本发明涉及信号处理电路领域，尤其涉及一种高性能脉冲信号处理电路。
背景技术：
脉冲信号是一种离散信号，在电力电子技术运用中，可编程器件和一些硬件电路可产生脉冲信号。其中可编程器件一般产生的脉冲信号是正向脉冲，电平相对固定，如dsp和单片机只能处理幅值最大为3.3v和5v的正脉冲信号，脉冲宽度和传输延时可通过软件调整但存在局限性，脉冲上下沿时间由产生器件自身特性决定。产生脉冲信号的硬件电路有v/f变换电路、比较放大电路和振荡电路等，这些电路产生的脉冲信号是正负向脉冲不定，电平为非标准电平，脉冲宽度和传输延时固定，脉冲上下沿时间较长且无法控制。脉冲信号质量的好坏在电力电子的运用中是至关重要的因素，脉冲电平、脉冲宽度和脉冲传输延时都影响其实用范围，脉冲上下沿时间长短更是影响效率的重要指标。可编程器件和一般硬件电路产生的脉冲信号直接用于驱动电路控制功率管工作时，往往会给驱动电路和主电路带来许多干扰与损耗，特别是高频脉冲信号。国内研究目前并没有同时处理高速脉冲信号多个指标的电路,具体分析关键指标上下沿时间,普通的函数发生器产生1mhz脉冲信号的上下沿时间约80ns,其他常规信号处理电路产生的1mhz脉冲信号上下沿时间约60ns。
因此设计一种高性能脉冲信号处理电路，来解决上述问题是很有必要的。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的问题是针对背景技术中可编程器件与普通脉冲信号硬件电路无法同时优化脉冲信号多个重要指标，采用一种高性能脉冲信号处理电路，该电路旨在同时控制脉冲的方向、电平、宽度、上下沿时间和传输延时，将接收的脉冲信号与驱动电路匹配。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种高性能脉冲信号处理电路，包含电平转换及脉宽调整电路、脉冲正向整流及上下沿时间控制电路、脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路；
其中，经电平转换及脉宽调整电路调整过的脉冲信号uin输入到脉冲正向整流及上下沿时间控制电路，经过调整的脉冲信号再输入到脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路中，加固电源连接电平转换及脉宽调整电路以及脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路，通过磁珠把模拟地桥和数字地桥连接；
所述电平转换及脉宽调整电路包含脉冲信号发生器、vcc、vee、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、第一电位器rw1、第二电位器rw2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3、第一运算放大器u1；
其中，脉冲信号发生器的正极端连接第一电位器rw1的b端，第一电位器rw1的a端连接第一电阻r1的一端，第一电阻r1的另一端连接脉冲信号发生器的负极端并接地，第一电位器rw1的滑动端c接第一电容c1的一端，第一电容c1的另一端连接第一运算放大器u1的同相输入端，第一运算放大器u1的同相输入端连接第三电阻r3的一端，第三电阻r3的另一端分别连接负电压供电端vee、第二电位器rw2的滑动端c端和a端、vee端、第三电容c3的一端、第一运算放大器u1的负电源端，第二电位器rw2的b端分别连接第二电阻r2的一端、第一运算放大器u1的反相输入端，第二电阻r2的另一端分别连接vcc端、第二电容c2的一端、第一运算放大器u1的正电源端，第二电容c2的另一端接地，第三电容c3的另一端第一二极管vd1的正极端、第五电阻r5的一端并接地，第四电阻r4的另一端分别连接第一二极管vd1的负极端、第二二极管vd2的正极端、第三二极管vd3的正极端，第二二极管vd2的负极端分别连接第五电阻r5的一端、uo1端，第三二极管vd3的负极端分别连接第五电阻r5的一端、uo1端。
作为本实用新型一种高性能脉冲信号处理电路的进一步优选方案，所述脉冲正向整流及上下沿时间控制电路包含第四电阻r4、第五电阻r5、第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3；
其中，第四电阻r4的一端连接第一运算放大器输出的脉冲信号，第四电阻的另一端分别连接第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3，第一二极管vd1的另一端连接第五电阻的一端并接地，第二二极管vd2的另一端分别连接第五电阻的另一端和uo1端口，第三二极管vd3的另一端分别连接第五电阻的另一端和uo1端口。
作为本实用新型一种高性能脉冲信号处理电路的进一步优选方案，所述一种脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路包含第六电阻r6、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第一施密特触发器u2a、第二施密特触发器u2b、第三施密特触发器u2c、第四施密特触发器u2d、第五施密特触发器u2e、第六施密特触发器u2f、第四二极管；
其中，uo1端连接第一施密特触发器的输入端，第一施密特触发器u2a的输出端连接第二施密特触发器u2b的输入端，第二施密特触发器u2b的输出端分别连接第三施密特触发器u2c的输入端、第四电容c4的一端、第五电容c5的一端，第四电容c4的另一端连接第五电容c5的另一端并接地，第五电容c5的另一端分别连接第六电容c6的一端、第七电容c7的一端、第四二极管vd4的正极端、第六电阻r6的一端，第三施密特触发器u2c的输出端连接第四施密特触发器u2d的输入端，第四施密特触发器u2d的输出端分别连接第五施密特触发器u2e的输入端、第六电容c6的另一端、第七电容c7的另一端，第五施密特触发器u2e的输出端连接第六施密特触发器u2f的输入端，第六施密特触发器u2f的输出端分别连接uo2端、第四二极管vd4的负极端、第六电阻r6的另一端。
作为本实用新型一种高性能脉冲信号处理电路的进一步优选方案，所述加固电源电包含磁珠、模拟地和数字地；其中，磁珠分别连接了模拟地和数字地桥。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
针对电力电子器件驱动脉冲信号性能指标多、要求高、处理难度大的问题，设计并制作一种高性能脉冲信号处理电路模块，采用eda高速电路技术完成设计，可以将集成脉冲信号的方向控制、电平转化、脉宽调节、传输延时调整和上下沿时间控制多个功能于一体，并通过ltspice对电路系统仿真并进行实验测试，验证电路模块的可靠性，且测试指标相比国内研究现状有显著提高，针对1mhz的高速脉冲信号脉宽调节范围达到20%至60%，上下沿时间控制在25ns以内，其中下降沿时间低至13ns，传输延时为20ns至110ns。在电力电子运用中，上述指标的脉冲信号是相当高质量的脉冲信号，该脉冲信号提高了抗干扰能力，有效匹配各类功率管驱动电路，提高驱动电路与主电路的可靠性和高效性，同时模块支持高频率的脉冲信号，大大优化驱动电路与主电路的电路结构；
该电路脉宽调节范围有待进一步提高，施密特触发器的自身延时使信号存在20ns的延时，电路在针对2mhz信号时性能指标虽不及1mhz但仍有大幅提升，由于篇幅限制未做详细展示，该电路模块脉冲信号处理能力还有很大的提升空间，提高充电电流和选取极间电容更大的二极管能进一步缩短上升沿时间，提高电路效率；镜像正向整流电路可将脉冲信号整流为负脉冲；采用更加精密的运算放大器和精细的电路制作工艺可将脉冲信号频率提高到5mhz，优化电路整体设计思路；试用范围并不局限于电力电子脉冲信号的处理，还可拓展到传感器脉冲信号处理的范畴。
附图说明
图1是电路总体结构框图。
图2是电平转换及脉宽调整电路。
图3是脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路。
图4是脉冲整流及上下沿延时控制电路。
图5是高性能脉冲处理电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1至5所示，一种高性能脉冲信号处理电路，包含电平转换及脉宽调整电路、脉冲正向整流及上下沿时间控制电路、脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路；其中由电平转换及脉宽调整电路接受脉冲信号uin，实现对脉冲信号的电压、脉宽大小的调整；经电平转换及脉宽调整电路调整过的脉冲信号输入到脉冲正向整流及上下沿时间控制电路，将脉冲信号的上下沿延迟时间控制在30ns以内；上下沿延迟时间经过调整的脉冲信号再输入到脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路中，将信号中的小幅干扰隔离，滤除高频杂波，提高信号的抗干扰能力，对脉冲信号进行整形，缩短脉冲信号的下降沿时间，并提高与其他信号的协调能力；加固电源连接电平转换及脉宽调整电路以及脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路，通过磁珠把模拟地桥和数字地桥连接，利用磁珠高频阻抗高的特点有效阻隔模拟地和数字地之间的干扰，同时减小电源端干扰，使电路在高频状态下的工作更稳定。
所述电平转换及脉宽调整电路包含脉冲信号发生器、vcc、vee、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、第一电位器rw1、第二电位器rw2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3、第一运算放大器u1；
其中，脉冲信号发生器的正极端连接第一电位器rw1的b端，第一电位器rw1的a端连接第一电阻r1的一端，第一电阻r1的另一端连接脉冲信号发生器的负极端并接地，第一电位器rw1的滑动端c接第一电容c1的一端，第一电容c1的另一端连接第一运算放大器u1的同相输入端，第一运算放大器u1的同相输入端连接第三电阻r3的一端，第三电阻r3的另一端分别连接负电压供电端vee、第二电位器rw2的滑动端c端和a端、vee端、第三电容c3的一端、第一运算放大器u1的负电源端，第二电位器rw2的b端分别连接第二电阻r2的一端、第一运算放大器u1的反相输入端，第二电阻r2的另一端分别连接vcc端、第二电容c2的一端、第一运算放大器u1的正电源端，第二电容c2的另一端接地，第三电容c3的另一端第一二极管vd1的正极端、第五电阻r5的一端并接地，第四电阻r4的另一端分别连接第一二极管vd1的负极端、第二二极管vd2的正极端、第三二极管vd3的正极端，第二二极管vd2的负极端分别连接第五电阻r5的一端、uo1端，第三二极管vd3的负极端分别连接第五电阻r5的一端、uo1端。
所示待处理脉冲信号为uin，第一电位器rw1和第一电阻r1构成了简单的分压电路，通过调节第一电位器rw1的阻值实现脉冲信号电压的初步调节；第二电阻r2和第二电位器rw2串联，通过调节第二电位器rw2的阻值改变第一运算放大器u1反相输入端的电压值，再与第一运算放大器u1的同向端产生的微分信号比较，实现脉冲信号脉宽大小的调整，同时通过调节第一运算放大器u1的电源电压实现脉冲信号电压的进一步调节；第一电容c1、第二电位器rw2、第二电阻r2、第三电阻r3、第一运算放大器u1构成了高速可调比较微分电路，第二电容r2、第三电容r3起退耦滤波作用，保证了第一运算放大器u1电源的完整性，在处理高频信号时稳定可靠。
所述脉冲正向整流及上下沿时间控制电路包含第四电阻r4、第五电阻r5、第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3；
其中，第四电阻r4的一端连接第一运算放大器输出的脉冲信号，第四电阻的另一端分别连接第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3，第一二极管vd1的另一端连接第五电阻的一端并接地，第二二极管vd2的另一端分别连接第五电阻的另一端和uo1端口，第三二极管vd3的另一端分别连接第五电阻的另一端和uo1端口。
当第一运算放大器u1输出负向脉冲,第一二极管vd1正向导通，第一二极管vd1的阴极电压接近0v,第二二极管vd2和第三二极管vd3不导通,由于第五电阻r5接地,在第五电阻r5和第二二极管vd2、第三二极管vd3的阴极输出为0v；当第一运算放大器u1输出正向脉冲,第一二极管vd1不导通,第一二极管vd1阴极电压接近脉冲正向幅值，第二二极管vd2和第三二极管vd3导通,在第五电阻r5和第二二极管vd2、第三二极管vd3的阴极输出接近脉冲正向幅值电压；控制第一二极管vd1的开关速度小于第二二极管vd2、第三二极管vd3，避免其同时开通时增加输出脉冲由低电平向高电平变换所需时间,通过提高第二二极管vd2、第三二极管vd3开关速度能有效减小脉冲信号上升沿时间;因此第二二极管vd2、第三二极管vd3的开关速度选择尤为重要,选择恰当时能保证输出脉冲信号.上下沿延时时间控制在30ns以内。
所述一种脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路包含第六电阻r6、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第一施密特触发器u2a、第二施密特触发器u2b、第三施密特触发器u2c、第四施密特触发器u2d、第五施密特触发器u2e、第六施密特触发器u2f、第四二极管；
其中，uo1端连接第一施密特触发器的输入端，第一施密特触发器u2a的输出端连接第二施密特触发器u2b的输入端，第二施密特触发器u2b的输出端分别连接第三施密特触发器u2c的输入端、第四电容c4的一端、第五电容c5的一端，第四电容c4的另一端连接第五电容c5的另一端并接地，第五电容c5的另一端分别连接第六电容c6的一端、第七电容c7的一端、第四二极管vd4的正极端、第六电阻r6的一端，第三施密特触发器u2c的输出端连接第四施密特触发器u2d的输入端，第四施密特触发器u2d的输出端分别连接第五施密特触发器u2e的输入端、第六电容c6的另一端、第七电容c7的另一端，第五施密特触发器u2e的输出端连接第六施密特触发器u2f的输入端，第六施密特触发器u2f的输出端分别连接uo2端、第四二极管vd4的负极端、第六电阻r6的另一端。
施密特触发器具有鉴副功能，既可以把脉冲信号中的小幅值干扰阻隔，又可以对脉冲信号进行整形，进一步缩短脉冲信号的下降沿时间。电容具有滤波功能，可以把信号中的高频杂波滤除，提高脉冲信号的抗干扰性能，利用第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6和第七电容c7的充电延时特性结合施密特触发器延时特性实现对脉冲信号的微小延时，调整传输时间，提高与其他信号共同使用时的协调能力。
所述加固电源电包含磁珠、模拟地和数字地；
其中，磁珠分别连接模拟地和数字地桥,利用磁珠高频阻抗高的特点有效阻隔模拟地和数字地之间的干扰,同时减小电源端干扰,使电路在高频状态下工作时稳定可靠。
针对电力电子器件驱动脉冲信号性能指标多、要求高、处理难度大的问题，设计并制作一种高性能脉冲信号处理电路模块，采用eda高速电路技术完成设计，可以将集成脉冲信号的方向控制、电平转化、脉宽调节、传输延时调整和上下沿时间控制多个功能于一体，并通过ltspice对电路系统仿真并进行实验测试，验证电路模块的可靠性，且测试指标相比国内研究现状有显著提高，针对1mhz的高速脉冲信号脉宽调节范围达到20%至60%，上下沿时间控制在25ns以内，其中下降沿时间低至13ns，传输延时为20ns至110ns。在电力电子运用中，上述指标的脉冲信号是相当高质量的脉冲信号，该脉冲信号提高了抗干扰能力，有效匹配各类功率管驱动电路，提高驱动电路与主电路的可靠性和高效性，同时模块支持高频率的脉冲信号，大大优化驱动电路与主电路的电路结构。该电路脉宽调节范围有待进一步提高，施密特触发器的自身延时使信号存在20ns的延时。电路在针对2mhz信号时性能指标虽不及1mhz但仍有大幅提升，由于篇幅限制未做详细展示。该电路模块脉冲信号处理能力还有很大的提升空间，提高充电电流和选取极间电容更大的二极管能进一步缩短上升沿时间，提高电路效率；镜像正向整流电路可将脉冲信号整流为负脉冲；采用更加精密的运算放大器和精细的电路制作工艺可将脉冲信号频率提高到5mhz，优化电路整体设计思路；试用范围并不局限于电力电子脉冲信号的处理，还可拓展到传感器脉冲信号处理的范畴。
需要说明的是，以上所述只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。
1.一种高性能脉冲信号处理电路，其特征在于：包含电平转换及脉宽调整电路、脉冲正向整流及上下沿时间控制电路、脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路；
其中，经电平转换及脉宽调整电路调整过的脉冲信号uin输入到脉冲正向整流及上下沿时间控制电路，经过调整的脉冲信号再输入到脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路中，加固电源连接电平转换及脉宽调整电路以及脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路，通过磁珠把模拟地桥和数字地桥连接；
所述电平转换及脉宽调整电路包含脉冲信号发生器、vcc、vee、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、第一电位器rw1、第二电位器rw2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3、第一运算放大器u1；
其中，脉冲信号发生器的正极端连接第一电位器rw1的b端，第一电位器rw1的a端连接第一电阻r1的一端，第一电阻r1的另一端连接脉冲信号发生器的负极端并接地，第一电位器rw1的滑动端c接第一电容c1的一端，第一电容c1的另一端连接第一运算放大器u1的同相输入端，第一运算放大器u1的同相输入端连接第三电阻r3的一端，第三电阻r3的另一端分别连接负电压供电端vee、第二电位器rw2的滑动端c端和a端、vee端、第三电容c3的一端、第一运算放大器u1的负电源端，第二电位器rw2的b端分别连接第二电阻r2的一端、第一运算放大器u1的反相输入端，第二电阻r2的另一端分别连接vcc端、第二电容c2的一端、第一运算放大器u1的正电源端，第二电容c2的另一端接地，第三电容c3的另一端第一二极管vd1的正极端、第五电阻r5的一端并接地，第四电阻r4的另一端分别连接第一二极管vd1的负极端、第二二极管vd2的正极端、第三二极管vd3的正极端，第二二极管vd2的负极端分别连接第五电阻r5的一端、uo1端，第三二极管vd3的负极端分别连接第五电阻r5的一端、uo1端。
2.根据权利要求1所述的一种高性能脉冲信号处理电路，其特征在于：所述脉冲正向整流及上下沿时间控制电路包含第四电阻r4、第五电阻r5、第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3；
其中，第四电阻r4的一端连接第一运算放大器输出的脉冲信号，第四电阻的另一端分别连接第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3，第一二极管vd1的另一端连接第五电阻的一端并接地，第二二极管vd2的另一端分别连接第五电阻的另一端和uo1端口，第三二极管vd3的另一端分别连接第五电阻的另一端和uo1端口。
3.根据权利要求1所述的一种高性能脉冲信号处理电路，其特征在于：所述脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路包含第六电阻r6、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第一施密特触发器u2a、第二施密特触发器u2b、第三施密特触发器u2c、第四施密特触发器u2d、第五施密特触发器u2e、第六施密特触发器u2f、第四二极管；
其中，uo1端连接第一施密特触发器的输入端，第一施密特触发器u2a的输出端连接第二施密特触发器u2b的输入端，第二施密特触发器u2b的输出端分别连接第三施密特触发器u2c的输入端、第四电容c4的一端、第五电容c5的一端，第四电容c4的另一端连接第五电容c5的另一端并接地，第五电容c5的另一端分别连接第六电容c6的一端、第七电容c7的一端、第四二极管vd4的正极端、第六电阻r6的一端，第三施密特触发器u2c的输出端连接第四施密特触发器u2d的输入端，第四施密特触发器u2d的输出端分别连接第五施密特触发器u2e的输入端、第六电容c6的另一端、第七电容c7的另一端，第五施密特触发器u2e的输出端连接第六施密特触发器u2f的输入端，第六施密特触发器u2f的输出端分别连接uo2端、第四二极管vd4的负极端、第六电阻r6的另一端。
4.根据权利要求1所述的一种高性能脉冲信号处理电路，其特征在于：所述加固电源电包含磁珠、模拟地和数字地；其中，磁珠分别连接了模拟地和数字地桥。
技术总结