CN109709862B - 一种可编程的可变电阻器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可编程的可变电阻器，包括彼此串联的多个电阻单元，其中每个电阻单元包括：MOSFET，其栅极连接到开关控制信号，其源极和漏极分别与其它电阻单元的MOSFET的漏极或源极连接；以及电阻，其与MOSFET并联。通过所述可变电阻器，可以降低温度和电压对电阻值的影响，还可以方便地实现对电阻值的精确调整，并且所述可变电阻器尤其是在充当上拉或下拉电阻时可体现上述特点。

Description

一种可编程的可变电阻器
技术领域
本发明总的来说涉及电路领域，具体而言涉及一种可编程的可变电阻器。
背景技术
几乎所有主流MCU的输入/输出端都具有上拉电阻和/或下拉电阻。上拉电阻和下拉电阻的示意图参见图1，其中上拉电阻是将输出端的电压上拉(例如向电源电压Vdd方向拉)的电阻，而下拉电阻是将输出端的电压下拉(例如向地GND方向拉)的电阻。
目前，这些上拉和下拉电阻大多通过n型或p型MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET)的等效电阻来实现电阻值的。但是由于MOS管的等效电阻值会随着电压或温度的变化而剧烈变化，这就会造成上拉或下拉电阻的电阻值发生较大变化，因此目前的MOS管等效电阻方案基本无法实现高精度的上拉电阻或下拉电阻。
发明内容
本发明的任务是，提供一种可编程的可变电阻器，通过所述可变电阻器，可以降低温度和电压对电阻值的影响，还可以方便地实现对电阻值的精确调整，并且所述可变电阻器尤其是在充当上拉或下拉电阻时可体现上述特点。
根据本发明，该任务通过一种可编程的可变电阻器来解决，该可变电阻器包括彼此串联的多个电阻单元，其中每个电阻单元包括：
MOSFET，其栅极连接到开关控制信号，其源极和漏极分别与其它电阻单元的MOSFET的漏极或源极连接；以及
电阻，其与MOSFET并联。
在本发明的一个优选方案中规定，所述可变电阻器被用作上拉电阻，其中所述可变电阻器的一端连接到电源，另一端连接到输出端。通过该优选方案，可以实现受温差影响较小且阻止精确可调的上拉电阻。在此应当指出，尽管本发明是以上拉和下拉电阻来阐述本发明的，但是本发明不限于此，而是也可以应用于其它场合。
在本发明的另一优选方案中规定，所述可变电阻器被用作下拉电阻，其中所述可变电阻器的一端连接到输出端，另一端接地。通过该优选方案，可以实现受温度和电压影响较小且电阻值可精确调节的下拉电阻。在此应当指出，尽管本发明是以上拉和下拉电阻来阐述本发明的，但是本发明不限于此，而是也可以应用于其它场合。
在本发明的又一优选方案中规定，该可变电阻器还包括译码器，所述译码器的输入端连接到寄存器，其输出端连接到可变电阻器的多个电阻单元的MOSFET的栅极。通过该优选方案，可以实现智能化的电阻调节。
在本发明的又一优选方案中规定，该可变电阻器还包括微控制器，其中所述微控制器被配置为向寄存器分配控制数据，其中所述控制数据能够被译码器翻译成开关控制信号。通过该优选方案，可以实现智能化的电阻调节。
在本发明的一个扩展方案中规定，该可变电阻器的多个电阻的电阻值依次倍增。通过该优选方案，可以在电阻数目和调节范围之间达到较好的折中，使得在使用尽可能少的电阻的情况下实现尽可能大范围的电阻值调节。
在本发明的一个优选方案中规定，所述微控制器还被配置为执行下列动作：
根据所测量的环境温度和电阻的温度特征曲线确定实际接入电阻值；
确定实际接入电阻值与额定接入电阻值之间的电阻差值；以及
根据所述电阻差值确定控制数据以调整实际接入电阻值，使得经调整的实际接入电阻值尽可能接近额定接入电阻值。
通过该优选方案，可以根据温度变化自动调节电阻使得电阻尽可能稳定，由此进一步降低温度对电阻值的影响。在其它实施例中，也可以通过对微控制器编程来在不同时刻实现不同的电阻，由此获得所期望的电学特征曲线。
本发明至少具有下列有益效果：(1)通过本发明，可实现具有不同电阻值的电阻器、如上拉电阻或下拉电阻，以满足客户的需求；(2)本发明与MOS等效电阻相比具有更高精度，且由于可采用普通电阻、如电阻丝，因此受温度和电压的影响更小；(3)本发明的电阻值可以被编程，而且可以做到每级的编程步进很精细，满足高精度应用；(4)本发明可以应用于保密通信，例如通过配置不同上拉电阻、下拉电阻，可以形成不同的通信协议、不同的电平高低、不同的时序，以达到通信保密特性。
附图说明
下面结合附图参考具体实施例来进一步阐述本发明。
图1示出了根据现有技术的上拉电阻和下拉电阻的示意图；
图2示出了根据本发明的可编程的可变电阻器的一个实施例；以及图3示出了根据本发明的可编程的可变电阻器的另一实施例。
具体实施方式
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。
图2示出了根据本发明的可编程的可变电阻器的一个实施例。
如图2所示，第一可变电阻器101和第二可变电阻器102分别被构造成上拉电阻和下拉电阻，其中第一可变电阻器101的一端连接到电源电压Vcc，另一端连接到输出端109，而第二可变电阻器102的一端连接到输出端109，另一端接地GND。在此应当指出，尽管本发明是以上拉和下拉电阻来阐述本发明的，但是本发明不限于此，而是也可以应用于其它场合。
第一可变电阻器101包括多个电阻单元103-105，并且第二可变电阻器102包括多个电阻单元106-108，其中每个电阻单元103-105都包括：MOSFET 110，其栅极连接到开关控制信号EN_R1-EN_Sx，其源极和漏极分别与其它电阻单元的MOSFET的漏极和源极连接；以及电阻111，其与所述MOSFET并联。在此，MOSFET既可以为n型MOSFET，也可以为p型MOSFET。
下面阐述本发明的可变电阻器101的工作过程。例如通过可编程微控制器向MOSFET 110的栅极发送开关控制信号，由此控制各个MOSFET 110的通断；对于每个电阻单元103-108而言，当MOSFET 110导通时，电阻111因为被短路而未接入电路(由于电阻111的电阻一般而言大大高于MOSFET的等效电阻，因此此时电阻单元的电阻值约等于MOSFET的等效电阻，因此可忽略)，而当MOSFET 110截止时，电阻111接入电路。因此，通过个别化地控制相应MOSFET的通断，可以调节接入电路的总电阻值。
图3示出了根据本发明的可编程的可变电阻器的另一实施例。
在本实施例中，采用编程方式来控制可变电阻器201和202的14个电阻单元的通断。此外，每个可变电阻器的电阻单元的电阻值从1K欧姆依次翻倍直至64K欧姆。在此，给每个可变电阻器201和202分别配备了一个MOSFET管以分别控制整个上拉和下拉电阻的通断。
在此，为了控制16个MOSFET的通断，存在16个开关控制信号，见下表:
EN_PU8 EN_PU7 EN_PU6 EN_PU5 EN_PU4 EN_PU3 EN_PU2 EN_PU1
EN_PD8 EN_PD7 EN_PD6 EN_PD5 EN_PD4 EN_PD3 EN_PD2 EN_PD1
表1：开关控制信号列表
为此，可以采用4位寄存器来寄存控制数据，该控制数据表示每个时刻的16开关控制信号的值，即寄存器输出的4位控制数据可以被译码器翻译成16开关控制信号的值。
下面的表2示出了开关控制信号与等效上拉电阻值之间的对照表。
Figure BDA0001935882570000051
表2：开关控制信号与等效上拉电阻值之间的对照表
开关控制信号与等效下拉电阻值之间的对应关系可参照表2。
本发明至少具有下列有益效果：(1)通过本发明，可实现具有不同电阻值的电阻器、如上拉电阻或下拉电阻，以满足客户的需求；(2)本发明与MOS等效电阻相比具有更高精度，且由于可采用普通电阻、如电阻丝，因此受温度和电压的影响更小；(3)本发明的电阻值可以被编程，而且可以做到每级的编程步进很精细，满足高精度应用；(4)本发明可以应用于保密通信，例如通过配置不同上拉电阻、下拉电阻，可以形成不同的通信协议、不同的电平高低、不同的时序，以达到通信保密特性。
虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (5)

1.一种可编程的可变电阻器，包括彼此串联的多个电阻单元，其中每个电阻单元包括：
单个MOSFET，其栅极连接到开关控制信号，其源极和漏极分别与其它电阻单元的MOSFET的漏极或源极连接；以及
电阻，其与MOSFET并联，且其阻值大大高于与其并联的所述MOSFET的等效电阻；
其中所述可编程电阻器包括由多个电阻单元构成的上拉电阻，其中所述上拉电阻的一端连接到电源，另一端连接到输出端，并且所述可编程电阻器还包括由多个电阻单元构成的下拉电阻，其中所述下拉电阻的一端连接到输出端，另一端接地，并且给上拉电阻和下拉电阻分别配备MOSFET管以控制整个上拉电阻和下拉电阻的通断。
2.根据权利要求1所述的可变电阻器，还包括译码器，所述译码器的输入端连接到寄存器，其输出端连接到可变电阻器的多个电阻单元的MOSFET的栅极。
3.根据权利要求2所述的可变电阻器，还包括微控制器，其中所述微控制器被配置为向寄存器分配控制数据，其中所述控制数据能够被译码器翻译成开关控制信号。
4.根据权利要求1所述的可变电阻器，其中所述可变电阻器的多个电阻的电阻值依次倍增。
5.根据权利要求3所述的可变电阻器，其中所述微控制器还被配置为执行下列动作：
根据所测量的环境温度和电阻的温度特征曲线确定实际接入电阻值；
确定实际接入电阻值与额定接入电阻值之间的电阻差值；以及
根据所述电阻差值确定控制数据以调整实际接入电阻值，使得经调整的实际接入电阻值尽可能接近额定接入电阻值。
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