[发明专利]生成矩形波信号的电路装置以及方法

说明书

技术领域和背景技术

本发明涉及一种用于生成矩形波信号的电路装置以及方法。

在电子电路中经常存在着对矩形波信号的需求，这些矩形波信号的幅度大于电子电路的电源电压的数值。

例如能由此来生成这样的矩形波信号，即除了例如输出电压为5V的第一电源电压源以外还设置例如输出电压为10V的第二电压源。为了生成在接地电压与10V之间交变的矩形波信号，串联电阻和晶体管串联地环接(einschleifen)在第二电压源与接地电压之间，该晶体管由用5V供电的微处理器以幅度为5V的矩形波信号来控制。输出电压施加在串联电阻与晶体管之间的连接点上。如果晶体管阻塞，则扣除了在串联电阻上下降的电压的10V作为输出电压。如果接通晶体管，则晶体管的导通电压、即近似0V作为输出电压。可是，输出电压的较大的值由于串联电阻而强烈地与负载有关，因为负载电流致使串联电阻上的相应的电压降。为了减小该负载相关性，应相对低阻地选择串联电阻。可是，这在被接通的晶体管处引起了未加利用地经过晶体管流向地的高电流。此外还必需第二电压源，由此增加了电路装置的电路技术上的花费、位置需求和制造成本。

发明内容

作为技术问题，本发明的基础在于提供用于生成开头所述类型的矩形波信号的电路装置和方法，该电路装置和方法提供了具有较小的负载相关性的输出信号并且能在位置需求微小的情况下廉价地来实现该电路装置和方法。

本发明通过具有权利要求1的特征的电路装置和具有权利要求7的特征的方法来解决该问题。本发明的有利的以及优选的改进方案是其它权利要求的主题并在以下详细阐述。通过明确参考说明书的内容来得出权利要求的措词。以下列举的特征和特性中的有些特征和特性既适合于电路装置又适合于方法。部分地仅说明了一次这些特征和特性，可是这些特征和特性互相独立地既适用于电路装置又适用于方法。

根据本发明，用于生成矩形波信号的电路装置包括用于生成直流电压的直流电压源、被构造用于将控制节点与参考电势或者直流电压以交替方式连接的激励级、二极管和串联地环接在直流电压源的第一极与控制节点之间的第一电容器。此外，该电路装置还包括具有第一和第二可控开关装置的输出级，该第一和第二可控开关装置被布线成以致该第一和第二可控开关装置在输出级工作时以交替方式导通。在此，开关装置串联地环接在二极管与第一电容器之间的连接节点和控制节点之间。第一和第二开关装置之间的连接节点构成用于输出矩形波信号的输出端子，或矩形波信号存在于该输出端子上。激励级、二极管和第一电容器构成了倍压器单元，该倍压器单元将能在激励级上生成的、在直流电压和参考电势之间交变的矩形波电压向上移位直流电压的数值。这意味着，在二极管和第一电容器之间的连接节点上出现了矩形波电压，该矩形波电压在一方面为直流电压与另一方面为该直流电压的大约两倍之间交变。给输出级加载该矩形波电压。

由于输出级的布线，在第二开关装置阻塞期间，如果被移位的矩形波信号具有其较大的值，则第一开关装置导通。于是，在输出端子上因而存在被移位的矩形波电压的较大值，即存在大致两倍的直流电压。如果被移位的矩形波信号具有其较小的值，即大致等于直流电压，则第一开关装置阻塞，而第二开关装置导通。由于第二开关装置与激励级相连接，并且该激励级目前相对于参考电势电路被接通，所以同样相对于参考电势接通了输出端子。因而在输出端子上形成了矩形波电压形式的输出信号，该矩形波电压大致在参考电压与两倍的直流电压之间交变。为此不需要其它电压源来实现这种情况。此外，输出信号还有利地只具有微小的负载相关性，因为由于通过开关装置的低阻耦合而仅仅形成了输出端子的微小的内阻。由于不需要第二电压源，所以可以在位置需求微小的情况下廉价地实现该电路装置。

在电路装置的一种构造中，该电路装置包括微处理器，其中，激励级是微处理器的输出端子。借助微处理器的输出端子，该输出端子要么可以低阻地与微处理器的参考电压相连接，要么与该微处理器的电源电压相连接。这意味着，在微处理器的输出端子上，可以在宽频率范围内以简单的方式生成矩形波电压。该矩形波电压可以在软件方面与给定的边界条件相匹配，例如与矩形波电压的必需的频率相匹配。

在电路装置的扩展方案中，为了保护激励级而在控制节点与激励级之间设置串联电阻。该串联电阻被确定大小，以致避免损坏端子，并且用作矩形波电压源的输出端的所得到的内阻同时保持足够小，以便确保电路装置的可靠的功能。