CN203981764U - 高速脉冲峰值甄别采样电路 - Google Patents

Abstract

一种高速脉冲峰值甄别采样电路，它包括电压比较器LM311、采样保持芯片LF398、触发器SN74LS74、模拟开关MAX4541及电阻、电容，其特征在于：以高速电压比较器LM311、保持采样芯片LF398和触发器SN74LS74为核心元件的脉冲峰值判断保持电路，其中电压比较器LM311用来判断脉冲是否达到峰值，保持采样芯片LF398将峰值电压保持一段时间，触发器SN74LS74触发MCU控制单元完成AD的采样；MCU控制单元以C8051F410单片机为核心，接收来自触发器的采样信号，发送AD采样的命令以及控制保持电容的充放电。本实用新型设计结构简单，易于调试，满足了能谱分析中脉冲幅度分析器AD采样的要求。

Description

高速脉冲峰值甄别采样电路

技术领域

本实用新型涉及一种高速脉冲峰值甄别采样电路，特别是涉及一种应用在能谱分析中脉冲幅度分类及计数的电路中。 

背景技术

峰值保持电路具有保持和采样两个状态。处于采样状态时，电路的输出始终跟随输入信号；处于保持状态时，电路的输出保持着前一次采样结束前瞬间的输入量。在高速峰值采集过程中，为了保证AD转换的精度，在转换过程中其输入信号变化量不能大于1/2LSB。假设输入信号Vin＝Vm·sinωt，则Vin的最大变化率为当AD转换器的分辨率为n位，转换时间为t时，为保证AD转换器的正常工作，则可得输入信号所允许的最大频率为设8位AD转换器的转换时间t＝100us，代入上式计算可得，AD转换器的所允许的最大输入信号频率f_max＝6Hz。为获取高频的脉冲信号峰值，必须在信号AD转换器之前对其峰值进行保持。 

传统的峰值保持电路原理图如图1所示，由集成运算放大器，二极管和电容构成。在传统的峰值保持电路中，输入信号通过由运算放大器组成的电压跟随器后向保持电容充电，直到充到输入电压的最大值。在理想情况下，保持电容可以保持输入信号的峰值电压，但是实际中二极管的反向电阻不是无穷大，电路下一级也存在电阻并且保持电容存在漏电。从频域来看，二极管和保持电容组成的网络积分非线性大、动态范围小且存在极点，由于二极管内部电阻不是恒定值，极点的位置不固定。通过这样的电路采集到的峰值信号，不能满足高速脉冲信号处理的要求。 

发明内容

本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提供了一种高速脉冲峰值甄别采样电路。 

本实用新型提出的技术方案是，一种高速脉冲峰值甄别采样电路，包括高速电压比较器LM311、采样保持芯片LF398、触发器SN74LS74、模拟开关MAX4541及电阻、电容，构成信 号过滤单元、峰值甄别单元、触发单元、峰值保持单元、采样单元组成，其特征在于： 

信号过滤单元由两个高速电压比较器LM311和两个BOURNS精密电位器构成，信号过滤单元的输出端与峰值甄别单元的输入端连接； 

峰值甄别单元由1个高速电压比较器LM311和信号保持电路构成，峰值甄别单元的命令输出端作为所述触发单元的控制端；峰值甄别单元的信号输出端与所述峰值保持单元的输入端连接； 

触发单元即SN74LS74触发器，与峰值保持单元的控制端连接； 

峰值保持单元由采样保持芯片LF398、保持充电电容、模拟开关MAX4541构成，所述信号保持电路的信号保持端与保持充电电容的一端连接，保持充电电容的另一端接地；所述保持充电电容接地端与模拟开关的公共端连接，所述保持充电电容的另一端与模拟开关的常开端连接； 

采样单元由AD电路和参考电压基准电路构成，采样单元与峰值保持单元连接。 

以高速电压比较器LM311、采样保持芯片LF398和触发器SN74LS74为核心元件的脉冲峰值判断保持电路，其中高速电压比较器LM311用来判断脉冲是否达到峰值，采样保持芯片LF398将峰值电压保持一段时间，触发器SN74LS74触发MCU控制单元完成AD的采样；MCU控制单元以C8051F410单片机为核心，接收来自触发器的采样信号，发送AD采样的命令以及控制保持电容的充放电。采样电路选用高速AD采样芯片TLC4545，当收到MCU的采样命令后，迅速完成AD采样任务。 

本实用新型提出的一种高速脉冲峰值甄别采样电路，其优点在于：采用高速低功耗电压比较器LM311判别脉冲幅度，电压上阈、下阈由可调精密电位器分压获得，采用National Semiconductor公司的采样保持芯片LF398实现采样保持功能，其控制端可直接接于TTL、CMOS L逻辑电平，LOGIC引脚电平决定电路处于采样或者保持状态，采用触发器SN74LS74发送信号给MCU控制AD采样。采用C8051F410单片机作为控制器，其功耗低响应快，很好地实现了电路开发需求。可以对高速脉冲进行峰值展宽，从而保证AD采样的准确性。本实用新型选用感应吸收与漏电流均较小的聚苯乙烯电容作为保持电容，降低了误差，提高了采样的精度。本实用新型提出的设计方法简单易懂，能够被设计者很容易的掌握并应用在集成电路设计中。 

附图说明

以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步说明： 

图1为传统峰值保持电路原理图 

图2为高速脉冲采样流程图 

图3为高速脉冲峰值甄别采样电路原理图 

具体实施方式

由图1所示，传统的峰值保持电路由集成运算放大器，二极管和电容构成。 

由图2可见，高速脉冲采样流程为，首先判断脉冲峰值的到来，然后触发脉冲峰值保持电路，随后触发MCU发布采样命令，最后采样电路完成峰值信号采样。 

由图3可见，一种高速脉冲峰值甄别采样电路，它包括电压比较器LM311、采样保持芯片LF398、触发器SN74LS74、模拟开关MAX4541及其他电阻电容。图中，电压比较器U3和U4共同完成脉冲幅度检测范围的确定，当输入的脉冲信号在幅度检测范围内时，电压比较器U3和U4输出端实现线与功能；此时采样保持芯片U5工作在采样状态，输出OUT1跟随输入信号INPUT变化；峰值没有到来时，OUT1电压值小于输入信号INPUT的电压值，电压比较器U6输出低电平，触发器U7不触发；当峰值到来时，电压比较器U3、U4和采样保持芯片U5状态保持不变，而由于OUT1电压值大于输入信号INPUT的电压值，电压比较器U6输出高电平，产生上升沿，触发器U7触发，输出低电平，采样保持芯片U8工作于电压保持状态，同时1Q输出高电平，向单片机发送中断信号，通知单片机峰值到来，单片机收到信号后，启动AD转换，完成最后的采样。AD转换完成后，单片机向触发器发送清零信号，同时控制模拟开关S1闭合，保持电容C1和C2进行放电，等待下一个脉冲的到来。 

Claims (1)

1.一种高速脉冲峰值甄别采样电路，由高速电压比较器LM311、采样保持芯片LF398、触发器SN74LS74、模拟开关MAX4541及电阻、电容构成信号过滤单元、峰值甄别单元、触发单元、峰值保持单元、采样单元组成，其特征在于： 

信号过滤单元由两个高速电压比较器LM311和两个BOURNS精密电位器构成，信号过滤单元的输出端与峰值甄别单元的输入端连接； 

峰值甄别单元由1个高速电压比较器LM311和采样保持芯片LF398构成，峰值甄别单元的命令输出端作为所述触发单元的控制端；峰值甄别单元的信号输出端与所述峰值保持单元的输入端连接； 

触发单元即SN74LS74触发器，与峰值保持单元的控制端连接； 

峰值保持单元由采样保持芯片LF398、保持充电电容、模拟开关MAX4541构成，所述采样保持芯片的信号保持端与保持充电电容的一端连接，保持充电电容的另一端接地；所述保持充电电容接地端与模拟开关的公共端连接，所述保持充电电容的另一端与模拟开关的常开端连接； 

采样单元由AD电路和参考电压基准电路构成，采样单元与峰值保持单元连接。