变频模块的详细设计

我们将这次的设计分解为两个模块：

1）  频率发生模块

2）  时间控制模块

频率发生模块的工作原理已经叙述过，这里主要讨论一下我的具体设计

在电容CT上并联四个电阻，其中三个电阻由开关控制。

对其工作流程的描述如下：

1）  在初始阶段由电阻R1，R2，R3并联的电路对电容CT进行充放电，持续时间为0.1s，R4的开关保持断开。

2）  将R2的开关关断，由R1，R3构成的并联电路对电容CT进行充放电，持续时间为0.6s。

3）  将R3的开关关断，仅由R1对电容进行充放电，持续时间为0.1s。

4）  将R4的开关打开，由R！和R4构成的并联电路对电容进行充放电。

这样的设计需要由时间控制模块提供相应的时间控制信号，来对R2，R3，R4的开关进行控制，使之满足时间上的要求。

在时间控制模块的设计的设计上有多种方案

方案<一>

采用三比较器的设计方案

此方案的电路原理图如图所示

原理阐述：通过对电容进行充电使其电压上升，而三个比较器有着不同的比较电压，因而能够在电容充电的不同时刻产生电压的跳变。在本次设计中是通过电阻的分压来作为比较器的比较电压，从而实现对时间的控制。

优点：由于是通过电压比较后输出，因此输出波形较好。

缺点：需要三个比较器，耗费芯片面积，增加设计难度和设计复杂度。

对其进行瞬态仿真，波形如图所示

 

方案<二>

采用三电容的设计方案

此方案的电路原理图如图所示

原理阐述：通过电流源对三个电容进行充电，来实现不同时刻电压跳变的要求。当电容上的电压超过反相器的反转电压，反相器发生跳变，由于电容的值不同(或者电流源的充电电流不同)，因此充电的时间也不相同，从而完成在不同时刻进行跳变的功能。

优点：电路结构简单，占用芯片面积非常少。

缺点：需要外接三个电容，从而增加电路的引出管脚。

对其进行仿真，结果如图所示

方案<三>

采用单比较器单电容的设计方案

此方案的电路原理图如图所示

 

原理阐述：通过一个比较器作为电压跟随器来实现电阻串与电容之间的隔离，随着对电容的充电，比较器的输出端电压不断升高，而电阻的分压使得三个反相器所处的电压依次上升，并且通过改变电流源的大小来改变对电容的充电速度，从而实现对时间的控制。

优点：仅仅需要一个比较器，一个电容，电路结构比较简单，占用芯片面积较少。

缺点：由于电容充电缓慢，在反相器的跳变比较缓慢波形不是非常理想

对其进行仿真，结果如图所示

对其进行仿真，结果如图所示