CN1158172A - 电压参考装置，伏特表，电池电压检测装置和无线通信设备 - Google Patents

Abstract

从输入参考电压得出多个电压的电压参考装置是已知的。已知的装置应用了固定的电阻分压器。本发明提供了灵活的电压参考装置，其中可消除在输入参考电压中的不精确性，并且可容易地从所得出的参考电压得到多个精确电压。此装置包括可数字控制的电位器，其滑动头被连接到多路复接器上，它用于把滑动头多路复接到差分放大器的一个输入端和多个输出端上。电压参考装置还被应用于伏特表和在电话手机中的电池减法器以便共用硬件。

Description

电压参考装置，伏特表，电池电压检测 装置和无线通信设备

本发明涉及用于从相对地不精确的输入参考电压源提供精确的输出电压的电压参考装置，此装置包括差分放大器，其第一输入端连接到输入参考电压源，而其输出端连接到此差分放大器的第二输入端，其输出端提供精确的输出电压。

本发明还涉及伏特表，电池电压检测装置和无线通信设备。

以上这种电压参考装置可从美国专利No.5,281,906中得知。参考电压被馈送到差分放大器的一个输入端，其输出则用电阻耦合到另一个输入端。输出参考电压从差分放大器的输出和从连接到地的电阻串联装置的连接点以抽头方式给出，差分放大器的反馈电阻是该电阻串联装置的一部分。虽然这样的电路提供多个参考电压，但由于它的固定结构，它并不考虑输入参考电压源的不精确性。

本发明的一个目的是提供考虑到输入电压参考源的不精确性、并且具有灵活结构的上述这种电压参考装置。

在这方面按照本发明的电压参考装置的特征在于，其输出通过以可数字方式控制的电位器耦合到电源端子，该电位器的可编程滑动头被连接到第二输入端以便调整输入参考电压源的不精确性。本发明基于这样的观点，即对电位器的滑动头的共同使用既是为了调整输入电压以使输入参考电压源中的不精确性在差分放大器的输出电压中可被消除，也是为了在可能情况下进一步得到更精确的输出电压。

在按照本发明的电压参考装置的实施例中，该装置含有至少另一个输出端，用于提供能从差分放大器的输出电压中得出的更精确的输出电压，还包括数字控制的复用器，用于把滑动头多路复接到第二输入端和至少一个另外的输出端。由此，一旦调整后，可从差分放大器的输出电压中得出任意多个想要的精确输出电压。

在各从属权利要求中提出了另一些实施例。有利的方式是，差分放大器的反馈元件是个电容器，为了提供更精确电压而连接到多路复接器输出端的元件也是电容器。由此，调整和复接可很容易地借助于装入数字控制器中的软件而完成。然后，一旦输入参考电源，例如带隙参考源(bandgap-reference source)，被连接到差分放大器后，按照选择，某些输出就可被调整，经校正的滑动头的值可被存储在非易失性存储器中，而其它输出可在以后予以调整，更为可取的是根据某些其它外部参量可动态地进行调整。后面的这类调整，当电压参考装置是诸如无绳电话那样的无线数字通信设备的一部分时，是很有利的，在这些通信设备中至少有某些工作电压必须是动态地确定的，例如调谐电压，用于确定调制深度的控制电压等。由于其灵活性，这种电压参考装置也可被方便地集成在伏特表中，以及在无线数字通信设备的电池电压检测装置中。这样，本发明提供了带有多路复接功能的电压装置的最大灵活性。特别是，在像无线数字通信设备一类的设备中，当把本发明实现在集成电路中以便更容易满足要求缩小无线设备的趋向时，这样的多路复接功能可导致减小芯片的面积。

现在将参照附图，以实例的方式描述本发明，其中

图1示意性地显示无线数字通信系统，

图2显示了在无线数字通信系统中使用的无线数字通信设备的方框图；

图3显示了按照本发明的电压参考装置的方框图；

图4显示了含有按照本发明的电压参考装置的伏特表；

图5显示了在按照本发明的电压参考装置中数字控制的多路复接器；

图6显示了在按照本发明的电压参考装置中的数字控制的电位器，以及

图7显示了使用按照本发明的伏特表的按照本发明的电池电压检测装置。

在所有图中，同样的参考数字用于同样的部件。

图1示意性地显示了无线数字通信系统1，在给定的例子中是按照由ETSI(欧洲电信标准局)进行标准化的DECT(欧洲数字无绳电话)标准的数字无绳电话系统。系统1包括被连接到公共交换电话网PSTN的无线基站BS1和BS2。还显示了无绳手机HS1，HS2和HS3，它们被安排来用于和被授权与其通信的基站进行双向通信。虽然无绳系统是以最简单的形式显示的，但是更精巧的系统概念也是可能的，例如与带无绳分机的PABX(专用自动分机交换机)的组合，构成带有漫游的微蜂窝区的Telepoint站，等等。本发明可被包括在这样的系统的接收发射机中，而且也可被包括在任何其它适用的设备或系统中。

图2显示了无线数字通信设备HS1，例如DECT无绳手机的方框图，它包括接收机20，具有接收机前端21，混频器22，和解调器23。设备HS1还包括发射机24，它具有脉冲成形滤波器25，调制器26，混频器27和发射功率放大器28。在RF(射频)端，接收机20和发射机24被连接到收/发开关29，而开关又被连接到天线30上。在LF(低频)端，接收机20和发射机24通过音频处理器33连接到电话接收机或扬声器31和微音器32。为了调谐到想要的无线信道，手机HS1包括一可控的频率源34。手机HS1由微控制器35控制，它被连接到接收机20，发射机24，可控的频率源，还连接到供用户控制手机HS1的键盘36。微控制器35包括RAM，ROM和其它非易失性存储器(未示出)，用于执行所存储的程序，用于存储预定的数据，以及用于存储暂时的数据。就射频部分而论，基站BS1具有相同的结构。

图3显示了按照本发明的用于提供精确的输出电压Vref的电压参考装置40的方框图。装置40包括差分放大器41，其第一输入端42被连接到相对不精确的输入参考电压源43，它可以是例如在型号为PCD5032的集成电路内所采用的所谓带隙参考电路。这样的带隙参考一般有5％的典型差值范围。差分放大器41的输出端44通过第一电容46连接到差分放大器41的第二输入端45，输出端44通过数字控制的电位器48还被连接到电源端子47，电位器48的滑动头49是借助于数字字W1而被控制的。在把带隙参考43连接到电压参考装置40以后，在输入电压参考源中不精确度可被调整到使输出电压Vref具有所希望的数值，例如当把输出电压Vref用于馈给微音器32时，为2伏。调整值可存储在微控制器35所含有的非易失性存储器中。按照本发明，装置40还可从同一个数字电位器48得到精确的输出电压V1，V2，V3和V4。这些电压可在把带隙参考43连接到电压参考装置40以后确定，也可以在以后动态地确定例如根据手机HS1的一个像调谐电压这样的参量动态地确定，这个参量可以是对热变化敏感的。电压V1，V2，V3和V4是借助于数字字W2以数字方式控制多路复接器55而在各电容50，51，52和53两端产生的，而电压Vref是在电容54两端上产生的。参考电压Vref是通过包括电阻56，电容57和电阻58在内的网络而连接到微音器的，微音器32又通过电阻59连接到地。微音器电压通过电容61和62而送到放大器60。按照本发明，滑动头就这样地同时用于输入电压和输出电压。

图4显示了包括按照本发明的电压参考装置40的伏特表70。在输出端，装置40被连接到比较器71，在输入端，装置40被连接到控制器35。比较器71的输出72送到控制器35。由此，通过使用和电压参考装置40同样的硬件，可以部分地得到一个伏特表。因此，电压参考装置可有多种用途，例如，在手机HS1中，伏特表70可用来测量由峰值检波器73检测出的RSSI电压(接收信号强度指示)，或可用来测量由电池电压检测装置给出的电池电压VBAT，或用来测量在2000mV(毫伏)范围内的任何信号NLI，后者在实现该装置的集成电路上有可用的附加接脚时是很有用的。在手机HS-1的不同工作方式时要测量这些电压，这样伏特表可在分时的基础上使用以便节省硬件。因此，提供了另一个多路复接器75。伏特表的操作可借助于装入控制器35的软件来完成。软件只要应用逐次近似即可，也就是可这样选择一个数字字W3，使得比较器输入电压被逐次地减半，比较器71的输出72向控制器表明，在从装置40进到比较器的输入电压和从要测量的电压进到比较的输入之间的差值是沿哪个方向移动的。由此，被测量的电压可很快地被确定。

图5显示了在按照本发明的电压参考装置40中的数字式可控多路复接器55。多路复接器55包括由P-MOS晶体管和N-MOS晶体管构成的并由倒相的二进制控制信号nCO和相应的二进制信号CO控制的多个互补MOS-晶体管开关。图上显示了用于把滑动头49连接到差分放大器41的输入端45的开关，和用于把滑动头49连接到输出端V1，…V4的开关。

图6显示了在按照本发明的电压参考装置40中的数字可控电位器48。电位器48包括16×16个MOS晶体管＝256个MOS晶体管的阵列。图上显示了阵列的第一行的晶体管T0001，T0014，T0015，以及阵列的第十六行的晶体管T1500，…，T1514，T1515。在一行中所有的晶体管的漏极互相连接在一起，一行中的晶体管的源极在整个阵列中都经过电阻而互相连接。图上显示的是电阻R0015，R0000，R1500和R1515。一列MOS晶体管被连接到相应各行的漏极。在阵列的正常运行时，顶部的三行由控制信号nA00，…nA14，nA15操纵，而相应的列晶体管分别由控制信号nB15，nB14和nB13操纵。其它各行由控制信号A00，…A14，A15控制，而相应的列晶体管由控制信号B12，B11，…，B00控制。三个附加行的晶体管被并联到这些行的源B12，B11和B10，相应的附加列的晶体管由控制信号nB12，nB11和nB10控制。控制信号A00，…A14，A15，nA00，…nA14，nA15，B00，…B14，B15，以及nB00，…，B14，B15用相应的十六取一的译码器80和81根据数字字W1的半字节W1a和W1b产生。倒相的和非倒相的控制信号可在相应的倒相器的输入端和输出端得到。图上显示了倒相器82，83，84，85，86和87。对于2000mV(毫伏)的参考电压，电位器48的分辨率是2000/256mV＝7.8125mV。

图7显示了通过使用按照本发明的伏特表70的按照本发明的电池电压检测装置74。这里利用了伏特表70具有有限的测量范围，在给定的例子中是从0-2000mV。手机HS1典型地使用3节镍镉电池串联，具有3.6V的总的标称电压，因此总的电池充电电压4.2V。镍镉电池的电池特性是这样的，在使用一段时间以后电池电压会突然降下来。当手机HS1处在发射模式时，这一点特别明显。而且，在实际环境条件下，其中一个电池会比其它电池更早地损坏。因而，在手机HS1的发射模式期间，以相当小的时间间隔内用很大分辨率来测量总的电池电压是非常重要的。应该认识到，测量电池电压的绝对数值并不重要，重要的是，电池电压必须用很高的分辨率来测量。电池电压检测装置74和伏特表70相结合适合于实现这样的测量。电池电压装置工作在三个阶段UU，VV和WW，它们由控制器35产生的数字控制信号nU，V，nV，nW和W来表示。电池电压检测装置74从电池电压VBAT减去由电压参考装置40产生的精确的参考电压Vref，并在三个阶段UU，VV，WW中进行这样的减法。为此，电池电压检测装置包括一个MOS-FET(MOS场效应管)缓冲放大器AMP，三个电容C1，C2和C3，以及在各个阶段UU，VV和WW由数字控制信号组nU，U，nV，nW和W中的一个信号控制的多个MOS开关S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7和S8。在阶段UU，通过分别用控制信号nU，nU和U来相应地切换各开关S4，S6和S7而把电容器C1连接到电压VBAT端和放大器AMP的输出端90之间。在阶段UU，由控制信号nU控制的开关S1把电容器C2短路。在下一个阶段，即阶段VV，电容C1和C2被开关路径C2，S2，C1和S3切换成互相并联。在最后阶段，即阶段WW，藉助于开关S5和S8，电容C1被切换成连接在参考电压Vref和放大器AMP的输入端之间。利用克希霍夫(Kirchhoff)定律，可以很容易看到，在阶段UU，VV和WW的多次快速重复以后，放大器AMP的输出收敛到电压{VBAT-Vref·(C1+C2)/C1}，或如果C2＝0，则为{VBAT-Vref}。

Claims (10)

1.一种用于从相对不精确的输入参考电压源提供精确的输出电压的电压参考装置，该装置包括差分放大器，其第一输入端连接到输入参考电压源，而其输出端连接到此差分放大器的第二输入端，其输出端提供精确的输出电压，其特征在于，输出端通过可数字方式控制的电位器被连接到电源端子，电位器的可编程滑动头可连接到第二输入端，用于调整输入参考电压源的不精确性。

2.按照权利要求1的电压参考装置，其特征在于，其中输出端通过第一电容被连接到第二输入端，而滑动头被连接到第二输入端。

3.按照权利要求1或2的电压参考装置，其特征在于，它至少包括另一个输出端，用于提供从差分放大器输出电压得出的另外的精确的输出电压，还包括一个数字控制的复接器，用于把滑动头多路复接到第二输入端和至少一个另外的输出端。

4.按照权利要求3的电压参考装置，其特征在于，其中另外的输出端通过第二电容而连接到电源端上。

5.按照权利要求3或4的电压参考装置，其特征在于，它包括非易失性存储器，用于存储为得到至少一个输出预定值所需的可编程滑动头的调整值。

6.按照权利要求5的电压参考装置，其特征在于，其中至少一个输出端的输出值是根据装置工作期间的一个参量而确定的，而非易失性存储器也相应地在各预定的时间点被更新。

7.包括按照权利要求1或2的电压参考装置的伏特表，并且还包括比较器和测量逻辑功能块，伏特表的输入端连接到比较器的第一输入端，电压参考装置则连接在测量逻辑功能块和比较器的第二输入端之间，由此，在测量逻辑功能块的控制下，电压参考装置受到控制，直到比较器的输出值表明电压测量已结束为止。

8.包括按照权利要求7的伏特表在内的电池电压检测装置，其特征在于，其中的伏特表的量程低于电池的供电电压，此检测装置包括带有反馈电容的运算放大器，至少一个另外的电容，以及用于切换该至少一个另外的电容的电容切换装置，此检测装置的一个输出端被连接到伏特表，藉此，切换装置被安排用于把第一电容相继地连接在运算放大器的输出端和电源电压之间，以及连接在运算放大器的输入端和精确输出电压端之间。

9.按照权利要求8的电池电压检测装置，其特征在于，它包括第二电容，当把第一电容连接在运算放大器的输出端和电源电压端之间时，该第二电容被短路，而在把第一电容连接在运算放大器的输入端和精确输出电压端之间以前，该第二电容被切换成并联于第一电容。

10.一种包括按照权利要求1到6的任一项的电压参考装置、和/或按照权利要求7或8的伏特表、和/或按照权利要求8或9的电池电压检测装置在内的无线数字通信设备。

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