共模电压多路复用器的制造方法.docx

共模电压多路复用器的制造方法共模电压多路复用器的制造方法本发明涉及共模电压多路复用器描述一种电路以及一种使用所述电路来将多个输入通道连接到接收装置的系统所述电路包括多个DMOS开关，每个开关响应于相应的控制信号而将所述输入通道中的相应一个连接到所述接收装置所述控制信号参考接地信号每个输入通道包括未参考所述接地信号的共模电压所述电路还包括开关驱动器，所述开关驱动器产生所述控制信号使得所述输入通道一次被激活一个专利说明】共模电压多路复用器[0001]相关申请案的交叉引用[0002]本申请案要求于2013年4月18日申请的第61/813，252号美国临时专利申请案及其它专利申请案的35U.S.C § 119(e)下的权益，所述申请案全文以引用的方式并入本文中背景技术】 [0003]电气系统通常包括位于不同位置的组件每个组件均可相对于参考电压(诸如电路接地、建筑接地或接地)进行操作如果组件之间的参考电压不同，那么这些组件可能无法进行适当交互在测量系统中，传感器可在不同位置进行测量，例如，热电偶可以在工厂不同地方进行温度测量每个传感器均可将其数据输出到相应的通道，而且所有通道都可多路复用至位于工厂其它地方的测量装置，使得在任何特定时间只有一个选择的通道被输出至该测量装置。

由于电容耦合、电感耦合或电磁耦合，因此除了对应于传感器数据的电压之外，每个通道还可包括共模电压(CMV)在热电偶的情况下，输入可为约10 μ V，而其它传感器可以提供介于+1V与-1OV之间的电压输入,所述电压输入高于CMV比较之下,相对于输入信号而言，CMV可相当大通道之间的CMV可有所不同，而且所述CMV也可不同于测量装置所用的接地信号的电压为了确保测量装置的适当操作，接地信号通常被调整为所选通道的CMV测量装置的电源电压可以参考接地信号而产生因此，当接地信号接近CMV时，电源电压也接近CMV，即，处于在对测量装置的输入包括相同CMV时适合驱动测量装置的电压电平 [0004]一种用于将通道连接到测量装置的方法是将PhotoMOS用作每个通道的开关PhotoMOS内的光电二极管产生栅-源电压(Vgs)，以便接通PhotoMOS，从而将传感器的输出端连接到测量装置的输入端Vgs是相对于PhotoMOS连接到的通道的CMV而产生的部分地鉴于光电二极管和相关硬件(例如，用于激活光电二极管的发光二极管)的大小，PhotoMOS是相对较大的装置还需要使用相应的控制线以一对一的方式对PhotoMOS进行控制(接通或断开)。

因此，当存在许多通道或存在空间约束时，PhotoMOS可能不适合用于实施多路复用器因此，需要用于改进具有不同CMV的多路复用通道的方式发明内容】 [0005]本发明的示例实施方案涉及一种用于连接具有不同CMV的通道的多路复用器，具体而言，涉及一种在CMV较高时使用的模拟多路复用器 [0006]本发明的示例实施方案涉及使用多路复用器将来自多个通道的信号连接到接收装置的系统，其中接收装置连接到通道 [0007]在一个实施方案中，对开关及其控制装置进行设计，使得开关在出现CMV时保持断开，直到开关被命令接通为止在开关接通时，其将相应的通道连接到接收装置，接收装置可为测量装置在电路将接地信号调整为相应通道的CMV时，开关保持断开接地信号可由测量装置使用因此，将接地信号调整为接近CMV允许测量装置适当操作接地信号也可以用作开关的控制信号的参考因此，在使用MOS装置实施开关时，将接地信号调整为接近CMV也允许开关接通，而不会产生危险的高电压，例如，高栅-源电压专利附图】【附图说明】 [0008]图1示出根据本发明的系统的示例实施方案 [0009]图2示出根据本发明的多路复用开关结构的单通道的示例实施方案。

[0010]图3示出根据本发明的开关驱动器的示例实施方案 [0011]图4示出根据本发明的多路复用开关结构的单通道的另一示例实施方案 [0012]图5示出根据本发明的系统的另一示例实施方案 [0013]图6示出根据本发明的开关驱动器的另一示例实施方案具体实施方式】 [0014]本发明涉及一种用于连接具有不同CMV的通道的多路复用器(MUX)MUX可包括:一组开关，其用来将通道连接到接收装置；开关驱动器，其用来控制开关；用来将接地信号移动至CMV的电路；用来检测接地信号何时已移动至CMV的电路本发明还涉及使用MUX将来自多个通道的信号连接到接收装置的系统，其中接收装置连接到通道 [0015]图1示出根据本发明的系统100的示例实施方案系统100包括多个测量通道12、14为简洁起见，仅示出两个通道基于来自微控制器(MCU) 80的使能信号“EN”，通道 12、14通过1^乂20连接到测量装置30 [0016]每个通道12、14均包括用于传输来自相应传感器的传感器数据的两条线通道12的传感器数据被标记为“TC输入1”，而通道14的传感器数据被标记为“TC输入2”CMV由每个通道与接地之间的DC电压源象征性地表示。

DC电压源的值可以不同，且因此每个输入(即，TC输入I和TC输入2)处的CMV可以不同然而，应理解，CMV实际上可表现得像以特定频率改变的AC源 [0017]每个通道均包括两条线，使得传感器数据可差分地传输，其中一条线用作正引线，而另一条线作为负引线，但这两条引线均不连接到接地信号“GND”(测量装置30连接到接地信号)由于测量装置30可抑制CMV，CMV的值等于正引线和负引线上的电压之和的一半，因此差模可实现更准确的测量测量装置30的输入端(即，放大器32的输入端)处的CMV可通过以下方式测量:例如使用导线或低阻电阻器等DC元件使正引线和负引线短路，使得差分电压为零，且任何残余电压将对应于CMV共模抑制为本领域已知，且因此本文将不再描述 [0018]尽管结合差分测量系统来描述示例实施方案，但应了解，也可使用非差分(例如，单端)测量系统来实施所述示例实施方案例如，在非参考单端(NRSE)系统中，第二条引线提供由所有通道共享的电压参考类似于差分系统，所述第二条引线并不连接到GND原则上，所述示例实施方案也适用于NRSE系统 [0019]测量系统可包括放大器32，放大器32可为运算放大器，并且对经由所选通道接收的信号进行放大，以产生模数转换器(ADC) 34的输入。

[0020]ADC34将来自放大器32的模拟电压转换成表示测量值(例如，温度值)的数字值，并且经由接口 65将数字值输出到MCU80接口 65可为串行接口 [0021]光耦合器或变压器70可位于接口与MCU80之间，并用作将从ADC34接收的信号转换成适合用于MCU的电平(例如，介于OV与5V之间的信号)的隔离屏障该屏障保护MCU80以及与MCU80交互的用户免受高压 [0022]MCU80产生EN信号以控制MUX20对开关22的选择EN信号可以是在MUX20处进行解码以确定哪个开关连接到放大器32的N位信号每个开关22均可具有相应的激活信号EN1、EN2、EN3、EN4，所述激活信号基于EN信号的解码进行输出在一个实施方案中，EN信号使用串行接口 65进行输出，而无需连接到开关的额外控制线作为对共享串行接口 65的替代，可提供单独的隔离屏障，以用于控制开关22MCU80可经由串行接口 65来将额外的控制信号(未示出)提供给测量装置30 (例如，控制信号)，以指示ADC34何时开始转换MCU80也可处理转换的结果，例如，通过在ADC输出指示电动机的温度过高时，发送控制信号以关掉发动机。

[0023]当选择下一个开关22时，MUX20断开当前选择的开关22，并且将接地信号GND调整(浮动)为新选择的通道的CMV结合图2和图4来描述通过MUX将GND调整为CMV，其中使用不同的电路来执行所述调整响应于确定GND的电压值与新选择的通道的CMV大约处于相同水平，MUX20激活(接通)新选择的通道的开关22，以将所选通道连接到放大器32这样确保新选择的通道的开关22能够接通，并且保护下一个开关免受不必要的高压如下文结合一个替代实施方案解释，可以实施MUX，使得在当存在替代方式能确保施加到开关的电压处于适当水平时激活开关22之前不需要将GND调整为CMV根据开关的设计，甚至可能无需保护开关免受与通道12、14相关联的高压然而，应了解，本文描述的示例实施方案提供的保护可以便于设计开关22除了开关22之外，MUX20还可包括用于每条通道线和每个开关22的对应开关24MUX20接通一个开关24，以便将所选通道连接到GND，同时使未选择的通道保持浮动如图1和所有附图所示，交叉的信号线并不一定意味着线连接在一起例如，如上所述，每个开关24均具有其自己对应的通道线和对应的开关22 [0024]测量装置30由正电源电压“VDD”和负电源电压“VSS”供电。

VDD和VSS可由浮动电压供应装置40基于电源电压信号(例如，24V AC信号)而产生供应装置40可将电源电压信号传递通过变压器，以将电源电压信号转换成适于驱动测量装置30的电压电平此夕卜，供应装置40可对转换的电压信号进行整流，并且执行电压调节以产生VDD和VSS作为大体不变的DC信号VDD和VSS是参考接地信号“GND”而产生的由于MUX20将GND调整为所选通道的CMV，因此，VDD和VSS浮动至用于所选通道的CMV的水平，这进而允许测量装置34准确地测量所述所选通道如果VDD和VSS并未浮动至CMV的水平，那么当在放大器32饱和时(例如，当VDD超过24V电源电压时)将出现测量误差也会对放大器32或其它测量装置组件造成损坏 [0025]共模检测器50可由一对匹配的电阻器构成，所述电阻器将GND拉至所选通道的两条线之间的一半，即，拉至所选通道的CMV这样确保输入信号围绕CMV偏置，这随后被放大器32抑制响应于激活下一开关22，即新选择的通道的开关22，共模检测器50拉动GND当下一开关22被激活时，MUX20可能不再需要将GND调整为CMV，因为共模检测器50起到此功能这是因为一旦开关22接通之后，共模检测器50的电阻器连接到CMV路径并且跟踪CMV，所以MUX不再需要调整GND。

[0026]图2示出根据本发明的多路复用开关结构的单通道200的示例实施方案根据本发明，图2所示的装置可封装到集成电路中，并与集成电路的额外复制电路结合以构成MUX替代地，整个MUX可形成为通道200的多个实例的单个集成电路如图所示，通道200包括被标记为“sa”的输入端和被标记为“da”的输出端输入端sa连接到相应通道12、14，且输出端da连接到测量装置30的输入端通道200可包括:电路204，其将GND移成相应通道的CMV ;开关210 (对应于图1中的开关22);开关驱动器212 ;和电路206，其检测GND何时约等于CMV电路204为实施图1中的开关24的一种方式 [0027]通过将高压DMOS装置用作开关元件，可实施开关210在本文描述的示例实施方案中，基本开关元件是串联的两个NDMOS装置mnl8和mnl9，使得NDMOS装置的寄生二极管(使用传统的二极管符号表示)采用背对背式，从而阻止sa与da之间的泄露电流替代地，开关210可使用串联的PDMOS或使用与串联的PDMOS并联的串联的NDMOS来实施，如第13/592，692号美国专利申请案所述由于DMOS装置通常限制在5.5Vgs，因此，齐纳二极管dl3可置于NDMOS装置的共用源极与NDMOS装置的共用栅极之间，以保护NDMOS装置的栅极氧化物。

[0028]开关210可被配置成默认断开本征NMOS (图3的开。