本發(fā)明涉及電信號(hào)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，特別是涉及一種將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的裝置及方法。

背景技術(shù)：

在一些模擬量檢測(cè)的電路中，常常用到正負(fù)電壓的比較，由于檢測(cè)電壓范圍是在一個(gè)正參考值與一個(gè)負(fù)參考值之間，常采用雙電源的運(yùn)算比較器來(lái)作為比較電路，這樣運(yùn)放比較所得信號(hào)輸出高電平是由輸出上拉電阻所確定的正電壓，輸出低電平狀態(tài)是負(fù)的供電電源電壓，但是負(fù)的電壓信號(hào)是不能被送入芯片或cpu處理器處理的，必須轉(zhuǎn)換成符合接收器件的輸入電壓范圍要求的電壓信號(hào)。

目前，現(xiàn)有已知技術(shù)方案中，常采用三極管轉(zhuǎn)換電路或者用限流電阻和一個(gè)二極管對(duì)地嵌位的方法將負(fù)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)。但是采用三極管轉(zhuǎn)換電路存在電路復(fù)雜，輸出零電平精度不高的缺點(diǎn)；采用限流電阻和一個(gè)二極管對(duì)地嵌位的方法存在信號(hào)無(wú)法歸零的缺點(diǎn)。因此，如何將負(fù)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成高精度的零電平信號(hào)，是目前該領(lǐng)域急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的裝置及方法，以實(shí)現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)換。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的裝置，所述裝置包括：雙二極管裝置、上拉電阻、限流電阻以及正向電源；所述雙二極管裝置包括第一二極管和第二二極管；所述限流電阻的一端連接輸入端，所述限流電阻的另一端連接一個(gè)端點(diǎn)；所述端點(diǎn)為所述第一二極管的陰極與所述第二二極管的陰極共同連接的端點(diǎn)；所述第一二極管的陽(yáng)極接地；所述第二二極管的陽(yáng)極分別與所述上拉電阻的一端和輸出端連接；所述上拉電阻的另一端與所述正向電源連接。

本發(fā)明還提供了一種將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的方法，所述方法包括：

調(diào)整所述上拉電阻的阻值與所述限流電阻的阻值，使所述限流電阻的阻值與所述上拉電阻的阻值滿足

式(1)中，uvcc表示正向電源電壓，uf表示第一二極管導(dǎo)通電壓，r1表示限流電阻的阻值，r2表示上拉電阻的阻值，u輸入表示輸入端的電壓值。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明提供一種將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的裝置及方法，該裝置包括：第一二極管、第二二極管、上拉電阻、限流電阻以及正向電源；限流電阻的一端連接輸出端，另一端連接一個(gè)端點(diǎn)；該端點(diǎn)為第一二極管陰極與第二二極管陰極共同連接的端點(diǎn)；第一二極管的陽(yáng)極接地；第二二極管的陽(yáng)極分別與上拉電阻的一端和輸出端連接；上拉電阻的另一端與正向電源連接；并調(diào)整限流電阻阻值和上拉電阻阻值，使流過(guò)第一二極管的電流和流過(guò)第二二極管的電流相等，從而使第二二極管的導(dǎo)通電壓和第一二極管的導(dǎo)通電壓相等，第二二極管陽(yáng)極端電壓為零，即輸出端電壓為零。因此，采用本發(fā)明提供的裝置或方法，有效提高將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的精度。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的電流走向示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的裝置及方法，以實(shí)現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)換。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該裝置包括：雙二極管裝置100、上拉電阻200、限流電阻300以及正向電源400。其中，雙二極管裝置100包括第一二極管101和第二二極管102，第一二極管101和第二二極管102完全相同。

在本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)先選擇，將采用完全相同的材料及工藝過(guò)程的第一二極管101和第二二極管102封裝在雙二極管裝置100內(nèi)。

如圖1所示，a點(diǎn)為輸入端，b點(diǎn)為第一二極管101陰極與第二二極管102陰極對(duì)接點(diǎn)，c點(diǎn)為上拉電阻200、第二二極管102陽(yáng)極以及輸出端三者共同連接點(diǎn)，d點(diǎn)表示輸出端。

限流電阻300的一端連接輸入端a，限流電阻300的另一端連接該端點(diǎn)b；且第一二極管101的陰極與第二二極管102的陰極共同連接一個(gè)端點(diǎn)b；第一二極管101的陽(yáng)極接地，第二二極管的陽(yáng)極102分別與上拉電阻200的一端和輸出端d連接；上拉電阻200的另一端與正向電源400連接。

并按照公式(1)，調(diào)整上拉電阻200的阻值與限流電阻300的阻值，使使流過(guò)第一二極管101的電流和流過(guò)第二二極管102的電流相等。

其中公式(1)為：

式(1)中，uvcc表示正向電源電壓，uf表示第一二極管導(dǎo)通電壓，r1表示限流電阻的阻值，r2表示上拉電阻的阻值，u輸入表示輸入端的電壓值，即為a點(diǎn)的電壓。

本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)如圖1所示裝置連接關(guān)系以及第一二極管陽(yáng)極接地，確定出第一二極管導(dǎo)通的電壓為ub；通過(guò)采用相同的第一二極管、第二二極管以及第一二極管陰極與第二二極管陰極共同連接一個(gè)端點(diǎn)b，確定第二二極管陰極電勢(shì)為ub，并通過(guò)調(diào)整上拉電阻與限流電阻的阻值后所確定流過(guò)第一二極管的電流和流過(guò)第二二極管的電流相等(在實(shí)際操作中，由于外界不確定因素影響，即使根據(jù)公式(1)調(diào)整上拉電阻與限流電阻的阻值后，可能存在流過(guò)第一二極管的電流和流過(guò)第二二極管102的電流不是完全相等，但是近似相等，為更好闡述本發(fā)明技術(shù)方案，忽略其他外界因素影響，即在理論基礎(chǔ)上，通過(guò)根據(jù)公式(1)調(diào)整上拉電阻與限流電阻的阻值后所確定流過(guò)第一二極管的電流和流過(guò)第二二極管的電流是完全相等)，確定第二二極管的導(dǎo)通電壓和第一二極管的導(dǎo)通電壓相同，即第二二極管的導(dǎo)通電壓為ub；通過(guò)第二二極管陰極電勢(shì)為ub和第二二極管的導(dǎo)通電壓為ub，則確定第二二極管陽(yáng)極的電勢(shì)為0，即輸出端d的電壓為0。因此，采用本發(fā)明提供的裝置及方法能夠提高轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的精度。

在此說(shuō)明，本發(fā)明技術(shù)方案中提供的第一二極管和第二二極管完全相同，則兩者的二極管特性最為接近，避免了采用兩個(gè)不同二極管時(shí)，兩個(gè)二極管參數(shù)的離散性而存在的導(dǎo)通壓降參數(shù)不相同的問題。又因第一二極管和第二二極管在同一個(gè)封裝中，且流過(guò)的電流相同，因此二極管本身的環(huán)境溫度以及自身產(chǎn)生的發(fā)熱均完全相同，消除了二極管自身溫漂可能產(chǎn)生的不一致問題，更加確保第二二極管管壓降與第一二極管導(dǎo)通管壓降相等，進(jìn)一步提升了零電平轉(zhuǎn)換的精密性。使得任何時(shí)候，任何環(huán)境溫度下，零電平的精度均不會(huì)受到較大影響。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)的電流走向示意圖，如圖2所示，a點(diǎn)為輸入端，為負(fù)電壓信號(hào)，b點(diǎn)為第一二極管d1陰極與第二二極管d2陰極對(duì)接點(diǎn)，c點(diǎn)為上拉電阻r2、第二二極管d2陽(yáng)極以及輸出端d三者共同連接點(diǎn)，d點(diǎn)表示輸出端。

第一二極管d1陽(yáng)極接地，直接將b點(diǎn)嵌位，電流i3從第一二極管d1陽(yáng)極向b點(diǎn)流，使得第一二極管d1導(dǎo)通，根據(jù)電流方向可知，b點(diǎn)的電壓將比地電平低一個(gè)第一二極管d1的導(dǎo)通壓降，地電平是參考零電平，因此b點(diǎn)電壓定義為ub(即也是-uf，其中，uf表示第一二極管導(dǎo)通電壓)。上拉電阻r2的一端與正向電源uvcc連接，則b點(diǎn)電平低于c點(diǎn)電平，第二二極管d2將會(huì)導(dǎo)通；為了使流過(guò)第一二極管的電流和流過(guò)第二二極管的電流相等，需要調(diào)整上拉電阻r2的阻值與限流電阻r1的阻值。

下面，通過(guò)反算法，來(lái)獲取限流電阻和上拉電阻的關(guān)系式，調(diào)整上拉電阻r2的阻值與限流電阻r1的阻值，使其滿足流過(guò)第一二極管的電流和流過(guò)第二二極管的電流相等，且c點(diǎn)的電壓值為0，即實(shí)現(xiàn)將負(fù)電壓裝換成零電平信號(hào)。

先令uc＝0v，那么，流過(guò)上拉電阻r2的電流為：其中uvcc為正向電源電壓，流過(guò)限流電阻r1的電流為：ub為b點(diǎn)的電壓；

根據(jù)uc＝0v，第一二極管d1陽(yáng)極接地，確定第一二極管d1的導(dǎo)通電壓為ub，第二二極管d2的導(dǎo)通電壓為ub。

根據(jù)二極管u-i曲線以及第一二極管d1導(dǎo)通電壓和第二二極管d2的導(dǎo)通電壓，確定在二極管u-i曲線，同一個(gè)電壓，必然對(duì)應(yīng)同一個(gè)電流，即流過(guò)第一二極管d1的電流i3＝i1。

根據(jù)圖2所示以及kcl定理，確定i2＝i1+i3；又因i3＝i1，則得到i2＝2i1(4)。那么，根據(jù)公式(2)(3)(4)可得到其中式(1)中，uvcc表示正向電源的電壓，-uf表示第一二極管d1、第二二極管d2的管壓降ub，ua表示a點(diǎn)的電壓。

因此，通過(guò)圖2所示的連接關(guān)系圖，二極管u-i曲線，以及公式(5)，確定流過(guò)第一二極管101電流和流過(guò)第二二極管102的電流相等，第一二極管導(dǎo)通電壓和第二二極管導(dǎo)通電壓相等，第二二極管陽(yáng)極電壓為0，即輸出端電壓為0，從而實(shí)現(xiàn)了將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成高精度零電平信號(hào)的目的。

特此說(shuō)明，根據(jù)a點(diǎn)為輸入端，即a點(diǎn)的電壓表示為輸入端的電壓，即公式(5)等同于公式(1)。

為了證明采用本發(fā)明提供的裝置，只需調(diào)整限流電阻和上拉電阻的阻值，就能實(shí)現(xiàn)提高將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)精度的目的，下面通過(guò)以下實(shí)施例來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

實(shí)施例二

本發(fā)明實(shí)施例提供的第一二極管、第二二極管為鍺二極管，鍺二極管管壓降電壓uf為0.4v；正向電源uvcc為5v，a點(diǎn)為負(fù)電壓信號(hào)，且ua為-15v，上拉電阻r2電阻值為10kω，那么根據(jù)公式(1)或者公式(5)，計(jì)算出限流電阻r1電阻值為14.6kω。

根據(jù)圖2所示的電流走向、公式(2)以及實(shí)施例二提供以及計(jì)算的數(shù)據(jù)，可計(jì)算出，i3＝i2-i1＝0.5a。通過(guò)上述計(jì)算結(jié)果，可以看出i3＝i1；

因此，根據(jù)第一二極管和第二二極管完全相同的鍺二極管，且流過(guò)第一二極管電流和流過(guò)第二二極管電流相等，確定第二二極管的導(dǎo)通電壓和第一二極管的導(dǎo)通電壓相同。

通過(guò)第一二極管陰極與第二二極管陰極共同連接一個(gè)端點(diǎn)b，第一二極管的陽(yáng)極接地，確定第二二極管陰極電勢(shì)為ub，確定第一二極管的導(dǎo)通電壓為ub。

通過(guò)第二二極管的導(dǎo)通電壓和第一二極管的導(dǎo)通電壓相同以及第二二極管陰極電勢(shì)為ub，確定第二二極管的陽(yáng)極為零電平，即輸出端為零電平，實(shí)現(xiàn)了將負(fù)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成高精度的零電平。

通過(guò)以上實(shí)施例，證明本發(fā)明提供的一種提高轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)精度的裝置及方法，只需調(diào)整限流電阻和上拉電阻的阻值，就能實(shí)現(xiàn)提高將負(fù)電壓轉(zhuǎn)化成零電平信號(hào)精度的目的，進(jìn)而也實(shí)現(xiàn)了保護(hù)信號(hào)的接收端器件(如精密的dsp處理器等)的目的。

另外，本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)將負(fù)電壓信號(hào)高精度的轉(zhuǎn)換成零電平信號(hào)，也可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)輸入端為正電壓信號(hào)，高精度的轉(zhuǎn)換成為符合后級(jí)系統(tǒng)要求的電壓值，具體為：

通過(guò)本發(fā)明提供的裝置中的第二二極管，當(dāng)輸入端正電壓信號(hào)高于輸出端上拉電阻的上拉高電平時(shí)，第二二極管會(huì)反向截止，即第二二極管不會(huì)導(dǎo)通的。即后級(jí)輸出端的電平就是上拉電阻上拉的高電平，且也不會(huì)有超出此高電平的現(xiàn)象，那么，只需要使用符合后級(jí)系統(tǒng)要求的電壓值作為上拉電阻的上拉電源uvcc，即可使得輸出端d能輸出安全的高電平給后級(jí)系統(tǒng)，保證了后級(jí)接收器件的安全。

因此，輸入端不論正電壓信號(hào)還是負(fù)電壓信號(hào)，均能轉(zhuǎn)換為無(wú)負(fù)壓的低電平或安全的高電平信號(hào)，確保了后級(jí)接收器件的安全性和對(duì)信號(hào)識(shí)別的正確性。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。