[发明专利]一种基于频率测量的RC常数测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量RC（电阻电容）常数的一种方法，具体是指一种基于频率测量的RC常数测量方法。

背景技术

目前,RC常数的测量在很多应用场合、电路结构中都使用到，如模拟滤波器、频率合成器，压控振荡器等电路中，RC常数都需要测量并将其校正到合适的范围内。对RC常数的测量，一般都不是直接测量，而是通过一定手段，把RC乘积常数转化成其它物理量，从而进行有效准确的测量。对于振荡器结构中，振荡输出的频率，它与RC电阻电容乘积成反比，对于固定的输出频率，其电路中RC常数应是恒定的，因此RC常数的测量与校正可以有效改变振荡器输出频率；在模拟滤波器设计中，滤波器的转角频率，它与电阻电容的乘积成反比；对特定的滤波器，其RC常数也应是恒定的。片上集成的滤波器一般分为有源RC（电阻电容）和                                                （跨导电容）两种结构。结构实现跨导时一般使用电阻，使。由于片上电阻电容一般会有10%～25%的偏差，影响滤波器的转角频率高达±50%。需要对滤波器的转角频率进行校正，使其偏差小于±5％，过渡带和带外抑制才能满足要求。我们一般使用开关电阻或开关电容实现滤波器频率校正，随滤波器实现的结构而不同。在有源RC滤波器中一般使用开关电阻阵列，而在滤波器中一般使用开关电容阵列，调节原理完全一致。因此滤波器的校正也需要对RC常数作准确的测量。

RC常数的测量方法很多，对于不同RC常数结构，可采用不用的测量方法，本发明基于振荡器输出频率与RC常数的比例关系，而提出的一种针对基于频率测量方法的RC常数测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路结构可行，测量方便准确，精度可控的能较好地应用于振荡器中电阻电容RC常数测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于频率测量的RC常数测量方法，包括频率振荡电路模块和测量模块；

频率振荡电路模块，由两个积分器构成环形振荡环路，当RC乘积为常数，环形振荡器输出经电压比较器后输出为固定频率方波信号，方波信号频率与RC电阻电容成比例关系，调节RC大小，可改变两积分器积分构成的振荡器输出频率，计算如下：

，（1）

由公式（1）可知，与RC常数成反比，如此，对RC常数的测量转化为对的测量；

测量模块，先产生已知频率的参考时钟及设定参考计数值，在频率振荡器输出稳定后开始对参考时钟频率进行计数，当参考时钟计数器达到计数值时，停止参考计数器，在对参考时钟进行计数的同时，对频率振荡器电路模块输出方波信号上升沿，使用另一测量计数器进行计数，当参考计数器停后，测量计数器也在计数完最后输出方波信号上升沿后停止计数，这样得出另一计数，因与为已知量，可得出测量输出频率：

，（2）

测量精度由数字时钟频率决定。由公式（2）最后计算得出RC常数为：

（3）。

本发明还包括频率校正电路，把频率振荡器电路模块中的电容设计成N位电容阵列形式，通过改变电容值，频率振荡器电路模块输出RCOUT频率发生改变，RCOUT输出进入测量模块,根据测量模块中数值比较器比较结果，由公式（1）可得，当时，，电容值偏小，调节电容阵列使之变大，使频率振荡电路模块输出频率减小；当时，，电容值偏大，调节电容阵列使之变小，频率振荡电路模块输出频率增大，经过多次比较后，使电容阵列最大地逼近设定值。

所述的RC常数电容阵列调整使用二进制搜索算法实现。

所述的二进制搜索算法可以分为3个阶段：初始化、向下搜索、左右搜索；

初始化时，N位开关电容阵列大小设置成可调范围值正中间，即其最高位置1，其余位置0，最高位就是当前搜索位置，设置完毕，等待振荡环路工作正常，转换出稳定输出频率参考时钟计数器开始计数，并发出start启动信号，此时测量计数器开始对测量模块电路输出的方波信号进行计数，当参考时钟计数达到预设值并发出stop指示信号时，测量计数器停止计数，进入向下搜索阶段；

向下搜索时，对计数值进行判断，若大于预设值，则表明当前电容值偏小，此时当前搜索位不变（为1）；否则表明电容值偏大，当前搜索位（置0），把下一搜索位置1后开始下一次搜索，直至最低位方向确定；

左右搜索时，在向下搜索到第N位后，向下搜索过程完成，对当前确定的电容阵列的左右进行搜索，即比较当前电容值加1（左）及减1（右）位进行搜索并判断比较值，确定左、右、当前三个状态中计数误差最小的设置；