專利名稱：含有開關(guān)電路以在部分掉電時可確保正常工作的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及當控制系統(tǒng)的一部分失去工作電源時，能保持正常邏輯電平的電路裝置。
數(shù)字控制系統(tǒng)被廣泛地用于諸如用戶產(chǎn)品的現(xiàn)代電子設備中。多數(shù)情況下，軟件控制的微處理器是地道的這類數(shù)字控制系統(tǒng)并通過公用數(shù)據(jù)總線控制設備的各個部分。外部設備控制單元可被耦合在數(shù)據(jù)總線和受控部分之間并受控于微處理器隨之再控制該控制單元。外部設備控制單元可用作微處理器的邏輯電路與諸如開關(guān)的控制單元的模擬電路之間的緩存器。此外，微處理器有有限個輸入和輸出(所謂I/O)端子。具有多個I/O端子的外部設備控制單元可被用于增加受控單元的數(shù)目，該受控單元可受控于微處理器并且有時被稱作“I/O擴展器”。
大多數(shù)電子設備中，控制系統(tǒng)被耦合到“待機”電源上，該電源甚至在當設備被“關(guān)斷”時仍繼續(xù)提供工作電源。這使得設備處于“關(guān)斷”時，狀態(tài)信息仍然保持著，并且在諸如電視接收機的用戶設備中，它可用搖控命令來調(diào)諧接收機使其“導通”，以進行接收和處理。盡管控制系統(tǒng)需要提供待機工作電源，但是它并不總是需要或可能為整個控制系統(tǒng)提供待機工作電源。例如，當采用多個外部設備控制單元時，待機電源的負載可能過重。由于這個原因或由于設備的特定結(jié)構(gòu)，可使一個或多個外部設備控制單元從電源上接受工作電源，該電源有時稱作“驅(qū)動電源”，當設備“關(guān)斷”時該電源也“關(guān)斷”。
在某些設備中，受控單元甚至當設備被“關(guān)斷”時仍不斷地提供工作電源。例如，在音頻系統(tǒng)中，音頻功率放大器可不斷地接受工作電源而無需高功率開關(guān)。在這種電路結(jié)構(gòu)中，當接收機“關(guān)斷”時，它需要對功率放大器靜音，以避免產(chǎn)生可聽到的噪聲。當設備關(guān)斷時，關(guān)斷控制這種受控單元的外部設備控制單元的電源，會使受控單元工作不正常(例如，不能“靜音”)。這個問題可參考

圖1更全面地理解。
如圖1所示，外部設備控制單元集成電路100經(jīng)數(shù)據(jù)總線300從微處理器集成電路200上接收控制數(shù)據(jù)，且隨之對受控單元400產(chǎn)生一控制信號。外部設備控制單元100可包括一個I/O總線擴展器。數(shù)據(jù)總線300例如可以是已知的兩線I2C型總線，它包括數(shù)據(jù)線和時鐘線，這種總線已在1983年于荷蘭由Philips Export B.V.出版的《菲利浦技術(shù)出版物110-I2C總線在用戶中的應用》一文中加以詳細描述了。由外部設備控制單元200產(chǎn)生的控制信號被耦合到與具有特定功能的受控單元400相聯(lián)的開關(guān)電路500上。例如，受控單元400可包括一電視接收機的音頻功率放大器，而開關(guān)500可與具有音頻靜音功能的音頻功率放大器相聯(lián)。盡管可能還有若干其它外部控制單元與各自的控制單元相聯(lián)，為簡化起見，這些其它的單元不再示出。
外部設備控制單元集成電路100包括一數(shù)據(jù)解碼和存貯寄存器部分101，而輸出級103包括一場效應晶體管(FET)Q1。由解碼器部分101產(chǎn)生并隨之存貯的控制信號根據(jù)微處理器200提供的數(shù)據(jù)被耦合到FET Q1的柵極上。FET Q1的漏極被耦合在外部設備控制單元集成電路(IC)100的輸出端子上和內(nèi)部電流源105上。FET Q1的源極耦合到地。第一保護二極管D1耦合在輸出端和正電壓電源軌端上，且第二保護二極管耦合在輸出端和地軌端上。二極管D1通過將漏極產(chǎn)生的電壓限制到正電源電壓加二極管電壓降的程度而保護FETQ1免遭耦合到輸出端上的正向瞬態(tài)沖擊。二極管D2通過將漏極產(chǎn)生的電壓限制到地電位減去二極管壓降的程度，而保護FETQ1免遭負向沖擊。
包括由電阻R1、R2和R3的構(gòu)成的分壓器的開關(guān)500串聯(lián)地聯(lián)接在電源軌端和地電位及NPN晶體管Q2上。在外部設備控制單元IC 100的輸出端子上產(chǎn)生的控制信號被耦合到電阻R1和R2的聯(lián)接點上，且電阻R2和R3的聯(lián)接點耦合在晶體管Q2的基極上。晶體管Q2的集電極聯(lián)接到控制相關(guān)功能的受控單元400內(nèi)的負載電路上(其輸入阻抗由負載電阻R4代表)。晶體管Q2的發(fā)射極接地。
微處理器200被耦合到待機電源上(未示出)，該待機電源甚至在當包括圖1所示電路結(jié)構(gòu)的設備“關(guān)斷”時，仍不斷地提供正待機工作電壓(待機)。外部設備控制單元100被耦合到當設備接通時它提供正工作電壓(RUN1)、當設備關(guān)斷時設備也關(guān)斷的由開關(guān)SW表示的工作電源(未示出)上。這一性能減少了待機電源的功耗。還排除了將待機電源接通到整個設備的各個點上，當各種外部設備控制單元靠近各受控單元定位并遠離微處理器200時特別具有優(yōu)越性。此外，它還排除了對待機電源的需求，這種待機電源提供了僅由外部設備控制單元100所需的特定電源電壓。電阻R5代表包括其它外部設備單元的各種其它電阻，該電阻接收RUN1工作電壓。負載電阻R5將被引入到對由本發(fā)明解決的問題的描述之中。受控單元400和開關(guān)500被耦合到甚至當設備被關(guān)斷后仍不斷提供另一工作電壓(RUN2)的另一驅(qū)動電源(未示出)上。后一性能排除了對較昂貴的電源開關(guān)的需求。
受控單元400的功能是受當FET晶體管Q1非導通(截止)且PNP晶體管Q2導通(飽和)而啟動的晶體管Q2所控制的。當FET晶體管Q1導通(飽和)NPN晶體管Q2非導通(截止)而受抑制的。在以受控單元包括電視接收機的音頻功率放大器且開關(guān)500控制音頻功率放大器的靜音功能為例子時，當FET晶體管Q1非導通，且NPN晶體管Q2導通時，音頻功率放大器受到靜音控制。例如，NPN晶體管Q2的導通可使電流源從工作中中斷，由此關(guān)斷功率放大器。當接收機關(guān)斷時，需要使功率放大器關(guān)斷以使由電子噪聲引起的不期望的可聽到的響應靜音，并且由于受控單元400耦合到驅(qū)動電源上也減少接收機的功率消耗，這種驅(qū)動電源甚至在當接收機關(guān)斷后仍不斷提供工作電壓(RUN2)。這種電路裝置在由R.E.Morris，Jr于1990年4月25日提交并于1990年12月10日授權(quán)的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利511，295，《用于對待機方式下的音頻功率放大器靜音的裝置》中加以描述了。為了對功率放大器靜音，當接收機關(guān)斷時，晶體管Q2應導通。但是，保護二極管D1卻以如下方式阻礙了這種應出現(xiàn)的狀態(tài)。
當接收機關(guān)斷后，微處理器200發(fā)送控制數(shù)據(jù)以使外部設備控制單元100的場效應晶體管Q1在使包括加有RUN1電源電壓的接收機的受切換的電源將被關(guān)斷前，立即變成非導通。當接收機關(guān)斷，使FET晶體管Q1變成非導通時，NPN晶體管Q2被認為導通并隨后仍認為保持導通。如果在接收機關(guān)斷后仍保持電源電壓RUN1，將使外部設備控制單元100的輸出端保持高阻抗。然而，即使晶體管Q1在RUN1電源電壓失去后在外部設備控制單元100的輸出端上呈現(xiàn)高阻抗，但仍可以如下方式在輸出端子上表現(xiàn)出一較低阻抗的電流通路。當RUN1電源電壓從外部設備控制單元100上斷開后，其陰極經(jīng)RUN1電源的各種負載(R5)耦合到地、其陽極經(jīng)電阻R1耦合到RUN2電源電壓上的保護二極管D1，依RUN2電源電壓而正向偏置。其結(jié)果，在外部設備控制單元100的輸出端子與地之間建立起一個穿過導通的保護二極管D1和負載電阻R5的電流通路。這一電流通路使NPN晶體管的基極電壓保持很低，使它不能如所需那樣變成導通。電流通路的阻抗取決于由電阻R5所代表的負載的本身，并且不易預測和控制。因此，選擇電阻R1、R2和R3的值以均衡這種不希望的電流通路的存在是困難的。
本發(fā)明的一個方面涉及當工作電壓從控制單元上斷開后由控制單元的保護二極管引起的問題。本發(fā)明的另一方面涉及耦合在控制單元和受控單元之間的附加的開關(guān)電路，它用于當工作電壓從外部設備控制單元上斷開時有選擇地將保護二極管從受控單元上斷開，以解決該問題。本發(fā)明的再一個方面涉及這樣一種開關(guān)電路的電路結(jié)構(gòu)，當加上工作電壓時，可根據(jù)控制單元的工作電壓進行正?？刂疲耶敼ぷ麟妷簲嚅_后，將控制單元從受控單元上斷開。
本發(fā)明的各個特征將參考附圖加以描述圖1為有利于理解本發(fā)明所解決的問題的前述控制系統(tǒng)的示意圖;
圖2為含有優(yōu)選實施例開關(guān)電路的控制單元的示意圖，它是根據(jù)本發(fā)明的一個方面構(gòu)成的，并解決了圖1所示控制系統(tǒng)中存在的問題。
在圖2中，與圖1中控制系統(tǒng)相同或相似的元件標以相同的標號。
圖2所示控制系統(tǒng)除了插在外部設備控制單元100和與受控單元400相聯(lián)的開關(guān)電路500之間包括構(gòu)造成非反向緩存器NPN晶體管Q3的附加開關(guān)電路外，與圖1所示電路相同。晶體管Q3的發(fā)射極耦合在外部設備控制單元100的輸出端，晶體管Q3的集電極耦合到開關(guān)電路500的電阻R1和R2的聯(lián)接點上。當RUN1電源存在時，經(jīng)限流電阻R6被耦合到晶體管Q3的基極。由于下述原因，任選的電阻R7可耦合在晶體管Q3的基極和地之間。
當設備接通而RUN1電源電壓存在時，如果FET Q1根據(jù)微處理器200產(chǎn)生的數(shù)據(jù)而導通(飽和)后，NPN晶體管Q3的發(fā)射極經(jīng)導通的FET Q1拉到地電位。結(jié)果，晶體管Q3的基極發(fā)射極結(jié)被正向偏置，且晶體管Q3由于RUN1電源電壓被耦合到其基極上而導通(飽和)。隨后，晶體管Q2變成非導通(截止)，受控單元400的相關(guān)功能(靜音)被中斷。如果FET Q1變?yōu)榉菍?，則NPN晶體管Q3的發(fā)射極經(jīng)電流源101拉到RUN1電源電壓上。結(jié)果使晶體管的基極發(fā)射極結(jié)反偏且晶體管Q3變?yōu)榉菍?截止)。隨后，晶體管Q2變?yōu)榉菍?截止)且受控單元400的相關(guān)功能被激活。這樣，附加的開關(guān)晶體管Q3并不干擾正?？刂乒ぷ鳌?br> 當設備關(guān)斷而RUN1電源電壓不存在時，晶體管Q3的基極電壓為地電位，且晶體管Q3為非導通(截止)。結(jié)果，保護二極管D1從開關(guān)電路500上斷開，且晶體管Q2的基極電壓為設想的并在電阻R1和R2的聯(lián)接點上產(chǎn)生的正電壓，于是，晶體管Q2為導通(飽和)，且如所希望的，受控單元400的相關(guān)功能(靜音)被激活。
隨RUN1電源電壓下降時，不產(chǎn)生不希望的瞬態(tài)現(xiàn)象。如參照包括音頻功率放大器的受控單元的實例所描述的，當接收機關(guān)斷時，需使靜音功能激活，以確保不產(chǎn)生可聽到的噪聲響應。為此目的，微處理器200向外部設備控制單元100發(fā)送數(shù)據(jù)以在被切換的包括RUN1電源的電源被關(guān)斷前，迅速地使FET晶體管Q1變?yōu)榉菍?截止)且NPN晶體管Q2變?yōu)閷?飽和)。由于電源濾波電容器(未示出)，使RUN1電源電壓不是迅速下降而是逐漸地下降的。當RUN1電源下降時，由于晶體管Q3的基極電壓隨RUN1電源電壓而變，使晶體管Q3保持非導通。
任意選擇的電阻R7引入電路以為開關(guān)晶體管Q3相對于RUN1電源電壓建立一個截止閾值，以禁止由RUN1電源電壓下降外部設備控制單元集成電路100不穩(wěn)定的工作引發(fā)的瞬變。例如，假定當RUN1電源電壓降到2伏時，由于FET Q1從所需的非導通狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，使外部設備控制單元集成電路出現(xiàn)誤操作。在這種情況下，電阻R6與R7的比例可加以選擇以提供足夠的基極電壓，例如0.4V，以當由RUN1電源電壓在2V電平時引起FET晶體管Q1誤動作時，使晶體管Q3變?yōu)閷ā?br> 權(quán)利要求
1.在可“接通”和“關(guān)斷”的電子設備中，所具備的裝置包括受控單元(400)，該受控單元甚至在當所述設備“關(guān)斷”時，仍可接受第一電源電壓，該受控單元包括一個控制裝置(500)，用以根據(jù)耦合到輸入端上的控制信號控制所述受控單元的特定功能；控制單元(100)，該控制單元接受第二電源電壓并僅當所述設備“接通”時，在輸出端上產(chǎn)生所述控制信號；其特征在于還包括；開關(guān)(Q3)，該開關(guān)用于當所述第二電源電壓存在時，將在所述控制單元(100)的所述輸出端上產(chǎn)生的控制信號耦合到所述控制裝置(500)的所述輸入上，并當所述第二電源電壓不存在時，將所述控制裝置(500)的所述輸入從所述控制單元(100)的所述輸出端上斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述控制裝置(500)包括一耦合到其輸出端上的保護裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述開關(guān)(Q3)根據(jù)所述第二電源電壓的存在，將在所述控制單元(100)的所述輸出端上產(chǎn)生的控制信號耦合到所述控制裝置(500)的所述輸入端上，并根據(jù)所述第二電源電壓的消失，將所述控制裝置(500)的所述輸入從所述控制單元(100)的所述輸出端中斷開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于所述開關(guān)(Q3)包括一晶體管(Q3)，該晶體管具有確定了導通路徑的各末端的第一和第二電極，以及一個用于控制所述導通路徑的導通狀態(tài)的控制電極;所述第一電極耦合到所述控制單元(100)的所述輸出端上，所述第二電極耦合到所述控制裝置(500)的所述輸入端上，且所述第二電源電壓耦合到所述控制電極上。
全文摘要
一種當電源電壓從包括耦合在控制單元(100)和受控單元(400)之間的開關(guān)電路(Q
文檔編號G05B9/02GK1066540SQ9210321
公開日1992年11月25日 申請日期1992年5月5日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月6日
發(fā)明者J·B·倫達羅 申請人:湯姆森消費電子有限公司