CN101408571A - 插接检测电路 - Google Patents

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Abstract

一种插接检测电路，其包含一转换电路及一模拟/数字转换器，该转换电路将一开关电路的模拟输入信号线性化后，由该模拟/数字转换器转换为一数字输出信号，藉以降低信号识别的复杂度。

Description

插接检测电路
技术领域
本发明涉及一种检测电路，特别是涉及一种插接检测电路。
背景技术
目前大多数的电子产品，例如个人计算机或多媒体影音产品，提供至少两个以上的插口(jack)以做为模拟信号的传输接口，当一使用者将一模拟信号输出装置***该插口时，一信息单元〔例如：中央处理单元〕便会依据该模拟信号输出装置的插接状态或所输出的模拟信号来辨别该模拟信号输出装置或该模拟信号；一种常用的模拟信号输出装置为一键盘模块，当使用者按下该键盘模块上的任何一个按键时，该键盘模块便会送出一模拟信号以供一信息单元辨别所按下的按键。现用辨别该模拟输入信号的原理为根据该模拟信号来控制一开关电路90的开关组态(图1)，藉以改变该开关电路90的等效电阻，进而产生一电压信号Vin1，该电压信号Vin1再经由一模拟/数字转换器80转换为一数字信号后由一输出总线N输出，以供一信息单元(未示出)依据该数字信号进行相对应的操作。
图1所示为一种已知的开关组态，其包含一开关电路90串接一模拟/数字转换器80，该模拟/数字转换器80的输入电压为Vin1。该开关电路90包含四个开关SW4、SW3、SW2及SW1，所述开关的导通状态由一模拟信号输出装置的插接状态或所输出的模拟信号来决定。另外，开关电路90的四个开关SW4、SW3、SW2及SW1的导通优先级为SW4＞SW3＞SW2＞SW1，当该开关SW4导通时，Vin1＝0伏特；该开关SW3导通时，Vin1＝VCC*R4/(R5+R4)伏特；该开关SW2导通时，Vin1＝VCC*(R4+R3)/(R5+R4+R3)伏特；该开关SW1导通时，Vin1＝VCC*(R4+R3+R2)/(R5+R4+R3+R2)伏特；当SW4、SW3、SW2及SW1四个开关均不导通时，Vin1＝VCC*(R4+R3+R2+R1)/(R5+R4+R3+R2+R1)伏特。一般而言，在不同的开关导通状态下，输入电压Vin1并非呈线性的变化，因此该模拟/数字转换器80的比较电压间距必须是非线性或是选择采用更高位数的模拟/数字转换器。
图2所示为另一种已知的开关组态，其由一开关电路91串接一模拟/数字转换器80所构成，该开关电路91的开关SW4、SW3、SW2及SW1不具有导通优先级，是依模拟信号输出装置的插接状态或所输出的模拟信号而为导通或不导通，通常在不同的开关导通状态下，该模拟/数字转换器80的输入电压Vin2也呈非线性的变化，所以该模拟/数字转换器80的比较电压间距也必须是非线性或是选择采用更高位数的模拟/数字转换器，如此会增加信号识别时的复杂度。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种插接检测电路，以解决上述问题。
本发明目的之一在提供一种插接检测电路，以使模拟/数字转换器的输入信号具有线性特性。
为达到上述目的，本发明的插接检测电路用来检测一模拟装置的插接状态及其输出的模拟信号，以产生一数字信号，该插接检测电路包含一开关电路、一转换电路及一模拟/数字转换器。该开关电路用来依据该模拟装置的插接状态及其输出的模拟信号产生一等效阻抗。该转换电路耦接该开关电路，用来依据一第一参考电压及该等效阻抗产生一参考电流。该模拟/数字转换器(analog-to-digital converter)耦接该转换电路，用来依据该参考电流产生该数字信号。
附图说明
图1示出了习用的插接检测电路的电路图。
图2示出了另一习用的插接检测电路的电路图。
图3示出了本发明第一实施例的插接检测电路的方块图。
图4示出了本发明第一实施例的插接检测电路的电路图。
图5示出了本发明第二实施例的插接检测电路的电路图。
图6示出了本发明第三实施例的插接检测电路的电路图。
附图符号说明
10转换电路               11第一参考电压产生电路
111运算放大器            112第一晶体管
12第一电流镜电路        121第二晶体管
122第三晶体管           20模拟/数字转换器
30转换电路              31参考电压产生电路
311运算放大器           32电流镜电路
321晶体管               40比较电流电路
41第二参考电压产生电路  411运算放大器
412晶体管               42第二电流镜电路
50模拟/数字转换器       80模拟/数字转换器
90开关电路              91开关电路
SW1-SW4开关组件         R1-R5电阻器
N输出总线
具体实施方式
为了使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文特举本发明实施例，并结合附图详细说明如下。
请参考图3，其揭示本发明第一实施例的插接检测电路的方块图，该插接检测电路用来检测一模拟装置的插接状态及其输出的模拟信号，以产生一数字信号，其包含一开关电路91、一转换电路10及一模拟/数字转换器20。该转换电路10将该开关电路91输入的一第一信号转换为一第二信号，其中该第一及第二信号的一实施例为模拟电流信号。该模拟/数字转换器20将该第二信号转换为一数字输出信号。
请参考图4所示，其为本发明第一实施例的插接检测电路的电路图，其包含该开关电路91、转换电路10、模拟/数字转换器20以及一电阻器R5，该电阻器R5具有一第一端及一第二端，该第一端连接于转换电路10的第二信号输出端，该第二端则接至一参考电压，本实施例中，该参考电压为接地电压。在本实施例中该开关电路91的电阻单元由四个开关组件SW1、SW2、SW3、SW4及四个阻抗组件，例如电阻器R1、R2、R3、R4所组成，所述SW1、SW2、SW3及SW4可受一模拟信号输出装置的控制而导通或不导通，例如当该模拟信号输出装置为一键盘时，其上的每一个按键会对应一个开关，当使用者按下某一按键时，其相对应的开关即会导通，又例如当该模拟信号输出装置插接图3所示的插接检测电路时，可直接利用插接的外力使相对应的开关导通。本实施例中，该R1＝R欧姆、R2＝2R欧姆、R3＝4R欧姆及R4＝8R欧姆。另外，可以了解的是在实际运用上，该开关电路91依不同的设计需求可具有四个以上的多个电阻单元。
请再参考图4所示，本发明第一实施例的转换电路10包含一第一参考电压产生电路11及一第一电流镜电路12。该第一参考电压产生电路11具有一运算放大器111及一第一晶体管112，该运算放大器111的正输入端接收一第一参考电压Vref、负输入端连接于该第一晶体管112的源级(source)并耦接至该开关电路91、输出端连接于该第一晶体管112的栅级(gate)。若该运算放大器111为一理想放大器，则负输入端电压Vref’等于正输入端的第一参考电压Vref，因此依据电压Vref’的值以及该开关电路91的等效电阻值，即可产生相对应的电流Iin3，上述相对应关系则如表一所示。
表1
SW1 SW2 SW3 SW4 Iin3 Vin3   数字输出信号
  Off   off   off   off 0  0   0000
  Off   off   off   on Vref/8R  aIin3*R5＝X   0001
  Off   off   on   off Vref/4R  aIin3*R5＝2X   0010
  Off   off   on   on (Vref/8R+Vref/4R)  aIin3*R5＝3X   0011
  Off   on   off   off Vref/2R  aIin3*R5＝4X   0100
  Off   on   off   on (Vref/8R+Vref/2R)  aIin3*R5＝5X   0101
  Off   on   on   off (Vref/4R+Vref/2R)  aIin3*R5＝6X   0110
  Off   on   on   on (Vref/8R+Vref/4R+Vref/2R) aIin3*R5＝7X  0111
  On   off   off   off Vref/R  aIin3*R5＝8X   1000
  On   off   off   on (Vref/8R+Vref/R)  aIin3*R5＝9X   1001
  On   off   on   off (Vref/4R+Vref/R)  aIin3*R5＝10X   1010
  On   off   on   on (Vref/8R+Vref/4R+Vref/R) aIin3*R5＝11X  1011
  On   on   off   off (Vref/2R+Vref/R)  aIin3*R5＝12X   1100
  On   on   off   on (Vref/8R+Vref/2R+Vref/R) aIin3*R5＝13X  1101
  On   on   on   off (Vref/4R+Vref/2R+Vref/R) aIin3*R5＝14X  1110
  On   on   on   on (Vref/8R+Vref/4R+Vref/2R+Vref/R) aIin3*R5＝15X 1111
其中X＝(aVref*R5)/8R
该第一电流镜电路12，其包含一第二晶体管121及一第三晶体管122，若该两晶体管121、122的外观比相同，则会形成一与电流Iin3成比例的电流aIin3，由于电流镜电路12的实施及运作是本领域技术人员所已知的，故在此不予赘述。
请再参考图4所示，本发明第一实施例的模拟/数字转换器20，其输入端耦接于该第一电流镜电路12与电阻器R5的第一端间，该模拟/数字转换器20为一电压模式的模拟/数字转换器，其输入电压Vin3的值等于电流aIin3乘上该电阻器R5的值，亦即输入电压Vin3＝R5*aIin3，如表1所示，且所述输入电压具有一线性关系。输入电压Vin3经由该模拟/数字转换器20转换后，由该输出总线N输出一相对应的数字输出信号。该开关电路91的开关组件的导通状态与该模拟/数字转换器20的输入电压Vin3以及数字输出信号的关系如表1所示。在本实施例中，由于该开关电路91具有四个开关组件，因此其输出信号为一四位的数字信号。
请参考图5，其揭示本发明第二实施例的插接检测电路，其同样包含该开关电路91、模拟/数字转换器20及电阻器R5，并包含一转换电路30，该转换电路30同样具有一参考电压产生电路31及一电流镜电路32，其与本发明第一实施例的该转换电路10的差别在于该转换电路30的晶体管为P型晶体管；而该转换电路10的晶体管为N型晶体管。该运算放大器311的负输入端接收该第一参考电压Vref；正输入端连接于该晶体管321的源级并耦接至该开关电路91；输出端则连接于该晶体管321的栅极。如此，该转换电路30同样能将一第一信号Iin4转换为一第二信号aIin4，且该第二信号aIin4会随该开关电路91的开关导通状态而呈线性的变化，因此该模拟/数字转换器20的输入电压Vin4＝R5*aIin4，同样具有线性的比较电压间距。
请参考图6所示，其揭示本发明第三实施例的插接检测电路，其同样包含该转换电路10、电阻器R5以及开关电路91，其差别在于还包含一比较电流电路40以及一模拟/数字转换器50。该转换电路10同样将一第一信号Iin5转换为一第二信号aIin5。该比较电流电路40包含一第二参考电压产生电路41及一第二电流镜电路42，该第二参考电压产生电路41具有一运算放大器411及一晶体管412，该运算放大器411的正输入端接收一第二参考电压Vref”(本实施例中，该第二参考电压Vref”等于该第一参考电压Vref)；输出端连接于该晶体管412的栅级；负输入端连接于该晶体管412的源级且连接至该电阻器R5的第一端，该电阻器R5的第二端则连接至一参考电压，例如接地，如此形成一参考电流Iref＝Vref”/R5流过该晶体管412。在本实施例中，该第二电流镜电路42将该参考电流Iref映射为一比较电流Ic，其与该转换电路10的第二信号aIin5一起输入至该模拟/数字转换器50相比较，最后输出一数字输出信号至该输出总线N。因此，该模拟/数字转换器50为一电流模式的模拟/数字转换器，其用以比较该转换电路10所输出的第二信号aIin5及该比较电流电路40所输出的比较电流Ic，且该第二信号aIin5会随该开关电路91的开关导通状态而呈线性的变化。
另外，图4、图5及图6的实施例也可加以变化实施，例如将所述图中的Vcc电压与接地电压相对换，然此并非对本发明的限制。
综上所述，本发明的特征在于使模拟/数字转换器的输入信号具有线性特性，因此虽然本发明以前述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围应以本发明的权利要求为准。

Claims (13)

1.一种插接检测电路，用来检测一模拟装置的插接状态或该模拟装置所输出的模拟信号，以产生一数字信号，该插接检测电路包含：
一开关电路，用来依据该模拟装置的插接状态或该模拟装置所输出的模拟信号产生一等效阻抗；
一转换电路，耦接该开关电路，用来依据一第一参考电压及该等效阻抗产生一参考电流；以及
一模拟/数字转换器，耦接该转换电路，用来依据该参考电流产生该数字信号。
2.如权利要求1所述的插接检测电路，其中该等效阻抗随该模拟装置的插接状态的变化或该模拟装置所输出的模拟信号的变化而改变。
3.如权利要求2所述的插接检测电路，其中该开关电路包含多个导通路径，每个该导通路径包含一开关及一阻抗组件，该开关的开关状态由该模拟装置的插接状态或该模拟装置所输出的模拟信号而决定。
4.如权利要求3所述的插接检测电路，其中所述导通路径并联。
5.如权利要求2所述的插接检测电路，其进一步包含：
一参考阻抗，耦接该转换电路及该模拟/数字转换器，用来依据该参考电流产生一电压信号；
其中该模拟/数字转换器将该电压信号转换为该数字信号。
6.如权利要求5所述的插接检测电路，其中该电压信号的变化相对于该等效阻抗的变化具有线性特性。
7.如权利要求2所述的插接检测电路，其中该转换电路包含：
一第一参考电压产生电路，耦接该开关电路，用来产生该第一参考电压，并相对应地依据该等效阻抗及该第一参考电压而产生一初始参考电流；以及
一电流镜，耦接该第一参考电压产生电路及该模拟/数字转换器，用来依据该初始参考电流以提供该参考电流。
8.如权利要求7所述的插接检测电路，其中该第一参考电压产生电路包含：
一第一放大器，具有一正输入端、一负输入端及一输出端，该正输入端耦接一输入电压，该负输入端耦接该开关电路；以及
一第一晶体管，耦接该输出端、该负输入端、该开关电路以及该电流镜。
9.如权利要求2所述的插接检测电路，其进一步包含：
一比较电流产生电路，用来依据一第二参考电压及一参考阻抗来产生一比较电流；
其中该模拟/数字转换器依据该比较电流及该参考电流以产生该数字信号。
10.如权利要求9所述的插接检测电路，其中该模拟/数字转换器比较该比较电路及该参考电流以产生该数字信号。
11.如权利要求9所述的插接检测电路，其中该比较电流产生电路包含：
一第二参考电压产生电路，耦接该参考阻抗，用来产生该第二参考电压，并相对应地依据该参考阻抗及该第二参考电压而产生一初始比较电流；以及
一电流镜，耦接该第二参考电压产生电路及该模拟/数字转换器，用来依据该初始比较电流以提供该比较电流。
12.如权利要求11所述的插接检测电路，其中该第二参考电压产生电路包含：
一第二放大器，具有一正输入端、一负输入端及一输出端，该正输入端耦接一输入电压，该负输入端耦接该参考阻抗；以及
一第二晶体管，耦接该输出端、该负输入端、该参考阻抗以及该电流镜。
13.如权利要求1所述的插接检测电路，其中该参考电流的变化相对于该等效阻抗的变化具有线性特性。
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