CN107979374A - 信号转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号转换电路。包括第一N沟道MOS管，第二N沟道MOS管以及第一端连接外部信号输出端的能量转换模块；第一N沟道MOS管的源极接地、连接第二N沟道MOS管的源极以及能量转换模块的第二端，栅极连接第二N沟道MOS管的漏极、通过第一电阻连接外部电源，漏极通过第二电阻连接外部电源、通过第三电阻连接能量转换模块的第一端；第二N沟道MOS管的栅极连接外部信号输入端，漏极通过第一电阻连接外部电源；采用两个N沟道MOS管对外部输入的一路数字信号进行隔离放大后，经能量转换模块进行转换并输出模拟信号；解决数模转换时需要多路数字信号输入、线路复杂的问题。

Description

信号转换电路

技术领域

本发明涉及信号转换技术领域，特别是涉及一种信号转换电路。

背景技术

随着数字技术的发展与普及，在现代控制、显示、外部电源及检测等领域，对信号的处理广泛采用了数字技术。对于经处理分析后输出的数字信号，往往需要将其转换为相应的模拟信号，才能进一步执行反馈、显示等操作，因此，需要在数字信号与模拟信号之间架构转换的装置。

数模转换装置就是将离散的数字信号转换为连接变化的模拟信号；在实现数字信号转换模拟信号的过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术通常采用DA(Digital to Analog，数模转换)芯片进行信号转换，但使用DA芯片时，通常需要多路数字信号的输入，线路复杂。

发明内容

基于此，有必要针对数模转换时需要多路数字信号的输入、线路复杂的问题，提供一种信号转换电路。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种信号转换电路，包括第一N沟道MOS(metal oxide semiconductor，金属-氧化物-半导体)管、第二N沟道MOS管以及第一端连接外部信号输出端的能量转换模块；

第一N沟道MOS管的栅极连接外部信号输入端，源极连接第二N沟道MOS管的源极，漏极连接第二N沟道MOS管的栅极、且通过第一电阻连接外部电源；第二N沟道MOS管的栅极通过第一电阻连接外部电源，源极接地，漏极通过第二电阻连接外部电源；能量转换模块的第一端通过第三电阻连接第二N沟道MOS管的漏极，第二端连接第二N沟道MOS管的源极；

第一N沟道MOS管在外部信号输入端输入的数字信号的电压大于预设电压阈值时，控制第二N沟道MOS管截断，以使外部电源基于第一电阻、通过第二电阻以及第三电阻为能量转换模块充电，并通过外部信号输出端输出第一模拟信号；

第一N沟道MOS管在所述数字信号的电压小于预设电压阈值时，控制第二N沟道MOS管导通，以使能量转换模块通过外部信号输出端输出第二模拟信号。

在其中一个实施例中，还包括一级滤波模块；

一级滤波模块的第一端连接能量转换模块的第一端，第二端连接第二N沟道MOS管的源极，第三端连接外部信号输出端。

在其中一个实施例中，一级滤波模块为LC滤波单元。

在其中一个实施例中，LC滤波单元包括电感以及第一电容；

电感的第一端连接能量转换模块的第一端，第二端连接外部信号输出端、第一电容的第一端；

第一电容的第一端连接外部信号输出端，第二端连接第二N沟道MOS管的源极。

在其中一个实施例中，还包括二级滤波模块；

二级滤波模块的第一端连接一级滤波模块的第三端，第二端连接第二N沟道MOS管的源极，第三端连接外部信号输出端。

在其中一个实施例中，二级滤波模块包括整流二极管以及第二电容；

整流二极管的正极连接一级滤波模块的第三端，负极连接外部信号输出端、第二电容的第一端；

第二电容的第一端连接外部信号输出端，第二端连接第二N沟道MOS管的源极。

在其中一个实施例中，还包括三级滤波模块；

三级滤波模块的第一端连接二级滤波模块的第三端，第二端连接第二N沟道MOS管的源极，第三端连接外部信号输出端。

在其中一个实施例中，三级滤波模块为RC滤波单元；

RC滤波单元包括第四电阻以及第三电容；

第四电阻的第一端连接二级滤波模块的第三端，第二端连接外部信号输出端、第三电容的第一端；

第三电容的第一端连接外部信号输出端，第二端连接第二N沟道MOS管的源极。

在其中一个实施例中，还包括运算放大器；

运算放大器的第一输入端连接三级滤波模块的第三端，第二输入端连接运算放大器的输出端，输出端连接外部信号输出端。

在其中一个实施例中，能量转换模块包括第四电容；

第四电容的第一端通过第三电阻连接第二N沟道MOS管的漏极，第二端连接第二N沟道MOS管的源极。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本发明信号转换电路，采用两个MOS管对外部输入的一路数字信号进行隔离放大后，经能量转换模块进行转换并输出模拟信号；解决数模转换时需要多路数字信号输入、线路复杂的问题；基于本发明，能够直接使用模拟器件实现数模信号的转换，线路简单。

附图说明

图1为本发明信号转换电路实施例1的第一示意性结构图；

图2为本发明信号转换电路实施例的第二示意性结构图；

图3为本发明信号转换电路实施例的第三示意性结构图；

图4为本发明信号转换电路实施例的第四示意性结构图；

图5为本发明信号转换电路实施例的第五示意性结构图；

图6为本发明信号转换电路实施例的第六示意性结构图；

图7为本发明信号转换电路实施例的第七示意性结构图；

图8为本发明信号转换电路实施例的第八示意性结构图；

图9为本发明信号转换电路实施例的第九示意性结构图；

图10为本发明信号转换电路实施例的第十示意性结构图；

图11为本发明信号转换电路一个具体示例的结构图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“第一端”、“第二端”、“第三端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

电路系统中经常运用到数模转换，比如通信、视频、音频、电位计、外部电源、信号合成、反馈回路以及许多其它应用；数模转换装置就是将离散的数字信号转换为连接变化的模拟信号；传统技术在实现数字信号转换模拟信号的过程中，通常采用DA芯片进行信号转换；而使用DA芯片时，通常需要多路数字信号的输入，线路复杂，成本高，而且还需通过编写软体来实现。

为解决数模转换时需要多路数字信号的输入、线路复杂的问题，本发明实施例提供一种信号转换电路，如图1所示，图1为本发明信号转换电路实施例1的第一示意性结构图，可包括第一N沟道MOS管MOS1、第二N沟道MOS管MOS2以及第一端连接外部信号输出端的能量转换模块；

第一N沟道MOS管MOS1的栅极G连接外部信号输入端，源极S连接第二N沟道MOS管MOS2的源极S，漏极D连接第二N沟道MOS管MOS2的栅极G、且通过第一电阻R1连接外部电源；第二N沟道MOS管MOS2的栅极G通过第一电阻R1连接外部电源，源极S接地，漏极D通过第二电阻R2连接外部电源；能量转换模块的第一端通过第三电阻R3连接第二N沟道MOS管MOS2的漏极D，第二端连接第二N沟道MOS管MOS2的源极S；

第一N沟道MOS管MOS1在外部信号输入端输入的数字信号的电压大于预设电压阈值时，控制第二N沟道MOS管MOS2截断，以使外部电源基于第一电阻R1、通过第二电阻R2以及第三电阻R3为能量转换模块充电，并通过外部信号输出端输出第一模拟信号；

第一N沟道MOS管MOS1在所述数字信号的电压小于预设电压阈值时，控制第二N沟道MOS管MOS2导通，以使能量转换模块通过外部信号输出端输出第二模拟信号。

具体而言，外部信号输入端输入的数字信号为高电平时，其电压大于预设电压阈值，第一N沟道MOS管MOS1的源极S和漏极D之间形成导电沟道，使得第二N沟道MOS管MOS2的栅极G和源极S两端的电压小于其开启电压，漏极D和源极S之间未能导通；在第二N沟道MOS管MOS2呈现截断状态时，外部电源基于第一电阻R1、通过第二电阻R2以及第三电阻R3为能量转换模块充电，并通过能量转换模块的第一端以及外部信号输出端输出第一模拟信号；

外部信号输入端输入的数字信号为低电平时，其电压小于预设电压阈值，第一N沟道MOS管MOS1的源极S和漏极D未能导通，此时，外部电源通过第一电阻R1向第二N沟道MOS管MOS2的栅极G和源极S两端提供开启电压，使得第二N沟道MOS管MOS2的漏极D和源极S之间形成导电沟道；在第一N沟道MOS管MOS1呈现导通状态时，能量转换模块通过外部信号输出端输出第二模拟信号；

需要说明的是，本发明实施例中外部信号输入端输入的数字信号可包括PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号；以PWM信号为例，当外部信号输入端输入的PWM频率(或PWM占空比)改变时，由于充放电频率的改变，外部电源、能量转换模块通过外部信号输出端输出不同的电压信号，实现PWM信号转换为DC信号，即，实现数字信号转换为模拟信号的过程；

外部信号输出端可包括FB(Feed Back，反馈)引脚；通过FB引脚，本发明实施例可应用于直流转换反馈回路控制，通过改变反馈回路的输入，可得到不同的输出；还可应用在需要数字信号控制模拟线路，如应用在恒流反馈，通过板卡上的数字通道来控制恒流得到幅值；

第一N沟道MOS管MOS1可用于放大、隔离外部信号输入端输入的信号；其与外部电源相结合，可避免外部输入信号幅值大小的影响，使得外部信号输入端输入的信号不受后级线路的干扰；

第二N沟道MOS管MOS2可作为开关，为后级线路提供能量；

第一电阻R1可为上拉电阻，提供MOS管的电压；

第二电阻R2可为上拉、限流电阻；

第三电阻R3可为限流、放电电阻；

预设电压阈值可为第一N沟道MOS管的开启电压，可通过不同型号的N沟道MOS管以及其它电子元器件进行控制；

外部电源可用于放大信号输入端输入的数字信号，其电压可根据需要进行调整；

本发明实施例，采用两个N沟道MOS管对外部输入的一路数字信号进行隔离放大后，经能量转换模块进行转换并输出模拟信号；解决数模转换时需要多路数字信号输入、线路复杂的问题；基于本发明实施例，可直接使用模拟器件实现数模信号的转换，线路简单。

在一个具体的实施例中，参见图2，图2为本发明信号转换电路实施例的第二示意性结构图，还包括一级滤波模块；

一级滤波模块的第一端连接能量转换模块的第一端，第二端连接第二N沟道MOS管MOS2的源极S，第三端连接外部信号输出端。

具体而言，能量转换模块的第一端通过一级滤波模块连接外部信号输出端，一级滤波模块对前级线路传输的信号进行滤波处理，将杂波滤掉后，通过外部信号输出端输出模拟信号，提升控制信号转换的精度；

需要说明的是，滤波模块可用于将信号中特定波段频率滤除的操作，能够有效抑制和防止干扰，具体可包括由电容、电感和电阻等电子元器件组成的滤波电路，如LC滤波电路、RC滤波电路、π型滤波电路等；

本发明实施例中，滤波模块可包括一级滤波模块、二级滤波模块以及三级滤波模块。

进一步的，在一个具体的实施例中，如图3所示，图3为本发明信号转换电路实施例的第三示意性结构图，一级滤波模块为LC滤波单元。

具体而言，一级滤波模块可为LC滤波单元，通过LC滤波单元对前级线路传输的信号进行滤波处理后，通过外部信号输出端输出转换后的模拟信号。

具体的，在一个具体的实施例中，参见图4，图4为本发明信号转换电路实施例的第四示意性结构图，LC滤波单元包括电感L1以及第一电容C1；

电感L1的第一端连接能量转换模块的第一端，第二端连接外部信号输出端、第一电容C1的第一端；

第一电容C1的第一端连接外部信号输出端，第二端连接第二N沟道MOS管MOS2的源极S。

具体而言，LC滤波单元可包括电感L1以及第一电容C1；由电感L1以及第一电容C1组成的LC滤波单元对前级线路传输的信号进行滤波处理；电感L1连接在能量转换模块与外部信号输出端之间，第一电容C1连接在外部信号输出端与第二N沟道MOS管MOS2的源极S之间；

需要说明的是，前级线路传输的信号为电感L1提供能量，电感L1与第一电容C1形成LC滤波电路，可对信号进行滤波处理，提升控制信号转换的精度。

进一步的，在一个具体的实施例中，参见图5，图5为本发明信号转换电路实施例的第五示意性结构图还包括二级滤波模块；

二级滤波模块的第一端连接一级滤波模块的第三端，第二端连接第二N沟道MOS管MOS2的源极S，第三端连接外部信号输出端。

具体而言，一级滤波模块通过二级滤波模块连接外部信号输出端，二级滤波模块对前级线路传输的信号再次进行滤波处理后，通过外部信号输出端输出模拟信号，进一步提升控制信号转换的精度；

需要说明的是，二级滤波模块可用于对信号进行滤波操作，可抑制和防止干扰，具体可包括由电容、电感和电阻等电子元器件组成的滤波电路，还可包括整流电路进行信号整形处理。

具体的，在一个具体的实施例中，如图6所示，图6为本发明信号转换电路实施例的第六示意性结构图，二级滤波模块包括整流二极管D1以及第二电容C2；

整流二极管D1的正极连接一级滤波模块的第三端，负极连接外部信号输出端、第二电容C2的第一端；

第二电容C2的第一端连接外部信号输出端，第二端连接第二N沟道MOS管MOS2的源极S。

具体而言，二级滤波模块可包括整流二极管D1以及第二电容C2；整流二极管D1可对前级线路传输的信号进行二次整形以及隔离；第二电容C2可为储能电容，通过前级线路、整流二极管D1收集电荷，并将存储的能量通过外部信号输出端输出转换信号，可避免干扰并提升控制信号转换的精度。

进一步的，在一个具体的实施例中，参见图7，图7为本发明信号转换电路实施例的第七示意性结构图，还包括三级滤波模块；

三级滤波模块的第一端连接二级滤波模块的第三端，第二端连接第二N沟道MOS管MOS2的源极S，第三端连接外部信号输出端。

具体而言，二级滤波模块通过三级滤波模块连接外部信号输出端，三级滤波模块对前级线路传输的信号进一步做滤波处理后，通过外部信号输出端输出模拟信号，再次提升控制信号转换的精度；

需要说明的是，三级滤波模块可用于对信号进行滤波操作，可抑制和防止干扰，具体可包括由电容、电感和电阻等电子元器件组成的滤波电路，如LC滤波电路、RC滤波电路、π型滤波电路等。

具体的，在一个具体的实施例中，如图8所示，图8为本发明信号转换电路实施例的第八示意性结构图，三级滤波模块为RC滤波单元；

RC滤波单元包括第四电阻R4以及第三电容C3；

第四电阻R4的第一端连接二级滤波模块的第三端，第二端连接外部信号输出端、第三电容C3的第一端；

第三电容C3的第一端连接外部信号输出端，第二端连接第二N沟道MOS管MOS2的源极S。

具体而言，第四电阻R4和第三电容C3组成RC滤波电路；该RC滤波电路对前级线路传输的信号进行滤波处理后，通过外部信号输出端输出转换的模拟信号，可提升控制信号转换的精度。

在一个具体的实施例中，参见图9，图9为本发明信号转换电路实施例的第九示意性结构图，还包括运算放大器U1A；

运算放大器U1A的第一输入端连接三级滤波模块的第三端，第二输入端连接运算放大器U1A的输出端，输出端连接外部信号输出端。

具体而言，三级滤波模块可通过运算放大器U1A连接外部信号输出端；运算放大器U1A可为同相放大器，用于隔离与提升驱动能力、同比放大输出，使外部信号输出端不受干扰。

在一个具体的实施例中，如图10所示，图10为本发明信号转换电路实施例的第十示意性结构图，能量转换模块包括第四电容C4；

第四电容C4的第一端通过第三电阻R3连接第二N沟道MOS管MOS2的漏极D，第二端连接第二N沟道MOS管MOS2的源极S。

具体而言，能量转换模块可包括第四电容C4；

第四电容C4可用于接受外部电源充电、向外部信号输出端输出转换信号。

为阐述本发明实施例的具体实施过程，在一个具体的示例中，如图11所示，图11为本发明信号转换电路一个具体示例的结构图，可包括N沟道MOS管MOS1(对应上述第二N沟道MOS管)、MOS2(对应上述第一N沟道MOS管)，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2、C3、C4，电感L1，二极管D1，运算放大器U1A；

PWM输入信号经MOS管MOS2、MOS1后，提供能量到电感L1；信号经电感L1与电容C2、C3组成的波形整形及滤波回路后，再由二极管D1进行二次整形；电容C1为储能电容；信号最后经电阻R4、C4滤波后，通过运算放大器同比放大输出；

其中，MOS管MOS2具有隔离与放大PWM信号的功能，使得PWM不受后级线路的干扰；MOS管MOS1为开关作用，提供能量给后级；电感L1与电容C1、C2可组成π型滤波器；二极管D1为整流二极管；电阻R4与电容C4可组成RC滤波组；运算放大器U1A具有隔离与提升驱动能力功能，使得FB输出端不受干扰。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本发明信号转换电路实施例，采用两个N沟道MOS管对外部输入的一路数字信号进行隔离放大后，经能量转换模块进行转换并输出模拟信号；解决数模转换时需要多路数字信号输入、线路复杂的问题；基于本发明实施例，可直接使用模拟器件实现数模信号的转换，线路简单；

可实现PWM信号转换为DC电平信号，用于弱信号控制，即，非功率线路环路，只通信号(如控制环路部分的信号)；并且，本发明实施例线路简单、控制方便，还可避免控制干扰、提升控制精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种信号转换电路，其特征在于，包括第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管以及第一端连接外部信号输出端的能量转换模块；

所述第一N沟道MOS管的栅极连接外部信号输入端，源极连接所述第二N沟道MOS管的源极，漏极连接所述第二N沟道MOS管的栅极、且通过第一电阻连接外部电源；所述第二N沟道MOS管的栅极通过所述第一电阻连接所述外部电源，源极接地，漏极通过第二电阻连接所述外部电源；所述能量转换模块的第一端通过第三电阻连接所述第二N沟道MOS管的漏极，第二端连接所述第二N沟道MOS管的源极；

所述第一N沟道MOS管在所述外部信号输入端输入的数字信号的电压大于预设电压阈值时，控制所述第二N沟道MOS管截断，以使所述外部电源基于所述第一电阻、通过所述第二电阻以及所述第三电阻为所述能量转换模块充电，并通过所述外部信号输出端输出第一模拟信号；

所述第一N沟道MOS管在所述数字信号的电压小于预设电压阈值时，控制所述第二N沟道MOS管导通，以使所述能量转换模块通过所述外部信号输出端输出第二模拟信号。

2.根据权利要求1所述的信号转换电路，其特征在于，还包括一级滤波模块；

所述一级滤波模块的第一端连接所述能量转换模块的第一端，第二端连接所述第二N沟道MOS管的源极，第三端连接所述外部信号输出端。

3.根据权利要求2所述的信号转换电路，其特征在于，

所述一级滤波模块为LC滤波单元。

4.根据权利要求3所述的信号转换电路，其特征在于，

所述LC滤波单元包括电感以及第一电容；

所述电感的第一端连接所述能量转换模块的第一端，第二端连接所述外部信号输出端、所述第一电容的第一端；

所述第一电容的第一端连接所述外部信号输出端，第二端连接所述第二N沟道MOS管的源极。

5.根据权利要求2所述的信号转换电路，其特征在于，还包括二级滤波模块；

所述二级滤波模块的第一端连接所述一级滤波模块的第三端，第二端连接所述第二N沟道MOS管的源极，第三端连接所述外部信号输出端。

6.根据权利要求5所述的信号转换电路，其特征在于，所述二级滤波模块包括整流二极管以及第二电容；

所述整流二极管的正极连接所述一级滤波模块的第三端，负极连接所述外部信号输出端、所述第二电容的第一端；

所述第二电容的第一端连接所述外部信号输出端，第二端连接所述第二N沟道MOS管的源极。

7.根据权利要求5所述的信号转换电路，其特征在于，还包括三级滤波模块；

所述三级滤波模块的第一端连接所述二级滤波模块的第三端，第二端连接所述第二N沟道MOS管的源极，第三端连接所述外部信号输出端。

8.根据权利要求7所述的信号转换电路，其特征在于，所述三级滤波模块为RC滤波单元；

所述RC滤波单元包括第四电阻以及第三电容；

所述第四电阻的第一端连接所述二级滤波模块的第三端，第二端连接所述外部信号输出端、所述第三电容的第一端；

所述第三电容的第一端连接所述外部信号输出端，第二端连接所述第二N沟道MOS管的源极。

9.根据权利要求7所述的信号转换电路，其特征在于，还包括运算放大器；

所述运算放大器的第一输入端连接所述三级滤波模块的第三端，第二输入端连接所述运算放大器的输出端，输出端连接所述外部信号输出端。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的信号转换电路，其特征在于，

所述能量转换模块包括第四电容；

所述第四电容的第一端通过第三电阻连接所述第二N沟道MOS管的漏极，第二端连接所述第二N沟道MOS管的源极。