CN113037271B - 一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路，涉及控制电路技术领域。包括信号输出电路、电压比较电路和开关电路；信号输出电路向电压比较电路输入比较信号Uin；电压比较电路通过开关电路与达林顿晶体管连接；达林顿晶体管的输出端串联负载至电压源VS。本发明通过设置电压比较器、三极管、二极管、电阻和电容等元器件构成电压比较电路和开关电路；在无MCU控制的情况下通过硬件信号可实现开关模拟量的采集及互斥输出，配合达林顿晶体管可实现继电器驱动、电机驱动驱动、灯驱动、显示屏驱动功能；具有电路简单、成本低、安全可靠、响应快。

Description

一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路
技术领域
本发明属于控制电路技术领域，特别是涉及一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路。
背景技术
一般信号可分为两大类：模拟信号(连续信号)和数字信号(离散信号)。模拟信号是指用连续变化的物理量所表示的信息，可以在任意时间呈现为任意数值的信号，通常又可把模拟信号称为连续信号；数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，通可称为离散信号。由于模拟信号的信息密度高，在实际应用中，经常通过多路开关信号复用同一个模拟通道，此时MCU需要根据模拟数值解析出对应的开关信号。
模拟信号采集优点：精确的分辨率、信息密度高、无量化误差；模拟信号采集缺点：模拟信号相对于数字信号在传输过程中更容易被噪声影响，但可以通过硬件滤波、软件滤波以及增大各个采集开关模拟量的阈值改善信号、降低噪声影响，使采集的模拟信号数据更加准确。
随着车身电子功能越来越丰富及人们安全意识的提高，人们对车身电子也有了更高的要求。车身电子诸多功能是通过MCU采集判断各开关信号来执行相应功能，但车身环境相对复杂，存在着许多因素可能会导致MCU失效。一旦MCU发生失效，MCU控制的基本功能无法得到保证，进而可能会影响到乘客的行车安全。
本设计的模拟信号采集互斥输出电路，在无MCU控制的情况下可实现开关模拟量的采集及互斥输出，电路简单、成本低、安全可靠、响应快。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路，通过设置电压比较器、三极管、二极管、电阻和电容等元器件构成电压比较电路和开关电路；在无MCU控制的情况下通过硬件信号可实现开关模拟量的采集及互斥输出，配合达林顿晶体管可实现继电器驱动、电机驱动驱动、灯驱动、显示屏驱动功能；具有电路简单、成本低、安全可靠、响应快。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路，包括信号输出电路、电压比较电路和开关电路；所述信号输出电路向电压比较电路输入比较信号Uin；所述电压比较电路通过开关电路与达林顿晶体管连接；
所述信号输出电路包括单刀双掷开关S1；所述单刀双掷开关S1的静触点接地，所述单刀双掷开关S1的动触点SW_P串联电阻R9至电压比较电路的输入端；所述单刀双掷开关S1的动触点SW_N串联电阻R11至电压比较电路的输入端；
所述电压比较电路包括电压比较器U1A和电压比较器U1B；所述电压比较器U1A的反相输入端串联一电阻R5至信号输出电路的输出端；所述电阻R5与输出电路的输出端的中间连接点与二极管D1的负极连接；所述二极管D1的正极串联一电阻R3至电压源VCC；所述电压比较器U1A的同相输入端串联电阻R7至电压源VCC；所述电压比较器U1A的供电端与电压源VCC连接；所述电压比较器U1A的接地端接地；所述电压比较器U1A的供电端与输出端之间串联一电阻R4；所述电压比较器U1A的输出端串联一电阻R6至达林顿晶体管的输入端；
所述电压比较器U1B的反相输入端串联一电阻R14至信号输出电路的输出端；所述电压比较器U1B的同相输入端串联电阻R16至电压源VCC；所述电压比较器U1B的输出端串联电阻R15至林顿晶体管的输入端的输入端；所述电压比较器U1B的输出端与电阻R15的中间连接点串联一电阻R13至电压源VCC；
所述开关电路包括三极管Q2；所述三极管Q2的集电极接入到电阻R6与达林顿晶体管输入端的中间连接点；所述三极管Q2的基极串联一电阻R10至电压比较器U1B输出端与电阻R15的中间连接点；所述三极管Q2的发射极接地；所述三极管Q2的发射极与基极之间串联一电阻R12；
达林顿晶体管的输出端串联负载至电压源VS。
进一步地，所述动触点SW_P与电阻R9之间连接有一接地电容C2；所述动触点SW_N与电阻R11之间连接有一接地电容C3。
进一步地，所述电压比较器U1A的同相输入端与电阻R7的中间连接点与电阻R8的一端连接；所述电阻R8的另一端接地。
进一步地，所述电压比较器U1A的供电端与电压源VCC之间连接有一接地电容C1。
进一步地，所述电压比较器U1B的同相输入端与电阻R16的中间连接点与电阻R17的一端连接；所述电阻R17的另一端接地。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过设置电压比较器、三极管、二极管、电阻和电容等元器件构成电压比较电路和开关电路；在无MCU控制的情况下通过硬件信号可实现开关模拟量的采集及互斥输出，配合达林顿晶体管可实现继电器驱动、电机驱动驱动、灯驱动、显示屏驱动功能；具有电路简单、成本低、安全可靠、响应快。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路的电路图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路，包括信号输出电路、电压比较电路和开关电路；信号输出电路向电压比较电路输入比较信号Uin；电压比较电路通过开关电路与达林顿晶体管连接；
信号输出电路包括单刀双掷开关S1；单刀双掷开关S1的静触点接地，单刀双掷开关S1的动触点SW_P串联电阻R9至电压比较电路的输入端；单刀双掷开关S1的动触点SW_N串联电阻R11至电压比较电路的输入端；动触点SW_P与电阻R9之间连接有一接地电容C2；动触点SW_N与电阻R11之间连接有一接地电容C3；
电压比较电路包括电压比较器U1A和电压比较器U1B；电压比较器U1A的反相输入端串联一电阻R5至信号输出电路的输出端；电阻R5与输出电路的输出端的中间连接点与二极管D1的负极连接；二极管D1的正极串联一电阻R3至电压源VCC；电压比较器U1A的同相输入端串联电阻R7至电压源VCC；电压比较器U1A的同相输入端与电阻R7的中间连接点与电阻R8的一端连接；电阻R8的另一端接地；电压比较器U1A的供电端与电压源VCC连接；电压比较器U1A的供电端与电压源VCC之间连接有一接地电容C1；电压比较器U1A的接地端接地；电压比较器U1A的供电端与输出端之间串联一电阻R4；电压比较器U1A的输出端串联一电阻R6至达林顿晶体管的输入端；
其中，电压比较器U1A的同相输入端接收参考信号U1a；电压比较器U1A的输出端输出电压信号Uout_p；电压比较器U1A的向达林顿晶体管输出信号LIMP_SW_P；
电压比较器U1B的反相输入端串联一电阻R14至信号输出电路的输出端；电压比较器U1B的同相输入端串联电阻R16至电压源VCC；电压比较器U1B的同相输入端与电阻R16的中间连接点与电阻R17的一端连接；电阻R17的另一端接地；电压比较器U1B的输出端串联电阻R15至林顿晶体管的输入端的输入端；电压比较器U1B的输出端与电阻R15的中间连接点串联一电阻R13至电压源VCC；
其中，电压比较器U1B的同相输入端接收参考信号U1b；电压比较器U1B的输出端输出电压信号Uout_n；电压比较器U1B的向达林顿晶体管输出信号LIMP_SW_N；
开关电路包括三极管Q2；三极管Q2的集电极接入到电阻R6与达林顿晶体管输入端的中间连接点；三极管Q2的基极串联一电阻R10至电压比较器U1B输出端与电阻R15的中间连接点；三极管Q2的发射极接地；三极管Q2的发射极与基极之间串联一电阻R12；
达林顿晶体管的输出端串联负载至电压源VS。
实施例一：本实施例为一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路的工作原理：通过配置Uin、U1a、U1b的分压值，在开关SW_P闭合时，当U1b＜Uin＜U1a，使Uout_n＝0V，Q2断开，Uout_p＝VCC；在开关SW_N闭合时，当Uin＜U1b＜U1a，使Uout_n＝VCC，Q2导通，Uout_p＝0V；从而实现开关模拟信号检测及互斥输出的效果。
作为电路的应用，该电路可用于系统的Limp_Home(跛行模式：指电控设备出现故障时，模块仍旧能够完成最低要求的基本功能)，在MCU失效时，系统自动切换至该Limp_Home，使其发挥作用。
其中，电压比较电路的工作原理为：当信号输出电路输出的比较信号Uin高于参考信号U1a时，电压比较器U1A输出低电平；当信号输出电路输出的比较信号Uin低于参考信号U1a时，电压比较器U1A输出高电平，即：
Uin＞U1a时，Uout_p＝0V；
Uin＜U1a时，Uout_p＝VCC；
当信号输出电路输出的比较信号Uin高于参考信号U1b时，电压比较器U1B输出低电平；当信号输出电路输出的比较信号Uin低于参考信号U1b时，电压比较器U1B输出高电平，即：
Uin＞U1b时，Uout_n＝0V；
Uin＜U1b时，Uout_n＝VCC；
由R16、R17对VCC分压，R16、R17对VCC分压知：
当开关SW_P断开、SW_N断开时，Uin＝VCC，则Uin＞U1a，Uin＞U1b，Uout_p＝0，Uout_n＝0，Q2断开，LIMP_SW_P与LIMP_SW_N信号均输出低电平信号；
当开关SW_P闭合，且满足U1b＜Uin＜U1a时，Uout_n＝0V，Q2断开，Uout_p＝VCC，LIMP_SW_P与LIMP_SW_N信号互斥输出，由于则
当开关SW_N闭合，且满足Uin＜U1b＜U1a时，Uout_n＝VCC，Q2导通，Uout_p＝0V，LIMP_SW_P与LIMP_SW_N信号互斥输出，由于则
为模拟开关检测互斥输出设置参数时，应使U1a与U1b间的门限值及Uin与U1b间的门限值足够的宽，避免开关误判。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (2)

1.一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路，其特征在于：包括信号输出电路、电压比较电路和开关电路；
所述信号输出电路向电压比较电路输入比较信号Uin；所述电压比较电路通过开关电路与达林顿晶体管连接；
所述信号输出电路包括单刀双掷开关S1；所述单刀双掷开关S1的静触点接地，所述单刀双掷开关S1的动触点SW_P串联电阻R9至电压比较电路的输入端；所述单刀双掷开关S1的动触点SW_N串联电阻R11至电压比较电路的输入端；
所述电压比较电路包括电压比较器U1A和电压比较器U1B；所述电压比较器U1A的反相输入端串联一电阻R5至信号输出电路的输出端；所述电阻R5与输出电路的输出端的中间连接点与二极管D1的负极连接；所述二极管D1的正极串联一电阻R3至电压源VCC；所述电压比较器U1A的同相输入端串联电阻R7至电压源VCC；所述电压比较器U1A的供电端与电压源VCC连接；所述电压比较器U1A的接地端接地；所述电压比较器U1A的供电端与输出端之间串联一电阻R4；所述电压比较器U1A的输出端串联一电阻R6至达林顿晶体管的输入端；
所述电压比较器U1B的反相输入端串联一电阻R14至信号输出电路的输出端；所述电压比较器U1B的同相输入端串联电阻R16至电压源VCC；所述电压比较器U1B的输出端串联电阻R15至林顿晶体管的输入端的输入端；所述电压比较器U1B的输出端与电阻R15的中间连接点串联一电阻R13至电压源VCC；
所述开关电路包括三极管Q2；所述三极管Q2的集电极接入到电阻R6与达林顿晶体管输入端的中间连接点；所述三极管Q2的基极串联一电阻R10至电压比较器U1B输出端与电阻R15的中间连接点；所述三极管Q2的发射极接地；所述三极管Q2的发射极与基极之间串联一电阻R12；
达林顿晶体管的输出端串联负载至电压源VS；
所述电压比较器U1A的同相输入端与电阻R7的中间连接点与电阻R8的一端连接；所述电阻R8的另一端接地；
所述电压比较器U1A的供电端与电压源VCC之间连接有一接地电容C1；
所述电压比较器U1B的同相输入端与电阻R16的中间连接点与电阻R17的一端连接；所述电阻R17的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种快速响应的模拟信号检测互斥输出电路，其特征在于，所述动触点SW_P与电阻R9之间连接有一接地电容C2；所述动触点SW_N与电阻R11之间连接有一接地电容C3。
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