一种电压信号源的实时持续监控装置及其监控方法与流程

本发明属于传感器信号监控技术领域；具体涉及一种电压信号源的实时持续监控装置；还涉及上述装置的监控方法。

背景技术：

随着低功耗传感器在生产和生活中的广泛应用，对各种不同类型传感器的输出进行实时监控及其数据的采集变得越来越重要。在进行实时监控的过程中，大量的功耗被消耗在目标事件没有发生时的静态待机过程中。这给许多应用带来了不便，特别是在需要电池供电或电池更换不方便的应用中带了麻烦。

技术实现要素：

本发明提供了一种电压信号源的实时持续监控装置及其监控方法，该装置及其监控方法所消耗的能量来自于所监控的输入源，实现了在没有额外电源的条件下，能够持续监控输入信号源。

本发明的技术方案是：一种电压信号源的实时持续监控装置，包括承受压降逐级降低的高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路；其中低压监控电路和中压监控电路均具有门控开关；高压监控电路输出vo(h)信号至中压监控电路的控制端，vo(h)信号控制中压监控电路的门控开关；中压监控电路输出信号vin(m)和vo(m)，其中vo(m)与低压监控电路的控制端连接，且vo(m)信号控制低压监控电路的门控开关；vin(m)与低压监控电路的监控端连接；且高压监控电路与中压监控电路的输入端均接入监控对象的输入信号vin；其中高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路均具有开漏输出功能，且其开漏输出端的输出信号vod1、vod2和vod3合并输出为vod；其中高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路均接地。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中高压监控电路包括二极管连接方式的pmos-q1和第一电容构成反相器的输入电源，其中pmos-q1接收监控对象的输入信号vin，反相器地级通过二极管d1接地，反相器的输出端与nmos-q2和pmos-q3的栅极连接；其中nmos-q2和pmos-q3输出vo(h)信号，且nmos-q2和pmos-q3的漏极还与nmos-q4的栅极连接，nmos-q4输出vod1信号。

其中pmos-q1为薄栅高压器件，nmos-q2为中栅高压器件，pmos-q3和nmos-q4均为厚栅高压器件。

其中中压监控电路包括第一门控开关，第一门控开关接收vo(h)控制信号和监控对象的输入信号vin并输出信号vin(m)，门控开关还与二极管连接的pmos-q5和第一选择器连接，并且通过pmos-q5和第二电容构成第一选择器的电源；第一选择器与pmos-q6和nmos-q7的栅极连接，pmos-q6和nmos-q7的漏极与第一缓冲器连接，第一缓冲器输出vo(m)信号，并且第一缓冲器还与nmos-q8的栅极连接，nmos-q8输出vod2信号。

其中第一门控开关为中栅高压器件，pmos-q5、第一选择器、pmos-q6、nmos-q7和第一缓冲器均为薄栅低压器件，nmos-q8为薄栅高压器件。

其中低压控制电路包括接收vo(m)信号和vin(m)信号的第二门控开关，第二门控开关与二极管连接pmos-q9和第三电容连接，且pmos-q9和第三电容构成第二选择器的供电电源；第二选择器与nmos-q10和pmos-q11的栅极连接，nmos-q10和pmos-q11的漏极与第二缓冲器连接，第二缓冲器输出vo(l)信号，并且第二缓冲器与nmos-q12连接，nmos-q12输出vod3信号。

其中第二门控开关为薄栅高压器件，pmos-q9、第二选择器、nmos-q10、pmos-q11和第二缓冲器均为薄栅低压器件，nmos-q12为薄栅高压器件。

本发明还提供了上述装置的监控方法，高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路分别具有高阈值电压、中阈值电压和低阈值电压；其中监控对象的输入信号vin从低升高时：vin小于低阈值电压，高、中和低三个电压监控电路的开漏输出端均为关断，同时vod为高阻抗状态；vin大于低阈值电压，低压监控电路的开漏输出端打开，vod为低阻抗状态；vin大于中阈值电压，中压监控电路的开漏输出端打开，vod为低阻抗状态，且低压监控电路(3)的门控开关关断；vin大于高阈值电压，高压监控电路(1)的开漏输出端打开，vod为低阻抗状态，且低压监控电路(3)和中压监控电路(2)的门控开关关断；其中监控对象的输入信号vin从高降低时：vin小于高阈值电压，关断高电压监控电路的开漏输出开关，其输出vo(h)为低电平，同时开启中压监控电路的门控开关，开启中压监控电路的开漏输出开关，vod为低阻抗状态；vin小于中阈值电压，关断中压监控电路的开漏输出开关，其输出vo(m)为低电平，并开启低压监控电路的门控开关，开启低压监控电路的开漏输出开关；vin小于低阈值电压，关断低压监控电路的开漏输出开关，同时vod变为高抗阻状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用承受压降逐级降低的高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路，其中高压监控电路为中、低压监控电路提供过压保护，中压监控电路为低压监控电路提供过压保护，且三个电压监控电路均具有开漏输出功能，因此三个开漏输出端同时作为本装置的开漏输出端；同时中、低压监控电路均具有门控开关，能够根据监控的电压信号的幅值将输入的电压配置给不同的监控电路，从而实现了在没有额外电源电压时，能够对监控目标进行实时监控，并且能够消除长时间监控过程中控制系统所消耗的能量。

更进一步的，高压监控电路通过pmos-q1和第一电容直接与输入信号vin连接，并且从输入信号vin中获取能量供高压监控电路使用；中压监控电路和低压监控电路均通过一个门控开关接入输入信号vin，并且分别通过一个二极管和一个电容实现对各自电路的供电。

本发明的有益效果还在于：通过对监控对象在输入信号vin从低升高，以及从高降低过程中vin在各个阶段与高阈值电压、中阈值电压和低阈值电压的比较，从而进行不同的操作以及步骤，实现了对输入信号vin的精细控制，同时由于高阈值电压监控电路能够对低阈值电压和中阈值电压监控电路进行保护，因此该装置的vin输入范围能够达到20v。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中高压监控电路的结构示意图；

图3为本发明中中压监控电路的结构示意图；

图4为本发明中低压监控电路的结构示意图。

图中：1为高压监控电路，2为中压监控电路；3为低压监控电路；101为pmos-q1；102为第一电容；103为反相器；104为二极管d1；105为nmos-q2；106为pmos-q3；107为nmos-q4；201为第一门控开关；202为pmos-q5；203为第二电容；204为第一选择器；205为pmos-q6；206为nmos-q7；207为第一缓冲器；208为nmos-q8；301为第二门控开关；302为pmos-q9；303为第三电容；304为第二选择器；305为nmos-q10；306为pmos-q11；307为第二缓冲器；308为nmos-q12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。

本发明提供了一种电压信号源的实时持续监控装置，如图1所示，包括高压监控电路1、中压监控电路2和低压监控电路3，其中高压监控电路1、中压监控电路2和低压监控电路3的压降逐级降低，且均具有开漏输出功能；其中高压监控电路1和中压监控电路2与监控对象的输入信号vin连接；高压监控电路1输出vo(h)信号，中压监控电路2的控制端接收vo(h)信号，中压监控电路2产生输出信号vin(m)和vo(m)，低压监控电路3的控制端接收vo(m)，低压监控电路3的监控端接收vin(m)信号；其中高压监控电路1、中压监控电路2和低压监控电路3开漏输出端的输出信号vod1、vod2和vod3合并输出为vod；

具体的，如图2所示，高压监控电路1包括pmos-q1和第一电容102互相连接，且监控对象的vin与pmos-q1的源极连接，pmos-q1的漏极与第一电容102在vc3处连接，第一电容102的另一端接地，vc3作为反相器103的供电电源，反相器103的地级与二极管d1的正极在vd处连接，其反相器103的输入为vin，输出为vb3，二极管d1的负极接地；vb3与nmos-q2和pmos-q3的栅极连接，nmos-q2的源极接地，pmos-q3的源极与vin连接，nmos-q2和pmos-q3的漏极连接输出vo(h)，其中vo(h)还与nmos-q4的栅极连接，nmos-q4的源极接地，nmos-q4的漏极为开漏输出端且输出vod1；其中pmos-q1为薄栅高压器件，nmos-q2为中栅高压器件，pmos-q3和nmos-q4均为厚栅高压器件。

如图3所示，中压监控电路2包括第一门控开关201，第一门控开关201的源极与监控对象的vin连接，第一门控开关201的栅极与高压监控电路1的输出信号vo(h)连接，第一门控开关201的漏极为输出的中压监控电路电源vin(m)；pmos-q5的源极与vin(m)连接，漏极与第二电容203在vc2处连接，第二电容203的另一端接地；第一选择器104的输入为vc2和接地线，第一选择器104的选择控制信号分别为vin(m)和vo(m)，第一选择器104的输出为vb2；vb2与pmos-q6和nmos-q7的栅极连接，pmos-q6的源极接地，nmos-q7的源极与vin(m)连接，pmos-q6和nmos-q7的漏极相连，且与第一缓冲器207连接；第一缓冲器207输出vo(m)，vo(m)与nmos-q8的栅极连接，nmos-q8的源极接地，nmos-q8的漏极为中压监控电路2的开漏输出vod2。其中第一门控开关201为中栅高压器件，pmos-q5、第一选择器、pmos-q6、nmos-q7和第一缓冲器均为薄栅低压器件，nmos-q8为薄栅高压器件。

如图4所示，低压监控电路3包括第二门控开关301，第二门控开关301的源极与中压监控电路的输出vin(m)连接，栅极与中压监控电路的输出vo(m)连接，漏极为低压监控电路电源vin(l)；pmos-q9的源极与vin(l)连接，pmos-q9的漏极与第三电容303在vc1出连接，且第三电容303的另一端接地；第二选择器304的输入端为vc1和接地，第二选择器304的选择控制信号分别为vin(l)和vo(l)，第二选择器304的输出为vb1；vb1与nmos-q10和pmos-q11的栅极连接，nmos-q10的源极接地，pmos-q11的源极与vin(l)连接，nmos-q10和pmos-q11的漏极经过第二缓冲器307后输出vo(l)，vo(l)与nmos-q12的栅极连接，nmos-q12的源极接地，nmos-q12的漏极为开漏输出vod3。其中第二门控开关为薄栅高压器件，pmos-q9、第二选择器、nmos-q10、pmos-q11和第二缓冲器均为薄栅低压器件，nmos-q12为薄栅高压器件。

本发明还提供了一种上述监控装置的监控方法：具体的包括高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路分别建立高阈值电压、中阈值电压和低阈值电压；

当监控对象的输入信号vin从低升高时：vin小于低阈值电压，高、中和低三个电压监控电路的开漏输出端均为关断状态，同时整个系统的vod为高阻抗状态，中压监控电力和低压监控电路的门控开关为弱导通状态，输入电压通过内部门控开关连接至低压监控电路；vin大于低阈值电压，低压监控电路的开漏输出端打开，同时整个系统的vod为低阻抗状态；vin大于中阈值电压，中压监控电路的开漏输出端打开，中压监控电路的输出vo(m)为高电平，同时整个系统的vod为低阻抗状态，且低压监控电路3的门控开关关断；vin大于高阈值电压，高压监控电路的开漏输出开关将被开启，其输出vo(h)为高电平，并将将中压监控电路的门控开关关断，从而将输入与中压和低压监控电路隔离，低压和中压监控电路的开漏输出开关将被关断，但是系统开漏输出端vod保持低阻抗状态；vin保持高于高阈值电压的状态，则电路的输出状态保持不变

当监控对象的输入信号vin从高降低时：vin小于高阈值电压，关断高电压监控电路的开漏输出开关，其输出vo(h)为低电平，同时开启中压监控电路的门控开关，开启中压监控电路的开漏输出开关，中压监控电路与监控对象输入vin连接，系统的vod为低阻抗状态；vin小于中阈值电压，关断中压监控电路的开漏输出开关，其输出vo(m)为低电平，并开启低压监控电路的门控开关，低压监控电路与输入连接，开启低压监控电路的开漏输出开关，系统的vod为低阻抗状态；vin小于低阈值电压，关断低压监控电路的开漏输出开关，同时vod变为高抗阻状态。