一種光-頻率轉換電路的制作方法
【專利說明】[0001] _種光-頻率轉換電路 發明領域
[0002] 本發明涉及到光-頻率轉換技術，特別涉及到一種光-頻率轉換電路。
【背景技術】
[0003] 光-頻率轉換器是由感光模塊與連接在其后的處理電路構成。感光模塊將強弱不 同的光信號轉變為相應大小不同的光生電流，而處理電路則將大小不同的光生電流轉換為 對應不同頻率的方波，使得方波頻率與光強大小成正比。擁有50%占空比的方波能夠直接 作為微控制器等數字電路的輸入，從而大大簡化了系統設計的復雜度。當前，光-頻率轉換 器已廣泛應用于工農業生產的各個方面，包括溫室大棚光照檢測、自動灌溉、食品重金屬檢 測、甲醛等有害物質檢測、樓宇智能照明系統、智能交通控制和醫療監護人體生理參數測量 等領域。
[0004] 現有技術中，光-頻率轉換器的感光模塊與光頻率轉換電路可由分立器件構成， 例如名稱為電荷頻率轉換器的專利技術(授權公告號：CN101533099B)，此種方法測量精 度較低，且易受板級噪聲的干擾。另一類為采用集成電路制造技術，將感光模塊與處理電路 集成在同一硅基襯底上，即單片集成式光-頻率轉換電路，這種方法干擾小，成本低。現有 技術多采用此種方法，其感光模塊通常為光電二極管，將光強信號轉換為光生電流信號，處 理電路通常為集成電路工藝制造的電流-頻率轉換電路。
[0005] 現有技術單片集成式光-頻率轉換電路大致分為兩種方法，第一種是利用光生電 流，對其進行放大等操作之后，采用電流直接控制振蕩器產生震蕩，即電流-頻率轉換，例 如名稱為一種光強檢測方法及光強檢測電路的專利技術(授權公告號：CN102331297B)， 該專利技術將光生電流放大比較之后，采用電流控制環形振蕩器的振蕩。第二種是采用積 分電容對光生電流進行積分，將光生電流轉換為電壓信號，然后對電壓信號進行其他處理 之后，例如接入比較器，然后控制振蕩器產生震蕩。現有技術中震蕩的形成主要為單穩態觸 發器、多諧振蕩器、施密特觸發器、比較器直接輸出等方式。
[0006] 另外，現有技術中對于50%占空比方波的形成，主要有兩種方式，S吡較器比較閾 值設為最高值的50%，高于此閾值與低于此閾值輸出相反。但是這種方法易受到比較器精度 與噪聲的干擾；另一種方法為采用施密特觸發器，考慮到施密特觸發器的穩定性，需要一個 回差電壓，即若要形成50%占空比的方波需要積分電容兩端的電壓變化上升時間等于下降 時間，亦即需要積分電容的泄放電流等于其充電電流，增加了電路設計的復雜度。
[0007] 顯然，現有技術單片集成式光-頻率轉換電路存在著電路設計復雜，易受到比較 器精度與噪聲的干擾等問題。
【發明內容】
[0008] 為解決現有技術單片集成式光-頻率轉換電路存在的電路設計復雜，易受到比較 器精度與噪聲的干擾等問題，本發明提出一種光-頻率轉換電路。本發明光-頻率轉換電 路包括依次連接的光電二極管、積分電路、比較器和振蕩電路，并且，在振蕩電路和積分電 路之間連接有反饋信號C;積分電路包括積分電容和積分電荷泄放電路；振蕩電路包括門 級控制電路和振蕩器；采用積分電容積累光電二極管生成的光生電流信號，并在積分電壓 達到比較器的閾值時比較器翻轉，使得門級控制電路產生振蕩觸發脈沖信號，觸發振蕩器 振蕩，同時，使能積分電荷泄放電路；其中，所述光-頻率轉換電路采用集成電路工藝制造 且單片集成；所述振蕩觸發脈沖的第一個邊沿使能積分電荷泄放電路；同時，振蕩觸發脈 沖的第一個邊沿經過延時之后觸發振蕩觸發脈沖的第二個邊沿，從而控制脈沖的脈寬；所 述振蕩觸發脈沖的第一個邊沿是指上升脈沖的上升沿，或者下降脈沖的下降沿。
[0009] 進一步的，所述積分電荷泄放電路包括電流源放電和電容正負極板短接放電。
[0010] 進一步的，所述振蕩器產生的一個振蕩周期需要比較器輸出兩次脈沖，即積分電 容進行兩次充放電產生一個振蕩周期。
[0011] 進一步的，所述門級控制電路由5個或非門、3個反相器和延時電路組成；其中，比 較器輸出與內部信號B經過或非門I;或非門I輸出與反饋信號C經過或非門II，或非門II 輸出與內部信號B經過或非門III生成反饋信號C;反饋信號C經過反相器II和反相器III產 生振蕩觸發脈沖信號D;反饋信號C經過延時電路產生內部信號A，內部信號A與B經過或 非門IV產生的信號與A經過反相器I產生的反信號通過或非門V進行或非，產生內部信號 B〇
[0012] 進一步的，所述門級控制電路的工作流程包括如下步驟： 51、 比較器輸出為高電平，反饋信號C為低電平，振蕩觸發脈沖信號D被置為低電平； 52、 經過延時電路延時之后，內部信號A和內部信號B被置為低電平； 53、 判斷比較器輸出是否翻轉為低電平，否則執行S1，是則執行S4 ; 54、 反饋信號C被置為高電平，振蕩觸發脈沖信號D被置為高電平； 55、 積分電容通過泄放電路開始被放電，積分電容電壓低于閾值時，比較器輸出恢復為 高電平；經過延時電路之后，內部信號A被反饋信號C置為高電平，信號B被置為高電平； 56、 通過或非門III，反饋信號C被內部信號B置為低電平，振蕩觸發脈沖信號D被置為 低電平，執行S1 ; 其中，所述高電平為1，低電平為0。
[0013] 進一步的，所述門級控制電路的延時電路為RC延時電路，或者計數器延時電路。
[0014] 進一步的，所述振蕩電路的振蕩器采用邊沿觸發器構成。
[0015] 本發明光-頻率轉換電路的有益技術效果是可穩定輸出占空比為50%的方波，且 電路結構簡單，成本低廉。
【附圖說明】
[0016] 附圖1是本發明光-頻率轉換電路的示意圖； 附圖2是本發明光-頻率轉換電路的原理示意圖； 附圖3是本發明光-頻率轉換電路門級控制電路的示意圖； 附圖4是本發明光-頻率轉換電路門級控制電路工作流程示意圖。
[0017] 下面結合附圖及具體實施例對本發明光-頻率轉換電路作進一步的說明。
【具體實施方式】
[0018]圖1是本發明光-頻率轉換電路的示意圖，由圖可知，本發明光-頻率轉換電路包 括依次連接的光電二極管、積分電路、比較器和振蕩電路，并且，在振蕩電路和積分電路之 間連接有反饋信號C;積分電路包括積分電容和積分電荷泄放電路；振蕩電路包括門級控 制電路和振蕩器；采用積分電容積累光電二極管生成的光生電流信號，并在積分電壓達到 比較器的閾值時比較器翻轉，使得門級控制電路產生振蕩觸發脈沖信號，觸發振蕩器振蕩， 同時，使能積分電荷泄放電路；其中，所述光-頻率轉換電路采用集成電路工藝制造且單片 集成；所述振蕩觸發脈沖的第一個邊沿使能積分電荷泄放電路；同時，振蕩觸發脈沖的第 一個邊沿經過延時之后觸發振蕩觸發脈沖的第二個邊沿，從而控制脈沖的脈寬；所述振蕩 觸發脈沖的第一個邊沿是指上升脈沖的上升沿，或者下降脈沖的下降沿。
[0019] 附圖2是本發明光-頻率轉換電路的原理示意圖，由圖可知，經過積分周期tl、t2、 t3之后（tl、t2、t3均為積分時間與放電時間之和)，分別產生振蕩觸發脈沖1、脈沖2、脈沖 3,而每一個脈沖的上升沿都將觸發振蕩輸出信號Fout翻轉，因此，本發明光-頻率轉換電 路的每一個輸出振蕩Fout周期為兩個積分周期，且振蕩周期內高電平時間與低電平時間 均等于積分時間與放電時間之和，所述振蕩器產生的一個振蕩周期需要比較器輸出兩次脈 沖，即積分電容進行兩次充放電產生一個振蕩周期，即可輸出50%占空比的方波。顯然，所 述積分電荷泄放電路包括電流源放電和電容正負極板短接放電。
[0020] 附圖3是本發明光-頻率轉換電路門級控制電路的示意圖，圖中，1~5為或非門 I~V;6~8為反相器I~III;A和B為內部信號，C為反饋信號，D為振蕩觸發脈沖信號， 即振蕩器輸入控制信號。由圖可知，本發明所述門級控制電路包括5個或非門、3個反相器 和延時電路；其中，比較器輸出與內部信號B經過或非門I;或非門I輸出與反饋信號C經 過或非門II，或非門II輸出與內部信號B經過或非門III生成反饋信號C;反饋信號C經過反 相器II和反相器III產生振蕩觸發脈沖信號D;反饋信號C經