快速多通道交流信号峰值采样电路设计*

杨东亮，张宇坤，范新明，王建生

(航空工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710065)

0 引言

峰值采样电路是满足以下功能的一类电路的总称：其输出电压的大小，一直追随输入信号的峰值，而且保持在输入信号的最大峰值。该电路广泛应用在交流信号电压检测系统中。在多类型信号处理板的设计需求中，对功能密度的要求越来越高，即在有限的印制板板面中，需要放置的功能电路的数量越来越多；同时，机载实时嵌入式软件技术对多类型信号处理板上各种功能电路的响应速度要求越来越快。为满足以上两条对立的需求，一种可行的办法是同构型功能电路进行异步复用，同时提高功能电路在异步复用过程中的切换速度。文中提出了一种基于电荷泄放回路的快速多通道交流信号峰值采样电路的设计方法。

1 峰值采样电路设计

峰值采样电路的结构如图1中相应框图所示。当Vi>Vo时，运算放大器的输出电压Va为正(接近VDD)，输出端的二极管正向导通，运算放大器的输出电流经二极管、限流电阻给电容充电，直至Vo增大至与Vi大小相等；当Vi

一般情况下，机载交流信号的电压有效值约115V[1]，为了保证输入信号的电压不超过峰值采样电路中运放的正常工作电压，应在峰值采样电路前级增加分压电路。

图1 多通道峰值采样电路结构示意图

2 电荷泄放控制电路设计

如前文所述，为了提高同一峰值采样电路在异步复用过程中的切换速度，必须提高该电路的响应速度。当峰值采样电路工作达到稳态后，即输出电压已经跟随到了输入信号的峰值，电容两端积聚了大量电荷，需设计一种电路，将电荷快速泄放掉，以不影响下一通道的峰值采样结果。

电荷泄放控制电路的结构如图1中相应框图所示。VLOST是受嵌入式软件控制的电压信号，VREF是一个恒定的参考电压，约2.5V。不需要泄放电荷时，VLOST电压为0V，小于VREF，由于运算放大器工作在开环增益模式下，输出电压接近VSS，后级的晶体管处于截止状态；需要泄放电荷时，VLOST电压为5V，大于VREF，运算放大器的输出电压接近VDD，后级的晶体管处于导通状态，电容负极板上的电荷经地线,晶体管回到正极板，达到泄放电荷的目的。

3 多通道之间的切换及时序控制

在一个多通道交流信号峰值采样系统中，除上文介绍的峰值采样电路、分压电路、电荷泄放控制电路以外，还必须设计多通道之间的切换控制电路，并在嵌入式软件中进行严格的时序控制，保证各通道之间有序工作，且各通道之间的电压采样结果不会相互影响。

使用多路选择开关(如MAX306、MAX308)进行不同通道之间的切换。将各通道的交流信号分布在多路选择开关的不同通道上，多路选择开关的公共端与图1中电路的输入端相连。当需要采集某一通道的交流信号时，软件控制多路选择开关切换到相应的通道上，等待一段时间，峰值采样电路的输出电压达到稳态后，软件控制A/D转换器启动，待转换完成后，软件控制电荷泄放电路开始泄放，待泄放完成后，软件控制多路选择开关切换到下一通道，如图2所示。

图2 多通道峰值采样电路工作时序图

4 结束语

详细介绍了一种多通道交流信号峰值采样电路的设计方法，包括峰值采样电路设计、电荷泄放控制电路设计、通道切换电路设计及时序控制逻辑。该电路具有布板面积小、响应速度快的优点，可以满足多类型信号处理板对提高功能密度、加快响应速度的要求。