专利名称：一种实现多路电子开关单线模拟输出的方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实现多路电子开关单线模拟输出的方法及电路，是一种开关型电子器件的组合方法及其电路，具体说是一种能够将多路漏极开路或集电极开路输出的电子开关通过组合后实现单线模拟输出的方法及其电路。
背景技术：
在需要了解物体位置信息或物体运动状态时，可以分别使用线性型或开关型电子器件来采集信息。线性型电子器件输出模拟信号，使用起来简单方便，但缺点是检测范围较小，且一般环境适应性较差，当检测环境恶劣时往往导致线性器件参数发生较大变化；开关型电子器件输出数字信号，一般环境适应性较好，当物体位置变化范围较大时，可以使用多路开关型器件的组合来反映它的信息，但缺点是要用相同数量的信号线将这些器件输出的数字信号传输至后级处理器进行进一步分析处理，信号线的增加不仅要占用处理器大量端口，而且增加了安装难度和成本。
发明内容
发明目的本发明针对现有技术存在的问题与不足，提供一种能够将多条信号线按一定方法连接起来、把多个数字信号转换成一个模拟信号、并通过一条信号线输出、使得处理器信号处理变得非常简单的实现多路电子开关单线模拟输出的方法；同时针对现有由多路漏极开路或集电极开路电子开关组成的电路的缺点，提供一种只需一条信号线就能得到多路电子开关的输出状态、从而获取所检测对象信息的实现多路电子开关单线模拟输出的电路。技术方案一种实现多路电子开关单线模拟输出的方法，包括如下步骤(1)信号的获取将多路电子开关和上拉电阻连接成分压电路系统，从分压电路上固定的分压点获取多路电子开关工作状态信号。常见的开关型传感器或开关型集成电路大多采用漏极开路(M0S工艺)或集电极开路(TTL工艺)方式输出数字信号。漏极开路或集电极开路输出的电子器件可被视为一个由某种信号(声、光、电、磁等)控制的电子开关，一般由信号传感元件、信号处理单元和输出管(漏极开路的场效应管或集电极开路的晶体管)组成。例如，声控器件可视为声控制的电子开关，光耦合器件可视为光控制的电子开关，比较器可视为电控制的电子开关，霍尔开关电路可视为磁控制的电子开关。这类电子开关的共同特点在于输出时都需要匹配一个上拉电阻(即接电源电阻)，通过输出管的导通或截止输出低电平或高电平。按照现有技术，当需要由多路电子开关的组合来反映物体位置或运动状态时，往往需要相同数量的信号线将每个电子开关的高低电平信号输往后级处理器进行进一步处理。而本发明由于将多路电子开关和上拉电阻连接成分压电路系统，信号是从固定的分压点上获取的，这样就实现了只需一条信号线就能得到多路电子开关输出状态功能的。(2)模拟输出功能的获得通过分压电路系统“接地点的移动”改变输出点分压值，实现模拟输出功能。由于外部控制信号控制任一电子开关开通时，都相当于该电子开关输出管集电极接地，因此，当外部控制信号随着物体移动时，接地点则在几个电子开关输出管集电极之间移动，这意味着构成分压电路的接地点也随着外部控制信号的变化而变化，因此分压值 (也就是信号线输出的电压值)也同时随着变化，例如当第一号电子开关接收到外部控制信号时，第一号电子开关开通，其他电子开关均断开，此时第一号输出管集电极接地，信号线输出电压为零，即Vol = 0。当第二号电子开关接收到外部控制信号时，第二号电子开关开通，其他电子开关均断开，此时接地点移动到第二号输出管集电极，信号线输出电压为Rl和R2的分压，即Vo2 = (R2/(Rl+R2))*Vcc。当第三号电子开关接收到外部控制信号时，第三号电子开关开通，其他电子开关均断开，此时接地点则移动到第三号输出管集电极，信号线输出电压为Rl和(R2+R3)的分压，即Vo3 = ((R2+R3) /(R1+R2+R3))*Vcc 以此类推，当第η号电子开关接收到外部控制信号时，第η号电子开关开通，其他电子开关均断开，此时接地点则移动到第η号输出管集电极，信号线输出电压为Rl和 (R2+R3+......+Rn)的分压，即Von = ((R2+R3+......+Rn) / (R1+R2+R3+......+Rn)) *Vcc。适当调节每个上拉电阻阻值可得到模拟变化(或趋于线性变化)的输出值。一种实现上述多路电子开关单线模拟输出方法的电路，包括若干电子开关和与之匹配的上拉电阻；所述电子开关和上拉电阻连接成分压电路系统，信号从固定的分压点输
出ο所述电子开关至少为两个，所述每个电子开关均包括一个信号传感元件、一个信号处理单元和一个输出管。所述电子开关的输出管为漏极开路场效应管或集电极开路晶体管。其中，所述每个电子开关内部的信号传感元件、信号处理单元和输出管之间的连接方法与传统方法相同，各个电子开关输出端则通过一组上拉电阻互连。以输出管是集电极开路的晶体管为例， 具体的连接方式如下第一号输出管集电极通过第一号上拉电阻Rl与外接电源Vcc相连接；第二号输出管集电极通过第二号上拉电阻R2与第一号上拉电阻Rl相串联；第三号输出管集电极通过第三号上拉电阻R3与第二号上拉电阻R2相串联；......第η号输出管集电极通过第η号上拉电阻1 与第(n_l)号上拉电阻Rn_l相串联；通过上述方法，多路电子开关和与之匹配的上拉电阻构成一分压电路系统，信号线从Rl和R2的连接点上引出。通过调节所述上拉电阻阻值得到所需的线性输出。有益效果与现有技术相比，本发明所提供的实现多路电子开关单线模拟输出的方法及电路具有如下优点(1)电路能够将多路漏极开路或集电极开路输出的开关电路经组合后形成一个电路系统，从而实现单线输出；(2)通过调整上拉电阻阻值可得到所需变化的模拟输出；(3) 特别是当开关电路数量较大时，可以大大减少信号线数量，降低电路安装难度，节省安装成本；(4)可根据输出模拟量的变化趋势辨别外部控制信号的运动方向；( 电路系统中某路电子开关处于休眠时，不会影响整个系统的工作，从而提高电路系统的可靠性和灵活性。
图1为本发明实施例由五个电子开关组成的电路图；图2为本发明应用于集成光电开关的电路图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。实现多路电子开关单线模拟输出的方法，包括如下步骤(1)信号的获取将多路电子开关和上拉电阻连接成分压电路系统，从分压电路上固定的分压点获取多路电子开关工作状态信号；(2)模拟输出功能的获得通过分压电路系统“接地点的移动”改变输出点分压值，实现模拟输出功能。其中，“接地点的移动”是由于外部控制信号控制任一电子开关开通时，都相当于该电子开关输出管集电极接地，因此，当外部控制信号随着物体移动时，接地点则在几个电子开关输出管集电极之间移动，这意味着构成分压电路的接地点也随着外部控制信号的变化而变化，因此分压值也同时随着变化；分压值是信号线输出的电压值。实现多路电子开关单线模拟输出的电路实施例1 如图1所示，本实例由5路电子开关和与之相匹配的5个上拉电阻组成，其中第一号电子开关1包括第一号信号传感元件11、第一号信号处理单元12和第一号输出管13; 第二号电子开关2包括第二号信号传感元件21、第二号信号处理单元22和第二号输出管23 ；第三号电子开关3包括第三号信号传感元件31、第三号信号处理单元32和第三号输出管33 ；第四号电子开关4包括第四号信号传感元件41、第四号信号处理单元42和第四号输出管43;第五号电子开关5包括第五号信号传感元件51、第五号信号处理单元52和第五号输出管53 ；其中第一号输出管13、第二号输出管23、第三号输出管33、第四号输出管43和第五号输出管53均为漏极开路场效应管或集电极开路晶体管；
上拉电阻Rl的一端与第一号输出管13的集电极相接于Al点，另一端与电源VCC 相接；上拉电阻R2的一端与第二号输出管23的集电极相接于A2点，另一端与Al点相接；上拉电阻R3的一端与第三号输出管33的集电极相接于A3点，另一端与A2点相接；上拉电阻R4的一端与第四号输出管43的集电极相接于A4点，另一端与A3点相接；上拉电阻R5的一端与第五号输出管53的集电极相接于A5点，另一端与A4点相接；信号线6从Al点引出。5个电子开关和5个上拉电阻串联构成一分压电路系统，其接地点由所述5个输出管的导通状态决定。当外部控制信号7依次从第一号电子开关1移动到第五号电子开关5时，第一号输出管13、第二号输出管23、第三号输出管33、第四号输出管43、第五号输出管53依次被触发导通，接地点依次从Al移动到A2、A3、A4、A5点，信号线6则依次输出电压Vol、Vo2、 Vo3、Vo4、Vo5。本实例中，假定晶体管导通时电阻为零，截止时电阻为无穷大，并取Rl = R，R2 = 0. 25R, R3 = 0. 417R, R4 = 0. 833R, R5 = 2. 5R,则有Vol = 0 ；Vo2 = (R2/(Rl+R2))*Vcc = 0. 2Vcc ；Vo3 = ((R2+R3)/(R1+R2+R3))*Vcc = 0. 4Vcc ；Vo4 = ((R2+R3+R4)/(R1+R2+R3+R4))*Vcc = 0. 6Vcc ；Vo5 = ((R2+R3+R4+R5)/(R1+R2+R3+R4+R5))*Vcc = 0. 8Vcc。根据以上描述可知，该电路能够将多个集电极开路输出的电子开关组合后实现单线输出，并通过调整上拉电阻阻值，能使得输出电压值趋于线性。如果需要扩大检测范围或提高检测精度，只须增加级联相应数量的电子开关和上拉电阻即可。此外，根据输出电压值的变化趋势，还可以辨别外部控制信号移动(即物体移动)的方向。实施例2:图2是利用集成光电开关检测物体位置的实例。从第一号电子开关1到第五号电子开关5均为集成光电开关TC-3330(集电极开路输出)，TC-3330是一个典型的集电极开路输出集成光电开关，当外界光线较强时，光电开关处于截止状态(输出管集电极对地截止)；当光线较弱时，光电开关处于导通状态(输出管集电极对地导通)。若在光电开关输出管集电极接上一个上拉电阻，则光电开关对应输出高电平或低电平。本实例由5个集成光电开关组成阵列用于进行物体位置检测。当物体阻挡光线形成的阴影区7扫描通过集成光电开关阵列时，相应的集成光电开关导通。假设Rl = R2 = R3 = R4 = R5 = R，则可分别得到Vol = 0 ；Vo2 = (R2/(Rl+R2))*Vcc = l/2*Vcc ；
Vo3 = ((R2+R3)/(R1+R2+R3))*Vcc = 2/3*Vcc ；Vo4 = ((R2+R3+R4)/(R1+R2+R3+R4))*Vcc = 3/4*Vcc ；Vo5 = ((R2+R3+R4+R5)/(R1+R2+R3+R4+R5))*Vcc = 4/5*Vcc。通过模数转换器件(AD)对信号线6的输出值进行采样，可以得到当前的电压值， 从而得知阴影区的移动位置和形成阴影区的物体位置。
权利要求
1.一种实现多路电子开关单线模拟输出的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)信号的获取将多路电子开关和上拉电阻连接成分压电路系统，从分压电路上固定的分压点获取多路电子开关工作状态信号；(2)模拟输出功能的获得通过分压电路系统“接地点的移动”改变输出点分压值，实现模拟输出功能。
2.如权利要求1所述的实现多路电子开关单线模拟输出的方法，其特征在于所述“接地点的移动”是由于外部控制信号控制任一电子开关开通时，都相当于该电子开关输出管集电极接地，因此，当外部控制信号随着物体移动时，接地点则在几个电子开关输出管集电极之间移动，这意味着构成分压电路的接地点也随着外部控制信号的变化而变化，因此分压值也同时随着变化。
3.如权利要求2所述的实现多路电子开关单线模拟输出的方法，其特征在于所述分压值是信号线输出的电压值。
4.一种实现如权利要求1所述多路电子开关单线模拟输出方法的电路，包括若干电子开关和与之匹配的上拉电阻；其特征在于所述电子开关和上拉电阻连接成分压电路系统，信号从固定的分压点输出。
5.如权利要求4所述的实现多路电子开关单线模拟输出的电路，其特征在于所述每个电子开关均包括一个信号传感元件、一个信号处理单元和一个输出管。
6.如权利要求4所述的实现多路电子开关单线模拟输出的电路，其特征在于通过调节所述上拉电阻的阻值得到线性输出。
7.如权利要求5所述的实现多路电子开关单线模拟输出的电路，其特征在于所述电子开关的输出管为漏极开路场效应管或集电极开路晶体管。
8.如权利要求5所述的实现多路电子开关单线模拟输出的电路，其特征在于所述电子开关至少为两个。
全文摘要
本发明公开了一种实现多路电子开关单线模拟输出的方法及电路。其中，方法包括信号的获取和模拟输出功能的获得步骤，信号的获取是将多路电子开关和上拉电阻连接成分压电路系统，从分压电路上固定的分压点获取多路电子开关工作状态信号；模拟输出功能的获得是通过分压电路系统“接地点的移动”改变输出点分压值，实现模拟输出功能。电路包括若干电子开关和与之匹配的上拉电阻；所述电子开关和上拉电阻连接成分压电路系统，信号从固定的分压点输出。方法能够将多条信号线按一定方法连接起来、把多个数字信号转换成一个模拟信号、并通过一条信号线输出、使得处理器信号处理变得非常简单。电路通过一条信号线就能得到多路电子开关的输出状态。
文档编号H03K17/94GK102386903SQ20111036226
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者凌超, 刘玉林, 崔义炜, 李云方 申请人:南京艾驰电子科技有限公司