CN114124093A - 采样电路及电流采样方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例涉及一种采样电路及电流采样方法，上述电路包括：电流转换模块、调节模块和信号转换模块，所述电流转换模块的第一输入端连接外部的电流输入端，所述电流转换模块的第一输出端连接负载的电压输入端，所述调节模块的第二输入端连接所述电流转换模块的所述第一输出端，所述调节模块的第二输出端连接所述信号转换模块的第三输入端，由本电路，可以实现通过利用电流转换模块输出目标电压，再由调节模块对目标电压进行调节处理，之后利用信号转换模块基于调节处理后的目标电压输出目标值完成采样，进而实现在不使用不同的采样电阻和可调放大倍数的放大器的情况下构成采样电路，减小了电路占用面积，降低了成本。

Description

采样电路及电流采样方法

技术领域

本公开实施例涉及电流处理技术领域，尤其涉及一种采样电路及电流采样方法。

背景技术

目前，随着科学技术的日益发展，电子设备被广泛应用在餐饮、工矿、高新技术等产业中，根据不同的使用需求，这些电子设备需要具备相应的功能以满足需求，而其中部分功能的实现就需要芯片的参与，所以芯片的更新完善也成为了至关重要的问题。

但是，芯片由若干电路构成并共同完成功能的实现，其中，传统的电流采样电路是利用电阻的电流电压转换特性将电流信号转换为电压信号再对电压信号进行采样，若电压信号较小则需要放大电路将电压放大再进行采样，这种电路会因为需要进行电流大小的区分以及不同的采样电阻和可调放大倍数的放大器，所以电路会被大面积占用，成本高。

发明内容

鉴于此，为解决上述电路会占用面积大，成本高技术问题，本公开实施例提供一种采样电路及电流采样方法。

第一方面，本公开实施例提供一种采样电路，上述电路包括：

电流转换模块、调节模块和信号转换模块；

上述电流转换模块的第一输入端连接外部的电流输入端，上述电流转换模块的第一输出端连接负载的电压输入端；

上述调节模块的第二输入端连接上述电流转换模块的上述第一输出端，上述调节模块的第二输出端连接上述信号转换模块的第三输入端；

其中，上述电流转换模块将电流输入端输出的目标电流进行转换处理，得到目标电压，上述调节模块对上述目标电压进行调节处理，上述信号转换模块基于调节处理后的上述目标电压输出目标值。

可选地，在本公开任一实施例的电路中，上述电流转换模块包括：二极管；

将上述二极管的输入端作为上述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；

将上述二极管的输出端上述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

可选地，在本公开任一实施例的电路中，上述调节模块包括：缓冲器；将上述缓冲器的输入端作为上述调节模块的第二输入端，连接上述电流转换模块的第一输出端；

将上述缓冲器的输出端作为上述调节模块的第二输出端，连接上述信号转换模块的上述第三输入端。

可选地，在本公开任一实施例的电路中，上述信号转换模块包括：模数转换器；

将上述模数转换器的输入端作为连接上述调节模块的上述第二输出端。

可选地，在本公开任一实施例的电路中，上述电流转换模块包括：PNP型三极管(PNPtype triode，电流从发射极E流入的三极管)；

将上述PNP型三极管的发射极端作为上述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；

将上述PNP型三极管的基极和集电极端上述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

可选地，在本公开任一实施例的电路中，上述电流转换模块包括：NPN型三极管(NPN type triode，电流从发射极E流出的三极管)；

将上述NPN型三极管的基极和集电极端作为上述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；

将上述NPN型三极管的发射极端上述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

可选地，在本公开任一实施例的电路中，上述电流转换模块包括：PMOS晶体管(positive channel Metal Oxide Semiconductor，MOS管)，

将上述PMOS晶体管的源极端作为上述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；

将上述PMOS晶体管的漏极端上述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

第二方面，本公开实施例提供一种采样方法，上述方法包括：

将上述第一输入端输入的上述目标电流转换为上述目标电压在上述第一输出端输出至上述第二输入端，其中，上述第二输入端与上述第一输出端连接；

将上述第二输入端输入的上述目标电压进行调节处理后在上述第二输出端输出至上述第三输入端，其中，上述第三输入端与上述第二输出端连接；

将上述第三输入端输入的调节处理后的上述目标电压进行信号转换后输出上述目标值；

可选地，在本公开任一实施例的方法中，上述将上述第一输入端输入的上述目标电流转换为上述目标电压在上述第一输出端输出，包括：

通过二极管将输入的上述目标电流转换为上述目标电压；

上述将上述第二输入端输入的上述目标电压进行调节处理后在上述第二输出端输出，包括：

利用缓冲器对上述目标电压进行防干扰的调节处理；

将上述调节后的目标电压利用模数转换器进行模数转换后输出目标值。

可选地，在本公开任一实施例的方法中，上述在将上述第三输入端输入的调节处理后的上述目标电压进行信号转换后输出上述目标值后，还包括：

从关联关系中确定上述目标值对应的目标电流的大小，其中，上述关联关系中存储有多组不同的数值与电流的对应关系。

本公开实施例提供的采样电路，先通过上述电流转换模块的第一输入端连接外部的电流输入端，上述电流转换模块的第一输出端连接负载的电压输入端，利用上述电流转换模块将电流输入端输出的目标电流进行转换处理，得到目标电压。再通过上述调节模块的第二输入端连接上述电流转换模块的上述第一输入端，利用上述调节模块对上述目标电压进行调节处理。之后上述调节模块的第二输出端连接上述信号转换模块的第三输入端，利用上述信号转换模块基于调节处理后的上述目标电压输出目标值。由本电路，可以实现通过利用电流转换模块输出目标电压，再由调节模块对目标电压进行调节处理，之后利用信号转换模块基于调节处理后的目标电压输出目标值完成采样，进而实现在不使用不同的采样电阻和可调放大倍数的放大器的情况下构成采样电路，减小了电路占用面积，降低了成本。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种采样电路的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的另一种采样电路的结构示意图；

图3为本公开实施例提供的又一种采样电路的结构示意图；

图4本公开实施例提供的一种采样方法的流程示意图；

图5为本公开实施例提供的一种电流电压转换特性的曲线图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值并不限制本公开的范围。

本领域技术人员可以理解，本公开实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等对象，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的逻辑顺序。

还应理解，在本公开实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。

还应理解，对于本公开实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。

另外，本公开中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本公开中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还应理解，本公开对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，上述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为便于对本公开实施例的理解，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

图1为本公开实施例提供的一种采样电路的结构示意图，如图1所示，该采样电路具体包括：

电流转换模块10、调节模块20和信号转换模块30；

上述电流转换模块10的第一输入端连接外部的电流输入端，上述电流转换模块10的第一输出端连接负载的电压输入端；

上述调节模块20的第二输入端连接上述电流转换模块10的上述第一输入端，上述调节模块20的第二输出端连接上述信号转换模块30的第三输入端。

其中，上述电流转换模块10将电流输入端输入的目标电流进行转换处理，得到目标电压，上述调节模块20对上述目标电压进行调节处理，上述信号转换模块30基于调节处理后的上述目标电压输出目标值。

进一步地，电流转换模块10将第一输入端输入的电流转换后在第一输出端输出电压，以提供信号转换模块30进行信号转化的电压，以及调节模块20将电流转换模块10输出的电压进行调节处理，以防止干扰信号转换模块30的输入源。

目标值的输出过程可以是，目标电流由电流转换模块10的第一输入端输入，电流转换模块10将目标电流转换得到目标电压，并将目标电压在第一输出端输出；目标电压通过与第一输出端连接的第二输入端输入调节模块20，调节模块20将目标电压进行调节处理得到调节处理后的目标电压，并将调节处理后的目标电压在第二输出端输出；调节处理后的目标电压通过与第二输出端连接的第三输入端输入信号转换模块30，信号转换模块30将调节处理后的目标电压进行处理后得到目标值。

本公开实施例提供的采样电路，可以实现通过利用电流转换模块输出目标电压，再由调节模块对目标电压进行调节处理，之后利用信号转换模块基于调节处理后的目标电压输出目标值完成采样，进而实现在不使用不同的采样电阻和可调放大倍数的放大器的情况下构成采样电路，减小了电路占用面积，降低了成本。

可选地，在本公开实施例中，上述电流转换模块包括：二极管。

可选地，在本公开实施例中，上述调节模块包括：缓冲器。

可选地，在本公开实施例中上述信号转换模块包括：模数转换器。

以下将以电流转换模块为二极管、调节模块为缓冲器、信号转换模块为模数转换器，对本发明实施例涉及的采样电路进行介绍。

图2为本公开实施例提供的另一种采样电路的结构示意图，如图2所示，该采样电路具体包括：

二极管D1、缓冲器21和模数转换器31；

二极管D1的输入端连接外部的电流输入端，二极管D1的输出端连接负载的电压输入端；

缓冲器21的输入端连接二极管D1的输入端，缓冲器21的输出端连接模数转换器31的输入端。

其中，二极管D1将电流输入端输入的目标电流进行转换处理，得到目标电压，缓冲器21对上述目标电压进行调节处理，模数转换器31基于调节处理后的上述目标电压输出目标值。

进一步地，二极管D1将输入端输入的电流转换为电压后在输出端输出电压，以提供模数转换器31进行信号转化的电压，以及缓冲器21将二极管D1输出的电压进行调节处理，以防止干扰模数转换器31的输入源。

目标值的输出过程可以是，目标电流由二极管D1的输入端输入，二极管D1将目标电流转换得到目标电压，并将目标电压在输出端输出；目标电压通过与二极管D1输出端连接的缓冲器21输入端输入缓冲器21，缓冲器21将目标电压进行调节处理得到调节处理后的目标电压，并将调节处理后的目标电压在输出端输出；调节处理后的目标电压通过与缓冲器21输出端连接的模数转换器31输入端输入模数转换器31，模数转换器31将调节处理后的目标电压进行处理后得到目标值。

本公开实施例提供的采样电路，可以实现通过利用二极管对电流进行电压转换，输出目标电压，再由缓冲器对目标电压进行调节处理，之后利用模数转换器基于调节处理后的目标电压输出目标值完成采样，进而实现在使用二极管进行电流电压转换的情况下构成采样电路，减小了电路占用面积，降低了成本。

为便于更好理解采样电路，以下通过图3进行具体说明。

图3为本公开实施例提供的又一种采样电路的结构示意图，如图3所示，该采样电路具体包括：

电流转换模块10、调节模块20和信号转换模块30；

电流转换模块10包括：二极管D1；

二极管D1的输入端连接外部的电流输入端，二极管D1的输出端连接负载的电压输入端。

其中，二极管D1位于外部的电流输入端Iin与外部的电流输出端Iout，在电流输出端Iout连接接地端C1。

调节模块20包括：隔离/放大缓冲器21；

隔离/放大缓冲器21的输入端连接二极管D1的输入端，隔离/放大缓冲器21的输出端连接模数转换器31的输入端。

其中，隔离/放大缓冲器21的同相端为输入端输入电压，反相端连接连接点1，连接点1与连接点3之间连接开关K1，连接点1与连接点2之间连接开关K2，连接点2连接电阻R1与电阻R2，电阻R1连接接地端C4，电阻R2与连接点3之间连接开关K3，连接点3连接电压输出端Vin。

信号转换模块30包括：模数转换器31。

其中，模数转换器31连接接地端C2和接地端C3。

进一步地，二极管D1将电流输入端输入的目标电流进行转换处理，得到目标电压，隔离/放大缓冲器21对上述目标电压进行调节处理，模数转换器31基于调节处理后的上述目标电压输出目标值。

更进一步地，二极管D1将输入端输入的电流转换为电压后在输出端输出电压，以提供模数转换器31进行信号转化的电压，以及隔离/放大缓冲器21将二极管D1输出的电压进行隔离和/或放大处理，以防止干扰模数转换器31的输入源。

目标值的输出过程可以是，目标电流由外部电流输入端Iin输入，由连接外部电流输入端的二极管D1输入端输入，二极管D1将目标电流转换得到目标电压，并将目标电压在输出端输出；目标电压通过与二极管D1输出端连接的隔离/放大缓冲器21输入端输入隔离/放大缓冲器21，隔离/放大缓冲器21将目标电压进行隔离和/或放大处理后得到隔离和/或放大后的目标电压，并将隔离和/或放大后的目标电压在输出端输出；隔离和/或放大后的目标电压通过与隔离/放大缓冲器21输出端连接的模数转换器31电压输入端Vin输入模数转换器31，模数转换器31将隔离和/或放大后的目标电压进行模数转换后得到目标值。

作为示例，目标电流由输入端Iin输入，由连接外部电流输入端的二极管D1输入端输入，二极管D1将电流转换为电压得到目标电压数值为559mV，在二极管D1的输出端输出，目标电压通过与二极管D1输出端连接的隔离/放大缓冲器21的输入端Vin输入隔离/放大缓冲器21，当仅需要进行隔离时，仅需要闭合输入输出直连的开关K1，当需要进行放大时将与输入和电阻相连的开关K2及输出相连的开关K3闭合，接地相连的电阻R1和输入输出相连的电阻R2的实际数值根据放大比例的需求进行调整，当运放增益足够大，其放大倍数为1倍及以上，此处可以取放大一倍，得到放大后的目标电压为1118mV，隔离/放大缓冲器21将目标电压进行放大处理后在输出端输出；放大后的目标电压通过与隔离/放大缓冲器21输出端连接的模数转换器31电压输入端Vin输入模数转换器31，模数转换器31将放大后的目标电压进行模数转换后得到的具体数字量，具体数字量可以是1118，确定为目标值，输出目标值之后，在隔离/放大缓冲器21的电压输出端Vout输出目标值，由MCU(MicrocontrollerUnit，微处理器)41进行数据表查询后计算得到实际电流数值为100nA，以此测得实际电流数值。

图2或图3中的电流转换模块中的二极管还可以采用其它电子元器件进行替换。

可选地，在本公开实施例中，采用PNP型三极管替代电流转换模块中的二极管，也即，电流转换模块包括：PNP型三极管。

进一步地，将上述PNP型三极管的发射极端作为上述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；将上述PNP型三极管的基极和集电极端上述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

可选地，在本公开实施例中，采用NPN型三极管替代电流转换模块中的二极管，也即，电流转换模块包括：NPN型三极管。

进一步地，将上述NPN型三极管的基极和集电极端作为上述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；

将上述NPN型三极管的发射极端上述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

可选地，在本公开实施例中，采用PMOS晶体管替代电流转换模块中的二极管，也即，电流转换模块包括：PMOS晶体管。

进一步地，将上述PMOS晶体管的源极端作为上述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；

将上述PMOS晶体管的漏极端上述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

根据实际需求，上述电流转换模块中可以是二极管也可以是PMOS晶体管等，这里不作具体限定。

以上述实施例中的采样电路为例，对电流采样方法进行介绍。

图4本公开实施例提供的一种采样方法的流程示意图，如图4所示，具体包括：

步骤401，将上述第一输入端输入的上述目标电流转换为上述目标电压在上述第一输出端输出至上述第二输入端，其中，上述第二输入端与上述第一输出端连接。

具体地，通过二极管将输入的上述目标电流转换为上述目标电压。

在本公开实施例中，二极管的输入端连接外部电流输入端，电流在电流输入端输入后由二极管的输入端输入二极管，二极管将电流转换为电压后在连接负载的电压输入端输出。

步骤402，将上述第二输入端输入的上述目标电压进行调节处理后在上述第二输出端输出至上述第三输入端，其中，上述第三输入端与上述第二输出端连接。

具体地，利用缓冲器对上述目标电压进行防干扰的调节处理。

在本公开实施例中，电压由缓冲器的输入端输入，缓冲器将输入的电压进行调节处理后，在连接模数转换器输入端的输出端输出调节处理后的电压。

步骤403，将上述第三输入端输入的调节处理后的上述目标电压进行信号转换后输出上述目标值。

具体地，将上述调节后的目标电压利用模数转换器进行模数转换后输出目标值。

在本公开实施例中，调节后的电压由模数转换器的输入端输入，模数转换器将输入的电压进行模数转换得到实际数值。

具体地，从关联关系中确定上述目标值对应的目标电流的大小，其中，上述关联关系中存储有多组不同的数值与电流的对应关系。

在本公开实施例中，根据数据表查找模数转换输出值，以此得到实际电流大小数值，在已经制成的数据表中，根据模数转换输出值查找对应的电流值，该数据表由输入的电流值与模数转换器的输出值一一对应的形式制作。

可选地，在本公开实施例中，还可以由表达式推算电流数值，通过直接测量或模数转换器采集二极管电流电压转换特性得到如图5所示为电流电压转换特性曲线图，并制表或作图后使用MATLAB(matrix&laboratory，一款商业数学计算软件)对得到的电压曲线进行拟合得到电流/电压的表达式，推算电流数值，进而得到电流数值。

本公开实施例提供的采样电路，先通过上述电流转换模块的第一输入端连接外部的电流输入端，上述电流转换模块的第一输出端连接负载的电压输入端，利用上述电流转换模块将电流输入端输出的目标电流进行转换处理，得到目标电压。再通过上述调节模块的第二输入端连接上述电流转换模块的上述第一输出端，利用上述调节模块对上述目标电压进行调节处理。之后上述调节模块的第二输出端连接上述信号转换模块的第三输入端，利用上述信号转换模块基于调节处理后的上述目标电压输出目标值。由本电路，可以实现通过利用电流转换模块输出目标电压，再由调节模块对目标电压进行调节处理，之后利用信号转换模块基于调节处理后的目标电压输出目标值完成采样，进而实现在不使用不同的采样电阻和可调放大倍数的放大器的情况下构成采样电路，减小了电路占用面积，降低了成本。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开的范围。

以上所述的具体实施方式，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施方式而已，并不用于限定本公开的保护范围，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采样电路，其特征在于，所述电路包括：

电流转换模块、调节模块和信号转换模块；

所述电流转换模块的第一输入端连接外部的电流输入端，所述电流转换模块的第一输出端连接负载的电压输入端；

所述调节模块的第二输入端连接所述电流转换模块的所述第一输出端，所述调节模块的第二输出端连接所述信号转换模块的第三输入端；

其中，所述电流转换模块将所述电流输入端输出的目标电流进行转换处理，得到目标电压，所述调节模块对所述目标电压进行调节处理，所述信号转换模块基于调节处理后的所述目标电压输出目标值。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电流转换模块包括：二极管，

将所述二极管的输入端作为所述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；

将所述二极管的输出端所述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述调节模块包括：缓冲器，

将所述缓冲器的输入端作为所述调节模块的第二输入端，连接所述电流转换模块的第一输出端；

将所述缓冲器的输出端作为所述调节模块的第二输出端，连接所述信号转换模块的所述第三输入端。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述信号转换模块包括：模数转换器，

将所述模数转换器的输入端作为连接所述调节模块的所述第二输出端。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电流转换模块包括：PNP型三极管，

将所述PNP型三极管的发射极端作为所述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；

将所述PNP型三极管的基极和集电极端所述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电流转换模块包括：NPN型三极管，

将所述NPN型三极管的基极和集电极端作为所述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；

将所述NPN型三极管的发射极端所述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电流转换模块包括：PMOS晶体管，

将所述PMOS晶体管的源极端作为所述电流转换模块的第一输入端，连接外部的电流输入端；

将所述PMOS晶体管的漏极端所述电流转换模块的第二输入端，连接负载的电压输入端。

8.一种电流采样方法，其特征在于，包括：

将所述第一输入端输入的所述目标电流转换为所述目标电压在所述第一输出端输出至所述第二输入端，其中，所述第二输入端与所述第一输出端连接；

将所述第二输入端输入的所述目标电压进行调节处理后在所述第二输出端输出至所述第三输入端，其中，所述第三输入端与所述第二输出端连接；

将所述第三输入端输入的调节处理后的所述目标电压进行信号转换后输出所述目标值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将所述第一输入端输入的所述目标电流转换为所述目标电压在所述第一输出端输出，包括：

通过二极管将输入的所述目标电流转换为所述目标电压；

所述将所述第二输入端输入的所述目标电压进行调节处理后在所述第二输出端输出，包括：

利用缓冲器对所述目标电压进行防干扰的调节处理；

将所述调节后的目标电压利用模数转换器进行模数转换后输出目标值。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述将所述第三输入端输入的调节处理后的所述目标电压进行信号转换后输出所述目标值后，还包括：

从关联关系中确定所述目标值对应的目标电流的大小，其中，所述关联关系中存储有多组不同的数值与电流的对应关系。

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