JP7483088B2

JP7483088B2 - 信号調整回路及び測定装置

Info

Publication number: JP7483088B2
Application number: JP2023054047A
Authority: JP
Inventors: 俊胡
Original assignee: 惠州億緯▲り▼能股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2023-03-29
Publication date: 2024-05-14
Anticipated expiration: 2043-03-29
Also published as: JP2024058548A; US20240128961A1; EP4354739A1

Description

本出願は、信号調整技術の分野に関し、特に、信号調整回路及び測定装置に関する。

信号調整回路は、アナログ信号をデータ収集、制御プロセス、計算・表示・読み出し等の実行に使用可能なデジタル信号に変換する回路である。電圧信号のサンプリング調整は、信号調整回路の主要な構成部分である。

実際の電圧サンプリング中、入力電圧の範囲は非常に広い。入力電圧が過大である場合、サンプリング回路の測定範囲を超えることになり、入力電圧が過小である場合、サンプリング精度の不足又はサンプリングできないことを招く。通常、固定の増幅率で入力電圧を増幅してサンプリングするが、サンプリング精度が低く、電圧を連続的に調整することはできない。マイクロコントローラでセグメント化してサンプリングするように制御すると、回路は比較的に複雑で、コストが高くなる。

これに鑑みて、上記従来の電圧サンプリング調整方式に存在する問題に対して、電圧サンプリング調整の適用サンプリング範囲を増加し、セグメント電圧の連続的な調整を実現し、サンプリング精度を向上させ、電圧サンプリング回路の適用ケースを拡大することができる信号調整回路及び測定装置を提供する必要がある。

第１の側面において、本出願は、
電圧しきい値信号を出力するように構成される電圧しきい値回路と、
第１のセグメント電圧調整サブ回路および第２のセグメント電圧調整サブ回路を含み、第１のセグメント電圧調整サブ回路が受信した第１のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整して、第１の出力電圧信号を出力するように構成され、第２のセグメント電圧調整サブ回路が受信した第２のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整して、第２の出力電圧信号を出力するように構成されるセグメント電圧調整回路と、
電圧しきい値回路、第１のセグメント電圧調整サブ回路および第２のセグメント電圧調整サブ回路にそれぞれ接続され、入力電圧信号および電圧しきい値信号を受信するように構成され、さらに入力電圧信号の電圧値が電圧しきい値信号のしきい値よりも小さい場合に、第１のオン信号を出力し、入力電圧信号の電圧値が電圧しきい値信号のしきい値よりも大きい場合に、第２のオン信号を出力するように構成される選択回路と、を備える信号調整回路を提供する。

オプションとして、選択回路は第１の比較器および第２の比較器を含み、
第１の比較器の第１の入力端は入力電圧信号を受信するために用いられ、第１の比較器の第２の入力端は電圧しきい値回路の出力端に接続され、第１の比較器の出力端は第１のセグメント電圧調整サブ回路に接続され、電圧しきい値回路の電源端は直流電力供給電源に接続するために用いられ、
第２の比較器の第１の入力端は電圧しきい値回路の出力端に接続され、第２の比較器の第２の入力端は入力電圧信号を受信するために用いられ、第２の比較器の出力端は第２のセグメント電圧調整サブ回路に接続される。

オプションとして、電圧しきい値回路は第１の抵抗器及び第２の抵抗器を含み、
第１の抵抗器の第１の端は直流電力供給電源に接続され、第１の抵抗器の第２の端は第２の抵抗器の第１の端に接続され、第２の抵抗器の第２の端はアースに接続され、第１の比較器の第２の入力端、第２の比較器の第１の入力端はそれぞれ第１の抵抗器の第２の端と第２の抵抗器の第１の端との間に接続される。

オプションとして、第１のセグメント電圧調整サブ回路は第１のスイッチトランジスタ及び第１の比例演算増幅サブ回路を含み、
第１のスイッチトランジスタのゲートは第１の比較器の出力端に接続され、第１のスイッチトランジスタのドレインは入力電圧信号を受け入れるために用いられ、第１のスイッチトランジスタのソースは第１の比例演算増幅サブ回路の非反転入力端に接続され、第１の比例演算増幅サブ回路の出力端は第１の比例増幅電圧信号を出力するように構成される。

オプションとして、第２のセグメント電圧調整サブ回路は第２のスイッチトランジスタ、第２の比例演算増幅サブ回路、第１の差動増幅サブ回路及び連続出力調節回路を含み、
第２のスイッチトランジスタのゲートは第２の比較器の出力端に接続され、第２のスイッチトランジスタのドレインは入力電圧信号を受け入れるために用いられ、第２のスイッチトランジスタのソースは第２の比例演算増幅サブ回路の非反転入力端に接続され、第２の比例演算増幅サブ回路の出力端は第１の差動増幅サブ回路の非反転入力端に第２の比例増幅電圧信号を伝送するように構成され、第１の差動増幅サブ回路の反転入力端は連続出力調節回路に接続され、第１の差動増幅サブ回路の出力端は調節された第２の比例増幅電圧信号を出力するように構成される。

オプションとして、第１のセグメント電圧調整サブ回路はさらに第１の電圧追従サブ回路を含み、
第１の電圧追従サブ回路の非反転入力端は第１の比例演算増幅サブ回路の出力端に接続される。

オプションとして、第２のセグメント電圧調整サブ回路はさらに第２の電圧追従サブ回路を含み、
第２の電圧追従サブ回路の非反転入力端は第１の差動増幅サブ回路の出力端に接続される。

オプションとして、連続出力調節回路は第３の抵抗器及び第４の抵抗器を含み、
第３の抵抗器の第１の端は直流電力供給電源に接続され、第３の抵抗器の第２の端は第４の抵抗器の第１の端に接続され、第４の抵抗器の第２の端はアースに接続され、第１の差動増幅サブ回路の反転入力端は第３の抵抗器の第２の端と第４の抵抗器の第１の端との間に接続される。

オプションとして、第１の比較器は演算比較器であり、第２の比較器は演算比較器である。

第２の側面において、本出願は、上記のいずれか一項に記載の信号調整回路を備える信号測定装置を提供する。

上記技術案のうちの一つは以下のような利点及び有益な効果を有する。
上記の信号調整回路では、電圧しきい値回路、第１のセグメント電圧調整サブ回路および第２のセグメント電圧調整サブ回路を含むセグメント電圧調整回路、及び選択回路を備えており、電圧しきい値回路は電圧しきい値信号を出力するように構成され、選択回路は電圧しきい値回路、第１のセグメント電圧調整サブ回路および第２のセグメント電圧調整サブ回路にそれぞれ接続され、選択回路は入力電圧信号および電圧しきい値信号を受信するように構成され、選択回路はさらに入力電圧信号の電圧値が電圧しきい値信号のしきい値よりも小さい場合に、第１のオン信号を出力するように構成され、さらに第１のセグメント電圧調整サブ回路が受信した第１のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整して、第１の出力電圧信号を出力し、選択回路はさらに入力電圧信号の電圧値が電圧しきい値信号のしきい値よりも大きい場合に、第２のオン信号を出力するように構成され、さらに第２のセグメント電圧調整サブ回路が受信した第２のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整して、第２の出力電圧信号を出力することで、高精度で広い範囲の電圧信号調整を実現する。本出願は電圧信号調整を最適化設計しており、電圧について自動的にセグメント化して調整することで、柔軟性を増加し、セグメント電圧調整回路を工夫することによって、選択回路が電圧しきい値回路、第１のセグメント電圧調整サブ回路及び第２のセグメント電圧調整サブ回路にそれぞれ接続されることを利用して、さらにセグメント電圧の連続的な調整を実現し、異なるセグメントの電圧に対して異なるゲイン方式を採用することで、電圧サンプリング調整の適用サンプリング範囲を増加し、サンプリング精度及び汎用性を向上させ、それにより電圧サンプリング調整の適用ケースを拡大し、回路の汎用性及びサンプリング調整の正確性を向上させ、且つ回路コストを低減する。

本出願の実施例における信号調整回路の第１の回路構成の概略図である。本出願の実施例における信号調整回路の第２の回路構成の概略図である。本出願の実施例における信号調整回路の第３の回路構成の概略図である。本出願の実施例における信号調整回路の第４の回路構成の概略図である。本出願の実施例における信号調整回路の第５の回路構成の概略図である。本出願の実施例における信号調整回路の第６の回路構成の概略図である。

電圧しきい値回路１００；セグメント電圧調整回路２００；第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０；第１の比例演算増幅サブ回路２１２；第１の電圧追従サブ回路２１４；第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０；第２の比例演算増幅サブ回路２２２；第１の差動増幅サブ回路２２４；連続出力調節回路２２６；第２の電圧追従サブ回路２２８；選択回路３００；第１の比較器Ｂ１；第２の比較器Ｂ２；第１のスイッチトランジスタＱ１；第２のスイッチトランジスタＱ２；第１の抵抗器Ｒ１；第２の抵抗器Ｒ２；第３の抵抗器Ｒ３；第４の抵抗器Ｒ４；第５の抵抗器Ｒ５；第６の抵抗器Ｒ６；第７の抵抗器Ｒ７；第８の抵抗器Ｒ８；第９の抵抗器Ｒ９；第１０の抵抗器Ｒ１０；第１１の抵抗器Ｒ１１；第１２の抵抗器Ｒ１２。

当業者が本出願の技術案をより良く理解するために、以下、本出願の実施例の図面を参照しながら、本出願の実施例の技術案を明確かつ完全に説明するが、説明する実施例は本出願の一部の実施例にすぎず、すべての実施例ではないことは明らかである。当業者が本出願における実施例に基づいて創造性労働を行わずに達成される他のすべての実施例は、いずれも本出願による保護範囲内に属すべきである。

なお、本出願の明細書および特許請求の範囲ならびに上記の図面における「第１の」、「第２の」などの用語は、類似の対象物を区別するために使用され、必ずしも特定の手順または前後順序を説明するために使用されるものではない。このように使用されるデータは適切な場合に交換されて、ここに説明される本出願の実施例に適用され得ることが理解されるべきである。このほかに、「備える（含む）」および「有する」という用語、ならびにそれらのいかなる変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図しており、例えば、一連のステップまたはユニットを包含したプロセス、方法、システム、製品または装置は、必ずしも明示的に列挙されたステップまたはユニットに限定されず、明示的に列挙されていない、またはそれらのプロセス、方法、製品または装置に固有の他のステップまたはユニットを含むことができる。
また、「複数」という用語は、二つ以上を意味するものとする。

従来の電圧サンプリング調整方式に存在する上記の問題を解決するために、一つの実施例では、図１に示すように、信号調整回路が提供され、この信号調整回路は、電圧しきい値回路１００、セグメント電圧調整回路２００および選択回路３００を備える。

電圧しきい値回路１００は電圧しきい値信号を出力するように構成され、セグメント電圧調整回路２００は第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０および第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０を含み、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０が受信した第１のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整して、第１の出力電圧信号を出力するように構成され、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０が受信した第２のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整して、第２の出力電圧信号を出力するように構成され、選択回路３００は、電圧しきい値回路１００、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０および第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０にそれぞれ接続され、選択回路３００は、入力電圧信号および電圧しきい値信号を受信するように構成され、選択回路３００は、さらに入力電圧信号の電圧値が電圧しきい値信号のしきい値よりも小さい場合に、第１のオン信号を出力し、入力電圧信号の電圧値が電圧しきい値信号のしきい値よりも大きい場合に、第２のオン信号を出力するように構成される。

電圧しきい値回路１００は選択回路３００に接続されており、電圧しきい値回路１００に抵抗値を設置することによって、さらに電圧しきい値回路１００に電圧しきい値信号を選択回路３００に出力させることができる。そのうち、電圧しきい値信号のしきい値とは、対応する電圧しきい値を指す。セグメント電圧調整回路２００は、二つの対応するサブ回路を含んで良い。例えば、セグメント電圧調整回路２００は、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０および第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０を含んで良い。第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０は、第１のプリセット増幅比例に基づいて、入力電圧信号に信号調整を行い、さらに第１の出力電圧信号を出力することができ、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０は、第２のプリセット増幅比例に基づいて、入力電圧信号に信号調整を行い、さらに第２の出力電圧信号を出力することができる。

選択回路３００には、入力電圧信号を受信するための入力インタフェースを設けることができる。選択回路３００が電圧しきい値回路１００に接続されることから、さらに選択回路３００は入力電圧信号と電圧しきい値信号を受信して、入力電圧信号を電圧しきい値信号と比較し、比較結果に応じて、入力電圧信号の電圧値が電圧しきい値信号のしきい値よりも小さい場合に、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０に第１のオン信号を出力し、これにより、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０は受信した第１のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整して、第１の出力電圧信号を出力するようになる。選択回路３００は入力電圧信号の電圧値が電圧しきい値信号のしきい値よりも大きい場合に、第２のオン信号を出力し、これにより、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０は受信した第２のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整して、第２の出力電圧信号を出力するようになる。設定されたセグメント電圧範囲の信号調整チャネルによって、入力電圧信号の二つのセグメントの電圧範囲での電圧信号調整が実現される。

上記実施例では、電圧しきい値回路１００、２つの回路（第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０及び第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０）が設置されるセグメント電圧調整回路２００及び選択回路３００を設けることで、電圧信号調整を最適化設計しており、電圧について自動的にセグメント化して調整することで、柔軟性を増加し、さらにセグメント電圧の連続的な調整を実現し、異なるセグメントの電圧に対して異なるゲイン方式を採用することで、電圧サンプリング調整の適用サンプリング範囲を増加し、サンプリング精度及び汎用性を向上させ、それにより電圧サンプリング調整の適用ケースを拡大し、回路の汎用性及びサンプリング調整の正確性を向上させ、且つ回路コストを低減する。

一つの例では、図２に示すように、選択回路３００は、第１の比較器Ｂ１および第２の比較器Ｂ２を含む。

第１の比較器Ｂ１の第１の入力端は入力電圧信号を受信するために用いられ、第１の比較器Ｂ１の第２の入力端は電圧しきい値回路１００の出力端に接続され、第１の比較器Ｂ１の出力端は第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０に接続され、電圧しきい値回路１００の電源端は直流電力供給電源に接続するために用いられる。第２の比較器Ｂ２の第１の入力端は電圧しきい値回路１００の出力端に接続され、第２の比較器Ｂ２の第２の入力端は入力電圧信号を受信するために用いられ、第２の比較器Ｂ２の出力端は第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０に接続される。

ここで、第１の比較器Ｂ１、第２の比較器Ｂ２はいずれも演算比較器を採用してもよい。

例示的に、第１の比較器Ｂ１、第２の比較器Ｂ２は演算比較器を採用する場合を例として説明する。第１の比較器Ｂ１の第１の入力端とは、第１の比較器Ｂ１の反転入力端を指し、第１の比較器Ｂ１の第２の入力端とは、第１の比較器Ｂ１の非反転入力端を指す。第２の比較器Ｂ２の第１の入力端とは、第２の比較器Ｂ２の反転入力端を指し、第２の比較器Ｂ２の第２の入力端とは、第２の比較器Ｂ２の非反転入力端を指す。

電圧しきい値回路１００の電源端が直流電力供給電源に接続されることから、電圧しきい値回路１００は直流電力供給電源を分圧して、さらに電圧しきい値信号を出力することができる。第１の比較器Ｂ１の第１の入力端が入力電圧信号を受信し、第１の比較器Ｂ１の第２の入力端は電圧しきい値信号を受信することから、第１の比較器Ｂ１は入力電圧信号と電圧しきい値信号の電圧振幅値を比較し、入力電圧信号の電圧振幅値が電圧しきい値信号の電圧振幅値よりも大きい場合、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０はオフ状態を保持し、入力電圧信号の電圧振幅値が電圧しきい値信号の電圧振幅値よりも小さい場合、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０に第１のオン信号を伝送し、さらに第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０は受信した第１のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整し、第１の出力電圧信号を出力する。例示的に、第１のオン信号は、高レベルの信号であってよい。例えば、第１の比較器Ｂ１は、入力電圧信号の電圧振幅値が電圧しきい値信号の電圧振幅値よりも大きい場合、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０に低レベルの信号を伝送し、さらに第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０がオフ状態を保持し、入力電圧信号の電圧振幅値が電圧しきい値信号の電圧振幅値よりも小さい場合、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０に高レベルの信号を伝送し、さらに第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０がオンして動作する。

第２の比較器Ｂ２の第１の入力端が電圧しきい値信号を受信し、第２の比較器Ｂ２の第２の入力端が入力電圧信号を受信することから、第２の比較器Ｂ２は入力電圧信号と電圧しきい値信号の電圧振幅値を比較し、入力電圧信号の電圧振幅値が電圧しきい値信号の電圧振幅値よりも小さい場合、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０はオフ状態を保持し、入力電圧信号の電圧振幅値が電圧しきい値信号の電圧振幅値よりも大きい場合、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０に第２のオン信号を伝送し、さらに第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０は受信した第２のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整して、第２の出力電圧信号を出力する。例示的に、第２のオン信号は、高レベルの信号であってよい。例えば、第２の比較器Ｂ２は、入力電圧信号の電圧振幅値が電圧しきい値信号の電圧振幅値よりも小さい場合、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０に低レベルの信号を伝送し、さらに第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０がオフ状態を保持し、入力電圧信号の電圧振幅値が電圧しきい値信号の電圧振幅値よりも大きい場合、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０に高レベルの信号を伝送し、さらに第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０がオンして動作する。

上記実施例では、電圧しきい値回路１００、セグメント電圧調整回路２００及び選択回路３００を設け、選択回路３００は、第１の比較器Ｂ１および第２の比較器Ｂ２を含むことで、二つの入力電圧範囲に分割して、入力電圧信号に比較処理を行い、入力電圧信号の電圧振幅値が対応する入力電圧範囲に入ると、対応する電圧調整サブ回路（第１の電圧調整サブ回路及び第２の電圧調整サブ回路）をオンすることで、高精度で広い範囲の電圧信号調整を実現する。本出願は電圧信号調整を最適化設計しており、電圧について自動的にセグメント化して調整することで、柔軟性を増加し、セグメント電圧の連続的な調整を実現し、異なるセグメントの電圧に対して異なるゲイン方式を採用することで、電圧サンプリング調整の適用サンプリング範囲を増加し、サンプリング精度及び汎用性を向上させ、それにより電圧サンプリング調整の適用ケースを拡大し、回路の汎用性及びサンプリング調整の正確性を向上させ、且つ回路コストを低減する。

一つの例では、図３に示すように、電圧しきい値回路１００は、第１の抵抗器Ｒ１及び第２の抵抗器Ｒ２を含む。第１の抵抗器Ｒ１の第１の端は直流電力供給電源に接続され、第１の抵抗器Ｒ１の第２の端は第２の抵抗器Ｒ２の第１の端に接続され、第２の抵抗器Ｒ２の第２の端はアースに接続され、第１の比較器Ｂ１の第２の入力端、第２の比較器Ｂ２の第１の入力端はそれぞれ第１の抵抗器Ｒ１の第２の端と第２の抵抗器Ｒ２の第１の端との間に接続される。

ここで、第１の抵抗器Ｒ１と第２の抵抗器Ｒ２との上記接続関係に基づいて、第１の抵抗器Ｒ１の抵抗値をｒ１、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗値をｒ２、直流電力供給電源の電圧値をvccとすると、電圧しきい値回路１００の電圧しきい値信号の電圧しきい値は、

となる。

例示的に、第１の抵抗器Ｒ１および第２の抵抗器Ｒ２は、可変抵抗器であってよい。

電圧しきい値回路１００の電圧しきい値に対する設定に基づいて、さらに入力電圧（ＶＩＮ）の検出範囲を、ＶＩＮ＜ＶＴＨ１である第１のセグメント、ＶＩＮ＞ＶＴＨ１である第２のセグメントという二つのセグメントに分割することができる。

一つの例では、図４に示すように、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０は、第１のスイッチトランジスタＱ１および第１の比例演算増幅サブ回路２１２を含む。第１のスイッチトランジスタＱ１のゲートは第１の比較器Ｂ１の出力端に接続され、第１のスイッチトランジスタＱ１のドレインは入力電圧信号を受け入れるために用いられ、第１のスイッチトランジスタＱ１のソースは第１の比例演算増幅サブ回路２１２の非反転入力端に接続され、第１の比例演算増幅サブ回路２１２の出力端は第１の比例増幅電圧信号を出力するように構成される。

ここで、第１の比例演算増幅サブ回路２１２は、入力電圧信号に第１のプリセット比例での増幅処理を行うためのものである。第１のスイッチトランジスタＱ１はＭＯＳトランジスタであってもよく、例えば、第１のスイッチトランジスタＱ１はＮ型ＭＯＳトランジスタであってもよい。

入力電圧信号の電圧振幅値ＶＩＮが電圧しきい値信号の電圧しきい値ＶＴＨ１よりも小さい場合、第１の比較器Ｂ１は高レベルの信号（すなわち第１のオン信号）を出力し、第１のスイッチトランジスタＱ１のゲートは第１のオン信号を受信すると、第１のスイッチトランジスタＱ１がオンし、第１のスイッチトランジスタＱ１のドレインが入力電圧信号を受け入れるために用いられること、第１のスイッチトランジスタＱ１のソースが第１の比例演算増幅サブ回路２１２の非反転入力端に接続されることから、さらに第１の比例演算増幅サブ回路２１２の非反転入力端は入力電圧信号を受信し、第１の比例演算増幅サブ回路２１２による第１のプリセット比例増幅処理によって、さらに第１の比例で増幅された電圧信号を出力する。

一つの例では、図４に示すように、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０は、第２のスイッチトランジスタＱ２、第２の比例演算増幅サブ回路２２２、第１の差動増幅サブ回路２２４および連続出力調節回路２２６を含む。第２のスイッチトランジスタＱ２のゲートは第２の比較器Ｂ２の出力端に接続され、第２のスイッチトランジスタＱ２のドレインは入力電圧信号を受け入れるために用いられ、第２のスイッチトランジスタＱ２のソースは第２の比例演算増幅サブ回路２２２の非反転入力端に接続され、第２の比例演算増幅サブ回路２２２の出力端は第１の差動増幅サブ回路２２４の非反転入力端に第２の比例増幅電圧信号を伝送するように構成され、第１の差動増幅サブ回路２２４の反転入力端は連続出力調節回路２２６に接続され、第１の差動増幅サブ回路２２４の出力端は調節された第２の比例増幅電圧信号を出力するように構成される。

ここで、第２の比例演算増幅サブ回路２２２は、入力電圧信号に第２のプリセット比例での増幅処理を行うためのものである。第１の差動増幅サブ回路２２４は、回路対称性の特徴を有し、動作点を安定化させる役割を果たすことができる。連続出力調節回路２２６は、出力電圧に連続性を持たせるように出力電圧を調節するためのものである。例えば、連続出力調節回路２２６は、連続出力調節信号を出力するためのものである。

入力電圧信号の電圧振幅値ＶＩＮが電圧しきい値信号の電圧しきい値ＶＴＨ１よりも大きい場合、第２の比較器Ｂ２は高レベルの信号（すなわち第２のオン信号）を出力し、第２のスイッチトランジスタＱ２のゲートは第２のオン信号を受信すると、第２のスイッチトランジスタＱ２がオンし、第２のスイッチトランジスタＱ２のドレインが入力電圧信号を受け入れるために用いられること、第２のスイッチトランジスタＱ２のソースが第２の比例演算増幅サブ回路２２２の非反転入力端に接続されることから、さらに第２の比例演算増幅サブ回路２２２の非反転入力端は入力電圧信号を受信し、第２の比例演算増幅サブ回路２２２による第２のプリセット比例増幅処理によって、さらに第１の差動増幅サブ回路２２４の非反転入力端に第２の比例で増幅された電圧信号を伝送する。第１の差動増幅サブ回路２２４の反転入力端が連続出力調節回路２２６に接続されることから、さらに第１の差動増幅サブ回路２２４の反転入力端は連続出力調節信号を受け入れ、第１の差動増幅サブ回路２２４による差動増幅処理によって、さらに第１の差動増幅サブ回路２２４の出力端は調節された第２の比例増幅電圧信号を出力する。

電圧信号調整を最適化設計して、入力電圧の大きさについて自動的にセグメント化して調整し、異なるセグメントの電圧に対して異なるゲイン方式を採用することで、電圧サンプリング調整の適用サンプリング範囲を増加し、サンプリング精度及び汎用性を向上させ、且つ回路コストを低減する。連続出力調節回路２２６を設けることにより、電圧出力の連続性を実現し、電圧サンプリング調整の適用ケースを拡大し、回路の汎用性及びサンプリング調整の正確性を向上させる。

一つの例では、図５に示すように、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０は、第１の電圧追従サブ回路２１４をさらに含む。第１の電圧追従サブ回路２１４の非反転入力端は、第１の比例演算増幅サブ回路２１２の出力端に接続される。

第１の電圧追従サブ回路２１４の非反転入力端が第１の比例演算増幅サブ回路２１２の出力端に接続されることから、第１の電圧追従サブ回路２１４は緩衝・分離の役割を果たしており、第１の比例演算増幅サブ回路２１２とバックエンド回路とが互いに影響を与えず、電圧信号調整の信頼性を向上させる。

一つの例では、図５に示すように、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０は、第２の電圧追従サブ回路２２８をさらに含む。第２の電圧追従サブ回路２２８の非反転入力端は、第１の差動増幅サブ回路２２４の出力端に接続される。

第２の電圧追従サブ回路２２８の非反転入力端が第１の差動増幅サブ回路２２４の出力端に接続されることから、第２の電圧追従サブ回路２２８は緩衝・分離の役割を果たしており、第１の差動増幅サブ回路２２４とバックエンド回路とが互いに影響を与えず、電圧信号調整の信頼性を向上させる。

一つの例では、図６に示すように、連続出力調節回路２２６は第３の抵抗器Ｒ３および第４の抵抗器Ｒ４を含む。第３の抵抗器Ｒ３の第１の端は直流電力供給電源に接続され、第３の抵抗器Ｒ３の第２の端は第４の抵抗器Ｒ４の第１の端に接続され、第４の抵抗器Ｒ４の第２の端はアースに接続され、第１の差動増幅サブ回路２２４の非反転入力端は、第３の抵抗器Ｒ３の第２の端と第４の抵抗器Ｒ４の第１の端との間に接続される。

ここで、第３の抵抗器Ｒ３と第４の抵抗器Ｒ４との上記接続関係に基づいて、第３の抵抗器Ｒ３の抵抗値をｒ３、第４の抵抗器Ｒ４の抵抗値をｒ４、直流電力供給電源ＶＣＣの電圧値をvccとすると、連続出力調節回路２２６の連続出力調節信号の電圧調節値は、

となる。

例示的に、第３の抵抗器Ｒ３及び第４の抵抗器Ｒ４は、可変抵抗器であってよい。

一つの例では、図６に示すように、電圧しきい値回路は、第１の抵抗器Ｒ１及び第２の抵抗器Ｒ２を含む。第１の抵抗器Ｒ１の抵抗値はｒ１、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗値はｒ２、第３の抵抗器Ｒ３の抵抗値はｒ３、第４の抵抗器Ｒ４の抵抗値はｒ４、直流電力供給電源ＶＣＣの電圧はvccとする。

第１の抵抗器Ｒ１の抵抗値ｒ１、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗値ｒ２を設定することにより、さらに電圧しきい値信号の電圧しきい値ＶＴＨ１を

として設定する。

選択回路３００によって、入力電圧ＶＩＮを電圧しきい値信号の電圧しきい値ＶＴＨ１と比較し、ＶＩＮ＜ＶＴＨ１の場合、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０の第１のスイッチトランジスタＱ１は閉じられ、第２のスイッチトランジスタＱ２はオフされ、そうすると、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０がオンして動作し、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０がオフして動作せず、ＶＴＨ１＜ＶＩＮの場合、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０の第２のスイッチトランジスタＱ２は閉じられ、第１のスイッチトランジスタＱ１はオフされ、そうすると、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０はオンして動作し、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０はオフして動作しない。

具体的には、図６のように、第１の比例演算増幅サブ回路２１２は、第１の演算増幅器、第５の抵抗器Ｒ５（抵抗値ｒ５）および第６の抵抗器Ｒ６（抵抗値ｒ６）を含み、第２の比例演算増幅サブ回路２２２は、第２の演算増幅器、第７の抵抗器Ｒ７（抵抗値ｒ７）および第８の抵抗器Ｒ８（抵抗値ｒ８）を含み、第１の差動増幅サブ回路２２４は、第３の演算増幅器、第９の抵抗器Ｒ９（抵抗値ｒ９）、第１０の抵抗器Ｒ１０（抵抗値ｒ１０）、第１１の抵抗器Ｒ１１（抵抗値ｒ１１）および第１２の抵抗器Ｒ１２（抵抗値ｒ１２）を含む。

ＶＩＮ＜ＶＴＨ１の場合、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０の第１のスイッチトランジスタＱ１は閉じられ、第２のスイッチトランジスタＱ２はオフされ、そうすると、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０がオンして動作し、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０がオフして動作せず、さらに出力電圧は

となり、なお、出力電圧は必要に応じてバイアスされたり、設計比例で増幅されたりしても良い。

ＶＴＨ１＜ＶＩＮの場合、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０の第２のスイッチトランジスタＱ２は閉じられ、第１のスイッチトランジスタＱ１はオフされ、そうすると、第２のセグメント電圧調整サブ回路２２０はオンして動作し、第１のセグメント電圧調整サブ回路２１０はオフして動作せず、ｒ９＝ｒ１０＝ｒ１１＝ｒ１２とすると、

となる。出力の連続性を実現するために、ＶＴＨ２電圧は、

として設定される。さらに出力電圧は

となる。

すなわち、入力電圧ＶＩＮの調整が実現されて、出力結果は、

となる。

上記の実施例では、二つの入力電圧範囲に分割して、入力電圧信号に比較処理を行い、入力電圧信号の電圧振幅値が対応する入力電圧範囲に入ると、対応する電圧調整サブ回路（第１の電圧調整サブ回路及び第２の電圧調整サブ回路）をオンすることで、二つのセグメントでの電圧信号調整を実現する。本出願は電圧信号調整を最適化設計しており、電圧について自動的にセグメント化して調整することで、柔軟性を増加し、異なるセグメントの電圧に対して異なるゲイン方式を採用することで、電圧サンプリング調整の適用サンプリング範囲を増加し、サンプリング精度及び汎用性を向上させ、それにより電圧サンプリング調整の適用ケースを拡大し、回路の汎用性及びサンプリング調整の正確性を向上させ、且つ回路コストを低減する。

一つの実施例では、上記のいずれかの信号調整回路を備える信号測定装置も提供される。

そのうち、上記の信号調整回路の具体的な説明は、上述した実施例における説明を参照でき、ここでは説明を省略する。

以上の実施例の各技術的特徴は、任意に組み合わせることが可能であるが、説明を簡単にするために、上記実施例の各技術的特徴の全ての可能な組み合わせについては説明しておらず、しかし、これらの技術的特徴の組み合わせは、矛盾しない限り、本明細書に記載された範囲内であるとみなされるべきである。

上述した実施例は、本出願のいくつかの実施形態を示しているものに過ぎず、それらが比較的に具体的かつ詳細に説明されているが、それによって特許請求の範囲を制限するものとして理解されることはできない。当業者であれば、本出願の概念から逸脱することなくいくつかの変形および改良を行うこともでき、それらのすべてが本出願による保護範囲に含まれることに留意されたい。したがって、本特許出願による保護範囲は、添付の特許請求の範囲に準じるものとすべきである。

Claims

電圧しきい値信号を出力するように構成される電圧しきい値回路と、
第１のセグメント電圧調整サブ回路および第２のセグメント電圧調整サブ回路を含み、前記第１のセグメント電圧調整サブ回路が受信した第１のオン信号に応じて、入力電圧信号を調整して、第１の出力電圧信号を出力するように構成され、前記第２のセグメント電圧調整サブ回路が受信した第２のオン信号に応じて、前記入力電圧信号を調整して、第２の出力電圧信号を出力するように構成されるセグメント電圧調整回路と、
前記電圧しきい値回路、前記第１のセグメント電圧調整サブ回路および前記第２のセグメント電圧調整サブ回路にそれぞれ接続され、入力電圧信号および前記電圧しきい値信号を受信するように構成され、さらに前記入力電圧信号の電圧値が前記電圧しきい値信号のしきい値よりも小さい場合に、前記第１のオン信号を出力し、前記入力電圧信号の電圧値が前記電圧しきい値信号のしきい値よりも大きい場合に、前記第２のオン信号を出力するように構成される選択回路と、
を備えることを特徴とする信号調整回路。
前記選択回路は第１の比較器および第２の比較器を含み、
前記第１の比較器の第１の入力端は前記入力電圧信号を受信するために用いられ、前記第１の比較器の第２の入力端は前記電圧しきい値回路の出力端に接続され、前記第１の比較器の出力端は前記第１のセグメント電圧調整サブ回路に接続され、前記電圧しきい値回路の電源端は直流電力供給電源に接続するために用いられ、
前記第２の比較器の第１の入力端は前記電圧しきい値回路の出力端に接続され、前記第２の比較器の第２の入力端は前記入力電圧信号を受信するために用いられ、前記第２の比較器の出力端は前記第２のセグメント電圧調整サブ回路に接続されることを特徴とする請求項１に記載の信号調整回路。
前記電圧しきい値回路は第１の抵抗器及び第２の抵抗器を含み、
前記第１の抵抗器の第１の端は前記直流電力供給電源に接続され、前記第１の抵抗器の第２の端は前記第２の抵抗器の第１の端に接続され、前記第２の抵抗器の第２の端はアースに接続され、前記第１の比較器の第２の入力端、前記第２の比較器の第１の入力端はそれぞれ前記第１の抵抗器の第２の端と前記第２の抵抗器の第１の端との間に接続されることを特徴とする請求項２に記載の信号調整回路。
前記第１のセグメント電圧調整サブ回路は第１のスイッチトランジスタ及び第１の比例演算増幅サブ回路を含み、
前記第１のスイッチトランジスタのゲートは前記第１の比較器の出力端に接続され、前記第１のスイッチトランジスタのドレインは前記入力電圧信号を受け入れるために用いられ、前記第１のスイッチトランジスタのソースは前記第１の比例演算増幅サブ回路の非反転入力端に接続され、前記第１の比例演算増幅サブ回路の出力端は第１の比例増幅電圧信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の信号調整回路。
前記第２のセグメント電圧調整サブ回路は第２のスイッチトランジスタ、第２の比例演算増幅サブ回路、第１の差動増幅サブ回路及び連続出力調節回路を含み、
前記第２のスイッチトランジスタのゲートは前記第２の比較器の出力端に接続され、前記第２のスイッチトランジスタのドレインは前記入力電圧信号を受け入れるために用いられ、前記第２のスイッチトランジスタのソースは前記第２の比例演算増幅サブ回路の非反転入力端に接続され、前記第２の比例演算増幅サブ回路の出力端は前記第１の差動増幅サブ回路の非反転入力端に第２の比例増幅電圧信号を伝送するように構成され、前記第１の差動増幅サブ回路の反転入力端は前記連続出力調節回路に接続され、前記第１の差動増幅サブ回路の出力端は調節された第２の比例増幅電圧信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の信号調整回路。
前記第１のセグメント電圧調整サブ回路はさらに第１の電圧追従サブ回路を含み、
前記第１の電圧追従サブ回路の非反転入力端は前記第１の比例演算増幅サブ回路の出力端に接続されることを特徴とする請求項５に記載の信号調整回路。
前記第２のセグメント電圧調整サブ回路はさらに第２の電圧追従サブ回路を含み、
前記第２の電圧追従サブ回路の非反転入力端は前記第１の差動増幅サブ回路の出力端に接続されることを特徴とする請求項６に記載の信号調整回路。
前記連続出力調節回路は第３の抵抗器及び第４の抵抗器を含み、
前記第３の抵抗器の第１の端は前記直流電力供給電源に接続され、前記第３の抵抗器の第２の端は前記第４の抵抗器の第１の端に接続され、前記第４の抵抗器の第２の端はアースに接続され、前記第１の差動増幅サブ回路の反転入力端は前記第３の抵抗器の第２の端と前記第４の抵抗器の第１の端との間に接続されることを特徴とする請求項７に記載の信号調整回路。
前記第１の比較器は演算比較器であり、第２の比較器は演算比較器であることを特徴とする請求項５に記載の信号調整回路。
請求項１から３のいずれか一項に記載の信号調整回路を備えることを特徴とする信号測定装置。