信号采集电路及芯片的制作方法

1.本公开涉及电子电路技术领域，具体地，涉及一种信号采集电路及芯片。


背景技术：

2.目前，可以通过电子产品的控制器获取该电子产品的功耗，从而在电子产品的实际功耗超过电源的额定功率以及散热要求的情况下，采取相应的限制措施降低功耗，由此保证电子产品的稳定性。
3.相关技术通常采用adc(analog-to-digital converter，模拟数字转换器)专用芯片来将电子产品的电压或者电流等模拟信号转换成数字信号，再通过i2c或者spi等芯片通信协议将数字信号传递给控制器，由此实现从控制器获取电子产品的实际功耗。然而，adc专用芯片的成本高，且传输速率受到芯片通信协议的限制。


技术实现要素：

4.本公开的目的是提供一种信号采集电路及芯片，以在降低成本的基础上提高信号采集效率。
5.为了实现上述目的，本公开实施例的第一方面提供一种信号采集电路，包括三角波发生电路、电压转换电路以及信号比较电路，所述信号比较电路包括比较器；
6.所述电压转换电路的输入端用于与耗电设备电连接，使得所述电压转换电路的输入端输入所述耗电设备的待测模拟信号，所述电压转换电路的输出端连接所述比较器的第一输入端；
7.所述三角波发生电路的输出端连接所述比较器的第二输入端。
8.可选地，所述电压转换电路包括采样电阻以及第一电压比例放大电路；
9.所述采样电阻用于与所述耗电设备串联；
10.所述第一电压比例放大电路用于放大所述采样电阻的电压，并将放大后的第一电压信号输送至所述比较器的第一输入端。
11.可选地，所述电压转换电路包括第二电压比例放大电路；
12.所述第二电压比例放大电路用于放大所述耗电设备的电压，并将放大后的第二电压信号输送至所述比较器的第一输入端。
13.可选地，所述电压转换电路包括分压电阻以及接地电阻；
14.所述分压电阻的第一端分别连接所述接地电阻以及所述比较器的第一输入端，所述分压电阻的第二端用于与所述耗电设备串联。
15.可选地，所述三角波发生电路包括电阻以及电容；
16.所述电阻的第一端用于连接控制器，所述电阻的第二端分别连接所述电容的第一端以及所述比较器的第二输入端；
17.所述电容的第二端接地。
18.可选地，所述信号采集电路还包括控制器；
19.所述控制器连接所述比较器的输出端。
20.可选地，所述控制器还连接所述三角波发生电路的输入端。
21.可选地，所述采样电阻为精密电阻。
22.可选地，所述第一电压比例放大电路包括电容以及运算放大器；
23.所述电容与所述运算放大器并联。
24.本公开实施例的第二方面提供一种芯片，集成有第一方面中任一项所述的信号采集电路。
25.通过上述技术方案，利用三角波发生电路输出三角波，电压转换电路转换耗电设备的待测模拟信号，从而输出电压值在三角波电压幅值范围内的转换电压信号，在此基础上，通过信号比较电路比较三角波的电压值以及转换电压信号表征的电压值的大小，并输出对应的pwm信号。这样，可以根据pwm信号以及三角波的电压幅值范围确定转换电压信号表征的电压值，从而确定耗电设备的电压值和/或电流值。也即是说，采用本公开提供的这种技术方案，无需设置用于模数转换的专用芯片，而是可以通过比较器将耗电设备的待测模拟信号与三角波的电压值进行比较，得到可以反映电压信号的pwm波形，从而可以根据pwm波形确定耗电设备的电压值和/或电流值，由此可以不受芯片通信协议的限制，实现在降低成本的基础上提高信号采集效率。
26.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
27.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
28.图1是根据相关技术示出的一种信号采集电路的示意图。
29.图2是根据一示例性实施例示出的一种信号采集电路的示意图。
30.图3是根据一示例性实施例示出的一种比较三角波信号与电压信号的示意图。
31.图4是根据一示例性实施例示出的另一种信号采集电路的示意图。
32.图5是根据一示例性实施例示出的另一种信号采集电路的示意图。
具体实施方式
33.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
34.参照图1，图1是根据相关技术示出的一种信号采集电路的示意图。如图1所示，相关技术通常采用adc专用芯片将电子产品的电压或者电流等模拟信号转换成数字信号，再通过兼容i2c或者spi等芯片通信协议的通信接口将数字信号传递给控制器，由此实现从控制器获取电子产品的实际功耗。然而，采用adc专用芯片来进行模数转换提高了产品成本，并且传输速率受到芯片通信协议的限制。
35.有鉴于此，本公开实施例提供一种信号采集电路及芯片，通过三角波发生电路输出三角波，电压转换电路转换耗电设备的待测模拟信号，从而输出电压值在三角波电压幅值范围内的转换电压信号，在此基础上，通过信号比较电路比较三角波的电压值以及转换电压信号表征的电压值的大小，并输出对应的pwm信号。这样，可以根据pwm信号以及三角波
的电压幅值范围确定转换电压信号表征的电压值，从而确定耗电设备的电压值和/或电流值。也即是说，本公开实施例提供的技术方案无需设置用于模数转换的专用芯片，而是可以通过比较器将耗电设备的待测模拟信号与三角波的电压值进行比较，得到可以反映电压信号的pwm波形，从而可以根据pwm波形确定耗电设备的电压值和/或电流值，由此可以不受芯片通信协议的限制，实现在降低成本的基础上提高信号采集效率。
36.本公开实施例提供的一种信号采集电路200的示意图如图2至图5所示。如图2所示，在本公开一示例性实施例中，该信号采集电路200包括三角波发生电路202、电压转换电路203以及信号比较电路204，信号比较电路204包括比较器2041；
37.电压转换电路203的输入端用于与耗电设备电连接，使得电压转换电路203的输入端输入耗电设备的待测模拟信号，电压转换电路203的输出端连接比较器2041的第一输入端；
38.三角波发生电路202的输出端连接比较器2041的第二输入端。
39.其中，耗电设备可以为电子产品，或者为电子产品中的耗电器件。耗电设备的待测模拟信号可以为电压信号和/或电流信号。信号比较电路204中的比较器2041用于比较三角波发生电路202输出的三角波信号以及电压转换电路203输出的转换电压信号，从而产生占空比变化的pwm信号，该pwm信号的占空比和电压转换电路输出的转换电压信号成比例。其中，pwm信号的占空比与电压转换电路输出的转换电压信号之间的比例可以为正向比例或者反向比例，本公开对此不作具体限定。
40.参照图3示例，在将pwm信号的占空比与电压转换电路输出的转换电压信号之间的比例设置为正向比例的基础上，可以在三角波表征的电压值小于电压转换电路203输出的电压值的情况下，输出高电平，在三角波表征的电压值大于电压转换电路203输出的电压值的情况下，输出低电平，由此得到占空比与该电压信号成正向比例的pwm信号。在此基础上，根据pwm信号的占空比以及三角波的电压幅值范围可以确定转换电压信号表征的电压值。
41.示例地，可以通过如下公式确定转换电压信号表征的电压值：
[0042]v转
＝v
min
+d*(v
max-v
min
)
[0043]
其中，v
转
为转换电压信号表征的电压值，v
min
为三角波电压幅值范围的最低电压值，v
max
为三角波电压幅值范围的最高电压值，d为占空比。
[0044]
由此，可以根据转换电压信号表征的电压值确定转换前的待测模拟信号所表征的数值，该待测模拟信号所表征的数值可以为耗电设备的电压值或者电流值。
[0045]
可选地，信号采集电路还可以包括控制器，该控制器可以用于连接比较器的输出端，从而通过控制器实现根据比较器输出的pwm信号确定耗电设备的电压值和/或电流值。
[0046]
在本实施例中，通过三角波发生电路202输出三角波，电压转换电路203转换耗电设备的待测模拟信号，从而输出电压值在三角波电压幅值范围内的转换电压信号，在此基础上，通过信号比较电路204比较三角波的电压值以及转换电压信号表征的电压值的大小，并输出对应的pwm信号。这样，控制器可以根据pwm信号解析占空比，并根据三角波的电压幅值范围确定转换电压信号表征的电压值，从而确定耗电设备的电压值和/或电流值。也即是说，采用本公开提供的这种技术方案，无需设置用于模数转换的专用芯片，而是可以通过比较器2041将耗电设备的待测模拟信号与三角波的电压值进行比较，得到可以反映电压信号的pwm波形，从而可以根据pwm波形确定耗电设备的电压值和/或电流值，由此可以不受芯片
通信协议的限制，实现在降低成本的基础上提高信号采集效率。
[0047]
应说明的是，控制器解析占空比以得到耗电设备的电压值和/或电流值的速度可以取决于三角波的频率，三角波的频率越高，控制器采集信号的速度越快。其中，三角波的频率受到比较器2041速率的影响，由此可以根据实际情况选择不同速率的比较器，从而灵活控制信号采集效率。
[0048]
还应说明的是，信号采集电路200可用于采集耗电设备的电压信号和/或电流信号，针对所采集的待测模拟信号的不同，信号采集电路200中的电压转换电路203也不同。其中，电压转换电路203所转换的电压信号可以为耗电设备的电压信号，也可以为用于确定耗电设备的电流信号的采样电阻的电压信号。根据欧姆定律，采样电阻的电流信号与电压信号成反比，由此可以根据采样电阻的电压信号确定采样电阻的电流信号，从而确定耗电设备的电流信号。
[0049]
在一种可能的实现方式中，可以通过在电压转换电路203中设置与耗电设备串联的采样电阻来采集耗电设备的电流信号。由于采样电阻与耗电设备串联，因此采样电阻的电流与耗电设备的电流一致，由此可以通过测量采样电阻的电流值确定耗电设备的电流值。
[0050]
应说明的是，采样电阻可以为精密电阻，由此可以避免采样电阻造成较大的功耗浪费。由于精密电阻的电阻值通常较小，因此电流通过精密电阻所产生的电压信号也较小，由此可以通过电压比例放大电路放大精密电阻的电压。也即是说，电压转换电路203可以包括采样电阻以及第一电压比例放大电路。
[0051]
如图4所示，在本公开一示例性实施例中，信号采集电路200可以包括三角波发生电路202、电压转换电路203、以及信号比较电路204，其中，电压转换电路203可以包括采样电阻2031以及第一电压比例放大电路2032；
[0052]
采样电阻2031用于与耗电设备串联；
[0053]
第一电压比例放大电路2032用于放大采样电阻2031的电压，并将放大后的第一电压信号输送至比较器2041的第一输入端。
[0054]
可以理解的是，在采样电阻2031与耗电设备串联的情况下，采样电阻2031的电流与耗电设备的电流一致。在此基础上，可以通过第一电压比例放大电路2032放大采样电阻对应的采样电压信号，从而得到电压值在三角波电压幅值范围内的转换电压信号。其中，采样电压信号可以表征采样电阻的电压被放大前的电压值，转换电压信号(也即上述第一电压信号)可以表征采样电阻的电压被放大后的电压值。由此，在通过信号比较电路204比较三角波的电压值以及转换电压信号表征的电压值的大小，并输出对应的pwm信号之后，控制器可以根据pwm信号以及三角波的电压幅值范围确定转换电压信号表征的电压值。这样，控制器可以根据转换电压信号表征的电压值以及第一电压比例放大电路2032的放大比例确定采样电压信号表征的电压值，并根据采样电压信号表征的电压值以及采样电阻的电阻值确定耗电设备的电流值。其中，第一电压比例放大电路2032的放大比例可以根据实际情况而定，本公开对此不作具体限定。
[0055]
沿用图4示例，第一电压比例放大电路2032可以包括电容20321、运算放大器20322以及若干电阻。其中，电容20321可以与运算放大器20322并联，该电容20321可以用于滤波，在具体实现中电容20321的设置不是必须的，可以根据实际需求选择是否设置电容20321。
运算放大器20322以及若干电阻用于放大采样电阻2031的电压信号，其中各个电路元件的设置方式可以参照相关技术。应当理解的是，可以根据实际需求改变运算放大器中若干电阻的放置位置以及连接方式等。
[0056]
由于，耗电设备的电压可以为固定值，也可以随着其他条件的改变而不断变动，例如笔记本的电压可以随着电量的下降而下降。因此，在采集耗电设备的电压信号的情况下，针对不同电压类型的耗电设备，信号采集电路200中的电压转换电路也不同。
[0057]
在一实施例中，在耗电设备的电压固定的情况下，可以预先获取耗电设备的固定电压值，由此可以根据基于采样电阻所确定的耗电设备的电流值以及预先获取的耗电设备的固定电压值确定耗电设备的功耗。
[0058]
在另一实施例中，在耗电设备的电压不固定的情况下，由于不同的耗电设备的电压变动的电压范围不同，因此，在耗电设备的电压在高电压范围内变动的情况下，可以在电压转换电路203中设置与耗电设备串联的分压电阻，从而通过分压降低电压转换电路203输出的电压值的大小，使得电压转换电路203输出的电压值在三角波的电压幅值范围内。在耗电设备的电压在低电压范围内变动的情况下，可以通过电压比例放大电路放大耗电设备的电压，使得电压转换电路203输出的电压值在三角波的电压幅值范围内。不难理解的是，在耗电设备的电压在三角波的电压幅值范围内变动的情况下，无需通过电压转换电路203来转换耗电设备的电压信号，而是可以直接将耗电设备的电压信号输入比较器2041的第一输入端。其中，高电压范围以及低电压范围的具体取值可以根据实际情况而定，本公开对此不作具体限定。
[0059]
由此，在确定耗电设备的电压值的情况下，可以根据基于采样电阻所确定的耗电设备的电流值以及该电压值确定耗电设备的功耗。
[0060]
如图5所示，在本公开一示例性实施例中，在耗电设备的电压在高电压范围内变动的情况下，信号采集电路200可以包括三角波发生电路202、电压转换电路203、以及信号比较电路204，其中，信号采集电路200中的电压转换电路203可以包括分压电阻2033以及接地电阻2034；
[0061]
分压电阻2033的第一端分别连接接地电阻2034以及比较器2041的第一输入端，分压电阻2033的第二端用于与耗电设备串联。
[0062]
不难理解的是，分压电阻2033与耗电设备串联，由此可以通过分压电阻2033进行分压，使得电压转换电路输出的电压值在三角波电压幅值范围内。在此基础上，控制器根据pwm信号以及三角波的电压幅值范围所确定的转换电压信号表征的电压值为通过分压电阻2033进行分压后的电压值，这样，可以根据转换电压信号表征的电压值以及分压电阻对应的电压值确定耗电设备的电压值。其中，分压电阻2033的电压值与耗电设备的电压变动范围以及三角波的电压幅值范围有关。在一些实施方式中，可以根据耗电设备电压变动范围的最大值以及三角波电压幅值范围的最大值确定所需要的分压电阻2033的电压值。
[0063]
可以理解的是，在耗电设备的电压在低电压范围内变动的情况下，电压转换电路203可以包括第二电压比例放大电路。
[0064]
其中，第二电压比例放大电路可以用于放大耗电设备的电压，并将放大后的第二电压信号输送至比较器2041的第一输入端。
[0065]
由此，可以通过电压转换电路203放大耗电设备的待测电压信号，得到电压值在三
角波电压幅值范围内的转换电压信号(也即上述第二电压信号)。其中，转换电压信号可以表征耗电设备的电压被放大后的电压值。在此基础上，控制器可以在根据pwm信号以及三角波的电压幅值范围确定转换电压信号表征的电压值之后，根据转换电压信号表征的电压值以及第二电压比例放大电路的放大比例确定待测电压信号表征的电压值，也即确定耗电设备的电压值。其中，第二电压比例放大电路的放大比例可以根据实际情况而定，本公开对此不作具体限定。
[0066]
此外，第二电压比例放大电路与第一电压比例放大电路2032的结构类似，此处不再赘述。
[0067]
应说明的是，上述针对耗电设备不同情况下所设置的电路元件可以通过选通开关连接在同一电路中。选通开关的设置可以参照相关技术，本公开对此不作具体限定。例如可以参照图1所示的方式设置选通开关，从而将上述不同情况下设置的电路元件连接在同一电路中。这样，可以通过选通开关选择采集耗电设备的电压值或者电流值。进一步地，可以在确定耗电设备的电压值以及电流值的基础上，确定耗电设备的实际功耗。
[0068]
可选地，三角波发生电路202可以包括电阻以及电容；
[0069]
其中，电阻的第一端用于连接控制器，电阻的第二端分别连接电容的第一端以及比较器的第二输入端；
[0070]
电容的第二端接地。
[0071]
其中，各电路元件的连接方式可以参照图4以及图5所示的三角波发生电路202。其中，电阻的第一端所连接的控制器可以是信号采集电路内部的控制器，也可以是外部控制器。
[0072]
在一种可能的实现方式中，可以将信号采集电路内部的控制器与三角波发生电路的输入端连接，从而通过该控制器产生50％的标准方波，在此基础上，通过电阻以及电容构成的rc滤波电路对该标准方波进行滤波，从而产生三角波。在这个过程中，可以通过调整电阻的电阻值和/或电容的电容值来调整三角波波形的斜率以及幅值。其中，三角波的电压幅值范围可以根据实际情况而定，本公开对此不作具体限定。此外，电阻的第一端还可以连接外部控制器，并且由外部控制器产生标准方波。
[0073]
应当理解的是，上述三角波发生电路202的成本较低，结合上述三角波发生电路202输出三角波可以有效控制信号采集电路的成本。在一种可能的实现方式中，还可以采用其他电路设置方式输出三角波，本公开对此不作具体限定。
[0074]
通过上述技术方案，利用三角波发生电路202输出三角波，电压转换电路203转换耗电设备的待测模拟信号，从而输出电压值在三角波电压幅值范围内的转换电压信号，在此基础上，通过信号比较电路204比较三角波的电压值以及转换电压信号表征的电压值的大小，并输出对应的pwm信号。这样，控制器可以根据pwm信号以及三角波的电压幅值范围确定转换电压信号表征的电压值，从而确定耗电设备的电压值和/或电流值。也即是说，采用本公开提供的这种技术方案，无需设置用于模数转换的专用芯片，而是可以通过比较器2041将耗电设备的待测模拟信号与三角波的电压值进行比较，得到可以反映电压信号的pwm波形，从而可以根据pwm波形确定耗电设备的电压值和/或电流值，由此可以不受芯片通信协议的限制，实现在降低成本的基础上提高信号采集效率。
[0075]
基于相同的构思，本公开还提供一种芯片，集成有上述信号采集电路。
[0076]
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0077]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0078]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

技术特征：
1.一种信号采集电路，其特征在于，所述信号采集电路包括三角波发生电路、电压转换电路以及信号比较电路，所述信号比较电路包括比较器；所述电压转换电路的输入端用于与耗电设备电连接，使得所述电压转换电路的输入端输入所述耗电设备的待测模拟信号，所述电压转换电路的输出端连接所述比较器的第一输入端；所述三角波发生电路的输出端连接所述比较器的第二输入端。2.根据权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，所述电压转换电路包括采样电阻以及第一电压比例放大电路；所述采样电阻用于与所述耗电设备串联；所述第一电压比例放大电路用于放大所述采样电阻的电压，并将放大后的第一电压信号输送至所述比较器的第一输入端。3.根据权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，所述电压转换电路包括第二电压比例放大电路；所述第二电压比例放大电路用于放大所述耗电设备的电压，并将放大后的第二电压信号输送至所述比较器的第一输入端。4.根据权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，所述电压转换电路包括分压电阻以及接地电阻；所述分压电阻的第一端分别连接所述接地电阻以及所述比较器的第一输入端，所述分压电阻的第二端用于与所述耗电设备串联。5.根据权利要求1-4中任一项所述的信号采集电路，其特征在于，所述三角波发生电路包括电阻以及电容；所述电阻的第一端用于连接控制器，所述电阻的第二端分别连接所述电容的第一端以及所述比较器的第二输入端；所述电容的第二端接地。6.根据权利要求1-4中任一项所述的信号采集电路，其特征在于，所述信号采集电路还包括控制器；所述控制器连接所述比较器的输出端。7.根据权利要求6所述的信号采集电路，其特征在于，所述控制器还连接所述三角波发生电路的输入端。8.根据权利要求2所述的信号采集电路，其特征在于，所述采样电阻为精密电阻。9.根据权利要求2所述的信号采集电路，其特征在于，所述第一电压比例放大电路包括电容以及运算放大器；所述电容与所述运算放大器并联。10.一种芯片，其特征在于，集成有权利要求1-9中任一项所述的信号采集电路。

技术总结
本公开涉及一种信号采集电路及芯片，该信号采集电路包括三角波发生电路、电压转换电路以及信号比较电路，信号比较电路包括比较器；电压转换电路的输入端用于与耗电设备电连接，使得电压转换电路的输入端输入耗电设备的待测模拟信号，电压转换电路的输出端连接比较器的第一输入端；三角波发生电路的输出端连接比较器的第二输入端。通过该信号采集电路，无需设置用于模数转换的芯片，而是可以将转换后的耗电设备的待测模拟信号与三角波进行比较，得到反映电压信号的PWM波形，由此基于PWM波形确定待测模拟信号，该过程不受芯片通信协议的限制，从而可以实现在降低成本的基础上提高信号采集效率。采集效率。采集效率。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：摩尔线程智能科技（北京）有限责任公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/9/1