CN107493007A - 一种信号复用电子电路、信号复用方法以及应用其的开关型调节器 - Google Patents

一种信号复用电子电路、信号复用方法以及应用其的开关型调节器 Download PDF

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Abstract

公开了一种信号复用电子电路、信号复用方法以及应用其的开关型调节器，通过对电路元器件的分时复用，解决了芯片引脚资源不够用的问题，提高引脚资源的利用率，减小集成芯片和电路系统的体积和电子电路的制造成本；通过对同一信号的分时复用，获得不同的处理信号，减小电路元器件或者电路模块的数目，提高电路元器件的利用率。

Description

一种信号复用电子电路、信号复用方法以及应用其的开关型 调节器
技术领域
本发明涉及一种电子电路，尤其涉及一种信号复用电子电路、信号复用方法以及应用其的开关型调节器。
背景技术
电子产品的小型化越来越成为一种趋势，随着通信技术的发展，各种电子产品的设计会面临多信号的处理。对于多信号输入输出的电子电路，由于需要处理的信号较多，集成芯片的引脚数和外围器件也会相应增多，一方面导致集成芯片的体积增加，另一方面集成芯片体积的增大以及不可避免的外围电路的分立器件的增多使得包括集成芯片的整个电路系统的体积增大，无法适用于小型化的电子产品，同时也增加了电子电路的制造成本。
如图1所示，其为现有的一种具有多输入输出信号的电子电路实现电路原理图。图中所示的电子电路包括具有多个输入输出引脚I/O的芯片1和与引脚对应连接的外围电路2。其中仅以芯片的两个输入引脚pin1，pin2为例，外围电路2包括分压电阻R1、R2和外接电阻R3。分压电阻R1和R2串联连接接收输入电压Vsense，同时其公共连接点A连接到输入引脚pin1。芯片1根据输入引脚pin1的输入信号获到表征输入电压Vsense的检测电压信号，以传递至芯片1中相应的处理电路。外接电阻R3连接到输入引脚pin2。芯片1通过输入引脚pin2将外接电阻R3引入芯片内部，同时利用其两端电压或流过其的电流和芯片内部其他电路共同实现一定的信号处理功能。
采用这种方法，上述电子电路中通过引脚pin1和pin2分别实现了分压信号采样和外接电阻值采样，这样对于多个输入输出信号需要处理时，电子电路中的引脚数势必会增加甚至出现引脚数不够用的情况，而且每个引脚对应连接不同的外围器件，因此会使得电子电路的体积增大，增加成本，无法适用于小型化、低成本的电子产品。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种信号复用电子电路，以实现对电路元器件的分时复用，并进一步地解决芯片引脚资源不够用的问题，提高引脚资源的利用率，减小集成芯片和电路系统的体积和电子电路的制造成本。
本发明的另一目的是提供一种信号复用方法以及应用其的开关型调节器，通过对同一信号的分时复用，获得不同的处理信号，减小电路元器件或者电路模块的数目，提高电路元器件的利用率。
为达到上述目的，本发明提供一种信号复用电子电路，用于实现信号复用，包括分压电路，第一处理电路和第二处理电路。
所述分压电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，用以接收输入电压信号，并在所述第一电阻和所述第二电阻的公共连接点处生成检测电压信号。
所述第一处理电路用以在每一周期的第一时间区间内，接收所述检测电压信号，并在第二时间区间内，保持所述检测电压信号。
所述第二处理电路用以在所述第二时间区间内，接收所述检测电压信号，并生成表征所述第二电阻的阻值的检测信号；在所述第一时间区间内，保持所述检测信号。
优选地，所述第一处理电路，包括第一采样开关和第一转换电路，在所述第一时间区间内，所述第一采样开关导通，所述第一转换电路接收所述检测电压信号并产生第一输出信号；在所述第二时间区间内，所述第一采样开关断开，第一转换电路保持所述检测电压信号，并保持产生第一输出信号。
优选地，所述第二处理电路，包括第二采样开关和第二转换电路，在所述第二时间区间内，所述第二采样开关导通，所述第二转换电路接收所述检测电压信号，并生成表征所述第二电阻的阻值的检测信号，同时产生第二输出信号；在所述第一时间区间内，第二采样开关断开，所述第二转换电路保持所述检测信号，并保持产生所述第二输出信号。
进一步地，所述第一时间区间的时间长度大于所述第二时间区间。
优选地，所述第一转换电路包括第一电容，用以在所述第一时间区间内接收所述检测电压信号并进行储能，在所述第二时间区间内保持所述电压检测信号。
优选地，所述第二转换电路包括采样保持电路，采样叠加电路和电流生成电路，所述采样保持电路用以接收所述检测电压信号；所述采样叠加电路用以将所述检测电压信号和一基准电压进行和运算，所述电流生成电路连接至所述采样保持电路和所述采样叠加信号，用以生成与所述基准电压和所述第二电阻的比值相关的电流信号。
其中，所述电流生成电路包括第一开关，放大器和采样镜像电路，所述第一开关连接在所述放大器正、负相输入端之间，所述放大器正相端接收所述电压检测信号和所述基准电压之和，负相输入端接收所述检测电压信号，其输出端和负相端连接到所述采样镜像电路，以产生所述第二输出信号。
其中，所述第一开关和所述第一采样开关的开关动作一致。
依据本发明一实施例的一种信号复用方法，包括以下步骤：
在每一周期内，在第一时间区间内，根据串联连接的第一电阻和第二电阻的公共连接点处的检测电压信号，第一处理电路获得表征输入电压信息的所述检测电压信号；在第二时间区间内，保持所述检测电压信号；
在所述第二时间区间内，根据所述检测电压信号，第二处理电路生成表征所述第二电阻的阻值的检测信号，并在所述第一时间区间内保持所述检测信号。
优选地，在所述第一时间区间内，第一采样开关导通，第一转换电路接收所述检测电压信号并产生第一输出信号；在所述第二时间区间内，所述第一采样开关断开，所述第一转换电路保持所述检测电压信号，并保持产生所述第一输出信号。
优选地，在所述第二时间区间内，所述第二采样开关导通，所述第二转换电路接收所述检测电压信号，并生成所述检测信号，并据以产生第二输出信号；在所述第一时间区间内，第二采样开关断开，所述第二转换电路保持所述检测信号，并保持产生所述第二输出信号。
其中，所述第一时间区间的时间长度大于所述第二时间区间。
依据本发明实施例的一种开关型调节器，包括功率级电路，其中，
所述分压电路的输入端与所述功率级电路连接，接收所述功率级电路的电流信息或输出电压；
所述第一处理电路和所述第二处理电路集成于一集成芯片中；
所述集成芯片的输入引脚连接至所述分压电路的输出端，用以接收所述检测电压信号，以根据所述检测电压信号和所述检测信号产生相应的控制信号来控制所述功率级电路的状态。
所述分压电路的输入端接收表征所述功率级电路的输出电压或者输出电流或者电感电流的输入信号，所述集成芯片根据所述检测电压信号和所述检测信号产生PWM控制信号来控制所述功率级电路的功率开关管的占空比。
所述分压电路的输入端接收表征所述功率级电路的输出电压或者输出电流或者电感电流的输入信号，所述集成芯片根据所述检测电压信号和所述检测信号来实现过压或者过流保护。
采用本发明的信号复用电子电路、信号复用方法以及应用其的开关型调节器，可以通过对同一信号的分时复用来获得所需要的不同的处理信号，从而减小电路元器件的数目，提高电路元器件或者电路模块的利用率；同时，对集成芯片而言，也解决了引脚资源不够用的问题，提高引脚资源的利用率，减小电路系统的体积和电路系统的制造成本。
附图说明
图1所示为依据现有技术的一种具有多信号输入输出的电子电路的示意框图；
图2为依据本发明一实施例的信号复用电子电路的原理框图；
图3A为依据本发明另一实施例的信号复用电子电路的原理框图；
图3B为图3A所示的依据本发明的实施例的信号复用电子电路的工作波形图；
图4为依据本发明的一实施例的开关型调节器的原理框图；
图5为依据本发明一实施例的信号复用方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
参考图2，所示为依据本发明第一实施例的信号复用电子电路的原理框图。在该实施例中，信号复用电子电路200包括分压电路20，第一处理电路21和第二处理电路22。
分压电路20包括串联连接的第一电阻R1、第二电阻R2，用以接收输入电压信号Vsense，并在所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的公共连接点A处生成检测电压信号Vd。
第一处理电路21用以在每一周期的第一时间区间TD1内，接收检测电压信号Vd，并在第二时间区间TD2内，保持检测电压信号Vd。
第二处理电路22用以在第二时间区间TD2内，接收检测电压信号Vd，并生成表征第二电阻R2的阻值的检测信号；在第一时间区间TD1内，保持该检测信号。
第一时间区间TD1和第二时间区间TD2的时间长度由外部控制信号Vctrl进行控制，第一时间区间TD1的时间长度大于第二时间区间TD2。
第一处理电路21包括第一采样开关201和第一转换电路202，第二处理电路22包括第二采样开关203和第二转换电路204。
在每一开关周期内，第一采样开关201和第二采样开关203开关状态不重叠，例如，当第一采样开关201处于导通状态时，第二采样开关203处于关断状态。
优选的，第一采样开关201和第二采样开关203开关状态可以互补，并且由控制信号Vctrl来控制第一采样开关201和第二采样开关203导通和关断动作。
在一种实现方式中，当控制信号Vctrl为低电平时，即在第一时间区间TD1内，第一采样开关201导通，第一转换电路接收检测电压信号Vd，同时产生第一输出信号；当控制信号Vctrl由低电平变为高电平时，即在第二时间区间TD2内，第一采样开关201断开，第一转换电路保持所述检测电压信号Vd，并保持产生第一输出信号。
当控制信号Vctrl为高电平时，即在第二时间区间TD2内，第二采样开关203导通，第二转换电路204接收检测电压信号，并生成表征第二电阻R2的阻值的检测信号，同时产生第二输出信号；当控制信号Vctrl由高电平变低电平时，即在第一时间区间TD1内，第二转换电路204保持所述检测信号，并保持产生第二输出信号。
可见，采用图2所示的依据本发明的信号复用电子电路，实现了对分压电路的分时采样。检测电压信号Vd不仅表征输入电压Vsense，而且可以表征第二电阻R2的阻值，从而减少了一个输入端和一个外接电阻，提高了第二电阻R2的利用率，节省了电子电路的体积和制造成本。
以下详细说明依据本发明的电子电路的第二实施例的工作原理。
参考图3A，所示为依据本发明第二实施例的信号复用电子电路的电路原理框图。
在该实施例中，第一处理电路31中第一转换电路包括第一电容302和比较器303。其中比较器303的正相输入端连接到第一电容302，负相输入端连接第一基准信号VREF1。
在该实施例中，第二处理电路32中第二转换电路包括采样保持电路305，采样叠加电路306，第一开关307，放大器308和采样镜像电路33。其中第一开关307置于放大器308正、负相输入端之间，放大器308的正相输入端连接至采样叠加电路306的输出端，采样保持电路305和第二基准信号VREF2连接到采样叠加电路的两个输入端，负相输入端连接第二采样开关304。
采样镜像电路33包括第二开关309，第三开关310，第二电容311，晶体管312和晶体管313，且为MOSFET晶体管。
参考图3B，所示为图3A所示实施例的信号复用电子电路的工作波形图，每个周期的第一时间区间TD1内，控制信号Vctrl为低电平，第一处理电路31中的第一采样开关301导通，比较器303将正相输入端接收到的检测电压信号Vd和负相输入端接收到的第一基准电压信号VREF1进行比较得到第一输出信号；在第二时间区间TD2内，即控制信号Vctrl由低电平恢复为高电平，第一电容302保持所述检测电压信号Vd，因此比较器303保持产生所述第一输出信号。
在所述第二时间区间TD2内，第二采样开关304导通，采样叠加电路306将接收到的第二基准信号VREF2和检测电压信号Vd进行和运算。放大器308的正相输入端的输入电压为VREF2+Vd，放大器308的负相输入端接收所述检测电压信号Vd，放大器输出端和负相输入端连接到采样镜像电路33，并控制其晶体管312产生电流，由此可得晶体管312中流过的电流数值如公式(1)所示：
I＝VREF2/R2 (1)
此时，第二开关309断开，第三开关310导通，晶体管313镜像得到与流过晶体管312的电流相同的第二输出信号ISEN。
在第一时间区间TD1内，即控制信号Vctrl由高电平恢复为低电平，第二采样开关304断开，采样镜像电路33中的第二开关310闭合，晶体管312关断，第二电容311保证晶体管313的栅源电压，因此晶体管313保持输出和第二时间区间相同的电流ISEN。
在本发明实施例中，第一采样开关301，第二采样开关304，第一开关307，第二开关309和第三开关310的导通和关断由控制信号Vctrl进行控制。其中第一采样开关301，第一开关307，第三开关310的导通和关断状态由控制信号Vctrl的非信号控制，第二采样开关304和第二开关309的导通和关断状态由控制信号Vctrl控制，从而实现了分时采样，保证了每个时间区间内均可以得到稳定的第一输出信号和第二输出信号。
参考图4所示为依照本发明实施例的开关型调节器的原理框图。依照本发明一实施例的一种开关型调节器，包括功率级电路41，分压电路42和集成电路43。
该开关型调节器的功率级电路41根据开关管，整流管，电感，电容等的不同连接方式可以为不同类型的开关型调节器的拓扑结构，如降压型、升压-降压型、正激式和反激式等拓扑结构。在不同的实现方式中，功率级电路41中的功率管或开关管也可以集成在集成电路43中。
在该实施例中，分压电路42与开关型功率级电路41连接，接收功率级电路41的电流信息或输出电压；集成电路43的输入引脚pin4对分压电路42进行分时采样，从而根据所述功率级电路41的电流信息、输出电压，在其输出端out1、out2分别产生相应的第一输出信号和第二输出信号，并输入至功率级电路41。
功率级电路41中接收所述第一输出信号，用以实现过压、过流保护，或者驱动功率级电路中的功率开关管的开关动作；功率级电路41中接收所述第二输出信号，用以设置功率级电路41的工作频率或用作电流源。
在该实施例中，所述分压电路42接收表征功率级电路41中的输出电信号(例如电感电流或者输出电压或者输出电流)的检测电压信号。集成电路43的输入引脚pin4连接到分压电路42的第一电阻R1和第二电阻R1的公共连接点A.
在该实施例中，集成电路43的输入引脚pin4对分压电路42进行分时采样检测电压信号Vd，在其输出端out1、out2分别产生相应的第一输出信号和第二输出信号，具体工作过程与本发明第一实施例的信号复用电子电路的工作过程相同。
在该实施例中，集成电路43作为控制电路，第一处理电路401在输出端out1产生的第一输出信号可作用于所述功率级电路41。例如，当分压电路42的输入电压为功率级电路41的输出电压时，通过检测电压信号Vd和一基准电压的比较结果判断是否输出电压发生过压；当检测电压信号大于该基准电压时，表示输出电压发生过压，此时第一输出信号通过对功率级电路41中的功率开关管的开关状态控制，来切断电源对功率级电路41的输出端的能量传递，从而完成过压保护。
再例如，当分压电路42的输入电压为功率级电路41的输出电压时，根据检测电压信号Vd和表征期望输出电压的基准电压的误差结果，第一输出信号通过对功率级电路41中的功率开关管的开关状态控制，实现对功率开关管的占空比的控制，从而使得功率级电路的输出电压维持该期望输出电压。
类似的，第一处理电路401根据分压电路42产生的检测电压信号的不同，第一输出信号用以实现过压、过流保护，或者用以驱动功率级电路41中功率管开关管的开关动作。
第二处理电路402产生的第二输出信号根据第二电阻R2的阻值也可用于对所述功率级电路41的不同处理，例如用以设置功率级电路41的工作频率或用作电流基准等。
参考图5，所述为依照本发明实施例的信号复用方法的流程图，包括以下步骤：
S501:在每一周期内，在第一时间区间内，第一处理电路获得表征输入电压信息的检测电压信号；在第二时间区间内，保持所述检测电压信号；
所述检测电压信号根据串联连接的第一电阻和第二电阻的公共连接点处的电压信号所得；
S502：在所述第二时间区间内，第二处理电路生成表征所述第二电阻的阻值的检测信号，并在所述第一时间区间内保持所述检测信号。
所述第一时间区间和所述第二时间区间的时间长度由外部控制信号进行控制，第一时间区间的时间长度大于所述第二时间区间。
进一步的，该信号复用方法还包括：
将所述检测电压信号和第一基准信号进行比较，获得第一输出信号；
计算所述检测信号和第二基准信号之和；
将所述检测信号和第二基准信号之和和所述检测信号进行比较放大，通过采样镜像电路获得第二输出信号。
需要说明得是，本发明各个实施例间名称相同的器件功能也相同，且改进性的实施例可分别与上述多个实施例进行结合，但说明时仅在上一实施例的基础上举例说明。本领域技术人员在本发明实施例公开的电路的基础上所做的相关的改进，也在本发明实施例的保护范围之内。
以上对依据本发明的优选实施例的信号复用电子电路、信号复用处理方法以及应用其的开关型调节器进行了详细的描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (15)

1.一种信号复用电子电路，用于实现信号复用，其特征在于，包括，分压电路，第一处理电路和第二处理电路，其中，
所述分压电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，接收输入电压信号，并在所述第一电阻和所述第二电阻的公共连接点处生成检测电压信号；
所述第一处理电路，用以在每一周期的第一时间区间内，接收所述检测电压信号，并在第二时间区间内，保持所述检测电压信号；
所述第二处理电路，在所述第二时间区间内，接收所述检测电压信号，并生成表征所述第二电阻的阻值的检测信号；在所述第一时间区间内，保持所述检测信号。
2.根据权利要求1所述的信号复用电子电路，其特征在于，所述第一处理电路包括第一采样开关和第一转换电路；
在所述第一时间区间内，所述第一采样开关导通，所述第一转换电路接收所述检测电压信号产生第一输出信号；在所述第二时间区间内，所述第一采样开关断开，所述第一转换电路保持所述检测电压信号，并保持产生所述第一输出信号。
3.根据权利要求1所述的信号复用电子电路，其特征在于，所述第二处理电路包括第二采样开关和第二转换电路，在所述第二时间区间内，所述第二采样开关导通，所述第二转换电路接收所述检测电压信号，并生成表征所述第二电阻的阻值的检测信号，同时产生第二输出信号；在所述第一时间区间内，第二采样开关断开，所述第二转换电路保持所述检测信号，并保持产生所述第二输出信号。
4.根据权利要求3所述的信号复用电子电路，其特征在于，所述第一时间区间的时间长度大于所述第二时间区间。
5.根据权利要求2所述的信号复用电子电路，其特征在于，所述第一转换电路包括第一电容，用以在所述第一时间区间内接收所述检测电压信号并进行储能，在所述第二时间区间内保持所述检测电压信号。
6.根据权利要求3所述的信号复用电子电路，其特征在于，所述第二转换电路包括采样保持电路，采样叠加电路和电流生成电路；
所述采样保持电路用以接收所述检测电压信号；
所述采样叠加电路用以将所述检测电压信号和一基准电压进行和运算；
所述电流生成电路连接至所述采样保持电路和所述采样叠加电路，用以生成与所述基准电压和所述第二电阻的比值相关的电流信号。
7.根据权利要求6所述的信号复用电子电路，其特征在于，所述电流生成电路包括第一开关，放大器和采样镜像电路；
所述第一开关连接在所述放大器的正、负相输入端之间，所述放大器正相端接收所述电压检测信号和所述基准电压之和，负相输入端接收所述检测电压信号，其输出端和负相端连接到所述采样镜像电路，以产生所述第二输出信号。
8.根据权利要求7所述的信号复用电子电路，其特征在于，所述第一开关与所述第一采样开关的开关动作一致。
9.一种信号复用方法，包括以下步骤：
在每一周期内，在第一时间区间内，根据串联连接的第一电阻和第二电阻的公共连接点处的检测电压信号，第一处理电路获得表征输入电压信息的所述检测电压信号；在第二时间区间内，保持所述检测电压信号；
在所述第二时间区间内，根据所述检测电压信号，第二处理电路生成表征所述第二电阻的阻值的检测信号，并在所述第一时间区间内保持所述检测信号。
10.根据权利要求9所述的信号复用方法，其特征在于，还包括：
在所述第一时间区间内，所述第一采样开关导通，所述第一转换电路接收所述检测电压信号并产生第一输出信号；在所述第二时间区间内，所述第一采样开关断开，所述第一转换电路保持所述检测电压信号，并保持产生所述第一输出信号。
11.根据权利要求10所述的信号复用方法，其特征在于，还包括：
在所述第二时间区间内，所述第二采样开关导通，所述第二转换电路接收所述检测电压信号，并生成所述检测信号，并据以产生第二输出信号；在所述第一时间区间内，第二采样开关断开，所述第二转换电路保持所述检测信号，并保持产生所述第二输出信号。
12.根据权利要求11所述的信号复用电子电路，其特征在于，所述第一时间区间的时间长度大于所述第二时间区间。
13.一种开关型调节器，其特征在于，包括权利要求1-8所述的任一信号复用电子电路，还包括功率级电路，其中，
所述分压电路的输入端与所述功率级电路连接，接收所述功率级电路的电流信息或输出电压；
所述第一处理电路和所述第二处理电路集成于一集成芯片中；
所述集成芯片的输入引脚连接至所述分压电路的输出端，用以接收所述检测电压信号，以根据所述检测电压信号和所述检测信号产生相应的控制信号来控制所述功率级电路的状态。
14.根据权利要求13所述的开关型调节器，其特征在于，所述分压电路的输入端接收表征所述功率级电路的输出电压或者输出电流或者电感电流的输入信号，所述集成芯片根据所述检测电压信号和所述检测信号产生PWM控制信号来控制所述功率级电路的功率开关管的占空比。
15.根据权利要求13所述的开关型调节器，其特征在于，所述分压电路的输入端接收表征所述功率级电路的输出电压或者输出电流或者电感电流的输入信号，所述集成芯片根据所述检测电压信号和所述检测信号来实现过压或者过流保护。
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