CN109238315A - 一种温度计码编码器及电路 - Google Patents

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CN109238315A CN201810721835.4A CN201810721835A CN109238315A CN 109238315 A CN109238315 A CN 109238315A CN 201810721835 A CN201810721835 A CN 201810721835A CN 109238315 A CN109238315 A CN 109238315A
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pressure switch
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thermometer
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李娅妮
陈弘
田斌斌
朱樟明
杨银堂
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Abstract

本发明涉及一种温度计码编码器及电路，包括依次连接的2N个检测电路、N个次级编码单元电路；第m检测电路的第二输入端(B)连接第m+1检测电路的第一输入端(A)，且第一检测电路的第一输入端(A)连接电压源，第2N检测电路的第二输出端(B)接地，其中，m≥1，N≥2，且m≤2N‑1；每个所述检测电路的输出端根据预设规则连接对应的次级编码单元电路。所述温度计码编码器可用于设计N比特温度计码编码电路，该电路结构简单，并具有优越的可读性和可移植性。

Description

一种温度计码编码器及电路
技术领域
本发明属于A/D转换电路，具体涉及温度计码编码器及电路。
背景技术
集成A/D转换电路中经常需要将温度计码转换成二进制码。目前，集成A/D转换电路中常用的方案是用数字方法实现，先用行为级描述语言建模，然后进行综合得到门级电路，最后按照得到的电路图搭建编码电路。
现有的温度计码编码电路可读性不高、移植困难，当编码电路规模稍有改变时，要重新进行整套流程。并且所需的门级电路的数量随着二进制码位数的增加而显著增加，不仅占用过多的面积、增加电路功耗，也使得电路获得稳定编码结果的时间增加。
发明内容
为了解决现有技术中存在的电路可读性强，移植困难的问题，本发明提供了一种温度计码编码器及电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种温度计码编码电路，包括依次连接的2N个检测电路、N个次级编码单元电路；
第m检测电路的第二输入端(B)连接第m+1检测电路的第一输入端(A)，且第一检测电路的第一输入端(A)连接电压源，第2N检测电路的第二输出端(B)接地，其中，m≥1，N≥2，且m≤2N-1；
每个所述检测电路的输出端根据预设规则连接对应的次级编码单元电路。
在一个具体实施方式中，所述预设规则的公式为：
式中，Bj为输出二进制码、Si+2j-1为准温度码、1≤i≤2N-1、j∈[0,N-1]，且i、j、k均为自然数。
在一个具体实施方式中，所述检测电路包括：第一负压开关(MP1)、第二负压开关(MP2)、第三负压开关(MP3)、第一正压开关(MN1-1)、第二正压开关(MN1-2)、第三正压开关(MN1-3)、信号端(EN)、第一输入端(A)、第二输入端(B)、第一输出端(Y)、接地端(GND)和外接电压(VDD)；
所述第一负压开关(MP1)的栅极和所述第一正压开关(MN1-1)的栅极连接至所述信号端(EN)；
所述第三正压开关(MN1-3)的栅极连接至第一输入端(A)；
所述第一正压开关(MN1-1)的漏极连接至所述第三正压开关(MN1-3)的源极；
所述第一负压开关(MP1)的漏极和所述第三正压开关(MN1-3)的漏极相连并连接至所述第二负压开关(MP2)的栅极和所述第二正压开关(MN1-2)的栅极；
所述第三负压开关(MP3)的栅极连接至所述第二输入端(B)；
所述第二负压开关(MP2)的漏极连接至所述第三负压开关(MP3)的源极；
所述第三负压开关(MP3)的漏极和所述第二正压开关(MN1-2)的漏极相连，并连接至所述第一输出端(Y)；
所述接地端(GND)分别连接所述第一正压开关(MN1-1)的衬底、所述第二正压开关(MN1-2)的衬底和所述第三正压开关(MN1-3)的衬底；
所述外接电压(VDD)分别连接所述第一负压开关(MP1)的衬底、所述第二负压开关(MP2)的衬底和所述第三负压开关(MP3)的衬底。
在一个具体实施方式中，还包括：使能信号控制模块(ENK)，分别连接每个所述检测电路中的信号端(EN)。
在一个具体实施方式中，所述第一负压开关(MP1)的衬底、所述第二负压开关(MP2)的衬底、所述第一正压开关(MN1-1)的衬底和所述第二正压开关(MN1-2)的衬底均连接各自的源电极。
在一个具体实施方式中，所述次级编码单元电路包括第四负压开关(MP4)、2N-1个正压开关(MNi)、信号输入端(Di)、反相器、信号输出端(Bj)、接地端(GND)和外接电压(VDD)，其中，
1≤i≤2N-1，0≤j≤N-1；
所述第四负压开关(MP4)的栅极连接至所述接地端(GND)；
任意一个正压开关(MNi)的栅极连接对应的一个信号输入端(Di)；
每个所述正压开关(MNi)的漏极均连接至所述第四负压开关(MP4)的漏极，所述第四负压开关(MP4)的漏极连接至所述反相器的输入端；
所述反相器的输出端连接所述信号输出端(Bj)；
所述接地端(GND)分别连接每个所述正压开关(MNi)的衬底；
所述外接电压(VDD)连接所述第四负压开关(MP4)的衬底。
在一个具体实施方式中，所述第四负压开关(MP4)的衬底和每个所述正压开关(MNi)的衬底均连接各自的源极。
在一个具体实施方式中，所述反相器包括：第五负压开关(MP5)和第四正压开关(MN1-4)；
所述第五负压开关(MP5)的栅极和所述第四正压开关(MN1-4)的栅极相连，并分别连接至每个所述正压开关(MNi)的漏极和所述第四负压开关(MP4)的漏极；
所述第五负压开关(MP5)的漏极和所述第四正压开关(MN1-4)的漏极相连，并连接至所述信号输出端(Bj)；
所述第五负压开关(MP5)的衬底连接所述外接电压(VDD)；
所述第四正压开关(MN1-4)的衬底连接所述接地端(GND)；
其中，所述第五负压开关(MP5)的衬底和所述第四正压开关(MN1-4)的衬底均连接各自的源极。
本发明还提供了一种温度计码编码器，所述温度计码编码器由上述电路组成。
本发明的有益效果：
本发明提供的温度计码编码电路，设计了一个简单的检测电路和次级编码器单元电路，根据新的编码逻辑，仅需要两级模块就能完成温度计码编码，可读性强，同时还具有较高可移植性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的N比特温度计码编码器系统框图；
图2为本发明实施例提供的检测电路图；
图3为本发明实施例提供的次级编码器电路图；
图4为本发明实施例提供的2比特温度计码编码器系统框图；
图5为本发明实施例提供的3比特温度计码编码器系统框图；
附图标记：1-2N个检测电路、2-N个次级编码单元电路、3-反相器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
请参见图1，图1为本发明实施例提供的N比特温度计码编码器系统框图，包括依次连接的2N个检测电路、N个次级编码单元电路，第m检测电路的第二输入端B连接第m+1检测电路的第一输入端A，且第一检测电路的第一输入端A连接电压源，第2N检测电路的第二输出端B接地，每个所述检测电路的输出端根据预设规则连接对应的次级编码单元电路，其中，m≥1，N≥2，且m≤2N-1；
所述温度计码编码电路还包括使能信号控制模块ENK分别连接各所述检测电路，当使能信号为1时，检测器电路开始检测输入数字码，编码电路正常工作；当使能信号为0时，检测器电路的输出复位0，编码电路的输出也复位至0。由前级电路输出的2N-1个标准温度计码，即A1至再补上A0＝1以及两个值，得到2N+1个数字码，再将这些数字码从低位到高位，按照相邻两位数字码，两两连接至10码检测器的输入端(A、B)，并输出一个检测判断码(Y)，即准温度码Si。温度计码转换电路的检测逻辑公式为
式中，Si为准温度码、Ai为标准温度计码、1≤i≤2N-1经过2N个检测器电路构成的温度计码转换电路，将2N-1个标准温度计码Ai转换成2N个准温度码Si。
所述次级编码器模块包括N个次级编码单元电路，依据特定逻辑连接所述检测电路，在检测模块中每个检测器电路的输出Y即为输出准温度码Si，将输出的2N个准温度码Si按照新的编码逻辑，分别连接至次级编码器单元电路的输入端Di，并输出二进制码Bj；
次级编码器电路的新编码逻辑公式为：
式中，Bj为输出二进制码、Si+2j-1为准温度码、1≤i≤2N-1、j∈[0,N-1]，且i、j、k均为自然数。N个次级编码器单元电路的输出Bj组成N比特二进制码，即BN-1…B1B0；
以上过程完成了从标准温度计码Ai到准温度码Si的映射，再根据每组准温度码组对应唯一二进制码，完成准温度码Si到二进制码Bj的映射。编码电路通过二次映射，实现了正确的温度计码编码。
实施例2
请参见图2、图3，图2为本发明实施例提供的10码检测电路图、图3为本发明实施例提供的次级编码器电路图。本实施例在上述实施例的基础上，重点对10码检测电路以及次级编码单元电路进行详细描述。
请参见图2，具体地，10码检测电路均包括信号端EN，信号端EN均连接在各个10码检测电路中，连接使能信号控制模块ENK；
具体的，10码检测电路包括：第一负压开关MP1、第二负压开关MP2、第三负压开关MP3、第一正压开关MN1-1、第二正压开关MN1-2、第三正压开关MN1-3、信号端EN、第一输入端A、第二输入端B、第一输出端Y、接地端GND和外接电压VDD；
所述第一负压开关MP1的栅极和所述第一正压开关MN1-1的栅极连接至所述信号端EN；
所述第三正压开关MN1-3的栅极连接至第一输入端A；
所述第一正压开关MN1-1的漏极连接至所述第三正压开关MN1-3的源极；
所述第一负压开关MP1的漏极和所述第三正压开关MN1-3的漏极相连并连接至所述第二负压开关MP2的栅极和所述第二正压开关MN1-2的栅极；
所述第三负压开关MP3的栅极连接至所述第二输入端B；
所述第二负压开关MP2的漏极连接至所述第三负压开关MP3的源极；
所述第三负压开关MP3的漏极和所述第二正压开关MN1-2的漏极相连，并连接至所述第一输出端Y；
所述接地端GND分别连接所述第一正压开关MN1-1、所述第二正压开关MN1-2和所述第三正压开关MN1-3的衬底；
所述外接电压VDD分别连接所述第一负压开关MP1、所述第二负压开关MP2和所述第三负压开关MP3的衬底。
具体的，第一负压开关MP1、第二负压开关MP2、第一正压开关MN1-1和第二正压开关MN1-2的衬底均对应连接各自的源电极，请参见表1。
表1
表1将电路逻辑以及各节点的状态列出，由表1可知，电路需要实现的逻辑是，当输入数字码组合为AB＝10时，输出信号Y＝1，其余任意数字码组合对应的输出信号Y＝0。
检测器电路实现的逻辑公式为：
由电路节点状态表可知，当使能信号EN为0时，输出信号Y复位，此时不论输入信号AB是怎样的数字码组合，输出均为Y＝0。当使能信号EN为1时，当且仅当数字码组合为AB＝10时，输出信号Y＝1。因此，需要在使能信号EN周期性复位的前提下，10码检测电路能够才能实现正确的逻辑。
请参见图3，次级编码单元电路包括第四负压开关MP4、2N-1个正压开关MNi、信号输入端Di、反相器3、信号输出端Bj、接地端GND和外接电压VDD，1≤i≤2N-1，0≤j≤N-1，N≥2；
第四负压开关MP4的栅极连接至接地端GND；
2N-1个正压开关MNi的栅极分别连接至对应的信号输入端
2N-1个正压开关MNi的漏极均连接至第四负压开关MP4的漏极，并点连接至反相器的输入端；
反相器3的输出端连接信号输出端Bj；
接地端GND均连接正压开关MNi的衬底；
外接电压VDD连接第四负压开关MP4的衬底。
具体的，第四负压开关MP4和所述正压开关MNi的衬底均连接各自的源极。
具体的，反相器3包括第五负压开关MP5和第四正压开关MN1-4；
第五负压开关MP5和第四正压开关MN1-4的栅极均连接至所有正压开关MNi的漏极和第四负压开关MP4的漏极；
第五负压开关MP5的漏极和第四正压开关MN1-4的漏极均连接至所述信号输出端Bj；
第五负压开关MP5的衬底连接外接电压VDD；
第四正压开关MN1-4的衬底连接接地端GND；
其中，第五负压开关MP5和第四正压开关MN1-4的衬底均连接各自的源极；
反相器电路的工作原理是将准温度码Si通过Di输入到次级编码器单元电路中，通过新的编码逻辑进行编码，并输出一位二进制码Bj。根据电路可知，任意一位输入信号Di为高电位，反相器的输入端电位都会被NMOS晶体管下拉至低电位，反相器输出一个高电位的二进制码Bj。这要求任意一个NMOS晶体管的驱动能力都比PMOS晶体管的驱动能力要强。若所有输入信号Di均为低电位，反相器的输入端电位会被PMOS晶体管上拉至高电位，反相器输出一个低电位的二进制码Bj。次级编码器单元电路实现的逻辑公式为
根据编码逻辑分析可知，输出二进制码Bj为高电位的时候，此时有且仅有一个输入信号为高电位，即某个Si＝1，其余为0。
实施例3
请参见图4，图4为本发明实施例提供的2比特温度计码编码器系统框图，在上述实施例一、二的基础上，本实施例具体的描述N＝2时的工作流程，具体的，
请参见表2，表2为2比特温度计码编码真值表
表2
S301、前级电路输出的标准温度计码A1、A2、A3，补齐A0＝1，A4＝0；
S302、按照从低位到高位排序，以两两相邻的标准温度计码作为一个单元，即A0、A1为一个单元，A1、A2为一个单元，A2、A3为一个单元，A3、A4为一个单元，各个单元有且仅有一个单元为10码，其余的均为11码或者00码；
S303、将单元从低位到高位按顺序进行检测，若单元为10码，则输出1，否则为0，得到4个新的准温度码组，分别为S0、S1、S2、S3、
S304、在新的准温度码S0-S3中有且仅有一个码为1，用于表征10码在标准温度计码组中的位置；
S305、请参见表3，表3为准温度码Si到二进制码Bj的编码逻辑
表3
S306、将检测模块输出的S1、S3输入至第一编码电路中，得到B0，B0＝S1+S3；
S307、将检测模块输出的S2、S3输入至第二编码电路中，得到B1，B1＝S2+S3；
S308、输出信号B1B0即为经过编码所得的2比特二进制码。
实施例4
本实施例具体的描述N＝3时的工作流程，具体的，
请参见表4，表4为3比特温度计码编码真值表
表4
S401、前级电路输出的标准温度计码A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7，补齐A0＝1，A8＝0；
S402、按照从低位到高位排序，以两两相邻的标准温度计码作为一个单元，即A0、A1为一个单元，A1、A2为一个单元，A2、A3为一个单元，A3、A4为一个单元，A4、A5为一个单元，A5、A6为一个单元，A6、A7为一个单元，A7、A8为一个单元，各个单元有且仅有一个单元为10码，其余的均为11码或者00码；
S403、将单元从低位到高位按顺序进行检测，若单元为10码，则输出1，否则为0，得到4个新的准温度码组，分别为S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；
S404、在新的准温度码S0-S7中有且仅有一个码为1，用于表征10码在标准温度计码组中的位置；
S405、请参见表5，表5为准温度码Si到二进制码Bj的编码逻辑
表5
S406、将检测模块输出的S1、S3、S5、S7分别对应连接第一编码电路的D1、D2、D3、D4，得到B0，B0＝S1+S3+S5+S7；
S407、将检测模块输出的S2、S3、S6、S7分别对应连接第二编码电路的D1、D2、D3、D4，得到B1，B1＝(S2+S3)+(S6+S7)；
S407、将检测模块输出的S4、S5、S6、S7分别对应连接第三编码电路的D1、D2、D3、D4，得到B2，B1＝S4+S5+S6+S7；
S408、输出信号B0、B1、B2即为经过编码所得的3比特二进制码。
本发明提供的温度计码编码器及电路，设计了一个简单的检测电路和次级编码器单元电路，根据新的编码逻辑，仅需要两级模块就能完成温度计码编码，可读性强，还提高了可移植性；该电路结构简单，降低了电路功耗，减少了获得稳定编码结果的时间。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种温度计码编码电路，其特征在于，包括依次连接的2N个检测电路、N个次级编码单元电路；
第m检测电路的第二输入端(B)连接第m+1检测电路的第一输入端(A)，且第一检测电路的第一输入端(A)连接电压源，第2N检测电路的第二输出端(B)接地，其中，m≥1，N≥2，且m≤2N-1；
每个所述检测电路的输出端根据预设规则连接对应的次级编码单元电路。
2.根据权利要求1所述的温度计码编码电路，其特征在于，
所述预设规则的公式为：
式中，Bj为输出二进制码、为准温度码、1≤i≤2N-1、j∈[0,N-1]，且i、j、k均为自然数。
3.根据权利要求1所述的温度计码编码电路，其特征在于，
所述检测电路包括：第一负压开关(MP1)、第二负压开关(MP2)、第三负压开关(MP3)、第一正压开关(MN1-1)、第二正压开关(MN1-2)、第三正压开关(MN1-3)、信号端(EN)、第一输入端(A)、第二输入端(B)、第一输出端(Y)、接地端(GND)和外接电压(VDD)；
所述第一负压开关(MP1)的栅极和所述第一正压开关(MN1-1)的栅极连接至所述信号端(EN)；
所述第三正压开关(MN1-3)的栅极连接至第一输入端(A)；
所述第一正压开关(MN1-1)的漏极连接至所述第三正压开关(MN1-3)的源极；
所述第一负压开关(MP1)的漏极和所述第三正压开关(MN1-3)的漏极相连并连接至所述第二负压开关(MP2)的栅极和所述第二正压开关(MN1-2)的栅极；
所述第三负压开关(MP3)的栅极连接至所述第二输入端(B)；
所述第二负压开关(MP2)的漏极连接至所述第三负压开关(MP3)的源极；
所述第三负压开关(MP3)的漏极和所述第二正压开关(MN1-2)的漏极相连，并连接至所述第一输出端(Y)；
所述接地端(GND)分别连接所述第一正压开关(MN1-1)的衬底、所述第二正压开关(MN1-2)的衬底和所述第三正压开关(MN1-3)的衬底；
所述外接电压(VDD)分别连接所述第一负压开关(MP1)的衬底、所述第二负压开关(MP2)的衬底和所述第三负压开关(MP3)的衬底。
4.根据权利要求3所述温度计码编码电路，其特征在于，
还包括：使能信号控制模块(ENK)，分别连接每个所述检测电路中的信号端(EN)。
5.根据权利要求3所述的温度计码编码电路，其特征在于，所述第一负压开关(MP1)的衬底、所述第二负压开关(MP2)的衬底、所述第一正压开关(MN1-1)的衬底和所述第二正压开关(MN1-2)的衬底均连接各自的源电极。
6.根据权利要求1所述的温度计码编码电路，其特征在于，所述次级编码单元电路包括第四负压开关(MP4)、2N-1个正压开关(MNi)、信号输入端(Di)、反相器、信号输出端(Bj)、接地端(GND)和外接电压(VDD)，其中，1≤i≤2N-1，0≤j≤N-1；
所述第四负压开关(MP4)的栅极连接至所述接地端(GND)；
任意一个正压开关(MNi)的栅极连接对应的一个信号输入端(Di)；
每个所述正压开关(MNi)的漏极均连接至所述第四负压开关(MP4)的漏极，所述第四负压开关(MP4)的漏极连接至所述反相器的输入端；
所述反相器的输出端连接所述信号输出端(Bj)；
所述接地端(GND)分别连接每个所述正压开关(MNi)的衬底；
所述外接电压(VDD)连接所述第四负压开关(MP4)的衬底。
7.根据权利要求6所述的温度计码编码电路，其特征在于，
所述第四负压开关(MP4)的衬底和每个所述正压开关(MNi)的衬底均连接各自的源极。
8.根据权利要求6所述的温度计码编码电路，其特征在于，
所述反相器包括：第五负压开关(MP5)和第四正压开关(MN1-4)；
所述第五负压开关(MP5)的栅极和所述第四正压开关(MN1-4)的栅极相连，并分别连接至每个所述正压开关(MNi)的漏极和所述第四负压开关(MP4)的漏极；
所述第五负压开关(MP5)的漏极和所述第四正压开关(MN1-4)的漏极相连，并连接至所述信号输出端(Bj)；
所述第五负压开关(MP5)的衬底连接所述外接电压(VDD)；
所述第四正压开关(MN1-4)的衬底连接所述接地端(GND)；
其中，所述第五负压开关(MP5)的衬底和所述第四正压开关(MN1-4)的衬底均连接各自的源极。
9.一种温度计码编码器，包括温度计码编码电路，其特征在于，所述温度计码编码器为权利要求1-8任一项所述温度计码编码电路组成。
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Title
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