CN108233916A - 可灵活配置阈值的离散量信号处理系统及方法 - Google Patents

可灵活配置阈值的离散量信号处理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子电路设计领域，传统的离散量处理方法在同时处理多种离散量类型时，需要多套方案来同时实现。使用单一的基准电压已经不能满足要求，当硬件确定时阈值电压已经固定，需要更换时硬件开销过大，因此设计了一种可灵活配置阈值的离散量信号处理系统，包括：离散量高压处理单元、比较器compA和compB、锁存器、电压基准、DAC、配置寄存器、SPI控制接口及输出驱动。内部的阈值可通过更改寄存器的值改变，减少外围电路的同时极大增加了系统的灵活性。

Description

可灵活配置阈值的离散量信号处理系统及方法
技术领域
本发明属于电子电路设计领域，涉及一种通用离散量的处理电路及方法。
背景技术
传统的离散量处理方法在同时处理多种离散量类型时，需要多套方案来同时实现。使用单一的基准电压已经不能满足要求，当硬件确定时阈值电压已经固定，需要更换时硬件开销过大，因此需要一种可灵活配置阈值的离散量信号处理系统，内部的阈值可通过更改寄存器的值改变，减少外围电路的同时增加系统的灵活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种可灵活配置阈值的离散量信号处理系统和方法，根据系统中需要处理的离散量类型选择配置的阈值进行处理并输出。
技术方案，一种可灵活配置阈值的离散量信号处理系统，包括：离散量高压处理单元、比较器compA和compB、锁存器、电压基准、DAC、配置寄存器、SPI控制接口及输出驱动,
所述的离散量高压处理单元接收输入高压离散量信号SENSE<n:0>，对输入信号进行防护处理，以免高压信号进入内部电路，并对输入信号进行分压处理，然后送入后续处理电路，
所述的比较器compA同相输入端接高电平阈值VTHI，比较器compB反相输入端接低电平阈值VTLO，compA反相输入端连接比较器compB的同相输入端并连接至离散量高压处理单元的输出，比较器compA和compB的输出端分别接到锁存器的两个输入端口；
所述的电压基准产生一个稳定的与电源电压和温度无关的输出电压，给数模转换器DAC提供一个稳定且精确的输入信号；
所述DAC根据配置寄存器设置的数据产生离散量信号比较所需要的阈值电压，共产生两组GOTH和SOTH四个电平，根据sense_sel的电平选择高阈值VTHI和低阈值VTLO的值大小，连接到比较器compA和compB的输入端口；
所述的SPI接口电路提供一个外部的通信接口，包括4个输入信号地址选择addr<1:0>、片选信号CS、时钟输入SCK和输入信号SI；
所述的输出驱动电路接收锁存器处理的数字信号，并为输出信号提供驱动能力。
进一步地，可灵活配置阈值的离散量信号处理系统还包括去抖单元、自检单元，
所述的自检单元当电路工作在自检模式时对内部电路进行错误检查，按顺序进行0/1自检和1/0自检。自检电路接收bounce抖动处理电路的输出信号，判断内部的阈值电压设置是否正确，比较器和锁存器电路是否正确，若自检完成则ready信号变为高电平，自检结果正确则fault信号也为低电平，若自检出错则fault信号为高电平；
所述的去抖单元电路对锁存器的输出信号进行数字滤波，根据配置寄存器配置的抖动大小对电路进行处理，将脉冲电平大于抖动宽度的信号认为是有效信号，保持原信号不变，将脉冲电平小于抖动宽度的信号认为是毛刺，进行滤波，最终输出一个干净无毛刺的输出信号OUT<n:0>。
一种可灵活配置阈值的离散量信号处理方法，可实现对多路离散量的转换处理，并可实现比较阈值的自由配置：包括以下步骤：
步骤1]上电后电路进入自检模式，对内部的电压基准、比较器以及控制部分进行检查，电路工作状态正常，则输出指示信号ready为高、fault信号为低；若电路工作不正确，则输出指示信号ready为高、fault信号也为高；
步骤2]模式配置：根据处理的离散量类型通过SPI接口对配置寄存器的值进行写入，处理的离散量类型为三种：supply/open模式、gnd/open模式以及supply/gnd模式三种进行配置；
步骤3]抖动配置：根据系统的处理要求，通过SPI接口对配置寄存器的抖动容限进行设置；
步骤4]阈值配置：根据处理的离散量阈值电压大小，调整DAC的输出电压，定义supply/open模式下VTHI和VTLO的阈值和gnd/open模式下VTHI和VTLO的阈值。
步骤5]数据比较，离散量输入信号sense<n:0>分别经过高压处理单元的分压处理后与DAC的阈值电压进行比较，大于高阈值VTHI输出为高电平，小于低阈值VTLO输出为低电平，若数据在高阈值VTHI和低阈值VTLO之间则认为数据没有变化，保持上一结果不变。
步骤6]数据锁存处理，将比较器的结果输入锁存器进行保存，
然后进入去抖单元，根据配置寄存器对抖动的定义对数据防抖处理，超过定义的抖动容限认为是正确数据，若数据脉冲宽度小于抖动容限认为该信号为抖动，进行屏蔽处理，然后输出处理后的结果。
本发明所具有优点：
1、本发明提出了一种可灵活配置阈值的离散量的处理电路及方法，该方法通过设置内部阈值寄存器的值可实现非单一离散量的处理，解决了复杂系统中某路信号为多种离散量类型的技术问题，并极大减少了外围电路的使用。
2、本发明所提出的离散量处理电路提供自检测、去抖动及故障指示等功能，当系统出现某种故障时用户可快速定位。
3、本发明提出的SPI接口电路支持菊花链模式，当多路系统串行连接时，减少与上位机的接口，操作简单。
附图说明：
图1是本发明的可灵活配置阈值的离散量信号处理电路的示意图
图2是本发明的另一种可灵活配置阈值的离散量信号处理电路的示意图；
其中处理电路包括：离散量高压处理单元、比较器compA和compB、锁存器、基准、DAC、配置寄存器、SPI控制接口、去抖单元、自检单元及输出驱动。
具体实施方式
本发明可灵活配置阈值的离散量信号处理系统，包括：离散量高压处理单元、比较器compA和compB、锁存器、电压基准、DAC、配置寄存器、SPI控制接口及输出驱动，
所述的离散量高压处理单元接收输入高压离散量信号SENSE<n:0>，对输入信号进行防护处理，以免高压信号进入内部电路，并对输入信号进行分压，然后送入后续处理电路。
所述的比较器compA同相输入端接高电平阈值VTHI，比较器compB反相输入端接低电平阈值VTLO，compA反相输入端连接比较器compB的同相输入端并连接至离散量高压处理单元的输出，比较器compA和compB的输出端分别接到锁存器的两个输入端口；
所述的电压基准产生一个稳定的与电源电压和温度无关的输出电压，给DAC提供一个稳定且精确的输入信号；
所述配置寄存器存储比较阈值、离散量类型；
所述DAC电路根据配置寄存器设置的比较阈值产生离散量信号比较所需要的阈值电压，共产生两组GOTH和SOTH四个电平，根据sense_sel的电平选择VTHI和VTLO的值大小，连接到比较器compA和compB的输入端口；
所述的SPI接口电路提供一个外部的通信接口，包括4个输入信号地址选择addr<1:0>、片选信号CS、时钟输入SCK和输入信号SI；对配置寄存器的值进行读写；
所述的输出驱动电路接收锁存器处理的数字信号，并为输出信号提供驱动能力。
可灵活配置的离散量信号处理系统，还可包括自检单元和去抖单元，
所述的自检单元当电路工作在自检模式时对内部电路进行错误检查，按顺序进行0/1自检和1/0自检。自检电路接收去抖单元的输出信号，判断内部的阈值电压设置是否正确，比较器和锁存器电路是否正确，若自检完成则ready信号变为高电平，自检结果正确则fault信号也为低电平，若自检出错则fault信号为高电平；
所述的去抖单元电路对锁存器的输出信号进行数字滤波，根据内部寄存器配置的抖动大小对电路进行处理，将脉冲电平大于抖动宽度的信号认为是有效信号，保持原信号不变，将脉冲电平小于抖动宽度的信号认为是毛刺，进行滤波，最终输出一个干净无毛刺的输出信号OUT<n:0>。
本发明可同时提供并行处理结果和串行数据输出结果，用户可根据应用情况自由选择。
本发明可支持supply/open、gnd/open和supply/gnd三种模式，模式选择通过寄存器的配置确定。当选择supply/open和supply/gnd模式时，选择SOTH寄存器定义的阈值；当选择gnd/open模式时，选择GOTH寄存器定义的阈值，用户可以根据实际应用情况对阈值进行灵活的配置。
本发明可灵活配置阈值的离散量信号处理方法，可实现对多路离散量的转换处理，并可实现比较阈值的自由配置：包括以下步骤：
步骤1]上电后电路进入自检模式，对内部的电压基准、比较器以及控制部分进行检查，电路工作状态正常，则输出指示信号ready为高、fault信号为低；若电路工作不正确，则输出指示信号ready为高、fault信号也为高；
步骤2]模式配置：根据处理的离散量类型通过SPI接口对配置寄存器的值进行写入，处理的离散量类型为三种：supply/open模式、gnd/open模式以及supply/gnd模式三种进行配置；
步骤3]抖动配置：根据系统的处理要求，通过SPI接口对配置寄存器的抖动容限进行设置；
步骤4]阈值配置：根据处理的离散量阈值电压大小，调整DAC的输出电压，定义supply/open模式下VTHI和VTLO的阈值和gnd/open模式下VTHI和VTLO的阈值。
步骤5]数据比较，离散量输入信号sense<n:0>分别经过高压处理单元的分压处理后与DAC的阈值电压进行比较，大于高阈值VTHI输出为高电平，小于低阈值VTLO输出为低电平，若数据在高阈值VTHI和低阈值VTLO之间则认为数据没有变化，保持上一结果不变。
步骤6]数据锁存处理，将比较器的结果输入锁存器进行保存，
然后进入去抖单元，根据配置寄存器对抖动的定义对数据防抖处理，超过定义的抖动容限认为是正确数据，若数据脉冲宽度小于抖动容限认为该信号为抖动，进行屏蔽处理，然后输出处理后的结果。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种可灵活配置阈值的离散量信号处理系统，其特征在于包括：离散量高压处理单元、比较器compA和compB、锁存器、电压基准、DAC、配置寄存器、SPI控制接口及输出驱动，
所述的离散量高压处理单元接收输入高压离散量信号SENSE<n:0>，对输入信号进行防护处理，以免高压信号进入内部电路，并对输入信号进行分压，然后送入后续处理电路，
所述的比较器compA同相输入端接高电平阈值VTHI，比较器compB反相输入端接低电平阈值VTLO，compA反相输入端连接比较器compB的同相输入端并连接至离散量高压处理单元的输出，比较器compA和compB的输出端分别接到锁存器的两个输入端口；
所述的电压基准产生一个稳定的与电源电压和温度无关的输出电压，给DAC提供一个稳定且精确的输入信号；
所述配置寄存器存储比较阈值、离散量类型；
所述DAC电路根据配置寄存器设置的比较阈值产生离散量信号比较所需要的阈值电压，共产生两组GOTH和SOTH四个电平，根据sense_sel的电平选择VTHI和VTLO的值大小，连接到比较器compA和compB的输入端口；
所述的SPI接口电路提供一个外部的通信接口，包括4个输入信号地址选择addr<1:0>、片选信号CS、时钟输入SCK和输入信号SI；对配置寄存器的值进行读写；
所述的输出驱动电路接收锁存器处理的数字信号，并为输出信号提供驱动能力。
2.根据权利要求1所述的可灵活配置的离散量信号处理系统，其特征在于，还可包括自检单元和去抖单元，
所述的自检单元当电路工作在自检模式时对内部电路进行错误检查，按顺序进行0/1自检和1/0自检，自检电路接收去抖单元的输出信号，判断内部的阈值电压设置是否正确，比较器和锁存器电路是否正确，若自检完成则ready信号变为高电平，自检结果正确则fault信号也为低电平，若自检出错则fault信号为高电平；
所述的去抖单元电路对锁存器的输出信号进行数字滤波，根据内部寄存器配置的抖动大小对电路进行处理，将脉冲电平大于抖动宽度的信号认为是有效信号，保持原信号不变，将脉冲电平小于抖动宽度的信号认为是毛刺，进行滤波，最终输出一个干净无毛刺的输出信号OUT<n:0>。
3.根据权利要求1所述的可灵活配置阈值的离散量信号处理系统，其特征在于可同时提供并行处理结果和串行数据输出结果，用户可根据应用情况自由选择。
4.根据权利要求1所述的可灵活配置阈值的离散量信号处理系统，其特征在于可支持supply/open、gnd/open和supply/gnd三种模式，模式选择通过寄存器的配置确定。当选择supply/open和supply/gnd模式时，选择SOTH寄存器定义的阈值；当选择gnd/open模式时，选择GOTH寄存器定义的阈值，用户可以根据实际应用情况对阈值进行灵活的配置。
5.一种可灵活配置阈值的离散量信号处理方法，其特征在于可实现对多路离散量的转换处理，并可实现比较阈值的自由配置：包括以下步骤：
步骤1]上电后电路进入自检模式，对内部的电压基准、比较器以及控制部分进行检查，电路工作状态正常，则输出指示信号ready为高、fault信号为低；若电路工作不正确，则输出指示信号ready为高、fault信号也为高；
步骤2]根据处理的离散量类型通过SPI接口对配置寄存器的值进行写入，处理的离散量类型为三种：supply/open模式、gnd/open模式以及supply/gnd模式三种进行配置；
步骤3]根据处理的离散量阈值电压大小，调整DAC的输出电压，修改两组GOTH和SOTH四个电平的值，定义VTHI和VTLO的值大小；
步骤4]数据比较，离散量输入信号sense<n:0>分别经过高压处理单元的分压处理后与DAC的阈值电压进行比较，大于高阈值VTHI输出为高电平，小于低阈值VTLO输出为低电平，若数据在高阈值VTHI和低阈值VTLO之间则认为数据没有变化，保持上一结果不变；
步骤5]数据锁存处理，将比较器的结果输入锁存器进行保存，然后进入bounce单元，根据配置寄存器对抖动的定义对数据防抖处理，超过定义的抖动容限认为是正确数据，若数据脉冲宽度小于抖动容限认为该信号为抖动，进行屏蔽处理，然后输出处理后的结果。
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