專利名稱：脈沖寬度調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號調(diào)制技術(shù)，具體涉及電能計量芯片的脈沖寬度調(diào)制裝置。
背景技術(shù)：
電能計量芯片是電表中將電網(wǎng)功率的模擬信號轉(zhuǎn)換成脈沖形頻率信號的部件。該電能計量芯片的輸出的每一個脈沖都代表一定能量，其所代表能量的大小與脈沖常數(shù)C有關(guān)。例如，脈沖常數(shù)C＝3000，則一個脈沖代表1/3000kwh的能量。因此只要累計電能計量芯片輸出脈沖的個數(shù)，就可以實現(xiàn)電能計量。
就實現(xiàn)電表的電能計量功能來說，電能計量芯片只需保證脈沖個數(shù)準確，就能實現(xiàn)準確的電能計量。但是，電表在生產(chǎn)的時，需要檢驗校對，以保證電表計量電能的精度。對脈沖信號的檢驗一般采用累計多個脈沖，將這多個脈沖間隔的平均值與真值對比，誤差即脈沖信號的誤差?？紤]到電表生產(chǎn)效率和功率成本，不可能允許累計多個脈沖才得出電表誤差，因此通常要求電表輸出均勻的脈沖，即CF脈沖。該CF脈沖由電能計量芯片產(chǎn)生，一方面用于電能計量，一方面用于校表，因此也叫校表脈沖。
此外，對于單向電能表，一般還要求電能計量芯片輸出F1和F2兩路脈沖信號，用于直接驅(qū)動機械馬達。
就計量電能而言，電表廠家對CF脈沖和F1、F2脈沖的寬度有一定要求。對于CF脈沖，在CF脈沖頻率低于某一個數(shù)值的情況下要求脈寬恒定，頻率高于此數(shù)值時輸出占空比為1∶1的脈沖，頻率非常高的時候又要求保持一個較窄的恒定脈寬。因此需要將CF脈沖按照電表廠家對脈寬的要求進行調(diào)制。
就校表而言，校表臺通過精確檢測相鄰CF脈沖上升沿的時間間隔，并將該測量值與校表臺自己計算的間隔值對比，誤差即電表的誤差。由此即可得出電表的精度。因此對CF脈沖的調(diào)制不能損失相鄰CF脈沖上升沿之間的間隔。
電表廠家對F1、F2脈沖的要求是，在低頻情況下要求脈寬恒定，在高頻情況下要求占空比為1∶1。檢驗校對電表時也要對F1、F2進行校驗，檢驗方法與CF脈沖的校驗方法相同。因此也要對F1、F2脈沖進行脈寬調(diào)制。
可見，在電能計量芯片中，要求經(jīng)過調(diào)制的CF脈沖以及F1、F2脈沖符合電能計量的脈沖寬度和占空比要求，又在調(diào)制的過程中不損失脈沖間隔精度，為校表提供精確的脈沖間隔。
但現(xiàn)有技術(shù)針對調(diào)制CF脈沖以及F1、F2脈沖的方法并未有公開的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的第一個目的在于提供一種輸出脈沖滿足脈沖寬度、占空比需要的脈沖寬度調(diào)制裝置。
本發(fā)明的第二個目的在于提供一種輸出脈沖滿足脈沖寬度需要的脈沖寬度調(diào)制裝置，能夠?qū)Ω哳l和低頻的校表脈沖進行脈沖寬度的調(diào)制。
為達到上述發(fā)明目的的第一個方面，本發(fā)明提供了一種脈沖寬度調(diào)制裝置，該裝置包括脈沖間隔計數(shù)器、脈沖寬度計數(shù)器、右移運算單元、脈沖寬度閥值寄存器和比較器；所述脈沖間隔計數(shù)器，用于在輸入脈沖到來時，對時鐘從零開始計數(shù)；并將該脈沖間隔計數(shù)值輸出給右移運算單元；所述脈沖寬度計數(shù)器，用于在所述輸入脈沖到來時，對所述時鐘從零開始計數(shù)，并將該脈沖寬度計數(shù)值輸出給比較器；所述右移運算單元，用于將所述脈沖間隔計數(shù)器輸出的脈沖間隔計數(shù)值除以2，輸出給脈沖寬度閥值寄存器；所述脈沖寬度閥值寄存器，用于將其存儲的脈沖寬度閥值輸出給所述比較器；在所述輸入脈沖到來時，根據(jù)所述右移運算單元輸出的計算結(jié)果、輸出脈沖的脈寬更新所述脈沖寬度閥值；所述比較器，用于比較所述脈沖寬度計數(shù)器輸出的脈沖寬度計數(shù)值和所述脈沖寬度閥值寄存器輸出的脈沖寬度閥值，得到輸出脈沖。
當所述輸入脈沖頻率低于低頻限時，所述脈沖間隔計數(shù)器設(shè)置有最大門限值；所述脈沖寬度閥值寄存器根據(jù)所述最大門限值更新所述脈沖寬度閥值。
所述脈沖間隔計數(shù)器在脈沖間隔計數(shù)值達到所述最大門限值時，停止計數(shù)，并在下一個輸入脈沖到來時從零開始計數(shù)；所述脈沖寬度閥值寄存器在輸入脈沖到來時，將所述右移運算單元輸出的1/2最大門限值，輸出給所述比較器；所述比較器在所述脈沖寬度計數(shù)值為非零時，輸出所述輸入脈沖的有效電平，否則輸出所述輸入脈沖的非有效電平；當所述脈沖寬度計數(shù)值等于1/2最大門限值時，該比較器控制所述脈沖寬度計數(shù)器清零并停止計數(shù)。
當所述輸入脈沖頻率高于低頻限且低于高頻限時，所述脈沖寬度閥值寄存器根據(jù)所述右移運算單元輸出的計算結(jié)果更新所述脈沖寬度閥值。
所述脈沖寬度閥值寄存器在輸入脈沖到來時，將所述右移運算單元輸出的1/2脈沖間隔，輸出給所述比較器；所述比較器在所述脈沖寬度計數(shù)值為非零時，輸出所述輸入脈沖的有效電平，否則輸出所述輸入脈沖的非有效電平；當所述脈沖寬度計數(shù)值等于所述脈沖寬度閥值，該比較器控制所述脈沖寬度計數(shù)器清零并停止計數(shù)。
該裝置進一步包括高頻脈沖寬度閥值存儲器和多路選擇器；所述高頻脈沖寬度閥值存儲器，與所述多路選擇器相連，用于存儲固定脈沖寬度閥值；
所述多路選擇器，用于根據(jù)高頻控制信號的控制選擇所述固定脈沖寬度閥值或者所述右移運算單元的輸出，作為所述脈沖寬度閥值寄存器的輸入；所述右移運算單元，用于將所述脈沖間隔計數(shù)器輸出的脈沖間隔計數(shù)值除以2，輸出給所述多路選擇器；當所述輸入脈沖頻率高于高頻限時，所述高頻控制信號控制所述多路選擇器將所述固定脈沖寬度閥值輸出給所述脈沖寬度閥值寄存器；所述脈沖寬度閥值寄存器根據(jù)所述多路選擇器輸出的所述固定脈沖寬度閥值更新所述脈沖寬度閥值。
所述脈沖寬度閥值寄存器將所述固定脈沖寬度閥值輸出給所述比較器；所述比較器在所述脈沖寬度計數(shù)值為非零時，輸出所述輸入脈沖的有效電平，否則輸出所述輸入脈沖的非有效電平；當所述脈沖寬度計數(shù)值等于所述固定脈沖寬度閥值時，該比較器控制所述脈沖寬度計數(shù)器清零并停止計數(shù)。
當所述輸入脈沖頻率低于高頻限時，所述高頻控制信號控制所述多路選擇器將所述右移運算單元輸出的計算結(jié)果，輸出給所述脈沖寬度閥值寄存器；所述脈沖寬度閥值寄存器，在輸入脈沖到來時，根據(jù)所述右移運算單元輸出的計算結(jié)果更新所述脈沖寬度閥值；所述比較器在所述脈沖寬度計數(shù)值為非零時，輸出所述輸入脈沖的有效電平，否則輸出所述輸入脈沖的非有效電平；當所述脈沖寬度計數(shù)值等于所述脈沖寬度閥值時，該比較器控制所述脈沖寬度計數(shù)器清零并停止計數(shù)。
較佳的，所述時鐘為高頻時鐘信號。
本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制裝置在復(fù)位時，所述脈沖間隔計數(shù)器的計數(shù)值設(shè)置為脈沖間隔初始值；所述脈沖寬度閥值寄存器存儲的脈沖寬度閥值設(shè)置為所述脈沖間隔初始值的1/2；所述脈沖寬度計數(shù)器清零；所述比較器輸出所述輸入脈沖的無效電平。
為達到上述發(fā)明目的的第二個方面，本發(fā)明提供了一種脈沖寬度調(diào)制裝置，該裝置包括脈沖寬度計數(shù)器、脈沖寬度閥值存儲單元和比較器；所述脈沖寬度計數(shù)器，用于在輸入脈沖到來時，對時鐘從零開始計數(shù)，并將該脈沖寬度計數(shù)值輸出給比較器；所述脈沖寬度閥值存儲單元，用于將其存儲的固定脈沖寬度閥值輸出給所述比較器；所述比較器，用于在所述脈沖寬度計數(shù)值為非零時，輸出所述輸入脈沖的有效電平，否則輸出所述輸入脈沖的非有效電平；當所述脈沖寬度計數(shù)值等于所述固定脈沖寬度閥值時，該比較器控制所述脈沖寬度計數(shù)器清零并停止計數(shù)。
當輸入脈沖為高頻輸入脈沖時，所述固定脈沖寬度閥值為高頻脈沖寬度閥值。
當輸入脈沖為低頻輸入脈沖時，所述固定脈沖寬度閥值為低頻脈沖寬度閥值。
其中，所述脈沖寬度閥值存儲單元包括高頻脈沖寬度閥值存儲器、低頻脈沖寬度閥值存儲器和二選一選擇器；所述高頻脈沖寬度閥值存儲器，與所述二選一選擇器相連，用于存儲高頻脈沖寬度閥值；所述低頻脈沖寬度閥值存儲器，與所述二選一選擇器相連，用于存儲低頻脈沖寬度閥值；所述二選一選擇器，在控制信號的控制下，將所述高頻脈沖寬度閥值或者所述低頻脈沖寬度閥值，作為所述固定脈沖寬度閥值輸出給比較器。
較佳的，所述時鐘為高頻時鐘信號。
復(fù)位時，所述脈沖寬度計數(shù)器清零；所述比較器輸出所述輸入脈沖的無效電平。
本發(fā)明所提供的脈沖寬度調(diào)制裝置，采用脈沖寬度閥值寄存器根據(jù)右移運算單元輸出的1/2脈沖間隔、輸出脈沖的脈寬確定脈沖寬度閥值，即輸出脈沖所需維持有效電平的時間；比較器將脈沖寬度計數(shù)值與脈沖寬度閥值相比，控制輸出脈沖有效電平的結(jié)束點，從而得到了所需脈寬和占空比的調(diào)制脈沖。該裝置解決了對高、中、低頻校表脈沖的調(diào)制問題。
本發(fā)明提供的另一種脈沖寬度調(diào)制裝置，將固定脈寬閥值設(shè)置在脈沖寬度閥值存儲單元中，比較器將脈沖寬度計數(shù)值與固定脈沖寬度閥值相比，控制輸出脈沖有效電平的結(jié)束點，從而得到了所需脈寬的調(diào)制脈沖。該裝置解決了對高頻和低頻校表脈沖的調(diào)制問題。
另外，以上兩種脈沖寬度調(diào)制裝置中的脈沖寬度計數(shù)器都對高頻時鐘信號進行計數(shù)，使得脈沖寬度計數(shù)器精確的獲取輸入脈沖的起始點和結(jié)束點，因此輸出脈沖不損失輸入脈沖的精度。


圖1為本發(fā)明脈沖寬度調(diào)制裝置第一較佳實施例的組成框圖。
圖2為本發(fā)明脈沖寬度調(diào)制裝置第二較佳實施例的組成框圖。
圖3為本發(fā)明另一脈沖寬度調(diào)制裝置的實施例一的組成框圖。
圖4為本發(fā)明另一脈沖寬度調(diào)制裝置的實施例二的組成框圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
本發(fā)明的核心思想是，采用脈沖寬度閥值寄存器存儲脈沖寬度閥值，即輸出脈沖所需維持有效電平的時間；脈沖寬度計數(shù)器計算脈沖寬度；采用比較器將脈沖寬度計數(shù)值與脈沖寬度閥值相比，控制輸出脈沖有效電平的結(jié)束點，從而得到了所需脈寬的調(diào)制脈沖。如果脈沖寬度閥值是根據(jù)脈沖間隔計數(shù)值的1/2確定的，則還可以得到1∶1占空比的調(diào)制脈沖。
本發(fā)明的脈沖調(diào)制裝置，將輸入脈沖調(diào)制成符合脈寬和占空比要求的輸出脈沖。被調(diào)制的輸入脈沖可以是電能計量芯片的CF脈沖，或者F1、F2脈沖。
以下實施例采用本發(fā)明脈沖調(diào)制裝置對CF脈沖進行調(diào)制。假設(shè)對CF脈沖的要求如下輸入脈沖頻率的低頻限為10Hz，高頻限為10,000Hz。在低頻情況下，即頻率低于10Hz時，CF脈沖脈寬維持50ms的高電平；在中頻情況下，即頻率高于10Hz，且低于10,000Hz時，CF脈沖脈寬維持1∶1的占空比；實際脈沖頻率不會高于100,000Hz，但在一種特殊模式下，頻率會高于10,000Hz，此時，在高頻情況下，即頻率高于10,000Hz，CF脈沖脈寬維持固定5μs的高電平。
首先對輸出脈沖在中頻范圍內(nèi)，輸出脈沖要求占空比為1∶1的情況進行說明。圖1為本發(fā)明脈沖調(diào)制裝置第一較佳實施例的原理框圖。該實施例能夠?qū)崿F(xiàn)對中頻和低頻情況下的脈沖寬度調(diào)制。
參見圖1，該脈沖調(diào)制裝置包括脈沖間隔計數(shù)器11、右移運算單元12、脈沖寬度閥值寄存器13、脈沖寬度計數(shù)器14和比較器15。RESET為復(fù)位信號，控制脈沖間隔計數(shù)器11和脈沖寬度計數(shù)器14復(fù)位，CLOCK時鐘為高頻時鐘信號，本實施例中CLOCK時鐘采用電能計量芯片主頻時鐘信號，脈沖間隔計數(shù)器11和脈沖寬度計數(shù)器14對該CLOCK時鐘計數(shù)，即脈沖間隔計數(shù)器11和脈沖寬度計數(shù)器14的計數(shù)值在每個CLOCK時鐘到達時累加并輸出。
脈沖間隔計數(shù)器11，用于計算輸入脈沖信號CF in相鄰脈沖上升沿之間的寬度，即CF_in脈沖間隔。CF_in作為脈沖間隔計數(shù)器11一次計數(shù)開始的觸發(fā)信號。當一個CF_in上升沿到來，脈沖間隔計數(shù)器11將脈沖間隔計數(shù)值清零，并開始對CLOCK時鐘計數(shù)。同時，將脈沖間隔計數(shù)值實時輸出給右移運算單元12。當下一個CF_in脈沖上升沿到來，脈沖間隔計數(shù)器11重新開始計數(shù)。RESET信號有效時，脈沖間隔計數(shù)器11被設(shè)置為脈沖間隔初始值。該值由人為確定。
右移運算單元12接收脈沖間隔計數(shù)器11輸出的脈沖間隔計數(shù)值，計算出1/2脈沖間隔值，并輸出給脈沖寬度閥值寄存器13。該1/2脈沖間隔值作為下一個脈沖的脈沖寬度閥值。
脈沖寬度閥值寄存器13，將其存儲的脈沖寬度閥值輸出給比較器15；在CF_in上升沿到來時，采用從右移運算單元12接收的1/2脈沖間隔值，更新脈沖寬度閥值。該脈沖寬度閥值在下一個CF_in脈沖到來前保持不變。RESET信號有效時，脈沖寬度閥值被設(shè)置為脈沖寬度閥值初始值，該脈沖寬度閥值初始值為脈沖間隔初始值的1/2。
脈沖寬度計數(shù)器14，在脈沖間隔計數(shù)器11開始計數(shù)時，該脈沖寬度計數(shù)器14也在同一CF_in上升沿的觸發(fā)下，將脈沖寬度計數(shù)值清零，并開始對CLOCK時鐘進行計數(shù)。同時，將脈沖寬度計數(shù)值實時輸出給比較器15。當計到脈沖寬度閥值，在比較器15的控制下，脈沖寬度計數(shù)器14清零，并停止計數(shù)，直到下一個CF_in脈沖的到來。當RESET信號有效時，脈沖寬度計數(shù)器14清零。
比較器15，接收脈沖寬度閥值寄存器13輸出的脈沖寬度閥值和脈沖寬度計數(shù)器14輸出的脈沖寬度計數(shù)值。當脈沖寬度計數(shù)值非零時，比較器輸出高電平，否則輸出低電平。當脈沖寬度計數(shù)值等于脈沖寬度閥值時，比較器15控制脈沖寬度計數(shù)器14清零，并停止計數(shù)。
本實施例中，比較器15比較脈沖寬度計數(shù)器14的計數(shù)值與脈沖寬度閥值，當脈沖寬度計數(shù)值達到脈沖寬度閥值，也就是到達CF_in脈沖間隔的一半時，控制CF_out從高電平跳變?yōu)榈碗娖剑⒈３值较乱粋€CF_in脈沖的到來，從而實現(xiàn)了CF_out的占空比為1∶1。
雖然在對當前CF_in脈沖進行調(diào)制時，脈沖寬度閥值記錄的是前一個CF_in脈沖的1/2脈沖間隔，但是由于用于校表的CF脈沖都是均勻的脈沖，因此前后CF_in脈沖的間隔相同，由于這種原因而造成的誤差可以忽略不計。
下面舉例說明采用本發(fā)明脈沖寬度調(diào)制裝置對中頻CF脈沖進行調(diào)制的工作原理。假設(shè)CF_in脈沖的頻率為100Hz，該CF_in脈沖頻率滿足頻率高于10Hz，且低于10,000Hz的情況，因此要求調(diào)制后的CF_out脈沖的脈沖間隔為10ms，脈寬占空比為1∶1，即高、低電平均維持5ms。
在電能計量芯片系統(tǒng)復(fù)位時，復(fù)位信號RESET有效。此時，脈沖間隔計數(shù)器11的脈沖間隔計數(shù)值設(shè)置脈沖間隔初始值；脈沖寬度閥值寄存器13的脈沖寬度閥值設(shè)置1/2脈沖間隔初始值。同時，脈沖寬度計數(shù)器14清零；輸出脈沖CF_out置0。上述脈沖間隔初始值可以預(yù)先設(shè)置并存儲。復(fù)位后，由于脈沖寬度計時器14清零，因此比較器15輸出低電平。當CF_in上升沿到來，脈沖間隔計數(shù)器11和脈沖寬度計數(shù)器14開始計數(shù)。脈沖寬度閥值寄存器13此時接收到的是1/2脈沖間隔初始值。
因為無法預(yù)測第一個CF_in的脈寬，為了使得比較器15輸出的第一個CF_out高電平不要太長，甚至比CF_in的實際脈沖間隔還長，因此將脈沖間隔初始值設(shè)置為一個比較小的數(shù)值。例如5us，10us。
復(fù)位后，本實施例脈沖寬度調(diào)制裝置開始正常工作。在當前CF_in脈沖到來時，右移運算單元12計算的數(shù)值為前一個CF_in脈沖間隔的1/2，即5ms。在當前CF_in脈沖上升沿的觸發(fā)下，脈沖寬度閥值寄存器13采用接收自右移運算單元12的5ms更新脈沖寬度閥值，并輸出給比較器15。在當前CF_in脈沖結(jié)束之前，該脈沖寬度閥值保持不變；相應(yīng)的，比較器15從脈沖寬度閥值寄存器13獲取的脈沖寬度閥值也不變，即為5ms。在同一當前CF_in脈沖上升沿的觸發(fā)下，脈沖間隔計數(shù)器11和脈沖寬度計數(shù)器14開始從0對CLOCK時鐘計數(shù)。比較器15比較脈沖寬度計數(shù)器14的計數(shù)值與脈沖寬度閥值，由于脈沖寬度計數(shù)值大于0且小于5ms，因此比較器15輸出高電平；當脈沖寬度計數(shù)值等于5ms，比較器15控制脈沖寬度計數(shù)器14清零，并停止計數(shù)。由于在下一個CF_in脈沖到來之前，脈沖寬度計數(shù)器14的計數(shù)值保持為0，因此比較器15的輸出將保持低電平。當下一個CF_in脈沖到來時，脈沖寬度計數(shù)器14再次開始計數(shù)，比較器15又輸出高電平。因此，CF_in經(jīng)調(diào)制后CF_out脈沖間隔剛好維持10ms，其中，高電平為5ms，低電平5ms。實現(xiàn)了調(diào)制后脈沖滿足占空比為1∶1的要求。
其次對輸出脈沖在低頻范圍內(nèi)，輸出脈沖要求維持固定脈寬的情況進行說明。仍采用圖1示出的脈沖寬度調(diào)制裝置實現(xiàn)低頻脈沖寬度調(diào)制。
如圖1所示，為了實現(xiàn)當CF_in脈沖頻率低于某一數(shù)值時，CF_out脈沖維持一個固定的高電平，本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制裝置在脈沖間隔計數(shù)器11中設(shè)置最大門限值。中頻情況下，脈沖間隔計數(shù)器11對CLOCK時鐘進行計數(shù)，當下一個CF_in脈沖到來則重新計數(shù)。但是當CF_in脈沖的頻率較低，脈沖間隔較大時，脈沖間隔計數(shù)器11的計數(shù)值會超過最大門限值，此時停止計數(shù)，直到下一個CF_in脈沖到來則重新計數(shù)。因此，脈沖間隔計數(shù)器11所計數(shù)值在低頻情況下會固定為最大門限值。脈沖寬度閥值寄存器13在CF_in脈沖到來時采用右移運算單元12計算的1/2最大門限值更新脈沖寬度閥值，并輸出給比較器15。因此該脈沖寬度閥值也為固定的1/2最大門限值。比較器15在脈沖寬度計數(shù)值非零時，比較器輸出高電平，否則輸出低電平。當脈沖寬度計數(shù)值等于1/2最大門限值時，比較器15控制脈沖寬度計數(shù)器14清零，并停止計數(shù)。從而實現(xiàn)了低頻CF_in經(jīng)調(diào)制后，輸出CF_out脈沖的高電平維持固定的寬度，該寬度為1/2最大門限值。
下面舉例說明采用本發(fā)明脈沖寬度調(diào)制裝置對低頻CF脈沖進行調(diào)制的工作原理。復(fù)位時的情況與實現(xiàn)中頻脈沖寬度調(diào)制的情況相同。復(fù)位后，脈沖寬度調(diào)制裝置開始正常工作。假設(shè)最大門限值設(shè)置為100ms，當CF_in脈沖頻率低于10Hz時，脈沖間隔計數(shù)器11計到100ms時停止計數(shù)。當下一個CF_in脈沖到來時，脈沖寬度閥值寄存器13將從右移運算單元12中讀取的50ms賦值給脈沖寬度閥值。因此在脈沖寬度計數(shù)器14計數(shù)到50ms時，比較器15輸出CF_out脈沖從高電平跳變?yōu)榈碗娖?，一直保持到下一個CF_in脈沖的到來，再跳變?yōu)楦唠娖?。從而實現(xiàn)了在CF_in脈沖頻率低于10Hz時，CF_out脈沖維持50ms的高電平。
最后對輸出脈沖在高頻范圍內(nèi)，輸出脈沖要求維持恒定的窄脈沖的情況進行說明。圖2示出了本發(fā)明脈沖寬度調(diào)制裝置第二較佳實施例的組成框圖。該實施例能夠?qū)崿F(xiàn)對高頻、中頻、低頻情況下脈沖寬度的調(diào)制。
如圖2所示，與圖1示出的第一較佳實施例相比，為了實現(xiàn)高頻情況下，輸出符合要求的CF脈沖，本實施例的脈沖寬度調(diào)制裝置增加了高頻脈沖寬度閥值存儲器26和多路選擇器(MUX)27。
高頻脈沖寬度閥值存儲器26，與MUX27相連，用于存儲固定脈沖寬度閥值。
MUX27，連接在右移運算單元22與脈沖寬度閥值寄存器23之間。MUX27可以采用二選一的多路選擇器，在高頻控制信號的控制下，從右移運算單元22和高頻脈沖寬度閥值存儲器26的輸出中選擇一個，輸出給脈沖寬度閥值寄存器23。該高頻控制信號是人為控制，或者采用其它邏輯電路的輸出作為該高頻控制信號。當高頻控制信號有效時，表示當前輸入的CF_in為高頻信號，MUX27選擇高頻脈沖寬度閥值存儲器26中的固定脈沖寬度閥值作為當前的脈沖寬度閥值。高頻控制信號無效時，表示當前輸入的CF_in為非高頻信號，MUX27選擇右移運算單元22的輸出值作為當前的脈沖寬度閥值。
比較器25在脈沖寬度計數(shù)值非零時，比較器輸出高電平，否則輸出低電平。當脈沖寬度計數(shù)值等于固定脈沖寬度閥值時，比較器25控制脈沖寬度計數(shù)器24清零，并停止計數(shù)。從而實現(xiàn)了高頻CF_in經(jīng)調(diào)制后，輸出CF_out脈沖的高電平維持固定的寬度，該寬度為上述固定脈沖寬度閥值。
本實施例中的其它模塊的功能與第一較佳實施例中相應(yīng)模塊功能相同。
下面舉例說明采用本發(fā)明第二較佳實施例的脈沖寬度調(diào)制裝置對高頻CF脈沖進行調(diào)制的工作原理。假設(shè)高頻脈沖寬度閥值存儲器存儲的固定脈沖寬度閥值為5μs。
在復(fù)位時，設(shè)置脈沖間隔計數(shù)器21的脈沖間隔初始值為高頻輸入脈沖所要求維持的脈沖寬度值，即10μs；設(shè)置脈沖寬度閥值寄存器23的脈沖寬度初始值為5μs。同時，脈沖寬度計數(shù)器24清零；輸出脈沖CF_out置0。
復(fù)位后，脈沖寬度調(diào)制裝置正常工作。參見圖2，由于輸入的是高頻CF_in，高頻控制信號被設(shè)置為有效。MUX27選擇固定脈沖寬度閥值輸出給脈沖寬度閥值寄存器23作為脈沖寬度閥值，并保持不變。因此脈沖寬度計數(shù)器24計數(shù)到5μs時，比較器25輸出從高電平跳變?yōu)榈碗娖?，一直保持到下一個CF_in脈沖的到來，再跳變?yōu)楦唠娖?。從而實現(xiàn)了在CF_in脈沖高于10,000Hz時，CF_out脈沖維持5μs的高電平。
在采用本實施例實現(xiàn)對低頻和中頻CF脈沖的調(diào)制時，高頻控制信號設(shè)置為0。MUX27選擇右移運算單元22的輸出值作為脈沖寬度閥值寄存器23的輸入。MUX27只起到傳遞數(shù)據(jù)的作用，并不進行額外的處理。因此，本實施例實現(xiàn)低頻和中頻CF脈沖脈寬調(diào)制的原理，與第一較佳實施例脈沖寬度調(diào)制裝置實現(xiàn)脈寬低頻和中頻CF脈沖寬度調(diào)制的原理相同。
以上各實施例，為了保證經(jīng)調(diào)制的脈沖不損失輸入脈沖精度，脈沖間隔計數(shù)器和脈沖寬度計數(shù)器都對系統(tǒng)主頻時鐘CLOCK計數(shù)。因此，脈沖間隔計數(shù)器能夠準確的抓住CF_in的上升沿和下降沿的到來時刻，脈沖間隔計算的準確，間接保證脈沖寬度閥值計算的準確性。同時，脈沖寬度計數(shù)器能夠在CLOCK的控制下，精確的控制CF_out高電平結(jié)束點的時刻，和CF_in脈沖來到的時刻，從而保證輸出CF_out脈沖不損耗CF_in脈沖的精度。
對于低頻和高頻來說，只要求CF_out脈沖維持固定的脈寬。因此可以采用圖3示出的本發(fā)明另一脈沖寬度調(diào)制裝置的實施例一的組成框圖，對低頻和高頻脈沖進行調(diào)制。
如圖3所示，該裝置包括脈沖寬度閥值存儲單元33、脈沖寬度計數(shù)器34和比較器35。RESET為復(fù)位信號，控制脈沖寬度計數(shù)器34復(fù)位；CLOCK時鐘為電能計量芯片主頻時鐘信號。
脈沖寬度閥值存儲單元33，存儲固定脈沖寬度閥值，輸出給比較器35。該單元可以采用數(shù)據(jù)存儲器實現(xiàn)。
脈沖寬度計數(shù)器34，在CF_in上升沿的觸發(fā)下，將脈沖寬度計數(shù)值清零，并開始對CLOCK時鐘進行計數(shù)。同時，將脈沖寬度計數(shù)值實時輸出給比較器35。當計到脈沖寬度閥值，在比較器35的控制下，脈沖寬度計數(shù)器34清零，并停止計數(shù)，直到下一個CF_in脈沖的到來。當RESET信號有效時，脈沖寬度計數(shù)器34清零。
比較器35，接收脈沖寬度閥值存儲單元33輸出的固定脈沖寬度閥值和脈沖寬度計數(shù)器34輸出的脈沖寬度計數(shù)值。當脈沖寬度計數(shù)值非零時，比較器35輸出高電平，否則輸出低電平。當脈沖寬度計數(shù)值等于固定脈沖寬度閥值時，比較器35控制脈沖寬度計數(shù)器34清零，并停止計數(shù)。
當采用本實施例的脈沖寬度調(diào)制裝置調(diào)制高頻CF_in時，脈沖寬度閥值存儲單元33存儲高頻脈沖寬度閥值，例如5us，則輸出的CF_out的脈沖保持5us的高電平；當采用本實施例的脈沖寬度調(diào)制裝置調(diào)制低頻CF_in時，脈沖寬度閥值存儲單元33存儲低頻脈沖寬度閥值，例如50ms，則輸出的CF_out脈沖保持50ms的高電平。
如果采用一套脈沖寬度調(diào)制裝置調(diào)制高電平和低電平。脈沖寬度閥值存儲單元可以采用圖4示出的脈沖寬度閥值存儲單元400的組成結(jié)構(gòu)。脈沖寬度閥值存儲單元400包括高頻脈沖寬度閥值存儲器401、低頻脈沖寬度閥值存儲器402和二選一MUX403。控制信號為外接控制信號，可以是人為控制，也可以是外接邏輯電路控制。
高頻脈沖寬度閥值存儲器401，與二選一MUX403相連，存儲高頻脈沖寬度閥值；低頻脈沖寬度閥值存儲器402，與二選一MUX403相連，存儲低頻脈沖寬度閥值；二選一MUX403，在控制信號的控制下，從高頻脈沖寬度閥值存儲器401和低頻脈沖寬度閥值存儲器402的輸出選擇一個，作為比較器35的輸入。具體來說，當控制信號表示當前CF_in為高頻信號時，該控制信號控制二選一MUX403將高頻脈沖寬度閥值輸出給比較器35；當控制信號表示當前CF_in為低頻信號時，該控制信號控制二選一MUX403將低頻脈沖寬度閥值輸出給比較器35。
比較器35就可以根據(jù)接收的脈沖寬度閥值和脈沖寬度計數(shù)值確定CF_out。
本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制裝置也可以用于F1、F2脈沖的調(diào)制。與調(diào)制CF脈沖相比，在調(diào)制F1、F2脈沖時脈沖寬度調(diào)制裝置的工作過程有以下幾點不同(1)F1、F2脈沖用于驅(qū)動電表機械馬達，因此頻率不會像CF脈沖高于10,000Hz，不存在特殊模式，因此該裝置不包括高頻脈沖寬度閥值存儲器和MUX以及高頻控制信號，采用圖1示出的本發(fā)明脈沖寬度調(diào)制裝置第一較佳實施例即可。(2)由于F1、F2脈沖為低電平有效，因此脈沖間隔計數(shù)器11和脈沖寬度計數(shù)器12是在F1、F2輸入脈沖的下降沿的觸發(fā)下開始對CLOCK時鐘計數(shù)。(3)脈沖寬度閥值寄存器13也是在F1、F2輸入脈沖的下降沿到來時將脈沖寬度閥值輸出給比較器15。(4)比較器15在脈沖寬度計數(shù)器非零時輸出低電平，即F1、F2脈沖的有效電平；否則輸出高電平。對于低頻F1、F2，也可以采用圖3或圖4示出的本發(fā)明另一脈沖寬度調(diào)制裝置進行調(diào)制。
由以上所述可以看出，本發(fā)明所提供的脈沖寬度調(diào)制裝置能夠?qū)﹄娔苡嬃啃酒腃F脈沖以及F1、F2脈沖進行調(diào)制，使得調(diào)制后的脈沖達到設(shè)定的脈寬、占空比要求。并且脈寬調(diào)制準確，經(jīng)調(diào)制脈沖不損失輸入脈沖的精度。
綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種脈沖寬度調(diào)制裝置，其特征在于，該裝置包括脈沖間隔計數(shù)器、脈沖寬度計數(shù)器、右移運算單元、脈沖寬度閥值寄存器和比較器；所述脈沖間隔計數(shù)器，用于在輸入脈沖到來時，對時鐘從零開始計數(shù)；并將該脈沖間隔計數(shù)值輸出給右移運算單元；所述脈沖寬度計數(shù)器，用于在所述輸入脈沖到來時，對所述時鐘從零開始計數(shù)，并將該脈沖寬度計數(shù)值輸出給比較器；所述右移運算單元，用于將所述脈沖間隔計數(shù)器輸出的脈沖間隔計數(shù)值除以2，輸出給脈沖寬度閥值寄存器；所述脈沖寬度閥值寄存器，用于將其存儲的脈沖寬度閥值輸出給所述比較器；在所述輸入脈沖到來時，根據(jù)所述右移運算單元輸出的計算結(jié)果、輸出脈沖的脈寬更新所述脈沖寬度閥值；所述比較器，用于比較所述脈沖寬度計數(shù)器輸出的脈沖寬度計數(shù)值和所述脈沖寬度閥值寄存器輸出的脈沖寬度閥值，得到輸出脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述脈沖間隔計數(shù)器設(shè)置有最大門限值；當所述輸入脈沖頻率低于低頻限時，所述脈沖寬度閥值寄存器根據(jù)所述最大門限值更新所述脈沖寬度閥值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，當所述輸入脈沖頻率高于低頻限且低于高頻限時，所述脈沖寬度閥值寄存器根據(jù)所述右移運算單元輸出的計算結(jié)果更新所述脈沖寬度閥值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置進一步包括高頻脈沖寬度閥值存儲器和多路選擇器；所述高頻脈沖寬度閥值存儲器，與所述多路選擇器相連，用于存儲固定脈沖寬度閥值；所述多路選擇器，用于根據(jù)高頻控制信號的控制選擇所述固定脈沖寬度閥值或者所述右移運算單元的輸出，作為所述脈沖寬度閥值寄存器的輸入；所述右移運算單元，用于將所述脈沖間隔計數(shù)器輸出的脈沖間隔計數(shù)值除以2，輸出給所述多路選擇器；當所述輸入脈沖頻率高于高頻限時，所述高頻控制信號控制所述多路選擇器將所述固定脈沖寬度閥值輸出給所述脈沖寬度閥值寄存器；所述脈沖寬度閥值寄存器根據(jù)所述多路選擇器輸出的所述固定脈沖寬度閥值更新所述脈沖寬度閥值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述脈沖間隔計數(shù)器在脈沖間隔計數(shù)值達到所述最大門限值時，停止計數(shù)，并在下一個輸入脈沖到來時從零開始計數(shù)；所述脈沖寬度閥值寄存器在輸入脈沖到來時，將所述右移運算單元輸出的1/2最大門限值，輸出給所述比較器；所述比較器在所述脈沖寬度計數(shù)值為非零時，輸出所述輸入脈沖的有效電平，否則輸出所述輸入脈沖的非有效電平；當所述脈沖寬度計數(shù)值等于1/2最大門限值時，該比較器控制所述脈沖寬度計數(shù)器清零并停止計數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述脈沖寬度閥值寄存器在輸入脈沖到來時，將所述右移運算單元輸出的1/2脈沖間隔，輸出給所述比較器；所述比較器在所述脈沖寬度計數(shù)值為非零時，輸出所述輸入脈沖的有效電平，否則輸出所述輸入脈沖的非有效電平；當所述脈沖寬度計數(shù)值等于所述脈沖寬度閥值，該比較器控制所述脈沖寬度計數(shù)器清零并停止計數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述脈沖寬度閥值寄存器將所述固定脈沖寬度閥值輸出給所述比較器；所述比較器在所述脈沖寬度計數(shù)值為非零時，輸出所述輸入脈沖的有效電平，否則輸出所述輸入脈沖的非有效電平；當所述脈沖寬度計數(shù)值等于所述固定脈沖寬度閥值時，該比較器控制所述脈沖寬度計數(shù)器清零并停止計數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，當所述輸入脈沖頻率低于高頻限時，所述高頻控制信號控制所述多路選擇器將所述右移運算單元輸出的計算結(jié)果，輸出給所述脈沖寬度閥值寄存器；所述脈沖寬度閥值寄存器，在輸入脈沖到來時，根據(jù)所述右移運算單元輸出的計算結(jié)果更新所述脈沖寬度閥值；所述比較器在所述脈沖寬度計數(shù)值為非零時，輸出所述輸入脈沖的有效電平，否則輸出所述輸入脈沖的非有效電平；當所述脈沖寬度計數(shù)值等于所述脈沖寬度閥值時，該比較器控制所述脈沖寬度計數(shù)器清零并停止計數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的裝置，其特征在于，所述時鐘為高頻時鐘信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，復(fù)位時，所述脈沖間隔計數(shù)器的計數(shù)值設(shè)置為脈沖間隔初始值；所述脈沖寬度閥值寄存器存儲的脈沖寬度閥值設(shè)置為所述脈沖間隔初始值的1/2；所述脈沖寬度計數(shù)器清零；所述比較器輸出所述輸入脈沖的無效電平。
11.一種脈沖寬度調(diào)制裝置，其特征在于，該裝置包括脈沖寬度計數(shù)器、脈沖寬度閥值存儲單元和比較器；所述脈沖寬度計數(shù)器，用于在輸入脈沖到來時，對時鐘從零開始計數(shù)，并將該脈沖寬度計數(shù)值輸出給所述比較器；所述脈沖寬度閥值存儲單元，用于將其存儲的固定脈沖寬度閥值輸出給所述比較器；所述比較器，用于在所述脈沖寬度計數(shù)值為非零時，輸出所述輸入脈沖的有效電平，否則輸出所述輸入脈沖的非有效電平；當所述脈沖寬度計數(shù)值等于所述固定脈沖寬度閥值時，該比較器控制所述脈沖寬度計數(shù)器清零并停止計數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，當輸入脈沖為高頻輸入脈沖時，所述固定脈沖寬度閥值為高頻脈沖寬度閥值。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，當輸入脈沖為低頻輸入脈沖時，所述固定脈沖寬度閥值為低頻脈沖寬度閥值。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述脈沖寬度閥值存儲單元包括高頻脈沖寬度閥值存儲器、低頻脈沖寬度閥值存儲器和二選一選擇器；所述高頻脈沖寬度閥值存儲器，與所述二選一選擇器相連，用于存儲高頻脈沖寬度閥值；所述低頻脈沖寬度閥值存儲器，與所述二選一選擇器相連，用于存儲低頻脈沖寬度閥值；所述二選一選擇器，在控制信號的控制下，將所述高頻脈沖寬度閥值或者所述低頻脈沖寬度閥值，作為所述固定脈沖寬度閥值輸出給比較器。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14任意一項所述的裝置，其特征在于，所述時鐘為高頻時鐘信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，復(fù)位時，所述脈沖寬度計數(shù)器清零；所述比較器輸出所述輸入脈沖的無效電平。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖寬度調(diào)制裝置，該裝置的脈沖間隔計數(shù)器在輸入脈沖到來時對時鐘開始從零計數(shù)，右移運算單元將脈沖間隔計數(shù)值除以2，輸出給脈沖寬度閥值寄存器；脈沖寬度閥值寄存器將其存儲的脈沖寬度閥值輸出給比較器，并在輸入脈沖到來時，根據(jù)1/2脈沖間隔計數(shù)值、輸出脈沖的脈寬更新脈沖寬度閥值；脈沖寬度計數(shù)器在該輸入脈沖到來時對時鐘從零開始計數(shù)，并將所計數(shù)值輸出給比較器；比較器比較脈沖寬度計數(shù)值和脈沖寬度閥值，得到輸出脈沖。該脈沖寬度調(diào)制裝置將輸入脈沖調(diào)制成所需脈寬和占空比的脈沖，并且不損失輸入脈沖的精度。本發(fā)明還公開了另一種脈沖寬度調(diào)制裝置，也能將輸入脈沖調(diào)制成所需脈寬的脈沖。
文檔編號G01R35/00GK1976227SQ20061016830
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者范志軍 申請人:北京中星微電子有限公司