一種用于能量采集系統(tǒng)的多檢測點電壓檢測電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子技術領域，涉及一種用于能量采集系統(tǒng)的多檢測點電壓檢測電路。本發(fā)明包括：電阻分壓陣列、電壓基準、用于電壓比較的反相器、電平位移電路以及數字校正邏輯。具體來說，利用分壓電阻、電壓基準和多個用于電壓比較的反相器同時實現(xiàn)對同一個被檢測電壓的多檢測點電壓檢測；利用數字校正邏輯，消除了傳統(tǒng)電壓檢測電路在電壓很低時輸出錯誤的弊端。該技術屬于電力電子技術領域，可用于包括能量采集在內的低壓低功耗應用。
【專利說明】
一種用于能量采集系統(tǒng)的多檢測點電壓檢測電路
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于電子技術領域，涉及一種用于能量采集系統(tǒng)的多檢測點電壓檢測電 路。
【背景技術】
[0002] 伴隨著可穿戴移動計算設備在醫(yī)療保健領域、健康領域以及消費電子領域的廣泛 應用，人們對可穿戴設備的續(xù)航能力提出了更高的要求。設備的續(xù)航能力不僅取決于設備 中低功耗技術的應用水平，也受限于鋰電池或其他供電電路的性能。
[0003] 能量采集技術是一種將環(huán)境中的能量如太陽能、熱能、機械能或電池能轉化為電 能并加以利用最終為電子設備供電的技術，它的應用可為可穿戴設備提供高的續(xù)航能力。 由于外部環(huán)境的影響，能量采集系統(tǒng)通常沒有穩(wěn)定的工作電壓，而工作電壓往往與系統(tǒng)的 性能緊密相關。檢測工作電壓，或者系統(tǒng)內部特定節(jié)點(例如輸出節(jié)點）的電壓范圍，可以為 系統(tǒng)工作狀態(tài)的切換提供依據，便于實現(xiàn)自適應的系統(tǒng)控制，使系統(tǒng)在任何狀態(tài)下都能在 較好的工作點工作。電壓檢測電路是一種檢測電壓是否大于其設定的檢測點的電路。通常 規(guī)定當被檢測電壓小于檢測點時，電壓檢測電路輸出〇;當被檢測電壓大于檢測點時，電路 輸出1。
[0004] 能量采集系統(tǒng)所能利用的能量十分有限，要求電壓檢測電路具有超低功耗的特 點，根據應用需要可能需要檢測多個電壓點。傳統(tǒng)的電壓檢測電路只能有一個檢測點，結構 比較復雜，不方便擴展。而且，傳統(tǒng)的電壓檢測電路在電壓很低的時候常常會誤翻轉，導致 檢測錯誤。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的，就是針對傳統(tǒng)電壓檢測電路檢測點只有一個和低壓時會誤翻轉的 問題，提出一種可以規(guī)避上述不足并且結構簡單、功耗低的電壓檢測電路，以滿足能量采集 系統(tǒng)的需要。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是:一種用于能量采集系統(tǒng)的多檢測點電壓檢測電路，包括電 阻分壓陣列、基準電壓、反相器模塊、電平移位電路模塊和數字校正邏輯模塊;所述電阻分 壓陣列由n+2個電阻串聯(lián)構成，其中第一個電阻接檢測點，最后一個電阻接地;所述反相器 模塊包括n+1個反相器，反相器的電源端分別依次接電阻分壓陣列中相鄰兩個電阻的連接 點，所有反相器的輸入端均連接基準電壓;所述電平移位電路模塊包括n+1個電平移位電 路，電平移位電路的輸入端分別依次連接反相器的輸出端;所述數字校正邏輯模塊包括n個 數字校正邏輯單元，每個數字校正邏輯單元由一個與門和一個非門構成，與門的一個輸入 端接電平移位電路的輸出端，與門的另一個輸入端接非門的輸出端，非門的輸出端接和與 門相連的電平移位電路的下一個電平移位電路的輸出端。
[0007] 本發(fā)明的有益效果為，通過電阻分壓實現(xiàn)了多個電壓檢測點的檢測，通過數字校 正邏輯消除了低電壓電壓檢測出錯的弊端，同時電路只有〇.1減數量級的靜態(tài)電流。滿足了 能量收集系統(tǒng)對電壓檢測電路準確度較高、功耗低的要求。有助于降低系統(tǒng)功耗，并可以與 其他控制邏輯配合優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明的電路邏輯結構示意圖；
[0009] 圖2為4位輸出電壓檢測的直流特性仿真圖。
【具體實施方式】
[0010] 下面結合附圖，詳細描述本發(fā)明的技術方案：
[0011] 圖1所示為本發(fā)明的電壓檢測電路整體框圖，電壓檢測電路由電壓基準、電阻分壓 陣列、用于電壓比較的反相器、電平位移模塊和數字校正邏輯部分組成。電阻分壓陣列由n+ 2個串聯(lián)電阻組成，具體個數根據應用需求有所不同。第一個電阻R0的一端接電路中需要檢 測電壓的節(jié)點，最后一個電阻Rn+1的一端接地。電阻分壓陣列產生n+1個分壓節(jié)點，分別為 nodel、node2,至noden+1 dodel節(jié)點接入用于電壓比較的反相器compl的Vdd端，node2節(jié)點 接入用于電壓比較的反相器comp2的Vdd端，以此類推，第n個節(jié)點noden接入用于電壓比較 的反相器compn的Vdd端。電壓基準產生的基準電壓輸入到所有用于電壓比較的反相器的輸 入端。用于電壓比較的反相器的輸出端分別接入相應的電平位移電路，如第n個反相器 compn的輸出接電平位移n的輸入。各個電平位移電路的輸出接到數字校正邏輯。
[0012]數字校正邏輯具體接法如下：電平位移1的輸出接入第一與門andl的第一個端口； 電平位移2的輸出接入第二與門and2的第一個端口，以及第一非門invl的輸入端口，第一非 門inv 1的輸出接第一與門andl的第二個端口；第一與門andl的輸出信號為out 1。其余的電 路接法以此類推。電平位移n-1的輸出接入第n-1與門andn-1的第一個端口；電平位移n的輸 出接入第n與門andn的第一個端口，以及第n-1非門invn-1的輸入端口，第n-1非門invn-1的 輸出接第n-1與門andn-1的第二個端口；第n-1與門andn-1的輸出信號為outn-1。最后一個 輸出的接法，電平位移n的輸出接入第n與門andn的第一個端口；電平位移n+1的輸出第n非 門invn的輸入端口，第n非門invn的輸出接第n與門andn的第二個端口；第n與門andn的輸出 信號為outn。
[0013]本發(fā)明的工作原理為：
[0014]反相器的翻轉電壓與反相器的供電電壓Vdd有關，一般認為反相器的翻轉電壓vt = kVdd。若反相器的輸入為基準電壓Vref，供電電壓Vdd從0開始增加，貝lj當Vdd = Vref/k時， 反相器的輸出從低電平翻轉到高電平。這就實現(xiàn)了對檢測點Vref/k的電壓檢測。本發(fā)明中 采用電阻分壓陣列對被檢測電壓進行分壓之后輸入到反相器的Vdd端，則第i個電壓檢測點 滿足
(1)
[0016] 其中RT為電阻陣列總電阻。由此可見在電阻陣列取不同的分壓節(jié)點接到反相器的 Vdd端，即可實現(xiàn)多個檢測點的電壓檢測。
[0017] 由于反相器的Vdd端電壓小于被檢測電壓，通常也小于電源電壓，所以輸出的高電 平小于電源電壓。故引入電平位移電路對高電平進行處理，使它可以接近電源電壓。
[0018] 由于低壓時M0S器件工作在亞閾區(qū)，在被檢測電壓很小的時候，電壓檢測的輸出會 高電平。所以引入數字校正邏輯電路。以輸出點outl為例，當被檢測電壓很低的時候，由于 發(fā)生錯誤，電平位移1和電平位移2的輸出均為高，或前者為低后者為高，經過非門和與門之 后，outl輸出0;當被檢測電壓升高至大于第一個檢測電壓而小于第二個，電平位移2的輸出 是低電平，經過非門和與門后，out 1輸出1，結果正確。
[0019] 圖2所示為4位輸出電壓檢測的直流特性仿真結果。〇Utl-〇Ut4輸出為高電平的范 圍分別為 ：326mV-432mV;432mV-525mV;525mV-658mV;>658mV。被檢測電壓很小的時候沒有 錯誤的輸出。靜態(tài)功耗小于〇. 2yW。
[0020] 根據上述說明，該發(fā)明可以實現(xiàn)多個電壓檢測點的電壓檢測，同時修正了被檢測 電壓過低時的錯誤輸出，也具備低功耗的特點，適合能量采集系統(tǒng)的應用。
【主權項】
1. 一種用于能量采集系統(tǒng)的多檢測點電壓檢測電路，包括電阻分壓陣列、基準電壓、反 相器模塊、電平移位電路模塊和數字校正邏輯模塊;所述電阻分壓陣列由Π +2個電阻串聯(lián)構 成，其中第一個電阻接檢測點，最后一個電阻接地;所述反相器模塊包括n+1個反相器，反相 器的電源端分別依次接電阻分壓陣列中相鄰兩個電阻的連接點，所有反相器的輸入端均連 接基準電壓;所述電平移位電路模塊包括n+1個電平移位電路，電平移位電路的輸入端分別 依次連接反相器的輸出端;所述數字校正邏輯模塊包括η個數字校正邏輯單元，每個數字校 正邏輯單元由一個與門和一個非門構成，與門的一個輸入端接電平移位電路的輸出端，與 門的另一個輸入端接非門的輸出端，非門的輸出端接和與門相連的電平移位電路的下一個 電平移位電路的輸出端。
【文檔編號】G01R19/00GK105911329SQ201610424865
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】羅萍, 鄭心易, 王遠飛, 楊朋博
【申請人】電子科技大學