用於設備的相合的功率與定時信號的製作方法
2023-12-03 22:14:41 1
用於設備的相合的功率與定時信號的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用於設備的相合的功率與定時信號，特別地涉及在單個電子設備中的相合的功率與定時信號。在一個實施方式中，電路可以包括僅一個隔離變壓器，所述隔離變壓器可操作用以產生功率信號和定時信號。在次級側，兩個分支可以提取功率信號和時鐘信號兩者，用於在被隔離的次級側上的電路中使用。第一分支可以耦合到變壓器，並且可操作用以將所述信號操縱為功率信號，比如5V直流信號。類似地，第二電路分支可操作用以將所述信號操縱為時鐘信號，比如具有1MHz頻率的5V信號。通過在次級側從同一隔離變壓器提取功率信號和時鐘信號兩者，可以因僅具有用於單個隔離變壓器的單個繞組而在集成電路設備上節省寶貴的空間。
【專利說明】用於設備的相合的功率與定時信號
【技術領域】
[0001]本申請是申請日是2010年12月30日、申請號是201010624752.7、發明名稱為「用於設備的相合的功率與定時信號」的發明專利申請的分案申請。本發明涉及產生功率和定時信號的電路和方法、以及三相計量系統。
【背景技術】
[0002]系統和設備往往依靠兩種信號進行操作。功率信號可以用於提供系統或設備內的功率信號、邏輯信號和控制信號。另外，還可以使用定時信號或時鐘信號來觸發、操縱或者以其他方式控制系統或設備的各種部件和電路。因此，這兩種信號可以相應地一起使用。
[0003]很多時候，系統或設備可能具有從系統或設備外部提供的上述信號。也就是說，功率信號和/或時鐘信號可來自系統或設備外部的電路。例如，在監控架空電力線路時，用於監控的設備可以直接從電力線路本身獲得電力。類似地，在具有多個集成電路(IC)晶片或者多個分立的印刷電路板(PCB)的設備中，單個時鐘源可以為設備中的所有部件提供定時信號。此外，當這些信號來自1C、PCB或者特定的分立設備外部時，這些信號在這些部件內使用之前可能需要隔離。因此，功率信號和定時信號兩者可能需要針對每種信號的隔離變壓器，以提供經隔離的信號供片上使用。為這兩組信號提供兩個隔離變壓器是笨重且低效的。
【發明內容】
[0004]根據本公開的一個方面，提供了一種電路，其包括:變壓器，可操作用以產生接收自信號源的經隔離的信號；第一電路分支，耦合到所述變壓器並且可操作用以將所述信號操縱為功率信號；以及第二電路分支，耦合到所述變壓器並且可操作用以將所述信號操縱為時鐘信號。
[0005]根據本公開的另一方面，提供了一種三相計量系統，其包括:至少三個電壓傳感器，可操作用以產生與相應的相中的電壓成正比的信號；至少三個電流傳感器，可操作用以產生與相應的相中的電流成正比的信號；以及至少三個測量電路，分別耦合到關聯的相電壓傳感器和相電流傳感器。每個測量電路包括:變壓器，可操作用以產生接收自信號源的經隔離的信號；第一電路分支，耦合到所述變壓器並且可操作用以將所述信號操縱為功率信號；以及第二電路分支，耦合到所述變壓器並且可操作用以將所述信號操縱為時鐘信號。
[0006]根據本公開的又一方面，提供了一種方法，其包括:在變壓器的初級側接收初始信號；在所述變壓器的次級側提取與所述初始信號成正比的功率信號；以及在所述變壓器的次級側提取與所述初始信號成正比的時鐘信號。
[0007]根據本公開的又一方面，提供了一種用在集成電路中的方法，包括:通過一個變壓器轉換初始信號，所述初始信號具有第一電壓和第一頻率，並且被轉換為具有第二電壓且零頻率的功率信號；以及通過所述變壓器將所述初始信號轉換為具有第三電壓和第二頻率的時鐘信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]本文所公開的主題的實施方式將通過結合附圖參考以下詳細描述而變得更明晰且變得更好被理解。
[0009]圖1為使用兩個不同的隔離變壓器向設備提供功率信號和定時信號的常規系統的框圖。
[0010]圖2為根據本文所公開的主題的一個實施方式的、使用一個隔離變壓器向設備提供功率信號和定時信號的系統的框圖。
[0011]圖3為根據本文所公開的主題的一個實施方式的、每個設備使用一個隔離變壓器向三相電力系統的設備提供功率信號和定時信號的系統的框圖。
【具體實施方式】
[0012]以下討論是為了使本領域技術人員能夠做出和使用本文所公開的主題而提出的。本文所描述的一般原理可以在不背離當前【具體實施方式】的精神與範圍的情況下應用於除以上詳述的實施方式和應用之外的其他實施方式和應用。當前公開內容並非旨在限於示出的實施方式，而是應符合同本文所公開或建議的原理和特徵相一致的儘可能廣的範圍。
[0013]在討論各種實施方式的具體細節之前，介紹主題的一個實施方式的概述。電子電路可能經常使用上文所討論的兩種信號——功率信號和時鐘信號。根據下文所討論的各種實施方式，可以使用單個信號經由單個隔離變壓器向電路提供功率信號和時鐘信號二者。在一個實施方式中，一個集成電路可包括僅一個隔離變壓器，其可操作用以在其次級側產生經隔離的信號，該經隔離的信號與接收自信號源的初始信號成正比。在次級側，兩個分支隨後可以提取功率信號和時鐘信號兩者，用於在被隔離的次級側上的電路中使用。第一分支可耦合到變壓器，並且可操作用以將信號操縱為功率信號，比如5V直流信號。類似地，第二電路分支可操作用以將信號操縱為時鐘信號，比如具有IMHz頻率的5V信號。通過在次級側從同一隔離變壓器提取功率信號和時鐘信號兩者，可以因為僅具有用於單個隔離變壓器的單個繞組而在集成電路設備上節省寶貴的空間。所述實施方式的這些方面和其他方面將在下文中更為詳細地討論。
[0014]圖1為使用兩個不同的隔離變壓器向設備提供功率信號和定時信號的常規系統的框圖。在這個系統100中，時鐘源110 (可在1C、PCB或設備105外部)可以向第一隔離變壓器111的初級側提供初始時鐘信號。隔離變壓器隨後將該信號轉化為次級側信號，該次級側信號用於向IC 105 (在下文中，提到IC 105應理解為表示1C、PCB或者其他部件/設備)提供時鐘信號CLK。第一隔離變壓器111的次級側還耦合到地電位GND。
[0015]類似地，但是單獨地，功率源120 (同樣可能是外部的)可以向第二隔離變壓器121的初級側提供功率信號。第二隔離變壓器隨後在其次級側上轉換功率信號，以向IC 105提供這樣的功率信號Vcc。與之前一樣，第二隔離變壓器121的次級側也可以耦合到地電位GND。
[0016]以這種方式，功率信號Vcc和時鐘信號CLK兩者都是在IC 105外部產生的，但是通過兩個不同的隔離變壓器I1和120以經隔離的方式提供給1C。然而，用兩個不同的隔離變壓器110和120，需要更多的空間用於兩個不同的變壓器的繞組。空間在更小和更高效的設備中可能是極為珍貴的，並且對於不同的兩組變壓器繞組的需求是一種缺點。然而，如關於圖2所述，如果可將時鐘信號「背負(piggy-back) 」於功率信號之上，那麼可只需單個隔離變壓器。
[0017]圖2為根據本文所公開的主題的一個實施方式的、使用一個隔離變壓器向設備提供功率信號和定時信號的電路200的框圖。在這個實施方式中，功率/時鐘源225可以提供具有特定頻率和幅度的信號。合適的頻率可以為IMHz並且合適的電壓幅度可以為12V。由於公共電源可能不同(例如，北美標準是120V與60Hz)，可以根據用於改變信號的頻率和電壓幅度的常規解決方案來獲得這樣的12V、lMHz信號。在這一示例以及在下文中關於圖3的示例中，原始信號可能為具有60Hz的初始頻率和240V的公共電力線電源。在本文中不再進一步詳細地討論這樣的對電壓信號的常規操縱方式。
[0018]功率/時鐘源225向單個隔離變壓器230的初級側提供信號。隔離變壓器230隨後在其次級繞組產生幾乎相同的信號，因為隔離變壓器在每一側上具有相同數量的繞組。初始的12V、IMHz信號通過濾波電容器250，以濾掉任何低端(low-end)瞬變。在這一初始濾波之後，可以用兩種方式之一操縱振蕩(並且現在是經濾波的)信號，以向部件205傳送時鐘信號或者向部件205傳送功率信號。
[0019]在功率信號操縱的情況中，電路包括齊納二極體(zener d1de) 253，其連接於濾波電容器的輸出端與地電位GND之間。齊納二極體253的大小被設定為使得將節點260處的信號的電壓幅度鉗位在5V。電路隨後還包括整流二極體252，其對經鉗位的信號進行整流，以向部件205的Vcc節點提供直流電源電壓。該直流電源電壓由濾波電容器255進行第二次濾波，以移除任何高頻瞬變。因此，經濾波、整流和鉗位的5V功率信號被傳送到Vcc。
[0020]在時鐘信號操縱的情況中，如上所述的齊納二極體253將節點260處的信號鉗位在5V。節點260通過阻抗251耦合到部件205的時鐘輸入端CLK。這一阻抗251的大小可被設定為使得在時鐘信號進入時鐘節點時進一步降低其電壓。另外，沒有任何整流，時鐘信號的頻率將與來自隔離變壓器230的次級繞組的初始功率/時鐘信號的頻率相同。
[0021]這樣的解決方案是有利的，因為可以從經過單個隔離變壓器230的單個信號得到時鐘信號CLK和功率信號Vcc兩者。由於在單個變壓器中的減少的繞組數量，所以僅具有單個隔離變壓器230將減少在設備中或者在IC或PCB上所需的空間。當IC空間極為珍貴時，這樣的繞組空間減少提供明顯的優勢。因此，電路200可以為下文關於圖3所討論的較大系統的一部分。
[0022]圖3為根據本文所公開的主題的一個實施方式的、每個設備使用一個隔離變壓器向三相電力系統的測量設備提供功率信號和時鐘信號的系統300的框圖。這樣的系統300可以在三相配電系統的環境中使用。例如，系統300可包括一組電力線路，其具有四個導體:A相310a、B相310b、C相310c和中性(neutral)導體310η。很多時候，知曉這些導體中的每個導體在任何時間點上的電壓和電流特性可能是有用的。因此，每個導體可以耦合到專用電流傳感器320a_c和專用電壓傳感器321a_c 二者。
[0023]於是在圖3的系統中，A相310a可以稱合到第一電壓傳感器321a和第一電流傳感器320a。類似地，B相310b可以耦合到第二電壓傳感器321b和第二電流傳感器320b，正如C相310c可以耦合到第三電壓傳感器321c和第三電流傳感器320c那樣。本領域技術人員應該明白:這些傳感器中的每個傳感器可以包括用於產成與導體上的電壓和電流成正比的信號的電路，因為直接處理如此大的電壓和電流可能是危險的。因此，這些值被轉換為更加適合在電路302a-c中使用的信號。
[0024]在這一系統300的實施方式中，可以從單個源向幾個設備和/或部件供電，該單個源可以是也可能不是該系統中的相同電路和/或IC的一部分。在此，在圖3的系統300中示出了四個不同的電路。第一電路340可被用於向其他三個電路302a-c中的每個電路提供公共功率/時鐘信號。這三個電路302a-c中的每個電路可以包括圖2中所示的電路200。以這種方式，可以向每個電路302a-c提供單個的功率/時鐘信號，使得每個電路只包括一個隔離變壓器。另外，這些電路302a_c中的每個電路可以耦合到相應的電流傳感器320a_c和相應的電壓傳感器321a_c,以接收來自三相電力系統的實際導體310a_c的測量信號。
[0025]第一電路340可以耦合到用於初始產生功率信號的電壓源。在一個實施方式中，該電源可以是所述電力線路中的電力線路之一；如圖所示，電路340耦合到用於C相310c的電壓傳感器321c。在其他實施方式中，該初始電源可以是電池或者其他合適的電源。電路340於是可以操縱初始功率/[目號，以向其他二個電路302a_c提供合適的功率/時鐘/[目號。另外，第一電路可以包括處理器390，其可操作用以基於從系統中的其他電路回收的數據來執行計算。而另外，計算出的數據可以存儲在存儲器391中。
[0026]因此，功率/時鐘信號初始被提供為具有IMHz頻率的時鐘信號，其將具有相對較低幅度。這個信號由阻抗331調節。所以，使用這個時鐘信號來驅動對通過用於各相應電路302a-c的每個隔離變壓器的初級側的12伏電源電壓進行開關的開關電晶體330，而不是將該時鐘信號直接提供給三個電路302a-c。另外，濾波電容器濾掉低頻瞬變。以這種方式，每個電路都被提供了具有12V電壓和IMHz頻率的功率/時鐘信號。
[0027]這種用於產生功率/時鐘信號的電路340可以是其他配置。可以使用任何能夠產生具有特定電壓幅度和頻率的振蕩信號的電路來產生該功率/時鐘信號。此外，在每個隔離變壓器的次級側上可以使用任何類型的濾波布置來驅動IC電源電壓。再另外，也可以使用任何類型的單獨的濾波來恢復時鐘信號，以供在IC上使用。
[0028]一種產生功率/時鐘信號的特定替代技術，可以是具有來自各電路302a_c的次級側的反饋信號的電路。這樣的反饋信號將會通過相應的隔離變壓器回發，但可在隨後用於調製初始時鐘信號的佔空比。通過維持初始時鐘信號的頻率(例如，脈衝的前緣仍然以IMHz頻率出現)，人們可以調製佔空比，以調製傳送的功率(例如，每個脈衝的長度可以改變)。
[0029]在圖3的系統的環境中，人們可以使用三個電路302a_c來測量每個相310a_c的電流和電壓特性。這些電路302a-c中的每個電路可以包括IC(比如來自圖2中的205)，所述IC可以包括增量調製器(Sigma Delta modulator)，所述增量調製器可以用於感測電源的特定相上的電流和電壓。所以舉例而言，在三相電源的情況中，人們可以使用從這些電路302a-c收集的信息來基於各相的讀數計算整個用電量。如果人們還在此處耦合傳感器(未示出)，那麼還可以從中性導體310η收集額外的信息。
[0030]電路340和302a_c中的每個電路以及傳感器320a_c和321a_c可以裝在單個設備內，比如功率計內。備選地，傳感器320a_c和321a_c可以裝在分立的專用設備中，所述專用設備可以位於靠近導體3 1a-C處，使得只有小的測量信號被發送到容納有系統300的額外電路的分立設備。而另外，在圖3的系統中描述的所有電路可以居於單個IC之上。
[0031]在附圖中示出並且在上文中詳細描述了本文所討論的主題的某些示例說明的實施方式，同時其易於做出改進和替代構造。然而，應當明白，我們並無意將權利要求限制在所公開的特定形式，而正相反，我們的意圖是涵蓋所有屬於權利要求的精髓和範圍內的改進、替代構造以及等效形式。
【權利要求】
1.一種用在集成電路中的方法，包括: 通過一個變壓器轉換初始信號，所述初始信號具有第一電壓和第一頻率，並且被轉換為具有第二電壓且零頻率的功率信號；以及 通過所述變壓器將所述初始信號轉換為具有第三電壓和第二頻率的時鐘信號。
2.根據權利要求1的方法，其中將所述初始信號轉換為功率信號還包括:將具有12V電壓和IMHz頻率的初始信號轉換為具有5V電壓和零頻率的功率信號。
3.根據權利要求1的方法，其中將所述初始信號轉換為時鐘信號還包括:將具有12V電壓和IMHz頻率的初始信號轉換為具有5V電壓和IMHz頻率的時鐘信號。
4.根據權利要求1的方法，還包括對所述功率信號進行濾波，以移除高頻瞬變和低頻瞬變。
【文檔編號】H02M5/10GK104201902SQ201410456756
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2010年12月30日 優先權日:2010年12月30日
【發明者】葛紹獻, 王慎, 張星 申請人:意法半導體研發(深圳)有限公司, 意法半導體(中國)投資有限公司