知识分享 一种全数字式脉冲占空比测量方案

占空比作为一种基础的脉冲信号参数，在脉冲电源的产品研发和测试阶段，都是一个重要的参数指标。由于脉冲电源的应用条件和应用环境不同，对脉冲占空比的要求也各不相同，因此有效准确的对占空比进行测量，就成为了电源工程师在进行产品测试环节的一个重要工作。在今天的文章中，我们将会为大家分享一种全数字式脉冲占空比的测量方案，可以帮助工程师能够更加快速的完成脉冲占空比测量工作。

首先我们来看一下这种全数字式脉冲电源占空比的测量原理。下图中，图1给出了一个脉冲信号uB：

图1 信号占空比

此时，我们为了避免通过电路进行除法运算，可使参数TA=100，并进一步测量出脉冲宽度TB，那么脉冲占空比可以通过该公式计算为：

据此提出以下的脉冲电源占空比测量原理框图，如下图图2所示：

图2 占空比测量原理框图

从图2中可以看到，这种全数字式脉冲占空比的测量过程是先取出一路待测脉冲信号，经触发器变成宽度为TA的方波信号，通过调整振荡器的频率使显示器显示100，然后将待测信号直接输入到时间门控电路，显示器显示的读数就是待测脉冲信号的占空比。

在完成了这种全数字式脉冲电源的占空比测量原理框图设计后，接下来的工作就是整个系统的电路设计与调试了。为了使经触发器的信号通过脉冲计数显示100，则振荡器的频率必须在较大的范围内连续可调，于是在这里我们采用的是如下图图3所示的频率可调振荡器。这种频率可调振荡器由4个2输入与非门74F00环形构成，如果电阻R1选510Ω，电容C选220pF、2200pF、0.022μF三组不同的值，则振荡器的频率f0可在40kHz～4MHz的范围内连续可调。

图3 频率可调振荡器结构图

在这一脉冲占空比的测量设计中，为了能够实现对计数器逻辑控制，这里我们使用双JK触发器74LS73中的另一个和门电路形成的脉冲信号对计数器进行控制复零。时间闸门采用74S08与门作计数控制。同时，采用2块双十进制计数器74LS390进行计数，七段译码/驱动器采用4块74LS48完成，显示采用4块BS201数码管构成，小数点固定在十位。

在使用这种全数字式的测量技术进行脉冲电源的占空比测量时，其操作方式如下：首先将开关S1拨到A，调节电阻R1，同时配合调节挡位开关S2改变电容C，使数码管显示100.0，即进行测量前的计数校准。然后，保持R1和S2不动，将开关S1拨到B，则此时数码管所显示的数值就是被测脉冲信号占空比的百分数。

实验与结果分析

这种全数字式的脉冲电源占空比测量方案的工作原理和工作过程均已明确后，接下来我们需要对这种占空比测量方式进行实验分析。根据以上测量原理和设计方案，我们使用电路仿真分析Multisim进行具体的电路设计，经仿真验证测量电路能够按照预先设计的方案对脉冲信号占空比进行测量。由脉冲信号源输出50Hz～10kHz，幅度5V、脉冲上升时间和脉冲下降时间均为1ns，占空比为20%～70%的典型脉冲信号。调节频率可调振荡器测量数据如表1所示。

表1 测量占空比数据

从表1所给出的占空比测量数据中我们可以看到，这种全新的全数字式脉冲占空比测量电路，在正常运行测量的状态下，基本能够得到待测信号正确的占空比值，占空比误差一般不超过2%。这种基于调频计数法测量脉冲信号占空比，方便直观，准确快捷，在50Hz～10kHz范围内有很好的可靠性。如果要提高测量信号的频率上限，就要采用更高速的门电路和计数器，同时采用高频振荡器，或通过倍频器进行倍频，否则测量精度就会降低。