切换电路以及具有该切换电路的电子设备的制作方法

本实用新型涉及电路，特别涉及一种用于实现三级灵敏度切换的切换电路以及具有该切换电路的电子设备。
背景技术：
：在以往的技术中，在例如传感器这样的与灵敏度相关的设备中，通常使用一根外部控制线控制1/0(或者说，有/无)状态之间的切换控制，并且，通过另外的部件，例如旋钮、电位器等，进行灵敏度的调整。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
背景技术：
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。技术实现要素：但是，在以往的技术中，在传感器设备中设置灵敏度调整功能会造成成本的提升。为了提高产品的价格竞争力，在满足行业用户基本使用需求的基础上，如果产品制造者从产品中去除灵敏度调整功能，能够降低成本约10％，但是，无法进行灵敏度调整的产品在某些情况下可能无法满足客户的需求。因此，在以往的传感器设备中，难以兼顾产品的成本和应用范围两者。为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于实现三级灵敏度切换的切换电路以及具有该切换电路的电子设备，由此，能够使得产品在不增加过多成本的基础上大大扩展了应用范围，实现了成本和应用范围的平衡。根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种切换电路，通过改变控制端的连接状态使得分压端的电压发生变化从而实现三级灵敏度的调整，其特征在于，该切换电路包括：在输入端与接地端之间依次串联连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；其中该分压端设置于该第一电阻和该第二电阻之间；第一晶体管，其具有第一电极、第二电极和第三电极，该第一电极和该第二电极分别与该第二电阻的两端连接；第一二极管，其具有第一阳极和第一阴极，该第一阳极与该第三电极连接；第二晶体管，其具有第四电极、第五电极和第六电极，该第四电极和该第五电极分别与该第四电阻的两端连接；第二二极管，其具有第二阳极和第二阴极，该第二阳极与该第六电极连接，该第二阴极与该第一阴极连接形成连接端，该连接端与该控制端连接。根据本实用新型实施例的第二方面，提供一种电子设备，该电子设备具有上述第一方面所述的切换电路。本实用新型实施例的有益效果在于，能够通过一根外部控制线(一个外部控制端)实现三级灵敏度控制，本实用新型相对于无灵敏度调整功能的产品而言，扩展了应用范围，相对于单独设置灵敏度调整功能的产品而言，成本得到了降低，因此实现了成本和应用范围两者的平衡。参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的实施方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因此而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其他实施方式中使用，与其他实施方式中的特征相组合，或替代其他实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、整件、或组件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、整件或组件的存在或附加。附图说明从以下结合附图的详细描述中，本实用新型实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中：图1是本实用新型实施例1的切换电路的构成示意图。图2是本实用新型实施例2的具有切换电路的传感器的示意图。图3是本实用新型实施例3的具有切换电路的信号放大器的示意图。图4是本实用新型实施例4的具有切换电路的温度报警装置的示意图。图5是本实用新型实施例4中的输入电压V1随时间变化的曲线、以及在控制端处于不同状态时输出电压V0随时间变化的曲线的示意图。具体实施方式参照附图，通过下面的说明书，本实用新型的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本实用新型的特定实施方式，其表明了其中可以采用本实用新型的原则的部分实施方式，应了解的是，本实用新型不限于所描述的实施方式，而是包括落入所附权利要求的范围内的全部修改变型以及等同物。下面结合附图对本实用新型实施例的切换电路以及电子设备进行说明。实施例1本实施例1提供一种用于实现三级灵敏度切换的切换电路。图1是该切换电路的构成示意图，该切换电路通过改变控制端的连接状态使得分压端的电压发生变化从而实现灵敏度的调整。如图1所示，切换电路100包括：在输入端Input与接地端Gnd之间依次串联连接的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；其中分压端设置于第一电阻R1和第二电阻R2之间；第一晶体管T1，其具有第一电极W1、第二电极W2和第三电极W3，第一电极W1和第二电极W2分别与第二电阻R2的两端连接；第一二极管D1，其具有第一阳极X1和第一阴极Y1，第一阳极X1与第三电极W3连接；第二晶体管T2，其具有第四电极W4、第五电极W5和第六电极W6，第四电极W4和第五电极W5分别与第四电阻R4的两端连接；第二二极管D2，其具有第二阳极X2和第二阴极Y2，第二阳极X2与第六电极W6连接，第二阴极Y2与第一阴极Y1连接形成连接端CN，连接端CN与控制端CS连接。通过切换电路100，能够通过一根外部控制线(一个外部控制端CS)实现三级灵敏度控制，本实施例相对于无灵敏度调整功能的产品而言，扩展了应用范围，相对于单独设置灵敏度调整功能的产品而言，成本得到了降低。经测算，本实施例的切换电路100相对于无感度调整功能的产品而言，成本上升约3％，相对于现有技术中单独设置感度调整功能的产品而言，成本下降约7％。由此，实现了成本和应用范围两者的平衡。在图1中，Vss表示公共接地端电压，Gnd表示信号接地端。如图1所示，输入端Input将输入电压Vi提供给切换电路100，输入电压Vi经电阻R1、R2、R3、R4分压后得到分压端的电压Vs，分压端的电压Vs作为切换电路100的输出电压从输出端Output向输出侧电路输出。在本实施例中，第一晶体管T1可以是三极管或场效应管，第二晶体管T2也可以是三级管或场效应管，并且，可根据对电流流向的实际需求，配置各晶体管的具体类型和电极。例如，在图1中，第一晶体管T1采用了PNP型三极管，第二晶体管T2采用了NPN型三极管。此时，第一晶体管T1的电极W1、W2、W3分别为发射极、集电极和基极，第二晶体管T2的电极W4、W5、W6分别为集电极、发射极和基极。但本实用新型不限于此，也可采用场效应管来实现第一晶体管T1和/或第二晶体管T2，并与上述类似地，将电极W1～W6中的每一个相应地配置为源极、漏极或栅极。在本实施例中，连接端CN可与控制端CS直接连接，也可通过第五电阻(图1中未示出，可以参考图2的R5)与控制端CS连接，该第五电阻为防止电流过大的限流电阻。在本实施例中，在连接端CN与接地端Gnd之间可设置有第一电容(图1中未示出，可以参考图2的C1)，该第一电容是用于降低来自外部电路的噪声的影响的滤波电容。在本实施例中，当控制端CS处于三种不同的连接状态时，分压端的电压Vs可以被改变为三个不同的值，分别对应控制端CS的三种不同连接状态，从而切换电路100实现在三级灵敏度之间的切换。具体地，在本实施例中，控制端CS可以处于以下三种不同的连接状态：悬空(即除与连接端CN连接以外，不进行任何其他连接)、连接接地端、连接电源。在该三种不同的连接状态下，第一、第二晶体管T1、T2处于不同的导通状态，分压端的电压Vs可被改变为不同的值。例如，当控制端CS连接接地端时，第一晶体管T1被导通，第二电阻R2被短路，此时，Vs由Vi通过电阻R1、R3、R4进行分压获得；当控制端CS连接电源时，第二晶体管T2被导通，第四电阻R4被短路，此时，Vs由Vi通过电阻R1、R2、R3进行分压获得。此外，在所述控制端悬空时，第一、第二晶体管均未被导通，此时，分压端的电压Vs由Vi通过电阻R1、R2、R3、R4进行分压获得。这样，可以根据输入电压Vi以及电阻R1、R2、R3、R4的电阻值，分别计算控制端处于上述三种连接状态时的Vs值。在本实施例中，第一二极管D1可以是普通二级管或稳压二极管，也就是说，可是稳压二极管或者稳压二极管以外的二极管，通过第一二极管D1，能够在控制端CS连接电源时，阻止电源的高压侵入切换电路100的内部。第二二极管D2可以是稳压二极管，通过第二二极管D2，能够在控制端CS悬空时，阻止分压端的电压Vs流经沿W1→W3→W6→W5形成的通路。由此，能够保证分压正常进行。在本实施例中，D1所采用的稳压二极管的击穿电压可大于1.2倍的电源电压Vcc，D2所采用的稳压二极管的击穿电压可介于1.2倍的输入电压Vi和0.8倍的电源电压Vcc之间。但本实施例不限于此，D1和D2的具体选型可以根据实际场景来确定。在本实施例中，由于分压端的电压Vs被提供给输出侧电路，因此，通过适当改变电阻R1、R2、R3、R4之间的大小关系，能够使得输出侧电路的电流、电压等输出物理量对应的三级灵敏度中的每一级灵敏度的值随之被调整。通过本实施例的切换电路，能够通过一根外部控制线实现三级灵敏度控制，本实用新型相对于无灵敏度调整功能的产品而言，扩展了应用范围，相对于单独设置灵敏度调整功能的产品而言，成本得到了降低，因此实现了成本和应用范围两者的平衡。本实施例的切换电路100可设置于电子设备中，使该电子设备具有三级灵敏度控制功能。具体地，该电子设备可以是任何具有三级灵敏度控制需求的电子设备，例如传感器、信号放大器、信号比较器等，在后面的实施例中具体以传感器、信号放大器、信号比较器为例，对切换电路100在电子设备中的配置进行说明。实施例2本实施例2提供一种传感器，该传感器具有用于实现三级灵敏度切换的切换电路。实施例1的切换电路100的分压端的电压Vs可被提供给输出侧电路，使输出侧电路输出作为该输出侧电路的输出的输出物理量。不同类型的输出侧电路对应的输出物理量可能不同。下面以输出物理量为光电传感器的投光电路的电流为例对本实施例进行说明。在本实施例中，该光电传感器具有投光电路，该投光电路具有用于实现三级灵敏度切换的切换电路。但本实施例不限于此，用于实现三级灵敏度切换的切换电路也可应用于其他传感器中，输出物理量可采用作为其他传感器的输出的电流、电压等相应物理量。图2是本实施例2的具有切换电路的传感器的示意图。如图2所示，传感器200包括：切换电路201和输出侧电路(即投光电路)202。切换电路201具有如实施例1所述的切换电路100的结构和功能，此处不再赘述。输出侧电路(即投光电路)202具有第三晶体管T3、发光二极管LED和第六电阻R6，图2中示出的第三晶体管T3以三极管为例，但第三晶体管T3也可以是场效应管。如图2所示，切换电路201的输出端Output与三极管T3的基极连接，发光二极管LED的阳极被供给电源电压Vcc，发光二极管LED的阴极与三极管T3的集电极连接，第六电阻R6的一端与三极管T3的发射极连接，另一端连接到接地端Gnd。在本实施例中，如图2所示，连接端CN通过第五电阻R5与控制端CS连接，第五电阻R5用于限制三极管T1、T2的基极电流，在连接端CN与接地端Gnd之间设置有第一电容C1，用于降低来自外部电路的噪声的影响的滤波电容。在本实施例中，传感器200的输出物理量是流经发光二极管LED的电流ILED，切换电路201的输出电压Vs(即分压端的电压、输出端的电压)被施加于第三晶体管T3和第六电阻R6，通过使控制端CS的连接状态在悬空、连接接地端Gnd、连接电源Vcc之间切换，能够使分压端的电压Vs发生变化，进而使电流ILED的值发生三级变化，从而实现三级灵敏度的调整。以下详细描述传感器200的投光电路的工作原理。通过切换电路201对从输入端Input输入的输入电压Vi进行分压，获得分压端的电压Vs，并将该电压Vs输出到三极管T3的基极。考虑到使三极管T3正常工作在放大区(即T3导通)的需求，应保证电压Vs大于三极管T3的发射结的导通电压，该导通电压的值根据三极管所采用的材料的不同而不同，例如针对硅材料三极管约为0.6～0.7伏。在Vs大于导通电压时，三极管T3导通，此时三极管T3的集电极电流与发射极电流近似相等，因此，可以通过计算三极管T3的发射极电流来近似计算其集电极电流，即ILED，计算式如下：Vo＝Vs-Ube(2)Vs＝Vi×Ra(3)其中，Ie表示发射极电流，Vo表示第六电阻R6与三极管T3连接的一端的电压(以下称为“目标控制电压”)，Ube表示发射结电压，当三极管T3导通时，Ube等于发射极的导通电压；Ra表示分压端的电压Vs相对于输入电压Vi的分压比，该分压比可通过电阻R1、R2、R3、R4中的至少部分来计算。在采用前述的三级灵敏度的切换方式进行切换时，分压比Ra随着控制端CS的连接状态的改变而改变，由此改变分压端的电压Vs以及目标控制电压Vo，由于第六电阻R6为定值，流经发光二极管LED的电流ILED也随着目标控制电压Vo的改变而改变。因此，可以通过适当配置电阻R1、R2、R3、R4之间的大小关系，来使传感器200输出的电流ILED的值满足用户对三级灵敏度的实际使用需求。以下将基于用户期望的三级灵敏度为1满量程、量程、量程的假设情形进行切换电路中分压电阻的设计，三级灵敏度下相应的ILED分别为α、(α为常数)。但本实施例不限于此，用户可根据实际需求对三级灵敏度的值进行任意设置。当控制端CS悬空时，T1、T2均不工作，结合上式(1)～(3)可得出，此时满足下式：当控制端CS连接接地端时，T2不工作，T1被导通，R2被短路，此时满足下式：当控制端CS连接电源时，T1不工作，T2被导通，R4被短路，此时满足下式：通过上式(4)～(6)构成方程组，以下对该方程组进行简化。在本实施例中，将第一电阻R1的值作为参考量，求解R2、R3、R4相对于R1的比例关系，即，将R1设定为归一化电阻，则电阻R2、R3、R4可分别表示为k1R1、k2R1、k3R1，k1、k2、k3分别表示所需求解的R2、R3、R4相对于R1的比例系数。但是，本实用新型并不以此作为限制，例如，也可以将第三电阻R3作为参考量，求解R1、R2、R4相对于R3的比例关系。另外，输入电压Vi可根据实际电路的需求设定。另外，最大灵敏度下的ILED(即α)的值，取决于实际需要的目标控制量，因此可根据电路的实际情况设定，并且，第六电阻R6为定值，这里设αR6＝Vomax。另外，三极管T3处于导通状态，此时的Ube为三极管T3发射结的导通电压。这样，上式(4)～(6)构成的方程组可简化为下述方程组：在上式(7)～(9)构成的方程组中，Vi、Ube、Vomax均为已知量，因此通过该方程组，可解出比例系数k1、k2、k3的值，从而获得第二、第三、第四电阻R2、R3、R4与第一电阻R1之间的大小关系。进一步地，如果为已知量赋予具体数值，例如，设Vi＝3V，Ube＝0.7V，Vomax＝1V，则可解出k1＝0.4737，k2＝0.0414，k3＝0.8104。也就是说，在R1为1000Ω时，R2为473.7Ω，R3为41.4Ω，R4为810.4Ω，此时如果使用工程上常用的E24系列电阻值中的近似值替代R2、R3、R4的上述计算值，可得到Vo的变化率(即相对于最大灵敏度情况下的Vomax的变化率)，具体如表1所示。该Vo变化率相对于理论值的误差在5％以内，属于工程上可接受的误差范围。Vi(V)Vs(V)R1(Ω)R2(Ω)R3(Ω)R4(Ω)Vo(V)Vo变化率(％)31.7141021000470438201.014102131.38969410000438200.6896940.319896831.01718410004704300.3171840.6872263表1用户可根据实际的使用需求对Vi、Ube、Vomax赋值并对k1、k2、k3进行求解。并且，对于三级灵敏度的值，用户也可以任何根据需要进行调整，例如使用1满量程、量程、量程来替代上述的1满量程、量程、量程。在本实施例中，如果需要调整光电传感器的距离，由于该距离与投光电路的电流ILED之间存在非线性关系，因此，在该距离发生改变时，用户需要考虑到这样的改变对电流ILED带来的非线性的影响，对包含在各方程右侧的灵敏度值进行适当地调整，这样，能够使方程组更为准确地对应于光电传感器的应用环境，利用该方程组能够更恰当地对电阻R1、R2、R3、R4进行配置。在本实施例中，用于实现三级灵敏度切换的切换电路应用于光电传感器中，该切换电路同样可应用于其他类型的传感器中，即，输出物理量可采用作为其他传感器的输出的电流、电压等相应物理量。具体地，上述切换电路应用的传感器可涉及工业、农业、医疗、交通、纺织等行业，例如，传感器的具体类型可以是距离传感器、位置传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器、温度传感器、湿度传感器、浓度传感器、液位传感器，等等。在这些传感器的具体应用中，使用本实施例提供的方法，使用一根控制线能够实现三级灵敏度的控制，例如，可实现三级感度的控制或者实现三级报警阈值的设定。关于三级报警阈值设定的具体实现方式还可参见后述的实施例4。通过本实施例的传感器，能够通过一根外部控制线实现传感器中的三级灵敏度控制，本实施例相对于无灵敏度调整功能的产品而言，扩展了应用范围，相对于单独设置灵敏度调整功能的产品而言，成本得到了降低，因此实现了成本和应用范围两者的平衡。实施例3本实施例3提供一种信号放大器，该信号放大器具有用于实现三级灵敏度切换的切换电路。图3是本实施例3的具有切换电路的信号放大器的示意图。如图3所示，信号放大器300包括切换电路302和放大单元301。切换电路302的结构与实施例1中的切换电路100相同，放大单元301具有两个输入端，即同向输入端(+)和反向输入端(-)，且具有一个输出端。本实施例的切换电路302与输出侧电路的连接关系与实施例2中不同，以下仅针对不同之处进行说明。如图3所示，在本实施例中，输入电压V1被提供给放大单元301的同向输入端，参考电压V2被提供给切换电路302，经切换电路302进行电阻分压后获得分压端的电压Vs，将分压端的电压Vs提供给放大单元301的反向输入端，放大单元301的输出端输出电压Vo(目标控制电压)作为输出物理量。当控制端CS处于不同的连接状态时，即悬空、连接接地端Gnd、连接电源(图3中的VDD为电源电压)时，放大单元301的输出电压Vo不同。在本实施例中，输出电压Vo可通过下式进行计算：Vo＝(V1-Vs)×Ai(10)其中，Ai是信号放大器的固有放大倍数。Vs的计算式与实施例2中的式(3)类似，只是将实施例2中的Vi替换为V2，该计算式为：Vs＝V2×Ra(11)其中，Ra表示的含义与实施例2中相同。在本实施例中，可根据上述式(10)～(11)以及用户所期望的三级灵敏度的值，列出方程组求解电阻R1、R2、R3、R4之间的大小关系。在进行上述求解时，可根据实际需求将三级灵敏度所对应的目标控制电压Vo的值例如设为α、上述V1、V2、Ai、α可作为已知量，由此对各电阻之间的大小关系进行求解，具体求解过程与实施例2中类似。由此，本实施例可通过适当配置电阻R1、R2、R3、R4之间的大小关系，来使信号放大器300输出的Vo值满足用户对三级灵敏度的实际使用需求。通过本实施例的信号放大器，能够通过一根外部控制线实现信号放大输出的三级灵敏度控制，本实施例相对于无灵敏度调整功能的产品而言，扩展了应用范围，相对于单独设置灵敏度调整功能的产品而言，成本得到了降低，因此实现了成本和应用范围两者的平衡。实施例4本实施例4提供一种信号比较器，例如温度报警装置，该温度报警装置具有用于实现三级灵敏度切换的切换电路。图4是本实施例4的具有切换电路的温度报警装置的示意图。如图4所示，温度报警装置400包括切换电路402和比较器单元401。切换电路402的结构与实施例1中的切换电路100相同，比较器单元401具有两个输入端，即同向输入端(+)和反向输入端(-)，且具有一个输出端。当比较器单元401的同向输入端的输入电压值大于反向输入端的输入电压值时，输出端输出的输出电压Vo为高电平，反之，输出端输出的输出电压Vo为低电平。在本实施例中，温度报警装置400通过温度获取模块(未示出)获取温度变量，输入电压V1是与该温度变量相关的电压值，通过将切换电路100的分压端的电压Vs提供到比较器单元401的反向输入端，将Vs作为温度报警的阈值电压。也就是说，当同向输入端输入的输入电压V1大于Vs时，认为温度超过阈值，输出端输出的Vo为高电平，进行温度报警，当V1不大于Vs时，认为温度未超过阈值，输出端输出的Vo为低电平，不进行温度报警。其中，如图4所示，Vs是对V2经过电阻分压而获得的。当控制端CS处于不同的连接状态时，即悬空、连接接地端Gnd、连接电源时，分压端的电压Vs的值不同，也就是说，在这三种情况下，温度报警的阈值电压不同。在本实施例中，阈值电压Vs的计算同样可采用实施例3中的式(11)。在本实施例中，可根据式(11)以及用户所期望的三级灵敏度的值，列出方程组求解电阻R1、R2、R3、R4之间的大小关系。在进行上述求解时，可根据实际需求将三级灵敏度分别对应的阈值电压Vs的值例如设为VS1、VS2、VS3，上述V2、VS1、VS2、VS3可作为已知量，由此对各电阻之间的大小关系进行求解，具体求解过程与实施例2中类似。图5示出了本实施例4中比较器单元401的同向输入端的输入电压V1随时间t变化的曲线，以及在控制端CS处于不同的连接状态时输出端的输出电压Vo随时间t变化的曲线。当控制端CS悬空，Vs＝VS1时，输出电压Vo随时间t变化的曲线如图5的(a)所示。当控制端CS连接接地端Gnd，Vs＝VS2时，输出电压Vo随时间t变化的曲线如图5的(b)所示。当控制端CS连接电源，Vs＝VS3时，输出电压Vo随时间t变化的曲线如图5的(c)所示。由此，本实施例可通过适当配置电阻R1、R2、R3、R4之间的大小关系，来使温度报警装置400中作为报警阈值的阈值电压Vs满足用户对三级灵敏度的实际使用需求。在本实施例中，用于实现三级灵敏度切换的切换电路应用于温度报警装置中，该切换电路同样可应用于其他类型的信号比较器中，即，输出物理量可采用作为其他信号比较器的输出的电流、电压等相应物理量。具体地，上述切换电路可应用的信号比较器涉及工业、农业、医疗、交通、纺织等行业，例如，信号比较器的具体类型可以是烟雾报警器、气体报警器、距离报警器、湿度报警器、压力报警器，等等的阈值设定电路中。通过本实施例的信号比较器，能够通过一根外部控制线实现信号与阈值比较的三级灵敏度控制，本实施例相对于无灵敏度调整功能的产品而言，扩展了应用范围，相对于单独设置灵敏度调整功能的产品而言，成本得到了降低，因此实现了成本和应用范围两者的平衡。以上参照附图详细叙述了本实用新型实施例，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。然而应当理解，本实用新型的实施不限于上述实施例的方式，还包括不脱离本实用新型主旨范围的所有改变、修改和等同等。当前第1页1 2 3