TWI448696B - 訊號量測裝置 - Google Patents

Description

訊號量測裝置

本發明係關於一種訊號量測裝置，並且特別地，關於一種可精確量測驅動裝置或控制裝置所輸出之高壓控制訊號的訊號量測裝置。

電子裝置通常需要輸入控制訊號，使其能夠被驅動或控制而執行各種功能。例如，發光二極體裝置在通入控制訊號後，可被控制而開始發光或停止發光。一般而言，可利用一控制裝置輸入脈衝寬度調變(PWM)訊號來控制發光二極體裝置的發光行為，於脈衝寬度調變訊號波形上升時，發光二極體裝置開始進入發光狀態，且於脈衝寬度調變訊號波形下降時發光二極體裝置停止發光。

為了確保發光二極體裝置開關時間之準確性，脈衝寬度調變訊號的上升波形與下降波形的寬度必須要夠窄，換言之，訊號轉態或切換的時間必須要夠短。於先前技術中，用來量測脈衝寬度調變訊號的方式係以一訊號量測裝置連接控制裝置的訊號輸出腳位，藉以接收脈衝寬度調變訊號並檢視其波形，再進一步地計算上升波形與下降波形的切換時間。用來測試控制裝置及其輸出之脈衝寬度調變訊號的訊號量測裝置，其時間量測精確度也要求至nS等級才可準確測試出控制裝置是否可以準確地控制發光二極體裝置開啟或關閉。

由於發光二極體的控制裝置須量測的腳位所輸出的控制訊號，其電壓會高於一般訊號量測裝置所能承受的電壓值24伏特，因此，控制訊號必須先經分壓使其電壓低於24伏特後才可輸入至量測裝置。然而，當控制訊號經過分壓後，其上升波形與下降波形會變形而失真，進而影響量測的精確度。請參閱圖一，圖一係繪示先前技術之分壓前與分壓後之控制訊號的波形示意圖。如圖一所示，縱軸為電壓而橫軸為時間，分壓後的控制訊號(圖一下方之波形)相較於分壓前的控制訊號(圖一上方之波形)嚴重失真。

由圖一可知，分壓後的控制訊號其上升波形與下降波形的寬度變寬而影響量測的精確度，因此，有必要設計一種具有新式的訊號量測裝置，以降低分壓後之控制訊號失真的程度。

本發明之一範疇在於提供一種訊號量測裝置，以解決先前技術之問題。

根據一具體實施例，本發明之訊號量測裝置可用來量測高壓控制訊號，其包含一分壓電路、一低失真緩衝器以及一計數器。分壓電路係用來接收高壓控制訊號，並對高壓控制訊號進行分壓以獲得分壓訊號。低失真緩衝器係連接分壓電路以接收分壓訊號，其中，低失真緩衝器可用來保持分壓訊號的上升波形以及下降波形，使其對應高壓控制訊號。計數器係連接至低失真緩衝器，可用來計算分壓訊號之上升波形與下降波形的切換時間。

於本具體實施例中，低失真緩衝器進一步包含阻抗模組與推拉模組，其中，阻抗模組連接至分壓電路，並且推拉模組連接至阻抗模組。阻抗模組可提供輸入阻抗，使得分壓訊號可保持上升波形使其對應於高壓控制訊號之上升波形，推拉模組則可使分壓訊號保持下降波形使其對應於高壓控制訊號之下降波形。藉由低失真緩衝器，可保持分壓訊號的整體波形，使其對應高壓控制訊號，因此訊號量測裝置可準確地量測發光二極體控制裝置所輸出之高壓控制訊號的切換時間。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖二，圖二係繪示根據本發明之一具體實施例之訊號量測裝置1的功能方塊圖。如圖二所示，訊號量測裝置1包含分壓電路10、低失真緩衝器12以及計數器14，其中，低失真緩衝器12連接至分壓電路10，且計數器14連接至低失真緩衝器12。於實務中，分壓電路10可連接至發光二極體控制裝置(未繪示於圖中)的輸出腳位，用來接收控制裝置輸出的高壓控制訊號，於此，高壓控制訊號係脈衝寬度調變訊號。

當高壓控制訊號經過分壓電路10時，其電壓被分壓而輸出一分壓訊號至低失真緩衝器12。分壓訊號的電壓小於一預設值，而此預設值是根據訊號量測裝置1的整體電路所能承受之電壓來設定，例如，根據所能承受之電壓設定 預設值為24伏特。接著，低失真緩衝器12可令分壓訊號維持與高壓控制訊號相對應之波形，詳言之，分壓訊號的上升波形與下降波形的切換時間係與高壓控制訊號的上升波形與下降波形大體上相同。計數器14可計算分壓訊號之上升波形與下降波形的切換時間，並由於分壓訊號的上升波形與下降波形的切換時間與高壓控制訊號的上升波形與下降波形的切換時間大體上相同，故計數器14計算獲得的切換時間即可視為高壓控制訊號的切換時間。

請參閱圖三，圖三係繪示根據本發明之另一具體實施例之訊號量測裝置2的示意圖。如圖三所示，訊號量測裝置2同樣包含分壓電路20、連接至分壓電路20之低失真緩衝器22、以及連接至低失真緩衝器22之計數器24。

於本具體實施例中，分壓電路20係由電阻R1、電阻R2、電容C1以及電容C2形成，如圖三所示，其中，電容C1與電容C2之電容值分別匹配電阻R2與電阻R1的電阻值，舉例而言，若電阻R1之電阻值為9MΩ且電阻R2之電阻值為1MΩ，電容C1與C2的電容值則對應地設定為1F與9F。分壓電路20的輸入點200可連接到發光二極體控制裝置(未繪示於圖中)以接收高壓控制訊號S1，並且經過上述阻抗值的安排，分壓電路20可將高壓控制訊號S1進行分壓，而於輸出點202輸出電壓為高壓控制訊號S1之十分之一的分壓訊號S2。請注意，上述阻抗值於實務中係根據訊號量測裝置2整體電路所能承受之電壓以及高壓控制訊號的電壓來設計，並不限於本具體實施例所提出的數值。

若高壓控制訊號S1僅經過分壓電路20分壓即進行量測，由於量測裝置之電路板上雜散電容的存在，分壓訊號S2之上升波形與下降波形的寬度會變寬而失真。於本具體實施例中，低失真緩衝器22可保持分壓訊號S2的上升波形與下降波形使其不失真。低失真緩衝器22進一步包含阻抗模組220及推拉模組222，其中，阻抗模組220連接至分壓電路20的輸出點202以接收分壓訊號S2，推拉模組222則連接至阻抗模組220。

阻抗模組220包含接面場效電晶體(junction field effect transistor,JFET)2200與電流鏡2202，其連接方式如同圖三所示。當分壓電路20的輸出點202輸出分壓訊號S2至阻抗模組220時，阻抗模組220對分壓訊號S2提供了極高的阻抗，例如，10⁹ Ω，藉此，阻抗模組220可維持分壓訊號S2的上升波形，使其對應高壓控制訊號S1的上升波形而不會失真，換言之，分壓訊號S2的上升波形的寬度大約與高壓控制訊號S1的上升波形的寬度相同。

推拉模組222連接至阻抗模組220，其包含第一雙載子接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT)2220與第二雙載子接面電晶體2222，兩者的連接方式如同圖三所示。推拉模組222可自阻抗模組220接收分壓訊號S2，並將其輸出至計數器24。藉此，推拉模組222可維持分壓訊號S2的下降波形，使其對應高壓控制訊號S1的下降波形而不會失真，換言之，分壓訊號S2的下降波形的寬度大約與高壓控制訊號S1的下降波形的寬度相同。

請一併參閱圖三以及圖四，圖四係繪示圖三之高壓控 制訊號S1以及分壓訊號S2經過低失真緩衝器22後的波形示意圖。如圖四所示，高壓控制訊號S1與分壓訊號S2的電壓大小不同，然而兩者的上升波形與下降波形的寬度相當。因此，計數器24計算分壓訊號S2的上升與下降波形的切換時間，即可推得高壓控制訊號S1的上升與下降波形的切換時間。

於本具體實施例中，計數器24進一步包含有計數單元240與計時單元242，其中計時單元242連接計數單元240以對計時單元242提供時間訊號，而此時間訊號可用來計算時間。於實務中，計時單元242可為，但不受限於，場可程式邏輯閘陣列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)，並且其時間訊號可滿足pS的時間解析度。

計數單元240可包含連接至低失真緩衝器22之比較器2400，其接收由低失真緩衝器22輸出的分壓訊號S2，並將分壓訊號S2的上升波形及下降波形與參考電壓值進行比較。比較器2400包含第一放大器2402與第二放大器2404，其中，第一放大器2402可接收第一預設切換電壓(參考電壓值)且第二放大器2404可接收第二預設切換電壓(參考電壓值)。當比較器2400接收分壓訊號S2時，可將其上升波形與第一預設切換電壓持續進行比較，一旦上升波形之電壓大於第一預設切換電壓，即將輸出訊號由Low切換為High。另一方面，比較器2400也可將分壓訊號S2之下降波形與第二預設切換電壓持續進行比較，一旦下降波形之電壓小於第二預設切換電壓時，即將輸出訊號由Low切換為High。

實務中，第一預設電壓以及第二預設電壓可根據分壓訊號的電壓來進行設定。舉例而言，若經過低失真緩衝器後之分壓訊號之電壓為10伏特，則可設定第一預設電壓及第二預設電壓為5伏特，亦即，上升波形及下降波形之中點。

於本具體實施例中，計數單元240進一步包含處理器2406，其係與比較器2400及計時單元242相連接。處理器2406接收比較器2400之輸出訊號，藉此判斷高壓控制訊號S1之上升波形與下降波形的切換。舉例而言，當比較器2400比較上升波形與第一預設切換電壓後將輸出訊號由Low切換為High時，處理器2406判斷此上升波形進行切換。此外，處理器2406可自計時單元242持續接收時間訊號，當其判斷出上升波形切換後，即根據上升波形與時間訊號計算出上升波形的切換時間。另一方面，處理器2406判斷出下降波形切換後，也可根據下降波形與時間訊號計算出下降波形的切換時間。

於另一具體實施例中，訊號量測裝置之低失真緩衝器與計數器間可連接濾波器，用以過濾分壓訊號中的雜訊。藉此，可避免雜訊影響計數器對上升波形或下降波形切換時間的判斷。

綜上所述，本發明之訊號量測裝置可用來量測發光二極體控制裝置所輸出的高壓控制訊號，其包含分壓電路、低失真緩衝器以及計數器。分壓電路自發光二極體控制裝置的輸出腳位接收高壓控制訊號，並對高壓控制訊號進行分壓而產生訊號量測裝置整體電路可承受之分壓訊號。分 壓訊號經過低失真緩衝器，其上升波形與下降波形維持與高壓控制訊號對應之上升波形與下降波形。計數器自低失真緩衝器接收分壓訊號，並對其上升波形與下降波形判斷是否切換且計算切換時間。相較於先前技術，本發明之訊號量測裝置可將高壓控制訊號分壓至可承受的電壓範圍，並且利用低失真緩衝器維持分壓訊號的上升與下降波形使其不失真，藉此，訊號量測裝置能夠精確地量測高壓控制訊號，以確保發光二極體裝置開關時間的準確性。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1、2‧‧‧訊號量測裝置

10、20‧‧‧分壓電路

12、22‧‧‧低失真緩衝器

14、24‧‧‧計數器

200‧‧‧輸入點

202‧‧‧輸出點

220‧‧‧阻抗模組

222‧‧‧推拉模組

240‧‧‧計數單元

242‧‧‧計時單元

2200‧‧‧接面場效電晶體

2202‧‧‧電流鏡

2220‧‧‧第一雙載子接面電晶體

2222‧‧‧第二雙載子接面電晶體

2400‧‧‧比較器

2402‧‧‧第一放大器

2404‧‧‧第二放大器

2406‧‧‧處理器

R1、R2‧‧‧電阻

C1、C2‧‧‧電容

S1‧‧‧高壓控制訊號

S2‧‧‧分壓訊號

圖一係繪示先前技術之分壓前與分壓後之控制訊號的波形示意圖。

圖二係繪示根據本發明之一具體實施例之訊號量測裝置的功能方塊圖。

圖三係繪示根據本發明之另一具體實施例之訊號量測裝置的示意圖。

圖四係繪示圖三之高壓控制訊號以及分壓訊號經過低失真緩衝器後的波形示意圖。

1‧‧‧訊號量測裝置

10‧‧‧分壓電路

12‧‧‧低失真緩衝器

14‧‧‧計數器

200‧‧‧輸入點

202‧‧‧輸出點

220‧‧‧阻抗模組

222‧‧‧推拉模組

240‧‧‧計數單元

242‧‧‧計時單元

2200‧‧‧接面場效電晶體

2202‧‧‧電流鏡

2220‧‧‧第一雙載子接面電晶體

2222‧‧‧第二雙載子接面電晶體

2400‧‧‧比較器

2402‧‧‧第一放大器

2404‧‧‧第二放大器

2406‧‧‧處理器

R1、R2‧‧‧電阻

C1、C2‧‧‧電容

S1‧‧‧高壓控制訊號

S2‧‧‧分壓訊號

Claims (9)

1. 一種訊號量測裝置，用以量測一高壓控制訊號，該訊號量測裝置包含：一分壓電路，用以對該高壓控制訊號進行分壓，以獲得一分壓訊號；一低失真緩衝器，連接該分壓電路，該低失真緩衝器包含：一阻抗模組，連接該分壓電路並提供一輸入阻抗以保持該分壓訊號之一上升波形，使其對應該高壓控制訊號之波形；以及一推拉模組，連接該阻抗模組，用以保持該分壓訊號之一下降波形，使其對應該高壓控制訊號之波形；以及一計數器，連接該低失真緩衝器，該計數器係用以計算該分壓訊號之該上升波形以及該下降波形之切換時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之訊號量測裝置，其中該阻抗模組包含一接面場效電晶體(junction field effect transistor,JFET)以及一電流鏡。
3. 如申請專利範圍第1項所述之訊號量測裝置，其中該推拉模組包含二雙載子接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之訊號量測裝置，其中該高壓控制訊號之電壓值係大於24伏特(V)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之訊號量測裝置，其中該計數器包含一計時單元以及連接該計時單元之一計數單元，該 計時單元係用以提供一時間訊號，該計數單元係用以配合該時間訊號對該分壓訊號之該上升波形以及該下降波形分別計算切換時間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之訊號量測裝置，其中該計數單元包含連接該低失真緩衝器之一比較器，該比較器係用以持續比較該分壓訊號之該上升波形與一第一預設切換電壓，當該比較器比較出該上升波形之電壓大於該第一預設切換電壓時，該計數單元判斷該分壓訊號進行切換，並且該比較器係用以持續比較該分壓訊號之該下降波形與一第二預設切換電壓，當該比較器比較出該下降波形之電壓小於該第二預設切換電壓時，該計數單元判斷該分壓訊號進行切換。
7. 如申請專利範圍第6項所述之訊號量測裝置，其中該計數單元根據所判斷出進行切換之該上升波形及該時間訊號，獲得該上升波形之切換時間。
8. 如申請專利範圍第6項所述之訊號量測裝置，其中該計數單元根據所判斷出進行切換之該下降波形及該時間訊號，獲得該下降波形之切換時間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之訊號量測裝置，進一步包含一濾波器連接於該低失真緩衝器與該計數器之間，該濾波器係用以過濾該分壓訊號中之雜訊。