專利名稱：單通道多電平輸入電路及方法
技術領域：
本發明涉及輸入電路，更具體而言涉及一種單通道多電平輸入電路以及一種通過單通道輸入多電壓電平信號的方法。
背景技術：
在目前的電路中，針對不同電壓電平的輸入信號，往往不得不采用不同的輸入通道，以得到可反映出輸入信號的電平變換的信號。在如圖1所示的多電平輸入電路中，設置有晶體管Tl，用于對輸入信號進行預處理，從而供后續電路使用。為此，第一晶體管Tl的基極通過基極偏置電阻Rll與輸入電路的輸入端Ii相連。第一晶體管Tl的發射極接地。并且在第一晶體管Tl的基極與發射極之間還連接有電阻R12，用于在沒有輸入電壓時保證第一晶體管Tl可靠截止。第一晶體管Tl的集電極通過限流電阻R13與電源電壓相連，該電源電壓通常為5V電源電壓。將第一晶體管Tl的集電極輸出作為輸入電路的輸出。當輸入信號使得給第一晶體管Tl的基極施加正偏壓時，第一晶體管Tl導通。那么，該第一晶體管Tl的集電極就輸出低電平作為輸入電路的輸出信號。此后，當輸入信號電平繼續增加時，由于第一晶體管Tl始終導通，所以第一晶體管Tl的集電極始終輸出低電平。為此，為了反映輸入信號電平的差別，需要通過另一輸入通道來實現。例如圖1中虛線部分所示，在輸入電路中，與第一晶體管Tl所在的輸入通道并聯設置包含第二晶體管T2的另一輸入通道。通過調節電阻R21的值可獲得與更高電壓電平的輸入信號相對應的輸出信號。此外，還可再通過又一輸入通道輸出與進一步更高電壓電平的輸入信號相對應的輸出信號。由于在這樣的輸入電路中需設置多個輸入通道，所以這往往使得總體電路成本過高。同時由于不同的通道彼此易相互影響，所以這樣的輸入電路也不穩定。
發明內容
為克服現有電路中的上述缺點，本發明提出一種電路，其中使用單個輸入通道來輸入數種不在同一電壓電平上的信號。在本發明的一個方面中，提出了一種單通道多電平輸入電路，其包括單個輸入通道、預處理單元和輸出端。在單個輸入通道與預處理單元之間耦合有檢測單元，用于檢測單個輸入通道上的信號電平變化。因此，預處理單元可以根據檢測單元的檢測結果切換輸出端輸出的信號電平。優選地，檢測單元是一個檢測單元或多個級聯的檢測單元。根據本發明的一個實施例，當單個輸入通道上的信號電平超過閾值時，檢測單元給預處理單元提供切換信號。優選地，檢測單元可以包括穩壓單元和開關單元。開關單元包括控制端、輸入端和輸出端，穩壓單元與開關單元的控制端耦合，使得該控制端的電壓處于閾值電壓。優選地，開關單元可以包括晶體管、晶閘管或者三端雙向可控硅開關元件。
優選地，穩壓單元可以包括齊納二極管。優選地，預處理單元可以包括晶體管、晶閘管或者三端雙向可控硅開關元件。在本發明的另一方面中，提出了一種用于通過單通道輸入多電壓電平信號的方法，其包括:通過單個輸入通道接收多電壓電平信號；檢測單個輸入通道上的信號電平變化；當檢測到單個輸入通道上的信號電平變化時，切換輸出的信號電平；以及輸出信號。根據本發明的另一實施例，當單個輸入通道上的信號電平超過閾值時，切換輸出的信號電平。根據本發明的又一實施例，通過檢測單元來檢測單個輸入通道上的信號電平變化。優選地，所述檢測單元是一個或多個級聯的檢測單元。檢測單元可以包括穩壓單元和開關單元，穩壓單元使開關單元的控制端的電壓處于閾值電壓。優選地，開關單元可以包括晶體管、晶閘管或者三端雙向可控硅開關元件。而穩壓單元可以包括齊納二極管。通過本發明，可以僅使用單個輸入通道，從而將兩個或甚至更多電壓電平信號轉換成控制系統可用的信號。因此，僅一個子電路用于信號輸入，而沒有多重影響，所以根據本發明的電路更穩定。并且根據本發明的電路無需集成芯片，成本低。而且根據本發明的電路還可靈活用于不同的輸入信號。
下文中將結合附圖詳細描述本發明:
圖1示出了現有的多電平輸入電路的示意 圖2示出了根據本發明的單通道多電平輸入電路的框 圖3示出了根據本發明的用于兩個電壓電平輸入信號的電路的示意 圖4示出了根據本發明的用于兩個電壓電平輸入信號的電路的輸出信號的波形 圖5示出了根據本發明的用于多個電壓電平輸入信號的電路的示意 圖6示出了根據本發明的用于多個電壓電平輸入信號的電路的輸出信號的波形圖；以
及
圖7示出了根據本發明的通過單通道輸入多電壓電平信號的方法的流程圖。不同附圖中的相同或相似的附圖標記表示相同或相似的元件或要素。
具體實施例方式如圖2所示，在根據本發明的一個實施例中，根據本發明的單通道多電平輸入電路2包括輸入端I1、單個輸入通道21、預處理單元23和輸出端01。在單個輸入通道21與預處理單元23之間耦合有檢測單元22，用于檢測單個輸入通道21上的信號電平變化。當檢測單元22檢測到單個輸入通道21上的信號電平變化時，預處理單元23切換輸出端輸出的信號電平。檢測單元22可以是一個檢測單元或者多個級聯的檢測單元。當單個輸入通道21上的信號電平超過預設的閾值電平時，檢測單元22給預處理單元23提供切換信號，使得預處理單元23可切換輸出端所輸出的信號電平。而當單個輸入通道21上的信號電平沒有超過預設的閾值電平時，檢測單元22將單個輸入通道上的信號直接傳輸給預處理單元23進行預處理。檢測單元22可以包括穩壓單元221和開關單元222。該開關單元222包括控制端、輸入端和輸出端。穩壓單元221與開關單元222的控制端耦合，使得該控制端的電壓處于閾值電平。開關單元222的輸入端和輸出端連接在電源與地之間，使得開關單元222能夠動作。開關單元222優選地可以通過晶體管來實現。可選地，晶閘管或者三端雙向可控硅開關元件也可以用作開關單元222。穩壓單元221優選地可以通過齊納二極管來實現。也可以使用常規穩壓電路來作為穩壓單元221。預處理單元23優選地可以通過晶體管來實現。可選地，晶閘管或者三端雙向可控硅開關元件也可以用作預處理單元23。現以圖3為例來具體說明根據本發明的用于兩個電壓電平輸入信號的電路。在輸入端Il與包括第一晶體管Tl的預處理單元之間增加子電路。特別是，該子電路并聯在第一晶體管Tl的偏置電阻Rll兩端。該子電路包括齊納二極管Z3、第二晶體管T3以及與第二晶體管T3相關聯的偏置電阻、限流電阻等電阻。齊納二極管Z3的負極一方面通過第二晶體管T3的基極偏置電阻R31與第二晶體管T3的基極相連。另一方面，齊納二極管Z3的負極通過電阻R32接地。齊納二極管Z3的正極與輸入端Il相連。第二晶體管T3的集電極通過限流電阻R33與第一晶體管Tl的基極相連。并且第二晶體管T3的發射極也接地。假設齊納二極管Z3的穩定電壓為alV。在第一晶體管Tl為NPN型晶體管的情況下，第一晶體管Tl的導通電壓一般為0.7V。因而，當輸入信號電壓電平低于(al + 0.7) V時，由于齊納二極管Z3截止，所以子電路中的第二晶體管T3并不工作。因此，第一晶體管Tl的導通/截止僅由輸入信號的電壓電平來控制，從而得到圖4中所示的輸出電壓中的左半波。如果輸入信號電壓電平高于(al + 0.7)V,則齊納二極管Z3導通。那么第二晶體管T3的導通/截止將影響第一晶體管Tl的導通/截止。更確切地說，當第二晶體管T3導通時，第二晶體管T3的集電極電壓將降低，使得第一晶體管Tl截止，從而得到圖4中所示的輸出電壓中的右半波。由此，通過包含齊納二極管Z3和第二晶體管T3的子電路，可以檢測輸入信號的電壓電平變化。并且當檢測到輸入信號電平進一步升高時，包含齊納二極管Z3和第二晶體管T3的子電路輸出低電平信號。因此，第一晶體管Tl的基極上的電壓不再為正偏壓，也就是第一晶體管Tl截止。那么,第一晶體管Tl的集電極輸出高電平,從而反映出輸入信號電壓電平的變化。盡管圖3所示的電路的輸入和輸出信號在周期方面不同，但是通過根據本發明的電路得到的輸出信號仍能反映出輸入信號的兩個不同的電壓電平。由此，來自輸入端Ii的不同電壓電平的輸入信號可被轉換成隨后的控制系統可用的信號。對于兩個以上的不同電壓電平輸入信號，基于類似的方法可對圖3所示的電路進一步擴展。例如圖5所示，在齊納二極管Z3與第二晶體管T3之間又接入一個子電路。類似地，該子電路并聯在第二晶體管T3的偏置電阻R31兩端。并且該子電路由齊納二極管Z5和第三晶體管T5的串聯電路構成。在該子電路中，齊納二極管Z5的負極一方面與第三晶體管T5的基極相連，另一方面通過電阻R52接地，該電阻R52用于在沒有輸入電壓時保證第三晶體管Τ5可靠截止。齊納二極管Ζ5的正極與齊納二極管Ζ3的負極和偏置電阻R31的連接點相連。第三晶體管Τ5的集電極通過限流電阻R53經由電阻R54連接到第二晶體管Τ3的基極，并且第三晶體管Τ5的發射極接地。此外，在第二晶體管Τ3的基極與發射極之間也連接有電阻R55，用于在沒有輸入電壓時保證第二晶體管Τ3可靠截止。假定齊納二極管Ζ5的穩定電壓為a2V。由此，當輸入信號的電壓電平高于(al +a2 + 0.7) V時，該齊納二極管Z5導通，從而使得第三晶體管T5能夠工作。并且第三晶體管T5的導通/截止將影響第二晶體管T3的導通/截止，并最終影響到預處理單元中的第一晶體管Tl的導通/截止。通過預處理單元得到的輸出信號再次反映出輸入信號的第三電壓電平，如圖6所示。在圖7所示的根據本發明的另一實施例中，通過單通道輸入多電壓電平信號的方法包括如下步驟:在步驟S71，通過單個輸入通道接收多電壓電平信號；在步驟S72，檢測單個輸入通道上的信號電平變化；當檢測到單個輸入通道上的信號電平變化時，在步驟S73切換輸出的信號電平；否則，直接轉到步驟S74 ;在步驟S74，輸出信號。因此，所輸出的信號能夠反映出所輸入的信號的多個不同的電壓電平。例如，結合前述圖3所示的用于兩個電壓電平輸入信號的電路，在本發明中通過檢測單元來實現單個輸入通道上的信號電平變化的檢測。該檢測單元可以是一個檢測單元或者多個級聯的檢測單元。該檢測單元包括穩壓單元和開關單元。更特別地，穩壓單元使開關單元的控制端的電壓處于閾值電壓。當單個輸入通道上的信號電平超過穩壓單元的閾值電壓時，開關單元相應動作，從而最終切換輸出的信號電平。由此，根據本發明，通過單個輸入通道能夠得到隨后的控制系統可用的信號，從而降低電路成本。并且由于不再存在多個輸入通道之間的相互影響，也使得電路更穩定。盡管對本發明進行了以上的描述，但是顯然本發明不是局限于此，而是在隨附的權利要求所公開的范圍之內以多種方式進行修改。
權利要求
1.一種單通道多電平輸入電路(2)，其包括單個輸入通道(21)、預處理單元(23)和輸出端(01)，其中在單個輸入通道(21)與預處理單元(23)之間耦合有檢測單元(22)，用于檢測單個輸入通道(21)上的信號電平變化，使得預處理單元(23)根據檢測單元(22)的檢測結果切換輸出端(01)輸出的信號電平。
2.根據權利要求1所述的單通道多電平輸入電路(2)，其中，檢測單元(22)是一個檢測單元或多個級聯的檢測單元。
3.根據權利要求2所述的單通道多電平輸入電路(2)，其中，當單個輸入通道(21)上的信號電平超過閾值時，檢測單元(22)給預處理單元(23)提供切換信號。
4.根據權利要求1至3之一所述的單通道多電平輸入電路(2)，其中，檢測單元(22 )包括穩壓單元(221)和開關單元(222)，其中開關單元(222)包括控制端、輸入端和輸出端，穩壓單元(221)與開關單元(222)的控制端耦合，使得該控制端的電壓處于閾值電壓。
5.根據權利要求4所述的單通道多電平輸入電路(2)，其中，開關單元(222)包括晶體管、晶閘管或者三端雙向可控硅開關元件。
6.根據權利要求4所述的單通道多電平輸入電路(2)，其中，穩壓單元(221)包括齊納二極管。
7.根據權利要求4所述的單通道多電平輸入電路(2)，其中，預處理單元(23)包括晶體管、晶閘管或者三端雙向可控硅開關元件。
8.一種用于通過單通道輸入多電壓電平信號的方法，其包括: 通過單個輸入通道接收多電壓電平信號； 檢測單個輸入通道上的信號電平變化； 當檢測到單個輸入通道上的信號電平變化時，切換輸出的信號電平；以及 輸出信號。
9.根據權利要求8所述的用于通過單通道輸入多電壓電平信號的方法，其中，當單個輸入通道上的信號電平超過閾值時，切換輸出的信號電平。
10.根據權利要求8或9所述的用于通過單通道輸入多電壓電平信號的方法，其中，通過檢測單元來檢測單個輸入通道上的信號電平變化。
11.根據權利要求10所述的用于通過單通道輸入多電壓電平信號的方法，其中，所述檢測單元是一個或多個級聯的檢測單元。
12.根據權利要求11所述的用于通過單通道輸入多電壓電平信號的方法，其中，檢測單元包括穩壓單元和開關單元，穩壓單元使開關單元的控制端的電壓處于閾值電壓。
13.根據權利要求12所述的用于通過單通道輸入多電壓電平信號的方法，其中，開關單元包括晶體管、晶閘管或者三端雙向可控硅開關元件。
14.根據權利要求12所述的用于通過單通道輸入多電壓電平信號的方法，其中，穩壓單元包括齊納二極管。
全文摘要
本發明涉及單通道多電平輸入電路及方法。根據本發明，單通道多電平輸入電路包括單個輸入通道、預處理單元和輸出端，其中在單個輸入通道與預處理單元之間耦合有檢測單元，用于檢測單個輸入通道上的信號電平變化，使得預處理單元根據檢測單元的檢測結果切換輸出端輸出的信號電平。此外，通過單通道輸入多電壓電平信號的方法包括通過單個輸入通道接收多電壓電平信號；檢測單個輸入通道上的信號電平變化；當檢測到單個輸入通道上的信號電平變化時，切換輸出的信號電平；輸出信號。根據本發明，僅使用單個輸入通道將多電壓電平信號轉換成后續電路可用的信號，從而使電路總體成本更低并且更穩定。
文檔編號H03K19/0175GK103138737SQ20111039509
公開日2013年6月5日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者楊春雷, 袁又直, 白洪范, 張玉一 申請人:大陸汽車電子(蕪湖)有限公司