CN101268426B - 自适应输入单元电路 - Google Patents

Abstract

一种操作输入单元的方法，包括：接收传感器输入信号、数字偏置第一控制输入和第二控制输入，以及当第一控制输入的偏置处于第一数字状态时使用第一电阻器网络以施加模拟上拉偏置到传感器输入信号。当第一控制输入的偏置处于第二数字状态时，为了向第一电阻器网络的至少一部分提供到地面的路径，以引起第一电阻器网络施加下拉偏置到传感器输入信号。接收电压基准和输入波形信号；当第二控制信号的偏置处于第一数字状态时使用第二电阻器网络以施加输入波形信号到比较器，当第二控制输入的偏置处于第二数字状态时，施加所偏置和衰减的输入波形信号到比较器。将所偏置的传感器输入信号与第二电阻器网络施加的波形进行比较，以确定输入单元的输出，使得输入单元可以将传感器的输入信号转换成时基参数。

Description

自适应输入单元电路

技术领域

本发明涉及可以由电子控制器使用的类型的输入单元电路。

背景技术

电子控制器在工业自动化和汽车应用中广泛地使用，通常为输入传感器、输出设备和控制应用的特定群组定制设计。可配置电子控制器(CEC)，例如在由Burkatovsky于2004年07月12日所提交的WO2005/029207以及由Burkatovsky于2005年07月07日所提交的WO2006/008732中所描述的，被认为是特定多功能的，使能电子控制器的设计能够测量数字和模拟传感器的真实性，以及控制一定范围的例如电动机、螺线管和指示器等输出设备。由Bhatnagar于2000年12月21日提交的题为“Configurable Electronic Controller”的US2001/0039190、由Bhatnagar于2000年12月21日提交的题为“Configurable Electronic Controller for Appliances”的US2001/0015918、由Pascucci等人于1990年07月12日提交的题为“Universal Analog Input”的WO91/02300、由McLei sh等人于1989年11月28日提交的题为“Universal Input/Output Device”的US5014238、以及有关于SSP1492传感器(美国加州Sensor Platforms公司)的技术小册子描述了在基于或有关于可配置电子设备的其它设备中的输入电路。

CEC设备使用输入单元以提供CEC和所连接到该设备的传感器之间的电接口。该现有技术的输入单元的一个示例如图1中所阐述，其示意性地示出了如参考WO2005/029207中图4所描述和示出的现有技术输入单元240的一个实施例。

如图1中所示，现有技术输入单元240具有连接到传感器(未示出)的输入管脚210。传感器(未示出)在比较器235的第一输入236处提供一个信号。同步电压Vsync沿着同步输入255从CEC(未示出)接收，并且提供到向CEC(未示出)提供输出电压Vcell的比较器235的第二输入238。输出电压Vcell指示第一输入236和第二输入238中哪个具有更大的幅度。如图1中所示，输入单元240具有意图偏置比较器235的第一输入236的可选电阻器215。可选电阻器215通常具有相对高的电阻值。

图1的输入单元240是在测量光学位置传感器、模拟电压输出传感器和具有特定输出参数的临近传感器中特别有用的输入单元类型之一。然而，其它传感器，例如热敏电阻器、磁霍尔效应和集成IC传感器(为压力、加速和气体浓度而设)等，具有不同输出参数并且需要使用不同类型的输入单元以接收具有由其它传感器所提供信号的输出参数的信号。

在现有技术实践中，提供具有可替换输入单元的例如艾伦布莱德利(Allen Bradley)可编程逻辑控制器等可编程控制器已变得普遍，使得控制器用户可以选择特别适合于与应用于特定应用中的特定传感器类型一起工作的输入单元。然而这种解决方法需要可编程逻辑控制器特别适合于接收可替换的输入单元并且进一步需要用户具有到需要特定应用的精确输入单元的通路。这种解决方法也增加了控制器重量和成本，以支撑允许互换性所必需类型的可替换连接。

进一步地，期望提供不需要分离附件的CEC，使得足够柔性以使用宽范围的传感器执行各种任务的CEC可以在单独外壳中提供，其可以提供在例如印刷电路板或半导体图案等单独基板上，或者可以使用普通处理来组装、装配、制造或形成。

因而，不仅对于传统的可编程逻辑控制器而且对于CEC，都需要自适应类型的输入单元，其可以用作大量的不同输入传感器。

发明内容

在本发明的一方面，提供了一种可配置控制系统。该可配置控制系统包括：同步控制模块；与同步控制模块连接的多个可配置信号获得模块；与多个信号获得模块连接的控制逻辑；分别与多个信号获得模块并与控制器的相应多个输入管脚连接的多个相同输入单元；以及与同步控制模块并与多个输入单元连接的同步信号发生器，多个输入单元的每一个都可操作地将输入信号参数转换为时基参数并且每一个信号获得模块都配置成将时基参数转换成所需要的数字形式。输入单元包括：具有第一输入、第二输入和输出的比较器；在第一基准电压源和比较器的第一输入之间串联连接的第一电阻器组合；在组合中的电阻器至少一个和地之间串联连接的第一电磁控制开关，其中第一电磁控制开关响应于来自信号获得模块的偏置控制信号而操作，以在导致上拉偏置施加到输入信号管脚的一个开关状态和导致下拉偏置施加在该输入信号管脚的另一个开关状态之间切换；在作为从同步控制模块接收波形信号的输入的第二基准电压源和比较器的第二输入之间连接的第二电阻器组合；以及在第二组合的至少一个电阻器和第二电压源之间串联连接的第二电磁控制开关，第二电磁控制开关响应于来自信号获得模块的偏置控制信号在导致波形信号施加到比较器的一个开关状态和导致波形信号的偏置和衰减施加到比较器的另一个开关状态之间有选择地可切换。

在本发明的另一个方面，提供了一种获得多个信号的方法。该方法包括以下步骤：提供同步控制模块，配置与同步控制模块连接的多个可配置信号获得模块；提供与多个信号获得模块连接的控制逻辑；提供分别与多个信号获得模块连接的多个相同输入单元；提供与获得多个输入信号的多个输入单元连接的同步信号发生器，每一个信号由多个相同输入单元的一个获得；将所获得输入信号参数转换成多个时基参数；以及将多个时基参数转换成数字形式，其中，所获得输入信号参数到多个时基参数的转换由第一和第二电磁控制开关控制。

优选地，连接到所述多个输入单元之一的所述信号获得模块被配置成根据表征由所述多个输入单元之一获得的输入信号的参数类型来控制所述第一电磁控制开关和第二电磁控制开关。

在本发明的另一方面，提供了一种操作输入单元的方法。该方法包括以下步骤：接收传感器输入信号到比较器以及数字偏置第一和第二控制输入；当第一控制输入的偏置处于第一数字状态时，使用第一电阻器网络施加模拟上拉偏置到传感器输入信号，并且当第一控制输入的偏置处于第二数字状态时，提供电阻器网络的至少一部分到地面的路径以导致第一电阻器网络施加下拉偏置到传感器输入信号；接收电压基准和比较器输入波形信号；当第二控制输入的偏置处于第一数字状态时，使用第二电阻器网络来施加输入波形到比较器，并且当第二控制输入的偏置处于第二数字状态时，施加所偏置和衰减的输入波形；以及比较所偏置传感器输入信号和由第二电阻器网络所施加的波形，以确定输入单元输出，使得输入单元可以将传感器输入信号参数转换成时基参数。

在本发明的又一方面，提供了一种输入单元。该输入单元包括：具有第一输入、第二输入和输出的比较器，该比较器基于第一输入和第二输入处的信号比较而产生输出信号；传感器信号获得电路，具有：传感器信号输入以从传感器接收信号并提供传感器信号到比较器的第一输入；电阻器网络包括在第一基准电压和传感器信号输入之间串联连接的多个偏置电阻器；在多个偏置电阻器的至少两个和地面之间连接的第一电磁控制开关，第一电磁控制开关响应于第一电磁控制开关提供电阻器网络和地面之间电连接的状态、以及第一电磁控制开关不提供该电连接的状态之间的第一偏置控制信号而转换；以及外部可控制基准控制电路，包括：连接到具有第一基准电阻器连接于其之间的比较器的第二输入的同步输入；以及在第二基准电压源和其之间具有第二基准电阻器的比较器的第二输入之间连接的第二电磁控制开关，第二电磁控制开关响应于定义第二基准电压、第二基准电阻器和比较器第二输入之间电连接的状态以及没有定义该电连接的状态之间的第二偏置控制信号而转换，使得比较器第二输入处的同步输入可以被偏置和衰减。

在本发明的再一个方面，提供了一种输入单元。该输入单元包括：具有第一输入、第二输入和输出的模拟比较器，该比较器适合于在输出处产生信号，指示第一输入处的信号幅度是否大于第二输入处的信号幅度；具有适合于接收第一数字控制信号并响应于第一控制信号在开状态和闭状态之间转换的第一控制线的第一开关，第一开关连接到第一输入和第一电阻器网络，以当开关处于开或闭状态之一时在第一输入处施加上拉偏置、并且当开关处于不同状态时在输入信号处施加下拉偏置；以及具有适合于接收第二数字控制信号并响应于第二控制信号在开状态和闭状态之间转换的第二控制线的第二开关；第二开关电连接到同步输入、第二输入和第二电阻器网络，以当第二开关关闭而不是当第二开关打开时使由同步输入所提供的波形服从于不同的偏置和衰减。

在本发明的再一个方面，提供了一种输入单元。该输入单元包括：具有第一输入、第二输入和输出的比较器，比较器基于第一和第二输入处的信号比较而产生输出信号；在第一电压基准源和连接到比较器第一输入的传感器输入之间串联连接的第一电阻器和第二电阻器；连接到第一和第二电阻器以及地面之间的第一开关，第一开关适合于从第一控制线接收信号并响应于所接收信号而切换，使得当第一开关关闭和当第一开关打开时，第一和第二电阻器向第一输入上的传感器输入提供不同偏置；在第二基准电压源之间串联连接的第三电阻和第四电阻；以及第二开关和同步输入，连接到第二比较器输入的第三电阻器和第四电阻器；第二开关连接到第二控制线并从第二控制线接收信号，以或施加波形输入到第二比较器输入、或施加所偏置或衰减波形输入到第二比较器输入，使得输入单元外部的但是连接到那的控制电路可以有选择地调整施加到传感器输入的偏置并自适应地定义传感器输入所比较的信号。

附图说明

在这里参考附图仅通过示例来描述本发明，其中：

图1是现有技术输入单元电路的示意图；

图2是根据本发明的自适应输入单元电路的一个优选实施例的示意图；

图3是根据本发明的包括自适应输入单元电路的控制器的示意性方框图；

图4是根据本发明的自适应输入单元电路的一个优选实施例连接到NTC电阻器温度传感器的示意图；

图5是根据本发明的自适应输入单元电路的另一个优选实施例连接到开路收集器霍尔效应速度传感器的示意图；

图6A-6E示出了描述如图5中所描述的自适应输入单元的功能性的时序图；以及

图7是根据本发明的自适应输入单元电路的另一个实施例用作两线霍尔效应传感器速度测量的示意图。

具体实施方式

提供了一种自适应输入单元以及使用该自适应输入单元的可配置控制器系统。

应当理解，本发明由权利要求书限定，并且不局限于其在接下来的描述中所提出的或在附图中所阐述的原件的构造和布置细节。本发明可适用于以各种不同方式实践或执行的其它实施例。也应当理解，这里所使用措辞或术语是用于描述的目的，而不应看作是限定作用。进一步地，应当领会到，任何特定电阻器值或其它所描述原件性能特性范围仅仅是示范性的。

图2示意性地阐述了自适应输入单元500的一个实施例。在图2的实施例中，自适应输入单元500具有包括一对传感器输入530和531、第一控制输入536、第二控制输入532、波形输入534以及输出538的多个输入和输出。所提供的比较器535具有两个输入：第一输入522、和第二输入524。第一输入522连接到传感器输入530并且第二输入524通过电阻器Rs560连接波形输入534。比较器535在输出538处产生输出电压Vcell。在一个示例中，比较器535在输出538处基于第一输入522和第二输入524处信号的模拟幅度的模拟比较而产生输出电压Vcell。

输入“上拉”或“下拉”选择电路540连接到第一输入522并且施加模拟上拉偏置或模拟下拉偏置到传感器输入530处所接收的信号，以在比较器535的第一输入522处形成输入电压Vinp。在图2中所阐述的实施例中，选择电路540比较电阻器Ru542和Rd544以及第一电磁控制开关548。在该实施例中，电阻器Ru542、Rd544在第一电压基准源Vref_1和比较器535的第一输入522之间形成第一电阻器网络。第一电磁控制开关548布置在电阻器Rs 542和Rd544以及地面G1之间。进一步地，在图2实施例的一个示例中，电阻器Ru542可以具有在2-10千欧姆范围内的电阻，同时电阻器Rd544可以具有在100-500欧姆范围内的电阻。

第一电磁控制开关548在电磁控制开关548提供到地面G1的电路径的一个状态和第一电磁控制开关548不提供到地面G1的电路径的另一个状态之间是可切换的。哪里提供了路径，则下拉偏置在第一输入522处施加到信号，哪里提供路径，下拉偏置在第一输入522处施加信号，并且哪里没有提供路径，则上拉偏置在第一输入522处施加到信号。在图2实施例的一个示例中，第一电磁控制开关548被阐述为晶体管T1并且可以包括例如N-沟道FET Zetex半导体类型的ZVN3306F晶体管。

在该实施例中，第一电磁控制开关548响应于经由信号获得模块260(图3中所示)来自PLD200(可编程逻辑设备，例如FPGA)的第一控制信号Ctrl_1而操作。第一电磁控制开关548通过第一控制输入536接收第一控制信号Ctrl_1。

示出为电阻器Rb546和Rs 560的电阻器第二网络、以及第二电磁控制开关550配置基准控制电路554。电阻器Rb546和第二电磁控制开关550用于获得通过波形输入534所提供的同步电压Vsync。通过示例，但并不是限制，基准控制电路554用来提供用于获得来自速度或PWM传感器的输入电压Vinp的基准信号。

电阻器Rs560在第二电压基准源Vref_2和比较器535的第二输入524之间提供第二电阻器网络。第二电磁控制开关550在第二电压基准源Vref_2和Rb546以及比较器535的第二输入524之间串联连接。第二电磁控制开关550被布置成使得它可以在产生从第二电压基准源Vref_2到电阻器Rb546的电气路径的状态和不提供该电气路径的状态之间改变。第二电磁控制开关550响应于在第二控制输入532处由数字单元200和信号获得模块260所提供的第二控制信号Ctrl_2而在这些状态之间改变。

在操作上，从图3的数字单元200接收第二控制信号Ctrl_2和同步电压Vsync。第二控制信号Ctrl_2导致第二电磁控制开关550进入例如产生到第二电压基准源Vref_2的电气路径的状态。这在比较器535的第二输入524处提供了同步电压Vsync的偏置和衰减的形式。第二电磁控制开关550的其它状态产生第二电压基准源Vref_2和比较器535的第二输入524之间的开路。出于方便起见，第二输入524处的最终同步电压Vsync将在此称作基准电压Vc1。

在一个非限定性的示例实施例中，第二电磁控制开关550可以是晶体管T2，例如P-沟道FET Zetex半导体类型的BS250F，同时电阻器Rb546的示例可以具有大约10-200Ω之间的电阻。同样如图2中所示出的，可以提供可选的缓冲器566和568来防止意料之外的传送或不需要的电磁脉冲。

应当领会到，在其它实施例中，第一电磁控制开关548或第二电磁控制开关550可以包括可以从不导电的状态到响应于电信号、光学信号、或磁信号而导电的状态进行转换的任何开关，所述这些信号例如可以是包括但不局限于继电器、光耦合器、电流控制开关、电压控制开关或P-沟道场效应晶体管等电磁控制形式。进一步地，应当领会到，所引用电阻值仅仅是示范性的并且可以使用获得与这里所描述功能相同的结果的其它值，并且该其它值的选择在考虑到这里的教导处于所属领域技术人员的范围内。

也应当领会到，第一控制信号Ctrl_1和第二控制信号Ctrl_2可以作为相对高信号和相对低信号之一以模拟形式或数字形式的任何一种来提供。以数字形式的第一控制信号Ctrl_1或第二控制信号Ctrl_2的使用可以在某种例子中有优势，其中可配置的控制系统600将典型地适合于制造控制确定并产生数字形式的控制信号。

特别地，图3是使用了多个自适应输入单元500的可配置控制系统600的一个实施例的主要方框图。可配置控制系统600大体类似于WO2005/029207的图3中所阐述的控制器，除了自适应输入单元500以外，其替代了原始的基本输入单元240。可配置的控制系统600包括同步信号发生器250，可配置的数字单元200，例如FPGA或CPLD等，其至少包括同步控制模块270、控制逻辑模块370、大量信号获得模块260，被配置成通过自适应输入单元500接受来自可配置的控制系统600的输入管脚210的信号。自适应输入单元500可以是相同的或可以是不同的。

可配置的输出控制逻辑模块280可以配置成通过高侧输出驱动器350和/或低侧输出驱动器360来提供连接到可配置的控制系统600的输出管脚380的负载的控制。在该实施例中，该高侧输出驱动器350具有高侧开关控制器310和高侧开关320，同时该低侧输出驱动器360具有低侧开关控制器330和低侧开关340。

为了同步自适应输入单元500和信号获得模块260的工作，可配置的控制系统600的同步控制模块270被配置成产生基本时间相关信号。该同步需要由自适应输入单元500进行的从输入信号值到时基参数(例如脉冲宽度、延迟、占空比、频率等)的变换，并且随后需要依靠可匹配的信号获得模块260将这些时基参数变换到数字形式。同步控制模块270的一个可能的执行过程例如可以是计数器，其计数具有恒定间隔的输入脉冲。该脉冲的次序例如可以从系统时钟获得。同步控制模块270的输出基准数据290连接到每一个信号获得模块260并且也连接到同步信号发生器250作为同步数据275。同步信号发生器250例如作为数模转换器来执行。同步控制模块270连接到每一个信号获得模块260并且也连接到同步信号发生器250作为同步数据275。当同步控制模块270运行时，等于输出基准数据290的同步数据275的值周期地从0到其最大值变化，这导致在同步信号发生器250的同步输入255上的锯齿形同步电压Vsync。该电压传送到自适应输入单元500的第二输入。每一自适应输入单元500的第一输入522分别连接到可配置的控制系统600的相应输入管脚。自适应输入单元500的比较器输出信号220连接到相应信号获得模块260的输入。可配置的信号获得模块260的执行过程可以根据需要被接受并因而支撑不同周围环境的信号类型而变化。

自适应输入单元500的功能将通过分析有关于一定范围的典型传感器族的信号获得方法而论证。

温度传感器的信号获得-NTC电阻器：

负温度系数(NTC)电阻器到自适应输入单元500的连接如图4中所示。为了测量NTC电阻器Rt552，相应可编程逻辑被配置成支撑在第一控制输入536处逻辑低于控制信号Ctrl_1且在第二控制输入532处逻辑高于第二控制信号Ctrl_2，其分别关断第一和第二电磁控制开关548和550，在该实施例中分别如晶体管T1和T2所示。根据WO2005/029207中的描述，第二电磁控制开关550的“关断”状态确定了比较器235的行为模式。第一电磁控制开关548的“关断”状态导致流过串联连接的电阻器Ru542、Rd544和Rt552的电流。第一输入522处的输入电压Vinp将被第一电压基准源Vref_1和包括已知电阻器Ru542、Rd544和NTC电阻器Rt552的分压器来限定。测量第一输入522处的输入电压Vinp，如WO2005/029207中所描述，使能计算电阻器Rt552和相应所测量温度。该计算可以由图3的控制逻辑模块370来完成，使用所述领域的公知公式：

Rt＝[Vinp×(Ru+Rd)]/[Vref_1-Vinp]

速度或PWM传感器信号获得：

如在WO2005/029207中所描述的，信号测量可以基于输入电压到时基参数的变换而执行，伴随随后的通过可配置逻辑到数字形式的变换。同步输入255(图2-5)的典型频率在50-100KHz范围中。

在工业和自动控制应用中所使用的频率(速度)或PWM(速度和方向)传感器需要在脉冲、频率或脉冲宽度之间的时基参数的测量。在这种情况下，不需要做另一变换，因为信号以所需的数字形式接收。图4中的自适应输入单元500的实施例允许的获得时基参数信号。

出于这个目的，可编程逻辑的配置将在第二控制输入532处指定第二控制信号Ctrl_2为逻辑低，因而，设置第二电磁控制开关550到通过电阻器Rb546将第二电压基准源Vref_2连接到比较器235的第二输入524的状态。相应波形示意性地如图6中所示并且在下文中进一步解释。

通过开路收集器霍尔效应传感器的速度测量

例如Infineon霍尔效应传感器模型TLE4906的速度传感器558到自适应输入单元500的连接如图5中所示。该类型传感器需要上拉电阻器来提供正常操作状态。这通过在第一控制输入536处配置第一控制信号Ctrl_1为逻辑低而获得。如果所测量输入频率相对低(低于几kHz)，则第二控制输入532处的第二控制信号Ctrl_2将被指定为逻辑高，并且自适应输入单元500将大体类似于现有技术输入单元240工作，并且测量过程将遵循有关于WO2005/029207的图8和9的描述。

如果所测量频率相对高(大于几kHz)，则第二控制输入532处的第二控制信号Ctrl_2将被指定为逻辑低。在这种情况下，代表比较器535的第二输入524处的基准电压的Vc1将由自适应输入单元500的波形输入534处的锯齿同步电压Vsync而确定，其相对于第二电压基准源Vref_2被电阻器Rs560和Rb546划分开。闭合的第二电磁控制开关550的电压降为可忽略的。

图6示意性地示出了在自适应输入单元500的不同点处所测量的相关波形。图6A的曲线1表示波形输入534处的同步电压Vsync，同时图6B的曲线2表示比较器535的第二输入524处的合成锯齿基准电压Vc1。比较器535的第一输入522处的输入电压Vinp由图6B的曲线3表示，并由速度传感器558的输出定义，其大体上在地面到第一电压基准源Vref_1的电压之间摇摆。“高”输入电压Vinp总是大于基准电压Vc1以及“低”输入电压Vinp总是小于基准电压Vc1这一事实使得使用比较器535用作速度传感器558的状态探测成为可能。在输出538处所测量的比较器535的输出电压Vcell由图6C的曲线4示出，并大体上与速度传感器558的输出状态一致，因而使能相对高的速度和PWM测量。在这种情况下，不需要进一步的配置，因为输出电压Vcell的定时等于传感器的定时。为了抑制可能的电子噪声，可选的数字滤波器可以配置在信号获得模块260(未示出)中。

在异常情形下，如图6D的曲线5所示，由于微弱的连接或由于其它原因，输入电压Vinp在比较器535的“不确定”区域中得到异常值。比较器535的基准电压Vc1再次在图6D中如曲线2所示。比较器535的最终输出电压Vcell在图6E中如曲线6所示。该输出明显地不同于图6C的曲线4中所示比较器535的正常输出，并且如果适当地配置，信号获得模块260可以探测曲线6的波形和频率并发信号通知缺陷速度传感器558。

通过两线霍尔效应传感器的速度测量

例如Infineon的TLE4953的两线霍尔效应传感器562到可配置的控制系统600的自适应输入单元500的连接如图7中所示。

该类型的传感器需要下拉电阻器以提供正常操作。这通过在第一控制输入536处配置第一控制信号Ctrl_1为逻辑高而获得，导致第一电磁控制开关548提供在传感器输入530、电阻器Rd544和地面G1之间的路径，因而执行对两线霍尔效应传感器562的“下拉”。

应当根据两线霍尔效应传感器562的低和高状态电流而选择电阻器Rd544的值，因而确定电阻器Rd544上的电压降、以及比较器535的第一输入522上的输入电压Vinp。作为一个示例，250Ω的Rd值将得到：

Vh＝250Ω×14mA＝3.5V

V1＝250Ω×6mA＝1.5V

这些值对于有关于低和高频率测量的实施例是可接受的。

更多输入传感器的测量：

自适应输入单元500可以大体配置成通过适当配置第一控制信号Ctrl_1和第二控制信号Ctrl_2而以类似于输入单元240的如图1中所示的方式来操作。这将使能如WO2005/029207中所描述的更多传感器的测量和控制。

例如，例如模拟输出传感器、临近传感器的传感器、以及WO2005/029207中所讨论的光学开关可以由自适应输入单元500测量，假设第二控制信号Ctrl_2配置成逻辑高，而第一控制信号Ctrl_1可以根据传感器的类型被配置成逻辑低或高。

应当领会到，输入单元240可以被提供、创造、组装、制造、焊接、或形成在具有一个或更多个信号获得模块260、同步控制模块270、和/或控制逻辑模块370的公共基板上，使得例如完全可配置的控制系统600可以以低成本被提供，并与现有多端口控制系统相比具有更高可靠性和更小的尺寸。

所属领域技术人员应当进一步领会到，本发明并不局限于上文中所特别示出和描述的内容。而是，本发明的范围由附加的权利要求书定义，并且既包括上文中所描述不同特征的组合和子组合、也包括其变化和修改，只在所属领域技术人员阅读了上文描述时。

部件列表

200数字单元

210输入管脚

215电阻器

220比较器输出信号

235比较器

236第一输入

238第二输入

240输入单元

250同步信号发生器

255同步输入

260信号获得模块

270同步控制模块

275同步数据

280输出控制逻辑模块

290输出基准数据

310高侧开关控制器

320高侧开关

330低侧开关控制器

340低侧开关

350高侧输出驱动器

360低侧输出驱动器

370控制逻辑模块

380输出管脚

500自适应输入单元

522比较器的第一输入

524比较器的第二输入

530传感器输入

531传感器输入

532第二控制输入

534波形输入

535比较器

536第一控制输入

538输出

540上拉/下拉选择电路

542  电阻器Ru

544  电阻器Rd

546  电阻器Rb

548  第一电磁控制开关

550  第二电磁控制开关

552  电阻器Rt

554  基准控制电路

558  速度传感器

560  电阻器Rs

562  霍尔效应传感器

566  缓冲器

568  缓冲器

600  可配置的控制系统

Ctrl_1  第一控制信号

Ctrl_2  第二控制信号

G1  地面

Vcell  输出电压

Vc1  基准电压

Vinp  输入电压

Vref_1  第一电压基准源

Vref_2  第二电压基准源

Vsync  同步电压

Claims (16)

1.一种可配置控制系统，包括：

同步控制模块；

多个可配置的信号获得模块，其与所述同步控制模块连接；

控制逻辑模块，其与所述多个信号获得模块连接；

多个相同输入单元，其与所述多个信号获得模块以及相应多个输入管脚分别连接；以及

同步信号发生器，其与所述同步控制模块以及所述多个输入单元连接，所述多个输入单元的每一个用于将输入信号参数转换为时基参数，并且所述多个信号获得模块的每一个被配置成将所述时基参数转换为需要的数字形式，所述输入单元包括：

比较器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端；

第一电阻器组合，其串联连接在第一基准电压源和比较器的第一输入端之间；

第一电磁控制开关，其串联连接在第一电阻器组合中的至少一个电阻器和地面之间，其中所述第一电磁控制开关响应于来自信号获得模块的偏置控制信号而在引起上拉偏置施加到多个输入管脚中的其中一个的一个开关状态和引起下拉偏置施加到该多个输入管脚中的所述其中一个的另一个开关状态之间切换；

第二电阻器组合，其连接在第二基准电压源、用以接收来自所述同步控制模块的波形信号的输入端以及所述比较器的第二输入端之间；以及

第二电磁控制开关，其串联连接在第二电阻器组合中的至少一个电阻器和第二参考电压源之间，所述第二电磁控制开关响应于来自信号获得模块的偏置控制信号而在引起所述波形信号施加到所述比较器的一个开关状态和引起所述波形信号的偏置和衰减施加到所述比较器的另一个开关状态之间选择性地切换。

2.根据权利要求1的可配置控制系统，其中所述比较器适合于接收来自所述输入管脚的输入信号和来自所述同步信号发生器的同步信号，并产生比较器输出信号到所述信号获得模块。

3.根据权利要求1的可配置控制系统，其中所述第一电磁控制开关和第二电磁控制开关为N沟道场效应晶体管、P沟道场效应晶体管、光耦合器、和继电器中的其中之一。

4.根据权利要求1的可配置控制系统，其中第一电磁控制开关和第二电磁控制开关中的至少一个响应于电信号、光学信号或磁信号从导电状态转换到不导电状态。

5.根据权利要求1的可配置控制系统，其中所述输入单元被创造、组装、制造、焊接或形成在具有所述同步控制模块、所述控制逻辑模块和所述同步信号发生器中的至少一个的公共基板上。

6.一种获得多个信号的方法，包括以下步骤：

提供同步控制模块，配置与所述同步控制模块连接的多个可配置信号获得模块；

提供与所述多个信号获得模块连接的控制逻辑模块；

提供与所述多个信号获得模块分别连接的多个输入单元，每一个输入单元将输入信号参数转换成多个时基参数；

提供与所述获得多个输入信号的多个输入单元连接的同步信号发生器，每个所述输入信号由所述多个输入单元中之一获得；

将所述获得的输入信号转换成多个时基参数；以及

将所述多个时基参数转换成数字形式，其中所述获得的输入信号到多个时基参数的转换是由多个输入单元中的第一电磁控制开关和第二电磁控制开关控制。

7.根据权利要求6的方法，其中连接到所述多个输入单元之一的所述信号获得模块被配置成根据表征由所述多个输入单元之一获得的输入信号的参数类型来控制所述第一电磁控制开关和第二电磁控制开关。

8.根据权利要求7的方法，其中将所述获得的输入信号转换为多个时基参数以及将所述时基参数转换为需要的数字形式的所述步骤是基于控制第一电磁控制开关和第二电磁控制开关的外部供给的电磁信号而执行。

9.一种操作输入单元的方法，该方法包括以下步骤：

接收传感器输入信号、数字偏置第一控制输入信号和第二控制输入信号；

当第一控制输入信号的偏置处于第一数字状态时，使用第一电阻器网络施加模拟上拉偏置到传感器输入信号，并且当第一控制输入信号的偏置处于第二数字状态时，提供第一电阻器网络的至少一部分到地面的路径以引起第一电阻器网络施加下拉偏置到传感器输入信号；

接收电压基准和同步输入信号；

当第二控制输入信号的偏置处于第一数字状态时，使用第二电阻器网络来施加同步输入信号到比较器，并且当第二控制输入信号的偏置处于第二数字状态时，施加所偏置和衰减的输入波形信号到比较器；以及

比较所偏置的传感器输入信号和由第二电阻器网络所施加的波形以确定输入单元的输出，使得该输入单元能够将传感器的输入信号转换成时基参数。

10.根据权利要求9的方法，其中所述输入波形信号为锯齿信号。

11.一种输入单元，包括：

比较器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述比较器基于比较器的第一输入端和比较器的第二输入端处的信号比较而产生输出信号；

传感器信号获得电路，其具有：

传感器信号输入端，用于接收来自传感器的信号并提供该传感器信号到比较器的第一输入端；

电阻器网络，其包括串联连接在第一基准电压和传感器信号输入端之间的多个偏置电阻器；

第一电磁控制开关，其连接在多个偏置电阻器中的至少两个和地面之间，所述第一电磁控制开关响应于第一偏置控制信号而在第一电磁控制开关提供第一电阻器网络和地面之间电连接的状态以及第一电磁控制开关不提供该电连接的状态之间转换；以及

外部可控制的基准控制电路，其包括：

同步输入端，其连接到比较器的第二输入端，在其间连接有第一基准电阻器；以及

第二电磁控制开关，其连接在第二基准电压源和比较器的第二输入端之间，在第二电磁控制开关和比较器的第二输入端之间具有第二基准电阻器，所述第二电磁控制开关响应于第二偏置控制信号而在限定第二基准电压、第二基准电阻器和比较器的第二输入端之间电连接的状态以及没有限定该电连接的状态之间转换，使得比较器的第二输入端处的同步输入信号被偏置和衰减。

12.根据权利要求11的输入单元，其中所述比较器适合于接收来自输入信号管脚的输入信号、和来自同步信号发生器的同步信号，并产生比较器输出信号到信号获得模块。

13.根据权利要求11的输入单元，其中所述第一电磁控制开关和第二电磁控制开关为N沟道场效应晶体管、P沟道场效应晶体管、光耦合器、和继电器中的其中之一。

14.根据权利要求11的输入单元，其中第一电磁控制开关和第二电磁控制开关中的至少一个响应于电信号、光学信号或磁信号从导电状态转换到不导电状态。

15.一种输入单元，包括：

模拟比较器，其具有比较器第一输入端、比较器第二输入端和输出端，所述比较器用于在输出端处产生指示在比较器第一输入端处的信号幅度是否大于比较器第二输入端处的信号幅度的比较器输出信号；

第一开关，其具有用于接收第一数字控制信号并且响应于该第一数字控制信号在打开状态和闭合状态之间切换的第一控制线，所述第一开关连接到比较器第一输入端和第一电阻器网络，以便当开关处于打开状态或闭合状态之一时在比较器第一输入端处施加上拉偏置、并且当开关处于不同状态时在所述比较器第一输入端处施加下拉偏置；以及

第二开关，其具有用于接收第二数字控制信号并响应于该第二数字控制信号在打开状态和闭合状态之间切换的第二控制线；所述第二开关电连接到同步输入端、比较器第二输入端和第二电阻器网络，以便当第二开关处于闭合状态而不是当第二开关处于打开状态时使由同步输入端提供的波形经历不同的偏置和衰减。

16.一种输入单元，包括：

比较器，其具有比较器第一输入端、比较器第二输入端和输出端，所述比较器基于比较器第一输入端处和比较器第二输入端处的信号比较而产生比较器输出信号；

第一电阻器和第二电阻器，其串联连接在第一电压基准源和连接到比较器第一输入端的传感器输入端之间；

第一开关，其连接到第一和第二电阻器与地面之间，所述第一开关用于从第一控制线接收信号并响应于从第一控制线所接收的信号而进行切换，使得当第一开关闭合和当第一开关打开时，第一和第二电阻器向比较器第一输入端上的传感器输入信号提供不同偏置；

第三电阻器和第四电阻器，其串联连接在第二基准电压源之间；以及

第二开关和同步输入端，所述第三电阻器和第四电阻器连接到所述比较器第二输入端；

所述第二开关连接到第二控制线并从第二控制线接收信号，以便施加波形输入信号到比较器第二输入端、或施加偏置或衰减的波形输入信号到所述比较器第二输入端，使得输入单元的控制电路逻辑有选择地调整施加到传感器输入信号的偏置、并且自适应地限定与传感器输入信号进行比较的信号。

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