CN108227804B - 一种电压控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电压控制电路及方法，其中，所述电路包括：P输入端和P输出端，所述P输入端包括两个并联连接的无源元件RP1和RP2，所述P输入端与所述P输出端通过所述RP2连接；N输入端和N输出端，所述N输入端包括两个并联连接的无源元件RN1和RN2，所述N输入端与所述N输出端通过所述RN2连接；第一有源元件组，通过所述RP1与所述P输入端连接；第二有源元件组，通过所述RN1与所述N输入端连接；虚拟电流源，与所述第一有源元件组或所述第二有源元件组串联；控制单元，设置在所述N输入端和所述P输入端，用于在输入端提供电压时，调节所述无源元件值，以抵消所述电路上的共模电压。解决了轨对轨运放在解决电磁干扰造成电路信号中断限制较大的问题。

Description

一种电压控制电路及方法

技术领域

本发明涉电子电路技术领域，尤其涉及一种电压控制电路及方法。

背景技术

在电子电路中，通常使用差模电压输入的方式来提高电路的抗干扰能力，即在通信集成电路中的高压输入端和接地输入端，分别提供振幅相同且相位相反的两个输入电压。但是，在电压输入时，往往由于输入电路之间距离较近，在由于温度变化或电磁干扰时，会造成电路中的供应电压高于电源最高值，并且低于接地电压最低值，如此使得电路中形成非零的共模电压，导致电路中数字信号中断等问题。

现有技术的解决方案利用轨对轨运算放大器减去输入电压中的共模部分，在输入电路中只保留输入电压的差分部分，这样可以有效的保证输入电压不会超过供应电压的阈值。

然而，轨对轨运算放大器只限于轨对轨电路，存在很大的局限性，不能满足用户需求。

发明内容

本发明实施例提供的电压控制电路及方法，旨在解决由于温度变化或电磁干扰，造成电路中的供应电压高于阈值，而不能使用轨对轨运算放大器处理上述存在较大局限性的问题。

一方面，本发明实施例公开了一种电压控制电路，包括：

P输入端和P输出端，所述P输入端包括两个并联连接的无源元件RP1和RP2，且所述P输入端与所述P输出端之间通过所述RP2连接；

N输入端和N输出端，所述N输入端包括两个并联连接的无源元件RN1和RN2，且所述N输入端与所述N输出端之间通过所述RN2连接；

第一有源元件组，所述第一有源元件组通过所述RP1与所述P输入端连接；所述第一有源元件组包括：与所述P输入端串联连接的第一有源元件M1、与所述P输入端并联连接的第二有源元件M11和第三有源元件M12；

第二有源元件组，所述第二有源元件组通过所述RN1与所述N输入端连接；所述第二有源元件组包括：与所述N输入端串联连接的第四有源元件M2、与所述N输入端并联连接的第五有源元件M21和第六有源元件M22；

虚拟电流源，所述虚拟电流源与所述第一有源元件组或所述第二有源元件组串联，用于向所述第一有源元件组或第二有源元件组提供虚拟电流；

控制单元，所述控制单元设置在所述N输入端和所述P输入端，用于在向所述N输入端和所述P输入端提供电压时，调节所述无源元件RP1和RP2、以及所述无源元件RN1和RN2之间的比值，以抵消所述电路上的共模电压。

另一方面，本发明实施例还公开了电压控制方法，应用于上述电压控制电路，所述方法包括：

向所述N输入端和所述P输入端提供电压；调节所述无源元件RP1和RP2、以及所述无源元件RN1和RN2之间的比值，以抵消所述电路上的共模电压。

在本发明实施例中，利用在电路两个输入端添加并联的无源元件，并且根据设置有无源元件的并联电路数目，调整无源元件之间的比值，达到抵消电路中电压的共模部分的目的，从而解决了由于电磁干扰，造成电路中的供应电压高于阈值，造成电路中数字信号中断而利用轨对轨运放解决时局限性较大等问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1示出了本发明实施例一中的一种电压控制电路图；

图2示出了本发明实施例一中的一种电压控制电路图；

图3示出了本发明实施例二中的一种电压控制电路方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过列举几个具体的实施例详细介绍本发明提供的一种电压控制电路。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例一的一种电压控制电路图，具体可以包括：

P输入端和P输出端，所述P输入端包括两个并联连接的无源元件RP1和RP2，且所述P输入端与所述P输出端之间通过所述RP2连接；

N输入端和N输出端，所述N输入端包括两个并联连接的无源元件RN1和RN2，且所述N输入端与所述N输出端之间通过所述RN2连接；

第一有源元件组Y1，所述第一有源元件组通过所述RP1与所述P输入端连接；所述第一有源元件组包括：与所述P输入端串联连接的第一有源元件M1、与所述P输入端并联连接的第二有源元件M11和第三有源元件M12；

第二有源元件组Y2，所述第二有源元件组通过所述RN1与所述N输入端连接；所述第二有源元件组包括：与所述N输入端串联连接的第四有源元件M2、与所述N输入端并联连接的第五有源元件M21和第六有源元件M22；

虚拟电流源X，所述虚拟电流源与所述第一有源元件组或所述第二有源元件组串联，用于向所述第一有源元件组或第二有源元件组提供虚拟电流；

控制单元(图1中未标识)，所述控制单元设置在所述N输入端和所述P输入端，用于在向所述N输入端和所述P输入端提供电压时，调节所述无源元件RP1和RP2、以及所述无源元件RN1和RN2之间的比值，以抵消所述电路上的共模电压。

优选地，所述无源元件至少包括电阻；所述有源元件至少包括晶体管。

优选地，所述第一有源元件组Y1与所述第二有源元件Y2组串联连接。

优选地，还包括：

所述第一有源元件M1与所述第四有源元件M2串联连接、所述第二有源元件M11与所述第五有源元件M21串联连接、所述第三有源元件M12与所述第六有源元件M22串联连接。

本发明实施例中，如图2所示的，可以利用电路的三种状态来推导：

第一种状态：由虚拟电流源提供电路电流时，那么电路中的电流值为虚拟电流源X提供的IB，并且每一个电路并联分支都具备相同的电流，例如流经M1、M11和M12的电流都是IB/3，同样地，如果虚拟电流源设置在第二有源元件组Y2端，流经M2、M21和M22的电流值也相同，且为IB/3。除此之外，在电路输入端没有输入电压时，流经RP2和RN2的电流为0，所以P端输出电压和N端输出电压等于RP2和RN2端电压。

第二种状态：当向所述电路输入端提供差分电压时，P输入端电压会被提高，而N输入端电压会被降低，流经RP1端的电流IP1和流经RN1端的电流IN1是振幅相同且信号相反的，并且流经RP2和RN2端的电流IP2和IN2为0，所以再一次的，P端输出电压和N端输出电压等于RP2和RN2端电压。

第三种状态：当向所述电路输入端提供共模电压(向所述N输入端和所述P输入端输入压值相同，且相位相反的电压)时，若所述虚拟电流源设置在第一有源元件组Y1侧，且提供的电流为IB，由于M1与M11和M12并联，则流经第四有源元件M2的电流IM2为，流经RP1端电流IP1、第一有源元件M1端电流IB/3、以及与流经无源元件RN1端电流IN1的和，

即

在上述情况下，由于M1与M11和M12并联，所以流经M1的电流与流经M11和M12的电流都是IB/3，若P输出端的电压用VOUTP表示，P输入端电压为VINP，RP2端电流为IP2，那么，

VOUTP＝VINP-RP2·IP2(2)

当电路上的设置起点(operating point)不变，则流经M1、M11和M12的电流值不变，则

因此，

VOUTP＝VINP-RP2·(IP1+IN1)

(4)

此时，可以根据公式(4)，将RP2设置为RP1的二分之一，那么公式(4)演变为：

由于在P输入端和N输入端提供共模电压，所以RP1端电流IP1和RN1端电流IN1的值相同，所以公式(5)演变为：

则，VOUTP＝VINP-RP1·IN1(7)

根据公式(7)，可以看出，利用调节RP1和RP2之间的比值，将P输出端的电压为P输入端的电压减去RN1端的电压，其中RN1端的电压即为输入电压的共模部分，则P输出端的电压等于RN2端的电压，即为P输入端电压的差分部分，共模部分已被抵消。

同样的，如果在第二有源元件组串联虚拟电流源，推导过程与上述描述相似，在此不再详述。

本发明实施例中，在N输入端和P输入端添加无源元件，把电压转换成电流，并且利用添加的有源元件组以及对应的虚拟电流形成虚拟接地，降低电路中的输出电流，达到抑制共模电压的目的。

在本发明实施例中，利用在电路两个输入端添加并联的无源元件，并且根据设置有无源元件的并联电路数目，调整无源元件之间的比值，见电压转换成电流，并在电路中将电流分流，降低电流，从而达到抑制电路中电压的共模部分并输出的目的，具有无结构限制、无输入电压范围限制、无虚拟电流源设置位置限制，可以方便有效的抵消电路中共模电压的有益效果。

实施例二

参照图3，示出了本发明实施例二的一种电压控制电路的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤201、向所述N输入端和所述P输入端提供电压。

步骤202、调节所述无源元件RP1和RP2、以及所述无源元件RN1和RN2之间的比值，以抵消所述电路上的共模电压。

优选地，向所述N输入端和所述P输入端提供差分电压，以使所述无源元件RN2端的电压与所述N输出端的电压相同、所述无源元件RP2端的电压与所述P输出端的电压相同。

优选地，步骤202包括：子步骤A11-A12；

子步骤A11，向所述N输入端和所述P输入端提供共模电压。

子步骤A12，调整所述无源元件RP2的值为RP1值的二分之一，以及调整所述无源元件RN2的值为RN1值的二分之一，以抵消所述电路上的共模电压。

在本发明实施例中，首先获取流经所述无源元件RN1和RN2端的电流值IN1和IN2，以及流经所述无源元件RP1和RP2端的电流值IP1和IP2；

根据所述无源元件RN1和RN2的值、所述无源元件RP1和RP2的值，以及所述电流值IN1和IN2、所述电流值IP1和IP2，分别计算所述无源元件RN1端和RN2端的电压，以及所述无源元件RP1端和RP2端的电压；以使所述N输出端电压为所述无源元件RN2端电压，且所述P输出端电压为所述无源元件RP2端电压；所述无源元件RN1端电压和所述无源元件RP1端电压为N输入端电压和P输入端电压的共模部分；所述无源元件RN2端电压和所述无源元件RP2端电压为N输入端电压和P输入端电压的差模部分；则所述N输出端电压为N输入端电压的差分部分；所述P输出端电压为P输入端电压的差分部分。

优选地，通过所述N输入端和所述P输入端连接无源元件的并联端数目，确定所述无源元件RP2的值为RP1之间、以及所述无源元件RN2的值为RN1的比值。

本发明实施例中，P输入端和N输入端并联连接无源元件的目的是将输入端电压的共模部分和差模部分在计算中分离，在本发明实施例中采用两个并联的无源元件，而在实际应用中，不止限于两个并联线路，而各并联线路上的无源元件值之间的比值设置，也是根据并联线路的数量决定的，例如在本发明实施例中有两个并联线路，所以将RP2设置为RP1的二分之一，即可实现抵消RP1端电压的目的，而如果设置更多并联无源元件的电路，则无源元件之间的比值会因此改变，具体根据电路设置需求，本发明实施例对此不加以限制。

具体推导过程详见实施例一，在此不再详述。

优选地，在向所述N输入端和所述P输入端提供电压时，调节所述无源元件RP1和RP2、以及所述无源元件RN1和RN2的大小，控制所述有源元件在所述电路中的温度。

本发明实施例中，电路中的有源元件会因为长期供电产生的热量产生损耗，所以可以调整输入端并联的无源元件的值，控制电路中产生的热量，进而保护电路中的有源元件。例如，若无源元件是电阻，则可以再允许范围内调节电阻的阻值，使之最大程度的吸收电路中产生的热量，从而达到保护电路中有源元件的目的。

在本发明实施例中，利用在电路两个输入端添加并联的无源元件，并且根据设置有无源元件的并联电路数目，调整无源元件之间的比值，见电压转换成电流，并在电路中将电流分流，降低电流，从而达到抑制电路中电压的共模部分并输出的目的，还可以利用调节并联的无源元件值，控制电路中产生的热量，从而达到保护有源元件的目的，具有无结构限制、无输入电压范围限制、无虚拟电流源设置位置限制，可以方便有效的抵消电路中共模电压，以及保护有源元件的有益效果。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电压控制电路，其特征在于，包括：

P输入端和P输出端，所述P输入端包括两个并联连接的无源元件RP1和RP2，且所述P输入端与所述P输出端之间通过所述RP2连接；

N输入端和N输出端所述N输入端包括两个并联连接的无源元件RN1和RN2，且所述N输入端与所述N输出端之间通过所述RN2连接；

第一有源元件组，所述第一有源元件组通过所述RP1与所述P输入端连接；所述第一有源元件组包括：与所述P输入端串联连接的第一有源元件M1、与M1并联连接的第二有源器件M11，以及与M1并联连接的第三有源器件M12；

第二有源元件组，所述第二有源元件组通过所述RN1与所述N输入端连接；所述第二有源元件组包括：与所述N输入端串联连接的第四有源元件M2、与M2并联连接的第五有源器件M21，以及与M2并联连接的第六有源器件M22；

虚拟电流源，所述虚拟电流源与所述第一有源元件组或所述第二有源元件组串联，用于向所述第一有源元件组或第二有源元件组提供虚拟电流；

控制单元，所述控制单元设置在所述N输入端和所述P输入端，用于在向所述N输入端和所述P输入端提供电压时，调节所述无源元件RP1和RP2、以及所述无源元件RN1和RN2之间的比值，以抵消所述电路上的共模电压；

所述第一有源元件M1与所述第四有源元件M2串联连接、所述第二有源元件M11与所述第五有源元件M21串联连接、所述第三有源元件M12与所述第六有源元件M22串联连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

所述无源元件至少包括电阻；所述有源元件至少包括晶体管。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

所述第一有源元件组与所述第二有源元件组串联连接。

4.一种电压控制方法，应用于权利要求1-3任一项所述电路，其特征在于，所述方法包括：

向所述N输入端和所述P输入端提供电压；

调节所述无源元件RP1和RP2、以及所述无源元件RN1和RN2之间的比值，以抵消所述电路上的共模电压。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

向所述N输入端和所述P输入端提供差分电压，以使所述无源元件RN2的端电压与所述N输出端的电压相同、所述无源元件RP2的端电压与所述P输出端的电压相同。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在向所述N输入端和所述P输入端提供电压时，调节所述无源元件RP1和RP2、以及所述RN1和RN2之间的比值，以抵消所述电路上的共模电压的步骤，包括：

向所述N输入端和所述P输入端提供共模电压；

调整所述无源元件RP2的值为RP1值的二分之一，以及调整所述无源元件RN2的值为RN1值的二分之一，以抵消所述电路上的共模电压。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

通过所述N输入端和所述P输入端连接无源元件的并联端数目，确定各并联线路上的所述无源元件值之间的比值。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

在向所述N输入端和所述P输入端提供电压时调节所述无源元件RP1和RP2、以及所述无源元件RN1和RN2的大小，控制所述有源元件在所述电路中的温度。

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