1对电容1进行充电，充电的时间常数为电阻1和电容1的乘积。电容1上的电压缓慢的上升到反相器1的翻转电压，在此过程中，即便边沿检测模块再输出脉冲，触发器4的输出不变，使得触发器5-触发器7的输出锁定，不再变化。当电容1的电压达到反相器的翻转电压时，反相器的输出通过与门1提供给触发器4一个清零信号，触发器4的Q输出为低电平，Q输出为高电平，P管1和N管1开启，电容C通过他们进行放电，因为P管1和N管1开启的时候电阻很小，电容迅速放电，反相器1的输出重新变为高电平，触发器4重新处于待触发的状态。
通过电阻1对电容1的缓慢充电过程，使在设定时间里，触发器5-触发器7只能被触发一次，从而消除了数字噪声。图8显示了去噪声过程的示意波形。
本发明采用低输入失调、小窗口迟滞比较器，再经过模拟去噪声控制环节，保证了输出电网同步信号相位的准确性和完全去噪声的要求，能够提供精确的三相交流电同步信号，适用于工业上功率控制中需要三相交流电同步信号的应用场合，比如电机调速系统等。
权利要求
1.一种电网同步信号去噪声比较电路，包括比较器单元、系统时钟同步触发器单元、采样输出控制单元、模拟去噪声电路单元和采样输出触发器单元，三相正弦波通过比较器单元产生带噪声的同步方波信号，该方波信号通过系统时钟同步触发器单元实现与系统时钟的同步，然后利用采样输出控制单元和模拟去噪声电路单元的配合工作，控制采样输出触发器单元产生精确干净的三相方波同步信号。
2.按照权利要求1所述的电网同步信号去噪声比较电路，其特征是所述的比较器单元由三个低输入失调、小窗口迟滞比较器组成。
3.按照权利要求1所述的电网同步信号去噪声比较电路，其特征是所述的系统时钟同步触发器单元由系统时钟和三个触发器组成。
4.按照权利要求1所述的电网同步信号去噪声比较电路，其特征是所述的采样输出控制单元由三个异或门，一个边沿检测模块和一个触发器组成。
5.按照权利要求1所述的电网同步信号去噪声比较电路，其特征是所述的模拟去噪声电路单元由驱动、充电电阻、外接电容、放电MOS管P管、放电MOS管N管、两个反相器和一个与门组成。
6.按照权利要求1所述的电网同步信号去噪声比较电路，其特征是所述的采样输出触发器单元由三个触发器组成。
7.按照权利要求1所述的电网同步信号去噪声比较电路，其特征是所述的比较器单元由三个低输入失调、小窗口迟滞比较器组成；系统时钟同步触发器单元由系统时钟和三个触发器组成；采样输出控制单元由三个异或门，一个边沿检测模块和一个触发器组成；模拟去噪声电路单元由驱动、充电电阻、外接电容、放电MOS管P管、放电MOS管N管、两个反相器和一个与门组成；采样输出触发器单元由三个触发器组成。
全文摘要
本发明涉及一种电网同步信号去噪声比较电路，包括比较器单元、系统时钟同步触发器单元、采样输出控制单元、模拟去噪声电路单元和采样输出触发器单元，三相正弦波通过比较器单元产生带噪声的同步方波信号，该方波信号通过系统时钟同步触发器单元实现与系统时钟的同步，然后利用采样输出控制单元和模拟去噪声电路单元的配合工作，控制采样输出触发器单元产生精确干净的三相方波同步信号。本发明解决了电网同步信号相位准确性和完全去噪声的问题，能够提供精确的三相交流电同步信号，适用于工业上功率控制中需要三相交流电同步信号的应用场合，比如电机调速系统等。
文档编号H03K4/02GK101051830SQ20071001385
公开日2007年10月10日 申请日期2007年3月27日 优先权日2007年3月27日
发明者韩志刚, 冯晖, 吴杰 申请人:上海凸现电子科技有限公司