CN112134562A - 一种模数转换电路的自校验电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模数转换电路的自校验电路，包括：主控模块、第一开关模块和第二开关模块；主控模块输出PWM信号，在PWM信号的高电平区间产生第一参考电压，在PWM信号的低电平区间产生第二参考电压；第一开关模块响应于PWM信号的高电平，向主控模块输出第一基准电压；第二开关模块，用于响应于PWM信号的低电平，向主控模块输出第二基准电压；主控模块根据第一参考电压与第一基准电压之间的第一差值以及第二参考电压与第二基准电压之间的第二差值，确定自校验电路的工作状态。本发明能够使得参考电压和基准电压进行周期性的校验，避免偶然情况的发生导致自校验功能失效因而故障无法及时发现的情况，提高模数转换电路自校验功能的可靠性。

Description

一种模数转换电路的自校验电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种模数转换电路的自校验电路。

背景技术

模数转换电路在控制器设计中比较常见，在一些对可靠性要求比较高的场合，比如工业机器人等，要求在模数转电路发生异常时系统能及时报警，但常规模数转换电路无法实现此类异常校验功能。

目前带自校验功能的模数转换电路，通常采用预留出一个通道N来对某个固定的外部电压基准值V1进行扫描，通道N自身输出的参考电压值为V2，MCU将V2与预设的基准值V1进行比较，当V1和V2误差在预期范围E内说明模数转换电路工作正常，反之则说明工作异常。然而，如果校验通道N出现故障后输出值V2仍在基准值V1的误差范围E内，比如电路出现短路等情况，此时电路已经无法正常工作，但是此时通道N的输出值可能还是在V1的误差范围内，系统将无法识别这一故障，导致模数转换电路的可靠性存在问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的电路实际已经无法正常工作，但是此时校验通道N输出的参考电压值可能在外部电压基准值的误差范围内，导致系统无法识别故障，进而导致模数转换电路的可靠性存在问题的技术问题，本发明提供了一种模数转换电路的自校验电路。

第一方面，本发明提供了一种模数转换电路的自校验电路，包括：主控模块、第一开关模块和第二开关模块；

所述主控模块，用于分别向所述第一开关模块和所述第二开关模块输出PWM信号，在所述PWM信号的高电平区间产生第一参考电压，在所述PWM信号的低电平区间产生第二参考电压；

所述第一开关模块，用于响应于所述PWM信号的高电平，向所述主控模块输出第一基准电压；

所述第二开关模块，用于响应于所述PWM信号的低电平，向所述主控模块输出第二基准电压；

所述主控模块，还用于比较所述第一参考电压与所述第一基准电压之间的第一差值以及所述第二参考电压与所述第二基准电压之间的第二差值，根据所述第一差值和所述第二差值与对应的误差范围的关系，确定所述自校验电路的工作状态。

可选的，所述主控模块还用于在所述第一差值位于与第一基准电压对应的误差范围内，且所述第二差值位于与所述第二基准电压对应的误差范围内时，确定所述自校验电路的工作状态正常；

在所述第一差值位于与所述第一基准电压对应的误差范围外，和/或，所述第二差值位于与所述第二基准电压对应的误差范围外时，确定所述自校验电路的工作状态异常。

可选的，所述自校验电路还包括：分压模块，所述分压模块用于为所述第一开关模块和所述第二开关模块提供分压电压。

可选的，所述分压模块包括第一分压电阻，所述第一分压电阻的一端与所述第一基准电源连接，所述第一分压电阻的另一端分别与所述第一开关模块和所述第二开关模块的分压电压提供端连接。

可选的，所述第一开关模块包括：第一开关管和第一隔离开关；

所述第一开关管的基极与所述第一开关模块的输入端连接，所述第一开关管的集电极连接供电电源，所述第一开关管的发射极与所述第一隔离开关的初级发光二极管的正极连接；

所述第一隔离开关的初级发光二极管的负极接地，所述第一隔离开关的次级感光二极管的集电极连接第二基准电源，所述第一隔离开关的次级感光二极管的发射极与所述第一开关模块的输出端连接，所述第一隔离开关的次级感光二极管的发射极还与所述分压模块的输出端连接。

可选的，所述第一开关模块还包括：第一限流电阻；

所述第一限流电阻连接于所述第一开关管的集电极与所述供电电源之间。

可选的，所述第一开关模块还包括：第二分压电阻；

所述第二分压电阻连接于所述第一隔离开关的次级感光二极管的集电极与第二基准电源之间。

可选的，所述第二开关模块包括：第二开关管和第二隔离开关；

所述第二开关管的基极与所述第二开关模块的输入端连接，所述第二开关管的集电极与所述第二隔离开关的初级发光二极管的正极连接，所述第二开关管的发射极连接供电电源；

所述第二隔离开关的初级发光二极管的负极接地，所述第二隔离开关的次级感光二极管的集电极与第二开关模块的输出端连接，所述第二隔离开关的次级感光二极管的集电极还与所述分压模块的输出端连接，所述第二隔离开关的次级感光二极管的发射极接地。

可选的，所述第二开关模块还包括：第二限流电阻；

所述第二限流电阻连接于所述第二开关管的发射极与所述供电电源之间。

可选的，所述第二开关模块还包括：第三分压电阻；

所述第三分压电阻连接于所述第二隔离开关的次级感光二极管的发射极与地之间。

本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明实施例通过主控模块输出周期性的PWM信号，并在PWM信号的高电平区间产生第一参考电压，在PWM信号的低电平区间产生第二参考电压，第一开关模块在PWM信号的高电平区间导通，输出第一基准电压，主控模块可以将第一参考电压与第一基准电压比较得到第一差值；第二开关模块在PWM信号的低电平区间导通，输出第二基准电压，主控模块将第二参考电压与第二基准电压比较得到第二差值，进而，主控模块可以根据所述第一差值和所述第二差值与对应的误差范围的关系，确定所述自校验电路的工作状态。

本发明实施例能够通过周期性的产生参考电压，并通过周期性的PWM信号使第一开关模块和第二开关模块产生周期性的基准电压，使得参考电压和基准电压进行周期性的校验，避免偶然情况的发生导致电路的自校验功能失效因而故障无法及时发现的情况，提高模数转换电路自校验功能的可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种模数转换电路的自校验电路的电路图；

图2为本发明一个实施例提供的一种在第一隔离开关导通、第二隔离开关关断时模数转换电路的自校验电路等效的电路图；

图3为本发明又一实施例提供的一种在第二隔离开关导通、第一隔离开关关断时模数转换电路的自校验电路等效的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

由于目前带自校验功能的模数转换电路，通常采用预留出一个通道N来对某个固定的外部电压基准值V1进行扫描，通道N自身输出的参考电压值为V2，MCU将V2与预设的基准值V1进行比较，当V1和V2误差在预期范围E内说明模数转换电路工作正常，反之则说明工作异常。然而，如果校验通道N出现故障后输出值V2仍在基准值V1的误差范围E内，比如电路出现短路等情况，此时电路已经无法正常工作，但是此时通道N的输出值可能还是在V1的误差范围内，系统将无法识别这一故障，导致模数转换电路的可靠性存在问题。为此，本发明实施例提供的一种模数转换电路的自校验电路，如图1所示，所述模数转换电路的自校验电路包括：主控模块1、第一开关模块2和第二开关模块3；

所述主控模块1，用于分别向所述第一开关模块2和所述第二开关模块3输出PWM信号，在所述PWM信号的高电平区间产生第一参考电压，在所述PWM信号的低电平区间产生第二参考电压；

如图1所示，主控模块中包括MCU，MCU的IO引脚分别与第一开关模块2和第二开关模块3连接，IO引脚向第一开关模块2和第二开关模块3输出PWM信号。

PWM信号具有多个信号周期，每个信号周期中包括一个高电平和一个低电平，每个信号周期的时长是PWM信号里一个高电平和一个低电平的时间和。

MCU的N引脚为校验通道，在PWM信号的高电平区间产生第一参考电压，在所述PWM信号的低电平区间产生第二参考电压。

所述第一开关模块2，用于响应于所述PWM信号的高电平，向所述主控模块1输出第一基准电压；

第一开关模块在PWM信号的高电平区间导通，向所述主控模块1输出第一基准电压。

所述第二开关模块3，用于响应于所述PWM信号的低电平，向所述主控模块输出第二基准电压；

第二开关模块在PWM信号的低电平区间导通，向所述主控模块1输出第二基准电压。

所述主控模块1，还用于比较所述第一参考电压与所述第一基准电压之间的第一差值以及所述第二参考电压与所述第二基准电压之间的第二差值，根据所述第一差值和所述第二差值与对应的误差范围的关系，确定所述自校验电路的工作状态。

主控模块可以将第一参考电压和第一基准电压比较，得到第一差值，将第二参考电压和第二基准电压比较，得到第二差值，根据第一差值与相应的误差范围的关系及第二差值与相应的误差范围的关系，确定自校验电路的工作状态。

本发明实施例通过主控模块输出周期性的PWM信号，并在PWM信号的高电平区间产生第一参考电压，在PWM信号的低电平区间产生第二参考电压，第一开关模块在PWM信号的高电平区间导通，输出第一基准电压，主控模块可以将第一参考电压与第一基准电压比较得到第一差值；第二开关模块在PWM信号的低电平区间导通，输出第二基准电压，主控模块将第二参考电压与第二基准电压比较得到第二差值，进而，主控模块可以根据所述第一差值和所述第二差值与对应的误差范围的关系，确定所述自校验电路的工作状态。

本发明实施例能够通过周期性的产生参考电压，并通过周期性的PWM信号使第一开关模块和第二开关模块产生周期性的基准电压，使得参考电压和基准电压进行周期性的校验，避免偶然情况的发生导致电路的自校验功能失效因而故障无法及时发现的情况，提高模数转换电路异常的识别能力，提高模数转换电路自校验功能的可靠性。

在本发明的又一实施例中，所述主控模块1还用于在所述第一差值位于与第一基准电压对应的误差范围内，且所述第二差值位于与所述第二基准电压对应的误差范围内时，确定所述自校验电路的工作状态正常；

在所述第一差值位于与所述第一基准电压对应的误差范围外，和/或，所述第二差值位于与所述第二基准电压对应的误差范围外时，确定所述自校验电路的工作状态异常。

在本发明实施例中，只有在第一差值位于与第一基准电压对应的误差范围内，且，第二差值位于与所述第二基准电压对应的误差范围内时，才可以确定自校验电路的工作状态正常；其他情况，均确定自校验电路的工作状态异常。

在本发明的又一实施例中，所述自校验电路还包括：分压模块4，所述分压模块4用于为所述第一开关模块2和所述第二开关模块3提供分压电压。

所述分压模块4包括第一分压电阻R4，所述第一分压电阻R4的一端与所述第一基准电源VL连接，所述第一分压电阻R4的另一端分别与所述第一开关模块2和所述第二开关模块3的分压电压提供端连接。

本发明实施例可以通过第一分压电阻为第一开关模块和第二开关模块提供分压电压，便于第一开关模块输出第一基准电压及第二开关模块输出第二基准电压。

在本发明的又一实施例中，所述第一开关模块2包括：第一开关管Q1和第一隔离开关U1；第一开关管Q1为NPN型的三极管，第一隔离开关U1为隔离光耦。

所述第一开关管Q1的基极与所述第一开关模块2的输入端连接，所述第一开关管Q1的集电极连接供电电源VCC，所述第一开关管Q1的发射极与所述第一隔离开关U1的初级发光二极管的正极连接；

如图1所示，第一开关管Q1的基极与MCU的IO引脚连接，第一开关管Q1的发射极与所述第一隔离开关U1的1引脚连接。

所述第一隔离开关U1的初级发光二极管的负极接地，所述第一隔离开关U1的次级感光二极管的集电极连接第二基准电源VH，所述第一隔离开关U1的次级感光二极管的发射极与所述第一开关模块2的输出端连接，所述第一隔离开关U1的次级感光二极管的发射极还与所述分压模块4的输出端连接。

如图1所示，第一隔离开关U1的2引脚接地，第一隔离开关U1的3引脚连接第二基准电源VH，第一隔离开关U1的4引脚分别与MCU的N引脚和R4连接。

本发明实施例可以在正常工作时，IO引脚输出PWM方波用于控制三极管的开关，IO脚通过控制Q1和Q2的开关来控制U1和U2交替导通；当IO引脚输出高电平时，U1导通，U2关断，此时向N通道输出第一基准值，MCU判断此时第一基准值与第一参考电压之间的第一差值是否在预期范围内。

在本发明的又一实施例中，所述第一开关模块2还包括：第一限流电阻R1；

所述第一限流电阻R1连接于所述第一开关管Q1的集电极与所述供电电源之间。

本发明实施例通过设置第一限流电阻，可以避免供电电源电流过大损坏第一开关管。

在本发明的又一实施例中，所述第一开关模块2还包括：第二分压电阻R3；

所述第二分压电阻R3连接于所述第一隔离开关U1的次级感光二极管的集电极与第二基准电源VH之间。

本发明实施例通过第二分压电阻，可以在第一隔离开关U1导通，第二隔离开关U2关断时，如图2所示，第二分压电阻R3和第一分压电阻R4在第二基准电源VH和第一基准电源VL之间分压，第二分压电阻R3和第一分压电阻R1之间的连接节点向校验通道N输出分压电压。

在本发明的又一实施例中，所述第二开关模块3包括：第二开关管Q2和第二隔离开关U2；第二开关管Q2为PNP型的三极管，第二隔离开关U2为隔离光耦。

所述第二开关管Q2的基极与所述第二开关模块3的输入端连接，所述第二开关管Q2的集电极与所述第二隔离开关U2的初级发光二极管的正极连接，所述第二开关管Q2的发射极连接供电电源VCC；

如图1所示，第二开关管Q2的基极与MCU的IO引脚连接，第二开关管Q2的集电极与所述第二隔离开关U2的1引脚连接，第二开关管Q2的发射极与供电电源VCC连接。

所述第二隔离开关U2的初级发光二极管的负极接地，所述第二隔离开关U2的次级感光二极管的集电极与第二开关模块3的输出端连接，所述第二隔离开关U2的次级感光二极管的集电极还与所述分压模块4的输出端连接，所述第二隔离开关U2的次级感光二极管的发射极接地。

本发明实施例可以在正常工作时，IO引脚输出PWM方波用于控制三极管的开关，IO脚通过控制Q1和Q2的开关来控制U1和U2交替导通；当IO引脚输出低电平时，U1关断，U2导通，此时向N通道输出第二基准值，MCU判断此时第二基准值与第二参考电压之间的第二差值是否在预期范围内。

在本发明的又一实施例中，所述第二开关模块3还包括：第二限流电阻R2；

所述第二限流电阻R2连接于所述第二开关管Q2的发射极与所述供电电源之间。

本发明实施例通过设置第二限流电阻，可以避免供电电源电流过大损坏第二开关管。

在本发明的又一实施例中，所述第二开关模块3还包括：第三分压电阻R5；

所述第三分压电阻R5连接于所述第二隔离开关U2的次级感光二极管的发射极与地之间。

本发明实施例通过第三分压电阻，可以在第二隔离开关U2导通，第一隔离开关U1关断时，如图3所示，第三分压电阻R5和第一分压电阻R4在第一基准电源VL和地之间分压，第三分压电阻R5和第一分压电阻R4之间的连接节点向校验通道N输出分压电压。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidStateDisk(SSD))等。

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。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种模数转换电路的自校验电路，其特征在于，包括：主控模块、第一开关模块和第二开关模块；

所述主控模块，用于分别向所述第一开关模块和所述第二开关模块输出PWM信号，在所述PWM信号的高电平区间产生第一参考电压，在所述PWM信号的低电平区间产生第二参考电压；

所述第一开关模块，用于响应于所述PWM信号的高电平，向所述主控模块输出第一基准电压；

所述第二开关模块，用于响应于所述PWM信号的低电平，向所述主控模块输出第二基准电压；

所述主控模块，还用于比较所述第一参考电压与所述第一基准电压之间的第一差值以及所述第二参考电压与所述第二基准电压之间的第二差值，根据所述第一差值和所述第二差值与对应的误差范围的关系，确定所述自校验电路的工作状态。

2.根据权利要求1所述的自校验电路，其特征在于，所述主控模块还用于在所述第一差值位于与第一基准电压对应的误差范围内，且所述第二差值位于与所述第二基准电压对应的误差范围内时，确定所述自校验电路的工作状态正常；

在所述第一差值位于与所述第一基准电压对应的误差范围外，和/或，所述第二差值位于与所述第二基准电压对应的误差范围外时，确定所述自校验电路的工作状态异常。

3.根据权利要求1所述的自校验电路，其特征在于，所述自校验电路还包括：分压模块，所述分压模块用于为所述第一开关模块和所述第二开关模块提供分压电压。

4.根据权利要求3所述的自校验电路，其特征在于，所述分压模块包括第一分压电阻，所述第一分压电阻的一端与所述第一基准电源连接，所述第一分压电阻的另一端分别与所述第一开关模块和所述第二开关模块的分压电压提供端连接。

5.根据权利要求3所述的自校验电路，其特征在于，所述第一开关模块包括：第一开关管和第一隔离开关；

所述第一开关管的基极与所述第一开关模块的输入端连接，所述第一开关管的集电极连接供电电源，所述第一开关管的发射极与所述第一隔离开关的初级发光二极管的正极连接；

所述第一隔离开关的初级发光二极管的负极接地，所述第一隔离开关的次级感光二极管的集电极连接第二基准电源，所述第一隔离开关的次级感光二极管的发射极与所述第一开关模块的输出端连接，所述第一隔离开关的次级感光二极管的发射极还与所述分压模块的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的自校验电路，其特征在于，所述第一开关模块还包括：第一限流电阻；

所述第一限流电阻连接于所述第一开关管的集电极与所述供电电源之间。

7.根据权利要求5所述的自校验电路，其特征在于，所述第一开关模块还包括：第二分压电阻；

所述第二分压电阻连接于所述第一隔离开关的次级感光二极管的集电极与第二基准电源之间。

8.根据权利要求3所述的自校验电路，其特征在于，所述第二开关模块包括：第二开关管和第二隔离开关；

所述第二开关管的基极与所述第二开关模块的输入端连接，所述第二开关管的集电极与所述第二隔离开关的初级发光二极管的正极连接，所述第二开关管的发射极连接供电电源；

所述第二隔离开关的初级发光二极管的负极接地，所述第二隔离开关的次级感光二极管的集电极与第二开关模块的输出端连接，所述第二隔离开关的次级感光二极管的集电极还与所述分压模块的输出端连接，所述第二隔离开关的次级感光二极管的发射极接地。

9.根据权利要求8所述的自校验电路，其特征在于，所述第二开关模块还包括：第二限流电阻；

所述第二限流电阻连接于所述第二开关管的发射极与所述供电电源之间。

10.根据权利要求8所述的自校验电路，其特征在于，所述第二开关模块还包括：第三分压电阻；

所述第三分压电阻连接于所述第二隔离开关的次级感光二极管的发射极与地之间。

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