頻率監(jiān)控電路有多種類型。“過零檢測器”被認(rèn)為是最常見的方法之一，因為它對周期性和常規(guī)信號的設(shè)計簡單。但是，如果信號是非周期性的或不規(guī)則的（脈沖之間包含非瞬時零周期），則不能使用過零。在這種情況下，峰峰值頻率監(jiān)視器是理想的替代方案。

峰峰值法用于真實世界的模擬信號，通常來自模擬傳感器。本文所述的設(shè)計使用SLG46620VGreenPAK?計算0.5 Hz至200 Hz信號的低端頻率，其波形寬度在100 - 1000 ms之間。通過對該應(yīng)用的基本了解，可以設(shè)計其他模擬寬度和周期的峰峰值測量。

該電路包括峰峰值設(shè)計的所有部分。因此，IC負(fù)責(zé)接收模擬信號樣本并將識別的峰值存儲在內(nèi)部緩沖器中。它還負(fù)責(zé)將兩個峰值之間的測量時間段與內(nèi)部閾值進行比較，以便在超過這些閾值時給出信號。

該設(shè)計由一個模擬信號輸入和 4 個輸出組成：

PD：在檢測到峰值時發(fā)出脈沖。

高 PPM：如果信號頻率超過上限閾值，則給出高。

低 PPM：如果信號頻率超過下限閾值，則給出高。

正常：如果頻率在兩個閾值內(nèi)，則給出 HIGH。

該 IC 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 宏單元非常適合峰值信號檢測。所選電路功耗低且性價比高。它是此應(yīng)用程序中所需的小型設(shè)備。該 IC 可以替代分立 IC 和無源器件系統(tǒng)。

對一般電路的解釋是期望它將被增強以適應(yīng)特定的實際應(yīng)用。設(shè)計結(jié)果利用GreenPAK Designer軟件信號發(fā)生器來測試各種信號并顯示相應(yīng)的輸出。信號以高于和低于IC中存儲的值的頻率生成，并顯示每種情況的相應(yīng)輸出，以向讀卡器確認(rèn)操作正確。

可以在此處找到此應(yīng)用程序的完整設(shè)計文件。

設(shè)計概述

檢測過程使用ADC模塊對模擬信號進行采樣，然后將其存儲在內(nèi)部緩沖器中。然后接收模擬信號的新樣本，并與存儲的樣本進行比較。

如果新樣本的值大于當(dāng)前存儲的值，則模擬電壓正在增加。新樣本存儲在緩沖器中，接收并比較信號的下一個樣本。但是，如果接收到的樣本等于緩沖區(qū)中存儲的樣本，則信號是恒定的。此時，它要么達到一個短暫的常數(shù)值但沒有達到峰值，要么已經(jīng)達到峰值，因此只有在信號開始下降時才考慮峰值狀態(tài)。

如果下一個樣本小于存儲在ADC緩沖器中的前一個樣本，則記錄峰值狀態(tài)。在另一個循環(huán)中重復(fù)該過程以找到下一個峰值。

為了計算頻率，我們計算兩個連續(xù)峰值之間的時間，并將該時間與預(yù)先存儲在IC內(nèi)部寄存器中的某些閾值進行比較。如果此時間大于較高的閾值，則頻率小于允許的限制。如果此時間小于下限閾值，則頻率大于允許的限制。

由于該設(shè)計適用于相對低頻的信號，因此它們通常以每分鐘的脈沖數(shù)計算，在此上下文中縮寫為PPM。閾值標(biāo)記為高 PPM 和低 PPM。

為了確保需要所有記錄的峰值，將每個峰值與預(yù)先存儲的電壓閾值進行比較，以便僅在峰值幅度大于所選閾值時才考慮峰值，并忽略短幅度信號。圖 1 顯示了工作過程。

（圖1：系統(tǒng)工作流程）

綠派設(shè)計

該設(shè)計由兩部分組成：峰值檢波器電路和頻率監(jiān)控電路，后者包含一個定時器和閾值比較器。圖2顯示了該設(shè)計的框圖。

（圖2：電路框圖）

峰值檢測器

IC通過引腳8接收外部信號，該引腳配置為作為模擬輸入/輸出工作。然后，信號通過設(shè)置增益的可編程增益放大器（PGA）。ADC的工作模式為單端，并設(shè)置x1增益。然后，信號進入ADC模塊。

在此設(shè)計中，輸入信號為低頻，因此通過將時鐘周期除以16來降低采樣速率。采樣率相當(dāng)于 97，6563 sps，以減少誤差值和尖峰。

采樣率 = PWM 和 ADC 時鐘 / 256 = 25k / 16 / 256

為了指示峰值，必須給出一個信號來指示模擬輸入是上升還是下降。為此，必須比較ADC輸出的兩個連續(xù)值。SLG46620V SPI模塊配置為作為ADC緩沖器運行。

根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中的ADC屬性，在ADC INT輸出激活之前，PAR數(shù)據(jù)可以使用幾個時鐘周期。利用這一特性，ADC INT輸出通過DLY5連接到SPI模塊的SCLK輸入，DLY5配置為作為上升沿延遲工作。因此，需要比較新的ADC值和具有ADC INT輸出信號上升沿的舊ADC值。延遲后，DLY5輸出觸發(fā)SPI將新值存儲在緩沖器中。工作時序圖如圖3所示。

（圖3.ADC、SPI 和 DFF 時序圖）

（圖4.綠色PAK設(shè)計矩陣0）

通過DCMP0將ADC值與緩沖值進行比較，其中IN+輸入從ADC [7：0]獲取其值，IN-輸入從SPI [7：0]獲取其值。均衡器和OUT+輸出分別連接到DFF8和DFF9。

如果 ADC 值大于 SPI 值，則 OUT+ = 1，EQ = 0。

如果ADC值小于SPI值，則OUT+ = 0，EQ = 0。

如果ADC值等于SPI值，則OUT+ = 0，EQ = 1。

EQ 和 OUT+ 輸出與 ADC INT 輸出信號的上升沿保持。為了確保每次比較時都不會記錄相等狀態(tài)，SPI將通過DLY5輸出觸發(fā)。因此，比較僅在兩個連續(xù)值之間進行，如圖 3 所示。

通過在系統(tǒng)運行期間監(jiān)控EQ和OUT+輸出的狀態(tài)，會引入間歇脈沖，如果不考慮，會導(dǎo)致毛刺。為了防止這種情況并保持穩(wěn)定的信號，CNT3、CNT7 和 CNT8 作為延遲運行以對系統(tǒng)進行去抖動。因此，可以防止尖峰對輸出狀態(tài)的影響。

3 位 LUT8 用作 SR 鎖存器，其中來自 OUT+ 輸出的信號表示 Set，表示信號正在上升。復(fù)位來自3位LUT9，這意味著信號正在下降。

3L9配置為在OUT+ = 0、EQ = 0且ACMP1輸出為高電平時發(fā)出高信號。

優(yōu)先考慮上升狀態(tài)，因為系統(tǒng)的目的是檢測振幅的最高值。

一旦信號在上升狀態(tài)后開始下降，3L8輸出將從高電平變?yōu)榈碗娖?，并通過P DLY1檢測下降沿。P DLY1輸出指示峰值（PD）的檢測。PD信號通過DLY9傳遞到Pin10，脈沖寬度增加，以適應(yīng)任何外部設(shè)備的靈敏度。它還用于重置計數(shù)器。

ACMP1用于將PGA輸出與固定閾值進行比較，在本設(shè)計中選擇為200 mV。因此，如果峰值的幅度小于邊際值，則將忽略該峰值。

（圖5.綠色PAK設(shè)計矩陣1）

峰峰值頻率監(jiān)視器設(shè)計

構(gòu)建峰值檢波器設(shè)計后，我們將使用來自所述設(shè)計的PD信號來構(gòu)建頻率監(jiān)視器。

FSM1用作計算兩個峰值之間時間的計數(shù)器。由于預(yù)期信號是低頻，F(xiàn)MS1的時鐘源被選為LF OSC，除以16。因此，測量時間可以在 19 ms 到 2.35 s 之間，步長為 ~10 ms。通過使用低頻振蕩器，有源電流消耗被最小化。

DCMP1 和 DCMP2 將 FSM1 值與頻率上限和下限閾值進行比較。DCMP1將FSM1值與（1：1）寄存器值進行比較，在本設(shè)計中設(shè)置為500 ms，表示下限閾值。DCMP2將FSM1值與寄存器2值進行比較，在本設(shè)計中設(shè)置為897 ms。

比較值與PD信號的上升沿一起存儲在DFF10和DFF11中。Q輸出極性已配置為DFF11反相。

FSM1 數(shù)據(jù) < 寄存器0 值 ---> DCMP1 輸出+ = 高 ---> DFF10 輸出 = 高 ---> 高 PPM

FSM1 數(shù)據(jù) > 寄存器2 值 ---> DCMP2 輸出+ = 高 ---> DFF11 輸出 = 高 ---> 低 PPM

寄存器0 < FSM1 數(shù)據(jù) < 寄存器2 ---> 3L10 輸出 = 高電平 --->正常

FSM1 通過 3L11 逆變器以 PD 信號的下降沿復(fù)位。如果周期超過 FSM1 工作范圍 2.35 s，F(xiàn)SM1 輸出向 3L10 和 2L6 提供高信號以關(guān)閉所有輸出。這種情況表明測量的周期大于預(yù)期。此功能可用于指示輸入中沒有脈沖或特定應(yīng)用處于危險的低周期。FSM的時鐘源可以更改以適應(yīng)要實現(xiàn)的應(yīng)用。

（圖6.LUT 屬性）

（圖7.CNT5 & CNT9 Properties）

結(jié)果

GreenPAK 設(shè)計器程序中包含的信號向?qū)б延糜跈z查設(shè)計并確保其按預(yù)期工作。

信號向?qū)τ谠O(shè)計檢查非常方便，無需使用外部信號發(fā)生器即可生成不同形狀的信號。信號頻率和幅度可以輕松控制。還可以生成自定義信號。

生成了幾個信號。PD信號如下圖所示。

（圖8.CNT5 & CNT9 Properties）

（圖9.藍色信號為輸入，紅色信號為PD輸出信號）

生成具有短不理想峰值的自定義信號。

（圖10.生成自定義信號）

（圖11.藍色信號為輸入，紅色信號為PD輸出信號）

對輸入應(yīng)用了不同的周期。相應(yīng)的輸出狀態(tài)如表1所示。

表 1：不同周期的輸出狀態(tài)

本文概述了如何構(gòu)建峰值檢測電路，其中包括基于輸入信號峰峰值時間計算的頻率監(jiān)控電路。該 IC 在集成多個功能方面表現(xiàn)出高效率，因為該項目需要這樣的功能。此外，所選電路的低成本和小面積特別適用于本應(yīng)用描述中針對的便攜式和可穿戴解決方案。

審核編輯：郭婷