一种模拟量电流输出系统的制作方法

1.本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种模拟量电流输出系统。


背景技术：

2.模拟量电流(如4ma～20ma)输出系统常用于对生产现场及公用工程的执行机构进行驱动控制，一般驱动电压为24v。由于执行机构各异，其阻抗各有不同，在由输出电流对执行机构进行驱动控制过程中，当执行机构的输入阻抗与输出电流的乘积较小时，会导致模拟量电流输出系统内部的压降较大，以至于大量的功率消耗在模拟量电流输出系统内部，尤其是消耗在电压调整管上，如此不仅造成大量电能的浪费，而且使得模拟量电流输出系统的内部温度大幅度升高，大大缩短电子元器件寿命，使系统容易产生各种故障，降低了系统的可靠性。现有技术对模拟量输出系统进行了改进，如《一种低功耗模块量电流输出系统及方法》通过反馈电压输出模块采集电压调整管两端的压降后产生反馈电压给可调电压输出模块，从而调节驱动电压大小，使得电压调整管两端的压降控制在较低的范围内，从而控制模拟量电流输出系统的内部功耗，达到低功耗设计的目的。但是现有方法须具备电压调整模块与电压调整器反馈电压输出模块。其中可调电压输出模块需要电源芯片、电感等一系列器件构成，负载调整性能要求高，容易造成反馈输出模块不稳定等特点。同时因为电路规模大成本高不利于未来电路规模小型化、低成本的趋势。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供一种模拟量电流输出系统，以提供一种低成本、小型化的模拟量电流输出系统。
4.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
5.一种模拟量电流输出系统，包括：
6.轨压电源选择模块、电压电流转换模块、电压比较模块；
7.所述电压电流转换模块的第一输入端接收控制电压信号，所述电压电流转换模块的第二输入端直接或通过负载与所述轨压电源选择模块的输出端相连，用于基于所述电压信号与所述电压电流转换模块的输出电压的比较结果控制所述轨压电源选择模块输入至所述负载上的电压的占空比；
8.所述电压比较模块包括施密特触发器，所述施密特触发器的第一输入端与所述电压电流转换模块的反馈信号端相连，所述施密特触发器的第二输入端用于获取第一基准电压和第二基准电压，所述施密特触发器的输出端与所述轨压电源选择模块的控制端相连，所述施密特触发器用于基于所述反馈信号和第一基准电压以及第二基准电压的比较结果，通过所述输出端输出用于控制所述轨压电源选择模块输出电压大小的电压控制信号；
9.所述轨压电源选择模块的输入端接入供电电压，所述轨压电源选择模块的输出端与所述电压电流转换模块的输入端相连，用于向所述电压电流转换模块输出跟随所述施密特触发器的输出电压变化的轨压电压。
10.可选的，上述模拟量电流输出系统中，所述轨压电源选择模块包括：
11.输出端相连的第一轨压电源支路和第二轨压电源支路；
12.所述第一轨压电源支路的输入端用于输入端第一电压，所述第一轨压电源支路用于提供固定大小的第一轨压电压；
13.所述第二轨压电源支路的输入端用于输入端第二电压，所述第二轨压电源支路的控制端作为所述轨压电源选择模块的控制端，所述第二轨压电源支路用于提供跟随所述施密特触发的输出电压变化的第二轨压电压。
14.可选的，上述模拟量电流输出系统中，所述第二轨压电源支路包括：
15.至少1组相互串联的缓冲模块和电压选择开关；
16.缓冲模块，所述缓冲模块的输入端作为所述第二轨压电源支路的输入端；
17.电压选择开关，所述电压选择开关的控制端作为所述轨压电源选择模块的控制端，所述电压选择开关的输入端与所述缓冲模块的输出端相连，所述电压选择开关的输出端作为所述第二轨压电源支路的输出端。
18.可选的，上述模拟量电流输出系统中，每组相互串联的缓冲模块和电压选择开关所连接的所述第二电压的值相同或不同。
19.可选的，上述模拟量电流输出系统中，所述电压电流转换模块为sin型电压电流转换模块，所述sin型电压电流转换模块包括：
20.第一运算放大器、第一开关管和参考电阻；
21.所述第一运算放大器的第一输入端作为电压信号输入端，所述第一运算放大器的第二输入端与所述第一开关管的输出端相连；
22.所述第一开关管的控制端与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第一开关管的输入端通过负载与所述轨压电源选择模块的输出端相连，所述第一开关管的输入端作为所述电压电流转换模块的电压输入端和反馈信号端；
23.所述参考电阻的第一端与所述第一开关管的输出端相连，所述负载的输出端接地。
24.可选的，上述模拟量电流输出系统中，所述电压电流转换模块为source型电压电流转换模块，所述source型电压电流转换模块包括：
25.第二运算放大器、第三运算放大器、第二开关管、第一电阻、负载、第三开关管、第二电阻和参考电阻；
26.所述第二运算放大器的第一输入端作为电压信号输入端，所述第二运算放大器的第二输入端与所述第二开关管的输出端相连，所述第二运算放大器的输出端与所述第三开关管的控制端相连；
27.所述第二开关管的控制端与所述第二运算放大器的输出端相连，所述第二开关管的输入端通过所述第一电阻与所述负载的输入端相连，所述第二开关管的输出端通过所述第二电阻接地；
28.所述第三运算放大器的第一输入端与所述负载的输出端相连，所述第三运算放大器的第二输入端与所述第二开关管的输入端相连，所述第二运算放大器的输出端与所述第三开关管的控制端相连；
29.所述第三开关管的输入端通过所述负载与所述轨压电源选择模块的输出端相连，
所述第三开关管的输出端通过所述参考电阻接地，所述第三开关管的输出端作为所述电压电流转换模块的反馈信号端。
30.可选的，上述模拟量电流输出系统中，所述电压比较模块还包括：
31.第一基准电压生成电路和第二基准电压生成电路；
32.所述第一基准电压生成电路用于向所述施密特触发器提供第一基准电压；
33.所述第二基准电压生成电路用于向所述施密特触发器提供第二基准电压。
34.可选的，上述模拟量电流输出系统中，所述第一基准电压和所述第二基准电压的输入端与所述施密特触发器的输出端相连。
35.可选的，上述模拟量电流输出系统中，所述第一基准电压小于所述第二基准电压；
36.所述施密特触发器具体用于：
37.当所述反馈信号小于所述第一基准电压时，所述施密特触发器输出用于控制所述轨压电源选择模块输出第一目标电压的控制信号；当所述反馈信号大于所述第二基准电压时，所述施密特触发器输出用于控制所述轨压电源选择模块输出第二目标电压的控制信号。
38.可选的，上述模拟量电流输出系统中，所述第一基准电压大于所述第二基准电压；
39.所述施密特触发器具体用于：
40.当所述反馈信号小于所述第一基准电压时，所述施密特触发器输出用于控制所述轨压电源选择模块输出第一目标电压的控制信号；当所述反馈信号大于所述第二基准电压时，所述施密特触发器输出用于控制所述轨压电源选择模块输出第二目标电压的控制信号。
41.基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述方案，采用施密特输出模块控制所述轨压电源选择模块切换输出电压的方法，控制电压调整管的输入电压，使得模拟量电流输出模块实现低功耗的设计效果，且能够实现电路规模小型化与低成本。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
43.图1为本申请实施例提供的一种模拟量电流输出系统的结构示意图；
44.图2为本申请实施例提供的轨压电源选择模块的结构示意图；
45.图3为本申请另一实施例提供的模拟量电流输出系统的结构示意图；
46.图4为本申请另一实施例提供的模拟量电流输出系统的结构示意图；
47.图5为本申请另一实施例提供的模拟量电流输出系统的结构示意图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
49.针对于上述问题本申请提供一种低成本的低功耗模拟量电流输出系统，以解决原有电流输出模块内部功耗高的问题，同时使低功耗实现电路成本更低。本发明在原有的电流输出模块上，采用施密特触发输出模块的方法，通过比较电压调整器的电压值来控制驱动电源的切换，实现模拟量电流输出模块低功耗的设计效果。调节原则是当电流与外部负载rl乘积较小时采用低电压电源驱动，当电流与外部负载rl乘积较大时采用高电压电源驱动。
50.参见图1，本申请实施例公开的一种模拟量电流输出系统，可以包括：
51.轨压电源选择模块100、电压电流转换模块200、电压比较模块300；
52.所述轨压电源选择模块100的输入端接入供电电压，所述轨压电源选择模块100的输出端直接或通过负载与所述电压电流转换模块200的输入端相连，用于向所述电压电流转换模块200输出跟随所述施密特触发器301的输出电压变化的轨压电压，在本方案中，所述供电电压可以为直流电压或交流电压，无论所述供电电压为直流电压或交流电压，所述轨压电源选择模块100输出的均是直流电压，在本方案中，所述轨压电源选择模块100可以输出个能够跟随所述施密特触发器301的输出信号变化的输出电压，即，所述施密特触发器301的输出信号不同，所述轨压电源选择模块100的输出电压不同。在本方案中，所述轨压电源选择模块100可以提供第一轨压电压和第二轨压电压，例如，所述第一轨压电压为12v电压，所述第二轨压电压为24v电压，当然也可以提供其他幅值大小的电压信号。
53.在本方案中，所述述轨压电源选择模块100的具体结构可以依据用户需求自行选择，只要保证其能够跟随所述电压比较模块300所输出的不同的控制信号提供不同的输出电压即可，例如，在本方案中，所述轨压电源选择模块100可以包括第一轨压电源支路和第二轨压电源支路，所述第一轨压电源支路和第二轨压电源支路的输出端相连，所述第一轨压电源支路的输入端用于输入端第一电压，所述第一轨压电源支路用于提供固定大小的第一轨压电压；所述第二轨压电源支路的输入端用于输入端第二电压，所述第二轨压电源支路的控制端作为所述轨压电源选择模块100的控制端，所述第二轨压电源支路用于提供跟随所述施密特触发的输出电压变化的第二轨压电压。其中，参见图2，所述第一轨压电源支路可以包括一个二极管d，所述二极管d的输入端与第一电压相连，所述二极管d的输出端与所述第二轨压电源支路的输出端作为所述轨压电源选择模块100的输出端，其中，所述第一电压可以为12v电压，所述第二电压可以为24v电压，在本方案中，所述第二轨压电源支路可以至少1组相互串联的缓冲模块和电压选择开关，所述缓冲模块用于在所述电压选择开关打开瞬间限制第二电压对应的输出电流。其可以采用普通电阻限流、三极管限流。所述缓冲模块的输入端作为所述第二轨压电源支路的输入端；所述电压选择开关的控制端作为所述轨压电源选择模块100的控制端，所述电压选择开关的输入端与所述缓冲模块的输出端相连，所述电压选择开关的输出端作为所述第二轨压电源支路的输出端，当所述电压选择开关闭合时所述第二电压通过所述缓冲模块和所述电压选择开关连接至负载，当所述电压选择开关闭合时，所述第二电压无法加载到负载，所述电压选择开关的通断状态由所述电压比较模块300输出的控制信号控制，具体的，所述电压比较模块300用于在所述负载与电压电流转换模块200的输出电流的乘积大于某一设定值时，输出用于控制所述电压选择开关闭合的控制信号，此时，采用第二电压驱动所述电流电压转换模块，在所述负载与电压电流
转换模块200的输出电流的乘积小于另一设定值时，输出用于控制所述电压选择开关断开的控制信号，此时，采用第一电压驱动所述电流电压转换模块，以减小电流电压转换模块中的电压调整管的压降。在本方案中，所述电压选择开关的类型可以依据用户需求自行选择，例如，其可以为采用mos管、三极管、继电器等开关器件。
54.参见图2，当所述缓冲模块和电压选择开关为两组或两组以上时，每组相互串联的缓冲模块和电压选择开关所连接的所述第二电压的值相同或不同，其中，所述第一电压值必须小于任意一个第二电压值，例如，所述第一电压值可以为8v，所述第二电压值可以为12v、24v。所述电压比较模块300的输出端可以与其中任意一个或多个电压选择开关的控制端相连。
55.所述电压电流转换模块200的第一输入端接收控制电压信号，所述电压电流转换模块200的第二输入端直接或通过负载与所述轨压电源选择模块100的输出端相连，用于基于所述电压信号与所述电压电流转换模块200的输出电压的比较结果控制所述轨压电源选择模块100输入至所述负载上的电压的占空比，即，所述电压电流转换模块200内部设置有电压调整管，所述电压调整管的第一端直接或通过负载与所述轨压电源选择模块100的输出端相连，所述轨压电源选择模块100的第二端直接或通过电压电流转换模块200的电压调整管与所述负载的输入端相连，所述电压调整管的导通状态跟随所述控制电压信号与所述负载的输入端电压的比较结果变化；
56.所述电压比较模块300包括施密特触发器301，所述施密特触发器301内置比较器，用于获取所述电压电流模块转换模块中调整管与负载的对地电压，通过与所述第一基准电压比较或与所述第二基准电压比较后，控制驱动所述开关的断开/闭合。
57.所述施密特触发器301的第一输入端in1与所述电压电流转换模块200的反馈信号端相连，所述施密特触发器301的第一输入端采集到的是，电压电流转换模块200的调节管以及负载的对地电压，所述施密特触发器301的第二输入端in2用于获取第一基准电压和第二基准电压，所述施密特触发器301的输出端out与所述轨压电源选择模块100的控制端相连，所述控制端可以指的是所述电压选择开关的控制端，所述施密特触发器301用于基于所述反馈信号和第一基准电压以及第二基准电压的比较结果，通过所述输出端输出用于控制所述轨压电源选择模块100输出电压大小的电压控制信号。
58.本发明提供的上述模拟量电流输出系统，解决了原有电流输出模块内部功耗高的问题，并且其成本更低。本发明通过采用施密特输出模块控制所述轨压电源选择模块100切换输出电压的方法，控制电压调整管的输入电压，使得模拟量电流输出模块实现低功耗的设计效果，且能够实现电路规模小型化与低成本。
59.参见图3，所述电压比较模块300还包括：第一基准电压生成电路302和第二基准电压生成电路303；所述第一基准电压生成电路302用于向所述施密特触发器301提供第一基准电压；所述第二基准电压生成电路303用于向所述施密特触发器301提供第二基准电压，其中，所述第一基准电压和所述第二基准电压的输入端与所述施密特触发器301的输出端相连，通过将所述施密特触发器301的输出端输出的电压信号进行转化后，得到所述第一基准电压和第二基准电压。
60.在本申请另一实施例公开的技术方案中，参见图4，所述电压电流转换模块200可以为sin型电压电流转换模块200，所述sin型电压电流转换模块200包括：
61.第一运算放大器u1、第一开关管m1(电压调整管)和参考电阻rf；
62.所述第一运算放大器u1的第一输入端作为电压信号输入端，用于输入电压信号，所述第一运算放大器u1的第二输入端与所述第一开关管m1的输出端相连；
63.所述第一开关管m1的控制端与所述第一运算放大器u1的输出端相连，所述第一开关管m1的输入端通过负载与所述轨压电源选择模块100的输出端相连，所述第一开关管m1的输入端作为所述电压电流转换模块200的电压输入端；
64.所述参考电阻rf负载的输入端与所述第一开关管m1的输出端相连，所述负载的输出端接地。
65.在本申请另一实施例公开的技术方案中，参见图5，所述电压电流转换模块200可以为source型电压电流转换模块200，所述source型电压电流转换模块200包括：
66.第二运算放大器u2、第二开关管m2、第一电阻r1第二电阻r2r2、第三运算放大器u3、第三开关管m3(电压调整管)和参考电阻rf；
67.所述第二运算放大器u2的第一输入端作为电压信号输入端，所述第二运算放大器u2的第二输入端与所述第二开关管m2的输出端相连，所述第二运算放大器u2的输出端与所述第三开关管m3的控制端相连；
68.所述第二开关管m2的控制端与所述第二运算放大器u2的输出端相连，所述第二开关管m2的输入端通过所述第一电阻r1与所述负载的输入端相连，所述第二开关管m2的输出端通过所述第二电阻r2接地；
69.所述第三运算放大器u3u3的第一输入端与所述负载的输出端相连，所述第三运算放大器u3的第二输入端与所述第二开关管m2的输入端相连，所述第二运算放大器u2的输出端与所述第三开关管m3的控制端相连；
70.所述第三开关管m3的输入端通过所述负载与所述轨压电源选择模块100的输出端相连，所述第三开关管m3的输出端通过所述参考电阻rf接地，所述第三开关管m3的输出端作为所述电压电流转换模块200的反馈信号端。
71.在本申请实施例公开的技术方案中，所述第一基准电压可以采用稳定的电源由电阻器件分压得到，也可以采用基准电压器件实现。当所述述电压电流转换模块200为sin型电压电流转换模块200时，所述第一基准电压可以为2v，这是因为如果该值过小会影响所述电压电流转换模块200的输出，如果过大则达不到低功耗的控制效果。在本申请实施例公开的技术方案中，如果所述电压电流转换模块200为source型电压电流转换模块200，那么所述第一基准电压采用10v比较合适。
72.关于所述第二基准电压，其同样可以采用稳定的电源由电阻器件分压得到，也可以采用基准电压器件实现。当所述电压电流转换模块200为sin型电压电流转换模块200时，所述第二基准电压为15v，这是因为如果其过小会使所述开关频繁切换状态，过大则达不到低功耗的控制效果。当所述电压电流转换模块200为source型电压电流转换模块200时，所述第二基准电压采用8v比较合适。
73.具体的，在本申请实施例公开的技术方案中，当所述电压电流转换模块200为sin型电压电流转换模块200时，所述第一基准电压小于所述第二基准电压；此时，所述施密特触发器301具体用于：
74.当所述反馈信号小于所述第一基准电压时，所述施密特触发器301输出用于控制
所述轨压电源选择模块100输出第一目标电压的控制信号；当所述反馈信号大于所述第二基准电压时，所述施密特触发器301输出用于控制所述轨压电源选择模块100输出第二目标电压的控制信号。
75.当所述电压电流转换模块200为source型电压电流转换模块200时，所述第一基准电压大于所述第二基准电压；此时，所述施密特触发器301具体用于：
76.当所述反馈信号小于所述第二基准电压时，所述施密特触发器301输出用于控制所述轨压电源选择模块100输出第一目标电压的控制信号；当所述反馈信号大于所述第一基准电压时，所述施密特触发器301输出用于控制所述轨压电源选择模块100输出第二目标电压的控制信号。
77.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
78.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。