CN117424598B - 用于输出模拟量的设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及一种用于输出模拟量的设备，其包括：单通道数模转换器，被配置为将输入数字信号转换为模拟信号；第一多路模拟开关，第一多路模拟开关的输入端与单通道数模转换器电连接，第一多路模拟开关的多个输出端分别与所述设备的多个模拟量输出端电连接，第一多路模拟开关的控制端与控制单元电连接；以及控制单元，被配置为按照扫描频率依次循环地将所述第一多路模拟开关的多个输出端中的一个输出端与所述输入端导通，以及响应于确定所述多个输出端中的任意一个输出端所输出的信号不符合预定条件，提高扫描频率，以使得所述输出端所输出的信号符合预定条件。该方案能够实现高精度的多通道模拟量输出。

Description

用于输出模拟量的设备
技术领域
本公开的实施例总体涉及控制系统领域，并且更具体地涉及一种用于输出模拟量的设备。
背景技术
随着现代化控制系统发展的越来越快，控制系统在自动化领域中应用越来越普遍，常常需要输出多路模拟量来控制外部设备。现有的方案是通过多路DAC（数模转换器）输出来实现，成本高且DAC通道有限，无法满足大量通道输出的应用，并且通道的输出精度较差。
发明内容
针对上述问题，本公开提供了一种用于输出模拟量的设备，能够实现高精度的多通道模拟量输出。
根据本公开的一个方面，提供一种用于输出模拟量的设备。该设备包括：单通道数模转换器，被配置为将输入数字信号转换为模拟信号；第一多路模拟开关，第一多路模拟开关的输入端与单通道数模转换器电连接，第一多路模拟开关的多个输出端分别与该设备的多个模拟量输出端电连接，第一多路模拟开关的控制端与控制单元电连接；以及控制单元，被配置为按照扫描频率依次循环地将该第一多路模拟开关的多个输出端中的一个输出端与该输入端导通，以及响应于确定该多个输出端中的任意一个输出端所输出的信号不符合预定条件，提高扫描频率，以使得该输出端所输出的信号符合预定条件。
在一些实施例中，提高扫描频率，以使得该输出端所输出的信号符合预定条件包括：提高扫描频率，以及增加所输出的信号不符合预定条件的输出端与该输入端在一个循环周期中的导通次数。
在一些实施例中，第一多路模拟开关的多个输出端分别设置有信号保持单元。
在一些实施例中，该设备还包括：多个电压-电流转换单元，多个电压-电流转换单元的输入端分别与第一多路模拟开关的多个输出端电连接，多个电压-电流转换单元的输出端被配置为该设备的多个模拟量输出端。
在一些实施例中，该设备还包括：多个BUCK电源，分别与多个电压-电流转换单元对应设置，每一个BUCK电源的输出端与对应的电压-电流转换单元的驱动电源端电连接；以及多个电压调节单元，分别与多个电压-电流转换单元对应设置，每一个电压调节单元被配置为根据对应的电压-电流转换单元的驱动电源端的电压以及来自电压-电流转换单元的反馈电压生成电压调节信号，电压调节信号用于调节对应的BUCK电源的输出电压。
在一些实施例中，每一个电压-电流转换单元包括：第一运放，第一运放的同相输入端与该第一多路模拟开关的多个输出端中的一个输出端电连接，第一运放的反相输入端与第一电容的一端电连接，第一运放的输出端与第三电阻的一端电连接；第一电容，第一电容的另一端与第一运放的输出端电连接；第三电阻，第三电阻的另一端与第一MOS管的栅极电连接；第一MOS管，第一MOS管的漏极与第一电阻的一端以及第二运放的同相输入端电连接，第一MOS管的源极与第一二极管的正极电连接；第一电阻，第一电阻的一端与驱动电源端电连接；第一二极管，第一二极管的负极被配置为电流信号输出端；第二运放，第二运放的输出端与第四电阻的一端电连接，第二运放的反相输入端与第二MOS管的源极电连接；第四电阻，第四电阻的另一端与第二MOS管的栅极电连接；第二MOS管，第二MOS管的源极与第五电阻的一端电连接，第二MOS管的漏极与第六电阻的一端电连接；第五电阻，第五电阻的另一端与驱动电源端电连接；第六电阻，第六电阻的另一端接地。其中，第一MOS管为NMOS管，第二MOS管为PMOS管。
在一些实施例中，每一个电压调节单元包括：第十电阻，第十电阻的一端被配置为接收来自电压-电流转换单元的反馈电压，第十电阻的另一端与第一三极管的基极电连接；第一三极管，第一三极管的发射极与第七电阻的一端以及第十一电阻的一端电连接，第一三极管的集电极与BUCK电源的反馈端电连接以便向BUCK电源输出电压调节信号；第七电阻，第七电阻的另一端与驱动电源端电连接；第十一电阻，第十一电阻的另一端与第一三极管的集电极电连接；第八电阻，第八电阻的一端与第一三极管的集电极电连接，第八电阻的另一端接地。
在一些实施例中，该设备还包括：第二多路模拟开关，第二多路模拟开关的多个输入端分别与第一多路模拟开关的多个输出端对应电连接，第二多路模拟开关的输出端与模数转换器的输入端电连接，第二多路模拟开关的控制端与控制单元电连接；模数转换器，模数转换器被配置为将来自第二多路模拟开关的输出端的信号转换为数字信号；以及控制单元还被配置为按照扫描频率依次循环地将第二多路模拟开关的多个输入端中的一个输入端与第二多路模拟开关的输出端导通，以及根据来自模数转换器的数字信号确定该多个输出端中的任意一个输出端所输出的信号是否符合预定条件。
在一些实施例中，该设备还包括：第三多路模拟开关，第三多路模拟开关的多个输入端分别与多个电压-电流转换单元的输出端电连接，第三多路模拟开关的输出端与电压跟随器的输入端电连接；电压跟随器，电压跟随器的输出端与RC低通滤波器的输入端电连接；RC低通滤波器，RC低通滤波器的输出端与模数转换器电连接；模数转换器，模数转换器被配置为将来自第三多路模拟开关的输出端的信号转换为数字信号；以及控制单元还被配置为按照扫描频率依次循环地将第三多路模拟开关的多个输入端中的一个输入端与第三多路模拟开关的输出端导通，以及根据来自模数转换器的数字信号以及第一多路模拟开关的多个输出端中的对应的输出端的信号，确定该设备的输出电流是否正常。
在一些实施例中，该设备还包括：第七电阻，第七电阻的一端与BUCK电源的反馈端以及第八电阻的一端电连接，第七电阻的另一端与驱动电源以及第一电感的一端电连接；第八电阻，第八电阻的另一端接地；第一电感，第一电感的另一端与BUCK电源的切换端电连接。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标注表示相同或相似的元素。
图1示出了本公开的实施例的用于输出模拟量的设备的方框示意图。
图2示出了本公开的实施例的用于输出模拟量的设备的局部的示意图。
图3示出了本公开的实施例的电压-电流转换单元的结构示意图。
图4示出了本公开的实施例的第一多路模拟开关的控制端的时序图。
图5示出了本公开的实施例的电压调节单元的示意图。
图6示出了本公开的实施例的自检辅助单元的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。指出说明的是，本公开中的“电连接”可以为直接连接，也可以为通过其他电路元件间接地连接。
如前文所描述，传统的方案中，控制系统所输出的模拟量的精度较差。
为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的示例实施例提出了一种用于输出模拟量的设备。根据本公开的方案，控制单元按照扫描频率依次循环地将该第一多路模拟开关的多个输出端中的一个输出端与该输入端导通，并且响应于确定该多个输出端中的任意一个输出端所输出的信号不符合预定条件，提高扫描频率，以使得该输出端所输出的信号符合预定条件。该方案能够显著提高模拟量输出的精度。
以下对本公开的实施例的方法进行详细说明。
图1示出了本公开的实施例的用于输出模拟量的设备100的方框示意图。图2示出了本公开的实施例的用于输出模拟量的设备100的局部的示意图。设备100包括：单通道数模转换器102、第一多路模拟开关104、控制单元106。在一些实施例中，设备100还包括多个电压-电流转换单元108，多个电压-电流转换单元110的输入端分别与第一多路模拟开关的多个输出端电连接。在一些实施例中，设备100还包括第二多路模拟开关112、第三多路模拟开关114、模数转换器116。
关于单通道数模转换器102，其被配置为将输入数字信号转换为模拟信号。例如，由控制单元106向单通道数模转换器102输出数字信号，该数字信号例如用于控制外部设备。单通道数模转换器102将控制单元106所输出的数字信号转换为一路模拟信号。
关于第一多路模拟开关104，第一多路模拟开关的输入端与单通道数模转换器电连接，第一多路模拟开关的多个输出端分别与设备100的多个模拟量输出端电连接，第一多路模拟开关的控制端与控制单元电连接。在一些实施例中，第一多路模拟开关的多个输出端分别设置有信号保持单元108。信号保持单元108例如可以通过电容C实现，其中电容C的一端与第一多路模拟开关的多个输出端中的其中一个输出端电连接，电容C的另一端接地（GND）。
关于控制单元106，其被配置为按照扫描频率依次循环地将第一多路模拟开关的多个输出端中的一个输出端与输入端导通，以及响应于确定多个输出端中的任意一个输出端所输出的信号不符合预定条件，提高扫描频率，以使得该输出端所输出的信号符合预定条件。
该控制器采用MCU（Micro Controller Unit，微控制单元）、CPU（CentralProcessing Unit，中央处理器）、GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）或者其它可编程逻辑器件、ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等实现。
在一些实施例中，设备100还包括多个电压-电流转换单元110，多个电压-电流转换单元110的输入端分别与第一多路模拟开关104的多个输出端电连接，多个电压-电流转换单元110的输出端被配置为设备100的多个模拟量输出端。
图3示出了本公开的实施例的电压-电流转换单元110的结构示意图。在一些实施例中，每一个电压-电流转换单元110包括：第一运放U1A、第一电容C1、第三电阻R3、第一MOS管Q1、第一电阻R1、第一二极管D1、第二运放U1B、第四电阻R4、第二MOS管Q2、第五电阻R5、第六电阻R6。
第一运放U1A的同相输入端+INA与该第一多路模拟开关104的多个输出端中的一个输出端电连接，第一运放U1A的反相输入端-INA与第一电容C1的一端电连接，第一运放U1A的输出端OUTA与第三电阻R3的一端电连接；第一电容C1的另一端与第一运放U1A的输出端OUTA电连接；第三电阻R3的另一端与第一MOS管Q1的栅极电连接；第一MOS管Q1的漏极与第一电阻R1的一端以及第二运放U1B的同相输入端+INB电连接，第一MOS管Q1的源极与第一二极管D1的正极电连接；第一电阻R1的一端与驱动电源端PWR_ADJ电连接；第一二极管D1的负极被配置为电流信号输出端，与外部负载RL电连接；第二运放U1B的输出端OUTB与第四电阻R4的一端电连接，第二运放U1B的反相输入端-INB与第二MOS管Q2的源极电连接；第四电阻R4的另一端与第二MOS管Q2的栅极电连接；第二MOS管Q2的源极与第五电阻R5的一端电连接，第二MOS管Q2的漏极与第六电阻R6的一端电连接；第五电阻R5的另一端与驱动电源端PWR_ADJ电连接；第六电阻R6的另一端接地。
值得说明的是，第一多路模拟开关104例如包括第一开关SW1至第n开关SWn共n个受控开关。当其中一个受控开关导通时，则第一多路模拟开关104的输入端与多个输出端中的对应的一个输出端导通。在工作过程中，控制单元106按照扫描频率依次循环地将第一多路模拟开关104的多个输出端中的一个输出端与输入端导通。例如，控制单元106按照第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3……第n开关SWn、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3……的顺序循环地将各个受控开关依次导通（以及使得其他的受控开关断开），以使得第一多路模拟开关104的多个输出端中的一个输出端与输入端导通。为了便于说明，与第一开关SW1对应的通道例如称为第一通道CH1，第二开关SW2对应的通道例如称为第二通道CH2……第n开关SWn对应的通道例如称为第n通道CHn。
图4示出了本公开的实施例的第一多路模拟开关104的控制端的时序图。当第一开关SW1的控制端被控制单元106配置为高电平时，第一开关SW1导通。当第一开关SW1导通时，所对应的信号保持单元108被充电以达到目标电压以上。信号保持单元108被充电以达到目标电压以上的过程可以称为对输入信号的采样。在采样结束后，控制单元106将第一开关SW1的控制端配置为低电平，第一开关SW1断开。值得说明的是，由于第一多路模拟开关104断开阻抗较高，且其他相关电路元件（例如第一运放U1A）的输入阻抗也极高，故电容C可在一段时间内保持采样信号的状态（即保持为不低于目标电压）。
在控制单元106将第一开关SW1的控制端ctrl1配置为低电平时，将第二开关SW2的控制端ctrl2配置为高电平，以便第二开关SW2导通所对应的信号保持单元108被充电，以便对对输入信号进行采样。依次类推，可以实现由一路模拟信号向多路模拟信号的拓展。
需要说明的是，设备100有n个通道输出，通道输出的时间可以划分为两部分，即通道开启的跃变时间以及第n个通道的第一多路模拟开关104切换的时间。
例如，通道开启（即导通）时：单通道输出4~20mA（毫安）的电流，即单通道数模转换器102输出的电压由0.4V（伏）跃变到2V。其中，电容C上的电压精度最好稳定在0.1%精度以内。应当理解，上述电压跃变的过程实质为电容C被充电的过程，因此，通道开启的跃变时间可以参考如下公式（1）所示的公式表征：
（1）
其中，表征跃变时间，V1表征跃变后的电压（例如为2V），V0表征跃变前的电压（为0.4V），Vt为t时刻电容C上的实际电压，例如，/>。
通道关闭（即断开）时：在全温度范围内，第一运放U1A的偏置电流为Ibc，第一多路模拟开关104的漏电流为Ipeak，因此整个通道的漏电流I可以参考如下公式（2）所示的公式表征：
（2）
设第一多路模拟开关104的每个通道的循环扫描时间为tsw，对n个通道进行循环扫描。每一个通道的信号保持单元108需要在的时间内信号保持在目标精度范围内、保持采样信号的状态。每个通道的信号波动值/>可以参考如下公式（3）所示的公式表征：
（3）
相应的，控制单元106针对第一多路模拟开关104的扫描频率可以以表征。
根据以上所示公式可分析得到，当通道中的漏电流Ipeak增大时，可通过加快模拟开关的切换速度，即减少模拟开关的循环扫描时间tsw，降低每个通道的输出信号的波动值，以提高模拟量输出的信号精度。
因此，在一些实施例中，选择偏置电流Ibc小的运放作为第一运放U1A，选择漏电流Ipeak尽可能小的模拟开关作为第一多路模拟开关104。
需要说明的是，第一多路模拟开关104的相邻两个通道间的切换时间间隔是相同的，从第一通道CH1切换到第二通道CH2的时间间隔为tsw，从第一通道CH1依次切换到第三通道CH3的时间间隔为2tsw，因此，从第一通道CH1依次切换到第n通道CHn的时间间隔为。
因此，设备100的第i通道的输出时间可以以如下公式（4）所示的公式表征：
（4）
其中，i表征当前通道的编号。例如，对于第一通道CH1，i=1，即第一通道CH1的输出时间。通道的输出时间为从起始时刻T0开始，到该通道的信号采用完成所经过的时间。
对于第二通道CH2，i=2，则第二通道CH2的输出时间可以以如下公式（5）所示的公式表征：
（5）
相应地，对于第n通道CHn，i=n，则第n通道CHn的输出时间可以以如下公式（6）所示的公式表征：
（6）
当设备100有n个通道输出时，需要保证第n通道输出时，第一通道到第(n-1)通道仍能够保持正常输出，即使得输出信号保持在目标精度范围内、保持采样信号的状态。因此，信号保持电路108中的电容C必须要保持足够长的时间T，该时间T可以参考如下公式（7）所示的公式表征：
（7）
该公式可以进一步推导为如下公式（8）所示的公式：
（8）
具体实现时，电阻R、电容C的数值可以根据实际的通道数进行调整。
通过上述分析，可以得出信号保持时间与设备100的通道数、模拟开关的漏电流、运放的偏置电流、以及电阻R、电容C有关。
在一些实施例中，设备100还包括第二多路模拟开关112、模数转换器116。第二多路模拟开关112的多个输入端分别与第一多路模拟开关104的多个输出端对应电连接，第二多路模拟开关112的输出端与模数转换器116的输入端电连接，第二多路模拟开关112的控制端与控制单元106电连接。模数转换器116被配置为将来自第二多路模拟开关112的输出端的信号转换为数字信号。相应地，控制单元106还被配置为按照扫描频率依次循环地将第二多路模拟开关112的多个输入端中的一个输入端与第二多路模拟开关112的输出端导通，以及根据来自模数转换器116的数字信号VADC确定所述多个输出端中的任意一个输出端所输出的信号是否符合预定条件。
如果控制单元106确定对应于某一通道（例如第四通道CH4）的数字信号不符合预定的电压条件，则可以确定与该通道对应的信号保持单元所输出的信号不符合预定条件。例如，第四通道CH4的电压信号放电过快，不符合控制精度。于是，控制单元106提高针对第一多路模拟开关104扫描频率，以减小通道间的信号波动，提高精度。值得说明的是，提高扫描频率，意味着减小扫描间隔。值得说明的是，控制单元106还增加第一多路模拟开关104中的所输出的信号不符合预定条件的输出端与第一多路模拟开关104的输入端在一个循环周期中的导通次数。
例如，单通道数模转换器的输出被拓展为多通道时，此时采集第一通道CH1上保持的电压值VDAC，如果99.8%*VDAC < VADC < 100.2%*VDAC，则认为当前通道的信号满足精度要求。否则，控制单元106提高针对第一多路模拟开关104扫描频率，减小信号波动，以便保证通道间的电压满足99.8%*VDAC < VADC < 100.2%*VDAC的范围。例如，在正常的扫描频率下，按顺序依次第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3……第n开关SWn、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3……（所对应的通道依次为CH1、CH2……CH(n-1)、CHn、CH1、CH2、CH3……）循环扫描，其中，第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3……第n开关SWn为一个扫描周期，假设扫描频率为200Hz。当通过实时自检发现第四通道CH4放电过快时，可以扫描顺序例如调整为第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3……第n开关SWn、第四开关SW4、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3……第n开关SWn、第四开关SW4、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3……（所对应的通道依次为CH1、CH2、……CH(n-1)、CHn、CH4、CH1、CH2、CH3……CH(n-1)、CHn、CH4、CH1、CH2、CH3……）扫描频率例如调整为220Hz，其中，第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3……第n开关SWn、第四开关SW4为一个扫描周期。可以看到，相比于初始的扫描周期，新的扫描周期中，每一个扫描周期中增加了一次针对第四通道CH4的扫描，也即，增加了一次第四受控开关SW4导通的时间，以便对所对应的信号保持单元108及时充电，以便维持输出信号的精度。
电压-电流转换单元110的功能是将单通道数模转换器102的输出电压VDAC转换成相应的输出电流。通过控制单通道数模转换器102可以实现对输出电流的控制，输出电流大小为，输出电流I与VDAC成线性电压环关系，VDAC的设定值为I*R，最大负载驱动能力以如下公式（9）所示公式表征：
（9）
其中，VD为第一二极管D1的导通压降，VQ1为第一MOS管Q1的压降，I为输出电流，R1为第一电阻R1（作为采集电阻）的阻值。为了保证输出电流I的高精度，第一电阻R1优选高精度电阻，也即，在第一电阻R1的选型方面应当考虑阻值和温漂等因素。
在一些实施例中，电压-电流转换单元110中，要实现信号的轨到轨输出，因此第一运放U1A应当能够支持低轨输入，同时为实现小电流输出，要求运放低轨输出；对第二运放U1B应当能够支持高轨输入和输出，同时为实现信号保持，要求运放的偏置电流小。
在一些实施例中，设备100中还具有低功耗设计的相关结构。设备100还包括：多个BUCK电源1300以及多个电压调节单元1400。图5示出了本公开的实施例的电压调节单元的示意图。多个BUCK电源分别与多个电压-电流转换单元110对应设置，每一个BUCK电源的输出端与对应的电压-电流转换单元110的驱动电源端PWR_ADJ电连接。多个电压调节单元1400分别与多个电压-电流转换单元110对应设置，每一个电压调节单元1400被配置为根据对应的电压-电流转换单元110的驱动电源端PWR_ADJ的电压以及来自电压-电流转换单元110的反馈电压VFB生成电压调节信号，电压调节信号用于调节对应的BUCK电源的输出电压。也即，对应于每一个通道，设置有组对应的BUCK电源1300和电压调节单元1400。
为降低设备100在使用过程的温升，提高设备100的可靠性和使用寿命，在一些实施例中，针对电压-电流转换单元110增加了低功耗设计。BUCK电源1300例如可以基于BUCK降压转换芯片（例如LMR23630芯片（一种BUCK DC-DC转换器芯片）、MP2451芯片（一种BUCKDC-DC转换器芯片））搭建自适应电源来实现。值得说明的是，BUCK电源1300的开关节点SW与第一电感L1的一端电连接，第一电感L1的另一端与驱动电源端PWR_ADJ电连接。BUCK电源1300的开关节点SW还与第二二极管D2的负极电连接，第二二极管D2的正极接地。BUCK电源1300的接地端GND接地。BUCK电源1300的CB引脚与第四电容的一端电连接，第四电容的另一端与BUCK电源1300的开关节点SW电连接。BUCK电源1300的电压输入端VIN与电源端VCC电连接。第三电容C3的一端与BUCK电源1300的电压输入端VIN电连接，第三电容C3的另一端接地。
电压调节单元1400包括第十电阻R10、第一三极管T1、第七电阻R7、第十一电阻R11、第八电阻R8。
第十电阻R10的一端被配置为接收来自电压-电流转换单元的反馈电压，第十电阻R10的另一端与第一三极管T1的基极电连接。第一三极管T1的发射极与第七电阻R7的一端以及第十一电阻R11的一端电连接，第一三极管T1的集电极与BUCK电源的反馈端FB电连接以便向BUCK电源输出电压调节信号。第七电阻R7的另一端与驱动电源端PWR_ADJ电连接。第十一电阻R11的另一端与第一三极管T1的集电极电连接。第八电阻R8的一端与第一三极管T1的集电极电连接，第八电阻R8的另一端接地。
电压调节单元1400的功能在于调节驱动电源端PWR_ADJ的输出电压。例如，当第一三极管T1处于放大状态时，可减小第一三极管T1的基极电流的影响。最恶劣的情况为外部负载RL短路，第一三极管T1处于饱和状态，即第一三极管T1完全导通，此时输出通道的需求压降为VR1+VQ1+VD1。其中，VR1表征第一电阻R1上的压降，VQ1表征第一MOS管Q1的压降，VD1表征第一二极管D1的压降。而此时自适应电源（即BUCK电源1300）的输出电压PWR_ADJ=VR7+VT1+VR8。其中，VR7表征第七电阻R7的压降，VT1表征第一三极管T1的压降，VR8表征第八电阻R8的压降。第一三极管T1处于放大状态时，其压降VT1跟随输出通道的压降变化。而BUCK电源中的FB电压值属于固定值，因此，实现动态调节电压，进而实现低功耗的功能。电压调节单元1400中，第十一电阻R11的作用是在第一三极管T1处于截止状态时，即第一三极管T1不导通，此时自适应电源的输出电压PWR_ADJ=VR7+VR11+VR8，为整个通道输出提供稳定的电压。
为了进一步提高信号的精度，设备100还具备自检功能。通道的自检功能不仅能够检测通道输出的信号精度，也能够判定外部负载RL是否出现断路。例如，设备100还包括第三多路模拟开关114和自检辅助单元115。图6示出了本公开的实施例的自检辅助单元115的示意图。自检辅助单元115例如包括电压跟随器152和RC低通滤波器154。第三多路模拟开关114的多个输入端分别与多个电压-电流转换单元110的输出端电连接，第三多路模拟开关114的输出端与电压跟随器152的输入端电连接。电压跟随器152的输出端与RC低通滤波器154的输入端电连接。RC低通滤波器154的输出端与模数转换器116电连接。模数转换器116被配置为将来自第三多路模拟开关114的输出端的信号转换为数字信号。相应地，控制单元106还被配置为按照扫描频率依次循环地将第三多路模拟开关114的多个输入端中的一个输入端与第三多路模拟开关114的输出端导通，以及根据来自模数转换器116的数字信号以及第一多路模拟开关104的多个输出端中的对应的输出端的信号，确定所述设备的输出电流是否正常。
电压跟随器152包括第四运放U3A，第四运放U3A的同相输入端+INA作为电压跟随器152的输入端，第四运放U3A的反相输入端-INA与第四运放U3A的输出端OUTA电连接。RC低通滤波器154包括第九电阻R9和第二电容C2。第四运放U3A的输出端OUTA与第九电阻R9的一端电连接，第九电阻R9的另一端与第二电容C2的一端以及数模转换器116的输入端电连接，第二电容C2的另一端接地。
在自检的过程中，采用第三多路模拟开关114实现通道间的切换，也即，利用第三多路模拟开关114按照扫描频率依次循环地将第一通道CH1至第n通道CHn的反馈点VDAC_FB的电压反馈至数模转换器116。值得说明的是，利用第三多路模拟开关114，可以有效防止数模转换器116在采样时出现回路干扰。另外，电压跟随器152可以起到阻抗隔离的作用。
为了检测通道输出的电流值是否按照理论设定的参数值输出，对输出的电流进行检测，检测点为VADC_FB。通常VADC_FB相较于VDAC的偏差处于预定范围（例如10%）内，则认为当前输出的电流值正常，且负载连接正常；否则，控制单元106可以判定发生输出电路故障，即外部负载RL断路。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
以上仅为本公开的可选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于输出模拟量的设备，其特征在于，包括：
单通道数模转换器，被配置为将输入数字信号转换为模拟信号；
第一多路模拟开关，第一多路模拟开关的输入端与单通道数模转换器电连接，第一多路模拟开关的多个输出端分别与所述设备的多个模拟量输出端电连接，第一多路模拟开关的控制端与控制单元电连接；以及
控制单元，被配置为按照扫描频率依次循环地将所述第一多路模拟开关的多个输出端中的一个输出端与所述输入端导通，以及响应于确定所述多个输出端中的任意一个输出端所输出的信号不符合预定条件，提高扫描频率，以使得所述输出端所输出的信号符合预定条件；所述多个输出端中的任意一个输出端所输出的信号不符合预定条件包括：所述多个输出端中的任意一个输出端所输出的信号放电过快。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，提高扫描频率，以使得所述输出端所输出的信号符合预定条件包括：
提高扫描频率，以及增加所输出的信号不符合预定条件的输出端与所述输入端在一个循环周期中的导通次数。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，第一多路模拟开关的多个输出端分别设置有信号保持单元。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，还包括：
多个电压-电流转换单元，多个电压-电流转换单元的输入端分别与第一多路模拟开关的多个输出端电连接，多个电压-电流转换单元的输出端被配置为所述设备的多个模拟量输出端。
5. 根据权利要求4所述的设备，其特征在于，还包括：
多个BUCK电源，分别与多个电压-电流转换单元对应设置，每一个BUCK电源的输出端与对应的电压-电流转换单元的驱动电源端电连接；以及
多个电压调节单元，分别与多个电压-电流转换单元对应设置，每一个电压调节单元被配置为根据对应的电压-电流转换单元的驱动电源端的电压以及来自电压-电流转换单元的反馈电压生成电压调节信号，电压调节信号用于调节对应的BUCK电源的输出电压。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，每一个电压-电流转换单元包括：
第一运放，第一运放的同相输入端与所述第一多路模拟开关的多个输出端中的一个输出端电连接，第一运放的反相输入端与第一电容的一端电连接，第一运放的输出端与第三电阻的一端电连接；
第一电容，第一电容的另一端与第一运放的输出端电连接；
第三电阻，第三电阻的另一端与第一MOS管的栅极电连接；
第一MOS管，第一MOS管的漏极与第一电阻的一端以及第二运放的同相输入端电连接，第一MOS管的源极与第一二极管的正极电连接；
第一电阻，第一电阻的一端与驱动电源端电连接；
第一二极管，第一二极管的负极被配置为电流信号输出端；
第二运放，第二运放的输出端与第四电阻的一端电连接，第二运放的反相输入端与第二MOS管的源极电连接；
第四电阻，第四电阻的另一端与第二MOS管的栅极电连接；
第二MOS管，第二MOS管的源极与第五电阻的一端电连接，第二MOS管的漏极与第六电阻的一端电连接；
第五电阻，第五电阻的另一端与驱动电源端电连接；
第六电阻，第六电阻的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，每一个电压调节单元包括：
第十电阻，第十电阻的一端被配置为接收来自电压-电流转换单元的反馈电压，第十电阻的另一端与第一三极管的基极电连接；
第一三极管，第一三极管的发射极与第七电阻的一端以及第十一电阻的一端电连接，第一三极管的集电极与BUCK电源的反馈端电连接以便向BUCK电源输出电压调节信号；
第七电阻，第七电阻的另一端与驱动电源端电连接；
第十一电阻，第十一电阻的另一端与第一三极管的集电极电连接；
第八电阻，第八电阻的一端与第一三极管的集电极电连接，第八电阻的另一端接地。
8.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，还包括：
第二多路模拟开关，第二多路模拟开关的多个输入端分别与第一多路模拟开关的多个输出端对应电连接，第二多路模拟开关的输出端与模数转换器的输入端电连接，第二多路模拟开关的控制端与控制单元电连接；
模数转换器，模数转换器被配置为将来自第二多路模拟开关的输出端的信号转换为数字信号；以及
控制单元还被配置为按照扫描频率依次循环地将第二多路模拟开关的多个输入端中的一个输入端与第二多路模拟开关的输出端导通，以及根据来自模数转换器的数字信号确定所述多个输出端中的任意一个输出端所输出的信号是否符合预定条件。
9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，还包括：
第三多路模拟开关，第三多路模拟开关的多个输入端分别与多个电压-电流转换单元的输出端电连接，第三多路模拟开关的输出端与电压跟随器的输入端电连接；
电压跟随器，电压跟随器的输出端与RC低通滤波器的输入端电连接；
RC低通滤波器，RC低通滤波器的输出端与模数转换器电连接；
模数转换器，模数转换器被配置为将来自第三多路模拟开关的输出端的信号转换为数字信号；以及
控制单元还被配置为按照扫描频率依次循环地将第三多路模拟开关的多个输入端中的一个输入端与第三多路模拟开关的输出端导通，以及根据来自模数转换器的数字信号以及第一多路模拟开关的多个输出端中的对应的输出端的信号，确定所述设备的输出电流是否正常。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括：
第七电阻，第七电阻的一端与BUCK电源的反馈端以及第八电阻的一端电连接，第七电阻的另一端与驱动电源以及第一电感的一端电连接；
第八电阻，第八电阻的另一端接地；
第一电感，第一电感的另一端与BUCK电源的切换端电连接。
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