RU2743101C1 - Преобразователь уровней и способ преобразования значений уровней в устройствах управления транспортных средств - Google Patents

Преобразователь уровней и способ преобразования значений уровней в устройствах управления транспортных средств Download PDF

Info

Publication number
RU2743101C1
RU2743101C1 RU2020105693A RU2020105693A RU2743101C1 RU 2743101 C1 RU2743101 C1 RU 2743101C1 RU 2020105693 A RU2020105693 A RU 2020105693A RU 2020105693 A RU2020105693 A RU 2020105693A RU 2743101 C1 RU2743101 C1 RU 2743101C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
switch
port
level
key
supply voltage
Prior art date
Application number
RU2020105693A
Other languages
English (en)
Inventor
Томас ФОЙХТ
Original Assignee
Кнорр-Бремзе Зюстеме Фюр Нутцфарцойге Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кнорр-Бремзе Зюстеме Фюр Нутцфарцойге Гмбх filed Critical Кнорр-Бремзе Зюстеме Фюр Нутцфарцойге Гмбх
Application granted granted Critical
Publication of RU2743101C1 publication Critical patent/RU2743101C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/082—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
    • H03K19/0823—Multistate logic
    • H03K19/0826—Multistate logic one of the states being the high impedance or floating state
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175—Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/017509—Interface arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/09425—Multistate logic
    • H03K19/09429—Multistate logic one of the states being the high impedance or floating state
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175—Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/0185—Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
    • H03K19/018507—Interface arrangements
    • H03K19/018521—Interface arrangements of complementary type, e.g. CMOS
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/003—Changing the DC level

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к преобразователям уровней напряжений. Технический результат - экономия ресурсов компьютера за счет использования одной сигнальной линии для осуществления преобразования уровней. Для этого предложен преобразователь уровней для устройства управления транспортного средства, который содержит первый порт (110) напряжения питания, второй порт (120) напряжения питания, выходной порт (OUT) и входной порт (IN). Кроме того, преобразователь уровней содержит первый ключ (S1) для коммутации первой токовой цепи между первым портом (110) напряжения питания и выходным портом (OUT) и второй ключ (S2) для коммутации второй токовой цепи между вторым портом (120) напряжения питания и выходным портом (OUT). Первый ключ (S1) и второй ключ (S2), реагируя на различные уровни на входном порте (IN), переключаются таким образом, что, если на входном порте (IN) имеется первый уровень, то первый ключ (S1) замыкается, а второй ключ (S2) размыкается, а если имеется второй уровень, то первый ключ (S1) размыкается, а второй ключ (S2) замыкается. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к преобразователю уровней для устройства управления транспортного средства и к способу преобразования значений уровней в устройствах управления транспортных средств и, в частности, к преобразователю уровней Tristate (с 3 состояниями) в критических для безопасности системах.
В автомобильной технике и, в частности, в критических для безопасности системах часто требуется установить значения уровней для нескольких регулируемых уровней или состояний. Например, это значения напряжения: 0 или 5 В, или высокоомное состояние. Релевантные для безопасности системы включают в себя, например, ABS (антиблокировочную систему), EBS (электронную тормозную систему), ESP (систему динамической стабилизации) или исполнительный механизм коробки передач.
Названное преобразование для трех состояний (так называемые системы с тремя состояниями - Tristate) используется, например, чтобы подавать аналоговые сигналы с тремя различными значениями напряжения или дотянуть аналоговый сигнал до величины определенного уровня. Переключение на отдельные значения напряжения выполняется посредством сигнальных линий (портов компьютера), например, в электронных тормозных системах EBS5.x и EBS7. Также возможно реализовать преобразования уровней с двумя уровнями напряжения посредством интегральных схем и одного порта компьютера или с тремя уровнями напряжения посредством двух портов компьютера.
Однако существует потребность в преобразованиях уровней для трех значений напряжения (Tristate) посредством только одной сигнальной линии. Кроме того, при этих преобразованиях уровней должны сокращаться издержки и экономиться ресурсы.
По меньшей мере часть перечисленных проблем традиционных систем решается посредством преобразователя уровней по п. 1 и способа преобразования значений уровней по п. 13 формулы.
Изобретение относится к преобразователю уровней для устройства управления транспортного средства. Преобразователь уровней содержит первый и второй порты напряжения питания, входной порт и по меньшей мере один выходной порт. Кроме того, преобразователь уровней содержит первый и второй ключ. Первый ключ выполнен для коммутации первой токовой цепи между первым портом напряжения питания и по меньшей мере одним выходным портом (или одним из выходных портов). Второй ключ выполнен для коммутации второй токовой цепи между вторым портом напряжения питания и по меньшей мере одним выходным портом (или другим из выходных портов). Первый и второй ключи переключаются, реагируя на величины различных уровней на входном порте таким образом, что (i) при подаче величины первого уровня на входной порт первый ключ замкнут, а второй ключ разомкнут, а (ii) при подаче величины второго уровня - первый ключ разомкнут, а второй ключ замкнут.
В рамках изобретения под ключом, подключенным между двумя элементами, следует понимать электрический компонент, который по управляющему сигналу размыкает или замыкает токовую цепь между этими двумя элементами (например, между первым/вторым портом напряжения питания и соответствующим выходным портом). Первый и второй ключи могут коммутировать комплементарно, реагируя на изменение величины уровней на входном порте. Коммутация может происходить, например, параллельно, однако она может происходить также со смещением по времени (последовательно) при изменении величины уровня. Однако оба ключа не должны быть одновременно замкнуты.
Однако первый и второй ключи могут быть выполнены таким образом, что они оба разомкнуты, когда на входной порт подается величина третьего уровня. В качестве опции величина третьего уровня может лежать между величинами первого и второго уровней.
Под величиной уровня следует понимать, например, определенное значение напряжения. Однако понятно, что величины уровней могут лежать в определенных диапазонах значений напряжения, причем предполагается, что для любого напряжения в названных диапазонах цепь находится в определенном состоянии (разомкнутом или замкнутом). Поэтому величины трех уровней могут определять три диапазона значений напряжений на входном порте, для которых достигаются нужные значения уровней на выходном порте. В случае нескольких выходных портов по меньшей мере один из них всегда высокоомный, и соответствующие значения уровней приложены к другому выходному порту (который не является высокоомным). Нужные значения уровней достигаются за счет значений напряжений на первом и втором портах напряжения питания. В частности, значения трех уровней на входном порте необязательно должны коррелировать со значениями напряжений на первом и втором портах напряжения питания. Например, величина уровня LOW (HIGH) на входном порте может привести к величине уровня HIGH (LOW) на выходном порте.
В других примерах может быть предусмотрена управляющая схема, которая вызывает коммутационные операции. Сами ключи и управляющая схема могут содержать различные компоненты (например, один или несколько транзисторов), так что в принципе отдельные коммутационные операции могут выполняться произвольно. Поэтому величина уровня LOW (HIGH) на входном порте может привести к величине уровня HIGH (LOW) на выходном порте.
Первый и второй ключи могут иметь соответствующий управляющий вывод, чтобы по управляющему сигналу переключались первый и второй ключи. В качестве опции преобразователь уровней содержит управляющую схему с блоком опорного напряжения для управления первым и вторым ключами. Блок опорного напряжения выполнен с возможностью формирования величины третьего уровня, так чтобы при высокоомном состоянии цепи на входном порте первый и второй ключи были разомкнуты. За счет блока опорного напряжения достигается то, что первый и второй ключи разомкнуты, когда на входном порте отсутствует сигнал (т.е. входной порт является высокоомным).
В качестве опции управляющая схема содержит третий ключ, подключенный между входным портом и управляющим выводом первого ключа, и четвертый ключ, подключенный между входным портом и управляющим выводом второго ключа. При подаче величины первого уровня на входной порт третий ключ может быть замкнут. При подаче величины второго уровня на входной порт четвертый ключ может быть замкнут. В качестве опции блок опорного напряжения содержит делитель напряжения с третьим и четвертым портами напряжения питания, чтобы подавать опорное напряжение для достижения величины третьего уровня.
В качестве опции делитель напряжения, первый и второй ключи могут работать со следующими напряжениями: на третьем порте напряжения питания значение напряжение может быть в диапазоне 3-5 В; на четвертом и втором портах напряжения питания может быть потенциал «земли», а на первом порте напряжения питания значение напряжение может быть по меньшей мере 5 В (или 10, 12, 20, 32 В, …).
Первый и/или второй, и/или третий, и/или четвертый ключ являются транзисторами или в качестве опции содержат транзисторы, причем транзистор первого ключа является комплементарным к транзистору второго ключа, а транзистор третьего ключа – комплементарный к транзистору четвертого ключа. Транзисторы могут быть биполярными транзисторами или полевыми транзисторами (FET).
В качестве опции преобразователь уровней включает в себя несколько резисторов, содержащих один или более следующих резисторов:
- первый резистор между входным портом (или третьим ключом) и управляющим выводом первого ключа,
- второй резистор между входным портом (или четвертым ключом) и управляющим выводом второго ключа,
- третий резистор между управляющим выводом первого ключа и первым портом напряжения питания,
- четвертый резистор между управляющим выводом второго ключа и вторым портом напряжения питания,
- пятый резистор между входным портом и управляющим выводом третьего и/или четвертого ключа,
- шестой резистор между третьим портом напряжения питания и управляющим выводом третьего ключа и
- седьмой резистор между четвертым портом напряжения питания и управляющим выводом четвертого ключа.
Кроме того, преобразователь уровней может содержать восьмой резистор между первым и вторым ключами. Точно так же преобразователь уровней может содержать между первым ключом и выходным портом диод, который выполнен с возможностью предотвращения обратного тока (т.е. навстречу току, протекающему при замыкании первого ключа) между выходным портом и первым портом напряжения питания.
В качестве опции указанный по меньшей мере один выходной порт может содержать два выходных порта, т.е. включать в себя один выходной порт и другой выходной порт, при этом первый и второй ключи переключаются, реагируя на величины различных уровней на входном порте таким образом, что по меньшей мере один из выходных портов переключается в высокоомное состояние.
Изобретение относится также к устройству управления транспортного средства, в частности коммерческого транспортного средства, с описанным выше преобразователем уровней. Точно так же изобретение относится к коммерческому транспортному средству с таким устройством управления.
Кроме того, изобретение относится к способу преобразования значений уровней в устройстве управления транспортного средства. Способ включает в себя следующие этапы:
- коммутация посредством первого ключа первой токовой цепи между первым портом напряжения питания и выходным портом или одним из выходных портов и
- коммутация посредством второго ключа второй токовой цепи между вторым портом напряжения питания и выходным портом или одним из выходных портов,
при этом первый и второй ключи переключаются, реагируя на величины различных уровней на входном порте, таким образом, что
- когда на входном порте величина первого уровня, то первый ключ замкнут, а второй ключ разомкнут, а
- когда величина второго уровня, то первый ключ разомкнут, а второй ключ замкнут.
Изобретение относится также к применению описанного выше преобразователя уровней для тестирования устройства управления, в частности для выявления короткого замыкания. Величины различных уровней позволяют выявить короткие замыкания для различных величин потенциала, т.е. имеет ли место короткое замыкание на «землю» или на рабочее напряжение (например, с помощью измерений тока).
Примеры осуществления изобретения дают следующие преимущества по сравнению с уровнем техники:
- Требуется только одна сигнальная линия (PIN компьютера), чтобы осуществить преобразование уровней трех состояний. Это приводит к экономии ресурсов компьютера.
- Преобразователь уровней может использовать дискретные компоненты, так что возможно преобразование до любого выходного напряжения.
- В принципе, возможно осуществление преобразования уровня до любого уровневого значения, в частности до уровневых значений, которые выше входного напряжения.
- За счет цикличного управления схемой с тремя входными уровнями, например, LOW (0 В), разомкнуто (высокоомное состояние) и HIGH (например, 5 В), преобразователь уровней может использоваться в целях тестирования, причем тестируемые схемы с соответствующими уровнями напряжений целенаправленно управляются, чтобы установить, к какому уровню потенциала имеется короткое замыкание.
- Не требуется никаких специальных компонентов.
- Без больших затрат может быть реализован, например, контроль аналоговых сигналов, оконечных каскадов или схем ограничения напряжений.
Примеры осуществления изобретения лучше понимаются со ссылкой на нижеследующее подробное описание и прилагаемые чертежи, показывающие различные примеры осуществления изобретения, которые, однако, не следует понимать так, что они ограничивают раскрытие конкретными вариантами выполнения, но служат лишь для пояснения и понимания.
На чертежах:
фиг. 1: принципиальная схема преобразователя уровней в соответствии с одним примером осуществления изобретения;
фиг. 2: пример конкретной реализации посредством комплементарных транзисторов в качестве ключей;
фиг. 3: другие опциональные подробности примера из фиг. 2;
фиг. 4: другой пример преобразователя уровней с двумя выходными портами.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема преобразователя уровней в соответствии с одним примером осуществления изобретения. Преобразователь уровней может использоваться, например, для устройства управления транспортного средства или в нем и содержит: первый порт 110 напряжения питания, второй порт 120 напряжения питания, выходной порт OUT, входной порт IN, первый ключ S1 и второй ключ S2. Первый ключ S1 служит для коммутации первой токовой цепи между первым портом 110 напряжения и выходным порт OUT. Второй ключ S2 служит для коммутации второй токовой цепи между вторым портом 120 напряжения питания и выходным портом OUT. Первый S1 и второй S2 ключи, реагируя на величины различных уровней на входном порте IN, переключаются таким образом, что (i) при подаче величины первого уровня на входной порт IN первый ключ S1 замкнут, а второй ключ S2 разомкнут, а (ii) при подаче величины второго уровня - первый ключ S1 разомкнут, а второй ключ S2 замкнут.
Величиной первого уровня может быть, например, высокое напряжение, а величиной второго уровня, например, – низкое напряжение. Кроме того, первый S1 и второй S2 ключи могут быть выбраны так, чтобы они были разомкнуты при величине промежуточного третьего уровня.
Первый S1 и второй S2 ключи имеют по одному управляющему выводу, которые связаны с входным портом IN. На эти управляющие выводам подаются, например, указанные величины уровней, чтобы вызвать нужные коммутационные операции.
Следовательно, изображенный преобразователь уровней способен за счет целенаправленного управления входным портом IN реализовать три состояния на выходном порте OUT. Первое состояние возникает, например, за счет того, что первый S1 и второй S2 ключи разомкнуты, так что выходной вывод OUT является высокоомным (отсутствует определенное значение напряжения). Второе состояние может быть достигнуто, например, за счет того, что первый ключ S1 замыкается, а второй ключ S2 остается разомкнутым, что достигается за счет соответствующего значения уровня на входном порте IN. Это второе состояние приводит к тому, что на выходной порт OUT подается напряжение V+ от первого порта 110. Третье состояние может быть достигнуто, когда первый ключ S1 разомкнут, а второй ключ S2 замкнут; это приводит к тому, что значение уровня на выходном порте OUT устанавливается на напряжение, приложенное ко второму порту 120 (например, потенциал «земли»). Напряжение V+ на первом порте 110 может быть выбрано произвольным.
Эта схема может быть реализована, например, за счет того, что ключи S1, S2 являются комплементарными по отношению друг к другу, т.е. всегда имеется одно значение уровня, для которого один ключ разомкнут, а другой ключ замкнут, однако оба ключа не могут быть замкнуты одновременно. В качестве опции оба ключа могут быть разомкнуты (например, если к входному порту IN не приложено определенное значение напряжения).
К входному порту IN может быть подключен, например, упомянутый порт компьютера (сигнальная линия), так что преобразователь уровней может управляться по этой сигнальной линии.
На фиг. 2 изображена возможная реализация названной комплементарной коммутационной операции. Для этого первый ключ S1 выполнен в виде первого транзистора, а второй ключ S2 – в виде второго транзистора, комплементарных по отношению друг к другу. Например, речь может идти о биполярных транзисторах, причем первый транзистор S1 является pnp- (npn-) транзистором, а второй транзистор S2 – npn- (pnp-) транзистором. Разумеется, изображенные биполярные транзисторы могут быть также заменены полевыми транзисторами.
В примере на фиг. 2 преобразователь уровней содержит управляющую схему 200, которая выполняет управление первым S1 и вторым S2 ключами. Управляющая схема 200 имеет при этом вход для входного порта IN и по меньшей мере два выхода, один из которых связан с управляющим выводом (базой биполярного транзистора) первого ключа S1, а другой – с управляющим выводом (базой биполярного транзистора) второго ключа S2.
Кроме того, управляющая схема 200 содержит третий S3 и четвертый S4 ключи. Оба они имеют по одному управляющему выводу, который электрически соединен с входным портом IN. Кроме того, третий ключ S3 включен между входным портом IN и управляющим выводом первого ключа S1. Четвертый ключ S3 аналогичным образом включен между входным портом IN и управляющим выводом второго ключа S2.
Управляющая схема 200 содержит также блок 220 опорного напряжения, который формирует напряжение для управляющего вывода третьего ключа S3 и для управляющего вывода четвертого ключа S4, а именно, в том случае, когда на входной порт IN не подается никакого определенного значения уровня. Блок 220 опорного напряжения представляет собой, например, делитель напряжения, который преобразует третье значение напряжения (например, 3,3 В) до заданного значения напряжения, выбранного так, что третий S3 и четвертый S4 ключи при высокоомном входном порте IN оба разомкнуты и на управляющие выводы первого S1 и второго S2 ключей подается значение третьего уровня, так что первый и второй ключи размыкаются.
Наконец преобразователь уровней на фиг. 2 содержит, в общей сложности, восемь резисторов, которые могут располагаться следующим образом. Первый резистор R1 включен между управляющим выводом первого S1 ключа и третьим S3 ключом (например, истоком или стоком транзистора). Второй резистор R2 включен между управляющим выводом второго S2 ключа и четвертым S4 ключом (например, истоком или стоком транзистора). Третий резистор R3 включен между первым портом 110 напряжения питания и управляющим выводом первого ключа S1. Четвертый резистор R4 включен между вторым портом 120 напряжения и управляющим выводом второго ключа S2. Пятый резистор R5 включен между входным портом IN и управляющими выводами третьего S3 и четвертого S4 ключей. Шестой R6 и седьмой R7 резисторы являются частью делителя напряжения в блоке 220 опорного напряжения и последовательно включены между третьим 130 и четвертым 140 портами напряжения питания, причем между шестым R6 и седьмым R7 резисторами образованы токовые цепи к управляющим выводам третьего S3 и четвертого S4 ключей. Между первым S1 и вторым S2 ключами опционально включен восьмой резистор R8 (например, между первым ключом S1 и выходным портом OUT). Восьмой резистор R8 ограничивает ток между первым 110 и вторым 120 портами напряжения питания, например, на выходном порте IN при переключении (с LOW на HIGH или наоборот).
В варианте на фиг. 2 все ключи, т.е. первый S1, второй S2, третий S3, четвертый S4, образованы, например, транзисторами (биполярными или полевыми), причем не только первый транзистор S1 является комплементарным второму транзистору S2, но и третий S3 является комплементарным четвертому транзистору S4.
На фиг. 3 изображен другой пример выполнения преобразователя уровней, этот пример отличается лишь тем, что между восьмым резистором R8 и выходным портом OUT включен опциональный диод D1, который предотвращает протекание тока от выходного порта OUT к первому порту 110 напряжения питания или должен, по меньшей мере, ограничивать этот ток. В остальном все другие компоненты выполнены аналогичным фиг. 2 образом, так что повторного описания не требуется.
На фиг. 4 изображен другой пример выполнения преобразователя уровней с двумя выходными портами OUT1, OUT2, причем первый ключ S1 коммутирует первую токовую цепь между первым портом 110 напряжения питания и выходным портом OUT1. Второй ключ S2 коммутирует вторую токовую цепь между вторым портом 120 напряжения питания и выходным портом OUT2. Однако и в этом случае коммутационные операции таковы, что по меньшей мере один из выходных портов OUT1, OUT2 всегда коммутирован в высокоомное состояние. Все остальные компоненты аналогичны описанным в вышеуказанных вариантах. В частности, в первой токовой цепи и/или в второй токовой цепи также может быть установлен восьмой резистор R8 или диод D1 (например, между первым/вторым ключом S1, S2 и соответствующим портом OUT1/OUT2). За счет простого соединения обоих выходных портов OUT1, OUT2 возникают описанные выше конфигурации.
Как уже указано, на первый порт 110 напряжения питания может быть подано напряжение около 5 В. Однако может быть подано также более высокое напряжение (в принципе, любое значение напряжения). Так, например, может быть подано напряжение 10, 20 или 32 В. На второй 120 и четвертый 140 порты подано, например, опорное напряжение (например, «земля»), а на третий порт 130 – напряжение, например, 3,3 В. Благодаря делителю напряжения значение напряжения 3,3 В делится, например, до значения напряжения 1,65 В, а это приводит к тому, что, когда на входном порте IN состояние разомкнуто или приложено значение напряжения 1,65 В, третий S3 и четвертый S4 ключи разомкнуты и, тем самым, выходной порт OUT является высокоомным. В зависимости от используемых транзисторов для ключей S1, …, S4 коммутация происходит при определенных уровневых значениях. Первое уровневое значение можно определить таким образом, что на входном порте значение напряжения от 0 В («земля») вплоть до первого верхнего значения напряжения (например, 1,2 В). Между этим первым значением напряжения и вторым значением напряжения (например, 2 В) выходной порт OUT является высокоомным, а выше этого второго значения напряжения (например, 2 В) выходной порт OUT тянут на массу.
Резисторы могут быть выбраны, например, следующим образом. Первый резистор R1 может иметь значение сопротивления 21,5 кОм; второй резистор R2 – значение 4,64 кОм; третий R3, четвертый R4 и пятый R5 резисторы – по 10 кОм; шестой R6, седьмой R7 резисторы – по 4,64 кОм; восьмой резистор –464 Ом. Эти значения следует понимать лишь в качестве примера, и в других примерах выполнения они могут быть выбраны иначе.
Названные значения сопротивления и напряжения следует понимать лишь в качестве примера, и они могут быть соответственно согласованы для любых других значений. В частности, все упомянутые значения могут включать в себя диапазон допусков ± 3% или ± 10% или ± 50%.
Соответствующие диапазоны, в которых за счет преобразователя уровней принимаются три состояния, могут устанавливаться резисторами в зависимости от используемых транзисторов. Например, на входном порте IN могут использоваться значения напряжения 0-3,3 В, чтобы коммутировать три нужных состояния. Как уже сказано, в диапазоне напряжений 1,2-2 В третий S3 и четвертый S4 ключи могут быть разомкнуты, так что первый S1 и второй S2 ключи также разомкнуты, а к выходному порту OUT не приложено никакого определенного значения напряжения (состояние разомкнутое). Когда к входному порту IN приложено значение напряжения близкое к 0 В (земля) или менее 1,2 В, например, третий ключ S3 может замкнуться, а четвертый ключ S4 (поскольку оба комплементарные) – разомкнуться, а это приводит к тому, что первый ключ S1 замыкается, а второй ключ S2 размыкается, так что к выходному порту OUT приложено значение напряжения V+ от первого порта 110. Когда к входному порту IN приложено значение напряжения более 2 В или близкое к 3,3 В, третий ключ S3 размыкается, а четвертый ключ S4 замыкается, а это приводит к тому, что второй ключ S2 замыкается (а первый ключ S1 размыкается), а это, в свою очередь, приводит к тому, что на выходном порте OUT потенциал земли от второго источника 120 напряжения.
Названные функции можно обобщить следующим образом.
1. Если входной порт IN остается разомкнутым или порт компьютера включен на вход, то ключи S1-S4 не проводят, и выход OUT является высокоомным.
2. Если входной порт IN тянется на массу (или опорный потенциал GND или LOW), то ключи S1, S3 становятся проводящими, а выход OUT находится под первым значением напряжения V+ первого порта 110 (за вычетом напряжения насыщения первого ключа S1 и возможного диода D1).
3. Если на входном порте IN напряжение повышается (например, до HIGH) и становится выше напряжения на R6/R7 + 0,8 В, то ключи S2, S4 становятся проводящими, а на выходном порте OUT - напряжение насыщения второго ключа S2.
Диод D1 служит лишь в качестве защиты от короткого замыкания, если на выходном порте OUT более высокое напряжение, чем на первом порте 110 (т.е. V+). Восьмой резистор R8 служит для ограничения возможного сквозного тока в случае переключения между уровнями высокого и низкого напряжений на входном порте IN.
Раскрытые в описании, формуле изобретения и на чертежах признаки изобретения могут быть существенными для его реализации как по отдельности, так и в любой комбинации.
Перечень ссылочных позиций
110, 120, … – порты напряжения питания
S1, S2, …– ключи
R1, R2, …– резисторы
D1 – диод
IN – входной порт
OUT, OUT1, … – один или несколько выходных портов
200 – управляющая схема
220 – блок опорного напряжения

Claims (43)

1. Преобразователь уровней с тремя состояниями для устройства управления транспортного средства, содержащий:
- первый порт (110) напряжения питания, второй порт (120) напряжения питания, по меньшей мере один выходной порт (OUT; OUT1, OUT2), входной порт (IN);
- первый ключ (S1) для коммутации первой токовой цепи между первым портом (110) напряжения питания и по меньшей мере одним выходным портом (OUT) или одним из выходных портов (OUT1);
- второй ключ (S2) для коммутации второй токовой цепи между вторым портом (120) напряжения питания и по меньшей мере одним выходным портом (OUT) или другим из указанных выходных портов (OUT2),
причем первый ключ (S1) и второй ключ (S2) переключаются, реагируя на различные величины уровней на входном порте (IN) таким образом, что
при наличии на входном порте (IN) величины первого уровня - первый ключ (S1) замкнут, а второй ключ (S2) разомкнут, а
при наличии величины второго уровня - первый ключ (S1) разомкнут, а второй ключ (S2) замкнут,
указанный преобразователь содержит управляющую схему (200) с блоком (220) опорного напряжения для управления управляющими выводами первого ключа (S1) и второго ключа (S2),
первый ключ (S1) и второй ключ (S2) имеют по одному управляющему выводу для коммутации первого ключа (S1) и второго ключа (S2) управляющими сигналами, и первый ключ (S1) и второй ключ (S2) разомкнуты при наличии на входном порте (IN) величины третьего уровня,
причем блок (220) опорного напряжения выполнен с возможностью формирования величины третьего уровня, чтобы при переключении входного порта (IN) в высокоомное состояние первый ключ (S1) и второй ключ (S2) были разомкнуты,
так что преобразование уровней для трех состояний осуществляется посредством только одного входного порта (IN).
2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что величина третьего уровня находится между величиной первого уровня и величиной второго уровня.
3. Преобразователь по п. 1 или 2, отличающийся тем, что управляющая схема (200) содержит:
- третий ключ (S3), подключенный между входным портом (IN) и управляющим выводом первого ключа (S1), и
- четвертый ключ (S4), подключенный между входным портом (IN) и управляющим выводом второго ключа (S2),
причем, если на входном порте (IN) величина первого уровня, то третий ключ (S3) замкнут, а если на входном порте (IN) величина второго уровня, то четвертый ключ (S4) замкнут.
4. Преобразователь по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что блок (220) опорного напряжения содержит делитель напряжения с третьим портом (130) напряжения питания и четвертым портом (140) напряжения питания, чтобы подавать опорное напряжение для формирования указанной величины третьего уровня.
5. Преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что делитель напряжения, первый ключ (S1) и второй ключ (S2) выполнены с возможностью функционировать при следующих напряжениях: напряжение на третьем порте (130) напряжения питания - в диапазоне 3-5 В; на четвертом порте (140) напряжения питания и на втором порте (120) напряжения питания - потенциал «земли»; на первом порте (110) напряжения питания - по меньшей мере 5 В.
6. Преобразователь по любому из пп. 3-5, отличающийся тем, что первый ключ (S1), второй ключ (S2), третий ключ (S3) и четвертый ключ (S4) содержат транзистор, причем транзистор первого ключа (S1) является комплементарным транзистору второго ключа (S2), а транзистор третьего ключа (S3) является комплементарным транзистору четвертого ключа (S4).
7. Преобразователь по любому из пп. 4-6, отличающийся тем, что содержит множество резисторов, которое содержит один или более следующих резисторов:
- первый резистор (R1) между входным портом (IN) и управляющим выводом первого ключа (S1),
- второй резистор (R2) между входным портом (IN) и управляющим выводом второго ключа (S2),
- третий резистор (R3) между управляющим выводом первого ключа (S1) и первым портом (110) напряжения питания,
- четвертый резистор (R4) между управляющим выводом второго ключа (S2) и вторым портом (120) напряжения питания,
- пятый резистор (R5) между входным портом (IN) и управляющими выводами третьего ключа (S3) и четвертого ключа (S4),
- шестой резистор (R6) между третьим портом (130) напряжения питания и управляющим выводом третьего ключа (S3) и
- седьмой резистор (R7) между четвертым портом (140) напряжения питания и управляющим выводом четвертого ключа (S4), причем шестой резистор (R6) и седьмой резистор (R7) включены последовательно между третьим портом (130) напряжения питания и четвертым портом (140) напряжения питания.
8. Преобразователь по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что содержит восьмой резистор (R8) в первой токовой цепи между первым ключом (S1) и вторым ключом (S2).
9. Преобразователь по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что содержит диод (D1) между первым ключом (S1) и указанным по меньшей мере одним выходным портом (OUT) или указанным одним из выходных портов (OUT1), причем диод выполнен с возможностью предотвращения обратного тока между выходным портом (OUT) и первым портом (110) напряжения питания.
10. Преобразователь по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один выходной порт (OUT1, OUT2) содержит указанный один выходной порт (OUT1) и указанный другой выходной порт (OUT2), при этом первый ключ (S1) и второй ключ (S2) выполнены с возможностью переключения, реагируя на указанные различные величины уровней на входном порте (IN) таким образом, что по меньшей мере один из выходных портов (OUT1, OUT2) переключается в высокоомное состояние.
11. Устройство управления транспортного средства, содержащее преобразователь уровней по любому из пп. 1-10.
12. Коммерческое транспортное средство, содержащее устройство управления по п. 11.
13. Способ преобразования значений уровней в устройстве управления транспортного средства, включающий следующие этапы:
- коммутацию с помощью первого ключа (S1) первой токовой цепи между первым портом (110) напряжения питания и по меньшей мере одним выходным портом (OUT) или одним из указанных выходных портов (OUT1) и
- коммутацию с помощью второго ключа (S2) второй токовой цепи между вторым портом (120) напряжения питания и указанным по меньшей мере одним выходным портом (OUT) или другим из указанных выходных портов (OUT2),
причем первый ключ (S1) и второй ключ (S2), реагируя на различные величины уровней на входном порте (IN), переключаются таким образом, что
- если на входной порт (IN) подана величина первого уровня, то первый ключ (S1) замкнут, а второй ключ (S2) разомкнут, а
- если подана величина второго уровня, то первый ключ (S1) разомкнут, а второй ключ (S2) замкнут,
при этом первый ключ (S1) и второй ключ (S2) имеют по одному управляющему выводу для коммутации первого ключа (S1) и второго ключа (S2) управляющими сигналами, и при наличии на входном порте (IN) величины третьего уровня первый ключ (S1) и второй ключ (S2) разомкнуты, при этом
управляющими выводами первого ключа (S1) и второго ключа (S2) управляют посредством управляющей схемы (200) с блоком (220) опорного напряжения,
причем блок (220) опорного напряжения формирует величину третьего уровня, чтобы при переключении входного порта (IN) в высокоомное состояние первый ключ (S1) и второй ключ (S2) размыкались,
так что преобразование уровней для трех состояний осуществляют посредством только одного входного порта (IN).
14. Применение преобразователя уровней по любому из пп. 1-10 для тестирования устройства управления и/или для обнаружения короткого замыкания.
RU2020105693A 2017-07-11 2018-06-12 Преобразователь уровней и способ преобразования значений уровней в устройствах управления транспортных средств RU2743101C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017115511.2A DE102017115511A1 (de) 2017-07-11 2017-07-11 Pegelwandler und ein Verfahren zum Wandeln von Pegelwerten in Fahrzeugsteuergeräten
DE102017115511.2 2017-07-11
PCT/EP2018/065556 WO2019011556A1 (de) 2017-07-11 2018-06-12 Pegelwandler und ein verfahren zum wandeln von pegelwerten in fahrzeugsteuergeräten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743101C1 true RU2743101C1 (ru) 2021-02-15

Family

ID=62873294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020105693A RU2743101C1 (ru) 2017-07-11 2018-06-12 Преобразователь уровней и способ преобразования значений уровней в устройствах управления транспортных средств

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10848157B2 (ru)
EP (1) EP3652860B1 (ru)
JP (1) JP6985491B2 (ru)
CN (1) CN110870205B (ru)
DE (1) DE102017115511A1 (ru)
RU (1) RU2743101C1 (ru)
WO (1) WO2019011556A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112636741B (zh) * 2020-12-29 2023-05-23 成都极米科技股份有限公司 一种电平转换电路及终端设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4023753A (en) * 1974-11-22 1977-05-17 International Standard Electric Corporation Vehicle control system
US4678943A (en) * 1984-02-24 1987-07-07 Hitachi, Ltd. Inverting logic buffer BICMOS switching circuit using an enabling switch for three-state operation with reduced dissipation
US5633603A (en) * 1995-12-26 1997-05-27 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Data output buffer using pass transistors biased with a reference voltage and a precharged data input
US6346829B1 (en) * 1998-08-31 2002-02-12 Motorola, Inc. High voltage input buffer made by a low voltage process and having a self-adjusting trigger point
US6975135B1 (en) * 2002-12-10 2005-12-13 Altera Corporation Universally programmable output buffer
RU2604054C1 (ru) * 2016-01-22 2016-12-10 Владимир Владимирович Шубин Преобразователь уровня напряжения

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3845328A (en) * 1972-10-09 1974-10-29 Rca Corp Tri-state logic circuit
DE2363735A1 (de) 1973-12-21 1975-08-14 Computer Ges Konstanz Treiberschaltung fuer logische schaltkreise
JPS57147330A (en) 1981-03-05 1982-09-11 Nec Corp Logical circuit
JPH02303216A (ja) * 1989-05-17 1990-12-17 Fujitsu Ltd 半導体集積回路
US5036222A (en) * 1990-02-22 1991-07-30 National Semiconductor Corporation Output buffer circuit with output voltage sensing for reducing switching induced noise
US6025736A (en) * 1993-01-08 2000-02-15 Dynalogic Fast reprogrammable logic with active links between cells
US5966026A (en) * 1995-02-14 1999-10-12 Advanced Micro Devices, Inc. Output buffer with improved tolerance to overvoltage
US5920210A (en) * 1996-11-21 1999-07-06 Kaplinsky; Cecil H. Inverter-controlled digital interface circuit with dual switching points for increased speed
JP3796034B2 (ja) * 1997-12-26 2006-07-12 株式会社ルネサステクノロジ レベル変換回路および半導体集積回路装置
JP3490045B2 (ja) * 2000-04-26 2004-01-26 Ｎｅｃマイクロシステム株式会社 ローノイズバッファ回路
US6815984B1 (en) 2001-08-27 2004-11-09 Cypress Semiconductor Corp. Push/pull multiplexer bit
JP2004064712A (ja) * 2002-07-31 2004-02-26 Kyocera Corp デジタル制御信号多重化回路及びこのデジタル制御信号多重化回路を用いた画像形成システム
US7030654B2 (en) * 2003-08-22 2006-04-18 Idaho Research Foundation, Inc. Low voltage to extra high voltage level shifter and related methods
US20080054944A1 (en) * 2006-08-30 2008-03-06 Micron Technology, Inc. Method and circuit for producing symmetrical output signals tolerant to input timing skew, output delay/slewrate-mismatch, and complementary device mismatch
KR100768240B1 (ko) * 2006-09-19 2007-10-17 삼성에스디아이 주식회사 전압 레벨 변환 회로
JP4996375B2 (ja) * 2007-07-09 2012-08-08 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4023753A (en) * 1974-11-22 1977-05-17 International Standard Electric Corporation Vehicle control system
US4678943A (en) * 1984-02-24 1987-07-07 Hitachi, Ltd. Inverting logic buffer BICMOS switching circuit using an enabling switch for three-state operation with reduced dissipation
US5633603A (en) * 1995-12-26 1997-05-27 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Data output buffer using pass transistors biased with a reference voltage and a precharged data input
US6346829B1 (en) * 1998-08-31 2002-02-12 Motorola, Inc. High voltage input buffer made by a low voltage process and having a self-adjusting trigger point
US6975135B1 (en) * 2002-12-10 2005-12-13 Altera Corporation Universally programmable output buffer
RU2604054C1 (ru) * 2016-01-22 2016-12-10 Владимир Владимирович Шубин Преобразователь уровня напряжения

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020527309A (ja) 2020-09-03
US10848157B2 (en) 2020-11-24
US20200212913A1 (en) 2020-07-02
EP3652860B1 (de) 2023-12-27
EP3652860A1 (de) 2020-05-20
CN110870205B (zh) 2023-08-29
DE102017115511A1 (de) 2019-01-17
WO2019011556A1 (de) 2019-01-17
JP6985491B2 (ja) 2021-12-22
CN110870205A (zh) 2020-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5814892B2 (ja) 電流検出回路及びそれを用いた電流制御装置
RU2715178C1 (ru) Триггерный логический элемент И на полевых транзисторах
JP2000019200A5 (ru)
US9608617B2 (en) Short circuit protection circuit, semiconductor device and electronic machine
AU2017219678B2 (en) Test device for testing a control unit of a switching apparatus of a switchgear
RU2743101C1 (ru) Преобразователь уровней и способ преобразования значений уровней в устройствах управления транспортных средств
US7049832B2 (en) Circuit arrangement and method for determining the load current through an inductive load connected to a supply voltage in a clocked manner
JP5603674B2 (ja) スイッチ装置および試験装置
KR20080088527A (ko) 스위칭 회로, 신호 출력 디바이스 및 시험 장치
US7795897B1 (en) Test apparatus and driver circuit
US10447268B2 (en) Level shifter circuit, corresponding device and method
AU2017221058B2 (en) Testing device and method for testing a control unit of a switching device of a switchgear installation
CN108732483B (zh) 具突波保护的测试装置以及测试方法
CN110531869A (zh) 输入装置、检测方法及电子设备
JP3797186B2 (ja) クランプ回路
Beaufoy Transistor switching-circuit design using the charge-control parameters
JP4184245B2 (ja) 電流／電圧変換回路
KR101297657B1 (ko) 반도체 테스트 스위치 회로
US20080150608A1 (en) Integrated semiconductor circuit
RU2343490C2 (ru) Устройство для контроля частоты вращения
JP2005057739A (ja) 精密な振幅と長さを有する高電圧パルスを低電圧エッジから生成するための回路および方法
US10802070B2 (en) Testing device and testing method with spike protection
US4005373A (en) Transient elimination circuit
JP2008541589A (ja) 集積ドライバ回路構造
KR100696231B1 (ko) 반도체 장치