基于移动平均数原理的简易误差补偿电路-原理图|技术方案

David Vincenzoni，意法半导体研发设计工程师

 

前言

有时候我们需要进行某一个特定量级的测量，但是噪声或偶发干扰引起的数据错误可能会影响测量。假设我们有一个参数测量电路，偶尔会记录一个错误数值，这时我们就要以某种方式对测量值进行“过滤”，滤除记录值中的错误数值。

 

本文将介绍一个能够在噪声环境中减少或滤除偶发错误测量值的数字电路。

 

智能移动平均数

延迟线(DL)电路是一个广为人知的概念，是一个可将电信号延迟一段时间的逻辑元件。从DDR SDRAM (双倍数据率同步动态随机存取存储器)到DLL(延迟锁相环)，延迟线的应用范围十分广泛。在DL延迟线模块内，为生成一个确定性移相信号，我们需要设定逻辑元件的延时，并调整延时设置，以补偿制程、电压和温度(PVT)对测量值的影响。

 

图1: 延迟线示例

 

图 1给出一个预定数量的延迟单元构成的延迟线电路和通过配置字实现的反馈通道(Dfb)的示例，通过延迟配置字，可以在Din引脚输入信号和Dout引脚输出信号之间设定所需 延时。每个延迟单元在Din和Dl两个引脚之间生成固定的通道延时。

 

我们可以通过多种方式计算符合理想延迟要求的配置字，计算已知时钟延长一个周期所需延迟单元的数量就是其中一种方法。确定一个延迟单元的延时不难。图2所示是这种计算方法的原理；ClkIN 是已知时钟信号，输出是延长一个周期的ClkIN信号。这个模块的输出(延迟单元的数量)用于确定延迟线的配置，如图1所示。

 

图2: 延迟配置字计算示例

 

如果噪声或干扰在ClkIN上引起尖峰，测量精确度将会受到错误数据的影响。众所 周知，错误的设置可能导致延迟线电路暂时性功能紊乱。假设在一段时间内，参考周期比标称值小很多或大很多，输入延长线的新计算值将会与以前的数值有很大差异。图1所示的DL将会生成一个错误信号，被随机抖动信号吸收。

 

图3中的示例描述了当参考时钟ClkIN有一个大的峰对峰抖动脉冲时所发生的情况，这时延迟单元数量的计算值不同于标称值。

 

图3: ClkIN上的尖峰信号和错误延迟计算示例

 

对于这种问题，我们可以使用一个数字错误补偿电路，通过智能方式计算这些数据的移动平均数。查看图3示例中延迟计算值，错误数据(delay=15和delay=12)可以忽略丢弃，因为这些计算值远远小于平均数，同时可以使用新的采样的平均数delay=30更新上一个平均数。

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根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。此外，还有一种使用稳压管的小电源。

这里说的线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。调整管工作在线性状态下，可这么来理解：RW（见下面的分析）是连续可变的，亦即是线性的。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小;关——电阻很大。工作在开关状态下的管子显然不是线性状态。
 

线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低;反应速度快，输出纹波较小;工作产生的噪声低;效率较低（现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的）;发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。

工作原理：我们先用下图来说明线性稳压电源调节电压的原理。
 

如下图所示，可变电阻RW跟负载电阻RL组成一个分压电路，输出电压为：

Uo=Ui×RL/（RW+RL），因此通过调节RW的大小，即可改变输出电压的大小。请注意，在这个式子里，如果我们只看可调电阻RW的值变化，Uo的输出并不是线性的，但如果把RW和RL一起看，则是线性的。还要注意，我们这个图并没有将RW的引出端画成连到左边，而画在右边。虽然这从公式上看并没有什么区别，但画在右边，却正好反映了“采样”和“反馈”的概念----实际中的电源，绝大部分都是工作在采样和反馈的模式下的，使用前馈方法很少，或就是用了，也只是辅助方法而已。
 

让我们继续：如果我们用一个三极管或者场效应管，来代替图中的可变阻器，并通过检测输出电压的大小，来控制这个“变阻器”阻值的大小，使输出电压保持恒定，这样我们就实现了稳压的目的。这个三极管或者场效应管是用来调整电压输出大小的，所以叫做调整管。
 

像图1所示的那样，由于调整管串联在电源跟负载之间，所以叫做串联型稳压电源。相应的，还有并联型稳压电源，就是将调整管跟负载并联来调节输出电压，典型的基准稳压器TL431就是一种并联型稳压器。所谓并联的意思，就是象图2中的稳压管那样，通过分流来保证衰减放大管射极电压的“稳定”，也许这个图并不能让你一下子看出它是“并联”的，但细心一看，确实如此。不过，大家在此还要注意一下：此处的稳压管，是利用它的非线性区工作的，因此，如果认为它是一个电源，它也是一个非线性电源。为了便于大家理解，回头我们找一个理适合的图来看，直到可以简明地看懂为止。
 

由于调整管相当于一个电阻，电流流过电阻时会发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会产生大量的热，导致效率不高。这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。想要更详细的了解线性稳压电源，请参看模拟电子线路教科书。这里我们主要是帮助大家理清这些概念以及它们之间的关系。
 

线性稳压电源工作原理详解

图1

一般来说，线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括一些例如保护电路，启动电路等部分。下图是一个比较简单的线性稳压电源原理图（示意图，省略了滤波电容等元件），取样电阻通过取样输出电压，并与参考电压比较，比较结果由误差放大电路放大后，控制调整管的导通程度，使输出电压保持稳定。

线性稳压电源工作原理详解

图2

常用的线性串联型稳压电源芯片有：78XX系列（正电压型），79XX系列（负电压型）（实际产品中，XX用数字表示，XX是多少，输出电压就是多少。例如7805，输出电压为5V）;LM317（可调正电压型），LM337（可调负电压型）;1117（低压差型，有多种型号，用尾数表示电压值。如1117-3.3为3.3V，1117-ADJ为可调型）。

 

 

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