CN105911329A - 一种用于能量采集系统的多检测点电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子技术领域，涉及一种用于能量采集系统的多检测点电压检测电路。本发明包括：电阻分压阵列、电压基准、用于电压比较的反相器、电平位移电路以及数字校正逻辑。具体来说，利用分压电阻、电压基准和多个用于电压比较的反相器同时实现对同一个被检测电压的多检测点电压检测；利用数字校正逻辑，消除了传统电压检测电路在电压很低时输出错误的弊端。该技术属于电力电子技术领域，可用于包括能量采集在内的低压低功耗应用。

Description

一种用于能量采集系统的多检测点电压检测电路

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种用于能量采集系统的多检测点电压检测电路。

背景技术

伴随着可穿戴移动计算设备在医疗保健领域、健康领域以及消费电子领域的广泛应用，人们对可穿戴设备的续航能力提出了更高的要求。设备的续航能力不仅取决于设备中低功耗技术的应用水平，也受限于锂电池或其他供电电路的性能。

能量采集技术是一种将环境中的能量如太阳能、热能、机械能或电池能转化为电能并加以利用最终为电子设备供电的技术，它的应用可为可穿戴设备提供高的续航能力。由于外部环境的影响，能量采集系统通常没有稳定的工作电压，而工作电压往往与系统的性能紧密相关。检测工作电压，或者系统内部特定节点(例如输出节点)的电压范围，可以为系统工作状态的切换提供依据，便于实现自适应的系统控制，使系统在任何状态下都能在较好的工作点工作。电压检测电路是一种检测电压是否大于其设定的检测点的电路。通常规定当被检测电压小于检测点时，电压检测电路输出0；当被检测电压大于检测点时，电路输出1。

能量采集系统所能利用的能量十分有限，要求电压检测电路具有超低功耗的特点，根据应用需要可能需要检测多个电压点。传统的电压检测电路只能有一个检测点，结构比较复杂，不方便扩展。而且，传统的电压检测电路在电压很低的时候常常会误翻转，导致检测错误。

发明内容

本发明的目的，就是针对传统电压检测电路检测点只有一个和低压时会误翻转的问题，提出一种可以规避上述不足并且结构简单、功耗低的电压检测电路，以满足能量采集系统的需要。

本发明的技术方案是：一种用于能量采集系统的多检测点电压检测电路，包括电阻分压阵列、基准电压、反相器模块、电平移位电路模块和数字校正逻辑模块；所述电阻分压阵列由n+2个电阻串联构成，其中第一个电阻接检测点，最后一个电阻接地；所述反相器模块包括n+1个反相器，反相器的电源端分别依次接电阻分压阵列中相邻两个电阻的连接点，所有反相器的输入端均连接基准电压；所述电平移位电路模块包括n+1个电平移位电路，电平移位电路的输入端分别依次连接反相器的输出端；所述数字校正逻辑模块包括n个数字校正逻辑单元，每个数字校正逻辑单元由一个与门和一个非门构成，与门的一个输入端接电平移位电路的输出端，与门的另一个输入端接非门的输出端，非门的输出端接和与门相连的电平移位电路的下一个电平移位电路的输出端。

本发明的有益效果为，通过电阻分压实现了多个电压检测点的检测，通过数字校正逻辑消除了低电压电压检测出错的弊端，同时电路只有0.1μA数量级的静态电流。满足了能量收集系统对电压检测电路准确度较高、功耗低的要求。有助于降低系统功耗，并可以与其他控制逻辑配合优化系统的整体性能。

附图说明

图1为本发明的电路逻辑结构示意图；

图2为4位输出电压检测的直流特性仿真图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：

图1所示为本发明的电压检测电路整体框图，电压检测电路由电压基准、电阻分压阵列、用于电压比较的反相器、电平位移模块和数字校正逻辑部分组成。电阻分压阵列由n+2个串联电阻组成，具体个数根据应用需求有所不同。第一个电阻R0的一端接电路中需要检测电压的节点，最后一个电阻Rn+1的一端接地。电阻分压阵列产生n+1个分压节点，分别为node1、node2，至noden+1。node1节点接入用于电压比较的反相器comp1的Vdd端，node2节点接入用于电压比较的反相器comp2的Vdd端，以此类推，第n个节点noden接入用于电压比较的反相器compn的Vdd端。电压基准产生的基准电压输入到所有用于电压比较的反相器的输入端。用于电压比较的反相器的输出端分别接入相应的电平位移电路，如第n个反相器compn的输出接电平位移n的输入。各个电平位移电路的输出接到数字校正逻辑。

数字校正逻辑具体接法如下：电平位移1的输出接入第一与门and1的第一个端口；电平位移2的输出接入第二与门and2的第一个端口，以及第一非门inv1的输入端口，第一非门inv1的输出接第一与门and1的第二个端口；第一与门and1的输出信号为out1。其余的电路接法以此类推。电平位移n-1的输出接入第n-1与门andn-1的第一个端口；电平位移n的输出接入第n与门andn的第一个端口，以及第n-1非门invn-1的输入端口，第n-1非门invn-1的输出接第n-1与门andn-1的第二个端口；第n-1与门andn-1的输出信号为outn-1。最后一个输出的接法，电平位移n的输出接入第n与门andn的第一个端口；电平位移n+1的输出第n非门invn的输入端口，第n非门invn的输出接第n与门andn的第二个端口；第n与门andn的输出信号为outn。

本发明的工作原理为：

反相器的翻转电压与反相器的供电电压Vdd有关，一般认为反相器的翻转电压Vt＝kVdd。若反相器的输入为基准电压Vref，供电电压Vdd从0开始增加，则当Vdd＝Vref/k时，反相器的输出从低电平翻转到高电平。这就实现了对检测点Vref/k的电压检测。本发明中采用电阻分压阵列对被检测电压进行分压之后输入到反相器的Vdd端，则第i个电压检测点满足

$V_{\det i}=\frac{R_T}{\underset{l=i}{\overset{n}{\Σ}}{R}_l}{V}_{ref}/k---\left(1\right)$

其中RT为电阻阵列总电阻。由此可见在电阻阵列取不同的分压节点接到反相器的Vdd端，即可实现多个检测点的电压检测。

由于反相器的Vdd端电压小于被检测电压，通常也小于电源电压，所以输出的高电平小于电源电压。故引入电平位移电路对高电平进行处理，使它可以接近电源电压。

由于低压时MOS器件工作在亚阈区，在被检测电压很小的时候，电压检测的输出会高电平。所以引入数字校正逻辑电路。以输出点out1为例，当被检测电压很低的时候，由于发生错误，电平位移1和电平位移2的输出均为高，或前者为低后者为高，经过非门和与门之后，out1输出0；当被检测电压升高至大于第一个检测电压而小于第二个，电平位移2的输出是低电平，经过非门和与门后，out1输出1，结果正确。

图2所示为4位输出电压检测的直流特性仿真结果。out1-out4输出为高电平的范围分别为：326mV-432mV；432mV-525mV；525mV-658mV；>658mV。被检测电压很小的时候没有错误的输出。静态功耗小于0.2μW。

根据上述说明，该发明可以实现多个电压检测点的电压检测，同时修正了被检测电压过低时的错误输出，也具备低功耗的特点，适合能量采集系统的应用。

Claims (1)

1.一种用于能量采集系统的多检测点电压检测电路，包括电阻分压阵列、基准电压、反相器模块、电平移位电路模块和数字校正逻辑模块；所述电阻分压阵列由n+2个电阻串联构成，其中第一个电阻接检测点，最后一个电阻接地；所述反相器模块包括n+1个反相器，反相器的电源端分别依次接电阻分压阵列中相邻两个电阻的连接点，所有反相器的输入端均连接基准电压；所述电平移位电路模块包括n+1个电平移位电路，电平移位电路的输入端分别依次连接反相器的输出端；所述数字校正逻辑模块包括n个数字校正逻辑单元，每个数字校正逻辑单元由一个与门和一个非门构成，与门的一个输入端接电平移位电路的输出端，与门的另一个输入端接非门的输出端，非门的输出端接和与门相连的电平移位电路的下一个电平移位电路的输出端。