CN103543774A - 电压分辨率调整***及方法 - Google Patents

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Abstract

一种电压分辨率调整***及方法，供将处理器的输出电压的电压分辨率由第一电压分辨率等级(即低电压分辨率)提升至第二电压分辨率等级(即高电压分辨率)。其中，该***包含处理模块、分压模块及放大单元，该处理模块输出具有低电压分辨率的第一电压，且该分压模块将具有该第一电压分辨率的该第一电压提升至具有第二电压分辨率的第二电压，又该第二电压经由该放大单元放大为第三电压(即上述的该输出电压)，并在该第三电压与该第一电压之间相差一电压差值之后，决定输出控制信号以改变该分压模块的电压分配比例，用以使得该第三电压等于该第一电压，其中该第三电压具有第二电压分辨率。

Description

电压分辨率调整***及方法
技术领域
本发明涉及一种电压分辨率调整***及方法，尤其涉及将处理器的输出电压的电压分辨率等级由低电压分辨率提升至高电压分辨率的***及方法。
背景技术
随着电子产品制作的日渐精密，对该电子产品进行检测的电子设备的精准度亦需要随着提升。以电源供应器为例说明，为便于对该电子产品做精准稳定的测量，该电源供应器输出电压的电压分辨率亦需要为高精密度的输出电压等级，例如该电压分辨率要求低于0.1毫伏特(mV)等级，使得该输出电压可精准至0.1mV。
传统的该电源供应器除非使用价格昂贵的高电压分辨率的电子组件外，大多数的该电源供应器难以达到低于1mV的电压分辨率等级，更难以低于0.1mV的电压分辨率等级。换言之，传统该电源供应器的输出电压的电压分辨率无法满足现有该电子产品检测时所需的高精密电压等级。
举例而言，为了能够符合高电压分辨率的输出电压的需求，电源供应制造商在该电源供应电路设计时间，即采用价格昂贵且具有较多位计数(例如位计数与该电压分辨率相关)的处理器(例如具有16位(16bit)数字模拟转换器芯片)，用以达到0.1mV的电压分辨率。举例而言，Agilent公司所出产型号为B2901A的电源供应器，又，该电源供应器具有0.1mV的电压分辨率。
上述的作法虽然可轻易地达到输出高电压分辨率的输出电压，但若要在生产线布设大量上述具有高电压分辨率的电源供应器时，则需要耗费相当惊人的建置成本，且随着所需高电压分辨率又可能再度提升，则原有高电压分辨率的该电源供应器并无法直接地获得升级。
故如何以较低成本制作高电压分辨率的输出电压或能够轻易地将该输出电压由低电压分辨率提升至高电压分辨率，变成一个很重要的课题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电压分辨率调整***，可将输出电压由低电压分辨率的等级提升至高电压分辨率的等级。
为达上述目的及其它目的，本发明为一种电压分辨率调整***，供将第一电压的第一电压分辨率提升至第二电压分辨率，且该第一电压分辨率与多个第一位的位计数相关，该电压分辨率调整***包含处理模块、分压模块与放大单元。其中，该处理模块供接收这些第一位，并依据这些第一位输出该第一电压与控制信号；该分压模块具有分压输出端与分压输入端，该分压模块通过该分压输入端与该处理模块连接，又，该分压模块在该分压输出端与该分压输入端之间形成电压分配比例，用以将该第一电压分压成为第二电压，且该第二电压具有该第二电压分辨率，又该电压分配比例随着该控制信号的电压值而改变；以及，该放大单元具有放大输出端与放大输入端，且该放大单元通过该放大输入端与该分压模块的输出端连接，以及通过该放大输出端与该处理模块连接，该放大单元在该放大输出端与该放大输入端之间形成电压放大倍率，用以将该第二电压放大成为第三电压。其中，该第三电压与该第一电压之间相差一电压差值时，该处理模块输出具有该电压值的该控制信号以调整该电压分配比例，用以使该第三电压等于该第一电压，又，该第三电压具有该第二电压分辨率。
在另一实施例中，该处理模块与该分压单元分别地具有内部整合电路总线(Inter-Integrated Circuit Bus，I2C)，且该处理模块与该分压单元通过该内部整合电路总线传输该控制信号。
在又一实施例中，该分压模块可为该固定式分压单元与该可调式分压单元，且该固定式分压单元与该可调式分压单元串联地连接。
再者，为达上述目的及其它目的，本发明提出一种电压分辨率调整方法，该方法起始于步骤(a)，产生多个第一位，以产生具有第一电压分辨率的第一电压；接着步骤(b)，形成电压分配比例，以将该第一电压分压成具有第二电压分辨率的第二电压；再接着步骤(c)，放大该第二电压，以形成具有该第二电压分辨率的第三电压；以及接着步骤(d)，在比较该第一电压与该第三电压的电压之后，通过该第一电压与该第三电压之间所形成的电压差值以改变该电压分配比例而使得该第三电压等于该第一电压。
在另一实施例中，该电压分配比例还包含固定式电压分配比例与可调式电压分配比例，该固定式电压分配比例由多个阻抗值之间的比例而产生，又，这些阻抗值决定该第二电压分辨率，以及根据该固定式电压分配比例与该可调式电压分配比例而决定该第一电压与该第二电压的比例。
与现有技术相较，本发明的电压分辨率调整***及方法通过由软件与硬件所组成的***，将具有低电压分辨率的硬件(例如数字模拟转换器芯片)所输出电压，由低电压分辨率的等级提升至高电压分辨率的等级。故本发明利用价格便宜的低电压分辨率的硬件制作成具有高电压分辨率等级的电压输出***，该***除可降低硬件的制作成本外，更可准确地与实时地输出具有高于某一电压分辨率等级(例如0.1毫伏特(mV))的该输出电压。
附图说明
图1为本发明实施例中电压分辨率调整***的电路示意图；以及
图2为本发明实施例中电压分辨率调整方法的流程示意图。
主要部件附图标记：
2     计算机服务端
10    电压分辨率调整***
12    处理模块
122   控制单元
124   第一输入单元
126   第二输入单元
128   第一输出单元
130   第二输出单元
14    分压模块
142   分压输入端
144   分压输出端
16    放大单元
162   放大输入端
164   放大输出端
FB    第一位
SB    第二位
FV    第一电压
CS    控制信号
SV    第二电压
TV    第三电压
AV    电压放大倍率
R1、R2  固定电阻
R3、R4  可变电阻
B0~B11  输入端口
具体实施方式
为充分了解本发明的目的、特征及技术效果，这里通过下述具体的实施例，并结合附图，对本发明做详细说明，说明如下：
请参照图1，为本发明实施例中电压分辨率调整***的电路示意图。在图1中，该电压分辨率调整***10接收来自于计算机服务端2所产生多个第一位FB(first bit)。在本实施例中，以具有12位(bit)的该计算机服务端2为例说明。这些第一位FB自该计算机服务端2传送至输入端口B0~B11。其中，这些第一位FB表示具有第一电压分辨率的第一电压FV(first voltage)。
举例而言，该计算机服务端2(具有12位(bit)的输出)输出的最大电压为3.3伏特，则该计算机服务端2每一个位的输出电压可表示为0.8毫伏特(即3.3伏特除上212))，又，通过本发明的电压分辨率调整***10可将原本具有这些第一位FB(12bits)该第一电压分辨率的输出电压提升至如同例如以多个第二位SB(second bit)(15bits)产生具有第二电压分辨率的输出电压。其中，以上述最大电压3.3伏特为例说明，若以15位的计算机服务端来表示每一位，则每一位表示为0.1毫伏特。换言之，15位中每一位表示的电压分辨率高于12位表示的电压分辨率。
其中，该电压分辨率调整***10包含处理模块12、分压模块14与放大单元16。
在本实施例中，该处理模块12可由控制单元122、第一输入单元124、第二输入单元126、第一输出单元128与第二输出单元130所组成。
其中，该第一输入单元124连接该计算机服务端2。
该控制单元122与该第一输入单元124连接，且该控制单元122将自该第一输入单元124所接收的这些第一位FB转换为该第一电压FV(first voltage)，又，该控制单元122具有多个输入端口B0~B11，用于对应这些第一位FB，例如该控制单元122为数字模拟转换器。在本实施例中，该控制单元122以12个输入端口为例说明。
该第一输出单元128输出具有该第一电压分辨率的该第一电压FV。
举例而言，该计算机服务端2(12位)产生这些第一位FB，且这些第一位FB的位内容为000000000001，而该控制单元122通过该输入端口B0至B11接收位于该第一输入单元124的这些第一位FB，又该控制单元122将这些第一位FB转换成该第一电压FV，并自该第一输出单元128输出该第一电压FV，且该第一电压FV由于是为这些第一位FB转换所产生。故该第一电压FV具有该第一电压分辨率。以本实施例中，这些第一位FB为12位为例，每一这些第一位FB表示0.8毫伏特。因此，当这些第一位FB自000000000000变化至111111111111变化时，该控制单元122相对应输出该第一电压FV，且该第一电压FV的电压值范围由0伏特变化至3.3伏特。
又，该第二输入单元126与该第二输出单元130在后面详细说明。
该分压模块14具有分压输入端142与分压输出端144，且该分压模块14在该分压输出端144与该分压输入端142之间形成电压分配比例。再者，该分压模块14通过该分压输入端142与该处理模块12的该第一输出单元128连接。
又，该分压模块14将该第一电压FV分压成为第二电压SV，且在该分压输出端144输出该第二电压SV。此外，该第二电压SV具有第二电压分辨率。
值得注意的是，该分压模块14的该电压分配比例随着该控制单元122的该第二输出端130所产生的控制信号CS的电压值而改变。
在本实施例中，该分压模块14以固定式分压单元与可调式分压单元为例说明。
该分压模块14通过该固定式分压单元而决定该第一电压FV的该第二电压分辨率。
举例而言，该固定式分压单元以两个固定电阻R1、R2为例说明，而该第一电压FV的该第二电压分辨率可通过该固定电阻R1、R2的电阻值等级而决定，例如当该固定电压R1、R2选用例如数十欧姆等级的电阻值时，则该第二电压分辨率可提升一个电压分辨率等级(即增加的该电压分辨率等级可由一个位表示)，换言之，该第一电压FV自原有的这些第一位FB的位计数额外地增加一个位。
又，该可调式分压单元根据该控制信号CS而改变该分压模块14中该第一电压FV与该第二电压SV的电压分配比例。
举例而言，该可调式分压单元以两个可变电阻R3、R4为例说明，且该可变电阻R3、R4可选用例如数千欧姆等级的电阻值，用以供该分压模块14依照该电压分配比例(即(R2+R4)/(R1+R2+R3+R4))对该第一电压FV进行分压而输出该第二电压SV，其中该第二电压SV与该第一电压FV的数学关系如下所示：
SV=FV*(R2+R4)/(R1+R2+R3+R4)；
该放大单元16具有放大输入端162与放大输出端164，且在该放大输出端164与该放大输入端162之间形成电压放大倍率AV。又，该放大单元16通过该放大输入端162连接该分压模块14的该分压输出端144，以及该放大输出端164与该处理模块12的第二输入单元126连接。
该放大单元16接收该第二电压SV并以该电压放大倍率AV将该第二电压SV放大为第三电压TV(third voltage)。其中，该第三电压TV与该第二电压SV的数学关系如下所示：
TV=SV*AV；
此外，该第三电压TV自该放大输出端164输出至该处理模块12的该第二输入端126，又，该处理模块12通过例如内建的算法判断该第三电压TV与该第一电压FV的电压值是否相等或相差一电压差值。举例而言，若该第三电压TV不等于该第一电压FV的电压值时，则该处理模块12通过该控制单元128产生调整该可调式分压单元R3、R4的该控制信号CS，又，该控制信号CS调整该可调式分压单元R3、R4的电阻值，用以改变该第二电压SV，并使得该第三电压TV随着该第二电压SV而改变，最终使得该第三电压TV与该第一电压FV的电压值相同。
上述实施例中，各数值均可依所需的电压分辨率进行调整。通过上述的***可将低电压分辨率的该第一电压分辨率(与这些第一位FB相关)输出的输出电压提升至高电压分辨率的第二电压分辨率(与这些第二位SB相关)。其中，这些第一位FB的位计数少于这些第二位SB的位计数。
在又一实施例中，该处理模块12与该分压单元14可分别地具有内部整合电路总线，该处理模块12与该分压单元14可通过该内部整合电路总线传输该控制信号CS。
简言之，在本实施例中使用者可先在该计算机服务器2指定一电压，并对该电压进行编码，用以提供该处理模块12根据该第一位FB提供具有第一电压分辨率的该第一电压FV。假若该电压的最大值为3.3伏特且该计算机服务器2采用12位时，则该电压值(例如3.3V)可区分为4096阶(即以2为基底且具有12的幂次方)，使得每一阶可表示为0.8毫伏特。
此外，为能确保该处理模块12输出精确具有第一电压分辨率的该第一输出电压FV，该计算机服务器2预先地进行校正，而校正的方法自该计算机服务器2输出这些第一位FB并又自该处理模块12取得该第一电压FV，并在该计算机服务器2执行最小平方法及直线方程式等校正演算，用以取得校正参数，用以确保该处理模块12的该控制单元122能输出精确的该第一电压FV。
接着请参照图2，为本发明实施例电压分辨率调整方法的流程示意图。在图2中，该电压分辨率调整方法起始于步骤S21，产生多个第一位，以具有第一电压分辨率的第一电压。
接着步骤S22，形成电压分配比例，以将该第一电压分压成具有第二电压分辨率的第二电压。其中，该电压分配比例还包含固定式电压分配比例与可调式电压分配比例，该固定式电压分配比例由多个阻抗值之间的比例而产生，又，这些阻抗值决定该第二电压分辨率，以及根据该固定式电压分配比例与该可调式电压分配比例而决定该第一电压与该第二电压的比例。
又，接着步骤S23，放大该第二电压，以形成具有该第二电压分辨率的第三电压。
再接着步骤S24，在比较该第一电压与该第三电压之间的电压之后，通过形成的电压差值以改变该电压分配比例而使得该第三电压等于该第一电压。
故本发明的电压分辨率调整***及方法通过由软件与硬件所组成的***，将具有低电压分辨率的硬件(例如数字模拟转换器芯片)所输出电压，由低电压分辨率的等级提升高电压分辨率的等级。故本发明利用价格便宜的低电压分辨率的硬件制作成具有高电压分辨率等级的电压输出***，该***除可降低硬件的制作成本外，更可准确地与实时地输出具有高于某一电压分辨率等级(例如0.1毫伏特(mV))的该输出电压。
本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然而本领域技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与该实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以权利要求书所限定的内容为准。

Claims (9)

1.一种电压分辨率调整***，其特征在于，供将第一电压的第一电压分辨率提升至第二电压分辨率，且该第一电压分辨率与多个第一位的位计数相关，该电压分辨率调整***包含：
处理模块，供接收这些第一位，并依据这些第一位输出该第一电压与控制信号；
分压模块，具有分压输入端与分压输出端，该分压模块通过该分压输入端与该处理模块连接，且该分压模块在该分压输出端与该分压输入端之间形成电压分配比例，用以将该第一电压分压成为第二电压，且该第二电压具有第二电压分辨率，又该电压分配比例随着该控制信号的电压值而改变；以及
放大单元，具有放大输入端与放大输出端，该放大单元通过该放大输入端与该分压模块的输出端连接，且该放大单元通过该放大输出端与该处理模块连接，该放大单元在该放大输出端与该放大输入端之间形成电压放大倍率，用以将该第二电压放大成为第三电压；
其中该第三电压与该第一电压之间相差一电压差值时，该处理模块输出具有该电压值的该控制信号以调整该电压分配比例，用以使该第三电压等于该第一电压，又，该第三电压具有该第二电压分辨率。
2.如权利要求1所述的电压分辨率调整***，其特征在于，该处理模块包含控制单元、第一输入单元、第二输入单元、第一输出单元与第二输出单元，该控制单元连接该第一输入单元、该第二输入单元、该第一输出单元与该第二输出单元，该第一输入单元接收这些第一位，并通过该控制单元将这些第一位转换成该第一电压，且该第一输出单元输出该第一电压，又该第二输入单元接收该第三电压，且该控制单元根据该第一电压与该第三电压之间相差的该电压差值，而自该第二输出单元输出该控制信号。
3.如权利要求1所述的电压分辨率调整***，其特征在于，该分压模块包含固定式分压单元与可调式分压单元。
4.如权利要求3所述的电压分辨率调整***，其特征在于，该固定式分压单元与该可调式分压单元串联地连接。
5.如权利要求4所述的电压分辨率调整***，其特征在于，该固定式分压单元为固定电阻，以及该可调式分压单元为可变电阻。
6.如权利要求1所述的电压分辨率调整***，其特征在于，该第二电压分辨率与多个第二位的位计数相关，且这些第二位的位计数多于这些第一位的位计数。
7.如权利要求1所述的电压分辨率调整***，其特征在于，该处理模块与该分压模块分别地具有内部整合电路总线，且该处理模块与该分压模块通过该内部整合电路总线传输该控制信号。
8.一种电压分辨率调整方法，其特征在于，包含：
(a)产生多个第一位，以产生具有第一电压分辨率的第一电压；
(b)形成电压分配比例，以将该第一电压分压成具有第二电压分辨率的第二电压；
(c)放大该第二电压，以形成具有该第二电压分辨率的第三电压；以及
(d)在比较该第一电压与该第三电压的电压之后，通过该第一电压与该第三电压之间所形成的电压差值以改变该电压分配比例而使得该第三电压等于该第一电压。
9.如权利要求8所述的电压分辨率调整方法，其特征在于，该电压分配比例还包含固定式电压分配比例与可调式电压分配比例，该固定式电压分配比例由多个阻抗值之间的比例而产生，又，这些阻抗值决定该第二电压分辨率，以及根据该固定式电压分配比例与该可调式电压分配比例而决定该第一电压与该第二电压的比例。
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