CN103138737A - 单通道多电平输入电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单通道多电平输入电路及方法。根据本发明，单通道多电平输入电路包括单个输入通道、预处理单元和输出端，其中在单个输入通道与预处理单元之间耦合有检测单元，用于检测单个输入通道上的信号电平变化，使得预处理单元根据检测单元的检测结果切换输出端输出的信号电平。此外，通过单通道输入多电压电平信号的方法包括：通过单个输入通道接收多电压电平信号；检测单个输入通道上的信号电平变化；当检测到单个输入通道上的信号电平变化时，切换输出的信号电平；输出信号。根据本发明，仅使用单个输入通道将多电压电平信号转换成后续电路可用的信号，从而使电路总体成本更低并且更稳定。

Description

单通道多电平输入电路及方法

技术领域

本发明涉及输入电路，更具体而言涉及一种单通道多电平输入电路以及一种通过单通道输入多电压电平信号的方法。

背景技术

在目前的电路中，针对不同电压电平的输入信号，往往不得不采用不同的输入通道，以得到可反映出输入信号的电平变换的信号。

在如图1所示的多电平输入电路中，设置有晶体管T1，用于对输入信号进行预处理，从而供后续电路使用。为此，第一晶体管T1的基极通过基极偏置电阻R11与输入电路的输入端I1相连。第一晶体管T1的发射极接地。并且在第一晶体管T1的基极与发射极之间还连接有电阻R12，用于在没有输入电压时保证第一晶体管T1可靠截止。第一晶体管T1的集电极通过限流电阻R13与电源电压相连，该电源电压通常为5V电源电压。将第一晶体管T1的集电极输出作为输入电路的输出。当输入信号使得给第一晶体管T1的基极施加正偏压时，第一晶体管T1导通。那么，该第一晶体管T1的集电极就输出低电平作为输入电路的输出信号。此后，当输入信号电平继续增加时，由于第一晶体管T1始终导通，所以第一晶体管T1的集电极始终输出低电平。为此，为了反映输入信号电平的差别，需要通过另一输入通道来实现。例如图1中虚线部分所示，在输入电路中，与第一晶体管T1所在的输入通道并联设置包含第二晶体管T2的另一输入通道。通过调节电阻R21的值可获得与更高电压电平的输入信号相对应的输出信号。此外，还可再通过又一输入通道输出与进一步更高电压电平的输入信号相对应的输出信号。

由于在这样的输入电路中需设置多个输入通道，所以这往往使得总体电路成本过高。同时由于不同的通道彼此易相互影响，所以这样的输入电路也不稳定。

发明内容

为克服现有电路中的上述缺点，本发明提出一种电路，其中使用单个输入通道来输入数种不在同一电压电平上的信号。

在本发明的一个方面中，提出了一种单通道多电平输入电路，其包括单个输入通道、预处理单元和输出端。在单个输入通道与预处理单元之间耦合有检测单元，用于检测单个输入通道上的信号电平变化。因此，预处理单元可以根据检测单元的检测结果切换输出端输出的信号电平。

优选地，检测单元是一个检测单元或多个级联的检测单元。

根据本发明的一个实施例，当单个输入通道上的信号电平超过阈值时，检测单元给预处理单元提供切换信号。

优选地，检测单元可以包括稳压单元和开关单元。开关单元包括控制端、输入端和输出端，稳压单元与开关单元的控制端耦合，使得该控制端的电压处于阈值电压。

优选地，开关单元可以包括晶体管、晶闸管或者三端双向可控硅开关元件。

优选地，稳压单元可以包括齐纳二极管。

优选地，预处理单元可以包括晶体管、晶闸管或者三端双向可控硅开关元件。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于通过单通道输入多电压电平信号的方法，其包括：通过单个输入通道接收多电压电平信号；检测单个输入通道上的信号电平变化；当检测到单个输入通道上的信号电平变化时，切换输出的信号电平；以及输出信号。

根据本发明的另一实施例，当单个输入通道上的信号电平超过阈值时，切换输出的信号电平。

根据本发明的又一实施例，通过检测单元来检测单个输入通道上的信号电平变化。优选地，所述检测单元是一个或多个级联的检测单元。

检测单元可以包括稳压单元和开关单元，稳压单元使开关单元的控制端的电压处于阈值电压。优选地，开关单元可以包括晶体管、晶闸管或者三端双向可控硅开关元件。而稳压单元可以包括齐纳二极管。

通过本发明，可以仅使用单个输入通道，从而将两个或甚至更多电压电平信号转换成控制系统可用的信号。因此，仅一个子电路用于信号输入，而没有多重影响，所以根据本发明的电路更稳定。并且根据本发明的电路无需集成芯片，成本低。而且根据本发明的电路还可灵活用于不同的输入信号。

附图说明

下文中将结合附图详细描述本发明：

图1示出了现有的多电平输入电路的示意图；

图2示出了根据本发明的单通道多电平输入电路的框图；

图3示出了根据本发明的用于两个电压电平输入信号的电路的示意图；

图4示出了根据本发明的用于两个电压电平输入信号的电路的输出信号的波形图；

图5示出了根据本发明的用于多个电压电平输入信号的电路的示意图；

图6示出了根据本发明的用于多个电压电平输入信号的电路的输出信号的波形图；以及

图7示出了根据本发明的通过单通道输入多电压电平信号的方法的流程图。

不同附图中的相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件或要素。

具体实施方式

如图2所示，在根据本发明的一个实施例中，根据本发明的单通道多电平输入电路2包括输入端I1、单个输入通道21、预处理单元23和输出端O1。在单个输入通道21与预处理单元23之间耦合有检测单元22，用于检测单个输入通道21上的信号电平变化。当检测单元22检测到单个输入通道21上的信号电平变化时，预处理单元23切换输出端输出的信号电平。

检测单元22可以是一个检测单元或者多个级联的检测单元。当单个输入通道21上的信号电平超过预设的阈值电平时，检测单元22给预处理单元23提供切换信号，使得预处理单元23可切换输出端所输出的信号电平。而当单个输入通道21上的信号电平没有超过预设的阈值电平时，检测单元22将单个输入通道上的信号直接传输给预处理单元23进行预处理。

检测单元22可以包括稳压单元221和开关单元222。该开关单元222包括控制端、输入端和输出端。稳压单元221与开关单元222的控制端耦合，使得该控制端的电压处于阈值电平。开关单元222的输入端和输出端连接在电源与地之间，使得开关单元222能够动作。

开关单元222优选地可以通过晶体管来实现。可选地，晶闸管或者三端双向可控硅开关元件也可以用作开关单元222。稳压单元221优选地可以通过齐纳二极管来实现。也可以使用常规稳压电路来作为稳压单元221。

预处理单元23优选地可以通过晶体管来实现。可选地，晶闸管或者三端双向可控硅开关元件也可以用作预处理单元23。

现以图3为例来具体说明根据本发明的用于两个电压电平输入信号的电路。

在输入端I1与包括第一晶体管T1的预处理单元之间增加子电路。特别是，该子电路并联在第一晶体管T1的偏置电阻R11两端。该子电路包括齐纳二极管Z3、第二晶体管T3以及与第二晶体管T3相关联的偏置电阻、限流电阻等电阻。齐纳二极管Z3的负极一方面通过第二晶体管T3的基极偏置电阻R31与第二晶体管T3的基极相连。另一方面，齐纳二极管Z3的负极通过电阻R32接地。齐纳二极管Z3的正极与输入端I1相连。第二晶体管T3的集电极通过限流电阻R33与第一晶体管T1的基极相连。并且第二晶体管T3的发射极也接地。

假设齐纳二极管Z3的稳定电压为a1V。在第一晶体管T1为NPN型晶体管的情况下，第一晶体管T1的导通电压一般为0.7V。因而，当输入信号电压电平低于（a1＋0.7）V时，由于齐纳二极管Z3截止，所以子电路中的第二晶体管T3并不工作。因此，第一晶体管T1的导通/截止仅由输入信号的电压电平来控制，从而得到图4中所示的输出电压中的左半波。

如果输入信号电压电平高于（a1＋0.7）V，则齐纳二极管Z3导通。那么第二晶体管T3的导通/截止将影响第一晶体管T1的导通/截止。更确切地说，当第二晶体管T3导通时，第二晶体管T3的集电极电压将降低，使得第一晶体管T1截止，从而得到图4中所示的输出电压中的右半波。

由此，通过包含齐纳二极管Z3和第二晶体管T3的子电路，可以检测输入信号的电压电平变化。并且当检测到输入信号电平进一步升高时，包含齐纳二极管Z3和第二晶体管T3的子电路输出低电平信号。因此，第一晶体管T1的基极上的电压不再为正偏压，也就是第一晶体管T1截止。那么，第一晶体管T1的集电极输出高电平，从而反映出输入信号电压电平的变化。

尽管图3所示的电路的输入和输出信号在周期方面不同，但是通过根据本发明的电路得到的输出信号仍能反映出输入信号的两个不同的电压电平。由此，来自输入端I1的不同电压电平的输入信号可被转换成随后的控制系统可用的信号。

对于两个以上的不同电压电平输入信号，基于类似的方法可对图3所示的电路进一步扩展。例如图5所示，在齐纳二极管Z3与第二晶体管T3之间又接入一个子电路。类似地，该子电路并联在第二晶体管T3的偏置电阻R31两端。并且该子电路由齐纳二极管Z5和第三晶体管T5的串联电路构成。在该子电路中，齐纳二极管Z5的负极一方面与第三晶体管T5的基极相连，另一方面通过电阻R52接地，该电阻R52用于在没有输入电压时保证第三晶体管T5可靠截止。齐纳二极管Z5的正极与齐纳二极管Z3的负极和偏置电阻R31的连接点相连。第三晶体管T5的集电极通过限流电阻R53经由电阻R54连接到第二晶体管T3的基极，并且第三晶体管T5的发射极接地。此外，在第二晶体管T3的基极与发射极之间也连接有电阻R55，用于在没有输入电压时保证第二晶体管T3可靠截止。

假定齐纳二极管Z5的稳定电压为a2V。由此，当输入信号的电压电平高于（a1＋a2＋0.7）V时，该齐纳二极管Z5导通，从而使得第三晶体管T5能够工作。并且第三晶体管T5的导通/截止将影响第二晶体管T3的导通/截止，并最终影响到预处理单元中的第一晶体管T1的导通/截止。通过预处理单元得到的输出信号再次反映出输入信号的第三电压电平，如图6所示。

在图7所示的根据本发明的另一实施例中，通过单通道输入多电压电平信号的方法包括如下步骤：在步骤S71，通过单个输入通道接收多电压电平信号；在步骤S72，检测单个输入通道上的信号电平变化；当检测到单个输入通道上的信号电平变化时，在步骤S73切换输出的信号电平；否则，直接转到步骤S74；在步骤S74，输出信号。因此，所输出的信号能够反映出所输入的信号的多个不同的电压电平。

例如，结合前述图3所示的用于两个电压电平输入信号的电路，在本发明中通过检测单元来实现单个输入通道上的信号电平变化的检测。该检测单元可以是一个检测单元或者多个级联的检测单元。该检测单元包括稳压单元和开关单元。更特别地，稳压单元使开关单元的控制端的电压处于阈值电压。当单个输入通道上的信号电平超过稳压单元的阈值电压时，开关单元相应动作，从而最终切换输出的信号电平。

由此，根据本发明，通过单个输入通道能够得到随后的控制系统可用的信号，从而降低电路成本。并且由于不再存在多个输入通道之间的相互影响，也使得电路更稳定。

尽管对本发明进行了以上的描述，但是显然本发明不是局限于此，而是在随附的权利要求所公开的范围之内以多种方式进行修改。

Claims (14)

1.一种单通道多电平输入电路（2），其包括单个输入通道（21）、预处理单元（23）和输出端（O1），其中在单个输入通道（21）与预处理单元（23）之间耦合有检测单元（22），用于检测单个输入通道（21）上的信号电平变化，使得预处理单元（23）根据检测单元（22）的检测结果切换输出端（O1）输出的信号电平。

2.根据权利要求1所述的单通道多电平输入电路（2），其中，检测单元（22）是一个检测单元或多个级联的检测单元。

3.根据权利要求2所述的单通道多电平输入电路（2），其中，当单个输入通道（21）上的信号电平超过阈值时，检测单元（22）给预处理单元（23）提供切换信号。

4.根据权利要求1至3之一所述的单通道多电平输入电路（2），其中，检测单元（22）包括稳压单元（221）和开关单元（222），其中开关单元（222）包括控制端、输入端和输出端，稳压单元（221）与开关单元（222）的控制端耦合，使得该控制端的电压处于阈值电压。

5.根据权利要求4所述的单通道多电平输入电路（2），其中，开关单元（222）包括晶体管、晶闸管或者三端双向可控硅开关元件。

6.根据权利要求4所述的单通道多电平输入电路（2），其中，稳压单元（221）包括齐纳二极管。

7.根据权利要求4所述的单通道多电平输入电路（2），其中，预处理单元（23）包括晶体管、晶闸管或者三端双向可控硅开关元件。

8.一种用于通过单通道输入多电压电平信号的方法，其包括：

通过单个输入通道接收多电压电平信号；

检测单个输入通道上的信号电平变化；

当检测到单个输入通道上的信号电平变化时，切换输出的信号电平；以及

输出信号。

9.根据权利要求8所述的用于通过单通道输入多电压电平信号的方法，其中，当单个输入通道上的信号电平超过阈值时，切换输出的信号电平。

10.根据权利要求8或9所述的用于通过单通道输入多电压电平信号的方法，其中，通过检测单元来检测单个输入通道上的信号电平变化。

11.根据权利要求10所述的用于通过单通道输入多电压电平信号的方法，其中，所述检测单元是一个或多个级联的检测单元。

12.根据权利要求11所述的用于通过单通道输入多电压电平信号的方法，其中，检测单元包括稳压单元和开关单元，稳压单元使开关单元的控制端的电压处于阈值电压。

13.根据权利要求12所述的用于通过单通道输入多电压电平信号的方法，其中，开关单元包括晶体管、晶闸管或者三端双向可控硅开关元件。

14.根据权利要求12所述的用于通过单通道输入多电压电平信号的方法，其中，稳压单元包括齐纳二极管。

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