TW201403282A - 電壓解析度調整系統及方法 - Google Patents

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Cheng-Hung Wu
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/625—Regulating voltage or current wherein it is irrelevant whether the variable actually regulated is ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H—ELECTRICITY
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0012—Control circuits using digital or numerical techniques

Abstract

一種電壓解析度調整系統及方法，係供將處理器的輸出電壓的電壓解析度由第一電壓解析度等級(即低電壓解析度)提升至第二電壓解析度等級(即高電壓解析度)。其中，該系統包含處理模組、分壓模組及放大單元，該處理模組輸出具有低電壓解析度的第一電壓，且該分壓模組將具有該第一電壓解析度的該第一電壓提升至具有第二電壓解析度的第二電壓，又該第二電壓經由該放大單元放大為第三電壓(亦即上述的該輸出電壓)，並在該第三電壓與該第一電壓之間相差一電壓差值之後，決定輸出控制訊號以改變該分壓模組的電壓分配比例，用以使得該第三電壓等於該第一電壓，其中該第三電壓係具有第二電壓解析度。

Description

電壓解析度調整系統及方法
本發明係關於一種電壓解析度調整系統及方法，特別是將處理器的輸出電壓的電壓解析度等級由低電壓解析度提升至高電壓解析度的系統及方法。
隨著電子產品製作的日漸精密，對該電子產品進行檢測的電子設備的精準度亦需要隨著提升。以電源供應器為例說明，為便於對該電子產品做精準穩定的測量，該電源供應器輸出電壓的電壓解析度亦需要為高精密度的輸出電壓等級，例如該電壓解析度要求低於0.1毫伏特(mV)等級，使得該輸出電壓可精準至0.1mV。
傳統的該電源供應器除非使用價格昂貴的高電壓解析度的電子元件外，大多數的該電源供應器係難已達到低於1mV的電壓解析度等級，更甚至於難於低於0.1mV的電壓解析度等級。換言之，傳統該電源供應器的輸出電壓的電壓解析度係無法滿足現有該電子產品檢測時所需的高精密電壓等級。
舉例而言，為了能夠符合高電壓解析度的輸出電壓的需求，電源供應製造商係在該電源供應電路設計階段，即採用價格額貴且具有較多位元數目(例如位元數目係與該電壓解析度相關)之處理器(例如具有16位元(16 bit)數位類比轉換器晶片)，用以達到0.1 mV的電壓解析度。舉例而 言，Agilent公司所出產型號係為B2901A的電源供應器，又該電源供應器係具有0.1mV的電壓解析度。
上述的作法係雖然可輕易地達到輸出高電壓解度的輸出電壓，但若要在生產線佈設大量上述具有高電壓解析度的電源供應器時，則需要耗費相當驚人的建置成本，且隨著所需高電壓解析度又可能再度提升，則原有高電壓解析度的該電源供應器並無法直接地獲得升級。
故如何以較低成本製作高電壓解析度的輸出電壓或能夠輕易地將該輸出電壓由低電壓解析度提升至高電壓解度，變成是一個很重要的課題。
本發明之一目的係提供一種電壓解析度調整系統，可將輸出電壓由低電壓解析度的等級提升至高電壓解析度的等級。
為達上述目的及其它目的，本發明係一種電壓解析度調整系統，係供將第一電壓的第一電壓解析度提升至第二電壓解析度，且該第一電壓解析度與複數第一位元的位元數目相關，該電壓解析度調整系統包含處理模組、分壓模組與放大單元。其中，該處理模組係供接收該等第一位元，並依據該等第一位元輸出該第一電壓與控制訊號；該分壓模組係具有分壓輸出端與分壓輸入端，該分壓模組係透過該分壓輸入端與該處理模組連接，又該分壓模組在該分壓輸出端與該分壓輸入端之間形成電壓分配比例，用以將該 第一電壓分壓成為第二電壓，且該第二電壓具有該第二電壓解析度，又該電壓分配比例隨著該控制訊號的電壓值而改變；以及，該放大單元具有放大輸出端與放大輸入端，且該放大單元透過該放大輸入端與該分壓模組之輸出端連接，以及透過該放大輸出端與該處理模組連接，該放大單元係在該放大輸出端與該放大輸入端之間形成電壓放大倍率，用以將該第二電壓放大成為第三電壓。其中，該第三電壓與該第一電壓之間相差一電壓差值時，該處理模組輸出具有該電壓值的該控制訊號以調整該電壓分配比例，用以使該第三電壓等於該第一電壓，又該第三電壓具有該第二電壓解析度。
於另一實施例中，該處理模組與該分壓單元係分別地具有內部整合電路匯流排(Inter-Integrated Circuit Bus，I2C)，且該處理模組與該分壓單元透過該內部整合電路匯流排傳輸該控制訊號。
於又一實施例中，該分壓模組係可為該固定式分壓單元與該可調式分壓單元，且該固定式分壓單元與該可調式分壓單元係串聯地連接。
再者，為達上述目的及其它目的，本發明係提出一種電壓解析度調整方法，該方法係起始於步驟(a)，係產生複數第一位元，以產生具有第一電壓解析度的第一電壓；接著步驟(b)，係形成電壓分配比例，以將該第一電壓分壓成具有第二電壓解析度的第二電壓；再接著步驟(c)，係放大該第二電壓，以形成具有該第二電壓解析度的第三電壓； 以及接著步驟(d)，係在比較該第一電壓與該第三電壓的電壓之後，藉由該第一電壓與該第三電壓之間所形成的電壓差值以改變該電壓分配比例而使得該第三電壓等於該第一電壓。
於另一實施例中，該電壓分配比例係更包含固定式電壓分配比例與該可調式電壓分配比例，該固定式電壓分配比例係由複數阻抗值之間的比例而產生，又該等阻抗值係決定該第二電壓解析度，以及根據該固定式電壓分配比例與該可調式電壓分配比例而決定該第一電壓與該第二電壓的比例。
與習知技術相較，本發明的電壓解析度調整系統及方法係透過由軟體與硬體所組成的系統，將具有低電壓解析度的硬體(例如數位類比轉換器晶片)所輸出電壓，由低電壓解析度的等級提升至高電壓解析度的等級。故本發明係利用價格便宜的低電壓解析度的硬體製作成具有高電壓解析度等級的電壓輸出系統，該系統除可降低硬體的製作成本外，更可準確地與即時地輸出具有高於某一電壓解析度等級(例如0.1毫伏特(mV))的該輸出電壓。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：請參考第1圖，係本發明一實施例中電壓解析度調整 系統的電路示意圖。於第1圖中，該電壓解析度調整系統10係接收來自於電腦伺服端2所產生複數第一位元FB(first bit)。於本實施例中，係以具有12位元(bit)的該電腦伺服端2為例說明。該等第一位元FB係自該電腦伺服端2傳送至輸入埠B0~B11。其中，該等第一位元FB係表示具有第一電壓解析度的第一電壓FV(first voltage)。
舉例而言，該電腦伺服端2(具有12位元(bit)的輸出)輸出的最大電壓為3.3伏特，則該電腦伺服端2每一個位元的輸出電壓係可表示為0.8毫伏特(亦即3.3伏特除上212))，又透過本發明的電壓解析度調整系統10係可將原本具有該等第一位元FB(12bits)該第一電壓解析度的輸出電壓提升至如同例如以複數第二位元SB(second bit)(15bits)產生具有第二電壓解析度的輸出電壓。其中，以前述最大電壓3.3伏特為例說明，若以15位元的電腦伺服端來表示每一位元，則每一位元係表示為0.1毫伏特。換言之，15位元中每一位元表示的電壓解析度係高於12位元表示的電壓解析度。
其中，該電壓解析度調整系統10包含處理模組12、分壓模組14與放大單元16。
於本實施例中，該處理模組12可由控制單元122、第一輸入單元124、第二輸入單元126、第一輸出單元128與第二輸出單元130所組成。
其中，該第一輸入單元124係連接該電腦伺服端2。
該控制單元122與該第一輸入單元124連接，且該控 制單元122將自該第一輸入單元124所接收的該等第一位元FB轉換為該第一電壓FV(first voltage)，又該控制單元122係具有複數輸入埠B0~B11，係用於對應該等第一位元FB，例如該控制單元122係為數位類比轉換器。於本實施例中，該控制單元122係以12個輸入埠為例說明。
該第一輸出單元128輸出具有該第一電壓解析度的該第一電壓FV。
舉例而言，該電腦伺服端2(12位元)產生該等第一位元FB，且該等第一位元FB之位元內容係為000000000001，而該控制單元122係透過該輸入埠B0至B11接收位於該第一輸入單元124的該等第一位元FB，又該控制單元122係將該等第一位元FB轉換成該第一電壓FV，並自該第一輸出單元128輸出該第一電壓FV，且該第一電壓FV由於係為該等第一位元FB轉換所產生。故該第一電壓FV具有該第一電壓解析度。以本實施例中，該等第一位元FB係為12位元為例，每一該等第一位元FB係表示0.8毫伏特。因此，當該等第一位元FB自000000000000變化至111111111111變化時，該控制單元122係相對應輸出該第一電壓FV，且該第一電壓FV的電壓值範圍由0伏特變化至3.3伏特。
又，該第二輸入單元126與該第二輸出單元130係於後詳細說明。
該分壓模組14具有分壓輸入端142與分壓輸出端144，且該分壓模組14在該分壓輸出端144與該分壓輸入 端142之間形成電壓分配比例。再者，該分壓模組14係透過該分壓輸入端142與該處理模組12的該第一輸出單元128連接。
又，該分壓模組14將該第一電壓FV分壓成為第二電壓SV，且於該分壓輸出端144輸出該第二電壓SV。此外，該第二電壓SV係具有第二電壓解析度。
值得注意的是，該分壓模組14的該電壓分配比例係隨著該控制單元122之該第二輸出端130所產生的控制訊號CS的電壓值而改變。
於本實施例中，該分壓模組14以固定式分壓單元與可調式分壓單元為例說明。
該分壓模組14係透過該固定式分壓單元而決定該第一電壓FV的該第二電壓解析度。
舉例而言，該固定式分壓單元係以二個固定電阻R1、R2為例說明，而該第一電壓FV的該第二電壓解析度係可藉由該固定電阻R1、R2的電阻值等級而決定，例如當該固定電壓R1、R2係選用例如數十歐姆等級的電阻值時，則該第二電壓解析度係可提升一個電壓解析度等級(即增加的該電壓解析度等級係可由一個位元表示)，換言之，該第一電壓FV自原有的該等第一位元FB的位元數目額外地增加一個位元。
又，該可調式分壓單元係根據該控制訊號CS而改變該分壓模組14中該第一電壓FV與該第二電壓SV的電壓分配比例。
舉例而言，該可調式分壓單元係以二個可變電阻R3、R4為例說明，且該可變電阻R3、R4係可選用例如數K歐姆等級的電阻值，用以供該分壓模組14依照該電壓分配比例(亦即(R2+R4)/(R1+R2+R3+R4))對該第一電壓FV進行分壓而輸出該第二電壓SV，其中該第二電壓SV與該第一電壓FV的數學關係如下所示：SV=FV*(R2+R4)/(R1+R2+R3+R4)；該放大單元16係具有放大輸入端162與放大輸出端164，且在該放大輸出端164與該放大輸入端162之間形成電壓放大倍率AV。又，該放大單元16係透過該放大輸入端162係連接該分壓模組14之該分壓輸出端144，以及該放大輸出端164係與該處理模組12之第二輸入單元126連接。
該放大單元16係接收該第二電壓SV並以該電壓放大倍率AV將該第二電壓SV放大為第三電壓TV(third voltage)。其中，該第三電壓TV與該第二電壓SV的數學關係如下所示：TV=SV*AV；此外，該第三電壓TV係自該放大輸出端164輸出至該處理模組12之該第二輸入端126，又該處理模組12透過 例如內建的演算法判斷該第三電壓TV與該第一電壓FV的電壓值是否相等或相差一電壓差值。舉例而言，若該第三電壓TV不等於該第一電壓FV的電壓值時，則該處理模組12藉由該控制單元128產生調整該可調式分壓單元R3、R4的該控制訊號CS，又該控制訊號CS係調整該可調式分壓單元R3、R4的電阻值，用以改變該第二電壓SV，並使得該第三電壓TV係隨著該第二電壓SV而改變，最終使得該第三電壓TV係與該第一電壓FV的電壓值相同。
上述實施例中，各數值均可依所需的電壓解析度進行調整。藉由上述的系統係可將低電壓解析度的該第一電壓解析度(係與該等第一位元FB相關)輸出的輸出電壓提升至高電壓解析度的第二電壓解析度(係與該等第二位元SB相關)。其中，該等第一位元FB的位元數目係少於該等第二位元SB的位元數目。
於又一實施例中，該處理模組12與該分壓單元14可分別地具有內部整合電路匯流排，該處理模組12與該分壓單元14可透過該內部整合電路匯流排傳輸該控制訊號CS。
簡言之，於本實施例中使用者係可先在該電腦伺服器2指定一電壓，並對該電壓進行編碼，用以提供該處理模組12根據該第一位元FB提供具有第一電壓解析度之該第一電壓FV。假若該電壓的最大值係為3.3伏特且該電腦伺服器2採用12位元時，則該電壓值(例如3.3V)係可區分為4096階(即以2為基底且具有12的冪次方)，使得每一階係可表示為0.8毫伏特。
此外，為能確保該處理模組12輸出精確具有第一電壓解析度的該第一輸出電壓FV，該電腦伺服器2係預先地進行校正，而校正的方法係自該電腦伺服器2輸出該等第一位元FB並又自該處理模組12取得該第一電壓FV，並在該電腦伺服器2執行最小平方法及直線方程式等校正演算，用以取得校正參數，用以確保該處理模組12之該控制單元122係能輸出精確的該第一電壓FV。
接著請參閱第2圖，係本發明一實施例電壓解析度調整方法的流程示意圖。於第2圖中，該電壓解析度調整方法係起始於步驟S21，係產生複數第一位元，以具有第一電壓解析度的第一電壓。
接著步驟S22，係形成電壓分配比例，以將該第一電壓分壓成具有第二電壓解析度的第二電壓。其中，該電壓分配比例係更包含固定式電壓分配比例與該可調式電壓分配比例，該固定式電壓分配比例係由複數阻抗值之間的比例而產生，又該等阻抗值係決定該第二電壓解析度，以及根據該固定式電壓分配比例與該可調式電壓分配比例而決定該第一電壓與該第二電壓的比例。
又接著步驟S23，係放大該第二電壓，以形成具有該第二電壓解析度的第三電壓。
再接著步驟S24，係在比較該第一電壓與該第三電壓之間的電壓之後，藉由形成的電壓差值以改變該電壓分配比例而使得該第三電壓等於該第一電壓。
故本發明的電壓解析度調整系統及方法係透過由軟體 與硬體所組成的系統，將具有低電壓解析度的硬體(例如數位類比轉換器晶片)所輸出電壓，由低電壓解析度的等級提升高電壓解析度的等級。故本發明係利用價格便宜的低電壓解析度的硬體製作成具有高電壓解析度等級的電壓輸出系統，該系統除可降低硬體的製作成本外，更可準確地與即時地輸出具有高於某一電壓解析度等級(例如0.1毫伏特(mV))的該輸出電壓。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
2‧‧‧電腦伺服端
10‧‧‧電壓解析度調整系統
12‧‧‧處理模組
122‧‧‧控制單元
124‧‧‧第一輸入單元
126‧‧‧第二輸入單元
128‧‧‧第一輸出單元
130‧‧‧第二輸出單元
14‧‧‧分壓模組
142‧‧‧分壓輸入端
144‧‧‧分壓輸出端
16‧‧‧放大單元
162‧‧‧放大輸入端
164‧‧‧放大輸出端
FB‧‧‧第一位元
SB‧‧‧第二位元
FV‧‧‧第一電壓
CS‧‧‧控制訊號
SV‧‧‧第二電壓
TV‧‧‧第三電壓
AV‧‧‧電壓放大倍率
R1、R2‧‧‧固定電阻
R3、R4‧‧‧可變電阻
B0~B11‧‧‧輸入埠
第1圖為本發明一實施例中電壓解析度調整系統之電路示意圖；以及第2圖為本發明一實施例中電壓解析度調整方法的流程示意圖。
2‧‧‧電腦伺服端
10‧‧‧電壓解析度調整系統
12‧‧‧處理模組
122‧‧‧控制單元
124‧‧‧第一輸入單元
126‧‧‧第二輸入單元
128‧‧‧第一輸出單元
130‧‧‧第二輸出單元
14‧‧‧分壓模組
142‧‧‧分壓輸入端
144‧‧‧分壓輸出端
16‧‧‧放大單元
162‧‧‧放大輸入端
164‧‧‧放大輸出端
FB‧‧‧第一位元
FV‧‧‧第一電壓
CS‧‧‧控制訊號
SV‧‧‧第二電壓
TV‧‧‧第三電壓
AV‧‧‧電壓放大倍率
R1、R2‧‧‧固定電阻
R3、R4‧‧‧可變電阻
B0~B11‧‧‧輸入埠

Claims (9)

  1. 一種電壓解析度調整系統，係供將第一電壓的第一電壓解析度提升至第二電壓解析度，且該第一電壓解析度與複數第一位元的位元數目相關，該電壓解析度調整系統包含：處理模組，係供接收該等第一位元，並依據該等第一位元輸出該第一電壓與控制訊號；分壓模組，係具有分壓輸入端與分壓輸出端，該分壓模組係透過該分壓輸入端與該處理模組連接，且該分壓模組在該分壓輸出端與該分壓輸入端之間形成電壓分配比例，用以將該第一電壓分壓成為第二電壓，且該第二電壓具有第二電壓解析度，又該電壓分配比例係隨著該控制訊號的電壓值而改變；以及放大單元，係具有放大輸入端與放大輸出端，該放大單元透過該放大輸入端與該分壓模組之輸出端連接，且該放大單元透過該放大輸出端與該處理模組連接，該放大單元在該放大輸出端與該放大輸入端之間形成電壓放大倍率，用以將該第二電壓放大成為第三電壓；其中該第三電壓與該第一電壓之間相差一電壓差值時，該處理模組輸出具有該電壓值的該控制訊號以調整該電壓分配比例，用以使該第三電壓等於該第一電壓，又該第三電壓具有該第二電壓解析度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓解析度調整系統，其中該處理模組包含控制單元、第一輸入單元、第二輸入單元、第一輸出單元與第二輸出單元，該控制單元係連接該 第一輸入單元、該第二輸入單元、該第一輸出單元與該第二輸出單元，該第一輸入單元係接收該等第一位元，並透過該控制單元將該等第一位元轉換成該第一電壓，且該第一輸出單元係輸出該第一電壓，又該第二輸入單元係接收該第三電壓，且該控制單元係根據該第一電壓與該第三電壓之間相差的該電壓差值，而自該第二輸出單元輸出該控制訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電壓解析度調整系統，其中該分壓模組係包含固定式分壓單元與可調式分壓單元。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電壓解析度調整系統，其中該固定式分壓單元與該可調式分壓單元係串聯地連接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電壓解析度調整系統，其中該固定式分壓單元係為固定電阻，以及該可調式分壓單元係為可變電阻。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電壓解析度調整系統，其中該第二電壓解析度與複數第二位元的位元數目相關，且該等第二位元的位元數目係多於該等第一位元的位元數目。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電壓解析度調整系統，其中該處理模組與該分壓模組係分別地具有內部整合電路匯流排(Inter-Integrated Circuit Bus)，且該處理模組與該分壓模組係透過該內部整合電路匯流排傳輸該控制訊號。
  8. 一種電壓解析度調整方法，係包含：(a)產生複數第一位元，以產生具有第一電壓解析度的第一電壓； (b)形成電壓分配比例，以將該第一電壓分壓成具有第二電壓解析度的第二電壓；(c)放大該第二電壓，以形成具有該第二電壓解析度的第三電壓；以及(d)在比較該第一電壓與該第三電壓的電壓之後，藉由該第一電壓與該第三電壓之間所形成的電壓差值以改變該電壓分配比例而使得該第三電壓等於該第一電壓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電壓解析度調整方法，其中該電壓分配比例更包含固定式電壓分配比例與該可調式電壓分配比例，該固定式電壓分配比例由複數阻抗值之間的比例而產生，又該等阻抗值係決定該第二電壓解析度，以及根據該固定式電壓分配比例與該可調式電壓分配比例而決定該第一電壓與該第二電壓的比例。
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