專利名稱：處理數(shù)字信號的電路裝置和相應(yīng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致地涉及處理數(shù)字信號的電路裝置和相應(yīng)方法，并且特別地涉及適于處 理STB和STG兩類開關(guān)信號的數(shù)字信號采樣電路及其配置方法。
背景技術(shù)：
在機械電氣控制中通常應(yīng)用兩類開關(guān)信號輸出，一種是開關(guān)到電源 (Switch-to-Battery，簡寫為STB)數(shù)字信號，另一種是開關(guān)到地(Switch-to-Ground，簡寫 為STG)數(shù)字信號。STB數(shù)字信號具有兩種狀態(tài)激活狀態(tài)和無效狀態(tài)。STB數(shù)字信號的這兩種狀態(tài)可 以分別反映對應(yīng)的機械組件的工作狀態(tài)，例如汽車液壓油鎖液壓油鎖狀態(tài)。例如，當汽車液 壓油鎖工作不正常時，反映其狀態(tài)的STB數(shù)字信號會處于激活狀態(tài)；當液壓油鎖工作正常 時，反映其狀態(tài)的STB數(shù)字信號會處于無效狀態(tài)。如1圖所示，通過將STB數(shù)字信號Sl輸入到數(shù)字信號采樣電路100，可以檢測到該 數(shù)字信號的狀態(tài)。將處于激活狀態(tài)的STB數(shù)字信號Sl輸入電路100，相當于使數(shù)字信號采 樣電路100輸入端經(jīng)由開關(guān)K與電壓源(例如+5V)相連接，如圖1(a)所示。而將處于無 效狀態(tài)的STB數(shù)字信號S輸入電路100，如圖1 (b)所示，相當于數(shù)字信號采樣電路101的輸 入端經(jīng)由開關(guān)K與懸浮端相連接。STG數(shù)字信號也具有兩種狀態(tài)激活狀態(tài)和無效狀態(tài)。通過STG數(shù)字信號的這兩 種狀態(tài)可以分別反映對應(yīng)的電器組件的工作狀態(tài)(例如汽車液壓過濾器狀態(tài)、液壓油水平 狀態(tài)等)。例如，當汽車液壓過濾器組件工作不正常時，反映其狀態(tài)的STG數(shù)字信號會處于 激活狀態(tài)；當液壓過濾器工作正常時，反映其狀態(tài)的STG數(shù)字信號會處于無效狀態(tài)。如圖2所示，通過將STG數(shù)字信號S2輸入到數(shù)字信號采樣電路200，可以檢測到該 數(shù)字信號的狀態(tài)。將處于激活狀態(tài)的STG數(shù)字信號S2輸入電路200，相當于數(shù)字信號采樣 電路200的輸入端經(jīng)由開關(guān)K與地相連接，如圖2(a)所示。而將處于無效狀態(tài)的數(shù)字信號 S2輸入電路200，如圖2 (b)所示，相當于該數(shù)字信號采樣電路200的輸入端經(jīng)由開關(guān)K與 懸浮端相連。在現(xiàn)有技術(shù)中，針對這兩種類型的數(shù)字信號，通常需要使用兩個不同類型的數(shù)字 信號采樣電路以分開處理這兩種信號。這使得系統(tǒng)設(shè)計非常復(fù)雜，同時會降低可靠性。因此，有必要提供一種電路裝置和電路配置方法，使得能夠以單個電路處理STB 和STG兩類開關(guān)信號。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提出一種新的數(shù)字信號采樣電路，其通過簡單地接入或斷開與晶體 管基極上拉電阻相連的操作電壓源，來同時適用于STB和STG這兩類信號。這樣，在STB和 STG兩種情況下，可以使用相同的PCBA (印刷電路板)布局而無需修改。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種電路裝置，包括用于接收數(shù)字信號的輸入端，所述數(shù)字信號包括開關(guān)到地數(shù)字信號和開關(guān)到電源數(shù)字信號；輸出端以及開關(guān)電路單元，開 關(guān)電路單元的驅(qū)動輸入端與所述電路裝置的輸入端相耦合，開關(guān)電路單元的輸出端與所述 電路裝置的輸出端相耦合，并且開關(guān)電路單元的輸出端還通過第一電阻與第一電壓源相耦 合。其中，所述電路裝置進一步包括第二電壓源與第二電阻，并且所述電路裝置被配置為使 得當所述輸入端處的輸入數(shù)字信號是開關(guān)到地數(shù)字信號時，所述第二電壓源經(jīng)由所述第 二電阻與所述輸入端相耦合，使得當所述開關(guān)到地數(shù)字信號的狀態(tài)為無效時所述開關(guān)電路 單元導(dǎo)通；當所述輸入端處的輸入數(shù)字信號是開關(guān)到電源數(shù)字信號時，所述第二電壓源與 所述輸入端斷開。在本發(fā)明的示例性實施例中，所述開關(guān)電路單元是具有偏置電阻的單管共射放大 電路，其發(fā)射極接地，基極與所述輸入端相耦合，集電極與所述輸出端相耦合，所述集電極 還通過第一電阻與應(yīng)用電壓源相耦合，并且當所述開關(guān)到地數(shù)字信號的狀態(tài)為無效時所述 放大電路基射極飽和。此外，所述單管共射放大電路可以包括一個晶體管和兩個偏置電阻， 其中，所述晶體管的基極經(jīng)由第一偏置電阻與所述輸入端相耦合，并且所述晶體管的基極 經(jīng)由第二偏置電阻與所述晶體管的發(fā)射極相耦合。在本發(fā)明的示例性實施例中，所述電路裝置可以進一步包括并聯(lián)耦合在所述輸入 端和地之間的第一電容和瞬態(tài)電壓抑制二極管。在本發(fā)明的示例性實施例中，所述電路裝置可以進一步包括第一二極管，其被配 置為使得所述輸入端經(jīng)由所述第一二極管耦合到所述放大電路的基極。在本發(fā)明的示例性實施例中，所述電路裝置可以進一步包括串聯(lián)在所述放大電路 的基極和所述第一二極管之間的第三電阻，以及所述放大電路的基極經(jīng)由第二二極管耦合 到所述第一電壓源。在本發(fā)明的示例性實施例中，所述電路裝置可以進一步包括耦合在所述放大電路 的基極和所述地之間的第二電容。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，可以通過移除所述第二電阻使所述第二電壓源與所 述輸入端斷開。在本發(fā)明的示例性實施例中，所述開關(guān)電路還可以是繼電器開關(guān)電路或包括PNP/ NPN晶體管或電力場效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙極晶體管的半導(dǎo)體開關(guān)電路。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種通過單個電路裝置對開關(guān)到地數(shù)字信號和開關(guān) 到電源數(shù)字信號兩種數(shù)字信號進行處理的方法，所述電路包括開關(guān)電路單元，開關(guān)電路單 元的驅(qū)動輸入端與所述電路裝置的輸入端相耦合，開關(guān)電路單元的輸出端與所述電路裝置 的輸出端相耦合，并且開關(guān)電路單元的輸出端還通過第一電阻與第一電壓源相耦合。其中， 所述方法進一步包括配置第二電壓源和第二電阻使得所述第二電壓源根據(jù)所述輸入端處 的輸入的數(shù)字信號的類型與所述輸入端耦合或斷開，其中當所述輸入的數(shù)字信號是開關(guān)到 地數(shù)字信號時，所述第二電壓源通過所述第二電阻與所述輸入端相耦合，使得當開關(guān)到地 數(shù)字信號狀態(tài)為無效時所述開關(guān)電路單元導(dǎo)通；當所述輸入的數(shù)字信號是開關(guān)到電源數(shù)字 信號時，所述第二電壓源與所述輸入端斷開。根據(jù)本發(fā)明的方案簡化了系統(tǒng)設(shè)計，適用范圍廣，并且可以提供很高的可靠性。此 外，根據(jù)本發(fā)明的方案易于實現(xiàn)，并且很經(jīng)濟。


現(xiàn)在將參照附圖更詳細描述本發(fā)明的實施例，其中相似的標號表示相似的元件， 附圖包括圖1 (a)和(b)分別示意性地示出STB數(shù)字信號的兩種狀態(tài)；圖2 (a)和(b)分別示意性地示出STG數(shù)字信號的兩種狀態(tài)；圖3是示出其中可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的系統(tǒng)的框圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的電路原理圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的圖4所示電路裝置在輸入STB數(shù)字信號時 的電路原理圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的電路原理圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明又一示例性實施例的電路原理圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明又一示例性實施例的電路原理圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的電路裝置；圖10示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的電路原理圖；以及圖11示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的電路原理圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖詳細說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。圖3示出其中可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的系統(tǒng)框圖。圖3所示的實施例 以及本說明書稍后描述的其他實施例都是參考汽車機械電氣控制來討論的。然而，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員可以認識到，本發(fā)明的實施例并不局限于汽車機械電氣控制或機械電氣控制， 而是可以適用于應(yīng)用數(shù)字信號采樣電路的任何適當?shù)南到y(tǒng)、設(shè)備、裝置、電子器件等等。如圖3所示，在汽車機械電氣控制系統(tǒng)中通常包括組件狀態(tài)檢測單元310，用于 (例如通過傳感器)檢測各種組件的工作狀態(tài)。其中，反映組件工作狀態(tài)的數(shù)字信號可以大 致分為STG信號和STB信號兩類。例如反映液壓過濾器狀態(tài)、液壓油水平狀態(tài)等的數(shù)字信 號屬于STG數(shù)字信號，反映液壓油鎖狀態(tài)等的數(shù)字信號屬于STB數(shù)字信號。于是，相應(yīng)地， 可以將狀態(tài)檢測單元310中的信號檢測模塊劃分為STG信號檢測模塊311和STB信號檢測 模塊312。例如，STG信號檢測模塊311可以包括液壓過濾器模塊313，用于檢測液壓過 濾器的工作狀態(tài)是否正常；液壓油水平檢測模塊315，用于檢測液壓油水平狀態(tài)是否正常。 STB信號檢測模塊312可以包括液壓過濾鎖模塊314，用于檢測液壓油鎖的工作狀態(tài)是否 正常。應(yīng)理解，盡管在此僅示出了 STG信號檢測模塊包括的兩個模塊和STB信號檢測模塊 包括的一個模塊，實際上在汽車機械電氣控制中還存在屬于STG信號檢測模塊或STB信號 檢測模塊的多個其他檢測模塊。組件狀態(tài)檢測單元310將反映各個組件工作狀態(tài)的數(shù)字信號，例如，來自液壓過 濾器模塊313的液壓過濾器狀態(tài)信號、來自液壓油水平檢測模塊315的液壓油水平狀態(tài)信 號以及來自液壓油鎖模塊314的液壓油鎖狀態(tài)信號，分別傳送給數(shù)字信號采樣電路320。數(shù)字信號采樣電路320分別對STG數(shù)字信號或STB數(shù)字信號進行處理，并將經(jīng)過 處理的工作狀態(tài)信號輸出給應(yīng)用單元330。由于應(yīng)用單元330因各個應(yīng)用的不同，對所接 受的信號電壓大小，可承受灌入電流大小有針對性的要求，所以STB信號和STG信號不能簡單的直接就作為應(yīng)用單元330的輸入，而是需要320將STB信號和STG信號處理成為單元 330可以接受和響應(yīng)的數(shù)字信號，才能間接的反映STB信號和STG信號狀態(tài)。應(yīng)注意，在本發(fā)明的方案中，使用單個數(shù)字信號采用電路來調(diào)整STG信號和STB信 號，而非傳統(tǒng)的分開的兩個數(shù)字信號采樣電路。應(yīng)用單元330獲得經(jīng)過調(diào)整的工作狀態(tài)信號，根據(jù)該信號可以獲知相關(guān)組件的工 作狀態(tài)是否正常，并采取相應(yīng)的操作，例如用于汽車電氣控制。以下參考圖4和5描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的數(shù)字信號采樣電路的連接及工
作原理。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的簡化的數(shù)字信號采樣電路400的電路原理圖。該電路的輸 入端I用于接入數(shù)字信號，包括STB數(shù)字信號或STG數(shù)字信號。該采樣電路的輸出端0與 應(yīng)用單元330相耦合，用于向應(yīng)用單元330提供處理后的數(shù)字信號。該采樣電路還包括具有偏置電阻的單管共射放大電路410。例如，放大電路410可 以包括如圖4所示配置的一個晶體管TRl和兩個偏置電阻Rl和R2。輸入端I經(jīng)由電阻Rl連接到晶體管TRl的基極。晶體管TRl的發(fā)射極接電位地 GND，并且基極經(jīng)由電阻R2與發(fā)射極相連接。晶體管TRl的集電極經(jīng)由電阻R3連接到輸出 端0，并且經(jīng)由電阻R4連接到應(yīng)用電壓源Ua。該電壓源可以是應(yīng)用單元中的電壓源，其電 壓位例如可以是+2. 8V，并且不局限于2. 8V。該采樣電路還包括上拉電阻R6。上拉電阻R6的一端與操作電壓源Ub相耦合，另 一端與輸入端I相耦合。例如，該電阻可以是可移除的，從而允許根據(jù)輸入信號屬于STB數(shù) 字信號還是STG數(shù)字信號，來將操作電壓源與輸入端I相耦合或不耦合。當輸入端I處的 輸入數(shù)字信號屬于STG數(shù)字信號時，操作電壓源經(jīng)由電阻R6與輸入端I相連接，如圖4所 示；當輸入端I處的輸入數(shù)字信號屬于STB數(shù)字信號時，移除電阻R6使得操作電壓源與輸 入端I斷開，如圖5所示。以下分別說明在兩種數(shù)字信號輸入的情況下的電路工作原理。當輸入信號屬于 STG數(shù)字信號時，操作電壓源Ub經(jīng)由上拉電阻R6與信號輸入端相耦合。在應(yīng)用中，操作電 壓源一般為3. 9伏特，但不局限于此。甚至于，操作電壓源可以與應(yīng)用電壓源共用相同的電 壓源。當STG數(shù)字信號處于無效狀態(tài)時，該采樣電路的輸入端I懸置。于是該輸入端I 被上拉電阻R6上拉到操作電壓源的3. 9伏特，從而使得交點A處的電壓位大于晶體管TRl 的基射極飽和電壓。于是，TRl被導(dǎo)通，使得交點B基本上與電位地GND連接，這意味這輸 出端0也基本上連接到電位地GND。于是，輸出端處的信號可以被識別為低電位。當STG數(shù)字信號處于激活狀態(tài)時，該采樣電路的輸入端I被切換到地。于是，輸入 端I被直接下拉到GND。因此，交點A處為低電壓位，該電壓位不能使TRl導(dǎo)通，于是交點B 不能連接到地GND，而是被集電極的上拉電阻R4上拉到應(yīng)用電壓源Ua的2. 8伏特。這意味 著，輸出端0獲得2. 8伏特的電壓。于是，輸出端0處的信號可以被識別為高電位。因此，如果數(shù)字信號輸入是STG數(shù)字信號，則采樣電路的輸出能夠相應(yīng)地變化以 顯示輸入信號的變化，從而供應(yīng)用單元進行判斷。由上述分析可知，為了使TRl在適當?shù)臅r候被導(dǎo)通，需要配置各個電阻的電阻值， 以至少滿足以下不等式
權(quán)利要求
1.一種電路裝置，包括用于接收數(shù)字信號的輸入端，所述數(shù)字信號包括開關(guān)到地數(shù)字信號和開關(guān)到電源數(shù)字 信號；輸出端，以及開關(guān)電路單元，所述開關(guān)電路單元的驅(qū)動輸入端與所述電路裝置的輸入端相耦合，所 述開關(guān)電路單元的輸出端與所述電路裝置的輸出端相耦合，并且所述開關(guān)電路單元的輸出 端還通過第一電阻與第一電壓源相耦合；其特征在于，所述電路裝置進一步包括第二電壓源和第二電阻，并且所述電路裝置被 配置為使得當所述電路裝置的輸入端處的輸入數(shù)字信號是開關(guān)到地數(shù)字信號時，所述第二電壓源 經(jīng)由所述第二電阻與所述電路裝置的輸入端相耦合，使得當所述開關(guān)到地數(shù)字信號的狀態(tài) 為無效時所述開關(guān)電路單元導(dǎo)通；當所述電路裝置的輸入端處的輸入數(shù)字信號是開關(guān)到電源數(shù)字信號時，所述第二電壓 源與所述電路裝置的輸入端斷開。
2.如權(quán)利要求1所述的電路裝置，其中所述開關(guān)電路單元是具有偏置電阻的單管共射 放大電路，其發(fā)射極接地，基極與所述電路裝置的輸入端相耦合，集電極與所述電路裝置的 輸出端相耦合，所述集電極還通過第一電阻與第一電壓源相耦合，并且其中當所述開關(guān)到 地數(shù)字信號的狀態(tài)為無效時所述放大電路基射極飽和。
3.如權(quán)利要求2所述的電路裝置，其中所述單管共射放大電路包括一個晶體管和兩個 偏置電阻，其中，所述晶體管的基極經(jīng)由第一偏置電阻與所述電路裝置的輸入端相耦合，并 且所述晶體管的基極經(jīng)由第二偏置電阻與所述晶體管的發(fā)射極相耦合。
4.如權(quán)利要求3所述的電路裝置，進一步包括并聯(lián)耦合在所述電路裝置的輸入端和地之間的第一電容和瞬態(tài)電壓抑制二極管。
5.如權(quán)利要求4所述的電路裝置，進一步包括第一二極管，其被配置為使得所述電路 裝置的輸入端經(jīng)由所述第一二極管耦合到所述放大電路的基極。
6.如權(quán)利要求5所述的電路裝置，進一步包括串聯(lián)在所述放大電路的基極和所述電路裝置的輸入端之間的第三電阻，以及第二二極管，其被配置為使得所述放大電路的基極經(jīng)由第二二極管耦合到所述第一電 壓源。
7.如權(quán)利要求6所述的電路裝置，進一步包括耦合在所述放大電路的基極和所述地之間的第二電容。
8.如權(quán)利要求1所述的電路裝置，其中所述開關(guān)電路單元是繼電器開關(guān)電路或包括 PNP/NPN晶體管或電力場效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙極晶體管的半導(dǎo)體開關(guān)電路。
9.如前述權(quán)利要求中的任何一個的電路裝置，其中通過移除所述第二電阻使所述第二 電壓源與所述電路裝置的輸入端斷開。
10.一種通過單個電路裝置對開關(guān)到地數(shù)字信號和開關(guān)到電源數(shù)字信號兩種數(shù)字信號 進行處理的方法，所述電路包括開關(guān)電路單元，所述開關(guān)電路單元的驅(qū)動輸入端與所述電 路裝置的輸入端相耦合，所述開關(guān)電路單元的輸出端與所述電路裝置的輸出端相耦合，并 且所述開關(guān)電路單元的輸出端還通過第一電阻與第一電壓源相耦合，其特征在于，所述方法包括配置第二電壓源和第二電阻，使得所述第二電壓源根據(jù)所 述電路裝置的輸入端處輸入的數(shù)字信號的類型與所述電路裝置的輸入端耦合或斷開，其中當所述輸入的數(shù)字信號是開關(guān)到地數(shù)字信號時，所述第二電壓源通過所述第二電阻與 所述電路裝置的輸入端相耦合，使得當開關(guān)到地數(shù)字信號狀態(tài)為無效時所述開關(guān)電路單元 導(dǎo)通；當所述輸入的數(shù)字信號是開關(guān)到電源數(shù)字信號時，所述第二電壓源與所述電路裝置的 輸入端斷開。
11.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述開關(guān)電路單元是具有偏置電阻的單管共射放 大電路，其發(fā)射極接地，基極與所述電路裝置的輸入端相耦合，集電極與所述電路裝置的輸 出端相耦合，所述集電極還通過第一電阻與第一電壓源相耦合，并且當開關(guān)到地數(shù)字信號 狀態(tài)為無效時所述放大電路基射極飽和。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中通過移除所述第二電阻使所述第二電壓源與所述 電路裝置的輸入端斷開。
全文摘要
一種處理數(shù)字信號的電路裝置和相應(yīng)方法。電路裝置包括用于接收數(shù)字信號的輸入端，數(shù)字信號包括開關(guān)到地數(shù)字信號和開關(guān)到電源數(shù)字信號；輸出端；以及開關(guān)電路單元，其驅(qū)動輸入端與所述電路裝置的輸入端相耦合，其輸出端與電路裝置的輸出端相耦合，并且其輸出端還通過第一電阻與第一電壓源相耦合。電路裝置進一步包括第二電壓源和第二電阻，所述電路裝置被配置為使得當電路裝置的輸入端處的輸入數(shù)字信號是開關(guān)到地數(shù)字信號時，第二電壓源經(jīng)由第二電阻與電路裝置的輸入端相耦合，使得當開關(guān)到地數(shù)字信號的狀態(tài)為無效時所述開關(guān)電路單元導(dǎo)通；當電路裝置的輸入端處的輸入數(shù)字信號是開關(guān)到電源數(shù)字信號時，第二電壓源與電路裝置的輸入端斷開。
文檔編號H03K19/003GK102122948SQ20101000321
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者何捷, 何斌, 單亮, 徐剛 申請人:卡特彼勒公司