峰峰值频率监测-电子发烧友网

频率监控电路有多种类型。“过零检测器”被认为是最常见的方法之一，因为它对周期性和常规信号的设计简单。但是，如果信号是非周期性的或不规则的（脉冲之间包含非瞬时零周期），则不能使用过零。在这种情况下，峰峰值频率监视器是理想的替代方案。

峰峰值法用于真实世界的模拟信号，通常来自模拟传感器。本文所述的设计使用SLG46620VGreenPAK™计算0.5 Hz至200 Hz信号的低端频率，其波形宽度在100 - 1000 ms之间。通过对该应用的基本了解，可以设计其他模拟宽度和周期的峰峰值测量。

该电路包括峰峰值设计的所有部分。因此，IC负责接收模拟信号样本并将识别的峰值存储在内部缓冲器中。它还负责将两个峰值之间的测量时间段与内部阈值进行比较，以便在超过这些阈值时给出信号。

该设计由一个模拟信号输入和 4 个输出组成：

PD：在检测到峰值时发出脉冲。

高 PPM：如果信号频率超过上限阈值，则给出高。

低 PPM：如果信号频率超过下限阈值，则给出高。

正常：如果频率在两个阈值内，则给出 HIGH。

该 IC 的模数转换器（ADC）宏单元非常适合峰值信号检测。所选电路功耗低且性价比高。它是此应用程序中所需的小型设备。该 IC 可以替代分立 IC 和无源器件系统。

对一般电路的解释是期望它将被增强以适应特定的实际应用。设计结果利用GreenPAK Designer软件信号发生器来测试各种信号并显示相应的输出。信号以高于和低于IC中存储的值的频率生成，并显示每种情况的相应输出，以向读卡器确认操作正确。

可以在此处找到此应用程序的完整设计文件。

设计概述

检测过程使用ADC模块对模拟信号进行采样，然后将其存储在内部缓冲器中。然后接收模拟信号的新样本，并与存储的样本进行比较。

如果新样本的值大于当前存储的值，则模拟电压正在增加。新样本存储在缓冲器中，接收并比较信号的下一个样本。但是，如果接收到的样本等于缓冲区中存储的样本，则信号是恒定的。此时，它要么达到一个短暂的常数值但没有达到峰值，要么已经达到峰值，因此只有在信号开始下降时才考虑峰值状态。

如果下一个样本小于存储在ADC缓冲器中的前一个样本，则记录峰值状态。在另一个循环中重复该过程以找到下一个峰值。

为了计算频率，我们计算两个连续峰值之间的时间，并将该时间与预先存储在IC内部寄存器中的某些阈值进行比较。如果此时间大于较高的阈值，则频率小于允许的限制。如果此时间小于下限阈值，则频率大于允许的限制。

由于该设计适用于相对低频的信号，因此它们通常以每分钟的脉冲数计算，在此上下文中缩写为PPM。阈值标记为高 PPM 和低 PPM。

为了确保需要所有记录的峰值，将每个峰值与预先存储的电压阈值进行比较，以便仅在峰值幅度大于所选阈值时才考虑峰值，并忽略短幅度信号。图 1 显示了工作过程。

（图1：系统工作流程）

绿派设计

该设计由两部分组成：峰值检波器电路和频率监控电路，后者包含一个定时器和阈值比较器。图2显示了该设计的框图。

（图2：电路框图）

峰值检测器

IC通过引脚8接收外部信号，该引脚配置为作为模拟输入/输出工作。然后，信号通过设置增益的可编程增益放大器（PGA）。ADC的工作模式为单端，并设置x1增益。然后，信号进入ADC模块。

在此设计中，输入信号为低频，因此通过将时钟周期除以16来降低采样速率。采样率相当于 97，6563 sps，以减少误差值和尖峰。

采样率 = PWM 和 ADC 时钟 / 256 = 25k / 16 / 256

为了指示峰值，必须给出一个信号来指示模拟输入是上升还是下降。为此，必须比较ADC输出的两个连续值。SLG46620V SPI模块配置为作为ADC缓冲器运行。

根据数据手册中的ADC属性，在ADC INT输出激活之前，PAR数据可以使用几个时钟周期。利用这一特性，ADC INT输出通过DLY5连接到SPI模块的SCLK输入，DLY5配置为作为上升沿延迟工作。因此，需要比较新的ADC值和具有ADC INT输出信号上升沿的旧ADC值。延迟后，DLY5输出触发SPI将新值存储在缓冲器中。工作时序图如图3所示。

（图3.ADC、SPI 和 DFF 时序图）

（图4.绿色PAK设计矩阵0）

通过DCMP0将ADC值与缓冲值进行比较，其中IN+输入从ADC [7：0]获取其值，IN-输入从SPI [7：0]获取其值。均衡器和OUT+输出分别连接到DFF8和DFF9。

如果 ADC 值大于 SPI 值，则 OUT+ = 1，EQ = 0。

如果ADC值小于SPI值，则OUT+ = 0，EQ = 0。

如果ADC值等于SPI值，则OUT+ = 0，EQ = 1。

EQ 和 OUT+ 输出与 ADC INT 输出信号的上升沿保持。为了确保每次比较时都不会记录相等状态，SPI将通过DLY5输出触发。因此，比较仅在两个连续值之间进行，如图 3 所示。

通过在系统运行期间监控EQ和OUT+输出的状态，会引入间歇脉冲，如果不考虑，会导致毛刺。为了防止这种情况并保持稳定的信号，CNT3、CNT7 和 CNT8 作为延迟运行以对系统进行去抖动。因此，可以防止尖峰对输出状态的影响。

3 位 LUT8 用作 SR 锁存器，其中来自 OUT+ 输出的信号表示 Set，表示信号正在上升。复位来自3位LUT9，这意味着信号正在下降。

3L9配置为在OUT+ = 0、EQ = 0且ACMP1输出为高电平时发出高信号。

优先考虑上升状态，因为系统的目的是检测振幅的最高值。

一旦信号在上升状态后开始下降，3L8输出将从高电平变为低电平，并通过P DLY1检测下降沿。P DLY1输出指示峰值（PD）的检测。PD信号通过DLY9传递到Pin10，脉冲宽度增加，以适应任何外部设备的灵敏度。它还用于重置计数器。

ACMP1用于将PGA输出与固定阈值进行比较，在本设计中选择为200 mV。因此，如果峰值的幅度小于边际值，则将忽略该峰值。

（图5.绿色PAK设计矩阵1）

峰峰值频率监视器设计

构建峰值检波器设计后，我们将使用来自所述设计的PD信号来构建频率监视器。

FSM1用作计算两个峰值之间时间的计数器。由于预期信号是低频，FMS1的时钟源被选为LF OSC，除以16。因此，测量时间可以在 19 ms 到 2.35 s 之间，步长为 ~10 ms。通过使用低频振荡器，有源电流消耗被最小化。

DCMP1 和 DCMP2 将 FSM1 值与频率上限和下限阈值进行比较。DCMP1将FSM1值与（1：1）寄存器值进行比较，在本设计中设置为500 ms，表示下限阈值。DCMP2将FSM1值与寄存器2值进行比较，在本设计中设置为897 ms。

比较值与PD信号的上升沿一起存储在DFF10和DFF11中。Q输出极性已配置为DFF11反相。

FSM1 数据 < 寄存器0 值 ---> DCMP1 输出+ = 高 ---> DFF10 输出 = 高 ---> 高 PPM

FSM1 数据 > 寄存器2 值 ---> DCMP2 输出+ = 高 ---> DFF11 输出 = 高 ---> 低 PPM

寄存器0 < FSM1 数据 < 寄存器2 ---> 3L10 输出 = 高电平 --->正常

FSM1 通过 3L11 逆变器以 PD 信号的下降沿复位。如果周期超过 FSM1 工作范围 2.35 s，FSM1 输出向 3L10 和 2L6 提供高信号以关闭所有输出。这种情况表明测量的周期大于预期。此功能可用于指示输入中没有脉冲或特定应用处于危险的低周期。FSM的时钟源可以更改以适应要实现的应用。