专利名称：单电源单端高电压峰值检测器的制作方法
单电源单端高电压峰值检测器优先权声明
本专利文献根据35 U. S. C § 119(e)的规定对2008年7月10日提交的美国临时专利 申请序列号61/079，643主张优先利益。为了所有目的，通过参考将该临时专利申请的内容
结合于此。
背景技术：
用于高电压信号检测和识别的方法、系统、电路和设备通常是复杂的。当在已知方 法中使用的双电源或分离电源(split supply)不可用或者不能访问时，或者当利用差分接 收机不可行时，已知的高电压信号检测和识别方法、系统、电路和设备的增加的复杂性增加 成本并且可能不实用。
发明内容
此处所提供的该专利和公开涉及用于在所接收的输入高电压AC和DC信号或电流 之间检测和识别的方法、系统、电路和设备。特别地，所公开的实施例提供被配置用于在高 电压AC信号和DC信号之间检测和区分的单个设备或电路。在一个实施例中，诸如来自扬 声器的音频信号之类的高电压AC信号被检测和接收，而DC信号被阻止放大器的DC加载。 放大器的DC加载可以通过电容耦合来避免，例如在图1中示出的电容器(C3)以及必要时 电容器(C4)。在一个实施例中，公开了用于电流检测的设备。该设备包括保护电路，其具有经 由正输入端和与所述正输入端并行布置的负输入端所提供的电流输入；将所述正输入端通 信耦合到所述负输入端的一对二极管，其中该对二极管被配置用于保护运算放大器免受过 电压和负电压；以及与保护级(protection stage)通信的峰值检测器，其中所述峰值检测 器被配置用于接收由保护级的运算放大器提供的输出，并且其中所述峰值检测器被配置用 于创建表示电流输入的峰值检测器输出。在一个实施例中，公开了用于电流检测的设备。该设备包括保护电路，其具有经 由正输入端和与所述正输入端并行布置的负输入端所提供的电流输入；将所述正输入端通 信耦合到所述负输入端的一对二极管，其中该对二极管被配置用于保护运算放大器免受过 电压和负电压；以及与保护级通信的施密特触发器，其中所述施密特触发器被配置用于接 收由所述保护级的运算放大器提供的输出，并且其中所述施密特触发器被配置用于创建表 示电流输入的输出。在一个实施例中，公开了用于电流检测的设备。该设备包括保护电路，其具有经 由正输入端和与所述正输入端并行布置的负输入端所提供的电流输入；沿着所述正输入端 布置的正输入端电容器，沿着所述负输入端布置的负输入端电容器；以及将所述正输入端 通信耦合到所述负输入端的一对二极管，其中第一二极管被布置在正输入端和负输入端之 间，并且第二二极管沿着正输入端布置，并且其中该对二极管被配置用于保护运算放大器 免受过电压和负电压。该设备还包括与保护级通信的比较器，其中比较器触发器被配置用于接收由所述保护级的运算放大器提供的输出，并且其中所述比较器触发器被配置用于创 建表示电流输入的比较器输出。其他实施例被公开，并且实施例中的每一个可以单独地或者以组合的方式一起被 使用。所公开的实施例的附加特征和优点在下面详细的描述和图中被描述并且从下面详细 的描述和图中是显而易见的。
图1图解根据此处所提供的公开而配置的检测和识别电路的实施例；以及 图2图解表示示例性检测和确定过程的流程图。
具体实施例方式在此处所提供的该专利和公开涉及用于利用单电源信号端接收机来检测高电压 或电平AC信号或电流的存在的方法、系统、电路和设备。在一个实施例中，诸如来自扬声器 的音频信号之类的高电压AC信号被检测和接收，而DC信号被阻止放大器的DC加载。所公开的方法、系统、电路和设备利用单电源，当与双电源相比时，其对于实施和 传输一般是便宜的。例如，在单电源系统或配置中，仅一个电压源和回线(return)被需要， 即仅2个导线用于功率传输。通过比较，在分离或双电源配置中，两个电压源(正和负)以及 回线(附加电路+3个导线用于传输)是必需的，因此增加该配置的总成本和复杂性。单电源 一般比双电源或分离电源更通用，并且因此更容易从叠加系统得到。此外，所公开的方法、 系统、电路和设备包括或结合过电压保护，其允许系统设计者将高电压信号(例如100V音 频)连接到利用(相对)低电压单电源供电的接收机。当与单电源一起被利用时，单端接收机(与差分接收机相对)还提供成本效率选 项。例如，使用单端发射机和单信号导线可以实现成本节省。此外，信号源可以被定位靠近 于接收机(例如基本上邻近放大器布置的传声器)或者如果信号质量具有较小的重要性(例 如如果仅利用系统来检测信号的存在)，则设计者可以利用用于发射机和接收机的共用基 准(例如功率回线(power return)将工作得很好，因为它有可能已经直接或通过叠加系统 电源连接两个设备)、单端发射机(即运算放大器)和单个导线作为信号源。实际上，在诸如 此类的情况下，电容器108 (C4)可能是不必要的，因为基准是地。图1图解被配置用于在避免放大器的同时DC加载时利用单电源信号端接收机来 检测高电压或电平AC信号或电流的存在的示例性检测模块或电路100。特别地，该示例性 检测电路100包括保护接口、模块或电路101，其被配置用于检测经由正信号“信号输入+ (Signal In+)”输入端(用参考数字102标识)和负信号“信号输入-(Signal In-)”输入 端(用参考数字104标识)提供或传送的AC信号，而同时忽视和/或忽略经由输入端102、 104提供的任何DC信号，从而避免在信号发生器(例如音频放大器)上的DC加载。在一个实施例中，示例性保护接口或电路101包括以与电阻器110 (R5)和112 (R6)协作的方式布置的一对电容耦合的电容器106 (C3)和108 (C4)。电容器106 (C3) 沿着输入端102布置，并且电容器108 (C4)沿着输入端104布置。电阻器110 (R5)被配 置和布置用于为电容器106 (C3)和108 (C4)提供电流回线。特别地，电阻器110 (R5)将 输入端102通信耦合到输入端104。电阻器112 (R6)被配置和沿输入端102布置用以限制或换句话说控制经由输入端102、104接收的输入电流。在另一实施例中，如果放大器的DC 加载不是设计考虑或关注，则电容器106 (C3)和电容器108 (C4)可以被省略。在又一实 施例中，电容器108 (C4)可以被除去，其中用于信号通知的单导线和公共接地基准一起被 利用。二极管114 (Dl)将输入端102通信耦合到输入端104，并且保护运算放大器 (op-amp) 116 (UlA)免受过电压。类似地，二极管118 (D2)沿着输入端102被布置并且被 配置用于保护运算放大器116 (UlA)免受负电压。在这种情形下，可以利用差分放大器拓 扑来代替一直到和包括电压跟随器(voltage follower)或运算放大器(op-amp)116 (UlA) 的电路。然而，利用接地的输入端之一，不管使用什么实施方式，其在技术上仍然是单端接 收机。电容器120 (C5)将输入端102通信耦合到输入端104，并且被配置用于防止在 经由输入端102到输入端104所接收的AC输入信号从正向负电压转变期间负电压下冲 (negative voltage undershoot)。电阻器 122 (R7)可以并联于电容器 120 (C5)和二极 管114 (Dl)被布置，并且提供、控制和调节从输入端102通过二极管118 (D2)到输入端 104的电流，从而防止二极管118 (D2)拾取环境噪声(例如U. S. 60Hz电源线噪声)。换句 话说，通过二极管118 (D2)的恒定较小电流防止该二极管118 (D2)拾取环境噪声和其它 干扰。示例性检测电路100还包括以与运算放大器116 (UlA)通信的方式布置的峰值检 测器124。该运算放大器116(电压跟随器拓扑)可以被用作电压缓冲器，以与来自前述保护 接口或电路101或其它无源电路的限幅信号相同的电压提供低阻抗输出。如果必要的话并 且如果信号源的加载不是问题的话，可以在没有电压缓冲器的情况下实施模块或电路100， 其中信号源通过单限流电阻器(未示出)直接对累积电容器130 (C6)充电，从而取代电阻器 112 (R6)和电阻器 134 (R8)。电阻器134 (R8)限制由运算放大器116 (UlA)提供的电流。峰值检测器124而 利用二极管126 (D3)来将电容器130 (C6)充电到从运算放大器116 (UlA)接收的输入信 号128的最高正电压值，同时防止沿着不同于泄放电阻器(bleeding resistor) 132 (R9) 的任何路径的电压放电。缓冲的或存储的峰值电压连同彼此并联布置的电容器130 (C6) 和电阻器132 (R9)的值的组合一起确定电容器130 (C6)放电所花费的时间量。该放电时 间还被称为咳嗽延迟(cough delay)。限流电阻器(电阻器134 (R8)或如果如上所述电压 缓冲器被省略的话无源电路的串联电阻)将确定电容器130 (C6)的充电时间，并且因此将 帮助确定整个电路的响应时间(结合运算放大器特性、电容器130 (C6)的值和输出触发器 特性)。可替换地，用于控制放电时间的其它装置可以包括利用物理(机械)或电子开关重置 峰值检测器1 来代替或者附加于放电时间或咳嗽延迟。峰值检测器IM还包括以与电阻器136 (R3)和138 (R4)协作的方式在运算放大 器115 (UlC)周围或之上建立的施密特触发器。该施密特触发器基本上是比较器电路，所 述比较器电路正反馈电阻器136 (R3)和138 (R4)之比确定滞后在什么地方。电容器137 (C7)可以是用于加速运算放大器切换速度并且避免不需要的振荡的“加速”电容器。电容 器137 (C7)可以被省略，但是在使用基于运算放大器的施密特触发器时被推荐。施密特触 发器的滞后通常描述一对可选择或可调整的阈值。当到施密特触发器的输入高于第一阈值时，施密特触发器提供高输出。当到施密特触发器的输入低于第二阈值时，施密特触发器维 持输入的值或幅度。换句话说，当到非反相施密特触发器的输入高于高阈值时，施密特触发 器提供高输出。该输出保持高直到到施密特触发器的输入下降到低于低阈值为止。反相施 密特触发器的行为是相同的，除了输出电平之外，其是对于高输入为低，并且对于低输入为
尚ο结合到峰值检测器124中的施密特触发器可以是低有效触发器(active low trigger)，使得负输出信号或电源指示正输入信号的存在。基于期望的行为和部分选择，比 较器或高有效电路可以被利用或替换。电压缓冲器140 (UlB)保护并防止运算放大器135 (UlC)与电容器130 (C6)交 互。电压缓冲器140 (UlB)通过防止或保护以防与以下任何电路的不期望的交互来减轻和 /或简化整个电路设计。与运算放大器135 (UlC)相关联的基准或输出被提供或由从电源 电压得到的电阻器142 (Rl)和144 (R2)之比来定标(scale)，而电容器146 (C2)提供低 通滤波。电压跟随器148 (UlD)缓冲或换句话说存储与运算放大器135 (UlC)相关联的基 准或输出。该基准可以是无缓冲的(小心地)、无滤波的，或者以其他方式实施，例如现成的 (off the shelf)离散电压基准。由峰值检测器IM提供的输出“检测输出(Detect Out)，， 对于无效信号或低于第一阈值的信号为高，并且对于有效信号或高于第二阈值的信号为低 (在负电源导轨附近)。图2图解表示示例性检测和确定过程的流程图200。在块202处，可以在保护电路 处接收表示电流或电压变化、交变电流、正直流和/或负直流的信号。在块204处，保护电 路利用被配置用于过滤过和/或负电压的至少一对二极管来过滤信号。在块206处，在峰 值检测器处接收输出。在块208处，峰值检测器提供和表示在输入级处接收的信号的输出。 以所阐述的另一方式，输出电路基于已知基准电压和由块206输出的信号的比较来提供输 出ο应该理解，此处所述的目前优选的实施例的各种变化和修改对本领域技术人员来 说是显而易见的。变化和修改可以包括、但并不限于部件或组件选择、组件值或特性的选 择、精确布置和/或布局、包括单或双电源。这些变化可以被实施以影响或改变示例性电路 100的性能。可以进行这样的变化和修改，而不偏离本发明的精神和范围，并且不减少其所 意图的优点。因此，意图使这些变化和修改由所附权利要求覆盖。
权利要求
1.一种用于电流检测的设备，该设备包括 保护电路，其包括经由正输入端和与所述正输入端并行布置的负输入端提供的电流输入； 将所述正输入端通信耦合到所述负输入端的一对二极管，其中该对二极管被配置用于 保护运算放大器免受过电压和负电压；以及与保护级通信的峰值检测器，其中所述峰值检测器被配置用于接收由所述保护级的运 算放大器提供的输出，并且其中所述峰值检测器被配置用于创建表示电流输入的峰值检测 器输出。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述保护电路还包括 沿着所述正输入端布置的正输入端电容器；以及沿着所述负输入端布置的负输入端电容器。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述峰值检测器包括施密特触发器。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述峰值检测器包括比较器。
5.根据权利要求1所述的设备，其中该对二极管包括布置在所述正输入端和所述负 输入端之间的第一二极管以及第二二极管沿着所述正输入端布置。
6.一种用于电流检测的设备，该设备包括 保护电路，其包括经由正输入端和与所述正输入端并行布置的负输入端提供的电流输入； 将所述正输入端通信耦合到所述负输入端的一对二极管，其中该对二极管被配置用于 保护运算放大器免受过电压和负电压；以及与保护级通信的施密特触发器，其中所述施密特触发器被配置用于接收由所述保护级 的运算放大器提供的输出，并且其中所述施密特触发器被配置用于创建表示电流输入的输 出ο
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述保护电路还包括 沿着所述正输入端布置的正输入端电容器；以及沿着所述负输入端布置的负输入端电容器。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述峰值检测器包括比较器。
9.根据权利要求1所述的设备，其中该对二极管包括布置在所述正输入端和所述负 输入端之间的第一二极管以及第二二极管沿着所述正输入端布置。
10.一种用于电流检测的设备，该设备包括 保护电路，其包括经由正输入端和与所述正输入端并行布置的负输入端提供的电流输入； 沿着所述正输入端布置的正输入端电容器；以及 沿着所述负输入端布置的负输入端电容器；将所述正输入端通信耦合到所述负输入端的一对二极管，其中第一二极管被布置在所 述正输入端和所述负输入端之间并且第二二极管沿着所述正输入端布置，并且其中该对二 极管被配置用于保护运算放大器免受过电压和负电压；以及与保护级通信的比较器，其中比较器触发器被配置用于接收由所述保护级的运算放大 器提供的输出，并且其中所述比较器触发器被配置用于创建表示电流输入的比较器输出。
全文摘要
一种用于电流检测的设备被公开并且包括保护电路，其具有经由正输入端和与所述正输入端并行布置的负输入端提供的电流输入；将所述正输入端通信耦合到所述负输入端的一对二极管，其中该对二极管被配置用于保护运算放大器免受过电压和负电压；以及与保护级通信的峰值检测器，其中所述峰值检测器被配置用于接收由保护级的运算放大器提供的输出，并且其中所述峰值检测器被配置用于创建表示电流输入的峰值检测器输出。
文档编号H03K5/1532GK102089665SQ200980126585
公开日2011年6月8日 申请日期2009年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者L·M·巴尔斯基 申请人:西门子工业公司