CN106226579A - 自动调节量程的电流电压转换电路 - Google Patents

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Abstract

自动调节量程的电流电压转换装置包括选择模块、比较模块和解码器；选择模块包括N级采样电路，每一采样电路包括电阻R、电流开关T1和电压开关T2；比较模块包括(N‑1)级比较电路，每一比较电路包括比较器U1、开关K、低阈值端L和高阈值端H；比较器U1的同相输入端连接该电压输出端OUT，该比较器U1的反相输入端连接开关K的输出端，开关K的第一输入端和第二输入端分别连接低阈值端L和高阈值端H，开关K的控制端连接该比较器U1的输出端；解码器包括(N‑1)输入端和N输出端S，每一输入端连接对应一比较器U1的输出端，每一输出端S连接对应电流开关T1和对应电压开关T2。本发明可自动根据电流大小选择相应量程进行电压采样，转换效率高且转换精准。

Description

自动调节量程的电流电压转换电路
技术领域
本发明涉及一种自动调节量程的电流电压转换电路。
背景技术
在现代电子仪器与设备中，如果需要测量或者监控电流信号，通常是先将电流信号转换成电压信号，再利用数模转换器将模拟电压信号转换成数字信号，并以数字信号的形式进行信息的传输或储存。光纤通信中，通常需要对所接收的光电流信号的强度进行测量。因为所接收的光电流的变化范围特别大，从灵敏度附近不足100nA到饱和值大于1mA，变化范围超过40dB即4个数量级。由于现有的数模转换器的有效工作电压范围有限，一般小于电源电压，对于这样大的光电流范围，为了保证电流检测的精度，往往需要利用多个量程对所接收的光电流进行分段测量，传统光电接收器采用如图1所示的量程选择开关，其需要外部控制器根据电流大小控制选择量程选择开关的量程，不能自动选择量程。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在于提供一种可解决上述技术问题的自动调节量程的电流电压转换电路。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自动调节量程的电流电压转换装置，其包括选择模块、比较模块和解码器；
选择模块包括N级采样电路，每一采样电路包括电阻R、电流开关T1和电压开关T2，其中，N为大于2的整数；每一电阻R的一端通过对应一电流开关连接电流输入端IN，还通过对应一电压开T2连接一电压输出端VOUT，每一电阻R的另一端接地，N级采样电路的电阻R的阻值逐级降低；
比较模块包括(N-1)级比较电路，每一比较电路包括比较器U1、开关K、低阈值端L和高阈值端H；每一比较器U1的同相输入端连接该电压输出端OUT，该比较器U1的反相输入端连接开关K的输出端，开关K的第一输入端和第二输入端分别连接低阈值端L和高阈值端H，开关K的控制端连接该比较器U1的输出端；(N-1)级比较电路的高阈值端H逐级升高，(N-1)级比较电路的低阈值端L逐级升高，开关K在相应比较器U1的输出信号变换时切换输出端与第一输入端或第二输入端之间的连接；
解码器包括(N-1)输入端和N输出端S，(N-1)输入端与(N-1)较器U1的输出端一一对应，N输出端与N级比较电路的电流开关T1和电压开关T2一一对应，每一输入端连接对应一比较器U1的输出端，每一输出端S连接对应一电流开关T1和对应一电压开关T2；解码器用于根据(N-1)输入端的电平信号选取N输出端中的其中一输出端输出闭合信号，其余输出端均输出截止信号。
优选，当N为3时，编码器包括与门U2、与门U3、与非门U4和或非门U5；与门U2的两输入端分别连接两比较器U1的输出端，与门U1的输出端连接第三级采样电路的电流开关T1和电压开关T2；与非门U4的两输入端分别连接两比较器U1的输出端，与非门U4的输出端连接与门U3的第一输入端；或非门U5的的两输入端分别连接两比较器U1的输出端，或非门U5的输出端连接与门U3的第二输入端，与门U3的输出端连接第二级采样电路的电流开关T1和电压开关T2；或非门U3的输出端连接第一级采样电路的电流开关T1和电压开关T2。
本发明的有益效果至少如下：
本发明可自动根据电流大小选择相应量程进行电压采样，无需依赖外部控制器，转换效率高且转换精准。
附图说明
图1为现有的电流电压转换电路的较佳实施方式的电路图。
图2为本发明自动调节量程的电流电压转换装置的较佳实施方式的电路图。
图3为图2的电流电压转换装置的N为3时实施例的电路图。
图4为图2的自动调节量程的电流电压转换装置的电压电流关系图。
图5为图3的电流电压转换装置的编码器的输入与输出信号关系图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
请参见图2，本发明涉及一种自动调节量程的电流电压转换装置，其较佳实施方式包括选择模块10、比较模块20和解码器30。
选择模块10包括N级采样电路，每一采样电路包括电阻R、电流开关T1和电压开关T2，其中，N为大于2的整数。每一电阻R的一端通过对应一电流开关连接电流输入端IN，还通过对应一电压开T2连接一电压输出端VOUT，每一电阻R的另一端接地，N级采样电路的电阻R的阻值逐级降低。
比较模块20包括(N-1)级比较电路，每一比较电路包括比较器U1、开关K、低阈值端L和高阈值端H。每一比较器U1的同相输入端连接该电压输出端OUT，该比较器U1的反相输入端连接开关K的输出端，开关K的第一输入端和第二输入端分别连接低阈值端L和高阈值端H，开关K的控制端连接该比较器U1的输出端；(N-1)级比较电路的高阈值端H逐级升高，(N-1)级比较电路的低阈值端L逐级升高，开关K在相应比较器U1的输出信号变换时切换输出端与第一输入端或第二输入端之间的连接。
解码器30包括(N-1)输入端和N输出端S，(N-1)输入端与(N-1)较器U1的输出端一一对应，N输出端与N级比较电路的电流开关T1和电压开关T2一一对应，每一输入端连接对应一比较器U1的输出端，每一输出端S连接对应一电流开关T1和对应一电压开关T2；解码器30用于根据(N-1)输入端的电平信号选取N输出端中的其中一输出端输出闭合信号如高电平信号，其余输出端均输出截止信号如低电平信号。
请参见图3，下面采用N为3时的实施例说明本发明的工作原理：
当输入电流Ix从零逐渐升高，输出电压Vx也逐渐升高，当输出电压Vx小于第一级比较电路的高阈值端H时，两比较器U1均输出低电平信号，则解码器30的两输入端信号组成00，此时，解码器30的输出端SO输出高电平信号，其余输出端为低电平信号，从而使得第一级比较电路的电流开关T1和电压开关T2导通，其余比较电路的电流开关T1和电压开关T2截止，此时，本装置工作采用第一量程将输入电流Ix转换为输出电压Vx。
随着输入电流Ix继续升高，当电压Vx大于第一级比较电路的高阈值端H且小于第二级比较电路的高阈值端H时，第一级比较电路输出高电平信号，第二级比较电路输出低电平信号，使得解码器30的输出端S1输出高电平信号，其余输出端为低电平信号，从而使得第二级比较电路的电流开关T1和电压开关T2导通，其余比较电路的电流开关T1和电压开关T2截止。同时，由于第一级比较电路的输出信号从高电平变换为低电平，则第一级比较电路的开关K将输入端切换连接至第一输入端，即第一级比较电路的反相端接入低阈值端L。
随着输入电流Ix继续升高，当电压Vx大于第二级比较电路的高阈值端H时，第一级和第二级比较电路均输出高电平信号，使得解码器30的输出端S2输出高电平信号，其余输出端为低电平信号，从而使得第三级比较电路的电流开关T1和电压开关T2导通，其余比较电路的电流开关T1和电压开关T2截止。同时，由于第二级比较电路的输出信号从高电平变换为低电平，则第二级比较电路的开关K将输入端切换连接至第一输入端，即第二级比较电路的反相端接入低阈值端L。
随着输入电流Ix降低，当输出电压Vx大于第二级比较电路的低阈值端L时，同理，第三级比较电路的电流开关T1和电压开关T2导通，其余比较电路的电流开关T1和电压开关T2截止。
随着输入电流Ix继续降低，当输出电压Vx小于第二级比较电路的低阈值端L且大于第一级比较电路的低阈值端L时，同理，第二级比较电路的电流开关T1和电压开关T2导通，其余比较电路的电流开关T1和电压开关T2截止。此时，第二级比较电路的开关K将输入端切换连接至第二输入端，即第二级比较电路的反相端接入高阈值端H。
随着输入电流Ix继续降低，当输出电压Vx小于第一级比较电路的低阈值端L时，同理，第一级比较电路的电流开关T1和电压开关T2导通，其余比较电路的电流开关T1和电压开关T2截止。此时，第一级比较电路的开关K将输入端切换连接至第二输入端，即第二级比较电路的反相端接入高阈值端H。
优选地，当N为3时，编码器包括与门U2、与门U3、与非门U4和或非门U5；与门U2的两输入端分别连接两比较器U1的输出端，与门U1的输出端连接第三级采样电路的电流开关T1和电压开关T2；与非门U4的两输入端分别连接两比较器U1的输出端，与非门U4的输出端连接与门U3的第一输入端；或非门U5的的两输入端分别连接两比较器U1的输出端，或非门U5的输出端连接与门U3的第二输入端，与门U3的输出端连接第二级采样电路的电流开关T1和电压开关T2；或非门U3的输出端连接第一级采样电路的电流开关T1和电压开关T2。
上述输出端OUT的电压与电流Ix之间关系参见图4。
根据上面实施例的原理可知，编码器的输入与输出的逻辑真值表为：
其中CPn-1为输入信号，Sn为输出信号，电压图参见图5。
本发明中涉及的“第一”、“第二”等仅起到区别不同部件的作用，不起区分顺序的作用。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种自动调节量程的电流电压转换装置，其特征在于：其包括选择模块、比较模块和解码器；
选择模块包括N级采样电路，每一采样电路包括电阻R、电流开关T1和电压开关T2，其中，N为大于2的整数；每一电阻R的一端通过对应一电流开关连接电流输入端IN，还通过对应一电压开T2连接一电压输出端VOUT，每一电阻R的另一端接地，N级采样电路的电阻R的阻值逐级降低；
比较模块包括(N-1)级比较电路，每一比较电路包括比较器U1、开关K、低阈值端L和高阈值端H；每一比较器U1的同相输入端连接该电压输出端OUT，该比较器U1的反相输入端连接开关K的输出端，开关K的第一输入端和第二输入端分别连接低阈值端L和高阈值端H，开关K的控制端连接该比较器U1的输出端；(N-1)级比较电路的高阈值端H逐级升高，(N-1)级比较电路的低阈值端L逐级升高，开关K在相应比较器U1的输出信号变换时切换输出端与第一输入端或第二输入端之间的连接；
解码器包括(N-1)输入端和N输出端S，(N-1)输入端与(N-1)较器U1的输出端一一对应，N输出端与N级比较电路的电流开关T1和电压开关T2一一对应，每一输入端连接对应一比较器U1的输出端，每一输出端S连接对应一电流开关T1和对应一电压开关T2；解码器用于根据(N-1)输入端的电平信号选取N输出端中的其中一输出端输出闭合信号，其余输出端均输出截止信号。
2.如权利要求1所述的自动调节量程的电流电压转换装置，其特征在于：当N为3时，编码器包括与门U2、与门U3、与非门U4和或非门U5；与门U2的两输入端分别连接两比较器U1的输出端，与门U1的输出端连接第三级采样电路的电流开关T1和电压开关T2；与非门U4的两输入端分别连接两比较器U1的输出端，与非门U4的输出端连接与门U3的第一输入端；或非门U5的的两输入端分别连接两比较器U1的输出端，或非门U5的输出端连接与门U3的第二输入端，与门U3的输出端连接第二级采样电路的电流开关T1和电压开关T2；或非门U3的输出端连接第一级采样电路的电流开关T1和电压开关T2。
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