CN112468135A - 电平转换电路以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种电平转换电路以及电子设备，用于解决由于故障器件导致电平转换电路挂死的问题。本申请实施例的电平转换电路包括：电平输入单元、充放电单元、开关单元以及电平输出单元；所述开关单元的第一端与所述电平输入单元连接，所述开关单元的第二端与所述充放电单元的第一端连接，所述开关单元的第三端与所述充放电单元的第二端连接，且与所述电平输出单元连接，所述充放电单元的第三端接地；当所述电平输入单元输入高电平，且与所述开关单元的第三端连接的负载将所述开关单元的第三端的电压拉为低电平时，在所述开关单元截止之前，所述充放电单元放电，当所述充放电单元的电压低于预设电压时，所述开关单元截止。

Description

电平转换电路以及电子设备

技术领域

本申请涉及电子技术，尤其涉及一种电平转换电路以及电子设备。

背景技术

在流水线型模数转换器中，通常应用到电平转换电路，用于实现高低电平信号转换。其中，电平转换电路包括集成电路总线(Inter-Intergrated Circuit,IIC)电平转换电路。

目前，IIC电平转换电路通过离散器件搭建起来的，外部设备将其数据线以及时钟线分别接到该IIC电平转换电路中的IIC总线的数据线和IIC总线的时钟线，通过在该IIC电平转换电路中的电平输入端输入高低电平，来实现电平的转换。

但是，由于外部设备是将其数据线以及时钟线分别接到该IIC电平转换电路中的IIC总线的数据线和IIC总线的时钟线，因此，当其中一个外部设备出现异常时，此时会将整个IIC总线的电平拉低。那么当电平输入端输入高电平时，此时电平输出端由于该外部设备的异常一直处于低电平，导致电平转换电路中的开关管一直处于导通状态，整个电平转换电路的整个IIC总线的电平一直处于低电平状态，所以电平转换电路处于挂死状态，无法进行正常工作。

发明内容

本申请实施例提供了一种电平转换电路以及电子设备，用于当电平输入单元输入高电平时，且出现外部负载异常使得开关单元的第三端的电压处于低电平时，充放电单元放电，当充放电单元的电压低于预设电压时，开关单元截止，实现对故障负载的隔离，解决了由于故障负载导致的电平转换电路挂死的问题。

本申请实施例第一方面提供一种电平转换电路，该电平转换电路可以包括：电平输入单元、充放电单元、开关单元以及电平输出单元；该开关单元的第一端与该电平输入单元连接，该开关单元的第二端与该充放电单元的第一端连接，该开关单元的第三端与该充放电单元的第二端连接，且与该电平输出单元连接，该充放电单元的第三端接地；当该电平输入单元输入高电平，且与该开关单元的第三端连接的负载将该开关单元的第三端的电压拉为低电平时，在该开关单元截止之前，该充放电单元放电，当该充放电单元的电压低于预设电压时，该开关单元截止。由第一方面可见，本实施例中，通过上述电平转换电路，当电压输入端输入高电平时，且出现外部负载异常使得开关单元的第三端的电压处于低电平时，即此时电平输出电压为低电平，此时充放电单元进行放电，直到该充放电单元两端的电压低于预设电压时，开关单元截止，实现对故障负载的隔离，解决了由于外部负载故障导致的电平转换电路挂死的问题。

一种可能的实现方式中，该开关单元可以包括开关管；在该可能的实现方式中，开关单元可以为开关管，提供了一种具体的作为开关单元的器件，在实际应用中，提高了方案的可实现性。

另一种可能的实现方式中，该开关管可以为N型金属-氧化物-半导体(N-Metal-Oxide-Semicondutor,NMOS)管，且该NMOS管的漏极、栅极和源极分别为开关单元的第一端、该开关单元的第二端以及该开关单元的第三端。在该可能的实现方式中，提供了一种具体的该开关管可以为NMOS型的晶体管，用来控制电路的导通和截止，在实际应用中，提升了方案的可实现性。

另一种可能的实现方式中，该充放电单元可以包括第一参考电压、第一电阻、第二电阻以及电容，该第一电阻的一端与该第一参考电压连接，该第一电阻的另一端与该第二电阻的一端连接，且与该电容的一端连接；该电容的另一端接地；该第一电阻的另一端为该充放电单元的第一端，该第二电阻的另一端为该充放电单元的第二端。在该可能的实现方式中，提供了一种具体的充放电单元的具体电路结构，在实际应用中，提升了方案得可实现性和实用性。

另一种可能的实现方式中，Vp＝V2R1/(R1+R2)，其中，Vp为电容的电压，V2为第一参考电压，R1为所述第一电阻，R2为所述第二电阻。在该可能的实现方式中，提供了电容的电压的计算方法，在实际应用中，提升了方案的可实现性。

另一种可能的实现方式中，该预设电压为NMOS管的开启电压。在该可能的实现方式中，当该开关单元为NMOS管时，该预设电压为该NMOS管的开启电压。

另一种可能的实现方式中，该电平输入单元可以包括第二参考电压和第三电阻；该第三电阻的一端与该第二参考电压连接，该第三电阻的另一端与该开关单元的第一端连接。在该可能的实现方式中，提供了一种具体的电平输入单元的具体电路结构，在实际应用中，提升了方案的可实现性。

另一种可能的实现方式中，该电平输出单元包括第一参考电压和第四电阻；该第四电阻的一端与该第一参考电压连接，该第四电阻的另一端与该开关单元的第三端连接且与该充放电单元的第二端连接。

另一种可能的实现方式中，当该电平输入单元输入高电平，且与该开关单元的第三端连接的负载将该开关单元的第三端的电压拉为低电平时，在该开关单元截止之前，该充放电单元放电，当该充放电单元的电压低于预设电压时，该开关单元截止可以包括：当该带能源输入单元输入高电平，且该开关单元的第三端连接诶的负载将该开关单元的第三端的电压拉为低电平时，该充放电单元放电，该开关单元导通；当该充放电单元放电的时长大于预设时长且该充放电单元的电压低于预设电压时，该开关单元截止。在该可能的实现方式中，限定了充放电单元放电的时长以及当其电压放电至低于预设电压时，开关单元截止，因此，通过设定预设时长内来使开关单元截止，可知当在电平转换电路当中，开关单元的第三端的电平处于低电平状态的时长超过预设时长时，说明该电平转换电路处于挂死状态。

本申请实施例第二方面提供一种电子设备，该电子设备包括上述第一方面中的任一可能的实现方式的电平转换电路。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例中的电平转换电路中，该电平转换电路包括电平输入单元、充放电单元、开关单元、电平输出单元；其中，该开关单元的第一端与该电平输入单元连接，该开关单元的第二端与该充放电单元的第一端连接，该开关单元的第三端与该充放电单元的第二端连接，且与该电平输出单元连接，该充放电单元的第三端接地。当该电平输入单元输入高电平，并且与该开关单元的第三端连接的负载将该开关单元的第三端拉为低电平时，在该开关单元截止之前，该充放电单元放电，当该充放电单元的电压低于预设电压时，该开关单元截止。因此，通过上述电平转换电路，当电平输入单元输入高电平时，且出现外部负载异常使得开关单元的第三端的电压处于低电平时，即此时此时电压输出电压为低电平，此时充放电单元进行放电，直到该充放电单元两端的电压低于预设电压时，开关单元截止，从而实现对该外部负载的隔离，解决了由于外部负载故障导致的电平转换电路挂死的问题，使得电平转换电路能重新进行正常工作。

附图说明

图1为本申请电平转换电路的一个示意图；

图2为本申请电平转换电路的另一个示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种电平转换电路以及电子设备，用于当电平输入单元输入高电平时，且出现外部负载异常使得开关单元的第三端的电压处于低电平时，充放电单元放电，当充放电单元的电压低于预设电压时，开关单元截止，实现对故障负载的隔离，解决了由于外部负载故障导致的电平转换电路挂死的问题。

请参阅图1，本发明实施例中电平转换电路的一个实施例包括：

电平输入单元101、充放电单元102、开关单元103以及电平输出单元104；

开关单元103的第一端与该电平输入单元101连接，该开关单元103的第二端与该充放电单元102的第一端连接，该开关单元103的第三端与该充放电单元102的第二端连接，且与该电平输出单元104连接，该充放电单元102的第三端接地；

当该电平输入单元101输入高电平，且与该开关单元103的第三端连接的负载将该开关单元103的第三端的电压拉为低电平时，在该开关单元103截止之前，该充放电单元102放电，当该充放电单元102的电压低于预设电压时，该开关单元103截止。

本申请实施例中，当该电平输入单元101输入高电平，并且与该开关单元103的第三端连接的负载将该开关单元103的第三端的电压拉为低电平时，在该开关单元103截止之前，该充放电单元102放电，当该充放电单元102的电压低于预设电压时，该开关单元103截止。因此，通过上述电平转换电路，当电平输入单元101输入高电平时，且出现外部负载异常使得开关单元103的第三端的电压处于低电平时，即此时输出电平为低电平，此时充放电单元102进行放电，直到该充放电单元102两端的电压低于预设电压时，开关单元103截止，实现对故障负载的隔离，解决了由于外部负载故障导致的电平转换电路挂死的问题。

请参阅图2，本发明的一些实施例中，

本申请实施例中的电平转换电路的开关单元包括开关管；其中，该开关管可以为NMOS管,该NMOS管的漏极、栅极和源极分别为该开关单元的第一端、该开关单元的第二端以及该开关单元的第三端。

该电平转化电路的充放电单元包括第一参考电压V2、第一电阻R1、第二电阻R2以及电容C1；该第一电阻R1的一端与该第一参考电压V2连接，该第一电阻R1的另一端与该第二电阻R2的一端连接，且该电容C1的一端连接；该电容C1的另一端接地；该第一电阻R1的另一端为该充放电单元的第一端，该第二电阻R2的另一端为该充放电单元的第二端。

该电平转换电路的电平输入单元包括第二参考电压V1和第三电阻R3；该第三电阻R3的一端与该第二参考电压V1连接，该第三电阻R3的另一端与该开关单元的第一端连接。

该电平转换电路的电平输出单元包括第一参考电压V2和第四电阻R4；该第四电阻R4的一端与该第一参考电压V2连接，该第四电阻R4的另一端与该开关单元的第一端连接。

下面通过图2进行描述该电平转换电路的工作流程，在系统上电后，第一参考电压V2和第二参考电压V1均上升为一个稳定电压，此时，电容C1通过两条路径进行充电：第一条路径为第一参考电压V2通过第一电阻R1为电容C1充电；第二条路径为第一参考电压V2通过第二电阻R2和第四电阻R4充电；

由于系统刚上电，此时电平转换电路连接的IIC处于空闲状态，此时电平输入电平IIC-IN被第三电阻R3上拉至第二参考电压V1，电平输出电平IIC-OUT被第四电阻R4上拉至第一参考电压V2，即输入电平IIC-IN和电平输出电平均为高电平，所以此时，NMOS管Q1的栅极和源极都为高电平，即此时NMOS管Q1处于截止状态。

当IIC开始工作时，且电平输入单元输入的输入电平IIC-IN为低电平时，此时由于NMOS管Q1的钳位作用，此时输出电平被拉低至0.3V左右，此时Q1的栅极电压等于第一参考电压V2，所以Q1的栅极电压大于Q1的源极电压，即Q1的栅极与Q1的源极的压差大于该Q1的开启电压，所以此时该NMOS管Q1被打开，即Q1导通，那么输入电平IIC-IN＝输出电平IIC-OUT＝0伏特。

当电平输入单元输入的输入电平IIC-IN输出低电平结束，开始输入高电平；输出电平IIC-OUT被第四电阻R4上拉到第一参考电压；此时，NMOS管Q1栅极电压与其源极电压相等，那么可知NMOS管Q1截止，此时IIC-IN和IIC-OUT均为高电平。而此时如果IIC-OUT的电平被外部连接的负载拉低为低电平时，此时IIC-OUT无法被第四电阻R4上拉至高电平，所以IIC-OUT一直处于低电平状态，那么此时NMOS管Q1导通，而此时是由电容C1通过第二电阻R2放电，在该电容C1放电的过程中，该电平转换电路处于挂死状态，即无法执行电平转换的工作；直到该电容C1两端的电压低于该Q1的开启电压时，此时该Q1截止；由于IIC-OUT一至处于低电平状态，所以电容C1无法得到有效充电，所以Q1一直处于截止状态，从而实现了对故障器件的隔离，保护了IIC-IN。

需要说明的是，图2中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及电容C1是通过计算设置为特定的值。

针对电容C1放电至其两端的电压低于预设电压时，Q1截止，其中，该预设电压Vgsth，Vgsth为NMOS管Q1的开启电压，而电容C1的电压为Vp＝V1R1/(R1+R2)，当该电容C1放电至Vp<Vgsth时，Q1截止，那么可以实现对故障器件的隔离，有效地保护IIC-IN所在的链路中某个负载挂死导致的IIC总线挂死的问题。

在本申请实施例中，对于电容C1放电至其电压小于Vgsth的放电时长一般设置为9个IIC CLOCK，而放电时长与电容C1的电容量以及电压有关，所以对于电容C1的电容量需要按照实际需求设置，且由于Vp＝V1R1/(R1+R2)，所以电容C1的电压与第一电阻R1和第二电阻R2相关，所以对于第一电阻R1和第二电阻R2的值在设计时必须根据实际需求计算设计为优选的电阻值。

在电容C1的放电时间内，可以通过IIC-OUT处于低电平的时长来确定该电平转换电路处于挂死状态，即出现外部负载出现异常的状态，那么当超过预设的时长且此时电容C1的电压低于预设电压时，此时Q1截止，实现对该外部负载的隔离，解决了由于外部负载故障导致的电平转换电路挂死的问题。

本申请实施例中，当该电平输入单元输入高电平，并且与该开关单元的第三端连接的负载将该开关单元的第三端的电压拉为低电平时，在该开关单元截止之前，该充放电单元放电，当该充放电单元的电压低于预设电压时，该开关单元截止。因此，通过上述电平转换电路，当电平输入单元输入高电平时，且出现外部负载异常使得开关单元的第三端的电压处于低电平时，即此时电压输出电压为低电平，此时充放电单元进行放电，直到该充放电单元两端的电压低于预设电压时，开关单元截止，实现对故障负载的隔离，解决了由于故障负载导致的电平转换电路挂死的问题。

本申请实施例提供一种电子设备，该电子设备包括如图1或者图2分别对应的电平转换电路，该电平转换电路的具体结构请参考上述图1或图2分别对应的实施例，此处不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电平转换电路，其特征在于，所述电平转换电路包括：电平输入单元、充放电单元、开关单元以及电平输出单元，

所述充放电单元包括第一电阻、第二电阻以及电容；所述第一电阻的第一端与第一参考电压连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，且与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端接地；所述第一电阻的第二端为所述充放电单元的第一端，所述第二电阻的第二端为所述充放电单元的第二端；

所述开关单元的第一端与所述电平输入单元连接，所述开关单元的第二端与所述充放电单元的第一端连接，所述开关单元的第三端与所述充放电单元的第二端连接，且与所述电平输出单元连接。

2.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，

当所述电平输入单元输入高电平，且与所述开关单元的第三端连接的负载将所述开关单元的第三端的电压拉为低电平时，在所述开关单元截止之前，所述充放电单元放电，当所述充放电单元的第一端与所述充放电单元的第三端之间的电压低于预设电压时，所述开关单元截止。

3.根据权利要求2所述的电平转换电路，其特征在于，所述开关单元包括开关管。

4.根据权利要求3所述的电平转换电路，其特征在于，所述开关管包括N型金属-氧化物-半导体NMOS管，所述NMOS管的漏极、栅极和源极分别为所述开关单元的第一端、所述开关单元的第二端以及所述开关单元的第三端。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电平转换电路，其特征在于，Vp＝V2R1/(R1+R2)，其中，所述Vp为所述电容的电压，所述V2为所述第一参考电压，所述R1为所述第一电阻，所述R2为所述第二电阻。

6.根据权利要求4所述的电平转换电路，其特征在于，所述预设电压为所述NMOS管的开启电压。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电平转换电路，其特征在于，所述电平输入单元包括第三电阻；所述第三电阻的一端与第二参考电压连接，所述第三电阻的另一端与所述开关单元的第一端连接。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电平转换电路，其特征在于，所述电平输出单元包括第四电阻；所述第四电阻的一端与所述第一参考电压连接，所述第四电阻的另一端与所述开关单元的第三端连接且与所述充放电单元的第二端连接。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的电平转换电路，其特征在于，所述当所述电平输入单元输入高电平，且与所述开关单元的第三端连接的负载将所述开关单元的第三端的电压拉为低电平时，在所述开关单元截止之前，所述充放电单元放电，当所述充放电单元的电压低于预设电压时，所述开关单元截止包括：

当所述电平输入单元输入高电平，且与所述开关单元的第三端连接的负载将所述开关单元的第三端的电压拉为低电平时，所述充放电单元放电，所述开关单元导通；

当所述充放电单元放电的时长大于预设时长且所述充放电单元的电压低于预设电压时，所述开关单元截止。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至权利要求8中的任一项所述的电平转换电路。

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