CN112448699A - 一种快速响应的脉冲宽度补偿电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种快速响应的脉冲宽度补偿电路及方法。该脉冲宽度补偿电路包含脉冲输入单元、调整模块、脉冲宽度调制模块、驱动模块，该电路初始工作时，脉冲输入单元的电信号输入脉冲宽度调制模块，经过脉冲宽度调制模块调制后输入驱动模块，经过该驱动模块输出至脉冲输出单元，该调整模块同时探测脉冲输入单元的输入电信号及驱动模块的输出电信号，并将输入电信号与输出电信号的差异(即输出端引入的畸变信息)进行积分放大，从而控制脉冲宽度调整模块调整输出的脉冲宽度，由此实现对非理想畸变的衰减。
Description
技术领域
本发明涉及功率放大技术领域，具体地涉及一种快速响应的脉冲宽度补偿电路及方法。
背景技术
脉冲信号在信号能量传输***里是很常见的信号形式，具有输出损耗小能效高，信号频率高传输抗干扰能力强等优点，因此被广泛地应用到了很多大功率输出的***上，例如发光元件驱动器等。
大功率脉冲信号虽然在传输过程中抗干扰能力很强。但由于其作为离散信号并且输出功率很大，信号在翻转时电压/电流突变的速度很快，因此输出信号对输出端的寄生电容/电感以及电源上的噪声都非常敏感。当脉冲信号作为载波时，为了补偿寄生以及电源噪声对脉冲信号中包含的实际有用信号(基频信号)的干扰，可以通过滤波器把基频信号过滤出来，通过环路补偿的方式衰减干扰对基频信号的影响，再把基频信号重新调制成脉冲信号输出。但这个过程电路实现比较复杂。也并不适用于脉冲本身就是用来表示信息的应用场景。
发明内容
为解决的上述提及的问题，本发明提出一种快速响应的脉冲宽度补偿电路及方法。该脉冲宽度补偿电路运行时无需单独剥离出基频信号，其适用于脉冲用作载波的场合，也适用于脉冲信号本身用来表示信息的场合。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，
一种快速响应的脉冲宽度补偿电路，其特征在于，包含，脉冲输入单元、调整模块、脉冲宽度调制模块、驱动模块，所述脉冲宽度调制模块电性连接所述脉冲输入单元接收其输入的电信号并将其调制后输出至其电性连接驱动模块，所述驱动模块接收所述脉冲宽度调制模块输入的信号输出脉冲电信号，所述调整模块电性连接脉冲输入单元以检测其输入电信号及所述驱动模块的输出端以检测其输出电信号，
其中，所述脉冲宽度补偿电路工作时，所述脉冲宽度调制模块接收所述脉冲输入单元输入的电信号并将其调制脉冲宽度后传输至驱动模块，所述驱动模块接收调制脉冲宽度后的信号输出脉冲电信号；所述调整模块基于检测的脉冲输入单元的输入电信号及驱动模块的输出电信号运算出差异并将所述差异传输至脉冲宽度调制模块，所述脉冲宽度调制模块接收并响应所述差异调节输出的脉冲宽度。
优选的，该调整模块包含第一端，其电性连接脉冲输入单元以检测其输入电信号；第二端，其电性连接驱动模块的输出端以检测其输出电信号；第三端，其电性连接脉冲宽度调制模块；其基于第一端检测的脉冲输入单元的输入电信号及第二端检测的驱动模块的输出电信号运算出差异并将所述差值进行积分、放大并将积分、放大后的信号传输至脉冲宽度调制模块，所述脉冲宽度调制模块接收并响应所述差异调节输出的脉冲宽度。
优选的，该脉冲宽度调制模块包含，数字逻辑单元，其通过非同步的逻辑单元实现单边的无极脉冲宽度调制。
优选的，该脉冲宽度调制模块包含，模拟比较器、数字触发器，所述模拟比较器与所述数字触发器电性串联。
优选的，该数字触发器包含D型触发器。
优选的，该脉冲宽度调制模块输出脉冲宽度最大补偿时间T0，以确保每个脉冲周期里有且仅有一个脉冲信号发生。
本发明实施例提供一种快速响应的脉冲宽度补偿方法，其特征在于，包含上述的脉冲宽度补偿电路，方法包含如下步骤：
S1.基于调整模块同时探测输入电信号及输出电信号并计算出输入电信号与输出电信号的差异；
S2.调整模块将输入电信号与输出电信号的差异依据预设的规则运算并将运算后的信号传输至与其电性连接的脉冲宽度调制模块；
S3.脉冲宽度调整模块接收并响应所述信号调整输出的脉冲宽度。
优选的，该S2中包含所述调整模块将输入电信号与输出电信号的差值进行积分、放大并将放大后的信号传输至与其电性连接的脉冲宽度调制模块。
优选的，该S2中包含所述调整模块将所述差值经积分器放大后通过比较器，以产生比较信号。
优选的，该脉冲宽度调制模块输出脉冲宽度最大补偿时间T0，其小于脉冲的周期，以确保每个周期里有且仅有一个脉冲信号发生。以避免环路长时间输出高电位或低电位造成环路失去稳定性。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点：
本申请提出的快速补偿电路，能够针对输入的脉冲信号，在保证环路稳定性的前提下，直接通过环路增益来自动调整输出脉冲宽度，从而有效衰减输出端的信号畸变。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1所示为本发明一种脉冲宽度补偿电路的功能模块示意图；
图2所示为本发明实施例输出脉冲宽度调制的示意图；
图3所示为本发明实施例的脉冲宽度调制的工作时序；
图4所示为本发明实施例的脉冲宽度补偿方法的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请提出的方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
本申请的实施方式：基于调整模块同时探测输入脉冲信号和输出脉冲信号，并将两者的差分信息(即输出信号的畸变信息)通过调整模块进行积分放大，经过放大的电信号控制脉冲宽度调制模块调节输出脉冲宽度，由此实现对非理想畸变的衰减。衰减能力取决于调整模块所能提供的放大倍数。
如图1所示为本申请实施方式的脉冲宽度补偿电路的功能模块示意图，
该脉冲宽度补偿电路包含脉冲输入单元、调整模块、脉冲宽度调制模块、驱动模块，该电路初始工作时，脉冲输入单元的电信号输入脉冲宽度调制模块，经过脉冲宽度调制模块调制后输入驱动模块，经过该驱动模块输出至脉冲输出单元，该调整模块同时探测脉冲输入电信号及驱动模块输出电信号，将两者之间差异信息(即输出信号的畸变量)通过调整模块进行积分放大。经放大后的差异信息通过脉冲宽度调整模块控制输出脉冲宽度。该电路运行时，无需单独剥离出输入电信号的基频信号，不仅适用于脉冲用作载波的情况，同样也适用于脉冲信号本身用来表示信息的情况。该电路与常规的环路补偿电路结构最大的不同在于，其输入的是脉冲信号，不同于普通的模拟连续信号，脉冲信号由于其陡峭的翻转沿的存在，常被看作是一种离散信号。
在一实施方式中，调整模块包含第一端，其电性连接脉冲输入单元以检测其输入电信号；第二端，其电性连接驱动模块的输出端以检测其输出电信号；第三端，其电性连接脉冲宽度调制模块；其基于第一端检测的脉冲输入单元的输入电信号及第二端检测的驱动模块的输出电信号运算出差异并将该差值进行积分、放大并将积分、放大后的信号传输至脉冲宽度调制模块，脉冲宽度调制模块接收并响应该差异调节输出的脉冲宽度。
如图2所示为本申请一实施方式，其利用模拟比较器和数字触发器串联的方式来实现输出脉冲宽度调制，其仅在脉冲信号单边翻转(仅在信号高电平转为低电平时，或仅在信号低电平转为高电平)的时刻进行脉冲宽度补偿，并设定了最大补偿范围。该方式可在保证环路提供足够响应速度和环路增益的条件下，每个脉冲周期内环路都不会失去稳定性。该实施方式兼顾了响应速度和环路稳定性。
接下来结合图3以仅在脉冲信号的下降沿进行单边脉冲宽度补偿为例来描述本申请实施方式的脉冲宽度调制过程，图3为脉冲宽度调制的工作时序。
当脉冲输入信号的上升沿发生时，触发器输出Q随之由低变高，从而拉高输出信号。
脉冲输入电信号/输出电信号的差值经积分器放大后通过比较器产生比较信号(cmp信号)。如果输入脉冲宽度小于输出脉冲宽度，vamp电压随之下降。当输入脉冲宽度大于输出脉冲宽度时，vamp电压随之上升。Vamp信号经过比较器整形成为1bit数字信号。
当输入脉冲由高变低后，如果cmp信号仍然为低，说明在之前输入脉冲宽度低于输出脉冲宽度。因此在这个周期里，需要减小输出脉冲宽度，因此Q立刻由高变低，把输出信号拉低；如果cmp信号为高，说明之前输入信号脉冲宽度大于输出信号脉冲宽度，因此在这个周期里，需要增加输出脉冲宽度，补偿之前的脉冲宽度差，因此Q保持为高，直到cmp(信号)降为低电平，说明之前的脉冲宽度差已被补足，输入脉冲宽度已经小于输出脉冲宽度。此时触发器输出Q由高变低，把输出信号也下拉为低电平。
在一实施方式中，为了保证上述环路不会因为输入电信号与输出电信号之间的差值过大或环路增益过大引起环路稳定性问题，设定了脉冲宽度最大补偿时间T0。即如果输入脉冲由高变低后维持了时间T0而cmp(信号)仍然没有降为低电平，此时Q也将被拉高。这样的设计，虽然在这个周期内，输入电信号与输出电信号的脉冲宽度差未被补足，以牺牲环路增益为代价来保证了环路在每个周期里都不会失去稳定性。未被补足的脉冲宽度差可以在之后的脉冲周期里继续补足。因此本申请实施方式描述的快速响应的模拟环路脉冲宽度补偿方案，能够针对输入的脉冲信号，在保证环路稳定性的前提下，直接通过环路增益来自动调整输出脉冲宽度，从而有效衰减输出端的信号畸变。采用这样的设计，在现有的工艺条件下，硬件实现的难度和开销都很小，对片外的非理想因素以及温度变化也都不敏感，从而确保了在不同温度不同寄生条件下输出信号和输入信号之间的一致性。
本申请实施方式还提供一种脉冲宽度补偿的方法，其补偿的流程示意如图4所示，该方法中包含上述的补偿电路，其补偿方法包含，
S1.基于调整模块同时探测输入电信号及输出电信号并计算出输入电信号与输出电信号的差异；
S2.调整模块将输入电信号与输出电信号的差异依据预设的规则运算并将运算后的信号传输至与其电性连接的脉冲宽度调制模块；
S3.脉冲宽度调整模块接收并响应所述信号调整输出的脉冲宽度。由此实现对非理想畸变的衰减。该方法中，无需单独剥离出输入电信号的基频信号，不仅适用于脉冲用作载波的情况，同样也适用于脉冲信号本身用来表示信息的情况。其输入的是脉冲信号，不同于普通的模拟连续信号，脉冲信号由于其陡峭的翻转沿的存在，常被看作是一种离散信号。
在一实施方法中，该S2中调整模块将输入电信号与输出电信号的差值进行积分、放大并将放大后的信号传输至脉冲宽度调制模块。脉冲宽度调整模块接收并响应经过积分、放大后的信号调整输出的脉冲宽度。
在一实施方法中，该脉冲宽度调制模块输出脉冲宽度最大补偿时间T0，其由脉冲的周期决定，确保每个周期里有且仅有一个脉冲信号发生，这样避免了环路长时间输出高电位或低电位造成环路失去稳定性。
上述实施方式中脉冲宽度调制模块也称脉宽调制模块。脉冲宽度也称脉宽。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡如本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种快速响应的脉冲宽度补偿电路，其特征在于，包含，脉冲输入单元、调整模块、脉冲宽度调制模块、驱动模块，所述脉冲宽度调制模块电性连接所述脉冲输入单元接收其输入的电信号并将其调制后输出至其电性连接驱动模块，所述驱动模块接收所述脉冲宽度调制模块输入的信号输出脉冲电信号，所述调整模块电性连接脉冲输入单元以检测其输入电信号及所述驱动模块的输出端以检测其输出电信号，
其中，所述脉冲宽度补偿电路工作时，所述脉冲宽度调制模块接收所述脉冲输入单元输入的电信号并将其调制脉冲宽度后传输至驱动模块，所述驱动模块接收调制脉冲宽度后的信号输出脉冲电信号；所述调整模块基于检测的脉冲输入单元的输入电信号及驱动模块的输出电信号运算出差异并将所述差异传输至脉冲宽度调制模块，所述脉冲宽度调制模块接收并响应所述差异调节输出的脉冲宽度。
2.如权利要求1所述的脉冲宽度补偿电路，其特征在于，所述调整模块包含第一端，其电性连接脉冲输入单元以检测其输入电信号；第二端，其电性连接驱动模块的输出端以检测其输出电信号；第三端，其电性连接脉冲宽度调制模块；其基于第一端检测的脉冲输入单元的输入电信号及第二端检测的驱动模块的输出电信号运算出差异并将所述差值进行积分、放大并将积分、放大后的信号传输至脉冲宽度调制模块，所述脉冲宽度调制模块接收并响应所述差异调节输出的脉冲宽度。
3.如权利要求1所述的脉冲宽度补偿电路，其特征在于，所述脉冲宽度调制模块包含，数字逻辑单元，其通过非同步的逻辑单元实现单边的无极脉冲宽度调制。
4.如权利要求1所述的脉冲宽度补偿电路，其特征在于，所述脉冲宽度调制模块包含，模拟比较器、数字触发器，所述模拟比较器与所述数字触发器电性串联。
5.如权利要求4所述的脉冲宽度补偿电路，其特征在于，所述数字触发器包含D型触发器。
6.如权利要求3或4所述的脉冲宽度补偿电路，其特征在于，所述脉冲宽度调制模块输出脉冲宽度最大补偿时间T0，以确保每个脉冲周期里有且仅有一个脉冲信号。
7.一种快速响应的脉冲宽度补偿方法，其特征在于，包含如权利要求1-6中任一项所述的脉冲宽度补偿电路，所述方法包含如下步骤：
S1.基于调整模块同时探测输入电信号及输出电信号并计算出输入电信号与输出电信号的差异；
S2.调整模块将输入电信号与输出电信号的差异依据预设的规则运算并将运算后的信号传输至与其电性连接的脉冲宽度调制模块；
S3.脉冲宽度调整模块接收并响应所述信号调整输出的脉冲宽度。
8.如权利要求7所述的脉冲宽度补偿方法，其特征在于，所述S2中包含所述调整模块将输入电信号与输出电信号的差值进行积分、放大并将放大后的信号传输至与其电性连接的脉冲宽度调制模块。
9.如权利要求8所述的脉冲宽度补偿方法，其特征在于，所述S2中包含所述调整模块将所述差值经积分器放大后通过比较器，以产生比较信号。
10.如权利要求7所述的脉冲宽度补偿方法，其特征在于，所述脉冲宽度调制模块输出脉冲宽度最大补偿时间T0，其小于脉冲周期，以确保每个周期里有且仅有一个脉冲信号。
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