专利名称：宽范围电流监控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于宽范围变化直流电流的监控装置。
背景技术：
电子设备中，常常需要对某一特征的直流电流进行实时监控，因为该特征的电流常常反映了某一被监控对向的实时变化，比如温度、高度、压力、光通、功率、信号强度等等； 如此的电流都有独特的传感器作为取样设备，使被监控的变化量直接转化为具有相关性的电流予以取样，再处理为数字信号以备读取分析并用以决策。不可避免地，针对诸多连续变化的监控对向值，其监控输出必然需要模拟-数字(Α/D)转换电路得到数字值的最终结果。上述的电流监控装置所监控的对象其电流值可能会具有较大的变化范围，而A/D 转换电路的复杂度和成本随着分辨率、总元素的提升而增加，并且，当分辨率和总元素提升时带来的数据传输位数也随之增加，如此更加增加了外围电路的成本。当采用较少字节的数据传输监控输出时，其成本可以很好地控制，相应地外围电路不需要很复杂，但其监控电流的范围受限；另一方面，若需要满足该监控对象产生的较大电流变化范围，而采用高分辨率及总元素的Α/D转换电路，同时采用更多的字节位进行通信，必然带来成本的大幅度提高，同时系统的复杂度也随之增加。
发明内容
针对以上电流监控电路难以同时满足硬件成本和电流变化幅度大的困难，本发明提出一种宽范围的电流监控电路，其技术方案如下宽范围电流监控装置，它包括一变倍采样�？椋诒患嗫氐缌骰芈分校哂衅涞缪怪凳芸乜砂茨骋槐堵侍涞牡缪共裳耍弧� Α/D转换�？椋ü瞬ǖ缏妨铀龅缪共裳耍⑶揖哂惺涑鲆炎恍藕诺牟裳侄耍灰约耙恍藕糯砟？椋佑谒霾裳侄耍哂辛ú⒖刂扑霰浔恫裳？榈谋浔缎藕畔吆褪涑鲎钪占嗫氐缌魇中畔⒌募嗫厥涑龆耍黄渲校龅缪共裳说牟裳缪怪涤胨霰患嗫氐缌骰芈分械牡缌鞅３终龋� 所述信号处理�？槎运霾裳侄说男藕沤惺凳奔觳猓ü浔缎藕畔呖刂扑霰浔恫裳？椋顾龅缪共裳税此霰堵时浠涑龊弦说乃霾裳缪怪担灾劣谒霾裳侄说玫降氖中畔⑹贾瘴挥谒靓�/D转换�？榈淖茉胤段�。作为本技术方案的一些优选者，可以在如下方面具有改进一较佳实施例中，所述信号处理�？榈目刂撇街璋ń惶嬷葱械囊韵抡逫)溢出检测步骤将所述采样数字端的信号同时与一上阈值和一下阈值相比较， 按其结果A.若高于所述上阈值，则控制所述电压采样值按所述倍率缩减一次；
B.若低于所述下阈值，则控制所述电压采样值按所述倍率扩增一次；C.若非上述二者，则所述电压采样值不变；2)转换输出步骤将所述监控输出端的信号相对于所述A、B或C步骤的倍率变化逆向操作一次再予以输出；其中，所述上阈值和下阈值均位于所述Α/D转换�？榈淖茉胤段冢⑶遥香兄荡笥谙裸兄涤胨霰堵实某嘶�。上一个技术方案基础上，一较佳实施例中，所述变倍采样�？榘ㄇ谢坏纪ǖ淖柚蛋此霰堵噬柚玫牟裳缱枵罅�。上一个技术方案基础上，一较佳实施例中，所述采样电阻阵列并列设置；所述变倍信号线与控制所述采样电阻接入回路的开关一一对应。上一个技术方案基础上，一较佳实施例中，所述变倍采样�？榫哂�4个按阻值以8 为倍率逐级排列的所述采样电阻；所述采样数字端为8位并行数据线，所述监控输出端为 17位并行数据线。上一个技术方案基础上,一较佳实施例中，所述转换输出步骤包括对所述监控输出端的有效高8位信号进行移位，包括I)若已执行所述A步骤，则左移3位；2)若已执行所述B步骤，则右移3位；完成上述移位后，未移位者信号输出置零。上述优选方案的基础上，所述信号处理模块在所述溢出检测步骤之前包括一个初始化步骤，该初始化步骤设定所述变倍采样�？椋灾劣谒龅缪共裳滴鼻氨患嗫氐缌飨伦畹驼摺Ｒ唤霞咽凳├校鲂藕糯砟？榘ㄒ皇中藕糯砥�。—较佳实施例中，所述信号处理�？橛胨靓�/D转换模块具有同步的时钟信号端。本发明带来的有益效果是I.在监控输出端得到的最终监控电流数字信息，所能表征的被监控电流其范围很大，大大超出变倍前Α/D转换�？樗鼙碚鞯淖畲蟮缌髦担庠讦�/D转换�？槭菘矶扔邢薜那榭鱿戮哂泻芎玫氖视眯裕媒系偷某杀�、复杂度和较高的可靠性实现了宽范围的电流监控。2.采用上下阈值的方式，可以使信号处理�？榈谋浔兜髡哂谐僦托裕绕涫巧香兄涤胂裸兄捣直鹄胱茉睾土阒稻哂忻飨跃嗬耄沟帽浔兜髡某僦托愿飨裕僦托阅鼙涞每煽兀槐苊饬说缱璧滴坏钠捣鼻谢�。容易使监控输出端的数字信号更稳定。3.电阻阵列的变倍采样模块使采样电压值变倍显得直观而简单，工艺精度容易控制；4.电阻阵列采用并列接入而变倍信号线独立控制的方式具有很快的响应速度和简单的电路。5.带有DSP、倍率切换电阻阵列、并行变倍信号线的方案特别适用于光通信中的光电流监控，具有较快的响应速度、较好的工艺一致性和较小的体积。
以下结合附图
实施例对本发明作进一步说明图I是本发明实施例一的示意框图；图2是本发明实施例二的电路示意图；图3是图2所示实施例流程图。
具体实施例方式实施例一图I是本发明实施例一的示意框图；变倍采样�？�20，串联于被监控电流回路中， 即被监控的电流Irop通过变倍采样�？�20到地，在与Irop连接处具有电压采样端11，该电压采样端11上得到的采样电压正比于Irop ;并且电压采样端11上的电压可受控变化， 按照相同的一倍率A逐级跳变。Α/D转换�？�40，通过滤波电路30连接到电压采样端11，并且具有输出已转换信号的采样数字端41 ;此采样数字端41乃是将电压采样端11得到的模拟电压值转化为A/D 转换�？�40总元素所示的数据范围内变化的序列值，再通过采样数字端41连接到一信号处理模块50。信号处理�？�50具有一个监控输出端51，用于输出整个系统最终得到的数字信号。此信号处理�？�50还具有一变倍信号线52连通变倍采样�？�20。其作用在于信号处理�？�50对采样数字端41的信号进行实时检测，因为Α/D转换�？�40的总元素固定， 所以该采样数字端41的数值上限确定；但如果在此基础上，Irop增大，其比例超出了 A/D 转换�？�40的总元素范围，则信号处理�？�50通过变倍信号线52控制变倍采样�？�20， 使电压采样端11的电压值缩减或者扩大倍率A，直至采样数字端41的数字信息位于Α/D转换�？�40的总元素范围内；如此，在监控输出端51得到的最终监控电流数字信息，所能表征的被监控电流Irop其范围很大,大大超出变倍前Α/D转换�？�40所能表征的最大电流值，这在Α/D转换�？�40数据宽度有限的情况下具有很好的适用性，用较低的成本、复杂度和较高的可靠性实现了宽范围的电流监控。实施例二 如图2，本发明实施例二的电路示意图；图3是图2所示实施例流程图。结合此二图予以说明变倍采样�？�20内有切换导通的电阻阵列RO至R3，阻值按所述倍率并列设置，本例中倍率设置为8，即阻值关系为R3 = 8R2 = 64R1 = 512R0 ;对应地，变倍信号线52与电阻阵列的开关KO至K3 —一对应，具有4根，分别连通受控于信号处理�？�50。Α/D转换�？�40的采样数字端为41乃是8位并行数据线，而用一数字信号处理器 (DSP实现的信号处理�？�50的监控输出端为17位并行数据线；同时，信号处理�？�50与 Α/D转换�？�40具有同步的时钟信号端CLK和复位端RST。整个系统工作时，信号处理�？�50首先有一个初始化步骤1，此初始化步骤变倍采样模块20中的KO被连通，而K1-K3截止，所以阻值最小的RO接入Irop回路，以至于电压采样步骤2中电压采样端11的电压采样值为当前被监控电流下最低者。随即进入模数转换步骤3，来自电压采样端11的电压采样值经过R5和Cl构成的滤波电路得到有效值，通过Α/D转换�？�40进行转化，从采样数字端41得到一个8位并行的即时数据。随即，信号处理�？�50进入一溢出检测步骤4，此步骤将采样数字端11的即时数据同时与一上阈值和一下阈值相比较，本例中上阈值设为240,下阈值设为20。信号处理模块50按其比较结果若低于所述上阈值20，则控制电压采样值按倍率 8扩大一次；本例中，实现这一扩大乃是在之前状态的基础上将KO关断，而打开Kl即可；随即进入下一转换输出步骤5，。此时的转换输出步骤，因为已经扩大了倍率8，所以需要逆向操作监控输出端51 的值，即缩减倍率8，予以输出，如此，都是在一个采样周期内完成，得到一个循环。另一种情况，当在循环中比较结果高于上阈值240时，信号处理�？�50控制电压采样值按倍率8缩减一次，例如当前状态是Kl打开，则将Kl关断KO打开即可实现此缩减; 同时，因为缩减了倍率8，所以需要逆向操作监控输出端51的值，即扩大倍率8予以输出，如此也是在一个采样周期内完成。可见，在Irop不断变化时，在不多的采样周期后，监控输出端终究可以得到表征 Irop的数字表示值，而Α/D转换�？�40的采样数字端41始终在其总元素256内变化，在8 位数据所能表示的值内工作。另外，在信号处理模块50其监控输出端51的逆向变倍操作采用非常简洁有效的方式移位操作，若需要扩大8倍，则将原来的8位有效数据位左移3位；若需要缩减8倍， 则将原来的8为有效数据位右移3位。完成移位后，未移位者信号输出置零，即可得到17 位数据，其17位数据所表征的电流范围远超过8位采样数字端41所能表征的电流。另一方面，当电流变得足够小时，又可以回复到原先较高的分辨率。可见，电阻阵列的变倍采样�？�20使采样电压值变倍显得直观而简单，工艺精度容易控制；而电阻阵列采用并列接入而变倍信号线52独立控制的方式具有很快的响应速度和简单的电路；采用上下阈值的方式，可以使信号处理�？榈谋浔兜髡哂谐僦托裕绕涫巧香兄涤胂裸兄捣直鹄胱茉睾土阒稻哂忻飨跃嗬耄沟帽浔兜髡某僦托愿飨裕僦托阅鼙涞每煽兀槐苊饬说缱璧滴坏钠捣鼻谢�。容易使监控输出端51的数字信号更稳定。 同时，本方案用同步时钟循环工作于溢出检测步骤和转换输出步骤，具有较快的速度和较高的精度，于激光器光功率检测的应用中显得十分适用，易于整合为小巧可靠的监控�？�。以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
权利要求
1.宽范围电流监控装置，其特征在于它包括一变倍采样�？椋诒患嗫氐缌骰芈分校哂衅涞缪怪凳芸乜砂茨骋槐堵侍涞牡缪共裳耍灰� A/D转换模块，通过滤波电路连接所述电压采样端，并且具有输出已转换信号的采样数字端；以及一信号处理�？椋佑谒霾裳侄耍哂辛ú⒖刂扑霰浔恫裳？榈谋浔缎藕畔吆褪涑鲎钪占嗫氐缌魇中畔⒌募嗫厥涑龆耍黄渲校龅缪共裳说牟裳缪怪涤胨霰患嗫氐缌骰芈分械牡缌鞅３终龋凰鲂藕糯砟？槎运霾裳侄说男藕沤惺凳奔觳猓ü浔缎藕畔呖刂扑霰浔恫裳？椋顾龅缪共裳税此霰堵时浠涑龊弦说乃霾裳缪怪担灾劣谒霾裳侄说玫降氖中畔⑹贾瘴挥谒鯝/D转换�？榈淖茉胤段�。
2.根据权利要求I所述宽范围电流监控装置，其特征在于所述信号处理�？榈目刂撇街璋ń惶嬷葱械囊韵抡�1)溢出检测步骤将所述采样数字端的信号同时与一上阈值和一下阈值相比较，按其结果A.若高于所述上阈值，则控制所述电压采样值按所述倍率缩减一次；B.若低于所述下阈值，则控制所述电压采样值按所述倍率扩增一次；C.若非上述二者，则所述电压采样值不变；2)转换输出步骤将所述监控输出端的信号相对于所述A、B或C步骤的倍率变化逆向操作一次再予以输出；其中，所述上阈值和下阈值均位于所述A/D转换�？榈淖茉胤段冢⑶遥香兄荡笥谙裸兄涤胨霰堵实某嘶�。
3.根据权利要求2所述宽范围电流监控装置，其特征在于所述变倍采样模块包括切换导通的阻值按所述倍率设置的采样电阻阵列。
4.根据权利要求3所述宽范围电流监控装置，其特征在于所述采样电阻阵列并列设置；所述变倍信号线与控制所述采样电阻接入回路的开关一一对应。
5.根据权利要求4所述宽范围电流监控装置，其特征在于所述变倍采样�？榫哂�4 个按阻值以8为倍率逐级排列的所述采样电阻；所述采样数字端为8位并行数据线，所述监控输出端为17位并行数据线。
6.根据权利要求5所述宽范围电流监控装置，其特征在于所述转换输出步骤包括对所述监控输出端的有效高8位信号进行移位，包括1)若已执行所述A步骤，则左移3位；2)若已执行所述B步骤，则右移3位；完成上述移位后，未移位者信号输出置零。
7.根据权利要求2至7中任一项所述宽范围电流监控装置，其特征在于所述信号处理�？樵谒鲆绯黾觳獠街柚鞍ㄒ桓龀跏蓟街瑁贸跏蓟街枭瓒ㄋ霰浔恫裳？椋灾劣谒龅缪共裳滴鼻氨患嗫氐缌飨伦畹驼摺�
8.根据权利要求I所述宽范围电流监控装置，其特征在于所述信号处理模块包括一数字信号处理器。
9.根据权利要求I所述宽范围电流监控装置，其特征在于所述信号处理�？橛胨� A/D转换�？榫哂型降氖敝有藕哦�。
全文摘要
本发明公开了一种宽范围电流监控装置，其特征在于它包括一变倍采样�？椋诒患嗫氐缌骰芈分校哂衅涞缪怪凳芸乜砂茨骋槐堵侍涞牡缪共裳耍籄/D转换模块，连接电压采样端，具有采样数字端；以及一信号处理模块，连接于采样数字端，具有控制变倍采样�？榈谋浔缎藕畔吆褪涑鲎钪帐中畔⒌募嗫厥涑龆耍坏缪共裳说牟裳缪怪涤氡患嗫氐缌骰芈分械牡缌鞅３终龋恍藕糯砟？榭刂频缪共裳蛋幢堵时浠灾劣诓裳侄说玫降氖中畔⑹贾瘴挥贏/D转换�？榈淖茉胤段凇１痉桨傅募嗫氐缌鞣段Т蟠蟪霰浔肚癆/D转换�？樗鼙碚鞯淖畲蟮缌髦担贏/D转换模块数据宽度有限的情况下具有很好的适用性，用较低的成本和较高的可靠性实现了宽范围的电流监控。
文档编号G01R19/25GK102590601SQ201210018498
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者李发明, 林少衡, 林 智, 林永辉, 章可循, 葛军华, 高全川 申请人:厦门优迅高速芯片有限公司
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