CN214674345U - 输入电路 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及一种输入电路，能够在电压输入模式与电流输入模式之间切换并包括：输入引脚，被配置为在电压输入模式下接收输入电压以及在电流输入模式下接收输入电流；电流驱动单元，响应于接收到导通信号而输出控制电流，以及响应于接收到关断信号而不输出控制电流；开关单元，连接至电流驱动单元，被配置为在从电流驱动单元接收到控制电流时导通，以使输入电路处于电流输入模式，以及在未从电流驱动单元接收到控制电流时关断，以使输入电路处于电压输入模式；以及电流检测单元，连接在输入引脚与开关单元之间，被配置为在电流输入模式下检测输入电流。在此提出的输入电路可以实现双极性电压和电流输入以及在电压输入模式下维持高输入阻抗。

Description

输入电路

技术领域

本实用新型的实施例总体上涉及输入电路，更具体地，涉及一种复用的输入电路。

背景技术

产品的小型化已成为工业领域普遍的追求。提高产品的小型化的一个方向是提高通道密度。例如，同一个接线端子管脚既能够输入电压也能够输入电流。目前，这种复用的输入电路由于在负电压输入时不能有效确保输入电路工作于电压输入模式而无法检测负电压的输入，或者需要设置双极性电源来确保在负电压输入时输入电路工作于负电压输入模式。上述缺陷增加了电路的成本，占用了更多的空间，限制了产品进一步的小型化和复用的输入电路的应用场合。

实用新型内容

本公开的实施例提供了一种输入电路，其能够确保在负电压输入时输入电路工作于电压输入模式，并且能够降低电路的成本，进一步提高产品的小型化，从而至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

本公开的一个方面涉及一种输入电路。该输入电路能够在电压输入模式与电流输入模式之间切换，并且该输入电路包括：输入引脚，被配置为在该电压输入模式下接收输入电压以及在该电流输入模式下接收输入电流；电流驱动单元，被配置为响应于接收到导通信号而输出控制电流，以及响应于接收到关断信号而不输出控制电流；开关单元，连接至该电流驱动单元，并且被配置为在从该电流驱动单元接收到该控制电流的情况下导通，以使该输入电路处于该电流输入模式，以及在未从该电流驱动单元接收到该控制电流的情况下关断，以使该输入电路处于该电压输入模式；以及电流检测单元，连接在该输入引脚与该开关单元之间，并且被配置为在该电流输入模式下检测该输入电流。

通过上述实施例，可以确保开关单元在电压输入模式下处于断开状态，从而使得输入引脚处的负电压不会引起开关单元的导通，使得可以输入负电压。

根据一个实施例，该电流驱动单元包括：电源；第一电阻，该第一电阻的一端连接至该电源；稳压二极管，该稳压二极管的阴极连接至该电源；第一晶体管，该第一晶体管的发射极连接至该第一电阻的另一端，该第一晶体管的基极连接至该稳压二极管的阳极，该第一晶体管的集电极连接至该开关单元以向该开关单元提供该控制电流；第二电阻，该第二电阻的一端连接至该稳压二极管的阳极；第二晶体管，该第二晶体管的集电极连接至该第二电阻的另一端，该第二晶体管的发射极连接至地；第三电阻，该第三电阻的一端连接该第二晶体管的基极，该第三电阻的另一端用于接收该导通信号或该关断信号；以及第四电阻，该第四电阻连接在该第二晶体管的基极与发射极之间。通过上述实施例，电流驱动单元可以响应于导通信号和关断信号而输出或停止输出电流，从而使得输入引脚在电压输入模式和电流输入模式之间切换。

根据一个实施例，该开关单元包括：第一MOS管，该第一MOS管的漏极连接该电流检测单元；第二MOS管，该第二MOS管的源极连接该第一MOS管的源极，该第二MOS管的漏极连接至地；以及驱动电阻，该驱动电阻的一端连接至该第一MOS管和该第二MOS管的源极，该驱动电阻的另一端连接至该第一MOS管和该第二MOS管的栅极并且连接至该电流驱动单元。通过上述实施例，使得第一MOS管和第二MOS管能够可靠地导通和关断，并且可以实现电流的双向流动。

根据一个实施例，该电流检测单元包括电阻。通过上述实施例，使得可以用低成本可靠地实现电流检测。

根据一个实施例，该输入电路还包括：第一输出端，与该输入引脚连接，并且连接至该电阻的一端；以及第二输出端，连接至该电阻的另一端，该第一输出端和该第二输出端共同提供该电阻两端的电压。通过上述实施例，能够进一步提高电流检测的精度。

根据一个实施例，该第一晶体管包括PNP型晶体管，并且该第二晶体管包括NPN型晶体管。通过上述实施例，可以以较低成本实现电流驱动单元。

根据一个实施例，第一MOS管和该第二MOS管关断时的漏电流为微安级。通过上述实施例，可以减小漏电流，使得输入电路的输入阻抗得以提高。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本公开实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本公开的多个实施例进行说明，其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的输入电路的框图；

图2示出了根据本公开的一个实施例的电流驱动单元的电路原理图；以及

图3示出了根据本公开的一个实施例的开关单元的电路原理图。

具体实施方式

现在将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的原理进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不意在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域的技术人员将容易地认识到，从下面的描述中，本文中所说明的结构和方法的替代实施例可以被采用而不脱离通过本文描述的本实用新型的原理。

下面将结合图1至图3详细说明根据本公开的示例实施例的输入电路的工作原理。首先参考图1，图1示出了根据本公开的实施例的输入电路的框图。

在图1所示的实施例中，输入电路100能够在电压输入模式与电流输入模式之间切换，即，根据现场使用环境所需的控制信号，在不同时刻分别用作电压输入电路和电流输入电路。

总体上，输入电路100包括输入引脚101、电流驱动单元102、开关单元103以及电流检测单元104。在某些实施例中，输入引脚101、电流驱动单元102、开关单元103以及电流检测单元104彼此之间可以以有线方式连接。备选地，在其他实施例中，为了确保电路的安全，电流驱动单元102和开关单元103之间可以通过隔离方式连接。

输入引脚101可以设置在IC外部，并且被配置为接收外部输入。输入引脚101可以是现有技术中任何类型的引脚。在某些实施例中，输入引脚101例如可以接收正电压、负电压、正电流和负电流。

电流驱动单元102可以设置在IC内部，并且被配置为响应于接收到IC内部控制器的导通信号而输出控制电流，以及响应于IC内部控制器的关断信号而不输出控制电流。在某些实施例中，电流驱动单元102例如可以是受控电流源。备选地，在其他实施例中，电流驱动单元102例如也可以是其他类型的电流输出装置，这可以根据具体电路设计要求和成本来确定。

图2示出了根据本公开的一个实施例的电流驱动单元102的电路原理图。如图2所示，电流驱动单元102包括电源Vcc、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、稳压二极管Z1、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2。在一些实施例中，第一晶体管Q1为PNP型晶体管，而第二晶体管Q2为NPN型晶体管。第一电阻R1的一端连接至电源Vcc，另一端连接至第一晶体管Q1的发射极；稳压二极管Z1的阴极连接至电源Vcc，稳压二极管Z1的阳极连接至第一晶体管Q1的基极；第一晶体管Q1的集电极作为电流驱动单元102的输出；第二电阻R2的一端连接至第一晶体管Q1的基极，第二电阻R2的另一端连接至第二晶体管Q2的集电极；第二晶体管Q2的发射极连接至地GND，第二晶体管Q2的基极通过第三电阻R3接收来自芯片内部控制电路的控制信号，并且第二晶体管Q2的基极通过第四电阻R4连接至地GND。

在某些实施例中，电源例如可以为单极性电源，相对于现有技术中使用双极性电源来确保输入电路可以接收负输入电压的技术方案，使用单极性电源可以有效地节省成本。

当控制信号为导通信号(例如，高电平)时，第二晶体管Q2导通，第一晶体管Q1的基极通过第二电阻R2连接至地，使得第一晶体管Q1导通，从而第一晶体管Q1的集电极输出控制电流：

I＝(V_Z1-V_{eb_Q1})/R1

其中V_Z1是稳压二极管Z1两端的电压、V_{eb_Q1}是第一晶体管Q1发射极与基极之间的电压。可以通过调节第一电阻R1的大小以及选择合适参数的稳压二极管Z1和第一晶体管Q1来调节控制电流的大小。

当控制信号为关断信号(例如，低电平)时，第二晶体管Q2关断，第一晶体管Q1的基极置高，使得第一晶体管Q1关断，从而第一晶体管Q1的集电极不再输出电流。

返回图1，如图1所示，开关单元103的控制端连接至电流驱动单元102的电流输出端，用于接收电流驱动单元102输出的控制电流。开关单元103被配置为在从电流驱动单元102接收到控制电流的情况下导通，以使输入电路100处于电流输入模式，以及在未从电流驱动单元102接收到控制电流的情况下关断，以使输入电路100处于电压输入模式。在根据本公开的实施例中，开关单元103例如可以是任何类型的电流驱动双向开关元件。

如图1所示，电流检测单元104连接在输入引脚101与开关单元103之间。电流检测单元104被配置为在电流输入模式下检测流入输入引脚101的电流。在某些实施例中，电流检测单元104例如可以是电阻。备选地，在其他实施例中，电流检测单元104例如也可以是其他类型的电流检测元件，这可以根据具体电路设计要求和成本来确定。

图3示出了根据本公开的一个实施例的电开关单元103的电路原理图。如图3所示，开关单元103包括第一MOS管Q3、第二MOS管Q4以及驱动电阻Rg。第一MOS管Q3的漏极连接电流检测单元104，第一MOS管Q3的源极连接第二MOS管Q4的源极，第一MOS管Q3的栅极连接第二MOS管Q4的栅极，第二MOS管Q4的漏极连接至地GND；驱动电阻Rg的一端连接第一MOS管Q3和第二MOS管Q4的源极，驱动电阻Rg的另一端连接第一MOS管Q3和第二MOS管Q4的栅极以及电流驱动单元102的输出。

当从电流驱动单元102接收到控制电流时，驱动电阻Rg两端产生的电压使得第一MOS管Q3和第二MOS管Q4导通。此时，输入电路100处于电流输入模式。电流检测单元104将检测得到的电流信号输出至IC内部的控制电路。

当没有从电流驱动单元102接收到控制电流时，驱动电阻Rg两端的电压为0，此时第一MOS管Q3和第二MOS管Q4关断，从而使得输入电路100处于电压输入模式。输入引脚101上的电压被直接输送至IC内部的控制电路。

现有技术中的开关单元通常为电压驱动。以NMOS晶体管为例，在电压输入模式下，NMOS晶体管的栅极电压被降低为零，以关断NMOS晶体管所在支路。然而，当输入电压为负时，施加在NMOS晶体管的漏极电压为负，由于体二极管的存在，NMOS晶体管的源极电压也为负。此时，NMOS晶体管的栅源电压为正，使得NMOS晶体管导通，且NMOS晶体管所在支路导通，负电压不是直接进入芯片内部，而是通过NMOS晶体管所在支路分压。因此，现有技术中的开关单元不适于负电压输入。

根据本公开的实施例，通过电流，而不是电压，来驱动开关单元103。在需要关断MOS管时，驱动电阻Rg两端的电压为零，即保证了MOS管栅源电压为零。因此，无论MOS管的漏极电压为正或负，MOS管都处于关断状态。因此，可以实现双极性电压输入。

另外，由于MOS管的漏电流非常低，通常为微安(nA)级，因此，输入阻抗可得以提高。

返回图1，如图1所示，输入电路100还包括第一输出端，与输入引脚101连接，用于在电压输入模式下将输入电压输出至IC内部的控制电路，以及在电流输入模式下将电流检测单元104输出的电压输出至IC内部的控制电路。在某些实施例中，在电流检测单元104为电阻时，为了进一步提高电流检测的精度，输入电路100还包括第二输出端，连接至该电阻不与输入引脚101连接的一端，第一输出端和第二输出端共同提供电阻两端的电压，由此消除了开关单元103中器件的导通电阻对电流测量精度的影响。

根据本公开的实施例，提供了一种能够实现双极性电压输入和高输入阻抗的复用输入电路，在增加IC的通道密度的同时，扩展了复用输入电路的应用场合。

虽然在本申请中权利要求书已针对特征的特定组合而制定，但是应当理解，本公开的范围还包括本文所公开的明确或隐含或对其任何概括的任何新颖特征或特征的任何新颖的组合，不论它是否涉及目前所要求保护的任何权利要求中的相同方案。申请人据此告知，新的权利要求可以在本申请的审查过程中或由其衍生的任何进一步的申请中被制定成这些特征和/或这些特征的组合。

Claims (7)

1.一种输入电路(100)，其特征在于，所述输入电路(100)能够在电压输入模式与电流输入模式之间切换，并且所述输入电路(100)包括：

输入引脚(101)，被配置为在所述电压输入模式下接收输入电压以及在所述电流输入模式下接收输入电流；

电流驱动单元(102)，被配置为响应于接收到导通信号而输出控制电流，以及响应于接收到关断信号而不输出控制电流；

开关单元(103)，连接至所述电流驱动单元(102)，并且被配置为在从所述电流驱动单元(102)接收到所述控制电流的情况下导通，以使所述输入电路(100)处于所述电流输入模式，以及在未从所述电流驱动单元(102)接收到所述控制电流的情况下关断，以使所述输入电路(100)处于所述电压输入模式；以及

电流检测单元(104)，连接在所述输入引脚(101)与所述开关单元(103)之间，并且被配置为在所述电流输入模式下检测所述输入电流。

2.根据权利要求1所述的输入电路(100)，其特征在于，所述电流驱动单元(102)包括：

电源(Vcc)；

第一电阻(R1)，所述第一电阻(R1)的一端连接至所述电源(Vcc)；

稳压二极管(Z1)，所述稳压二极管(Z1)的阴极连接至所述电源(Vcc)；

第一晶体管(Q1)，所述第一晶体管(Q1)的发射极连接至所述第一电阻(R1)的另一端，所述第一晶体管(Q1)的基极连接至所述稳压二极管(Z1)的阳极，所述第一晶体管(Q1)的集电极连接至所述开关单元(103)以向所述开关单元(103)提供所述控制电流；

第二电阻(R2)，所述第二电阻(R2)的一端连接至所述稳压二极管(Z1)的阳极；

第二晶体管(Q2)，所述第二晶体管(Q2)的集电极连接至所述第二电阻(R2)的另一端，所述第二晶体管(Q2)的发射极连接至地(GND)；

第三电阻(R3)，所述第三电阻(R3)的一端连接所述第二晶体管(Q2)的基极，所述第三电阻(R3)的另一端用于接收所述导通信号或所述关断信号；以及

第四电阻(R4)，所述第四电阻(R4)连接在所述第二晶体管(Q2)的基极与发射极之间。

3.根据权利要求1所述的输入电路(100)，其特征在于，所述开关单元(103)包括：

第一MOS管(Q3)，所述第一MOS管(Q3)的漏极连接所述电流检测单元(104)；

第二MOS管(Q4)，所述第二MOS管(Q4)的源极连接所述第一MOS管(Q3)的源极，所述第二MOS管(Q4)的漏极连接至地(GND)；以及

驱动电阻(Rg)，所述驱动电阻(Rg)的一端连接至所述第一MOS管(Q3)和所述第二MOS管(Q4)的源极，所述驱动电阻(Rg)的另一端连接至所述第一MOS管(Q3)和所述第二MOS管(Q4)的栅极并且连接至所述电流驱动单元(102)。

4.根据权利要求1所述的输入电路(100)，其特征在于，所述电流检测单元(104)包括电阻。

5.根据权利要求4所述的输入电路(100)，其特征在于，还包括：

第一输出端，与所述输入引脚(101)连接，并且连接至所述电阻的一端；以及

第二输出端，连接至所述电阻的另一端，所述第一输出端和所述第二输出端共同提供所述电阻两端的电压。

6.根据权利要求2所述的输入电路(100)，其特征在于，所述第一晶体管(Q1)包括PNP型晶体管，并且所述第二晶体管(Q2)包括NPN型晶体管。

7.根据权利要求3所述的输入电路(100)，其特征在于，所述第一MOS管(Q3)和所述第二MOS管(Q4)关断时的漏电流为微安级。

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