TWI491889B - 電阻測量電路及具有該電阻測量電路的電子裝置 - Google Patents

電阻測量電路及具有該電阻測量電路的電子裝置 Download PDF

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Description

電阻測量電路及具有該電阻測量電路的電子裝置
本發明涉及一種測量電路，尤其涉及一種電阻測量電路及具有該電阻測量電路的電子裝置。
目前，很多電子產品都需要用到感測器，如測溫度，測濕度，測光照強度的感測器，而電阻類的感測器佔據較大的比例。該電阻類的感測器通常採用恒流源加類比/數位(A/D)轉換的辦法，藉由讀取感測器的電阻值來獲取對應的被測環境資料，如環境溫度、環境濕度等。但是由於A/D轉換需要應用A/D轉換電路導致電子產品的電路比較複雜，不利於電路板的布板，而且感測器的採樣精度還受制於A/D轉換電路的轉換精度。
有鑒於此，有必要提供一種採樣精度較高的電阻測量電路及具有該電阻測量電路的電子裝置。
一種電阻測量電路，其用於測量一感測器的阻值，該電阻測量電路包括一用於輸出脈寬調製信號的控制單元以及一連接於該控制單元與該感測器之間的採樣電路。該脈寬調製信號經由採樣電路處理後被傳送至感測器，該採樣電路用於對已接收經處理後的脈寬調製信號的感測器進行採樣以產生採樣信號，並將該採樣信號 傳送給該控制單元。該控制單元還用於調節該脈寬調製信號的佔空比，並在該佔空比因受調節而導致該採樣信號的電壓值達到一閥值電壓時獲取該脈寬調製信號的即時佔空比，同時根據該即時佔空比和該閥值電壓計算該感測器的阻值。其中該採樣電路包括一電壓變換單元及採樣單元，該電壓變換單元用於將該脈寬調製信號轉換成隨該脈寬調製信號的佔空比變化的直流電壓信號，並將該直流電壓信號傳送至感測器，該採樣單元用於對經該感測器處理後的該直流電壓信號進行採樣以產生採樣信號。
一種電子裝置，其包括一感測器、以及一用於測量該感測器的阻值的電阻測量電路。該電阻測量電路包括一用於輸出脈寬調製信號的控制單元以及一連接於該控制單元與該感測器之間的採樣電路。該脈寬調製信號經由採樣電路處理後被傳送至感測器，該採樣電路用於對已接收經處理後的脈寬調製信號的感測器進行採樣以產生採樣信號，並將該採樣信號傳送給該控制單元。該控制單元還用於調節該脈寬調製信號的佔空比，並在該佔空比因受調節而導致該採樣信號的電壓值達到一閥值電壓時獲取該脈寬調製信號的即時佔空比，同時根據該即時佔空比和該閥值電壓計算該感測器的阻值。其中該採樣電路包括一電壓變換單元及採樣單元，該電壓變換單元用於將該脈寬調製信號轉換成隨該脈寬調製信號的佔空比變化的直流電壓信號，並將該直流電壓信號傳送至感測器，該採樣單元用於對經該感測器處理後的該直流電壓信號進行採樣以產生採樣信號。
所述電阻測量電路及具有該電阻測量電路的電子裝置，藉由採樣電路的設置，控制單元只要在採樣信號的電壓值達到一閥值電壓 時獲取脈寬調製信號信號的即時佔空比，並查閱控制單元的閥值電壓，即可根據該即時佔空比和該閥值電壓計算感測器的阻值，由於不需要使用A/D轉換電路，因而提高了採樣精度。
100‧‧‧電子裝置
200‧‧‧電阻測量電路
10‧‧‧控制單元
20、R3‧‧‧感測器
30‧‧‧採樣電路
13‧‧‧輸出埠
15‧‧‧輸入埠
16‧‧‧PWM模組
17‧‧‧調節模組
171‧‧‧計時器
172‧‧‧暫存器
19‧‧‧計算模組
31‧‧‧電壓變換單元
33‧‧‧運算放大單元
35‧‧‧採樣單元
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
C‧‧‧電容
U1‧‧‧控制晶片
U2‧‧‧運算放大器
a‧‧‧同相輸入端
b‧‧‧反相輸入端
c‧‧‧輸出端
圖1為一較佳實施方式的電子裝置的功能模組示意圖。
圖2為圖1所示電子裝置的電阻測量電路的具體電路示意圖。
請參閱圖1，一較佳實施方式中的電子裝置100包括一感測器20以及一用於測量感測器20的電阻值的電阻測量電路200。電阻測量電路200包括一控制單元10及一連接於控制單元10與感測器20之間的採樣電路30。
感測器20屬於電阻類感測器，用於感測外界資訊或電子裝置100自身資訊的變化，該外界資訊可以為溫度、濕度等，該自身資訊可以為受壓力、重力加速度等。
控制單元10用於控制採樣電路30對感測器20進行採樣，以獲得採樣信號。控制單元10包括一脈寬調製(Pulse Width Modulation，PWM)模組16、一調節模組17與一計算模組19。PWM模組16用於產生PWM信號，調節模組17用於調節該PWM信號的佔空比從而調節該採樣信號的電壓值，計算模組19用於當該採樣信號的電壓值達到一閥值電壓時獲取該PWM信號的即時佔空比，同時根據該即時佔空比和該閥值電壓計算出感測器20的阻值。從而用戶可以根據該感測器20的阻值來獲知被測環境資訊，如環境溫度、環境濕度等。
調節模組17可以為計時器171，可藉由軟體控制計時器171來調節PWM信號的佔空比。該調節模組17也可以為與PWM信號的佔空比相對應的暫存器172，可藉由改變暫存器172的值來調節PWM信號的佔空比。
採樣電路30用於根據該PWM信號形成隨該PWM信號的佔空比變化的直流電壓信號，該直流電壓信號被傳送至感測器20。採樣電路30還用於對經感測器20處理後的該直流電壓信號進行採樣以產生上述採樣信號，並將該採樣信號傳送給控制單元10。
採樣電路30包括一用於將該PWM信號轉換成隨該PWM信號的佔空比變化的該直流電壓信號的電壓變換單元31、一用於對該直流電壓信號進行調整以穩定該採樣信號的運算放大單元33、以及一用於對依次經運算放大單元33與感測器20處理後的直流電壓信號進行採樣以產生採樣信號並將該採樣信號傳送給控制單元10的採樣單元35。
請結合圖2，在本實施方式中，控制單元10為具有PWM模組16、調節模組17與計算模組19功能的集成控制晶片U1，當然，在其他實施方式中，控制單元10也可以為具有PWM模組16、調節模組17與計算模組19功能的電路。控制晶片U1包括用於輸出該PWM信號的輸出埠13及用於接收來該採樣信號的輸入埠15。
採樣電路30包括第一電阻R1，運算放大單元33包括運算放大器U2。電壓變換單元31包括電容C以及第二電阻R2。第二電阻R2的一端電性連接於控制晶片U1的輸出埠13，第二電阻R2的另一端電性連接於運算放大器U2的同相輸入端a。電容C的一端電性連接於第二電阻R2與運算放大器U2的同相輸入端a之間，電容C的另一端電 性接地。運算放大器U2的反相輸入端b電性連接於運算放大器U2的輸出端c，運算放大器U2的輸出端c電性連接於感測器20的一端，感測器20的另一端經由第一電阻R1電性接地。控制晶片U1的輸入埠15電性連接於感測器20與第一電阻R1之間。
電子裝置100的工作原理如下：
電容C以及第二電阻R2組成的電壓變換單元31將PWM信號轉換為隨該PWM信號的佔空比變化的直流電壓信號，該PWM信號的上升沿電壓為控制晶片U1的工作電壓Vcc，下降沿電壓為零，該直流電壓信號的電壓值為Vcc×Duty，其中，Duty為該PWM信號的佔空比。其中，運算放大器U2的放大係數為1，其等效於電壓跟隨器。因此，運算放大器U2的輸出端c輸出的電壓值為Vcc×Duty，其由第一電阻R1與第二電阻R2分壓後形成採樣信號輸入控制晶片U1的輸入埠15。輸入埠15預先設置有上述閥值電壓。閥值電壓為K×Vcc，其中，K為常數，其表徵為該閥值電壓與PWM信號的上升沿電壓之間的比例關係，常數K能藉由查閱控制晶片U1的資料手冊得到。此時，輸入埠15接收的採樣信號的電壓值為Vcc×Duty×R1/(R3+R1)，其中，R3為感測器20的阻值，R1為第一電阻R1的阻值。由於，輸入介面15的閥值電壓為K×Vcc，故，當輸出埠13的PWM信號佔空比受調節模組17調節而使該採樣信號達到輸入埠15的閥值電壓時，該採樣信號的電壓值滿足Vcc×Duty×R1/(R3+R1)=K×Vcc，得出R3=(Duty/K-1)×R1。因此，計算模組19取得此時的佔空比Duty，即可計算出感測器20的阻值R3。
本發明實施方式提供的電子裝置100，藉由採樣電路30的設置，控制單元10只要在採樣信號的電壓值達到一閥值電壓時獲取PWM 信號的即時佔空比，並查閱控制單元10的閥值電壓，即可根據該即時佔空比和該閥值電壓計算感測器20的阻值。
在其他實施方式中，運算放大器的放大係數不局限於本實施方式中的1倍，藉由在運算放大電路中增加電阻等元件，即可將運算放大器的放大係數設置為如2倍，此時佔空比Duty也會相應的自動調整為原來的1/2倍。
本技術領域的普通技術人員應當認識到，以上的實施方式僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍之內，對以上實施例所作的適當改變和變化都落在本發明要求保護的範圍之內。
100‧‧‧電子裝置
20、R3‧‧‧感測器
13‧‧‧輸出埠
15‧‧‧輸入埠
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
C‧‧‧電容
U1‧‧‧控制晶片
U2‧‧‧運算放大器
a‧‧‧同相輸入端
b‧‧‧反相輸入端
c‧‧‧輸出端

Claims (9)

  1. 一種電阻測量電路，用於測量一感測器的阻值，該電阻測量電路包括一用於輸出脈寬調製信號的控制單元，其特徵在於：該電阻測量電路還包括一連接於該控制單元與該感測器之間的採樣電路，該脈寬調製信號經由採樣電路處理後被傳送至感測器，該採樣電路用於對已接收經處理後的脈寬調製信號的感測器進行採樣以產生採樣信號，並將該採樣信號傳送給該控制單元；該控制單元還用於調節該脈寬調製信號的佔空比，並在該佔空比因受調節而導致該採樣信號的電壓值達到一閥值電壓時獲取該脈寬調製信號的即時佔空比，同時根據該即時佔空比和該閥值電壓計算該感測器的阻值，其中該採樣電路包括一電壓變換單元及採樣單元，該電壓變換單元用於將該脈寬調製信號轉換成隨該脈寬調製信號的佔空比變化的直流電壓信號，並將該直流電壓信號傳送至感測器，該採樣單元用於對經該感測器處理後的該直流電壓信號進行採樣以產生採樣信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電阻測量電路，其中該控制單元包括一用於輸出該脈寬調製信號的輸出埠及一用於接收該採樣信號的輸入埠，該採樣電路包括第一電阻，該電壓變換單元包括電容及第二電阻，該感測器的一端經由該第二電阻電性連接於該輸出埠，該感測器的另一端經由第一電阻接地，該電容的一端電性連接於該感測器與該第二電阻之間，該電容的另一端電性接地，該輸入埠電性連接於該感測器與該第二電阻之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電阻測量電路，其中該採樣電路還包括一用於對該直流電壓信號進行調整以穩定該採樣信號的運算放大單元，該運 算放大單元連接於該電壓變換單元與該感測器之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電阻測量電路，其中該運算放大單元包括一運算放大器，該運算放大器的同相輸入端藉由該第二電阻連接控制單元的輸出埠，該運算放大器的同相輸入端還藉由電容接地，該運算放大器的反相輸入端電性連接於該運算放大器的輸出端。
  5. 如申請專利範圍第2項或第4項所述之電阻測量電路，其中該感測器的阻值滿足以下公式：R=(Duty/K-1)×R1，其中，R1為該第一電阻的阻值，R為該感測器的等效電阻值，Duty為該採樣信號的電壓值達到該閥值電壓時該脈寬調製信號的即時佔空比，K為常數，其表徵為該閥值電壓與該控制晶片的工作電壓之間的比例關係，其中，該脈寬調製信號的上升沿電壓為該控制晶片的工作電壓，下降沿電壓為零。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電阻測量電路，其中該控制單元包括一脈寬調製模組、一調節模組與一計算模組，該脈寬調製模組用於產生該脈寬調製信號，該調節模組用於調節該脈寬調製信號的佔空比從而調節該採樣信號的電壓值，該計算模組用於當該採樣信號的電壓值達到該閥值電壓時獲取該脈寬調製信號的即時佔空比，同時根據該即時佔空比和該閥值電壓計算該感測器的阻值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電阻測量電路，其中該調節模組包括計時器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電阻測量電路，其中該調節模組包括一與該脈寬調製信號的佔空比相對應的暫存器，藉由改變該暫存器的值來調節該脈寬調製信號的佔空比。
  9. 一種電子裝置，其包括感測器及用於測量該感測器的阻值的電阻測量電路，該電阻測量電路為上述申請專利範圍第1項-第8項中任意一項所述的電阻測量電路。
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