阅读说明：本技术 一种同步触发脉冲产生电路 (Synchronous trigger pulse generating circuit ) 是由 王承超 盛庆华 绳春旭 李竹 于 2020-04-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种同步触发脉冲产生电路,波形输出电路包括第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器,第一电压比较器的同相输入端接入正弦波信号,其反向输入端接零点电压,第一电压比较器的输出端经第一RC滤波器输出第一方波信号VOUT_1；第二电压比较器的同相输入端接入第一方波信号VOUT_1,其反向输入端接低电平基准电压V<Sub>ref</Sub>,第二电压比较器的输出端经第二RC滤波器输出第二方波信号VOUT_2；第一电压比较器的同相输入端接入第二方波信号VOUT_2,其反向输入端接入第一方波信号VOUT_1,第三电压比较器的输出端输出同步脉冲信号。本发明具有体积小、结构简单、稳定性强等优点,输出的同步脉冲信号与输入的变频正弦波信号相位同步,方便后级传感器电路检测。(The invention discloses a synchronous trigger pulse generating circuit, wherein a waveform output circuit comprises a first voltage comparator, a second voltage comparator and a third voltage comparator, wherein the in-phase input end of the first voltage comparator is connected with a sine wave signal, the reverse input end of the first voltage comparator is connected with a zero voltage, and the output end of the first voltage comparator outputs a first square wave signal VOUT _1 through a first RC filter; the non-inverting input end of the second voltage comparator is connected with the first square wave signal VOUT _1, and the inverting input end of the second voltage comparator is connected with the low-level reference voltage V ref The output end of the second voltage comparator outputs a second square wave signal VOUT _2 through a second RC filter; the non-inverting input end of the first voltage comparator is connected to the second square wave signal VOUT _2, the inverting input end of the first voltage comparator is connected to the first square wave signal VOUT _1, and the output end of the third voltage comparator outputs a synchronous pulse signal. The invention has the advantages of small volume, simple structure, strong stability and the like, and the phase of the output synchronous pulse signal is synchronous with the phase of the input variable-frequency sine wave signalAnd the detection of the sensor circuit at the later stage is facilitated.)

一种同步触发脉冲产生电路

技术领域

本发明属于信号转换领域，具体涉及一种同步触发脉冲产生电路。

背景技术

在信号与信息处理技术的应用中，经常需要把前端输入的变频变幅的正弦波信号转化为高精度的同步脉冲信号作为触发激励,送到后端采集卡，触发采集卡工作。采用传统的模拟电路或者施密特触发器将正弦波转换成脉冲输出信号，其对输入波形的幅值、频率要求较高，产生的脉冲信号具有明显的迟滞性，影响后端采集，无法满足现阶段同步、高精度的信号采集要求；另一方面，如果采用FPGA(Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列)产生同步脉冲控制信号，需要大量的***器件与高精度的数字处理芯片，包括信号接收单元、参数处理单元、锁相环单元(PLL单元)、脉冲生成单元、脉冲输出单元等，虽然能够产生符合采集要求的脉冲信号，但是造价昂贵，体积巨大，不能广泛的安装在传感信号采集装置之中。

针对以上这种情况，进行研究，希望能够改变传统的技术缺陷，同时降低生产成本，设计出一种符合高精度采集要求的同步脉冲信号产生电路。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种同步触发脉冲产生电路，利用比较器产生同步脉冲信号，从而克服传统门电路模拟技术产生的脉冲信号存在稳定性差、延迟高的缺陷，同时降低了电路成本。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：

一种同步触发脉冲产生电路，至少包括电源转换电路和波形输出电路，其中，

所述电源转换电路用于给波形输出电路提供供电电压和比较基准电压；

所述波形输出电路包括第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器，其中，第一电压比较器的同相输入端接入正弦波信号，其反向输入端接零点电压，第一电压比较器的输出端经第一RC滤波器输出第一方波信号VOUT_1；第二电压比较器的同相输入端接入第一方波信号VOUT_1，其反向输入端接低电平基准电压V_ref，第二电压比较器的输出端经第二RC滤波器输出第二方波信号VOUT_2；第一电压比较器的同相输入端接入第二方波信号VOUT_2，其反向输入端接入第一方波信号VOUT_1，第三电压比较器的输出端输出同步脉冲信号；

所述第一电压比较器正电源输入端输入+2.5V，负电源输入端输入-1.2V，第一方波信号VOUT_1的高电平为+2.5V，其低电平-1.2V；

所述第二电压比较器正电源输入端输入+3.3V，负电源输入端输入0V，第二方波信号VOUT_2的高电平为+3.3V，其低电平为0V；

所述的第三电压比较器中比较器正电源输入端输入+3.3V，负电源输入端输入0V，同步脉冲信号的高电平为+3.3V，其低电平为0V。

作为进一步的改进方案，第一RC滤波器和第二RC滤波器为串联电阻与并联电容构成RC低通滤波器，用于滤除高频噪声与周期性的波动信号以得到上升沿变缓的方波信号。

作为进一步的改进方案，所述第二电压比较器的同相输入端和第三比较器的反向输入端设置限流电阻。

作为进一步的改进方案，所述同步脉冲信号的脉宽为几ns～几十ns之间。

作为进一步的改进方案，所述电源转换电路至少包括三路独立的DC-DC转换电路，用于分别给波形输出电路中的比较器供电。

作为进一步的改进方案，所述电源转换电路还包括电阻分压电路，所述电阻分压电路利用串联分压，输出0-2.5V范围内的低电平基准电压V_ref。

作为进一步的改进方案，还包括缓冲器电路，所述的缓冲器电路用于将输入的变频变幅正弦波信号输出为无偏置电压的低阻抗正弦波信号。

上述技术方案中，将输入的变频正弦波信号经过电压跟随器后，产生无偏置信号的低阻抗正弦波，然后输入给第一电压比较器的同向输入端,第一电压比较器输出信号经过RC滤波器产生高电平+2.5V、低电平-1.2V的方波信号VOUT_1，然后将方波信号VOUT_1输入第二电压比较器的同向输入端，与第二电压比较器的反向输入端输入的低电平电压信号Vref比较，第二电压比较器输出信号经过RC滤波器输出高电平+3.3V、低电平0V的方波信号VOUT_2，由于方波信号VOUT_1与VOUT_2之间存在固定相位差，将第一电压比较器输出的方波信号VOUT_1输入第三电压比较器的正向输入端，第二电压比较器输出的方波信号VOUT_2输入第三电压比较器的反向输入端，第三电压比较器会产生同步脉冲信号，此脉冲与输入正弦波同相位，方便后级传感器电路检测，整个电路过程中的芯片供电由系统中的电源转换电路提供。

与现有技术相比，采用本发明的技术方案，将输入的变频正弦波信号经过电压跟随器产生无偏置低阻抗正弦波，经过两个不同电源输入的比较器产生对应电平的方波信号VOUT_1与方波信号VOUT_2，由于两个信号之间存在固定相位差，其两个上升沿的差值可以通过比较器输出即为输出的同步脉冲信号。本发明的优点在于体积小、结构简单、稳定性强，输出的同步脉冲信号与输入的变频正弦波信号相位同步，方便后级传感器电路检测。

附图说明

图1为本发明的系统电路示意图；

图2为图1中的电源转换电路示意图；

图3为图1中的电阻分压电路示意图；

图4为图1中的缓冲器电路示意图；

图5为图1中的波形输出电路示意图；

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明提供一种将正弦波转化为同步控制脉冲输出的电路，主要由电源转换电路、电阻分压电路、隔离输入电路与波形输出电路等部分构成。其中，电源转换电路用于给波形输出电路提供供电电压和比较基准电压；

波形输出电路包括第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器，其中，第一电压比较器的同相输入端接入正弦波信号，其反向输入端接零点电压，第一电压比较器的输出端经第一RC滤波器输出第一方波信号VOUT_1；第二电压比较器的同相输入端接入第一方波信号VOUT_1，其反向输入端接低电平基准电压V_ref，第二电压比较器的输出端经第二RC滤波器输出第二方波信号VOUT_2；第一电压比较器的同相输入端接入第二方波信号VOUT_2，其反向输入端接入第一方波信号VOUT_1，第三电压比较器的输出端输出同步脉冲信号；

所述电源转换电路至少包括三路独立的DC-DC转换电路，用于分别给波形输出电路中的比较器供电。电源转换电路分别输出高精度、低噪声电压+3.3V，+2.5V，-1.2V电压分别为波形输出电路中的比较器正电源输入端、负电源输入端与低电压电平信号供电；

第一电压比较器中比较器正电源输入端输入+2.5V，负电源输入端输入-1.2V，输出端接串联电阻与并联电容构成RC低通滤波器滤除高频噪声与周期性的波动信号，得到上升沿变缓的方波信号VOUT_1，该信号高电平为+2.5V，低电平-1.2V；

第二电压比较器中比较器正电源输入端输入+3.3V，负电源输入端输入0V，由于第二电压比较器与第一电压比较器的电压源不同，需要在比较器同相输入端添加限流电阻防止比较器被烧毁，输出端接串联电阻与并联电容构成RC滤波器滤除高频噪声与周期性的波动信号，得到上升沿变缓的方波信号VOUT_2，该信号高电平为+3.3V，低电平为0V；

第三电压比较器中比较器正电源输入端输入+3.3V，负电源输入端输入0V，由于第三电压比较器与第一电压比较器的电压源不同，需要在比较器同相输入端添加限流电阻防止比较器被烧毁，输出端输出峰值为3.3V的同步脉冲信号。

第一RC滤波器和第二RC滤波器为串联电阻与并联电容构成RC低通滤波器，用于滤除高频噪声与周期性的波动信号以得到上升沿变缓的方波信号。

由于第二电压比较器与第一电压比较器的电压源不同，需要在比较器同相输入端添加限流电阻防止比较器被烧毁；由于第三电压比较器与第一电压比较器的电压源不同，需要在比较器同相输入端添加限流电阻防止比较器被烧毁。作为进一步的改进方案，第二电压比较器的同相输入端和第三比较器的反向输入端设置限流电阻。

作为进一步的改进方案，所述同步脉冲信号的脉宽为几ns～几十ns之间。

作为进一步的改进方案，所述电源转换电路还包括电阻分压电路，所述电阻分压电路利用串联分压，输出0-2.5V范围内的低电平基准电压V_ref。

作为进一步的改进方案，还包括缓冲器电路，所述的缓冲器电路用于将输入的变频变幅正弦波信号输出为无偏置电压的低阻抗正弦波信号。

参见图2，所示为本发明的电源转换电路示意图，分别输出+3.3V、+2.5V、-1.2V电平用于给电压比较器提供电源，所述的电源转换电路进一步包括电压输入端子JP1,精密可调电位器RP1,精密可调电位器RP2,精密可调电位器RP3，第一线性稳压芯片U1、第二线性稳压芯片U2、第三线性稳压芯片U3，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7，第一贴片电容C1，第二贴片电容C2，第三贴片电容C3，第一贴片电容C4，第一贴片电容C5，第一贴片电容C6，第一贴片电容C7，第一贴片电容C8，第一贴片电容C9，第一贴片电容C10，第一贴片电容C11，第一贴片电容C12，第一贴片电容C13，第一贴片电容C14，第一贴片电容C15，第一贴片电容C16，第一贴片电容C17，第一贴片电容C18，第一贴片电容C19，第一贴片电容C20，第一贴片电容C21，第一贴片电容C22，其中，所述的电压输入端子JP1为KF301-5.0-3P，所述第一线性稳压芯片U1和第二线性稳压芯片U2为TPS7A4701RGWR，第三线性稳压芯片为TPS7A3301RGWT。

所述的电源转换电路中电压输入端子JP1连接外部输入电压，JP1的第一引脚接外部输入-5V，第三引脚接外部输入+5V，第二引脚接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接地线；所述的第一贴片电容C1和第二贴片电容C2的一端接+5V，第一贴片电容C1和第二贴片电容C2的另一端接地线；所述的第三贴片电容C3和第四贴片电容C4的一端接-5V，第三贴片电容C3和第四贴片电容C4的另一端接地线；所述的第一线性稳压芯片U1的15脚和16脚接芯片电源输入+5V，同时连接第五贴片电容C5和第六贴片电容C6的一端，所述的第五贴片电容C5和第六贴片电容C6的另一端接地线，线性稳压芯片U1的1、20引脚接电源输出+3.3V，同时连接第七贴片电容C7、第八贴片电容C8、第九贴片电容C9、第二电阻R2的一端，其中所述的第七贴片电容C7、第八贴片电容C8另一端接地线，所述的第九贴片电容C9的另一端接所述的线性稳压芯片U1的3引脚，所述的第二电阻R2的另一端接精密可调电位器RP1的第一引脚，所述的第一线性稳压芯片U1的3引脚接所述的电位器RP1的第二引脚和第三引脚，同时接第三电阻R3的一端，所述的第三电阻R3的另一端接地线，线性稳压芯片U1的14引脚接第十贴片电容C10的一端，所述的第十贴片电容C10的另一端接地线，线性稳压芯片U1的2、7、17、18、19、21接地线，其余引脚悬空放置；所述的第二线性稳压芯片U2的15脚和16脚接芯片电源输入+5V，同时连接第十一贴片电容C11和第十二贴片电容C12的一端，所述的第十一贴片电容C11和第十二贴片电容C12的另一端接地线，线性稳压芯片U2的1、20引脚接电源输出+2.5V，同时连接第十三贴片电容C13、第十四贴片电容C14、第十五贴片电容C15、第四电阻R4的一端，其中所述的第十三贴片电容C13、第十四贴片电容C14另一端接地线，所述的第十五贴片电容C15的另一端接所述的线性稳压芯片U2的3引脚，所述的第四电阻R4的另一端接精密可调电位器RP2的第一引脚，所述的第二线性稳压芯片U2的3引脚接所述的电位器RP2的第二引脚和第三引脚，同时接第五电阻R5的一端，所述的第五电阻R5的另一端接地线，线性稳压芯片U2的14引脚接第十六贴片电容C16的一端，所述的第十六贴片电容C16的另一端接地线，线性稳压芯片U2的2、7、17、18、19、21接地线，其余引脚悬空放置；所述的第三线性稳压芯片U3的15脚和16脚接芯片电源输入+5V，同时连接第十七贴片电容C17和第十八贴片电容C18的一端，所述的第十七贴片电容C17和第十八贴片电容C18的另一端接地线，线性稳压芯片U3的1、20引脚接电源输出-1.2V，同时连接第十九贴片电容C19、第二十贴片电容C20、第二十一贴片电容C21、第六电阻R6的一端，其中所述的第十九贴片电容C19、第二十贴片电容C20另一端接地线，所述的第二十一贴片电容C21的另一端接所述的线性稳压芯片U3的3引脚，所述的第六电阻R6的另一端接精密可调电位器RP3的第一引脚，所述的第三线性稳压芯片U3的3引脚接所述的电位器RP3的第二引脚和第三引脚，同时接第七电阻R7的一端，所述的第七电阻R7的另一端接地线，线性稳压芯片U3的14引脚接第二十二贴片电容C22的一端，所述的第二十二贴片电容C22的另一端接地线，线性稳压芯片U3的2、7、17、18、19、21接地线，其余引脚悬空放置；

参见图3，所示为本发明的电阻分压电路示意图，使用电阻将所述的电源转换电路中输出的+2.5V电压分压得到低电平电压Vref，电阻分压电路进一步包括第十一电阻R11，第十二电阻R12，第二十九贴片电容C29，第三十贴片电容C30；

所述的电阻分压电路中第十一电阻R11的一端接所述的电源转换电路中线性稳压芯片U2输出的+2.5V，所述的第十一电阻R11的另一端接低电平信号输出Vref；所述的第二十九贴片电容C29的一端接所述的电源转换电路中线性稳压芯片U2输出的+2.5V，另一端接地线；所述的第十二电阻R12和第三十贴片电容C30的一端接低电平信号输出Vref，另一端接地线；

因为通常意义上的传感器系统输出的正弦波信号为峰峰值不断变化，信号带宽在1MHz-10MHz之间，带有毛刺、噪声的待处理信号，需要经过滤波电容与电压跟随器降低输出阻抗，处理后输出给比较器。参见图4，所示为本发明的缓冲器电路示意图，缓冲器电路将输入正弦波信号经过RC高通滤波后接入运算放大器正向输入端，输出信号OPAOUT；运算放大器构成的电压跟随器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，隔直通交，隔离前后级电路，消除它们之间的相互影响，有效的降低了信号的消耗，降低对后级比较器的干扰。

缓冲器电路进一步包括第一信号输入端子SIN_1，第四运算放大器芯片U4，第八贴片电阻R8，第九贴片电阻R9，第十贴片电阻R10，第二十三贴片电容C23，第二十四贴片电容C24，第二十五贴片电容C25，第二十六贴片电容C26，第二十七贴片电容C27，第二十八贴片电容C28，其中，所述的第四运算放大器芯片为OPA690，第一信号输入端子SIN_1为SMA_KE母座。

其中，所述的隔离输入模块的信号输入端子SIN_1的第二引脚接模拟地，第一引脚接第二十三贴片电容C23的一端，所述的第二十三贴片电容C23的另一端接第四运算放大器芯片U4的3引脚，同时接第九电阻R9的一端，所述的第九电阻R9的另一端接模拟地，所述的第四运算放大器芯片U4的7、8引脚接芯片正电源输入+5V，4引脚接芯片负电源输入-5V,2引脚接第八电阻R8，所述的第八电阻R8的另一端接所述的运算放大器芯片U4的6引脚，即输出的隔离之后的正弦波信号OPAOUT；所述的第十电阻R10一端接模拟地，另一端接地线；所述的第二十四贴片电容C24与第二十五贴片电容C25一端接电源输入+5V，另一端接模拟地；所述的第二十六贴片电容C26与第二十七贴片电容C27一端接电源输入-5V，另一端接模拟地；所述的第二十八贴片电容C28一端接电源输入+5V，另一端接电源输入-5V。

波形输出电路将低阻抗的OPAOUT正弦波信号经过第一电压比较器和RC滤波器输出方波信号VOUT_1，构成第一电压比较器；输出的方波信号VOUT_1经过限流电阻后输入第二电压比较器的同相输入端，低电平电压信号V_ref输入第二电压比较器的反相输入端，经过第二电压比较器和RC滤波器输出方波信号VOUT_2，构成第二电压比较器；方波信号VOUT_1经过限流电阻后输入第三电压比较器的同相输入端，方波信号VOUT_2输入第二电压比较器的反相输入端，经过第二电压比较器输出同步脉冲信号构成第三电压比较器。

参见图5，所示为本发明的的波形输出电路示意图，将获取的隔离后的输入正弦波经过变换整形后产生同步脉冲信号并输出，比较器电路进一步包括第五电压比较器芯片U5，第六电压比较器芯片U6，第七电压比较器芯片U7，第二信号输出端子OUT_1，第十三电阻R13，第十四电阻R14，第十五电阻R15，第十六电阻R16，第十七电阻R17，第三十一贴片电容C31,第三十二贴片电容C32,第三十三贴片电容C33,第三十四贴片电容C34,第三十五贴片电容C35,第三十六贴片电容C36,第三十七贴片电容C37,第三十八贴片电容C38,第三十九贴片电容C39,第四十贴片电容C40；其中，所述的第五电压比较器芯片U5，第六电压比较器芯片U6，第七电压比较器芯片U7均为TLV3501，第二信号输出端子OUT_1为SMA_KE母座。

在比较器电路中，所述的第五电压比较器芯片U5的3引脚接所述的隔离输出的正弦波信号OPAOUT，电压比较器芯片U5的4、8引脚接电源转换电路输出的-1.2V，7引脚接电源转换电路输出的+2.5V，2引脚接地线，1、5引脚悬空放置，电压比较器芯片U5的6引脚接第十三电阻R13的一端，所述的第十三电阻R13的另一端输出方波信号VOUT_1，同时连接第三十三贴片电容C33的一端，所述的第三十三贴片电容C33的另一端接地线；所述的第三十一贴片电容C31,第三十二贴片电容C32的一端接电源转换电路输出的+2.5V，另一端接地线；所述的第三十四贴片电容C34,第三十五贴片电容C35的一端接电源转换电路输出的-1.2V，另一端接地线；所述的第六电压比较器芯片U6的3引脚接第十四电阻R14的一端，所述的第十四电阻R14另一端接所述的第五电压比较器芯片U5输出的方波信号VOUT_1，电压比较器芯片U6的2引脚接所述的分压电路输出的低电平信号Vref，7引脚接电源转换电路输出的+3.3V，4、8引脚接地线，1、5引脚悬空放置，电压比较器芯片U6的6引脚接第十五电阻R15的一端，所述的第十五电阻R15的另一端输出方波信号VOUT_2，同时连接第三十八贴片电容C38的一端，所述的第三十八贴片电容C38的另一端接地线；所述的第三十六贴片电容C36,第三十七贴片电容C37的一端接电源转换电路输出的+3.3V，另一端接地线；所述的第七电压比较器芯片U7的3引脚接第十六电阻R16的一端，所述的第十六电阻R16另一端接所述的第五电压比较器芯片U5输出的方波信号VOUT_1，电压比较器芯片U7的2引脚接所述的第六电压比较器芯片U6输出的方波信号VOUT_2，7引脚接电源转换电路输出的+3.3V，4、8引脚接地线，1、5引脚悬空放置，电压比较器芯片U7的6引脚接第十七电阻R17的一端，所述的第十七电阻R17的另一端连接第二信号输出端子OUT_1的第一引脚，所述的第二信号输出端子OUT_1的第二引脚接地线；所述的第三十九贴片电容C39,第四十贴片电容C40的一端接电源转换电路输出的+3.3V，另一端接地线；

具体工作过程如下：外部电路为整个脉冲电路产生系统提供+5V、-5V的直流电源，电源经过电容去耦、滤波后提供给图2的电源转换电路，通过设置所述的线性稳压芯片U1、U2、U3的电压调节引脚输出端的阻值大小，分别输出+3.3V、+2.5V、-1.2V的电压；滤波后的+5V与-5V电源供给图4的缓冲器电路，图4的缓冲器电路中所述的电阻R9与电容C23构成RC滤波器减小输入变频正弦波信号的纹波、毛刺，再经过所述的运算放大芯片U4，降低输出的正弦波信号OPAOUT的阻抗，减小信号的消耗，提高带负载能力，所述的信号OPAOUT输入到图5的波形输出电路中所述的比较器芯片U5的同相输入端，U5的电源电压分别为+2.5V与-1.2V，输出信号经过图5中所述的电阻R13与电容C33构成的RC滤波器，产生+2.5V、-1.2V的方波信号VOUT_1,所述的方波信号VOUT_1经过图5中所述的限流电阻R14后与图3电阻分压电路中产生的低电压信号Vref分别输入图5所述的比较器芯片U6的同相输入端与反相输入端，U6的电源电压分别为3.3V与0V，输出信号经过图5中所述的电阻R15与电容C18构成的RC滤波器,产生方波信号VOUT_2，所述的方波信号VOUT_1经过图5中所述的限流电阻R16后与所述的方波信号VOUT_2分别输入图5所述的比较器芯片U7的同相输入端与反相输入端，U7的电源电压分别为3.3V与0V，输出信号经过图5所述的保护电阻R17后即为输出的同步脉冲信号。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思

想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。