CN108614146A - 一种共享式隔离电压阈值检测模块 - Google Patents

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尚静
张小佩
商进
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Abstract

本发明公开了一种共享式隔离电压阈值检测模块，其中，包括：FPGA芯片(1)以及电压检测模块(2)；其中，FPGA芯片(1)包括：总线控制模块(3)、控制/状态寄存器(4)、比较结果寄存器(5)、选通模块(6)、采集控制状态机(7)、采集模块(8)以及中断生成模块(9)；电压检测模块(2)包括：单路比较模块(10)、选择切换模块(11)、电压调整模块(12)；FPGA芯片(1)通过系统总线与外部总线双向连接，电压检测模块(2)与FPGA芯片(1)双向连接。本发明的共享式隔离电压阈值检测模块，通过设计单路隔离电压检测，多路输入电压阈值调节及可切换功能，减少元器件使用种类和数量，降低设计和布板难度，降低模块功耗，实现了低功耗，小型化设计。

Description

一种共享式隔离电压阈值检测模块
技术领域
本发明涉及电压阈值检测技术，特别涉及一种共享式隔离电压阈值检测模块。
背景技术
本发明涉及一种电压阈值检测模块，可实现多路隔离电压阈值判断。主要应用于复杂电路系统中多电压阈值预警判断场合，例如电池电压下降，耗尽预警等功能。
复杂电路系统中涉及电压种类较多，且相互隔离。传统设计方法是在专用电压值比较模块上对每路电压分别检测，再通过处理芯片采集并返回检测结果。
由于复杂电路系统中电压路数、电压阈值的多样性，现有电压值比较模块采用单路隔离式设计，使用大量隔离电源等集成电路，增加了模块功耗和复杂度，不符合当前计算机设备低功耗、小型化、高可靠性、应用灵活的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共享式隔离电压阈值检测模块，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种共享式隔离电压阈值检测模块，其中，包括：FPGA芯片(1)以及电压检测模块(2)；其中，FPGA芯片(1)包括：总线控制模块(3)、控制/状态寄存器(4)、比较结果寄存器(5)、选通模块(6)、采集控制状态机(7)、采集模块(8)以及中断生成模块(9)；电压检测模块(2)包括：单路比较模块(10)、选择切换模块(11)、电压调整模块(12)；FPGA芯片(1)通过系统总线与外部总线双向连接，电压检测模块(2)与FPGA芯片(1)双向连接；FPGA芯片(1)中的总线控制模块(3)将外部系统总线转化为本地总线，将控制数据发送给控制/状态寄存器(4)，并从控制状态寄存器(4)和比较结果寄存器(5)中获取状态信息和比较结果；外部多路多电压输入信号经过电压调整模块(12)调整为同阈值待测电压，并将待测电压传递给选择切换模块(11)，选择切换模块(11)根据选通模块(6)控制指令要求选通一路外部待测电压信号，传递给单路比较模块(10)；在单路比较模块(10)，待比较信号与基准源在进行电压比较，比较结果经过传递给采集模块(8)，将比较结果传递给FPGA芯片(1)；控制/状态寄存器(4)从总线控制模块(3)接收指令，用于控制采集控制状态机(7)的启动与停止，并将采集/控制状态机(7)的运行状态信息上报给总线控制模块(3)，采集控制状态机(7)控制选通模块(6)依次选通各待比较通道，并通过采集模块(8)依次采集各通道比较结果，待各通道采集完成后，将比较结果保存在比较结果寄存器(5)中，待总线控制模块(3)读取，并将比较结果传递给中断生成模块(9)，中断生成模块(9)根据当前及上一次比较结果分析，决定是否产生中断，并上报总线控制模块(3)。
根据本发明的共享式隔离电压阈值检测模块的一实施例，其中，单路比较模块(10)包括：光耦隔离(13)、单路电压比较器(14)以及基准源(16)；在单路比较模块(10)中，待比较信号与基准源(16)在单路电压比较器(14)中进行电压比较，比较结果经过光耦隔离(13)传递给采集模块(8)，
根据本发明的共享式隔离电压阈值检测模块的一实施例，其中，单路比较模块(10)还包括：隔离电源(15)，单路电压比较器(14)以及基准源(16)采用隔离电源(15)供电。
根据本发明的共享式隔离电压阈值检测模块的一实施例，其中，选择切换模块(11)包括：模拟开关A(17)以及模拟开关B(18)；选择切换模块(11)根据选通模块(6)控制指令要求，经过模拟开关A(17)和模拟开关B(18)选通一路外部待测电压信号。
本发明的共享式隔离电压阈值检测模块，通过设计单路隔离电压检测，多路输入电压阈值调节及可切换功能，减少元器件使用种类和数量，降低设计和布板难度，降低模块功耗，实现了低功耗，小型化设计。
附图说明
图1是本发明共享式隔离电压阈值检测模块的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1是本发明共享式隔离电压阈值检测模块的示意图，如图1所示，共享式隔离电压阈值检测模块包括：FPGA芯片(1)、电压检测模块(2)，其中FPGA芯片(1)包括：总线控制模块(3)、控制/状态寄存器(4)、比较结果寄存器(5)、选通模块(6)、采集控制状态机(7)、采集模块(8)、中断生成模块(9)，电压检测模块(2)包括：单路比较模块(10)、选择切换模块(11)、电压调整模块(12)，单路比较模块(10)包括：光耦隔离(13)、单路电压比较器(14)、隔离电源(15)、基准源(16)，选择切换模块(11)包括：模拟开关A(17)、模拟开关B(18)。
如图1所示，FPGA芯片(1)通过系统总线与外部总线双向连接，电压检测模块(2)与FPGA芯片(1)双向连接。具体来讲，外部总线、控制/状态寄存器(4)与总线控制模块(3)双向连接，比较结果寄存器(5)、中断生成模块(9)分别与总线控制模块(3)连接，采集控制状态机(7)与比较结果寄存器(5)、选通模块(6)、采集模块(8)、中断生成模块(9)连接，单路比较模块(10)与采集模块(8)连接，选择切换模块(11)与单路比较模块(10)连接，电压调整模块12与选择切换模块11连接。
如图1所示，共享式隔离电压阈值检测模块的工作过程中，FPGA芯片(1)中的总线控制模块(3)将外部系统总线转化为本地总线，将控制数据发送给控制/状态寄存器(4)，并从控制状态寄存器(4)和比较结果寄存器(5)中获取状态信息和比较结果。
如图1所示，在电压检测模块(2)中，外部多路多电压输入信号经过电压调整模块(12)调整为同阈值待测电压，并将待测电压传递给选择切换模块(11)，选择切换模块(11)根据选通模块(6)控制指令要求，经过模拟开关A(17)和模拟开关B(18)选通某路外部待测电压信号，传递给单路比较模块(10)。在单路比较模块(10)中，待比较信号与基准源(16)在单路电压比较器(14)中进行电压比较，比较结果经过光耦隔离(13)传递给采集模块(8)，其中，单路电压比较器(14)、基准源(16)采用隔离电源(15)供电。单路比较模块(10)将比较结果传递给FPGA芯片(1)。
如图1所示，在FPGA芯片(1)中，控制/状态寄存器(4)从总线控制模块(3)接收指令，用于控制采集控制状态机(7)的启动与停止，并将采集/控制状态机(7)的运行状态信息上报给总线控制模块(3)。采集控制状态机(7)控制选通模块(6)依次选通各待比较通道，并通过采集模块(8)依次采集各通道比较结果，待各通道采集完成后，将比较结果保存在比较结果寄存器(5)中，待总线控制模块(3)读取，并将比较结果传递给中断生成模块(9)，中断生成模块(9)根据当前及上一次比较结果分析，决定是否产生中断，并上报总线控制模块(3)。
本发明将多路多电压阈值检测功能设计为可切换共享式单路隔离电压检测模式，通过处理芯片选择待测电压并接收检测结果。替代传统多路单独隔离电压比较设计方式，简化电路设计，节省布板空间，实现了模块小型化、低功耗设计。
本发明提出的共享式隔离电压阈值检测模块，可广泛应用于复杂电路系统中，可应用于多路及多种电压阈值判断应用需求。与传统单路隔离式电压分别比较设计相比，减少了元器件使用数量和布板面积，降低了功耗，提高了系统可靠性。本系统能够实现对外部多路不同输入电压的阈值检测功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种共享式隔离电压阈值检测模块，其特征在于，包括：FPGA芯片(1)以及电压检测模块(2)；
其中，FPGA芯片(1)包括：总线控制模块(3)、控制/状态寄存器(4)、比较结果寄存器(5)、选通模块(6)、采集控制状态机(7)、采集模块(8)以及中断生成模块(9)；电压检测模块(2)包括：单路比较模块(10)、选择切换模块(11)、电压调整模块(12)；
FPGA芯片(1)通过系统总线与外部总线双向连接，电压检测模块(2)与FPGA芯片(1)双向连接；
FPGA芯片(1)中的总线控制模块(3)将外部系统总线转化为本地总线，将控制数据发送给控制/状态寄存器(4)，并从控制状态寄存器(4)和比较结果寄存器(5)中获取状态信息和比较结果；
外部多路多电压输入信号经过电压调整模块(12)调整为同阈值待测电压，并将待测电压传递给选择切换模块(11)，选择切换模块(11)根据选通模块(6)控制指令要求选通一路外部待测电压信号，传递给单路比较模块(10)；在单路比较模块(10)，待比较信号与基准源在进行电压比较，比较结果经过传递给采集模块(8)，将比较结果传递给FPGA芯片(1)；
控制/状态寄存器(4)从总线控制模块(3)接收指令，用于控制采集控制状态机(7)的启动与停止，并将采集/控制状态机(7)的运行状态信息上报给总线控制模块(3)，采集控制状态机(7)控制选通模块(6)依次选通各待比较通道，并通过采集模块(8)依次采集各通道比较结果，待各通道采集完成后，将比较结果保存在比较结果寄存器(5)中，待总线控制模块(3)读取，并将比较结果传递给中断生成模块(9)，中断生成模块(9)根据当前及上一次比较结果分析，决定是否产生中断，并上报总线控制模块(3)。
2.如权利要求1所述的共享式隔离电压阈值检测模块，其特征在于，单路比较模块(10)包括：光耦隔离(13)、单路电压比较器(14)以及基准源(16)；在单路比较模块(10)中，待比较信号与基准源(16)在单路电压比较器(14)中进行电压比较，比较结果经过光耦隔离(13)传递给采集模块(8)。
3.如权利要求1所述的共享式隔离电压阈值检测模块，其特征在于，单路比较模块(10)还包括：隔离电源(15)，单路电压比较器(14)以及基准源(16)采用隔离电源(15)供电。
4.如权利要求1所述的共享式隔离电压阈值检测模块，其特征在于，选择切换模块(11)包括：模拟开关A(17)以及模拟开关B(18)；选择切换模块(11)根据选通模块(6)控制指令要求，经过模拟开关A(17)和模拟开关B(18)选通一路外部待测电压信号。
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