CN111103524A - 基于线性电路的扰动信号注入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于线性电路的扰动信号注入方法，所述方法包括以下步骤：将线性电路建模得到与其等效的反馈环路；其中，所述线性电路至少包括稳压管与三极管；计算并变换得到所述反馈环路各环节的传递函数；根据各环节的传递函数得到所述反馈环路的总传递函数；根据所述总传递函数的稳态工作点确定扰动信号注入位置，并从所述扰动信号注入位置注入扰动信号。其具有低成本、低干扰等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及基于线性电路的扰动信号注入方法。
背景技术
相关技术中，市场上关于线性电路环路一般采取环路分析仪例如PSM1700，进行反馈环路稳定性结果输出，从而为研发人员提供调试参考依据。但是其缺点较为明显，例如测试仪器硬件成本高、扰动注入位置干扰大、测试结果受环境影响、理论支持不清晰等。目前的研发人员或者企业由于技术限制而忽略了对该部分应用的创新改善，直接导致产品可靠性低、开发过程成本高、品牌质量下降等客观现象发生。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有相关技术中存在的问题之一，为此，本发明的目的在于提出基于线性电路的扰动信号注入方法，其具有低成本、低干扰等优点。
上述目的是通过如下技术方案来实现的：
基于线性电路的扰动信号注入方法，所述方法包括以下步骤：
将线性电路建模得到与其等效的反馈环路；其中，所述线性电路至少包括稳压管与三极管；
计算并变换得到所述反馈环路各环节的传递函数；
根据各环节的传递函数得到所述反馈环路的总传递函数；
根据所述总传递函数的稳态工作点确定扰动信号注入位置，并从所述扰动信号注入位置注入扰动信号。
在一些实施方式中，所述反馈环路包括误差放大器和运算放大器，其中所述误差放大器的输出端和所述运算放大器的输入端连接，所述运算放大器的输出端和所述误差放大器的输入端连接。
在一些实施方式中，所述反馈环路各环节的传递函数包括：
Vc(s)＝-VA(s)G(s)，其中Vc(s)为所述运算放大器的输出信号，VA(s)为所述反馈环路的输入信号，G(s)为所述误差放大器的增益；
VB(s)＝Vc(s)H(s)-Zout(s)I1(s)，其中VB(s)为所述反馈环路的输出信号，Vc(s)为所述误差放大器的输出信号，H(s)为所述运算放大器的增益，Zout(s)为所述反馈环路的输出阻抗，I1(s)为所述反馈环路的输入电流；
在一些实施方式中，所述反馈环路的总传递函数为：
在一些实施方式中，根据所述总传递函数的稳态工作点确定扰动信号注入位置步骤具体为：
根据所述总传递函数
推导出所述反馈环路的稳态工作点需满足的条件为Zout(s)远小于Zin(s)；
所述扰动信号注入位置在反馈环路输入阻抗Zin(s)与反馈环路输出阻抗Zout(s)的比值无穷大的位置。
在一些实施方式中，还包括有扰动信号注入电路，通过所述扰动信号注入电路从所述扰动信号注入位置注入扰动信号。
在一些实施方式中，所述扰动信号注入电路包括电感、电容和交流电源，其中所述电感一端和所述电容一端连接并接入所述扰动信号注入位置的一端，所述电容另一端通过所述交流电源接地；所述电感的另一端接入所述扰动信号注入位置的另一端。
在一些实施方式中，从所述扰动信号注入位置注入扰动信号的步骤后包括如下步骤：
将所述扰动信号注入电路两端交替接入所述扰动信号注入位置的两端，验证扰动信号注入位置是否正确。
在一些实施方式中，验证扰动信号注入位置是否正确的步骤具体为：
将所述扰动信号注入电路两端交替接入所述扰动信号注入位置两端，得到所述反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值和所述反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值；
判断所述反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值与所述反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值的比值是否小于预设阈值；
若所述反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值与所述反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值的比值小于预设阈值，则判断扰动信号注入位置是正确的；若所述反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值与所述反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值的比值大于预设阈值，则判断扰动信号注入位置是错误的。
与现有技术相比，本发明的至少包括以下有益效果：
1、本发明的基于线性电路的扰动信号注入方法，其具有低成本、低干扰等优点。
附图说明
图1是本发明实施例中线性电路的电路示意图；
图2是本发明实施例中线性电路的等效电路图；
图3是本发明实施例一中扰动信号注入方法的流程示意图；
图4是本发明实施例二中扰动信号注入方法的流程示意图。
具体实施方式
以下实施例对本发明进行说明，但本发明并不受这些实施例所限制。对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
实施例一：如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种基于线性电路的扰动信号注入方法，该方法包括以下步骤：
步骤101：将线性电路建模得到与其等效的反馈环路，其中，线性电路至少包括稳压管与三极管，具体的，该线性电路为基于TL431和BJT的线性电路，如附图1所示的示例，运用微分方程、拉普拉斯变换将稳压电源芯片TL431+三极管BJT的交流小信号建模后得到其等效电路如附图2所示，具体的，反馈环路包括误差放大器和运算放大器，其中误差放大器的输出端和运算放大器的输入端连接，运算放大器的输出端和误差放大器的输入端连接；
步骤102：计算并变换得到反馈环路各环节的传递函数，具体的，基于自动控制原理控制***传递函数的拉氏变换得到该反馈环路各环节的传递函数，更具体的，反馈环路各环节的传递函数包括：
Vc(s)＝-VA(s)G(s)，其中Vc(s)为运算放大器的输出信号，VA(s)为反馈环路的输入信号，G(s)为误差放大器的增益；
VB(s)＝Vc(s)H(s)-Zout(s)I1(s)，其中VB(s)为反馈环路的输出信号，Vc(s)为误差放大器的输出信号，H(s)为运算放大器的增益，Zout(s)为反馈环路的输出阻抗，I1(s)为反馈环路的输入电流；
步骤103：根据各环节的传递函数得到反馈环路的总传递函数，具体的，根据上述3个公式解方程得到该反馈环路的总传递函数，更具体的，该反馈环路的总传递函数为：
步骤104：根据总传递函数的稳态工作点确定扰动信号注入位置，并从扰动信号注入位置注入扰动信号，具体的，为确保扰动信号注入位置不受线性电路中各元器件阻抗影响而独立运行，同时也是为保证扰动信号注入电路不影响线性电路的直流稳态工作点，根据总传递函数
推导出反馈环路的稳态工作点需满足的条件为Zout(s)远小于Zin(s)；扰动信号注入位置在反馈环路输入阻抗Zin(s)与反馈环路输出阻抗Zout(s)的比值无穷大的位置，即：扰动信号注入位置的正确位置应放置在附图2中A点反馈环路输入阻抗Zin(s)比B点反馈环路输出阻抗Zout(s)无穷大的位置，以此保证反馈环路增益/相位裕量波特图测试验证不失真，为研发人员提供正确的环路设计及调试放真。
在本实施例中，还包括有扰动信号注入电路，通过扰动信号注入电路从所述扰动信号注入位置注入扰动信号。具体的，扰动信号注入电路包括电感、电容和交流电源，其中电感一端和电容一端连接并接入扰动信号注入位置的一端，电容另一端通过交流电源接地；电感的另一端接入扰动信号注入位置的另一端，具体可参见附图1中所示，其结构简单，可有效降低成本。
实施例二：如图4所示，本实施提供一种基于线性电路的扰动信号注入方法，该方法相比于实施例一中所提供的扰动信号注入方法增加如下步骤：
步骤105：将扰动信号注入电路两端交替接入扰动信号注入位置的两端，验证扰动信号注入位置是否正确。
具体的，验证扰动信号注入位置是否正确的步骤具体为：
将扰动信号注入电路两端交替接入扰动信号注入位置的两端，得到反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值和反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值；
判断反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值与反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值的比值是否小于预设阈值；
若反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值与反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值的比值小于预设阈值，则判断扰动信号注入位置是正确的；若反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值与反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值的比值大于预设阈值，则判断扰动信号注入位置是错误的。
下面，就扰动信号注入位置进行仿真验证：
由上述方法得知扰动信号注入位置为附图2中A点反馈环路输入阻抗Zin(s)比B点反馈环路输出阻抗Zout(s)无穷大的位置，故利用附图1的扰动信号注入电路进行仿真计算Zout(s)/Zin(s)以验证注入位置的正确性。
由此，仿真得到反馈环路输入阻抗最小值Zin(s)＝MIN(V(R12)/I(R12))＝1.9K；
仿真得到反馈环路输出阻抗最大值Zout(s)＝MAX(V(L1)/I(R14))＝6.099；
根据以上仿真结果得到Zout(s)/Zin(s)＝0.003，小于预设阈值，故符合由上述方法得出的最佳注入位置。
基于TL431+BJT的线性电路环路稳定性仿真验证方法：
通过对附图1进行环路稳定性仿真并应用以下公式进行。
增益裕量DB(V(OUT)/V(IN))仿真结果：
通过仿真软件中的绘图“DB(V(OUT)/V(IN))”,可以自由设计V5ac＝0.1V，或者0.5V，1V…进行仿真，不同的V5ac得到一致的仿真结果。
增益DB(V(OUT))仿真结果：
通过仿真软件中的绘图“DB(V(OUT))”,则注意只能V5ac＝1V进行仿真。
至此，本实施例的扰动信号注入方法通过线性电路环路传递函数及扰动信号注入位置运用微分、控制***、及拉普拉斯变换进行可靠计算；同时使用仿真方法逆向验证及给出准确结构，提高研发人眼的设备使用成本、开发周期，提高产品可靠性奠定极大的基础。
基于“背景技术”中提出的缺点，本实施例的扰动信号注入方法可以解决以下技术问题：
1、摒弃测试仪器因素，降低设计过程中的硬件成本；
2、采用EDA仿真逆向辅助设计，消除实际线路及环境干扰；
3、理论计算算法细化支撑，可靠设计反馈环路注入位置；
4、算法及仿真的互相验证，提高开发效率；
5、降低成本。
本实施例通过“TL431+BJT的线性电路环路扰动信号注入方法及仿真”实现低成本、低干扰、准确高、理论与仿真相结合、高效率等优点，提升线性反馈电路可靠使用。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.基于线性电路的扰动信号注入方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将线性电路建模得到与其等效的反馈环路；其中，所述线性电路至少包括稳压管与三极管；
计算并变换得到所述反馈环路各环节的传递函数；
根据各环节的传递函数得到所述反馈环路的总传递函数；
根据所述总传递函数的稳态工作点确定扰动信号注入位置，并从所述扰动信号注入位置注入扰动信号。
2.根据权利要求1所述的基于线性电路的扰动信号注入方法，其特征在于，所述反馈环路包括误差放大器和运算放大器，其中所述误差放大器的输出端和所述运算放大器的输入端连接，所述运算放大器的输出端和所述误差放大器的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的基于线性电路的扰动信号注入方法，其特征在于，所述反馈环路各环节的传递函数包括：
Vc(s)＝-VA(s)G(s)，其中Vc(s)为所述运算放大器的输出信号，VA(s)为所述反馈环路的输入信号，G(s)为所述误差放大器的增益；
VB(s)＝Vc(s)H(s)-Zout(s)I1(s)，其中VB(s)为所述反馈环路的输出信号，Vc(s)为所述误差放大器的输出信号，H(s)为所述运算放大器的增益，Zout(s)为所述反馈环路的输出阻抗，I1(s)为所述反馈环路的输入电流；
4.根据权利要求3所述的基于线性电路的扰动信号注入方法，其特征在于，所述反馈环路的总传递函数为：
5.根据权利要求4所述的基于线性电路的扰动信号注入方法，其特征在于，根据所述总传递函数的稳态工作点确定扰动信号注入位置的步骤具体为：
根据所述总传递函数
推导出所述反馈环路的稳态工作点需满足的条件为Zout(s)远小于Zin(s)；
所述扰动信号注入位置在反馈环路输入阻抗Zin(s)与反馈环路输出阻抗Zout(s)的比值无穷大的位置。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于线性电路的扰动信号注入方法，其特征在于，还包括有扰动信号注入电路，通过所述扰动信号注入电路从所述扰动信号注入位置注入扰动信号。
7.根据权利要求6所述的基于线性电路的扰动信号注入方法，其特征在于，所述扰动信号注入电路包括电感、电容和交流电源，其中所述电感一端和所述电容一端连接并接入所述扰动信号注入位置的一端，所述电容另一端通过所述交流电源接地；所述电感的另一端接入所述扰动信号注入位置的另一端。
8.根据权利要求6所述的基于线性电路的扰动信号注入方法，其特征在于，从所述扰动信号注入位置注入扰动信号的步骤后包括如下步骤：
将所述扰动信号注入电路两端交替接入所述扰动信号注入位置的两端，验证扰动信号注入位置是否正确。
9.根据权利要求8所述的基于线性电路的扰动信号注入方法，其特征在于，验证扰动信号注入位置是否正确的步骤具体为：
将所述扰动信号注入电路两端交替接入所述扰动信号注入位置两端，得到所述反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值和所述反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值；
判断所述反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值与所述反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值的比值是否小于预设阈值；
若所述反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值与所述反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值的比值小于预设阈值，则判断扰动信号注入位置是正确的；若所述反馈环路输出阻抗Zout(s)的最大值与所述反馈环路输入阻抗Zin(s)的最小值的比值大于预设阈值，则判断扰动信号注入位置是错误的。
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| GR01 | Patent grant | ||
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